CN101875370B - 一种汽车自适应智能转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车自适应智能转向系统，包括转向控制中央ECU、方向盘及压力感应装置、转向模式装置、ESP执行装置以及可变传动比执行装置，其特征在于：当进行转向操作时，转向控制中央ECU从CAN总线上提取横摆角速度信号、方向盘转角信号和车速信号进行计算，确定角传动比。本发明的系统共有舒适、智能、运动、自动四种转向模式供选择，通过整合各种最新的科技元素从而建立起来了一套全新的自适应转向系统，为该领域不断寻求适应人性化需求而探索新的技术方案，提供了全新的理论研究基础和参考方向，同时可以作为底盘一体化开发的单元体，与别的系统协同实现不同的驾驶风格，为此可以做更深层次的升级和功能扩展。

Description

一种汽车自适应智能转向系统

技术领域

本发明属于汽车零部件领域，特别是涉及一种汽车自适应智能转向系统。

背景技术

现有的主动转向系统一般是采用电动可变助力(简称EPS)的控制来实现更佳的操稳性能，如在专利申请CN200510030562.1中，公开了一种融合主动转向功能的电动助力转向系统，它主要的结构是：电子控制单元对转向盘力矩传感器信号、车速传感器信号、转向盘角度传感器信号、横摆角速度传感器信号输入进行处理，通过在控制系统中实施鲁棒稳定控制模块，最终控制永磁直流电机实施主动转向。由于该主动转向仅限于转向力随车速的变化，只是对转向力进行了控制，不能预期的解决转向感觉(低速的快打转向和高速的稳定转向)，同时在载荷发生转移时(如紧急制动、急加速、躯动力变化等情况下)，没相应的助力特性的变化，因此不能很好的分配转向力来满足驾驶者的预期，同时对不同性别、不同年轻和身体状况的驾驶员没有输入力矩的自适应的变化，或提供相应的选择模式，即不能根据驾驶者的状况进行转向输入手力的自调整，实现自适应智能转向的功能，不能完全满足驾驶者的意愿。

发明内容

本发明具体公开了一种自适应智能转向系统的组成和原理，以及满足该系统功能所必需的相关资源和实现方法，本发明提到的相关概念以及该自适应智能转向系统的构成、原理、实现方法都享受权利要求，尤其是手动转向模式下的三种下级模式的图示原理、选择计算方法和逻辑方式应作为重点权利要求。

本发明具体公开了一种汽车自适应智能转向系统，包括转向控制中央ECU、方向盘及压力感应装置、转向模式装置、ESP执行装置以及可变传动比执行装置，其特征在于：当进行转向操作时，转向控制中央ECU从CAN总线上提取横摆角速度信号、方向盘转角信号和车速信号进行计算，确定角传动比。

其中，转向模式装置包括手动/自动转向开关，当切换到自动转向模式时，转向控制中央ECU通过CAN总线实时接收影像处理信号、位置信号和GPS处理信号，通过计算分析，制定行走路线、传动比及转向助力，对助力电机和可变传动比执行装置进行控制，实现实时转向。

进一步，转向模式装置还包括舒适/智能/运动模式开关，用于手动状态下多种模式切换。

当选择智能模式时，转向控制中央ECU根据方向盘压力的大小，确定电机输入扭矩。

当方向盘压力小于第一压力参考值时，将最小输入扭矩作为电机输入扭矩；当方向盘压力大于第二压力参考值时，将最大输入扭矩作为电机输入扭矩；当方向盘压力大于等于第一压力参考值且小于等于第二压力参考值时，按照线性关系确定电机输入扭矩。

当选择舒适模式时，采用最小输入扭矩作为电机输入扭矩，同时提高EPS执行装置的主动阻尼力。

当选择运动模式时，采用最大输入扭矩作为电机输入扭矩，同时降低EPS执行装置的主动阻尼力。

本发明通过技术改进，提出了全新的自适应智能转向系统的概念和对应技术方案：该系统共有舒适、智能、运动、自动四种转向模式供选择，其中舒适、智能、运动三种模式属于手动模式，其中智能模式下因人而异的智能输入力矩选择系统，可最大限度的满足大部分人对转向力和转向感觉的需求，而舒适(轻便、很弱的路面反馈)模式和运动模式(沉重感、路面反馈强烈)则能满足有特别需求的用户的需求，从而使得该三种模式覆盖了不同驾驶者对转向系统的驾驶需求，与手动模式对应的是自动转向模式，可实现低速自动行驶以及自动泊车功能。该技术方案通过整合各种最新的科技元素以从而建立起来了一套全新的自适应转向系统，同时也建立了一种全新的自适应智能转向系统的概念体系，为该领域不断寻求适应人性化需求而探索新的技术方案，提供了全新的理论研究基础和参考方向，同时可以作为底盘一体化开发的单元体，与别的系统协同实现不同的驾驶风格，为此可以做更深层次的升级和功能扩展。

进一步说明，本发明增加了车辆的自适应性和转向智能化：不仅能实现手动转向和自动转向的任意切换，来能兼顾低速便捷性和高速稳定性的统一，而且更突出的是具有舒适、智能和运动模式的选择，智能模式可根据不同年龄、不同性别和不同身体状况的人对方向盘施加的压力大小来智能化选择输入扭矩的大小和助力方案，使得转向功能最大限度地提升；而舒适模式提供了最轻巧的低速和泊车输入手力和更加轻柔的路面反馈，对力量小的驾驶员来说能做到转向轻松自如；运动模式为追求驾驶感觉的驾驶员提供更大的转向力整体水平，低速更沉重，高速更强烈的中间位置感觉，方向盘手力的变化更加明显，同时带有更加强烈的路面反馈。

附图说明

图1是自适应智能转向系统的基本组成图；

图2是无极可变传动比执行装置的组成和简易工作原理图；

图3是转向角传动比R随车速、横摆角速度的变化曲线图；

图4是智能自动转向对方向盘输入手力的判定原理图；

图5是智能自动转向的组成要素和简易工作原理图。

附图标记说明：

1-方向盘及压力感应装置

2-转向传动装置

3-机械转向执行装置

4-转向横拉杆

5-轮胎

6-EPS执行装置

7-无极可变角传动比执行装置

8-舒适/智能/运动模式开关

9-手动/自动转向开关

10-横摆角速度信号

11-方向盘转角信号

12-扭矩信号

13-车速信号

14-影像处理信号

15-位置信号

16-GPS处理信号

17-挡位信号

18-方向盘压力信号

19-CAN总线

20-转向控制中央ECU

具体实施方式

以下，结合图1-图5说明本发明的实施过程。

图1中，车辆一旦启动，将触发转向控制中央ECU 20工作，系统默认的手动转向模式启动，同时在手动转向模式的下级模式舒适/智能/运动三者中默认选择智能模式，在此模式下，方向盘压力感应系统装置1将被触发工作，一旦驾驶员手握方向盘时，该系统将方向盘压力信号18传递给转向控制中央ECU 20，转向控制中央ECU 20根据图4的原理计算选择出一套最佳电机输入扭矩和助力方案，对应方向盘压力大小的变化，在F1和F2时产生输入扭矩的最小值Tmin和最大值Tmax，在输入手力≤F1时，系统将确定Tmin为电机输入扭矩，在输入手力≥F2时，系统将确定Tmax为电机输入扭矩，当F1＜方向盘压力＜F2时，将按照线性关系确认电机输入扭矩，其范围为Tmin＜电机输入扭矩＜Tmax；选择舒适模式时，系统将默认采用Tmin为电机输入扭矩，同时提高EPS系统的主动阻尼力以抵抗来自路面的冲击，使得方向盘的振动感及路面冲击反馈降低到最低水平；而选择运动模式时，系统将默认采用Tmax为电机输入扭矩，同时最大限度地降低EPS系统的主动阻尼力以得到更多的路面反馈，得到更强烈的路感信息。一旦进行转向操作时，将产生一扭矩信号12，该信号提供给转向控制中央ECU 20后，将触动两方面的反馈，一是转向力，另一个是转向角传动比，此时转向控制中央ECU 20将从CAN总线19上提取相应信息：横摆角速度信号10、方向盘转角信号11和车速信号13进行计算，确定角传动比R是否需要变化，如果车速V＜Vmin，则按照Rmin执行，或者V＞Vmax，按照Rmax执行，如果Vmin≤V≤Vmin，则按照转向控制中央ECU 20中固有的一套计算方法选择合适的角传动比R。在图2，图3中有较为详细的图示。

进行转向角传动比R选择的时候，充分考虑几个重点因素：低于或高于某特定车速(Vmin及Vmin)之后，角传动比是恒定的，这样就有利于提供一个区间范围进行变化，进行目标值的设定时，需考虑在低速及较小的横摆角速度时的角传动比需要和较轻的转向操作力一起实现更加便捷，更加舒适的转向性能，高速时和较重的转向操作手力共同作用，满足更加稳定、更有手感的高速转向性能。需要强调的是：在整个转向操作过程中，传动比R的变化不受输入模式的影响，在各模式下都满足以上变化规律。

通过图5，可实现自动转向和手动转向的切换，可实现智能自动转向功能。在触发自动转向按钮后，涉及到自动转向系统的影像处理信号14、位置信号15、GPS处理信号16将被实时传递到转向控制中央ECU20。转向控制中央ECU20将启动自动转向功能，首先通过来自CAN总线19的挡位信号17，判断前行还是倒车，如果是非倒车挡则执行自动行车转向程序，此时将对影像处理信号14、位置信号15、GPS处理信号16进行计算分析，制定出行走路线，拟定合适的传动比R和转向助力，同时对助力电机和可变角传动比机构进行智能控制，实现实时转向，需要强调的是，该系统在车辆行进的过程中能根据实际情况进行实时修订；如果是倒挡则执行倒车操作，此时转向控制中央ECU20将启动倒车程序，对影像处理信号14和位置信号15进行分析，制定出一条最佳的倒车路线，同时对电机和角传动比变速机构进行实时控制，实现倒车功能。

Claims (3)

1.一种汽车自适应智能转向系统，包括转向控制中央ECU(20)、方向盘及压力感应装置(1)、转向模式装置、ESP执行装置(6)以及可变传动比执行装置(7)，其特征在于：当进行转向操作时，转向控制中央ECU(20)从CAN总线(19)上提取横摆角速度信号(10)、方向盘转角信号(11)和车速信号(13)进行计算，确定角传动比(R)，转向控制中央ECU(20)根据压力感应装置(1)检测到的方向盘压力的大小，确定电机输入扭矩，当方向盘压力小于第一压力参考值时，将最小输入扭矩作为电机输入扭矩；当方向盘压力大于第二压力参考值时，将最大输入扭矩作为电机输入扭矩；当方向盘压力大于等于第一压力参考值且小于等于第二压力参考值时，按照线性关系确定电机输入扭矩。

2.根据权利要求1所述的汽车自适应智能转向系统，其特征在于：转向模式装置包括手动/自动转向开关(9)，当切换到自动转向模式时，转向控制中央ECU(20)通过CAN总线(19)实时接收影像处理信号(14)、位置信号(15)和GPS处理信号(16)，通过计算分析，制定行走路线、传动比及转向助力，对助力电机和可变传动比执行装置(7)进行控制，实现实时转向。

3.根据权利要求1或2所述的汽车自适应智能转向系统，其特征在于：转向模式装置还包括舒适/智能/运动模式开关(8)，用于手动状态下多种模式切换。

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