CN102874307A - 机动车转向控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种机动车转向控制装置及方法。所述机动车转向控制装置，包括设于机动车的车架上的、用于控制车轮偏转方向的执行机构，还包括设于车架上的、用于驱动机动车转向的驱动机构；以及连接于驱动机构并在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号以使执行机构控制车轮进行相应角度的偏转的转角检测机构。本发明实施例的机动车转向控制装置其内的平面四连杆机构更加小型化，整个装置机械结构简单可行，并且通过电子化控制汽车转动方向，装置自动化程度更高，控制更精准。对应的转向控制方法，因为应用了机械结构简单的转向控制装置以及电子控制汽车转向的方法，使得机动车转向控制自动化程度更高，控制更准确。

Description

机动车转向控制装置及方法
技术领域
本发明涉及车辆转向控制领域，特别涉及一种机动车转向控制装置及方法。
背景技术
机动车在行驶过程中，经常需要换车道和转弯。驾驶员通过专门的转向装置使汽车改变行驶方向。转向装置还可以修正因路面倾斜等原因引起的机动车跑偏。转向装置不仅关系到机动车行驶的安全，还关系到延长轮胎寿命、降低油耗等。
随着科学技术的发展，市场对机动车性能的要求也越来越高,特别是机动车的操纵稳定性，成为当代汽车研究的一个重要方面。转向装置的好坏直接影响到汽车的操纵稳定性、转向轻便性以及驾驶员的工作强度和工作效率，因此转向装置的设计是汽车设计中很重要的一个部分。
现有的机动车转向装置通过把驾驶员转动方向盘的操纵力传给转向器，由转向器通过转向拉杆以及平面四连杆机构推动车轮产生转向。这样的转向装置中的平面四连杆机构不能模型化，所以占用空间大，响应速度慢，而且对驾驶员的操作要求高，通常还要设置助力转向装置，因而上述转向装置机械结构复杂，转向控制精度和自动化程度不高。
发明内容
本发明提供了一种机动车转向控制装置及方法，用以解决现有技术中机动车转向控制装置机械结构复杂，自动化程度不高的问题。
一种机动车转向控制装置，包括设于机动车的车架上的、用于控制车轮偏转方向的执行机构，还包括：
设于车架上的、用于驱动机动车转向的驱动机构；以及
连接于驱动机构并在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号以使执行机构控制车轮进行相应角度的偏转的转角检测机构。
一种转向控制方法，用于对包括伺服系统的机动车进行转向控制，所述方法包括：
信号传递步骤：转角检测机构在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号并传送给机动车中伺服系统；
控制步骤：所述伺服系统根据偏转角度信号控制车轮偏转；
跟踪步骤：所述车轮将自身的转动结果反馈给所述伺服系统，由所述伺服系统跟踪控制所述车轮的转向与所述偏转角度信号保持一致。
又一种转向控制方法，用于对包括PID控制器的机动车进行转向控制，所述方法包括：
信号传递步骤：转角检测机构在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号并传送给机动车中PID控制器；
控制步骤：所述PID控制器根据偏转角度信号控制动力源工作；
驱动步骤：所述动力源驱动车轮偏转；
跟踪步骤：所述车轮将自身的转动结果反馈给所述PID控制器，由所述PID控制器跟踪控制所述车轮的偏转与所述偏转角度信号保持一致。
本发明实施例中，机动车转向控制装置的整个装置机械结构简单可行，并且通过电子化控制汽车转动方向，装置自动化程度更高，控制更精准。
采用所述机动车转向控制装置的转向控制方法，因为应用了机械结构简单的转向控制装置以及电子控制汽车转向的方法，使得机动车转向控制自动化程度更高，控制更准确。
附图说明
图1为本发明一实施例的机动车转向控制装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例的转向控制装置控制具有伺服系统的机动车转向的流程图；
图3为本发明另一实施例的转向控制装置控制具有PID控制的机动车转向的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种机动车转向控制装置，解决了现有技术中转向控制结构复杂，自动化程度不高的问题。
请参考图1，本发明实施例的机动车转向控制装置100包括分别设于车架上的、用于控制车轮转向的执行机构和用于驱动转向的驱动机构，以及连接于驱动机构并在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号以使执行机构控制车轮进行相应角度的偏转的转角检测机构。
所述驱动机构包括方向盘1、平面四连杆机构7及连接于方向盘1和平面四连杆机构7之间以在方向盘1带动下进一步带动所述平面四连杆机构7偏转的传动副20，所述方向盘1带动所述传动副20运转，所述传动副20带动所述平面四连杆机构7偏转。
平面四连杆机构7为平面四连杆机构，其包括一横拉杆6、分别以一端铰接于横拉杆6的对应末端的摇杆以及两端分别铰接于两摇杆9、10的对应末端且长度根据车辆的轴距和轮距预先确定的固定杆19，固定杆19的两端和两摇杆9、10的铰接点形成两支点，所述横拉杆6的长度可调，以用于调节车轮内外转角差。本实施例中的平面四连杆机构7远小于传统机动车中采用的平面四连杆机构，从而控制轻松、灵活。
传动副20包括一安装在方向盘1上的第一链轮2、安装于平面四连杆机构7上的第二链轮4以及连接于第一链轮2和第二链轮4之间的链条3，所述两链轮之间的传动比可为5:1、6:1或者7:1，也可以随机动车的转向性能不同设计不同调整传动比。另外，传动副20并不局限于链传动副，还可以为涡轮蜗杆传动或者皮带传动。
所述转角检测机构30与所述传动副20相连，所述转角检测机构30包括：分别设于所述平面四连杆机构7两支点上并由所述平面四连杆机构7带动使滑动端滑动地电性接触于电阻的两旋转电位器5、8；电连接于所述旋转电位器5、8的滑动端以实时检测滑动端所在位置的电压值的电压检测模块；预存有电压值与转角和转向对应关系表的存储器；以及电连接于所述电压检测模块的、根据所述电压检测模块测得的电压值从所述关系表确定对应的转角和转向并生成车轮的偏转角度信号的控制器。
具体地，两旋转电位器5、8的电阻一端接地，一端接高电平，当方向盘1转动带动传动副20转动时，传动副20带动平面四连杆机构7偏转时，平面四连杆机构7带动两旋转电位器5、8的滑动端沿着旋转电位器的电阻滑动，滑动端所在位置的电压值发生改变，控制器根据所述电压检测模块测得的电压值从所述存储模块的关系表中确定对应的转角和转向并生成车轮的偏转角度信号，从而实现了机械控制的输入到电控制信号的输出。
机动车包括用于传送并实时跟踪控制所述车轮的偏转与所述偏转角度信号保持一致的伺服系统或者PID控制器（Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分控制器），其中，PID控制器是一个应用在工业控制应用中的反馈回路部件。 
作为一种实施方式，机动车包括伺服系统，所述执行机构集成于所述伺服系统中。请一并参考图2，使用本转向控制装置100的转向控制方法一包括： 
信号传递步骤：转角检测机构在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号并传送给机动车中伺服系统；
控制步骤：所述伺服系统根据偏转角度信号控制车轮偏转；
跟踪步骤：所述车轮将自身的转动结果反馈给所述伺服系统，由所述伺服系统跟踪控制所述车轮的转向与所述偏转角度信号保持一致。
作为另一种实施方式，与上述实施例基本相同，区别在于偏转角度信号的接收者不同。所述执行机构包括连接并由转角检测机构30控制的第一动力源11和第二动力源15、由所述动力源带动并分别传动至第一车轮14和第二车轮18以进行转向的传动组件，其中，所述动力源包括电机驱动电路和连接于所述电机驱动电路的电机，所述传动组件包括连接于电机输出轴的第一涡轮蜗杆12、第二涡轮蜗杆16及啮合于所述涡轮蜗杆及车轮的第一齿轮组13、第二齿轮组17。所述转角检测机构30还包括连接于控制器和动力源之间的用于传送并实时跟踪控制所述车轮的偏转与所述偏转角度信号保持一致的PID控制器。请一并参考图3，使用本转向控制装置100的转向控制方法二包括：
信号传递步骤：转角检测机构在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号并传送给机动车中PID控制器；
控制步骤：所述PID控制器根据偏转角度信号控制动力源工作；
驱动步骤：所述动力源驱动车轮偏转；
跟踪步骤：所述车轮将自身的转动结果反馈给所述PID控制器，由所述PID控制器跟踪控制所述车轮的偏转与所述偏转角度信号保持一致。
综上，所述转向控制装置100中的转角检测机构30将检测到的车轮的偏转角度信号以电信号的形式输出，发送至伺服系统或PID控制器，伺服系统或PID控制器控制车轮按照预设角度转动。
使用本机动车转向控制装置100其内的平面四连杆机构更加小型化，整个装置机械结构简单可行，并且通过电子化控制汽车转动方向，装置自动化程度更高，控制更精准。采用所述机动车转向控制装置的转向控制方法，因为应用了机械结构简单的转向控制装置以及电子控制汽车转向的方法，使得机动车转向控制自动化程度更高，控制更准确。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1. 一种机动车转向控制装置，包括设于机动车的车架上的、用于控制车轮偏转方向的执行机构，其特征在于，所述转向控制装置还包括：
设于车架上的、用于驱动机动车转向的驱动机构；以及
连接于驱动机构并在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号以使执行机构控制车轮进行相应角度的偏转的转角检测机构。
2. 如权利要求1所述的转向控制装置，其特征在于，所述驱动机构包括方向盘、平面四连杆机构及连接于方向盘和平面四连杆机构之间以在方向盘带动下进一步带动所述平面四连杆机构偏转的传动副。
3. 如权利要求2所述的转向控制装置，其特征在于，所述平面四连杆结构包括长度可调以调节车轮内外转角差的横拉杆、分别以一端铰接于横拉杆的对应末端的两摇杆以及两端分别铰接于两摇杆的对应末端且长度根据车辆的轴距和轮距预先确定的固定杆，所述固定杆的两端和所述两摇杆的铰接点形成支点。
4. 如权利要求3所述的转向控制装置，其特征在于，所述转角检测机构包括：
分别设于所述平面四连杆机构的两支点上并由所述平面四连杆机构带动使滑动端滑动地电性接触于电阻的两旋转电位器；
电连接于所述旋转电位器的滑动端以实时检测滑动端所在位置的电压值的电压检测模块；
预存有电压值与转角和转向对应关系表的存储器；以及
电连接于所述电压检测模块的、根据所述电压检测模块测得的电压值从所述关系表确定对应的转角和转向并生成车轮的偏转角度信号的控制器。
5. 如权利要求4所述的转向控制装置，其特征在于，所述执行机构集成于一用于传送并实时跟踪控制所述车轮的偏转与所述偏转角度信号保持一致的伺服系统中。
6. 如权利要求4所述的转向控制装置，其特征在于，所述执行机构包括连接并由转角检测机构控制的动力源、由动力源带动并传动至车轮以进行转向的传动组件，其中，所述动力源包括电机驱动电路和连接于所述电机驱动电路的电机，所述传动组件包括连接于电机输出轴的涡轮蜗杆及啮合于所述涡轮蜗杆及车轮的齿轮组。
7. 如权利要求6所述的转向控制装置，其特征在于，所述转角检测机构还包括连接于控制器和动力源之间的用于传送并实时跟踪控制所述车轮的偏转与所述偏转角度信号保持一致的PID控制器。
8. 如权利要求2所述的转向控制装置，其特征在于，所述传动副包括一安装在所述方向盘上的第一链轮、安装于所述平面四连杆机构上的第二链轮以及链条。
9. 一种使用权利要求1所述的转向装置的转向控制方法，用于对包括伺服系统的机动车进行转向控制，其特征在于，所述方法包括：
信号传递步骤：转角检测机构在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号并传送给机动车中伺服系统；
控制步骤：所述伺服系统根据偏转角度信号控制车轮偏转；
跟踪步骤：所述车轮将自身的转动结果反馈给所述伺服系统，由所述伺服系统跟踪控制所述车轮的转向与所述偏转角度信号保持一致。
10. 一种使用权利要求1所述的转向装置的转向控制方法，用于对包括PID控制器的机动车进行转向控制，其特征在于，所述方法包括：
信号传递步骤：转角检测机构在驱动机构控制下生成车轮的偏转角度信号并传送给机动车中PID控制器；
控制步骤：所述PID控制器根据偏转角度信号控制动力源工作；
驱动步骤：所述动力源驱动车轮偏转；
跟踪步骤：所述车轮将自身的转动结果反馈给所述PID控制器，由所述PID控制器跟踪控制所述车轮的偏转与所述偏转角度信号保持一致。
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