CN104129437A - 电控转向随动车轮挡泥板装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控转向随动车轮挡泥板装置及其控制方法，包括电控系统、至少二个步进电机和至少二块挡泥板；步进电机分别安装在汽车驱动车轮的轮罩板内侧；挡泥板分别安装在步进电机的输出轴上；所述电控系统包括转角传感器、车载电源和电控单元，其中转角传感器安装在汽车转向轴上；电控单元分别与转角传感器和步进电机电联接，用于接收转角传感器传递的数据并控制步进电机的转动。有益效果是：可以有效阻挡轮胎搅起的飞石，避免造成安全事故；可实现对高速旋转的轮胎在转向时溅起的石子进行有效阻挡，避免砸伤后方车辆与行人；可避免挡泥板与轮罩板发生剐蹭和运动干涉；工作稳定可靠；挡泥板与轮胎外缘之间不易堵塞，保证了车轮转动自如。

Description

电控转向随动车轮挡泥板装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种应用于汽车上的电控防护装置，更确切地说，本发明特别涉及一种可随转向车轮转向运动的电控转向随动车轮挡泥板装置及其控制方法。

背景技术

随着汽车的保有量和使用率升高，汽车的行驶安全越来越被人们所重视。随车汽车行驶车速的提高，公路上常发生前车轮胎卷起石子飞溅砸伤后车前挡风玻璃和行人的事故，甚至在高速公路上时有发生前方汽车卷起石子飞溅击穿风挡玻璃伤及司乘人员的事故。

现已使用的汽车固定式挡泥板，主要用于防止自身车辆车体被泥水污染、石子剐蹭，受制于宽度限制和固定安装方式，其对阻挡转向车轮搅起飞石砸伤后车及行人的效果不甚理想。为此，出现了一些能够活动的挡泥板装置，譬如：

1、中国专利“汽车转向轮随动挡泥板”(专利号：200620035562.0)所述的挡泥板是由支架固定于汽车转向节上可与转向轮同步绕转向节销转动，始终与转向轮保持不变位置的机械装置。

2、欧洲专利“Adjustable Mudguard”(专利号：EP851044881985-04-12)是一种安装在车轮轴上、可进行轴向与径向位置调整的机械转动式挡泥板。

上述相关专利提出的转向随动挡泥板及其传动装置，大部分置于转向节或轮轴上，安装及维护困难；污泥和冰雪易残留在车轮与挡泥板之间，增大了摩擦阻力，使车轮转动困难；并且由于其都为纯机械装置，挡泥板随车轮向内转时，在极限位置易与车身内侧轮罩板发生剐蹭。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种电控转向随动车轮挡泥板装置及其控制方法，可实现对旋转轮胎溅起的石子进行有效阻挡，避免砸伤后方车辆与行人,而且能够避免挡泥板运动与车体内侧车身轮罩板发生运动干涉；进一步实现一种电控可旋转车轮挡泥板的机械结构。

本发明所涉及的电控转向随动车轮挡泥板装置，包括电控系统、步进电机和挡泥板；

至少二个步进电机，分别安装在汽车驱动车轮的轮罩板内侧，用于接收所述电控系统的控制信号并分别驱动二块挡泥板转动；

至少二个挡泥板，分别安装在所述步进电机的输出轴上，通过步进电机的控制实现偏转并对旋转轮胎溅起的石子进行有效阻挡；

所述电控系统包括转角传感器、车载电源和电控单元，其中：

转角传感器，安装在汽车转向轴上，用于检测汽车转向盘的转动角度并将检测数据传递给所述电控单元；

电控单元，分别与转角传感器和步进电机电联接，用于接收转角传感器传递的数据并控制步进电机的转动。

优选的是，所述步进电机分别通过一块连接板和螺栓固定在所述轮罩板内侧，在所述轮罩板上对应步进电机处设有矩形孔，且与步进电机对应输出轴侧的矩形壳体间隙配合。

优选的是，所述连接板为一块矩形平板且中心设有通孔，在连接板的通孔四周分别设有二圈均布的连接孔，以分别用于连接所述步进电机和轮罩板。

优选的是，所述挡泥板分别通过一个花键轴安装在步进电机输出轴上，挡泥板是由上端把柄、下端面板和设在上端把柄上端的花键毂构成的一体式结构，所述花键毂中心设有花键孔且与所述花键轴相配合，以便于安装，并确保传动可靠。

优选的是，所述花键毂轴向方向长度大于上端把柄和下端面板的厚度，且其外圆柱与上端把柄两侧端面圆角平滑过渡，以起到局部连接加强的作用。

优选的是，所述挡泥板是由工程塑料一次注塑成型的“刀”型且整体内凹的板件，以便于加工并降低制造成本。

优选的是，所述转角传感器安装在一个防护外壳内，并通过防护外壳固定在汽车转向轴支架上。

优选的是，所述电控单元包括单片机、电源模块及分别与步进电机对应的步进电机驱动器，单片机的输入端口连接所述转角传感器的数据输出端，单片机的控制输出端分别与步进电机驱动器的信号输入端电连接，电源模块的电源输入端连接所述车载电源，电源模块的电源输出端分别与转角传感器、单片机和步进电机驱动器电连接，步进电机驱动器的输出端分别与对应的步进电机电连接。

一种电控转向随动车轮挡泥板装置的控制方法，包含步骤如下：

1)通过单片机读取转角传感器测量的转向盘转角信号A_SW，并依据公式A_fw＝A_sw/i，计算转向车轮偏转角度A_fw；其中i代表转向系统角传动比，对于轿车可在12-20范围内选取；

2)判断转向车轮偏转角度A_fw的绝对值是否大于5度，如果是则继续进入下一步；如果否则返回上一步，继续读取转角传感器信号；

3)继续判断转向车轮偏转角度A_fw的绝对值是否在5—30度之间，如果是则进入下一步；如果否，则控制挡泥板偏转角度保持在最大值不再继续随着车轮转角增加而增加，即进入第5)步；

4)继续判断是大于正5度还是小于负5度；如果是大于正5度，则控制左轮一侧步进电机顺时针偏转一固定角度，即向车身外侧偏转；如果是小于负5度，则控制右轮一侧步进电机逆时针偏转一固定角度；

5)继续判断该角度是否大于正30度；如果是，则控制左轮一侧步进电机顺时针偏转最大角度；如果否，则控制右轮一侧步进电机逆时针偏转最大角度。

本发明的有益效果是：

1.由于本发明所述的车轮挡泥板通过步进电机的控制能够实现与车轮转向随动偏转，可以有效阻挡轮胎搅起的飞石，避免造成安全事故；可实现对高速旋转的轮胎在转向时溅起的石子进行有效阻挡，避免砸伤后方车辆与行人。

2.由于本发明所述的车轮挡泥板采用电控单元电控精确控制转动方向和转角大小，避免了机械式转向随动挡泥板不可控的劣势，车轮外后缘向车体内侧摆动时通过电控单元控制挡泥板保持在初始位置，可有效避免与轮罩板发生剐蹭和运动干涉；

3.本发明的车轮挡泥板通过电控系统利用转角传感器估算车轮转动角度和方向，并利用该角度大小间接判断汽车行驶车速，据此来决定车轮挡泥板是否转动以及转动的角度和方向；从而确保了工作稳定可靠。

4.由于车轮挡泥板通过步进电机安装在汽车车身的轮罩板上，避免了现有技术将随动挡泥板安装在车轮上，由此导致的积雪和泥泞极易堵塞轮胎外缘和挡泥板之间狭小空间的技术问题，进一步实现了一种电控可旋转车轮挡泥板的机械结构，使挡泥板与轮胎外缘之间不易堵塞，从而保证了车轮转动自如。

附图说明

图1是本发明的系统安装位置示意图。

图2是本发明所述的转向轴局部视图。

图3是本发明所述的转角传感器与转向轴的装配示意图。

图4是本发明所述的转向盘转角传感器与防护外壳装配的轴向分解图。

图5是本发明所述的轮罩板内侧局部视图。

图6是本发明的步进电机与轮罩板的装配示意图。

图7是本发明所述的花键轴剖视图。

图8是本发明的步进电机与挡泥板装配关系轴向分解图。

图9是本发明的电控系统组成框图。

图10是本发明所述的转角传感器与单片机连接电气原理图。

图11是本发明所述的步进电机驱动器与单片机连接电气原理图。

图12是本发明所述的挡泥板偏转工作原理示意图。

图13是本发明电控单元的程序流程框图。

图中：1、转向盘，2、转向轴，201、条形卡槽，3、转角传感器，301、矩形接线插槽，302、内转子，303、矩形凸台，4、电控单元，5、挡泥板，6、步进电机，7、轮罩板，701、矩形孔，702、通孔，8、连接板，9、连接板螺栓，10、电机螺栓，11、螺钉，12、上盖板，1201、通孔，13、下壳体，1301、内腔室，1302、通孔，1303、矩形通孔，14、固定螺母，15、花键轴，1501、阶梯通孔，1502、环形凹槽，16、卡环，17、限位螺钉，18、车载电源，19、步进电机驱动器，20、电源模块，21、单片机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明的创新点在于转向随动车轮挡泥板应用了电子控制技术，实现了挡泥板根据不同工况实现电动转向随动的目的。参阅图1，本发明所述的电控转向随动车轮挡泥板装置主要包括电控系统、至少二个步进电机6和至少二块挡泥板5。所述步进电机6和挡泥板5的数量根据汽车驱动轮的数量确定，本实施例以前轮驱动为例，因此步进电机和挡泥板的数量分别以二个为例。

如图1和图5所示，所述步进电机6分别通过一块连接板8和螺栓固定安装在汽车左、右前车轮的轮罩板7内侧，用于接收所述电控系统的控制信号并分别驱动挡泥板5转动，可避免受到雨水侵蚀而损坏。在所述轮罩板7上对应步进电机6处设有矩形孔701，该矩形孔701与步进电机6对应输出轴侧的矩形壳体间隙配合。在轮罩板7上靠近矩形孔701的四角处均布设有四个通孔702，且在轮罩板7内侧对应通孔702处分别焊接有固定螺母14。

如图6和图8所示，所述连接板8为一块矩形平板且中心设有通孔，该通孔直径略大于安装在步进电机6输出轴上的花键轴15外径，在连接板8的通孔四周分别设有二圈均布的连接孔，以分别用于连接所述步进电机6和轮罩板7。所述步进电机6输出轴分别由连接板8中心的通孔穿过并与花键轴15键连接，所述连接板8通过贯穿其内圈连接孔的电机螺栓10与步进电机6的矩形壳体固接，连接板8通过贯穿其外圈连接孔的连接板螺栓9固定在轮罩板7外侧，连接板螺栓9分别旋入对应的固定螺母14内。

如图7所示，所述花键轴15为工程塑料制成，其轴向中心设有阶梯通孔1501，其外壁加工有花键槽。如图8所示，所述挡泥板5分别通过花键轴15安装在步进电机6的输出轴上，通过步进电机6的控制实现偏转并对旋转轮胎溅起的石子进行有效阻挡。所述挡泥板5是由工程塑料一次注塑成型的“刀”型且整体内凹的板件，以便于加工并降低制造成本。所述挡泥板5是由上端把柄、下端面板和设在上端把柄上端的花键毂三部分构成的一体式结构，所述花键毂中心设有花键孔且与所述花键轴15上的花键槽相配合。所述花键毂轴向方向长度大于上端把柄和下端面板的厚度，且其外圆柱与上端把柄两侧端面圆角平滑过渡，以起到局部连接加强的作用。所述挡泥板5通过其花键毂插装在花键轴15上，在花键轴15上位于挡泥板5的外侧设有环形凹槽1502，并在环形凹槽1502内装有卡环16，以实现对挡泥板5的轴向限位。在花键轴15外端设有插入其阶梯通孔1501内的限位螺钉17，限位螺钉17内端与步进电机6输出轴的中心孔螺纹连接，限位螺钉17的六方大头卡在所述阶梯通孔1501的外端口内。

如图1和图9所示，所述电控系统包括转角传感器3、车载电源18和电控单元4。所述转角传感器3安装在汽车转向轴2上，用于检测汽车转向盘1的转动角度并将检测数据传递给所述电控单元4。

如图2和图3所示，所述转向轴2为圆柱形阶梯轴，在其阶梯轴肩处的大径轴段上沿轴向设有一个条形卡槽201。所述转角传感器3为一个圆环体和一个矩形接线插槽301相贯组成的一体式结构，接线插槽为转角传感器3的接线端。转角传感器3的圆环体内孔中设有一个带有通光孔的内转子302，在所述内转子302的内壁上沿轴向设有一个矩形凸台303，所述矩形凸台303卡入转向轴2的条形卡槽201内，使转向轴2通过矩形凸台303带动转角传感器3的内转子302一起相对于转角传感器3的外壳体转动，从而测量转向盘1的转动角度。作为非限制性的优选，本发明选用现有电动助力转向系统普遍使用的型号为LH3转向盘转角传感器，但不仅限于此款转向盘转角传感器，对于选用其他类型转向盘转角传感器不构成有别于本发明所述的电控转向随动车轮挡泥板5的新结构，其仍属于本发明的保护范围。

如图4所示，所述转角传感器3安装在一个防护外壳内，并通过防护外壳固定在汽车转向轴支架上。所述防护外壳是由下壳体13和上盖板12通过均布在四角的螺钉11连接而成，所述下壳体13为具有一定厚度的矩形厚板件，在其中心设有一个内腔室1301，内腔室1301内轮廓形状与所述转角传感器3外形一致，是由一个圆形内腔和一个矩形凹槽相贯通而成，所述转角传感器3放入内腔室1301内并通过上盖板12封装。在所述内腔室1301的圆形内腔底部中心设有一个通孔1302，该通孔1302直径略大于转向轴2大径轴段的直径。在下壳体13的外壁上对应矩形凹槽一侧设有与内腔室1301相通的矩形通孔1303，矩形通孔1303宽度与矩形凹槽一致。所述上盖板12为一个矩形平板件，在上盖板12中心设有一个通孔1201，该通孔1201直径略大于转向轴2小径轴段的直径。所述转向轴2由下壳体13下面穿过防护外壳和转角传感器3。

如图1和图9所示，所述电控单元4安装在汽车仪表盘下方且分别与转角传感器3、车载电源18和步进电机6电联接，用于接收转角传感器3传递的数据并控制步进电机6的转动。所述车载电源18为汽车原有12V车载电源。

所述电控单元4包括单片机21、电源模块20和分别与步进电机6对应的步进电机驱动器19，单片机21的输入端口连接所述转角传感器3的数据输出端，单片机21的控制输出端分别与二个步进电机驱动器19的信号输入端电连接，电源模块20的电源输入端连接所述车载电源18的正、负输出端，电源模块20的电源输出端分别与转角传感器3和二个步进电机驱动器19电连接，步进电机驱动器19的输出端分别与二个步进电机6的供电端口电连接。

作为非限制性的优选，本发明所述的单片机21选用PIC16F877A型单片机，本发明所述的步进电机驱动器19选用型号为MB450A。下面结合单片机21和步进电机驱动器19的具体型号对所述电控单元4的电路连接做详细介绍。

如图10所示，所述转角传感器3的VDD接口与电源模块20的12V输出端电连接，转角传感器3的GND接口接地，转角传感器3的OUT接口为信号输出端口且与单片机PIC16F877A的RA0接口连接。单片机PIC16F877A的VPP接口为复位输入接口，单片机PIC16F877A的VDD接口与电源模块5V输出端电连接，单片机PIC16F877A的VSS接口接地。

如图11所示，单片机PIC16F877A的RC0端口与二个步进电机驱动器MB450A的步进脉冲信号输入正端PUL+端口电连接，单片机PIC16F877A的RC1端口与步进电机驱动器MB450A的步进脉冲信号输入负端PUL-端口电连接，单片机PIC16F877A的RC0、RC1两端口负责发送脉冲信号给步进电机驱动器19用于控制步进电机6的转角。单片机PIC16F877A的RC2端口与步进电机驱动器MB450A的步进方向信号输入正端DIR+端口电连接，单片机PIC16F877A的RC3端口与步进电机驱动器MB450A的步进方向信号输入负端DIR-端口电连接，单片机PIC16F877A的RC2、RC3两个端口负责发送开关量给步进电机驱动器19用于控制步进电机6的转向。步进电机驱动器MB450A的DC+、DC-分别与电源模块20的24V输出端和接地端GND电连接，负责步进电机驱动器19的供电。步进电机驱动器MB450A的A+、A-、B+、B-四个端口分别与对应的步进电机6供电端口电连接。

如图13所示，本发明所述的电控单元4的单片机21内存储有事先编写好的电控转向随动车轮挡泥板控制程序，即本发明所涉及的控制方法执行步骤如下：

1、通过单片机21读取转角传感器3测量的转角信号A_SW，并依据公式A_fw＝A_sw/i，计算转向车轮偏转角度A_fw。其中i代表转向系统角传动比，对于轿车可以简单根据匹配的不同车型在12-20范围选取。

2、判断该角度的绝对值是否大于5度，如果是则表明有一定转向角度，可能存在轮胎搅起石子飞溅的危险，需要启动控制，继续进入下一步；否则，认为车轮转动角度太小，石子飞溅的可能不大，故返回上一步，继续读取转角传感器3信号。

3、继续判断转向车轮偏转角度A_fw的绝对值是否在5—30度之间，如果是则进入下一步；如果否，则表明车轮偏转角度很大，汽车行驶车速相对较低，轮胎搅起石子飞溅的可能性较小，控制挡泥板偏转角度保持在最大值不再继续随着车轮转角增加而增加，即进入第5步。

4、继续判断是大于正5度还是小于负5度；如果是大于正5度，则依据公式f＝A_fw×k由单片机给对应左轮一侧步进电机6的步进电机驱动器19发送频率为f的脉冲用以控制左轮一侧步进电机6顺时针偏转一固定角度，即向车身外侧偏转；如果是小于负5度，则同样依据公式f＝A_fw×k给对应右轮一侧步进电机6的步进电机驱动器19发送频率为f的脉冲用以控制右轮一侧步进电机6逆时针偏转一固定角度。其中，系数k是转角转换成频率的转换系数。

5、继续判断该角度是否大于正30度；如果是，依据公式f＝30×k给对应左轮一侧步进电机6的步进电机驱动器19发送频率为f的脉冲，用以控制左轮一侧步进电机6顺时针偏转最大角度；如果否，依据公式f＝30×k给对应右轮一侧步进电机6的步进电机驱动器19发送频率为f的脉冲，用以控制右轮一侧步进电机6逆时针偏转最大角度。

6、电控单元程序结束。

本发明所述的电控转向随动车轮挡泥板装置的工作原理如下：

通过转角传感器3测量转向轴2的转角，并把角位移信号转化为电信号传递给单片机21，单片机21对信号进行判断与处理。当角度的绝对值小于5度时，车轮转角很小，挡泥板5本身可以阻挡车轮小角度偏转激起飞石，不需要随向转动。当角度的绝对值在5度至30度之间时，视为车轮大角度偏转。判断转向轴2转向，规定转向轴2顺时针旋转为正，逆时针为负。当角度大于5度时，左轮后侧明显露出车体，需要挡泥板5随向转动进行遮挡。此时右轮后侧转向车内，不需要挡泥板5转动。所以角度大于5度时，信号只传递给对应左轮挡泥板5的步进电机驱动器19；角度小于负5度时，信号只传递给对应右轮挡泥板5的步进电机驱动器19。解决了普通转向随动挡泥板随轮转向车内剐蹭车身的问题。当角度绝对值大于30度时，视为车轮超大角度偏转。车轮的极限转角一般在35度至42度，当车轮转角超过30度时，车速较低，不易使石子高速飞溅，所以挡泥板5偏转角度保持在30度对应的偏转角上，不随车轮增加偏转角。如图12所示，为挡泥板5的偏转工作原理示意图。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种电控转向随动车轮挡泥板装置，其特征是：包括电控系统、步进电机和挡泥板；

至少二个步进电机，分别安装在汽车驱动车轮的轮罩板内侧，用于接收所述电控系统的控制信号并分别驱动二块挡泥板转动；

至少二个挡泥板，分别安装在所述步进电机的输出轴上，通过步进电机的控制实现偏转并对旋转轮胎溅起的石子进行有效阻挡；

所述电控系统包括转角传感器、车载电源和电控单元，其中：

转角传感器，安装在汽车转向轴上，用于检测汽车转向盘的转动角度并将检测数据传递给所述电控单元；

电控单元，分别与转角传感器和步进电机电联接，用于接收转角传感器传递的数据并控制步进电机的转动。

2.根据权利要求1所述的电控转向随动车轮挡泥板装置，其特征是：所述步进电机分别通过一块连接板和螺栓固定在所述轮罩板内侧，在所述轮罩板上对应步进电机处设有矩形孔，且与步进电机对应输出轴侧的矩形壳体间隙配合。

3.根据权利要求2所述的电控转向随动车轮挡泥板装置，其特征是：所述连接板为一块矩形平板且中心设有通孔，在连接板的通孔四周分别设有二圈均布的连接孔，以分别用于连接所述步进电机和轮罩板。

4.根据权利要求1所述的电控转向随动车轮挡泥板装置，其特征是：所述挡泥板分别通过一个花键轴安装在步进电机输出轴上，挡泥板是由上端把柄、下端面板和设在上端把柄上端的花键毂构成的一体式结构，所述花键毂中心设有花键孔且与所述花键轴相配合，以便于安装，并确保传动可靠。

5.根据权利要求4所述的电控转向随动车轮挡泥板装置，其特征是：所述花键毂轴向方向长度大于上端把柄和下端面板的厚度，且其外圆柱与上端把柄两侧端面圆角平滑过渡，以起到局部连接加强的作用。

6.根据权利要求1或4或5所述的电控转向随动车轮挡泥板装置，其特征是：所述挡泥板是由工程塑料一次注塑成型的“刀”型且整体内凹的板件，以便于加工并降低制造成本。

7.根据权利要求1所述的电控转向随动车轮挡泥板装置，其特征是：所述转角传感器安装在一个防护外壳内，并通过防护外壳固定在汽车转向轴支架上。

8.根据权利要求1或7所述的电控转向随动车轮挡泥板装置，其特征是：所述电控单元包括单片机、电源模块及分别与步进电机对应的步进电机驱动器，单片机的输入端口连接所述转角传感器的数据输出端，单片机的控制输出端分别与步进电机驱动器的信号输入端电连接，电源模块的电源输入端连接所述车载电源，电源模块的电源输出端分别与转角传感器、单片机和步进电机驱动器电连接，步进电机驱动器的输出端分别与对应的步进电机电连接。

9.一种电控转向随动车轮挡泥板装置的控制方法，其特征在于，包含步骤如下：

1)通过单片机读取转角传感器测量的转向盘转角信号A_SW，并依据公式A_fw＝A_sw/i，计算转向车轮偏转角度A_fw；其中i代表转向系统角传动比，对于轿车可在12-20范围内选取；

2)判断转向车轮偏转角度A_fw的绝对值是否大于5度，如果是则继续进入下一步；如果否则返回上一步，继续读取转角传感器信号；

3)继续判断转向车轮偏转角度A_fw的绝对值是否在5—30度之间，如果是则进入下一步；如果否，则控制挡泥板偏转角度保持在最大值不再继续随着车轮转角增加而增加，即进入第5)步；

4)继续判断是大于正5度还是小于负5度；如果是大于正5度，则控制左轮一侧步进电机顺时针偏转一固定角度，即向车身外侧偏转；如果是小于负5度，则控制右轮一侧步进电机逆时针偏转一固定角度；

5)继续判断该角度是否大于正30度；如果是，则控制左轮一侧步进电机顺时针偏转最大角度；如果否，则控制右轮一侧步进电机逆时针偏转最大角度。