CN102490779B - 带力反馈的数字转向盘系统 - Google Patents

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Abstract

一种带力反馈的数字转向盘系统，其包括转向盘、伺服电机减速器、伺服电机、伺服电机编码器、主控ECU、CAN总线、若干执行ECU、若干角位移传感器和伺服电机控制器。主控ECU根据伺服电机编码器记录的转角信号解析转向盘转角，通过识别转向模式，解析各转向机构的目标转角，通过CAN总线向执行ECU发出转向指令，执行ECU对比角位移传感器反馈的转向机构的当前转角值，调整转向机构使之达到目标转角值；与此同时，主控ECU根据各转向机构的转角信号，实时计算当前转向盘所需的转向力，通过伺服电机控制器改变伺服电机的输出扭矩，使其反向加载于转向盘上，从而使驾驶者获得驾驶的真实力感。本发明能够用于大型动力平板运输车上。

Description

带力反馈的数字转向盘系统
技术领域
本发明涉及一种车辆转向盘系统，特别涉及一种用于大型动力平板运输车的带力反馈的数字转向盘系统，属于汽车技术领域。
背景技术
大型动力平板运输车输出的运输能力能够达到几千吨甚至更高吨位，广泛应用于造船厂、炼钢厂、电力、石化等大型工程，为多轴线轮胎式行走机械，通过控制转向机构的转角，可实现直行、斜行、横行、八字转向等转向模式。目前，市场上该特种车辆的转向盘与各轮轴没有机械传动连接，其转向盘通过数字信号控制转向轮的转角，故驾驶者在操纵转向盘时并无力的感觉，本质上只是驾驶指令的发生器，可称之为数字转向盘，易导致转向难以稳定控制而引发交通事故且驾驶培训较为困难。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带力反馈的数字转向盘系统，能够将转向力矩反馈给驾驶员，使驾驶者具有良好的操纵力感。
本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：
一种带力反馈的数字转向盘系统，应用于大型动力平板运输车，其在数字转向盘系统的基础上增加力反馈系统环节，包括：
转向盘，用于驾驶者操纵车辆转向；
伺服电机减速器，连接于转向盘上，控制转向盘转角与伺服电机转子转角之间的比例关系；
伺服电机，连接于伺服电机减速器上，产生反向扭矩并加载在转向盘上，从而实现转向盘真实操纵力感；
伺服电机编码器，连接于伺服电机上，采集伺服电机转子的转角信号；
主控ECU，连接伺服电机编码器并采集和解析转向盘的转角信号；识别转向模式，连接CAN总线并向各执行ECU发出相应转向机构的目标转角信号；根据实时采集的各转向机构的转角值，利用设计的转向盘转向力求解模型求解转向盘转向力；连接伺服电机控制器并向之输出目标扭矩信号；
CAN总线，连接主控ECU与各执行ECU，并进行之间的数据通信；
若干执行ECU，连接CAN总线并接收来自主控ECU的指令；每一执行ECU连接并控制大型动力平板运输车的一个转向机构，该执行ECU对比角位移传感器反馈的转向机构的当前转角值，调整转向机构的转角值，使之达到目标转角；
若干角位移传感器，设置于各转向机构上且检测该转向机构的当前转角，同时连接相应的执行ECU并反馈转向机构转角信号到该执行ECU；
伺服电机控制器，连接主控ECU和伺服电机，接收主控ECU发出的目标扭矩信号，并通过改变伺服电机的输入电流控制伺服电机的输出扭矩。
本发明所述的带力反馈的数字转向盘系统，其转向盘与各液压悬挂转向机构的转向控制模式及力反馈模式为：主控ECU解析转向盘的转角信号，并根据不同的转向模式，通过CAN总线向各执行ECU发出转向指令，执行ECU根据角位移传感器反馈的转向机构的当前转角，不断调整转向机构的转角使之达到目标转角；与此同时，主控ECU根据各转向机构的转角信号，实时计算当前转向盘所需的转向力，通过伺服电机控制器改变伺服电机的输出扭矩，使其反向加载于转向盘上(即输出扭矩的方向与驾驶者的扭转方向相反)，从而使驾驶者获得驾驶的真实力感；所述伺服电机输出的反向扭矩作为驾驶过程中的力感来源。
本发明利用电传信号控制动力平板运输车转向，在数字转向盘系统的基础上增加了转角和转向力的检测与反馈环节，在驾驶过程中，驾驶者通过转向盘的力觉感知，有利于熟悉行驶路面的工况，提高了行驶的安全性；同时也解决了驾驶培训较为困难的问题。本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明所述的带力反馈的数字转向盘系统在现有数字转向盘系统的基础上增加了力反馈系统环节，能够应用于大型动力平板运输车。请参阅图1本发明的结构示意图，图示带力反馈的数字转向盘系统包括转向盘、伺服电机减速器、伺服电机、伺服电机编码器、主控ECU、CAN总线、若干执行ECU、若干角位移传感器和伺服电机控制器。
所述转向盘用于驾驶者操纵车辆转向。所述伺服电机减速器连接于该转向盘上，控制转向盘转角与伺服电机转子转角之间的比例关系。所述伺服电机连接于伺服电机减速器上，其产生反向扭矩并加载在转向盘上，从而实现使驾驶员操作转向盘时产生真实操纵力感。所述伺服电机编码器连接于该伺服电机上，用以采集伺服电机转子的转角信号。所述主控ECU连接伺服电机编码器并由之采集转向盘的转角信号，然后解析该转角信号；同时主控ECU识别转向模式，其连接CAN总线并通过该CAN总线向各执行ECU发出相应转向机构的目标转角信号；所述主控ECU还连接伺服电机控制器，并且根据实时采集的各转向机构的转角值，利用设计的转向盘转向力求解模型求解转向盘所需的转向力，然后向伺服电机控制器输出目标扭矩信号。所述CAN总线连接主控ECU与各执行ECU，并作为之间进行数据通信的通道。所述若干执行ECU连接CAN总线并接收来自主控ECU的指令；执行ECU的数量与大型动力平板运输车的液压悬挂转向机构数量相同，每一执行ECU连接并控制一个转向机构，该执行ECU对比角位移传感器反馈的转向机构的当前转角值，调整转向机构的转角值，使之达到目标转角。所述若干角位移传感器设置于各转向机构上，并且检测该转向机构的当前转角，同时其连接相应的执行ECU并反馈该转向机构转角信号到该执行ECU上。所述伺服电机控制器同时连接主控ECU和伺服电机，其接收主控ECU发出的目标扭矩信号，并通过改变伺服电机的输入电流控制伺服电机的输出扭矩。
本发明所述的带力反馈的数字转向盘系统，其转向盘与各液压悬挂转向机构的转向控制模式及力反馈模式为：主控ECU解析转向盘的转角信号，并根据不同的转向模式，通过CAN总线向各执行ECU发出转向指令，执行ECU根据角位移传感器反馈的转向机构的当前转角，不断调整转向机构的转角使之达到目标转角；与此同时，主控ECU根据各转向机构的转角信号，实时计算当前转向盘所需的转向力，通过伺服电机控制器改变伺服电机的输出扭矩，使其反向加载于转向盘上(即输出扭矩的方向与驾驶者的扭转方向相反)，伺服电机输出的反向扭矩作为驾驶过程中的力感来源，使驾驶者从而获得驾驶的真实力感。
当驾驶者扭转转向盘时，伺服电机编码器记录记录伺服电机转子的转角信号并传递给主控ECU，主控ECU根据编码器采集的信号解析转向盘扭转的角度，按照不同转向模式下建立的多轮转向的数学模型，解析动力平板运输车各液压悬挂转向机构的目标转角值，通过CAN总线向执行ECU发出转向指令，每个执行ECU控制一个液压悬挂转向机构转向，执行ECU根据角位移传感器反馈的转角值不断调整转向机构的转角使其达到目标转角值，与此同时，主控ECU根据角位移传感器反馈的转角值以及建立的动力平板运输车转向力的数学模型，实时计算转向盘所需的转向力，通过伺服电机控制器改变伺服电机的输出扭矩，使其反向加载于转向盘上(即输出扭矩的方向与驾驶者的扭转方向相反)，从而使驾驶者获得驾驶的真实力感。
以上实施例只为说明本发明的技术方案，其目的在于让本领域的技术人员了解本发明内容并能够实施，并不以此限制本发明的保护范围，凡根据上述技术方案所做的等效变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带力反馈的数字转向盘系统，应用于大型动力平板运输车，其特征在于：所述带力反馈的数字转向盘系统在数字转向盘系统的基础上增加力反馈系统环节，其包括：
转向盘，用于驾驶者操纵车辆转向；
伺服电机减速器，连接于转向盘上，控制转向盘转角与伺服电机转子转角之间的比例关系；
伺服电机，连接于伺服电机减速器上，产生反向扭矩并加载在转向盘上，从而实现转向盘真实操纵力感；
伺服电机编码器，连接于伺服电机上，采集伺服电机转子的转角信号；
主控ECU，连接伺服电机编码器并采集和解析转向盘的转角信号；识别转向模式，连接CAN总线并向各执行ECU发出相应转向机构的目标转角信号；根据实时采集的各转向机构的转角值，利用设计的转向盘转向力求解模型求解转向盘所需的转向力；连接伺服电机控制器并向之输出目标扭矩信号；
CAN总线，连接主控ECU与各执行ECU，并进行之间的数据通信；
若干执行ECU，连接CAN总线并接收来自主控ECU的指令；每一执行ECU连接并控制大型动力平板运输车的一个转向机构，该执行ECU对比角位移传感器反馈的转向机构的当前转角值，调整转向机构的转角值，使之达到目标转角；
若干角位移传感器，设置于各转向机构上且检测该转向机构的当前转角，同时连接相应的执行ECU并反馈转向机构转角信号到该执行ECU；
伺服电机控制器，连接主控ECU和伺服电机，接收主控ECU发出的目标扭矩信号，并通过改变伺服电机的输入电流控制伺服电机的输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的带力反馈的数字转向盘系统，其特征在于：所述转向盘与各液压悬挂转向机构的转向控制模式及力反馈模式为：主控ECU解析转向盘的转角信号，并根据不同的转向模式，通过CAN总线向各执行ECU发出转向指令，执行ECU根据角位移传感器反馈的转向机构的当前转角，不断调整转向机构的转角使之达到目标转角；与此同时，主控ECU根据各转向机构的转角信号，实时计算当前转向盘所需的转向力，通过伺服电机控制器改变伺服电机的输出扭矩，使其反向加载于转向盘上，从而使驾驶者获得驾驶的真实力感。
3.根据权利要求2所述的带力反馈的数字转向盘系统，其特征在于：所述伺服电机输出的反向扭矩作为驾驶过程中的力感来源。
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