CN103010285B - 一种转向管柱控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转向管柱控制装置及其控制方法，转向管柱控制装置包括：信息采集模块、按键控制模块、控制器模块以及执行模块，信息采集模块采集车辆相关信息，控制器模块根据接收到的相关信息判断是否符合调节转向管柱的条件，可以有效避免驾驶员在车辆高速行驶状态下调节方向盘引起的操作失误，具有较高的安全性。

Description

一种转向管柱控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种转向管柱控制装置及其控制方法。

背景技术

目前汽车上驾驶员一般是通过调节转向管柱的轴向距离和角度来调节方向盘位置。不同的驾驶员驾驶习惯不同，方向盘位置也不同。以前的机械式转向管柱结构简单，但是需要采用手动调节，不能记忆多个位置，随着电机和传感器的技术日益成熟，转向管柱开始采用电机与传感器来实现方向盘的电动调节和位置记忆功能。但是现有的电动调节转向管柱和机械式转向管柱有一个缺点：在车辆高速行驶状态下驾驶员还能调节方向盘，如果驾驶员在高速行驶状态下还能调节方向盘，可能引起操控失误造成事故，甚至导致严重伤亡。

发明内容

针对目前车辆高速行驶状态下驾驶员还能调节方向盘可能导致的操作失误，本发明提供一种转向管柱控制装置及其控制方法，可以有效避免驾驶员在车辆高速行驶状态下调节方向盘引起的操作失误。

一种转向管柱控制装置，所述转向管柱控制装置包括：用于采集车辆相关信息的信息采集模块、用于输入按键信号的按键控制模块、用于接收车辆相关信息和按键信号并进行分析后输出控制信号的控制器模块以及用于调节转向管柱的执行模块，所述信息采集模块和按键控制模块分别与控制器模块的输入端相连，所述控制器模块的输出端与执行模块相连。

进一步地，所述信息采集模块包括速度传感器以及钥匙信号检测器，所述速度传感器与钥匙信号检测器分别与控制器模块的输入端相连。

进一步地，所述控制器模块包括：收发器、MCU以及驱动单元，所述速度传感器和钥匙信号检测器分别与收发器的输入端相连，所述收发器的输出端与MCU的输入端相连，所述MCU的输出端和驱动单元相连。

进一步地，所述速度传感器和钥匙信号检测器通过CAN总线与收发器的输入端相连。

进一步地，所述MCU采用MC9S08DZ60。

进一步地，所述收发器采用TJA1040。

进一步地，所述驱动单元包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一继电器以及第二继电器，所述第一继电器以及第二继电器为双通道继电器，所述第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管的栅极与MCU的输出端相连，所述第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管的漏极均接地，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极与第一继电器的控制端相连，所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极与第二继电器的控制端相连。

进一步地，所述执行模块包括轴向调节电机以及角度调节电机，所述轴向调节电机以及角度调节电机分别与第一继电器和第二继电器的输出端相连。

一种转向管柱控制方法，所述转向管柱控制方法包括：

信息采集模块采集车辆相关信息，按键控制模块采集输入的按键信号，并将采集到的车辆相关信息和按键信号发送给控制器模块；

控制器模块根据接收到的车辆相关信息判断是否符合调节转向管柱的条件，如果符合调节转向管柱的条件，控制器模块发送相关命令给执行模块，执行模块根据接收到的命令调节转向管柱。

进一步地，所述信息采集模块采集的相关信息包括车速和钥匙档位信号，所述速度传感器采集车速，所述钥匙信号检测器检测钥匙档位信号，所述按键控制模块采集的按键信号包括方向调节信号和保存信号。

进一步地，所述控制器模块根据接收到的信息判断是否调节转向管柱的方法包括：

步骤a、钥匙信号检测器检测钥匙档位信号，当档位处于ACC档或ON档，则进行步骤b，如果档位处于OFF档，则不进行操作；

步骤b、按键控制模块检测是否有按键信号输入，如果有按键信号输入，则将按键信号通过收发器发送给MCU，MCU判断所述信号是否为方向调节信号，如果为方向调节信号，则进行步骤c，如果按键输入信号为保存信号，则保存转向管柱位置，如果没有按键信号输入，则返回步骤a；

步骤c、速度传感器检测车速，并将检测到的车速通过收发器发送给MCU，MCU将检测到的车速与预先设定的最低车速值进行比较，如果检测到的车速小于或等于预先设定的最低车速值，则进行步骤d，如果检测到的车速大于预先设定的最低车速值，则返回步骤a；

步骤d、MCU根据输入的方向调节信号，发送命令给驱动单元，驱动单元根据命令控制轴向调节电机和角度调节电机，轴向调节电机和角度调节电机分别调节转向管柱的轴向距离和角度。

进一步地，所述预先设定的最低车速值为7km/h。

进一步地，所述步骤c进一步包括：当检测到的车速大于7km/h时，MCU控制第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管截止，第一继电器以及第二继电器断开。

进一步地，所述步骤d进一步包括：MCU根据输入的方向信号，控制第一NMOS管或第二NMOS管导通，使第一继电器闭合，轴向调节电机调节转向管柱的轴向距离；控制第三NMOS管或第四NMOS管导通，使第二继电器闭合，角度调节电机调节转向管柱的角度。

本发明提供的一种转向管柱控制装置及其控制方法，通过信息采集模块采集车辆的相关信息，并根据相关信息判断是否符合调节转向管柱的条件，可以有效避免驾驶员在车辆高速行驶状态下调节方向盘引起的操作失误，具有较高的安全性。

附图说明

附图1为本发明一种实施例提供的一种转向管柱控制装置的结构示意图。

附图2为本发明一种实施例提供的一种转向管柱控制装置的控制器模块和执行模块的电路图。

附图3为本发明一种实施例提供的一种转向管柱控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，一种转向管柱控制装置，包括：信息采集模块1、按键控制模块2、控制器模块3以及执行模块4，信息采集模块1用于采集车辆相关信息，按键控制模块2用于输入按键信号，控制器模块3用于接收车辆相关信息并进行分析并输出控制信号控制执行模块4，执行模块4用于转向管柱；信息采集模块1和按键控制模块2分别与控制器模块3的输入端相连，控制器模块3的输出端与执行模块4相连。

信息采集模块1包括速度传感器1a和钥匙信号检测器1b，速度传感器1a用于检测车速，钥匙信号检测器1b用于检测钥匙档位信号，速度传感器1a与钥匙信号检测器1b分别与控制器模块3的输入端相连。

如附图2所示，控制器模块3包括：收发器3a、MCU3b以及驱动单元3c，收发器3a用于将接收到的信号转换为MCU3b能识别的信号，MCU3b用于接收信号进行分析，驱动单元3c用于接收MCU3b发出的控制信号驱动执行模块4，速度传感器1a与钥匙信号检测器1b分别与收发器3a的输入端相连，收发器3a的输出端与MCU3b的输入端相连，MCU3b的输出端与驱动单元3c相连。

优选地，速度传感器1a与钥匙信号检测器1b通过CAN总线与收发器3a的输入端相连，收发器3a采用TJA1040，收发器3a的RS管脚与第一电阻R1的一端相连，第一电阻R1的另一端接地，CANH管脚和CANL管脚分别与第二电阻R2和第三电阻R3的一端相连，第二电阻R2与第三电阻R3的另一端与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端接地，从第二电阻R2与CANH管脚之间以及第三电阻R3与CANL管脚之间引出输入端；VCC管脚与低压电源VCC相连，低压电源VCC与第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端接地；MCU3b采用MC9S08DZ60，MCU3b的TXCAN管脚和RXCAN管脚分别与收发器3a的TXD管脚和RXD管脚相连。

驱动单元3c包括第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3、第四NMOS管Q4、第一继电器K1以及第二继电器K2，第一继电器K1以及第二继电器K2为双通道继电器，第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4的栅极分别与MCU3b的PTC1管脚、PTC2管脚、PTC3管脚和PTC4管脚相连，所述第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4的漏极均接地，所述第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的源极与第一继电器K1的控制端相连，所述第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4的源极与第二继电器K2的控制端相连。

执行模块4包括轴向调节电机4a和角度调节电机4b，轴向调节电机4a用于调节转向管柱的轴向距离，角度调节电机4b用于调节转向管柱的角度，轴向调节电机4a以及角度调节电机4b分别与第一继电器K1和第二继电器K2的输出端相连，当第一继电器K1闭合时轴向调节电机4a工作，断开时轴向调节电机停止运行；当第二继电器K2闭合时角度调节电机4b工作，断开时角度调节电机停止运行。

如附图3所示，一种转向管柱控制方法，所述转向管柱控制方法包括：

信息采集模块1采集车辆相关信息，按键控制模块2采集输入的按键信号，并将采集到的车辆相关信息和按键信号发送给控制器模块3；

控制器模块3根据接收到的车辆相关信息判断是否符合调节转向管柱的条件，如果符合调节转向管柱的条件，控制器模块3发送相关命令给执行模块4，执行模块4根据接收到的命令调节转向管柱。

信息采集模块1采集的相关信息包括车速和钥匙档位信号，所述速度传感器1a采集车速，所述钥匙信号检测器1b检测钥匙档位信号，所述按键控制模块2采集按键信号，按键信号包括方向调节信号和保存信号，方向调节信号包括上、下、前、后四个方向，保存信号用于当驾驶员调整好转向管柱的位置之后锁定该位置，因此按键控制模块2包括上、下、前、后四个方向按键以及一个保存按键。

控制器模块3根据接收到的信息判断是否调节转向管柱的方法包括：

步骤a、钥匙信号检测器1b检测钥匙档位信号，当档位处于ACC档或ON档，则进行步骤b，如果档位处于OFF档，则不进行操作。

当档位处于OFF档时，控制装置不工作，此时可以插入或取出钥匙，当档位处于ACC档时，车辆启动，当档位处于ON档时，车辆正常行驶。

步骤b、按键控制模块2检测是否有按键信号输入，如果有按键信号输入，则将按键信号通过收发器3a发送给MCU3b，MCU3b判断所述信号是否为方向调节信号，如果为方向调节信号，则进行步骤c，如果按键输入信号为保存信号，则保存转向管柱位置，如果没有按键信号输入，则返回步骤a。

按键控制模块2将按键信号发送给收发器3a,收发器3a将按键信号转换成MCU3b能识别的信号并将信号发送给MCU3b。

步骤c、速度传感器1a检测车速，并将检测到的车速通过收发器3a发送给MCU3b，MCU3b将检测到的车速与预先设定的最低车速值进行比较，如果检测到的车速小于或等于预先设定的最低车速值，则进行步骤d，如果检测到的车速大于预先设定的最低车速值，则返回步骤a。

收发器3a接收车速信号，并将车速信号转换为MCU3b能识别的信号发送给MCU3b。

预先设定的最低车速值可以根据实际情况设定，优选地，设定最低车速值为7km/h。

步骤d、MCU3b根据输入的方向调节信号，发送命令给驱动单元3c，驱动单元3c根据命令控制轴向调节电机4a和角度调节电机4b，轴向调节电机4a和角度调节电机4b分别调节转向管柱的轴向距离和角度。

通过调节转向管柱的轴向距离和角度，可以实现方向盘上、下、前、后四个方向的调节，当驾驶员调节好方向盘的位置之后，可以通过按键控制模块2的保存按键，锁定调节好的位置。

优选地，步骤c进一步包括：当检测到的车速大于7km/h时，MCU3b控制第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4截止，使第一继电器K1以及第二继电器K2断开，此时，无论驾驶员按下哪个按键，轴向调节电机4a和角度调节电机4b都不会工作，避免了驾驶员在高速行驶时误调节转向管柱而给车辆带来的安全隐患。

优选地，步骤d进一步包括：MCU3b根据输入的方向信号，控制第一NMOS管Q1或第二NMOS管Q2导通，使第一继电器K1闭合，轴向调节电机4a调节转向管柱的轴向距离；控制第三NMOS管Q3或第四NMOS管Q4导通，使第二继电器K2闭合，角度调节电机（4b）调节转向管柱的角度。

第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3和第四NMOS管Q4的栅极分别与MCU3b的PTC1管脚、PTC2管脚、PTC3管脚和PTC4管脚相连，第一继电器K1和第二继电器K2为双通道继电器，分别控制轴向调节电机4a和角度调节电机4b的正转和反转，MCU3b根据相应的指令，当给PTC1管脚置高电平、PTC2管脚置低电平时，第一NMOS管导通，第二NMOS管截止，轴向调节电机4a正转，反之，给PTC1管脚置低电平、PTC2管脚置高电平时，第二NMOS管导通，第一NMOS管截止，轴向调节电机4a反转；同理，当给PTC3管脚置高电平、PTC4管脚置低电平时，第三NMOS管导通，第四NMOS管截止，角度调节电机4b正转，反之，给PTC3管脚置低电平、PTC4管脚置高电平时，第三NMOS管截止，第四NMOS管导通，轴向调节电机4a反转。

本发明提供的一种转向管柱控制装置及其控制方法，通过信息采集模块采集车辆的车速和钥匙档位信号，并将车速与预先设定的最低车速值进行比较，如果车速大于预先设定的最低车速值，则控制相应的第一继电器和第二继电器断开，此时，无论驾驶员按下哪个按键，轴向调节电机和角度调节电机都不会工作，可以有效避免驾驶员在车辆高速行驶状态下误调节方向盘而给车辆带来的安全隐患，具有较高的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种转向管柱控制装置，其特征在于，所述转向管柱控制装置包括：用于采集车辆相关信息的信息采集模块（1）、用于输入按键信号的按键控制模块（2）、用于接收车辆相关信息和按键信号并进行分析后输出控制信号的控制器模块（3）以及用于调节转向管柱的执行模块（4），所述信息采集模块（1）和按键控制模块（2）分别与控制器模块（3）的输入端相连，所述控制器模块（3）的输出端与执行模块（4）相连，所述控制器模块（3）包括：收发器（3a）、MCU（3b）以及驱动单元（3c），所述信息采集模块(1)与收发器（3a）相连，所述收发器（3a）的输出端与MCU（3b）的输入端相连，所述MCU（3b）的输出端和驱动单元（3c）相连，所述驱动单元（3c）包括第一NMOS管（Q1）、第二NMOS管（Q2）、第三NMOS管（Q3）、第四NMOS管（Q4）、第一继电器（K1）以及第二继电器（K2），所述第一继电器（K1）以及第二继电器（K2）为双通道继电器，所述第一NMOS管（Q1）、第二NMOS管（Q2）、第三NMOS管（Q3）和第四NMOS管（Q4）的栅极与MCU（3b）的输出端相连，所述第一NMOS管（Q1）、第二NMOS管（Q2）、第三NMOS管（Q3）和第四NMOS管（Q4）的漏极均接地，所述第一NMOS管（Q1）和第二NMOS管（Q2）的源极与第一继电器（K1）的控制端相连，所述第三NMOS管（Q3）和第四NMOS管（Q4）的源极与第二继电器（K2）的控制端相连，所述执行模块（4）包括轴向调节电机（4a）以及角度调节电机（4b），所述轴向调节电机（4a）以及角度调节电机（4b）分别与第一继电器（K1）和第二继电器（K2）的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的转向管柱控制装置，其特征在于，所述信息采集模块（1）包括速度传感器（1a）以及钥匙信号检测器（1b），所述速度传感器（1a）与钥匙信号检测器（1b）分别与控制器模块（3）的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的转向管柱控制装置，其特征在于，所述速度传感器（1a）和钥匙信号检测器（1b）分别与收发器（3a）的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的转向管柱控制装置，其特征在于，所述速度传感器（1a）和钥匙信号检测器（1b）通过CAN总线与收发器（3a）的输入端相连。

5.根据权利要求3所述的转向管柱控制装置，其特征在于，所述MCU（3b）采用MC9S08DZ60。

6.根据权利要求3所述的转向管柱控制装置，其特征在于，所述收发器（3a）采用TJA1040。

7.一种转向管柱控制方法，其特征在于，所述转向管柱控制方法包括：

信息采集模块（1）采集车辆相关信息，按键控制模块（2）采集输入的按键信号，并将采集到的车辆相关信息和按键信号发送给控制器模块（3）；

控制器模块（3）根据接收到的车辆相关信息判断是否符合调节转向管柱的条件，如果符合调节转向管柱的条件，控制器模块（3）发送相关命令给执行模块（4），执行模块（4）根据接收到的命令调节转向管柱；

所述信息采集模块（1）采集的相关信息包括车速和钥匙档位信号，速度传感器（1a）采集车速，钥匙信号检测器（1b）检测钥匙档位信号，所述按键控制模块（2）采集的按键信号包括方向调节信号和保存信号；

所述控制器模块（3）根据接收到的信息判断是否调节转向管柱的方法包括：

步骤a、钥匙信号检测器（1b）检测钥匙档位信号，当档位处于ACC档或ON档，则进行步骤b，如果档位处于OFF档，则不进行操作；

步骤b、按键控制模块（2）检测是否有按键信号输入，如果有按键信号输入，则将按键信号通过收发器（3a）发送给MCU（3b），MCU（3b）判断所述信号是否为方向调节信号，如果为方向调节信号，则进行步骤c，如果按键输入信号为保存信号，则保存转向管柱位置，如果没有按键信号输入，则返回步骤a；

步骤c、速度传感器（1a）检测车速，并将检测到的车速通过收发器（3a）发送给MCU（3b），MCU（3b）将检测到的车速与预先设定的最低车速值进行比较，如果检测到的车速小于或等于预先设定的最低车速值，则进行步骤d，如果检测到的车速大于预先设定的最低车速值，则返回步骤a，并且，第一NMOS管（Q1）、第二NMOS管（Q2）、第三NMOS管（Q3）和第四NMOS管（Q4）的栅极与MCU（3b）的输出端相连，所述第一NMOS管（Q1）、第二NMOS管（Q2）、第三NMOS管（Q3）和第四NMOS管（Q4）的漏极均接地，所述第一NMOS管（Q1）和第二NMOS管（Q2）的源极与第一继电器（K1）的控制端相连，所述第三NMOS管（Q3）和第四NMOS管（Q4）的源极与第二继电器（K2）的控制端相连，执行模块（4）包括轴向调节电机（4a）以及角度调节电机（4b），所述轴向调节电机（4a）以及角度调节电机（4b）分别与第一继电器（K1）和第二继电器（K2）的输出端相连，当检测到的车速大于预先设定的最低车速值时，MCU（3b）控制第一NMOS管（Q1）、第二NMOS管（Q2）、第三NMOS管（Q3）和第四NMOS管（Q4）截止，使第一继电器（K1）以及第二继电器（K2）断开；

步骤d、MCU（3b）根据输入的方向调节信号，发送命令给驱动单元（3c），驱动单元（3c）根据命令控制轴向调节电机（4a）和角度调节电机（4b），轴向调节电机（4a）和角度调节电机（4b）分别调节转向管柱的轴向距离和角度，MCU（3b）根据输入的方向信号，控制第一NMOS管（Q1）或第二NMOS管（Q2）导通，使第一继电器（K1）闭合，轴向调节电机（4a）调节转向管柱的轴向距离；控制第三NMOS管（Q3）或第四NMOS管（Q4）导通，使第二继电器（K2）闭合，角度调节电机（4b）调节转向管柱的角度。

8.根据权利要求7所述的转向管柱控制方法，其特征在于，所述预先设定的最低车速值为7km/h。