CN104149845B - 一种汽车转向传动失灵的保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车转向传动失灵的保护装置及方法，属于汽车技术领域。它解决了现有的技术判断不够精确且控制较繁琐的问题。本汽车转向传动失灵的保护装置，包括轮速传感器、方向盘角位移传感器、车轮角位移传感器、步进电机以及控制器，轮速传感器、方向盘角位移传感器和车轮角位移传感器均与控制器的输入端连接，步进电机与控制器的输出端连接；本汽车转向传动失灵的保护方法，包括如下步骤：A、判断汽车转向是否失灵；B、计算车轮转向值；C、控制车辆实现相应转向。本保护装置及方法能精确检测车辆转向传动是否失灵，在转向失效后仍能顺利地完成转向工作，安全性高。

Description

一种汽车转向传动失灵的保护装置及方法

技术领域

本发明属于汽车安全技术领域，涉及一种汽车转向传动失灵的保护装置及方法。

背景技术

用来改变或保持汽车行驶方向的机构称为汽车转向系统。汽车转向系统的功能就是按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向，分为机械转向系统和动力转向系统这两大类。

汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，当转向系统失效后，车辆失去转向的能力将非常危险。传统上，在汽车转向系统不能正常操作时，一种机械失效安全转向装置被用来通过转向轴将副转向轮的转动力传输到齿轮机构上，实现车辆转动，但是该机械失效安全转向装置是以驾驶员的体力作为转向能源的，其操作比较费力。

针对上述存在的问题，现有的中国专利文献公开了一种用于线控系统的失效安全转向装置[申请号：CN200410101212.5]，该装置包括主电控单元，其通过多个传感器检测主转向轮和齿轮机构的操作状态，并按照驾驶员的转向力驱动所述主转向轮提供反作用力的反作用电机，并通过驱动所述齿轮机构来控制执行机构的转向电机；向所述转向电机提供能量的电池；限制所述电池和所述转向电机之间供电的继电器；失效安全ECU，确定所述主ECU的失效状态，并相应地控制所述继电器和转向轴，将副转向轮的转动力传输到所述齿条机构上。虽然该用于线控系统的失效安全转向装置即使在线控转向失灵时，试验车仍能够容易地并适当的转弯，提高了试验车的安全性，但是该转向装置通过判断主ECU处于失效状态时进行控制，没有考虑到方向盘出现故障或转向传动出现故障时的状况，其判断不够精确，且其控制较繁琐。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种汽车转向传动失灵的保护装置及方法，该保护装置结构简单，安全性高，操作方便；该保护方法能精确检测车辆转向传动是否失灵，在转向失效后仍能顺利地完成转向工作，安全性高。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车转向传动失灵的保护装置，其特征在于，所述汽车转向传动失灵的保护装置包括用于检测车辆行驶速度的轮速传感器、设置在转向柱上用于检测方向盘向左或向右的转向角度的方向盘角位移传感器、用于检测车轮转向角度的车轮角位移传感器、用于根据驾驶员转向意图实现车辆转向的步进电机以及用于根据方向盘角位移传感器和车轮角位移传感器输送的信号判断汽车转向传动是否失灵并在判断转向传动失灵后根据方向盘转向角度和车辆行驶速度计算车轮转向值进而控制步进电机工作实现转向的控制器，所述轮速传感器、方向盘角位移传感器和车轮角位移传感器均与控制器的输入端连接，所述步进电机与控制器的输出端连接。

该汽车转向传动失灵的保护装置，在原有汽车转向系统失灵后起作用，其判断原有汽车转向系统是否失灵是通过方向盘角位移传感器输送的信号和车轮角位移传感器输送的信号进行判断的，在方向盘转动过程中车轮未实现相应转动的，可判断为原汽车转向系统失效，则本汽车转向传动失灵的保护装置处于工作状态，根据方向盘转向角度和车辆行驶车速计算出相应的车轮转向值，控制器将该车轮转向值输入步进电机从而实现车轮的相应转向，达到保护人车安全的目的。

在上述的汽车转向传动失灵的保护装置中，所述车轮角位移传感器安装在车辆的转向拉杆上。在车辆的转向拉杠上安装车轮角位移传感器，其利用转向拉杆左、右移动的位移量来反映转向车轮转角的大小。

在上述的汽车转向传动失灵的保护装置中，汽车包括用于实现车辆转向的齿轮齿条式转向器，所述步进电机与齿轮齿条式转向器之间通过齿轮传动机构连接。

在上述的汽车转向传动失灵的保护装置中，所述齿轮传动机构包括两个相互啮合的直齿轮，所述齿轮齿条式转向器的输入轴与其中一个直齿轮连接，所述电机输出轴与另一个直齿轮连接。

在上述的汽车转向传动失灵的保护装置中，所述齿轮传动机构包括两个相互啮合的椎齿轮，所述齿轮齿条式转向器的输入轴与其中一个椎齿轮连接，所述电机输出轴与另一个椎齿轮连接。

在上述的汽车转向传动失灵的保护装置中，所述控制器还连接有用于输入车辆向左转向信号给所述控制器的左按键和用于输入车辆向右转向信号给所述控制器的右按键。在紧急情况下，若驾驶员转动方向盘时车轮未实现相应转动的，可通过按下左按键或者右按键来实现相应的转向，控制器在接收到按键信号时控制步进电机工作实现车辆转向，其在控制器内预先设定安全转向值，步进电机可根据安全转向值确定车轮的转向角度，实现了车辆安全转向的目的，进一步提高了车辆行驶的安全性。

在上述的汽车转向传动失灵的保护装置中，所述控制器还连接有用于在车辆转向传动失灵时进行报警提醒的提醒机构。控制器在判断车辆转向传动处于失灵状态时，通过本保护装置实现车辆安全转向的同时，通过提醒机构进行提醒，提醒驾驶员汽车转向系统出现故障，请及时进行维修，同时也起到提醒驾驶员小心驾驶的作用。

一种汽车转向传动失灵的保护方法，其特征在于，该保护方法包括如下步骤：

A、判断汽车转向是否失灵：通过控制器判断方向盘角位移传感器和车轮角位移传感器输送的信号，在方向盘转动过程中车轮未实现相应转动时，判断汽车原转向系统处于失灵状态，则进入步骤B；否则，重新判断方向盘角位移传感器和车轮角位移传感器输送的信号；

B、计算车轮转向值：控制器根据方向盘角位移传感器输送的方向盘角度信号和轮速传感器输送的车速信号计算出相应的车轮转向值；

C、控制车辆实现相应转向：步进电机接收由控制器输送的信号从而驱动车轮转动相应的角度。

在上述的汽车转向传动失灵的保护方法中，在所述步骤A中，预先在控制器内设置设定值，控制器接收由方向盘角位移传感器输送的方向盘转角信号和车轮角位移传感器输送的车轮转角信号并进行处理，在方向盘转向角度和车轮转向角度的比值大于设定值时判断汽车原转向系统处于失灵状态。

在上述的汽车转向传动失灵的保护方法中，在所述步骤A中，所述判断汽车转向是否失灵还包括方向盘失效判断，在方向盘失效时通过左按键输送车辆向左转向的信号给控制器；通过右按键输送车辆向右转向的信号给控制器，控制器根据其内预先设定的转角值控制步进电机工作。在判断汽车转向是否失灵过程中，除了汽车原转向系统失灵无法实现车辆转向外，还包括方向盘失效，即方向盘转动无法带动转向柱同步转动时判断方向盘失效，此时方向盘角位移传感器无法采集方向盘转角信号，也就无法输送信号给控制器从而实现车辆转动，此时驾驶员可根据自己主观判断，在方向盘转动后车轮未实现相应转向的，则通过按键输送转向信号给控制器，从而使控制器发送信号给步进电机，实现车辆转动，提高了车辆行驶的安全性。

在上述的汽车转向传动失灵的保护方法中，在所述步骤C中，步进电机根据控制器输送的信号转动一个固定的角度，并通过齿轮传动机构将该转向角度作用于汽车的齿轮齿条式转向器上，从而实现车辆向左或向右转向。

与现有技术相比，本汽车转向传动失灵的保护装置及方法具有以下优点：

1、本发明在原车辆转向器的输入轴上装配一个步进电机，在判断车辆转向传动失灵时，通过齿轮传动机构将步进电机的转动传递给转向器的输入轴，实现车辆转向，达到保护人车安全的目的，提高了车辆驾驶的安全性，并且本发明结构简单，操作方便。

2、本发明在车辆转向失灵时通过本保护装置实现车辆安全转向的同时，还进行报警提醒，给驾驶者提供了一个安全的驾驶环境，也可提醒驾驶员车辆出现的状况，避免不必要的安全事故。

3、本发明在转向传动装置或方向盘出现故障时都能顺利地完成转向工作，提高了车辆驾驶的安全性，并且其控制过程简单，便于实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1、控制器；2、方向盘角位移传感器；3、车轮角位移传感器；4、轮速传感器；5、步进电机；6、左按键；7、右按键；8、提醒机构。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本汽车转向传动失灵的保护装置，包括用于检测车辆行驶速度的轮速传感器4、设置在转向柱上用于检测方向盘向左或向右的转向角度的方向盘角位移传感器2、用于检测车轮转向角度的车轮角位移传感器3、用于根据驾驶员转向意图实现车轮相应转向的步进电机5以及用于根据方向盘角位移传感器2和车轮角位移传感器3输送的信号判断汽车转向传动是否失灵并在判断转向传动失灵后根据方向盘转向角度和车辆行驶速度计算车轮转向值进而控制步进电机5工作实现转向的控制器1，轮速传感器4、方向盘角位移传感器2和车轮角位移传感器3均与控制器1的输入端连接，步进电机5与控制器1的输出端连接。

具体来说，车轮角位移传感器3安装在车辆的转向拉杆上，利用转向拉杆左、右移动的位移量来反映转向车轮转角的大小。

汽车包括用于实现车辆转向的齿轮齿条式转向器，步进电机5与齿轮齿条式转向器之间通过齿轮传动机构连接。齿轮传动机构包括两个相互啮合的直齿轮，齿轮齿条式转向器的输入轴与其中一个直齿轮连接，电机输出轴与另一个直齿轮连接。

齿轮传动机构包括两个相互啮合的椎齿轮，齿轮齿条式转向器的输入轴与其中一个椎齿轮连接，电机输出轴与另一个椎齿轮连接。

控制器1还连接有用于输入车辆向左转向信号给所述控制器1的左按键6和用于输入车辆向右转向信号给所述控制器1的右按键7。在紧急情况下，若驾驶员转动方向盘时车轮未实现相应转动的，可通过按下左按键6或者右按键7来实现相应的转向，控制器1在接收到按键信号时控制步进电机5工作实现车辆转向，其在控制器1内预先设定安全转向值，步进电机5可根据安全转向值确定车轮的转向角度，实现了车辆安全转向的目的，进一步提高了车辆行驶的安全性。

作为优选，控制器1还连接有用于在车辆转向传动失灵时进行报警提醒的提醒机构8。该提醒机构8可以采用LED指示灯或蜂鸣器或两者的组合，亦可采用语音提醒器。控制器1在判断车辆转向传动处于失灵状态时，通过本保护装置实现车辆安全转向的同时，通过提醒机构8提醒驾驶员汽车转向系统出现故障，可提醒驾驶员及时进行维修，同时也可起到提醒驾驶员汽车转向出现故障小心驾驶的作用。

作为优选，控制器1可选用单片机或ECU。

本汽车转向传动失灵的保护方法，包括如下步骤：

A、判断汽车转向是否失灵：通过控制器1判断方向盘角位移传感器2和车轮角位移传感器3输送的信号，在方向盘转动过程中车轮未实现相应转动时，判断汽车原转向系统处于失灵状态，则进入步骤B；否则，重新判断方向盘角位移传感器2和车轮角位移传感器3输送的信号；

B、计算车轮转向值：控制器1根据方向盘角位移传感器2输送的方向盘角度信号和轮速传感器4输送的车速信号计算出相应的车轮转向值；

C、控制车辆实现相应转向：步进电机5接收由控制器1输送的信号从而驱动车轮转动相应的角度。

具体来说，在步骤A中，预先在控制器1内设置设定值，控制器1接收由方向盘角位移传感器2输送的方向盘转角信号和车轮角位移传感器3输送的车轮转角信号并进行处理，在方向盘转向角度和车轮转向角度的比值大于设定值时判断汽车原转向系统处于失灵状态。

在步骤A中，判断汽车转向是否失灵还包括方向盘失效判断，在方向盘失效时通过左按键6输送车辆向左转向的信号给控制器1；通过右按键7输送车辆向右转向的信号给控制器1，控制器1根据其内预先设定的转角值控制步进电机5工作。在判断汽车转向是否失灵过程中，除了汽车原转向系统失灵无法实现车辆转向外，还包括方向盘失效，即方向盘转动无法带动转向柱同步转动时判断方向盘失效，此时方向盘角位移传感器2无法采集方向盘转角信号，也就无法输送信号给控制器1从而实现车辆转动，此时驾驶员可根据自己主观判断，在方向盘转动后车轮未实现相应转向的，则通过按键输送转向信号给控制器1，从而使控制器1发送信号给步进电机5，实现车辆转动，提高了车辆行驶的安全性。

在步骤C中，步进电机5根据控制器1输送的信号转动一个固定的角度，并通过齿轮传动机构将该转向角度作用于汽车的齿轮齿条式转向器上，从而实现车辆向左或向右转向。

该汽车转向传动失灵的保护装置及方法的具体工作过程为：

在车辆启动后，本汽车转向传动失灵的保护装置中的方向盘角位移传感器2和车轮角位移传感器3实时检测方向盘转角信号和车轮转角信号，在车辆进行转向时，方向盘角位移传感器2将检测到的方向盘转角信号输送给控制器1，车轮角位移传感器3将检测到的车轮转角信号输送给控制器1，控制器1对接收到的信号分别进行处理后，将方向盘转向角度和车轮转向角度进行比较后将两者的比值与控制器1内预先设置的设定值进行比较，其设定值可通过多次转向实验进行确定，在两者的比值大于设定值时判断车辆原有转向系统处于失灵状态，即在方向盘转动时车轮未能实现相应的转向，此时控制器1根据方向盘角位移传感器2输送的方向盘转角信号和轮速传感器4输送的车速信号计算出相应的车轮转向值和确定转向方向，即选定步进动机的电流和转动方向，调整转向辅助动力的大小，步进动机的转矩通过齿轮传动机构加在汽车的齿轮齿条式转向器上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力，避免车辆在需要转向时因原转向系统无法实现车轮相应转向而造成意外事故的情况，保证了驾驶人员的安全，本保护装置通过控制器1输送信号给步进电机5实现车轮相应转向的同时，输送信号给提醒机构8，提醒机构8进行故障提醒，提醒驾驶员汽车原转向系统出现故障；此外，如果汽车不是因为原转向系统出现故障，而是因为方向盘失灵造成车轮无法实现转向的，即当操纵方向盘时，装在转向轴上的方向盘角位移传感器2无法测出转向轴上的转矩信号，也就是说无法将采集到的方向盘转角信号输入给控制器1，本保护装置中的控制器1也就无法输送信号给步进电机5实现车辆转向，此时通过左按键6或右按键7将车辆向左转向或车辆向右转向的信号输送给控制器1，控制器1在接收到左按键6或右按键7输送的开关信号后根据其内预先设置的转向值控制步进电机5转动，进而实现车辆相应的转向，在车辆转向完成后按下相应的按键使车轮恢复到直行状态，保证了车辆的安全驾驶。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了控制器1、方向盘角位移传感器2、车轮角位移传感器3、轮速传感器4、步进电机5、左按键6、右按键7、提醒机构8等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种汽车转向传动失灵的保护装置，其特征在于，所述汽车转向传动失灵的保护装置包括用于检测车辆行驶速度的轮速传感器(4)、设置在转向柱上用于检测方向盘向左或向右的转向角度的方向盘角位移传感器(2)、用于检测车轮转向角度的车轮角位移传感器(3)、用于根据驾驶员转向意图实现车辆转向的步进电机(5)以及用于根据方向盘角位移传感器(2)和车轮角位移传感器(3)输送的信号判断汽车转向传动是否失灵并在判断转向传动失灵后根据方向盘转向角度和车辆行驶速度计算车轮转向值进而控制步进电机(5)工作实现转向的控制器(1)，所述轮速传感器(4)、方向盘角位移传感器(2)和车轮角位移传感器(3)均与控制器(1)的输入端连接，所述步进电机(5)与控制器(1)的输出端连接，所述控制器(1)对接收到的信号分别进行处理后，将方向盘转向角度和车轮转向角度进行比较后将两者的比值与控制器(1)内预先设置的设定值进行比较，在两者的比值大于设定值时判断车辆原有转向系统处于失灵状态。

2.根据权利要求1所述的汽车转向传动失灵的保护装置，其特征在于，所述车轮角位移传感器(3)安装在车辆的转向拉杆上。

3.根据权利要求1所述的汽车转向传动失灵的保护装置，汽车包括用于实现车辆转向的齿轮齿条式转向器，其特征在于，所述步进电机(5)与齿轮齿条式转向器之间通过齿轮传动机构连接。

4.根据权利要求3所述的汽车转向传动失灵的保护装置，其特征在于，所述齿轮传动机构包括两个相互啮合的直齿轮，所述齿轮齿条式转向器的输入轴与其中一个直齿轮连接，所述电机输出轴与另一个直齿轮连接。

5.根据权利要求3所述的汽车转向传动失灵的保护装置，其特征在于，所述齿轮传动机构包括两个相互啮合的椎齿轮，所述齿轮齿条式转向器的输入轴与其中一个椎齿轮连接，所述电机输出轴与另一个椎齿轮连接。

6.根据权利要求1所述的汽车转向传动失灵的保护装置，其特征在于，所述控制器(1)还连接有用于输入车辆向左转向信号给所述控制器(1)的左按键(6)和用于输入车辆向右转向信号给所述控制器(1)的右按键(7)。

7.一种汽车转向传动失灵的保护方法，其特征在于，该保护方法包括如下步骤：

A、判断汽车转向是否失灵：通过控制器(1)判断方向盘角位移传感器(2)和车轮角位移传感器(3)输送的信号，通过控制器(1)对接收到的信号分别进行处理后，将方向盘转向角度和车轮转向角度进行比较后将两者的比值与控制器(1)内预先设置的设定值进行比较，在两者的比值大于设定值时判断车辆原有转向系统处于失灵状态，则进入步骤B；否则，重新判断方向盘角位移传感器(2)和车轮角位移传感器(3)输送的信号；

B、计算车轮转向值：控制器(1)根据方向盘角位移传感器(2)输送的方向盘角度信号和轮速传感器(4)输送的车速信号计算出相应的车轮转向值；

C、控制车辆实现相应转向：步进电机(5)接收由控制器(1)输送的信号从而驱动车轮转动相应的角度。

8.根据权利要求7所述的汽车转向传动失灵的保护方法，其特征在于，在所述步骤A中，预先在控制器(1)内设置设定值，控制器(1)接收由方向盘角位移传感器(2)输送的方向盘转角信号和车轮角位移传感器(3)输送的车轮转角信号并进行处理，在方向盘转向角度和车轮转向角度的比值大于设定值时判断汽车原转向系统处于失灵状态。

9.根据权利要求7或8所述的汽车转向传动失灵的保护方法，其特征在于，在所述步骤A中，所述判断汽车转向是否失灵还包括方向盘失效判断，在方向盘失效时通过左按键(6)输送车辆向左转向的信号给控制器(1)；通过右按键(7)输送车辆向右转向的信号给控制器(1)，控制器(1)根据其内预先设定的转角值控制步进电机(5)工作。

10.根据权利要求7所述的汽车转向传动失灵的保护方法，其特征在于，在所述步骤C中，步进电机(5)根据控制器(1)输送的信号转动一个固定的角度，并通过齿轮传动机构将该转向角度作用于汽车的齿轮齿条式转向器上，从而实现车辆向左或向右转向。