CN102229347B - 电动汽车电动助力转向系统及其转向助力方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的电动汽车电动助力转向系统包括电动助力转向控制器、助力电动机、电磁离合器、变速器和装在电动汽车转向器输入轴上的转矩传感器，变速器的输入端通过输入轴和电动汽车方向盘相连，变速器的输出端通过输出轴和万向节相连，万向节再和齿轮相连，齿轮和齿条啮合，齿条和电动汽车车轮相连，所述的助力电动机和电磁离合器相连，电磁离合器再和变速器相连，转矩传感器的输出信号、电动汽车的车速传感器的输出信号及电动汽车的驱动电机转速传感器的输出信号分别和电动助力转向控制器的输入端相连，电动助力转向控制器的输出端分别和所述的助力电动机、电磁离合器相连。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车中的一种装置，尤其涉及一种电动汽车电动助力转向系统及其转向助力方法。
背景技术
目前由汽油、柴油驱动的汽车上所用的转向助力系统已经比较成熟，如中国专利文献99247185.0公开的一种“液压转向助力器”，主要包括滑阀、活塞套和壳体，并排设置有五个油腔，进油油腔位于推进油腔、返回油腔之间通过油道与进油口连通，推进油腔与油缸左油室连通，返回油腔与油缸右油室连通，分别设置在推进油腔、返回油腔边侧的两个回油油腔与回油口连通，滑阀外壁与活塞套内壁之间的间隙构成压力油分配通道将五个腔室连通，滑阀上的两个台阶分别位于推进油腔、返回油腔内，构成封闭油腔左右端开口的腔门。随着社会的发展，科技的进步，为了节约能源、减少空气污染，达到节能减排的目的，目前电动汽车正在兴起，而且会越来越普及，但是目前还没有一种适合用在电动汽车上的转向助力系统，因此现有的电动汽车仍存在低速行驶时转向比较费力、高速行驶时存在操纵不稳定、有发飘手感的问题。
发明内容
本发明主要解决原有电动汽车存在低速行驶时转向比较费力、高速行驶时存在操纵不稳定及有发飘手感的技术问题；提供一种电动汽车电动助力转向系统及其转向助力方法，其能根据转矩信号、车速信号和驱动电机的转速信号对助力电动机及电磁离合器进行控制，使得电动汽车低速时电动汽车转向器能转向轻便、电动汽车高速时提高操纵稳定性且使驾驶员无发飘手感。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的电动汽车电动助力转向系统包括电动助力转向控制器、助力电动机、电磁离合器、变速器和装在电动汽车转向器输入轴上的转矩传感器，所述的变速器的输入端通过输入轴和电动汽车方向盘相连，变速器的输出端通过输出轴和万向节相连，万向节再和齿轮相连，齿轮和齿条啮合，齿条和电动汽车车轮相连，所述的助力电动机和电磁离合器相连，电磁离合器再和变速器相连，所述的转矩传感器的输出信号、电动汽车的车速传感器的输出信号及电动汽车的驱动电机转速传感器的输出信号分别和所述的电动助力转向控制器的输入端相连，电动助力转向控制器的输出端分别和所述的助力电动机、电磁离合器相连。电动助力转向控制器是个软硬结合的装置，其内存储有电动助力转向的工作软件及助力模式。电动汽车方向盘的转向转矩信号由转矩传感器测得，电动汽车的车速信号由装在电动汽车上的车速传感器测得，这两个信号连同电动汽车的驱动电机转速信号分别输送给电动助力转向控制器，由电动助力转向控制器内部的工作程序进行分析、计算和处理，结合事先确定好的助力模式、助力特性，分别输出控制信号给助力电动机和电磁离合器，进而控制变速器的工作，从而对电动汽车车轮的转向实现助力控制。使得电动汽车低速时助力作用大，转向轻便；电动汽车高速时减小助力，以提高路感和操纵稳定性，使驾驶员无发飘手感。在驱动电机静止的情况下，电动助力转向控制器停止工作。
作为优选，所述的电动助力转向控制器包括微处理器及与微处理器相连的输入接口电路、离合器控制电路和H桥驱动电路，所述的转矩传感器的输出信号、电动汽车的车速信号及电动汽车的驱动电机转速信号分别通过输入接口电路和微处理器的输入端相连，微处理器的输出端分别和所述的离合器控制电路、H桥驱动电路的输入端相连，离合器控制电路、H桥驱动电路的输出端分别和所述的助力电动机相连。电动助力转向控制器的核心部件是微处理器，微处理器内存储有电动助力转向的工作软件及助力模式。微处理器通过H桥驱动电路对助力电动机进行控制，通过离合器控制电路对电磁离合器进行控制，进而控制变速器的工作，从而对电动汽车车轮的转向实现助力控制。
作为优选，所述的电动助力转向控制器包括过流保护电路、继电器驱动电路和继电器保护电路，所述的微处理器经继电器驱动电路和继电器保护电路的输入端相连，继电器保护电路的输出端和所述的助力电动机相连，所述的过流保护电路的输入端和助力电动机相连，过流保护电路的输出端和微处理器相连。通过过流保护电路、继电器保护电路对助力电动机实现过流保护，确保助力电动机的性能，延长使用寿命。
作为优选，所述的电动助力转向控制器包括故障检测电路和故障显示电路，故障检测电路的输出端和所述的微处理器相连，故障显示电路的输入端和微处理器相连。故障检测电路实时检测电动助力转向控制器的工作状态，一旦发现异常信号，立即通过微处理器启动故障显示电路，提醒驾驶员作出相应处理。
本发明的电动汽车电动助力转向系统的转向助力方法为，电动助力转向控制器根据转矩传感器送来的电动汽车转向盘的转向转矩信号、电动汽车的车速传感器送来的车速信号及驱动电机的转速信号，结合内部事先存储的助力特性，由电动助力转向控制器的内部程序进行分析、计算和判断，分别输出控制信号给所述的助力电动机及电磁离合器，以调整助力转矩电流的大小和方向，即调整助力电动机的正转或反转的转动方向、工作时间及工作频率。
作为优选，所述的电动助力转向控制器的调整方法为：电动汽车低速时，电动助力转向控制器提供的助力作用大，使电动汽车转向器的转向轻便；电动汽车高速时，电动助力转向控制器提供的助力作用小，以提高路感和操纵稳定性，使驾驶员无发飘手感。
本发明的有益效果是：根据电动汽车方向盘的转向转矩信号、车速信号和驱动电机的转速信号，结合事先设定的助力模式、助力特性，经过工作软件的分析、计算和处理，发出控制信号对助力电动机及电磁离合器进行控制，使得电动汽车低速时助力作用大，转向轻便，电动汽车高速时减小助力，提高路感和操纵稳定性，使驾驶员无发飘手感。
附图说明
图1是本发明的一种系统连接结构示意图。
图2是本发明中电动助力转向控制器的一种电路原理连接框图。
图中1.电动助力转向控制器，2.助力电动机，3.电磁离合器，4.变速器，5.转矩传感器，6.电动汽车方向盘，7.万向节，8.齿轮，9.齿条，10.车速传感器，11.驱动电机转速传感器，21.微处理器，22.输入接口电路，23.离合器控制电路，24.H桥驱动电路，25.过流保护电路，26.继电器驱动电路，27.继电器保护电路，28.故障检测电路，29.故障显示电路。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：本实施例的电动汽车电动助力转向系统，如图1所示，包括电动助力转向控制器1、助力电动机2、电磁离合器3、变速器4和装在电动汽车转向器输入轴上的转矩传感器5，变速器4的输入端通过输入轴和电动汽车方向盘6相连，变速器4的输出端通过输出轴和万向节7相连，万向节7再和齿轮8相连，齿轮8和齿条9啮合，齿条9和电动汽车车轮相连。助力电动机2和电磁离合器3相连，电磁离合器3再和变速器4相连。转矩传感器5的输出信号、电动汽车的车速传感器10的输出信号及电动汽车的驱动电机转速传感器11的输出信号分别和电动助力转向控制器1的输入端相连，电动助力转向控制器1的输出端分别和助力电动机2、电磁离合器3相连。
如图2所示，电动助力转向控制器1包括微处理器21、输入接口电路22、离合器控制电路23、H桥驱动电路24、过流保护电路25、继电器驱动电路26、继电器保护电路27和故障检测电路28、故障显示电路29。输入接口电路22、过流保护电路25、故障检测电路28分别和微处理器1的输入端相连，离合器控制电路23、H桥驱动电路24、继电器驱动电路26、故障显示电路29分别和微处理器1的输出端相连，离合器控制电路23、H桥驱动电路24的输出端分别和助力电动机2相连，过流保护电路25的输入端和助力电动机相连，继电器驱动电路26经继电器保护电路27和助力电动机相连。电动汽车方向盘的转矩传感器5的输出信号、电动汽车的车速传感器10的输出信号及电动汽车的驱动电机转速传感器11的输出信号分别和输入接口电路22相连。微处理器内存储有电动助力转向的工作软件及助力模式、助力特性。微处理器上还可连接CAN总线，便于与其它设备连接，进行功能扩展。
上述电动汽车电动助力转向系统的转向助力方法为，电动助力转向控制器1根据转矩传感器5送来的电动汽车转向盘的转向转矩信号、电动汽车的车速传感器10送来的车速信号及电动汽车的驱动电机转速传感器11送来的转速信号，结合内部事先存储的助力模式、助力特性，由电动助力转向控制器中的微处理器内的内部程序进行分析、计算和判断，分别输出控制信号给助力电动机2及电磁离合器3，以调整助力转矩电流的大小和方向，即调整助力电动机2的正转或反转的转动方向、工作时间及工作频率。电动助力转向控制器1的调整方法为：电动汽车低速时，电动助力转向控制器1提供的助力作用大，使电动汽车转向器转向轻便；电动汽车高速时，电动助力转向控制器1提供的助力作用小，以提高路感和操纵稳定性，使驾驶员无发飘手感。
本发明中微处理器内的转向助力工作软件，根据各传感器送来的转向转矩信号、车速信号及转速信号，再结合助力特性计算目标助力电流，根据助力模式控制助力电动机进行助力控制和阻尼控制等。该转向助力工作软件采用软件轮询、中断及其子程序调用相结合的结构形式，即主程序轮询加中断服务子程序的形式，其中主程序主要实现系统初始化、各状态标志位的轮询并发出相应的控制指令；根据转矩信号方向标志控制助力电动机助力的转向等。中断服务子程序主要是采样车速。子程序主要是根据系统助力特性方程计算当前助力电动机目标助力电流的大小。
将本发明应用到电动汽车上，可以实现：电动汽车低速时助力作用大，驾驶员转向轻便；电动汽车高速时助力作用小，以提高路感和操纵稳定性，使驾驶员无发飘手感。不仅使驾驶汽车比较省力，而且提高驾车的安全性。
Claims (5)
1.一种电动汽车电动助力转向系统，其特征在于包括电动助力转向控制器(1)、助力电动机(2)、电磁离合器(3)、变速器(4)和装在电动汽车转向器输入轴上的转矩传感器(5)，所述的变速器(4)的输入端通过输入轴和电动汽车方向盘(6)相连，变速器(4)的输出端通过输出轴和万向节(7)相连，万向节(7)再和齿轮(8)相连，齿轮(8)和齿条(9)啮合，齿条(9)和电动汽车车轮相连，所述的助力电动机(2)和电磁离合器(3)相连，电磁离合器(3)再和变速器(4)相连，所述的转矩传感器(5)的输出信号、电动汽车的车速传感器(10)的输出信号及电动汽车的驱动电机转速传感器(11)的输出信号分别和所述的电动助力转向控制器(1)的输入端相连，电动助力转向控制器(1)的输出端分别和所述的助力电动机(2)、电磁离合器(3)相连；所述的电动助力转向控制器(1)包括微处理器(21)及与微处理器(21)相连的输入接口电路(22)、离合器控制电路(23)和H桥驱动电路(24)，所述的转矩传感器(5)的输出信号、电动汽车的车速传感器(10)的输出信号及电动汽车的驱动电机转速传感器(11)的输出信号分别通过输入接口电路(22)和微处理器(21)的输入端相连，微处理器(21)的输出端分别和所述的离合器控制电路(23)、H桥驱动电路(24)的输入端相连，离合器控制电路(23)、H桥驱动电路(24)的输出端分别和所述的助力电动机(2)相连。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电动助力转向系统，其特征在于所述的电动助力转向控制器(1)包括过流保护电路(25)、继电器驱动电路(26)和继电器保护电路(27)，所述的微处理器(21)经继电器驱动电路(26)和继电器保护电路(27)的输入端相连，继电器保护电路(27)的输出端和所述的助力电动机(2)相连，所述的过流保护电路(25)的输入端和助力电动机(2)相连，过流保护电路(25)的输出端和微处理器(21)相连。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车电动助力转向系统，其特征在于所述的电动助力转向控制器(1)包括故障检测电路(28)和故障显示电路(29)，故障检测电路(28)的输出端和所述的微处理器(21)相连，故障显示电路(29)的输入端和微处理器(21)相连。
4.一种根据权利要求1所述的电动汽车电动助力转向系统的转向助力方法，其特征在于所述的电动助力转向控制器(1)根据转矩传感器(5)送来的电动汽车转向盘的转向转矩信号、电动汽车的车速传感器(10)送来的车速信号及电动汽车的驱动电机转速传感器(11)送来的转速信号，结合内部事先存储的助力特性，由电动助力转向控制器(1)的内部程序进行分析、计算和判断，分别输出控制信号给所述的助力电动机(2)及电磁离合器(3)，以调整助力转矩电流的大小和方向，即调整助力电动机(2)的正转或反转的转动方向、工作时间及工作频率。
5.根据权利要求6所述的电动汽车电动助力转向系统的转向助力方法，其特征在于所述的电动助力转向控制器(1)的调整方法为：电动汽车低速时，电动助力转向控制器(1)提供的助力作用大，使电动汽车转向器转向轻便；电动汽车高速时，电动助力转向控制器(1)提供的助力作用小，以提高路感和操纵稳定性，使驾驶员无发飘手感。
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