CN103337205A

CN103337205A - 一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置

Info

Publication number: CN103337205A
Application number: CN2013102782776A
Authority: CN
Inventors: 陈慧鹏; 金绍勋; 陈国金; 胡丽楠
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: CN103337205B

Abstract

本发明公开了一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置。现有方向盘路感模拟装置对阻尼电机缺少控制。本发明中的方向柱与方向柱支撑装置轴承连接；方向柱的顶部与方向盘固接，中部固定设置有阻尼蜗轮，底部通过联轴器与角度传感器固接；角度传感器与角度传感器支架轴承连接；角度传感器支架与方向柱支撑板固接；阻尼电机固接在方向柱支撑板上，其输出轴端固接有阻尼蜗杆；阻尼蜗杆与阻尼蜗轮配合；阻尼电机的输入端与阻尼电机控制器的输出端连接，阻尼电机控制器的输入端与电子控制单元DSP开发板的输出端连接，电子控制单元DSP开发板的输入端与角度传感器的信号输出端连接。本发明通过控制阻尼电机产生阻尼，获取最理想的路感。

Description

一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置

技术领域

本发明属于汽车领域，涉及汽车转向技术，具体涉及一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置。

背景技术

汽车转向系统在车辆行驶过程中按照驾驶员的意图来实现控制车辆转向的功能，对汽车行驶过程中的操纵稳定性和安全性起着重要的作用。传统的机械式转向系统借助操纵结构和转向执行机构之间的机械连接传递驾驶员转向意图实现转向功能。为改善驾驶特性，在传统机械式转向系统基础上研制出助力转向系统，如液压助力转向系统和电动助力转向系统。这些转向系统的共同点在于操纵机构和转向执行机构之间都是通过机械、液压等机构连接，仍需要靠驾驶员一定的人力操作实现转向功能，同时路面的抖动冲击会传递到方向盘上给驾驶员驾驶稳定性造成一定的影响。

当前汽车电子技术的飞速发展对汽车转向系统带来了技术上的创新，各大汽车厂家和科研院开始注重所对线控转向技术的研究工作。线控转向系统取消了操纵机构与转向执行机构之间的机械连接，而是采用信号和电子控制单元连接，驾驶员对方向盘的操纵指令通过电子控制单元转换为电信号，电子控制单元根据所接收到的信号、当前车辆状况和路面状况，按照一定的控制算法产生控制信号指令，传递给转向执行机构实现合理的前轮转角，实现“恰到好处”的转向。对汽车转向系统的开发需要大量的试验，尤其是通过实车道路试验将系统性能调整到最佳工作状态。但实车路试不仅需要消耗大量的人力、物力和财力，也存在一定的风险性，而且周期长。目前转向系统仿真试验台架在转向系统开发、改进及测试方面可以取代大量的实车试验，进行在实际中不可能或者较为复杂的试验，如故障模拟、故障诊断、软件测试等，同时仿真试验台架具有可重复性。

在汽车行驶过程中，通过操纵机构和执行机构之间的机械连接将转向阻力矩传递给驾驶员，即所谓的路感，包括了车辆运动和受力状态信息和路面信息，研究实践表明路感对驾驶员掌握汽车运动状态和行驶环境状况非常重要，良好的路感是保证汽车操纵稳定性不可缺少的部分。然而线控转向系统中，路感信息无法像机械转向装置那样通过机械连接装置传递到方向盘，所以转向系统仿真试验台架中必须有一套能够根据驾驶状况、路面信息等模拟路感并传递给驾驶员的装置确保驾驶操纵稳定性。

目前，针对路感模拟装置的设计研究主要出现两种情况：一是在整个路感模拟装置中由弹簧阻尼系统组成而没有控制系统，如申请号为201110185746.0的申请公开了一种采用磁流变阻尼器、扭簧等实现路感模拟的装置，这种装置没有控制系统不能进行路感人为算法控制，对路感要求不高，不能进行主动路感反馈；二是路感模拟通过电机产生相应的阻尼，如申请号为201110024298.6的申请公开了一种转角范围可调的方向盘路感模拟装置，通过方向柱末端的电机产生相应的阻力，改变支撑板上齿条长度调节方向盘转角范围，这种装置涉及到齿轮齿条传动，结构较为复杂，占用空间较大，同时对路感阻尼电机缺少控制。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置，该装置采用电子控制单元DSP开发板和阻尼电机控制器控制阻尼电机产生阻尼，应用于线控转向仿真试验台架，保证驾驶员获取“真实”路感。

本发明包括方向盘、方向柱支撑装置、方向柱、阻尼电机系统、联轴器、角度传感器支架、角度传感器和电子控制单元DSP开发板。

所述的方向柱支撑装置包括方向柱支撑板、方向柱顶部支撑座和方向柱底部支撑座。所述的方向柱支撑板整体呈倒V字形，方向柱顶部支撑座和方向柱底部支撑座设置在方向柱支撑板的同一个臂上；方向柱顶部支撑座固定设置在方向柱支撑板的顶部，方向柱底部支撑座固定设置在方向柱支撑板的底部。所述方向柱的顶部与方向柱顶部支撑座通过轴承连接，顶部末端与方向盘固定连接；方向柱的底部与方向柱底部支撑座通过轴承连接，底部末端设有一体成型的花键；方向柱的中部固定设置有阻尼蜗轮，阻尼蜗轮位于方向柱顶部支撑座和方向柱底部支撑座之间。

所述的阻尼电机系统包括阻尼电机、阻尼蜗杆和阻尼电机控制器；所述的阻尼电机固定设置在方向柱支撑板上；阻尼电机的输出轴端固定设置有阻尼蜗杆；阻尼蜗杆与方向柱上的阻尼蜗轮配合连接；阻尼电机的输入端通过电线与阻尼电机控制器的输出端连接，阻尼电机控制器的输入端与电子控制单元DSP开发板的输出端连接，电子控制单元DSP开发板的输入端与角度传感器的信号输出端连接。

所述联轴器的一端开设有花键孔，花键孔与方向柱上的花键配合连接；联轴器的另一端开设有角度传感器安装孔，形成的壁面上开设有贯穿联轴器外表面的多个紧定螺钉孔；多个紧定螺钉孔的轴线均布在联轴器的同一横截面上；花键孔和角度传感器安装孔同轴设置。

所述的角度传感器支架为L形板，角度传感器支架的一个臂上开设有角度传感器支架安装孔，另一臂上开设有角度传感器支撑孔；角度传感器支架安装孔与方向柱支撑板的底部末端开设的角度传感器支架定位孔对齐设置，角度传感器支架与方向柱支撑板之间螺纹连接；角度传感器支架与方向柱支撑板之间设置有调整片，设置不同厚度规格的调整片使得角度传感器、方向柱组件和联轴器同轴设置。角度传感器的一端依次设置有一体成型、同轴设置的角度传感器支撑轴和角度传感器安装轴；角度传感器支撑轴支撑在角度传感器支撑孔内，角度传感器安装轴伸入角度传感器安装孔内；每个紧定螺钉孔内均设置有一个紧定螺钉，紧定螺钉的尾部压入角度传感器安装轴的圆周面实现周向定位。

本发明的有益效果：

1、本发明的角度传感器可以测得方向盘转角，并将转角信号转换为电压信号传递给电子控制单元DSP开发板，电子控制单元DSP开发板输出控制路感阻尼的模拟信号，并传递给阻尼电机控制器控制阻尼电机产生阻尼，信号传递速度快，避免了弹簧阻尼系统存在的滞后性。

2、本发明通过改变电子控制单元DSP开发板内部的阻尼控制算法，得到不同的电机阻尼效果，比较不同的阻尼控制算法获取最理想的路感效果。

3、本发明可以通过改变电子控制单元DSP开发板的控制算法，调整方向盘不同极限转角对阻尼产生的影响。

4、本发明采用阻尼蜗杆和阻尼蜗轮传递阻尼，使得阻尼传递过程平顺、无冲击。

5、本发明结构简单，安装方便，占用空间小。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的平面结构示意图；

图3-1为本发明中联轴器的剖视图；

图3-2为图3-1的A-A剖视图；

图4为本发明中方向柱、联轴器和传感器的装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置包括方向盘1、方向柱支撑装置2、方向柱3、阻尼电机系统、联轴器5、角度传感器支架6、角度传感器7和电子控制单元DSP开发板8。

方向柱支撑装置2包括方向柱支撑板2-1、方向柱顶部支撑座2-2和方向柱底部支撑座2-3。方向柱支撑板2-1整体呈倒V字形，方向柱顶部支撑座2-2和方向柱底部支撑座2-3设置在方向柱支撑板2-1的同一个臂上；方向柱顶部支撑座2-2固定设置在方向柱支撑板2-1的顶部，方向柱底部支撑座2-3固定设置在方向柱支撑板2-1的底部。方向柱3的顶部与方向柱顶部支撑座2-2通过轴承连接，顶部末端与方向盘1固定连接；方向柱3的底部与方向柱底部支撑座2-3通过轴承连接，底部末端设有一体成型的花键3-1；方向柱3的中部固定设置有阻尼蜗轮，阻尼蜗轮位于方向柱顶部支撑座和方向柱底部支撑座之间。

阻尼电机系统包括阻尼电机4-1、阻尼蜗杆4-2和阻尼电机控制器4-3；阻尼电机4-1固定设置在方向柱支撑板2-1上；阻尼电机4-1的输出轴端固定设置有阻尼蜗杆4-2；阻尼蜗杆4-2与方向柱3上的阻尼蜗轮配合连接；阻尼电机4-1的输入端通过电线与阻尼电机控制器4-3的输出端连接，阻尼电机控制器4-3的输入端与电子控制单元DSP开发板8的输出端连接，电子控制单元DSP开发板8的输入端与角度传感器7的信号输出端连接。

如图3-1和图3-2所示，联轴器5的一端开设有花键孔5-1，花键孔5-1与方向柱上的花键3-1配合连接；联轴器的另一端开设有角度传感器安装孔5-2，形成的壁面上开设有贯穿联轴器外表面的三个紧定螺钉孔5-3；三个紧定螺钉孔的轴线均布在联轴器的同一横截面上；花键孔5-1和角度传感器安装孔5-2同轴设置。

如图4所示，角度传感器支架6为L形板，角度传感器支架6的一个臂上开设有角度传感器支架安装孔6-1，另一臂上开设有角度传感器支撑孔6-2；角度传感器支架安装孔6-1与方向柱支撑板的底部末端开设的角度传感器支架定位孔2-4对齐设置，角度传感器支架与方向柱支撑板之间螺纹连接；角度传感器支架6与方向柱支撑板2-1之间设置有调整片10，设置不同厚度规格的调整片10使得角度传感器7、方向柱组件3和联轴器5同轴设置；角度传感器7的一端依次设置有一体成型、同轴设置的角度传感器支撑轴7-1和角度传感器安装轴7-2；角度传感器支撑轴7-1支撑在角度传感器支撑孔6-2内，角度传感器安装轴7-2伸入角度传感器安装孔5-2内；每个紧定螺钉孔5-3内均设置有一个紧定螺钉9，紧定螺钉的尾部压入角度传感器安装轴7-2的圆周面实现周向定位。

一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置的工作过程如下：

转动方向盘1，角度传感器7测得方向盘转角并将转角信号转换为电压信号传递给电子控制单元DSP开发板8，电子控制单元DSP开发板8通过内部的阻尼控制算法处理后输出控制路感阻尼的模拟信号，并传递给阻尼电机控制器4-3。阻尼电机控制器4-3从模拟信号中识别阻尼产生方向和产生阻尼大小，并驱动阻尼电机4-1产生对应的电机阻尼，使方向盘得到一个反向的作用力，从而获取路面路感信息。

一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置，可针对不同的路况信息，通过改变电子控制单元DSP开发板8内部的阻尼控制算法和阻尼电机控制器4-3内部的控制程序，在相同方向盘转角情况下得到不同的电机阻尼效果，比较不同的阻尼控制算法即可得到最理想的路感。

Claims

1. 一种汽车线控转向仿真试验台架方向盘路感模拟装置，包括方向盘、方向柱支撑装置、方向柱、阻尼电机系统、联轴器、角度传感器支架、角度传感器和电子控制单元DSP开发板，其特征在于：

所述的方向柱支撑装置包括方向柱支撑板、方向柱顶部支撑座和方向柱底部支撑座；所述的方向柱支撑板整体呈倒V字形，方向柱顶部支撑座和方向柱底部支撑座设置在方向柱支撑板的同一个臂上；方向柱顶部支撑座固定设置在方向柱支撑板的顶部，方向柱底部支撑座固定设置在方向柱支撑板的底部；所述方向柱的顶部与方向柱顶部支撑座通过轴承连接，顶部末端与方向盘固定连接；方向柱的底部与方向柱底部支撑座通过轴承连接，底部末端设有一体成型的花键；方向柱的中部固定设置有阻尼蜗轮，阻尼蜗轮位于方向柱顶部支撑座和方向柱底部支撑座之间；

所述的阻尼电机系统包括阻尼电机、阻尼蜗杆和阻尼电机控制器；所述的阻尼电机固定设置在方向柱支撑板上；阻尼电机的输出轴端固定设置有阻尼蜗杆；阻尼蜗杆与方向柱上的阻尼蜗轮配合连接；阻尼电机的输入端通过电线与阻尼电机控制器的输出端连接，阻尼电机控制器的输入端与电子控制单元DSP开发板的输出端连接，电子控制单元DSP开发板的输入端与角度传感器的信号输出端连接；

所述联轴器的一端开设有花键孔，花键孔与方向柱上的花键配合连接；联轴器的另一端开设有角度传感器安装孔，形成的壁面上开设有贯穿联轴器外表面的多个紧定螺钉孔；多个紧定螺钉孔的轴线均布在联轴器的同一横截面上；花键孔和角度传感器安装孔同轴设置；

所述的角度传感器支架为L形板，角度传感器支架的一个臂上开设有角度传感器支架安装孔，另一臂上开设有角度传感器支撑孔；角度传感器支架安装孔与方向柱支撑板的底部末端开设的角度传感器支架定位孔对齐设置，角度传感器支架与方向柱支撑板之间螺纹连接；角度传感器支架与方向柱支撑板之间设置有调整片，设置不同厚度规格的调整片使得角度传感器、方向柱组件和联轴器同轴设置；角度传感器的一端依次设置有一体成型、同轴设置的角度传感器支撑轴和角度传感器安装轴；角度传感器支撑轴支撑在角度传感器支撑孔内，角度传感器安装轴伸入角度传感器安装孔内；每个紧定螺钉孔内均设置有一个紧定螺钉，紧定螺钉的尾部压入角度传感器安装轴的圆周面实现周向定位。