CN102874308A - 一种基于操纵杆的线控转向系统角传动比控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于操纵杆的线控转向系统角传动比控制方法。目的在于解决基于操纵杆的线控转向系统可变角传动比设置问题。该控制方法是通过传感器采集车辆的操纵杆转动角度值，通过计算得到操纵杆转动角速度，并结合车速值共同确定一个转向角传动比数值，不同的操纵杆转动角速度和车速下这个转向角传动比数值是可变的。本发明主要是将该转向变传动比与线控转向系统相结合，实现汽车转向的变传动比功能，改善车辆在低速行驶工况下的转向负担和高速行驶工况下的转向操纵性能。

Description

一种基于操纵杆的线控转向系统角传动比控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车线控转向系统，具体地说是基于操纵杆的汽车线控转向系统的转向角传动比控制方法。

背景技术

传统汽车转向系统从方向盘到车轮之间均为机械连接，其转向角传动比固定，这导致汽车低速行驶时，驾驶员往往需要转动较大的方向盘转角才能控制汽车转向运动，给驾驶员造成了较重的驾驶负担；汽车高速行驶时，驾驶员可以操作的方向盘转角范围又较小，这使得转向变得非常灵敏，也给驾驶员造成了一定的驾驶负担。经验丰富的驾驶员在操控汽车时会根据驾驶经验进行相应的人为补偿控制，然后一些驾驶经验较少的驾驶员则不能很好地驾驶汽车，甚至引发交通事故。此外，传统机械转向系统占据空间大，在汽车发生碰撞时也会对驾驶员造成一定的伤害。线控转向系统取消了转向操纵机构和转向执行机构之间的机械连接，不但可以减轻转向系统重量，改善驾驶特性，又提高了汽车设计的灵活性，便于转向系统的整车布置；另外，线控转向系统中用操纵杆代替传统的转向盘，使得驾驶更加简捷，通过单手就可以完成汽车转向控制(转向盘需要双手才能完成操作控制)，这方便了部分残疾人驾驶汽车。目前线控转向系统转向角传动比方面的研究还主要处于理论研究阶段，方法较为复杂很难进行实车推广应用。在工程上，目前还很少有关于基于操纵杆的线控转向系统转向角传动比控制方法方面的研究，一般仅仅基于汽车行驶中的某个单一参数，如车速、转向盘转角等，对车辆行驶状态的描述不够全面，没有完全体现出线控转向系统的优越性。至今，还没有关于车速和操纵杆角速度的转向角传动比控制方法提出。

发明内容

本发明的主要目的是完善现有线控转向系统和角传动比设计方面的不足，提供一种基于操纵杆的线控转向系统角传动比控制方法，充分发挥线控转向系统的技术优势，提高汽车的转向舒适性和操控性。具体的控制方法是通过车上自带的传感采集器获取车辆的行驶速度(车速)和操纵杆转角角度信息，其中操纵杆转角可以表示为随时间变化的曲线，通过对操纵杆转动角度的时间历程曲线求一阶导数便可得到操纵杆角速度信息。参考传统汽车转向试验数据，设计一个转向传动比随车速和操纵杆转动角速度变化的函数，函数的输入值是车速和操纵杆转动角速度，输出值是转向系统角传动比。在驾驶员驾驶汽车行驶时，每一时刻下的车速和操纵杆转动角速度值也唯一，也同时计算得到的转向角传动比也是唯一的，这也实现了随车速和操纵杆转动角速度变化的变转向角传动比。要注意的是，由于转向系统机械结构存在间隙，因此驾驶员在利用操纵杆进行转向控制时会有一定大小的死区，该死区由转向系统机械间隙产生，是不可避免的，在这个死区的范围内，虽然操纵杆转角不为零，但是车辆转向前轮没有转角响应。另一方面，当操纵杆转动角速度的数值较大时，在变转向角传动比作用下，即使操纵杆未达到最大偏离位置，但此时车辆的转向轮转角已达极限，则从这个临界位置开始，多余的同方向操纵杆转角不再对车辆转向前轮转角产生影响。由于该临界位置的角度值是变化的，需要保证车辆在所有转向工况下操纵杆均能使汽车转向轮达到转向极限位置。

附图说明

下面结合附图进行进一步的说明：

图1为基于操纵杆的线控转向系统角传动比控制策略逻辑结构图。

图2为数据对照表格的具体数据设置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。考虑到实际情况，要求：

1.车辆低速行驶时，无论是直线行驶还是驾驶员进行大角度的转向操作，都需要转向系统更加灵活，以减少驾驶员的劳动量，因此转向角传动比要相对大。

2.车辆在高速行驶时，为了保证车辆平稳行驶，车辆转向前轮角度很小，同时操纵杆角速度也比较低，才能需要车辆转向运动更加稳定，则角传动比要设计的相对小；车辆平稳行驶时，若前方路段突发紧急状况，需要驾驶员紧急转向，即操纵杆角速度较大时，角传动比也要增加，从而可以更快速的实现驾驶员的转向意图，即当车速一定时，操纵杆角速度越大，说明驾驶员的转向意愿更加急切，因此转向角传动比应该越大。

3.当操纵杆角速度一定时，考虑到车辆的行驶速度大多数情况下介于30km/h和60km/h之间，所以当车速在该区间内时取角传动比为定值以保证车辆的稳定性。

如图1所示，具体实施转向操作时，首先通过传感器采集车速信号和操纵杆转角信号，将其传输到主控制器ECU。主控制器ECU通过操纵杆转角信号求导计算得到操纵杆转动角速度值，通过车速和操纵杆转动角速度查找预先设定的数据表格，从而得到当前车辆状态下的操纵杆转向角传动比。再根据当前的操纵杆转角和查表得到的操纵杆转动角传动比，就可以计算得到转向车轮期望的转角值，这时再由主控制器ECU发出指令控制线控转向系统中的转向执行机构就可以实现控制车辆的转向运动，完成转向操作。

如图2所示，在车辆正常行驶的过程中，操纵杆角速度是连续变化的，并且在实际操作中该角度值是一条随时间变化的平滑的曲线，则其在任意时间点可导。操纵杆转角角度方程对时间求一阶导数可得到操纵杆角速度，参考传统汽车转向试验数据，其最大值约为2.4674rad/s，故在表格中取该项数据上限为2.5rad/s；操纵杆角速度较低时，一般介于-0.25rad/s和0.25rad/s之间时，为了保证驾驶员方便地掌控汽车，将角传动比在这一区间也设为定值。这样的数据设置使得汽车在任意运动状态下均能有唯一的角传动比，并且该角传动比在合理的范围内。图中横轴为操纵杆角速度值，由于车辆转向分为左、右两个反向，因此操纵杆角速度也分为正、负两个方向。从该图中可以看出，随着车速的增加，同一时刻操纵杆角速度下的转向角传动比在减小，这也保证车辆低速行驶时的转向传动比大于高速行驶时的转向传动比，即保证了车辆低速转向的灵活性和高速转向的操控性。针对转向系统机械结构存在间隙，导致驾驶员在利用操纵杆进行转向控制时会有一定死区的问题，取操纵杆转角的死区范围为[-2.5°，2.5°]。另一方面，当操纵杆角速度的数值较大时，即使操纵杆未达到最大偏离位置，但此时车辆的转向轮转角已达极限，则从这个临界位置开始，多余的同方向操纵杆转角不再对转向轮转角产生影响，该临界位置的角度值是变化的，为了保证在所有工况下操纵杆均能使汽车转向轮达到转向极限位置，如当车速为100km/s以上，操纵杆角速度介于-0.25rad/s和0.25rad/s之间时，角传动比数值最小，为1.125。

Claims (4)

1.一种基于操纵杆的线控转向系统角传动比控制方法，其特征在于：线控转向系统主控制器同时采集车速和操纵杆转角角度信息，再通过操纵杆转角求导得到操纵杆转动角速度信息，然后由主控制器ECU对车速和操纵杆转动角速度信息进行处理后，可以得到当前状态下的转向角传动比，该传动比与操纵杆转角相乘后，得到车辆转向轮转角，再输入给车辆转向系统执行机构以实现转向操作。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：提出的转向传动比设计方法同时与汽车车速和操纵杆转动角速度有关。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：操纵杆在转角为零的中间位置两侧设置一定大小的死区，死区范围由转向系统机械结构的间隙大小确定。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在任何工况下，操纵杆均能使车辆转向前轮达到转向极限位置。

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