CN103496394B - 一种新能源汽车的电动转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车的转向控制方法，尤其涉及新能源电动汽车的电动转向控制方法。所述电动转向系统包括电动转向机械系统和电动转向控制系统，所述电动转向机械系统包括方向盘、与方向盘连接的方向柱、左转向轮和右转向轮，所述方向柱上连接有阻尼回馈电动机；简化了车辆前桥的结构，优化了新能源汽车转向系统的性能。

Description

一种新能源汽车的电动转向控制方法

技术领域

本发明涉及汽车的转向系统及转向控制方法，尤其涉及新能源电动汽车的电动转向系统及电动转向控制方法。

背景技术

当前传统汽车，特别是内燃机驱动车辆上所用转向系统多采用方向机加连杆的机械转向方式，由盘式或者螺杆式方向机通过球头连杆连接转向轮的羊角部分，藉由方向机将方向盘操纵的角度转向转变为与方向连杆平行方向之位移，继而产生转向轮的左右转动。这种转向装置的设计和布置会在转向轮特别是转向轮之间造成复杂的机械行程回路，从而导致了新能源汽车设计上的困扰。随着汽车工业市场科技化的步伐越来越快，国际社会针对环境保护的呼声越来越高，目前整个行业都在努力推进和拓展新能源汽车，但是，目前针对新能源汽车的转向系统，大多停留在传统汽车的转向系统设计理念上止步不前，还没有一种适用于新能源汽车，特别是电动汽车上的新理念电动转向系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新能源汽车用电动转向系统，改变了车辆转向模式，简化了车辆前桥的结构，优化了新能源汽车转向系统的性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种新能源汽车用电动转向系统，包括电动转向机械系统和电动转向控制系统，所述电动转向机械系统包括方向盘、与方向盘连接的方向柱、左转向轮和右转向轮，所述方向柱上连接有阻尼回馈电动机；

所述左转向轮的中心部位固定设置有与所述左转向轮的转动轴同轴的左转向节，所述左转向节的下端固连有垂直于所述左转向轮的转动轴的第一拉杆，所述第一拉杆的一端固定连接在所述左转向节上，另一端可转动地连接左转向连杆的外端，所述左转向连杆的内端通过第一机械摆臂与左转向电机连接；

所述右转向轮的中心部位固定设置有与所述右转向轮的转动轴同轴的右转向节，所述右转向节的下端固连有垂直于所述右转向轮的转动轴的第二拉杆，所述第二拉杆的一端固定连接在所述右转向节上，另一端可转动地连接右转向连杆的外端，所述右转向连杆的内端通过第二机械摆臂与右转向电机连接；

所述电动转向控制系统包括电动转向控制器、角度传感器、位移传感器以及转矩传感器，所述角度传感器设置在所述方向柱上，所述位移传感器包括设置在所述左转向连杆上的第一位移传感器和设置在所述右转向连杆上的第二位移传感器，所述转矩传感器包括设置在所述左转向电机上的第一转矩传感器和设置在所述右转向电机上的第二转矩传感器，所述角度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第一转矩传感器和第二转矩传感器的信号输出端与所述电动转向控制器的信号输入端相连接；

所述电动转向控制器与所述左转向电机、所述右转向电机以及所述阻尼回馈电动机分别连接并控制其转动。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述左转向电机通过第一固定支架固定在车辆前桥左侧的车架支架上，所述第一机械摆臂通过第一减速器连接在所述左转向电机的转动输出轴上，所述左转向电机的转动输出轴与车辆的直行方向相同，所述第一机械摆臂能在所述左转向电机的驱动下绕所述左转向电机的转动输出轴在垂直于所述车辆直行方向的平面内转动。

所述右转向电机通过第二固定支架固定在车辆前桥右侧的车架支架上，所述第二机械摆臂通过第二减速器连接在所述右转向电机的转动输出轴上，所述右转向电机的转动输出轴与车辆的直行方向相同，所述第二机械摆臂能在所述右转向电机的驱动下绕所述右转向电机的转动输出轴在垂直于所述车辆直行方向的平面内转动。

所述电动转向控制系统还包括设置在车辆车架上的车速传感器，所述车速传感器的信号输出端与所述电动转向控制器的信号输入端相连接。

所述的电动转向控制器包括微处理器以及与微处理器相连的接入接口电路和电机驱动电路，所述角度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第一转矩传感器、第二转矩传感器和车速传感器的信号输出端通过接入接口电路与微处理器的输入端相连接，所述微处理器的输出端通过所述电机驱动电路分别连接所述左转向电机、所述右转向电机和所述阻尼回馈电动机。

所述电动转向控制器包括故障检测电路和故障显示电路，故障检测电路的输出端和所述的微处理器相连，故障显示电路的输入端和微处理器相连。

所述电动转向控制器包括过流保护电路、继电器驱动电路和继电器保护电路，所述的微处理器的电机驱动电路通过继电器驱动电路和继电器保护电路的输入端相连，继电器保护电路的输出端分别与所述左转向电机、所述右转向电机和所述阻尼回馈电动机相连，所述过流保护电路的输入端分别与所述左转向电机、所述右转向电机和所述阻尼回馈电动机相连，所述过流保护电路的输出端接入所述微处理器。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种新能源汽车的电动转向控制方法，其应用于上述新能源汽车用电动转向系统，并包括以下控制模式：

1)在新能源汽车转向时，所述电动转向控制器内的微处理器采集所述车速传感器和所述角度传感器的输出信号，通过微处理器内预先设定的程序向所述左转向电机和所述右转向电机发出转向信号，并由所述左转向电机和所述右转向电机分别控制所述左转向轮和所述右转向轮的转向角度；

2)在新能源汽车转向过程中，所述电动转向控制器内的微处理器采集所述车速传感器、所述角度传感器、所述第一位移传感器、所述第二位移传感器、所述第一转矩传感器和所述第二转矩传感器的输出信号，并通过所述左转向电机和所述右转向电机分别控制所述左转向轮和所述右转向轮进行转向角度的调整；

3)在新能源汽车行驶过程中，当所述电动转向控制器内的微处理器所采集的车速传感器的输出信号大于某一速度设定值时，所述微处理器控制阻尼回馈电动机对方向柱的转向角度进行控制。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

在所述模式1)和模式2)中，当所述车速传感器的输出信号超过某一车速设定值时，所述电动转向控制器通过所述左转向电机和所述右转向电机控制所述左转向轮和所述右转向轮的最大转向倾角不超过某一特定角度；当所述车速传感器的输出信号低于某一车速设定值时，所述电动转向控制器通过所述左转向电机和所述右转向电机控制所述左转向轮和所述右转向轮的最大转向倾角大于某一特定角度，也就是说，当新能源汽车在高速运行时，电动转向控制器控制所述左转向轮和所述右转向轮的最大转向倾角符合正常值，使得车辆转向响应速度快，增强操控性和安全性；当新能源汽车在低速运行时，电动转向控制器控制所述左转向轮和所述右转向轮的最大转向倾角大，方便车辆转向进出库。

在所述模式2)中，当所述车速传感器的输出信号超过某一车速设定值且所述第一位移传感器或者所述第二位移传感器的输出信号超过某一位移设定值时，所述电动转向控制器通过所述左转向电机和所述右转向电机控制所述左转向轮和所述右转向轮的转向倾角的差值处于某一设定的范围内，从而增强过弯时车身的稳定性。也就是说，当新能源汽车过弯时，所述电动转向控制器将根据微处理器中预先设定的程序自动调整所述左转向轮和所述右转向轮之间的转向倾角的差值，增强车身的稳定性和安全性。

本发明的有益效果是：本发明改变了新能源汽车转向系统的机械结构，以电动转向控制器和转向电机来控制转向轮的转动角度，摒弃了传统的机械转向结构，将转向系统利用线束连接起来，简化了新能源汽车前桥的结构，在转向轮之间节约了大量的空间，减轻了由于复杂的机械结构和助力结构造成的整车质量；并且，本发明电动转向系统能根据汽车方向盘的角度信号、汽车的车速信号，转向电机的转矩信号以及转向拉杆的位移信号，结合预先制定的工况数据集合和设定在电动转向控制器的微处理器中的程序进行处理判断，并发出控制信号通过左右两侧的转向电机分别对左右两侧转向轮进行转向控制，使得新能源汽车在低速入库和高速行驶的不同运行状态下具有不同的转向状态，低速时进出泊位简单方便，高速时，驾驶更为轻便智能，安全性强。

附图说明

图1为本发明的电动转向系统的整体结构示意框图，图中横线代表机械连接，箭头表示有数据传输的连接。

图2为本发明的电动转向机械系统的部分结构示意图，示出了方向盘及一侧转向机械系统的连接结构。

图3为本发明的电动转向控制器中的电路连接原理框图。

具体实施方式

参照附图。

本发明的新能源汽车用电动转向系统包括电动转向机械系统和电动转向控制系统，所述电动转向机械系统包括方向盘1、与方向盘连接的方向柱2、左转向轮3和右转向轮4，所述方向柱2上连接有阻尼回馈电动机5。

所述左转向轮3的中心部位固定设置有与所述左转向轮3的转动轴同轴的左转向节31，所述左转向节31的下端固连有垂直于所述左转向轮3的转动轴的第一拉杆32，所述第一拉杆32的一端固定连接在所述左转向节31上，另一端与左转向连杆33的外端铰接，所述左转向连杆33的内端通过第一机械摆臂34与左转向电机35连接。

与左转向轮相对应地，所述右转向轮4的中心部位固定设置有与所述右转向轮4的转动轴同轴的右转向节41，所述右转向节41的下端固连有垂直于所述右转向轮4的转动轴的第二拉杆42，所述第二拉杆42的一端固定连接在所述右转向节41上，另一端与右转向连杆43的外端铰接，所述右转向连杆43的内端通过第二机械摆臂44与右转向电机45连接。

所述电动转向控制系统包括电动转向控制器6、角度传感器21、位移传感器以及转矩传感器，所述角度传感器21设置在所述方向柱2上，所述位移传感器包括设置在所述左转向连杆33上的第一位移传感器36和设置在所述右转向连杆43上的第二位移传感器46，所述转矩传感器包括设置在所述左转向电机35上的第一转矩传感器37和设置在所述右转向电机45上的第二转矩传感器47，所述角度传感器21、第一位移传感器36、第二位移传感器46、第一转矩传感器37和第二转矩传感器47的信号输出端与所述电动转向控制器6的信号输入端相连接；

所述电动转向控制器6与所述左转向电机35、所述右转向电机45以及所述阻尼回馈电动机5分别连接并控制其转动。

所述左转向电机35通过第一固定支架固定在车辆前桥左侧的第一车架支架上，所述第一机械摆臂34通过第一减速器301连接在所述左转向电机35的转动输出轴上，所述左转向电机35的转动输出轴与车辆的直行方向相同，所述第一机械摆臂34能在所述左转向电机35的驱动下绕所述左转向电机35的转动输出轴在垂直于所述车辆直行方向的平面内转动，带动所述左转向连杆33左右位移，从而使得左转向节31带动所述左转向轮3进行转向。

所述右转向电机45通过第二固定支架48固定在车辆前桥右侧的第二车架支架49上，所述第二机械摆臂44通过第二减速器401连接在所述右转向电机45的转动输出轴上，所述右转向电机45的转动输出轴与车辆的直行方向相同，所述第二机械摆臂44能在所述右转向电机45的驱动下绕所述右转向电机45的转动输出轴在垂直于所述车辆直行方向的平面内转动，带动所述右转向连杆43左右位移，从而使得右转向节41带动所述右转向轮4进行转向。

所述电动转向控制系统还包括设置在车辆车架上的车速传感器7，所述车速传感器7的信号输出端与所述电动转向控制器6的信号输入端相连接。

所述的电动转向控制器6包括微处理器61以及与微处理器61相连的接入接口电路62和电机驱动电路63，所述角度传感器21、第一位移传感器36、第二位移传感器46、第一转矩传感器37、第二转矩传感器47和车速传感器7的信号输出端通过接入接口电路62与微处理器61的输入端相连接，所述微处理器61的输出端通过所述电机驱动电路63分别连接所述左转向电机35、所述右转向电机45和所述阻尼回馈电动机5。

电动转向控制器6是一个软硬结合的装置，其中存储有电动转向的工作软件及各类工况的响应模式，微处理器61是电动转向控制器6的核心部件，微处理器61内存储有电动转向的工作软件及预先制定的工况数据集，角度传感器21采集方向盘的转动角度信号，车速传感器7采集新能源汽车的车速信号，第一位移传感器36和第二位移传感器46分别采集左转向连杆33和右转向连杆43的位移信号，第一转矩传感器37和第二转矩传感器47分别采集左转向电机35和右转向电机45的转矩信号，这些信号传输给电动转向控制器6，由微处理器61结合事先预设的工况响应模式，输出控制信号给左右转向电机，进而控制左右转向轮的转向角度。

进一步地，所述电动转向控制器6还包括故障检测电路64和故障显示电路65，故障检测电路64的输出端和所述微处理器61相连，故障显示电路65的输入端和所述微处理器61相连，故障检测电路64实时监测电动转向控制器6的工作状态，一旦发现异常信号，立即通过微处理器61启动故障显示电路65，提醒驾驶员做出相应的处理。

进一步地，所述电动转向控制器6还包括过流保护电路66、继电器驱动电路67和继电器保护电路68，所述的微处理器61的电机驱动电路63通过继电器驱动电路67与继电器保护电路68的输入端相连，继电器保护电路68的输出端分别与所述左转向电机35、所述右转向电机45和所述阻尼回馈电动机7相连，所述左转向电机35、所述右转向电机45和所述阻尼回馈电动机7分别与所述过流保护电路66的输入端相连，所述过流保护电路66的输出端接入所述微处理器61，通过过流保护电路66、继电器保护电路67对左转向电机35、右转向电机45和阻尼回馈电动机7实现过流保护，确保转向电动机的性能，延长使用寿命。

本发明的新能源汽车的电动转向控制方法应用于上述新能源汽车的电动转向系统，并包括以下控制模式：

1)当驾驶员转动新能源汽车的方向盘操控新能源汽车进行转向时，所述电动转向控制器6内的微处理器61采集所述车速传感器7输出的车速信号和所述角度传感器21输出的方向盘转动角度信号，通过微处理器61内预先设定的程序向所述左转向电机35和所述右转向电机45发出转向信号，并由所述左转向电机35和所述右转向电机45分别控制所述左转向轮3和所述右转向轮4的转向角度，来实现新能源汽车的转向；

2)在新能源汽车转向过程中，所述电动转向控制器6内的微处理器61采集所述车速传感器7输出的车速信号、所述角度传感器21输出的转动角度信号、所述第一位移传感器36输出的左转向连杆33的位移信号、所述第二位移传感器46输出的右转向连杆43的位移信号、所述第一转矩传感器37输出的左转向电机35的转矩信号和所述第二转矩传感器47输出的右转向电机45的转矩信号并结合设定的工况数据集合和工作程序进行处理，将控制信号发送给左转向电机35和右转向电机45，由所述左转向电机35和所述右转向电机45分别控制所述左转向轮3和所述右转向轮4进行转向角度的调整；

3)当所述电动转向控制器6内的微处理器61所采集的车速传感器7的输出信号大于某一速度设定值时，所述微处理器61控制阻尼回馈电动机5对方向柱2的转向角度进行控制，防止高速时转向角度过大引起的安全隐患。

在所述模式1)和模式2)中，当所述车速传感器7的输出信号低于某一车速设定值时（例如车速低于30码），所述电动转向控制器6通过所述左转向电机35和所述右转向电机45控制所述左转向轮3和所述右转向轮4的最大转向倾角大于某一特定角度；当所述车速传感器7的输出信号超过某一车速设定值时（例如车速高于60码），所述电动转向控制器6通过所述左转向电机35和所述右转向电机45控制所述左转向轮3和所述右转向轮4的最大转向倾角不超过某一特定角度；也就是说，当新能源汽车在低速运行时，电动转向控制器6控制所述左转向轮3和所述右转向轮4的最大转向倾角大，方便车辆转向进出库；当新能源汽车在高速运行时，电动转向控制器6控制所述左转向轮3和所述右转向轮4的最大转向倾角符合正常值，使得车辆转向响应速度快，增强操控性和安全性。

在所述模式2)中，当所述车速传感器7的输出信号超过某一车速设定值且所述第一位移传感器36或者所述第二位移传感器46的输出信号超过某一位移设定值时，所述电动转向控制器6通过所述左转向电机35和所述右转向电机45控制所述左转向轮3和所述右转向轮4的转向倾角的差值处于某一设定的范围内，也就是说，当新能源汽车快速过弯时，所述电动转向控制器6将根据微处理器61中预先设定的程序自动调整所述左转向轮3和所述右转向轮4之间的转向倾角的差值，增强车身的稳定性和安全性。

Claims (7)

1.一种新能源汽车的电动转向控制方法，其特征在于：所述方法应用于新能源汽车用电动转向系统，该新能源汽车用电动转向系统包括电动转向机械系统和电动转向控制系统，所述电动转向机械系统包括方向盘、与方向盘连接的方向柱、左转向轮和右转向轮，所述方向柱上连接有阻尼回馈电动机；

所述左转向轮的中心部位固定设置有与所述左转向轮的转动轴同轴的左转向节，所述左转向节的下端固连有垂直于所述左转向轮的转动轴的第一拉杆，所述第一拉杆的一端固定连接在所述左转向节上，另一端可转动地连接左转向连杆的外端，所述左转向连杆的内端通过第一机械摆臂与左转向电机连接；

所述右转向轮的中心部位固定设置有与所述右转向轮的转动轴同轴的右转向节，所述右转向节的下端固连有垂直于所述右转向轮的转动轴的第二拉杆，所述第二拉杆的一端固定连接在所述右转向节上，另一端可转动地连接右转向连杆的外端，所述右转向连杆的内端通过第二机械摆臂与右转向电机连接；

所述电动转向控制系统包括电动转向控制器、角度传感器、位移传感器以及转矩传感器，所述角度传感器设置在所述方向柱上，所述位移传感器包括设置在所述左转向连杆上的第一位移传感器和设置在所述右转向连杆上的第二位移传感器，所述转矩传感器包括设置在所述左转向电机上的第一转矩传感器和设置在所述右转向电机上的第二转矩传感器，所述角度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第一转矩传感器和第二转矩传感器的信号输出端与所述电动转向控制器的信号输入端相连接；

所述电动转向控制器与所述左转向电机、所述右转向电机以及所述阻尼回馈电动机分别连接并控制其转动；

所述电动转向控制系统还包括设置在车辆车架上的车速传感器，所述车速传感器的信号输出端与所述电动转向控制器的信号输入端相连接；

所述的电动转向控制器包括微处理器以及与微处理器相连的接入接口电路和电机驱动电路，所述角度传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第一转矩传感器、第二转矩传感器和车速传感器的信号输出端通过接入接口电路与微处理器的输入端相连接，所述微处理器的输出端通过所述电机驱动电路分别连接所述左转向电机、所述右转向电机和所述阻尼回馈电动机；

所述方法包括以下控制模式：

1)在新能源汽车转向时，所述电动转向控制器内的微处理器采集所述车速传感器和所述角度传感器的输出信号，通过微处理器内预先设定的程序向所述左转向电机和所述右转向电机发出转向信号，并由所述左转向电机和所述右转向电机分别控制所述左转向轮和所述右转向轮的转向角度；

2)在新能源汽车转向过程中，所述电动转向控制器内的微处理器采集所述车速传感器、所述角度传感器、所述第一位移传感器、所述第二位移传感器、所述第一转矩传感器和所述第二转矩传感器的输出信号，并通过所述左转向电机和所述右转向电机分别控制所述左转向轮和所述右转向轮进行转向角度的调整；

3)在新能源汽车行驶过程中，当所述电动转向控制器内的微处理器所采集的车速传感器的输出信号大于某一速度设定值时，所述微处理器控制阻尼回馈电动机对方向柱的转向角度进行控制。

2.如权利要求1所述的一种新能源汽车的电动转向控制方法，其特征在于：所述左转向电机通过第一固定支架固定在车辆前桥左侧的车架支架上，所述第一机械摆臂通过第一减速器连接在所述左转向电机的转动输出轴上，所述左转向电机的转动输出轴与车辆的直行方向相同，所述第一机械摆臂能在所述左转向电机的驱动下绕所述左转向电机的转动输出轴在垂直于所述车辆直行方向的平面内转动。

3.如权利要求1所述的一种新能源汽车的电动转向控制方法，其特征在于：所述右转向电机通过第二固定支架固定在车辆前桥右侧的车架支架上，所述第二机械摆臂通过第二减速器连接在所述右转向电机的转动输出轴上，所述右转向电机的转动输出轴与车辆的直行方向相同，所述第二机械摆臂能在所述右转向电机的驱动下绕所述右转向电机的转动输出轴在垂直于所述车辆直行方向的平面内转动。

4.如权利要求1所述的一种新能源汽车的电动转向控制方法，其特征在于：所述电动转向控制器包括故障检测电路和故障显示电路，故障检测电路的输出端和所述的微处理器相连，故障显示电路的输入端和微处理器相连。

5.如权利要求4所述的一种新能源汽车的电动转向控制方法，其特征在于：所述电动转向控制器包括过流保护电路、继电器驱动电路和继电器保护电路，所述的微处理器的电机驱动电路通过继电器驱动电路和继电器保护电路的输入端相连，继电器保护电路的输出端分别与所述左转向电机、所述右转向电机和所述阻尼回馈电动机相连，所述过流保护电路的输入端分别与所述左转向电机、所述右转向电机和所述阻尼回馈电动机相连，所述过流保护电路的输出端接入所述微处理器。

6.如权利要求1所述的一种新能源汽车的电动转向控制方法，其特征在于：在所述模式1)和模式2)中，当所述车速传感器的输出信号超过某一车速设定值时，所述电动转向控制器通过所述左转向电机和所述右转向电机控制所述左转向轮和所述右转向轮的最大转向倾角不超过某一特定角度；当所述车速传感器的输出信号低于某一车速设定值时，所述电动转向控制器通过所述左转向电机和所述右转向电机控制所述左转向轮和所述右转向轮的最大转向倾角大于某一特定角度。

7.如权利要求6所述的一种新能源汽车的电动转向控制方法，其特征在于：在所述模式2)中，当所述车速传感器的输出信号超过某一车速设定值且所述第一位移传感器或者所述第二位移传感器的输出信号超过某一位移设定值时，所述电动转向控制器通过所述左转向电机和所述右转向电机控制所述左转向轮和所述右转向轮的转向倾角的差值处于某一设定的范围内，从而增强过弯时车身的稳定性。