CN105799771A - 一种可手动/自动切换的汽车转向装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可手动/自动切换的汽车转向装置，包括ESC系统和EPS系统，其特征在于：还包括工控机和转向控制单元，转向控制单元设置在EPS系统的扭矩传感器（11）输出端与EPS的电子控制单元（3）之间；工控机将车辆转向信息传给转向控制单元；ESC系统中的方向盘转角传感器实时检测监控车辆转向动作并将检测监控结果送给转向控制单元。转向控制单元包括微处理器、DA转换芯片、电子开关和电压跟随器。本发明是一种基于电动助力转向系统的无人驾驶车辆转向自动控制装置，该装置充分利用原车资源,原车结构无改动，具有开发低成本、接口简单、易于安装调试、低功耗、手动/自动切换方便的优点。
Description
技术领域
本发明属于车辆转向控制技术领域，尤其涉及基于电动式EPS与ESC的智能汽车自动转向技术领域，具体涉及一种可手动/自动切换的汽车转向装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，汽车已经逐渐走向千家万户，并趋于普及，人们在选购汽车时，很重要的一个参考指标就是汽车安全性能和操控性能，因此，每个汽车生产厂家都在极力的提升车辆的安全性和操控性。
汽车的操控性主要体现在车辆转向系统上,而转向系统对于车辆安全性也有着重要的影响，随着科技的进步与发展，车辆转向的自动控制越来越迫切，但重新研制一套自动转身系统是一项庞大的工程，开发周期长成本高。因此，自若动转向系统能够建立在现有的电子转向设备基础上，不仅能降低了车辆研发成本，也能提升车辆的操控性能和安全性能。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种可手动/自动切换的汽车转向装置。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种可手动/自动切换的汽车转向装置，包括ESC系统和EPS系统，其特征在于：还包括工控机和转向控制单元，转向控制单元设置在EPS系统的扭矩传感器（11）输出端与EPS的电子控制单元（3）之间；工控机将车辆转向信息传给转向控制单元。
进一步，工控机与车身CAN总线通讯，工控机借助于车身加载传感器计算出的车辆转向信息，并通过车身CAN总线传给转向控制单元的微处理器。
进一步，车身加载传感器是毫米波雷达等。
进一步，ESC系统中的方向盘转角传感器实时检测监控车辆转向动作并将检测监控结果送给转向控制单元。
进一步，方向盘转角传感器的输出端与车身CAN总线通讯，方向盘转角传感器通过车身CAN总线将检测监控结果传给转向控制单元的微处理器。
进一步，方向盘转角传感器的角度分辨率0.1°。
进一步，转向控制单元包括微处理器、DA转换芯片、电子开关和电压跟随器；微处理器的CAN总线通讯接口与车身CAN总线相连，微处理器的输出端与DA转换芯片的输入端相连，DA转换芯片的输出端与电子开关的常开端相连，电子开关COM端口与电压跟随器的输入端相连，电压跟随器的输出端作为本转向控制单元的输出端与电子控制单元（3）相连，电压跟随器的输出端另一路接入微处理器；扭矩传感器（11）输出端一路接入电子开关的常闭端，扭矩传感器（11）输出端另一路接入微处理器。
进一步，电子开关采用MAX4674EUE电子开关芯片。
进一步，电压跟随器采用运放AD8648ARUZ构成两路双通道缓冲器。
进一步，微处理器采用MC9S12G128，DA转换芯片采用AD5621BKSZ。
进一步，EPS系统包括扭力杆（10）上的扭矩传感器（11）、车速传感器、电子控制单元（3）、电动机（4）、电磁离合器（5）和转向机构；电子控制单元（3）与车身CAN总线通讯。
工作时，工控机借助于车身加载传感器（如毫米波雷达等）计算出的车辆转向信息，通过车身CAN总线传给本发明装置的微处理器，微处理器解析后通过SPI总线控制DA芯片输出EPS系统电子控制单元ECU可识别的类似扭矩信号，再控制电动机4与电磁离合器5进行预设转向操作，同时方向盘转角传感器实时监控车辆转向动作，测试结果通过CAN总线送给本发明装置的微处理器，形成一个闭环控制。
工控机与车身CAN总线通讯，微处理器通过CAN通讯接口、车身CAN总线与工控机通讯，接受转向控制指令；ESC系统中作为转向检测单元的方向盘转角传感器的输出送入车身CAN总线，同时微处理器由CAN总线获得实时转向数据，EPS的扭矩传感器11输出与EPS的电子控制单元3也即ECU切断，扭矩传感器11输出接入电子开关的NC（常闭）端。同时另一路接入微处理器，用以识别是否为驾驶员操控。当微处理器接收到的扭矩传感器11输出信号与微处理器输出辨别为不一致时就会认为是驾驶人员的操控，就会控制电子开关让扭矩传感器11信号直通进入EPS的电子控制单元ECU，从而完成手动和自动的切换以确保安全。
该可手动/自动切换的汽车转向装置具有以下有益效果：
（1）本发明是一种基于电动助力转向系统的无人驾驶车辆转向自动控制装置，该装置充分利用原车资源,原车结构无改动，具有开发低成本、接口简单、易于安装调试、低功耗、手动/自动切换方便的优点。
（2）本发明安装在车辆转向轴上的扭矩传感器输出端接入电子开关常闭端，同时输出另一路也作为输入信号送入微处理器，用以在突发事件时驾驶人通过手动控制方向盘控制车辆，微处理器检测到操作者意图而退出对车辆的控制，增加安全性。
附图说明
图1：现有技术中电动式EPS的结构示意图；
图2：现有技术中电动式EPS的控制结构示意图；
图3：本发明可手动/自动切换的汽车转向装置的结构示意图；
图4：本发明中电子开关的电路图；
图5：本发明中缓冲器的电路图。
附图标记说明：
1—方向盘；2—转向轴；3—电子控制单元；4—电动机；5—电磁离合器；6—转向齿条；7—横拉杆；8—转向轮；9—输出轴；10—扭力杆；11—扭矩传感器；12—转向齿轮。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明：
图3至图5示出了一种可手动/自动切换的汽车转向装置，包括工控机、转向控制单元、ESC系统（ElectronicStabilityControl,电子稳定性控制系统）和EPS系统（ElectricPowerSteering电动助力转向系统）。
EPS系统的结构及工作原理如图1和图2所示，电动式EPS通常由扭力杆10上的扭矩传感器11、车速传感器、电子控制单元3（ECU）、电动机4和电磁离合器5等组成。电子控制单元3与车身CAN总线通讯。电动式EPS是利用电动机4作为助力源，根据车速和转向参数等，由电子控制单元3完成助力控制。原理:当操纵方向盘1时，装在转向盘轴2上的扭矩传感器11不断地测出转向轴2上的扭矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元3。电子控制单元3根据这些输入信号，确定助力扭矩的大小和方向，即选定电动机4的电流和转向，调整转向辅助动力的大小。电动机4的扭矩由电磁离合器5通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力。为此，充分利用原车电子助力转向系统，是实现车辆自动转向控制的有效途径。转向机构包括转向齿条6、横拉杆7、转向轮8和输出轴9。本发明中，EPS的扭矩传感器11输出与EPS的电子控制单元3也即ECU切断，在扭矩传感器11输出与EPS的电子控制单元3之间接入了转向控制单元。
转向控制单元包括微处理器、DA转换芯片、电子开关和电压跟随器（缓冲器），微处理器的CAN总线通讯接口与车身CAN总线相连，如图3所示，转向控制单元内各部件的连接关系为:微处理器的输出端与DA转换芯片的输入端相连。DA转换芯片的输出端与电子开关的NO（常开）端相连，电子开关COM端口与电压跟随器（缓冲器）的输入端相连，电压跟随器的输出端为本转向控制单元的输出端，ESC系统已固定好，不用再安装。
工控机与车身CAN总线通讯，微处理器通过CAN通讯接口、车身CAN总线与工控机通讯，接受转向控制指令；ESC系统中作为转向检测单元的方向盘转角传感器的输出送入车身CAN总线，同时微处理器由CAN总线获得实时转向数据，EPS的扭矩传感器11输出与EPS的电子控制单元3也即ECU切断，扭矩传感器11输出接入电子开关的NC（常闭）端。同时另一路接入微处理器，用以识别是否为驾驶员操控。当微处理器接收到的扭矩传感器11输出信号与微处理器输出辨别为不一致时就会认为是驾驶人员的操控，就会控制电子开关让扭矩传感器11信号直通进入EPS的电子控制单元ECU，从而完成手动和自动的切换以确保安全。
本发明直接利用电动式EPS，微处理器解析并输出车辆转向信息输出至ECU处理，驱动电机4转动，同时由方向盘转角传感器来检测转向角度并进行实时调整。
上述微处理器采用MC9S12G128(LQFP64），DA转换芯片采用AD5621BKSZ、电子开关采用MAX4674EUE、缓冲器采用AD8648ARUZ，方向盘转角传感器采用嘉兴华昌产非接触式测量，角度分辨率0.1°。
工控机借助于车身加载传感器（如毫米波雷达等）计算出的车辆转向信息，通过车身CAN总线传给本发明装置的微处理器，微处理器解析后通过SPI总线控制DA芯片输出原车EPSECU可识别的类似扭矩信号，再控制电机4与电磁离合器5进行预设转向操作，同时方向盘转角传感器实时监控车辆转向动作，测试结果通过CAN总线送给本发明装置的微处理器，形成一个闭环控制。
如图4所示电子开关采用MAX4674EUE电子开关芯片构成，NO（常开）端口接DA转换器输出，NC（常闭）端口接原车扭矩传感器11输出，COM端口为输出端口，接至缓冲器。
如图5所示缓冲器采用运放AD8648ARUZ构成两路双通道缓冲器，每个通道都会送回本实施例的微处理器进行校验，保证进入EPS系统的ECU数据正确，确保系统可靠。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可手动/自动切换的汽车转向装置，包括ESC系统和EPS系统，其特征在于：还包括工控机和转向控制单元，转向控制单元设置在EPS系统的扭矩传感器（11）输出端与EPS的电子控制单元（3）之间；工控机将车辆转向信息传给转向控制单元。
2.根据权利要求1所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：工控机与车身CAN总线通讯，工控机借助于车身加载传感器计算出的车辆转向信息，并通过车身CAN总线传给转向控制单元的微处理器。
3.根据权利要求2所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：车身加载传感器是毫米波雷达等。
4.根据权利要求1、2或3所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：ESC系统中的方向盘转角传感器实时检测监控车辆转向动作并将检测监控结果送给转向控制单元。
5.根据权利要求4所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：方向盘转角传感器的输出端与车身CAN总线通讯，方向盘转角传感器通过车身CAN总线将检测监控结果传给转向控制单元的微处理器。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：转向控制单元包括微处理器、DA转换芯片、电子开关和电压跟随器；微处理器的CAN总线通讯接口与车身CAN总线相连，微处理器的输出端与DA转换芯片的输入端相连，DA转换芯片的输出端与电子开关的常开端相连，电子开关COM端口与电压跟随器的输入端相连，电压跟随器的输出端作为本转向控制单元的输出端与电子控制单元（3）相连，电压跟随器的输出端另一路接入微处理器；扭矩传感器（11）输出端一路接入电子开关的常闭端，扭矩传感器（11）输出端另一路接入微处理器。
7.根据权利要求6所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：电子开关采用MAX4674EUE电子开关芯片。
8.根据权利要求6所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：电压跟随器采用运放AD8648ARUZ构成两路双通道缓冲器。
9.根据权利要求6所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：微处理器采用MC9S12G128，DA转换芯片采用AD5621BKSZ。
10.根据权利要求1至9任一所述的可手动/自动切换的汽车转向装置，其特征在于：EPS系统包括扭力杆（10）上的扭矩传感器（11）、车速传感器、电子控制单元（3）、电动机（4）、电磁离合器（5）和转向机构；电子控制单元（3）与车身CAN总线通讯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160727 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |