CN106394659A - 一种电动助力转向系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车转向技术领域，具体涉及一种电动助力转向系统及方法，该系统包括：车轮总成以及与所述车轮总成机械连接的转向机构，还包括：转向控制器以及分别与所述转向控制器电连接的点火锁以及转角传感器；所述转向控制器与所述转向机构电连接；所述转角传感器安装在所述转向机构中，用于采集当前方向盘转角值；所述转向控制器实时获取当前方向盘转角值与所述点火锁档位；当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，所述转向控制器控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动，直至所述方向盘转角值小于所述设定角度值。通过本发明，车辆停车熄火后车轮自动回正，从而延长了车辆的使用寿命。

Description

一种电动助力转向系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车转向技术领域，具体涉及一种电动助力转向系统及方法。

背景技术

目前，汽车产品已经进入千家万户，成为人们的生活必需品。每年道路上新增的车辆驾驶员也越来越多，对于新手来说，由于技术不熟练，在停车入位过程中往往手忙脚乱，停车完成以后经常忘记将车轮回到中位，驾驶员双手松开方向盘并将车辆熄火以后车轮一直处于偏转状态，此时由车辆悬架主销产生的重力以及主销内倾产生的回正力矩作用在轮胎上，而轮胎与地面之间摩擦力的存在使得车轮不能自行运动到中位进而释放相关部件的受力。这样车辆在静置停放的时间段内车辆底盘的大量部件如摆臂，转向节，轮毂单元，减振器，转向拉杆，转向器齿条等都处在受力状态，应力无法释放，尤其是摆臂的橡胶衬套长时间处于压缩变形状态，可能会造成诸如摆臂衬套开裂、转向拉杆球头松旷等底盘悬架部件和转向部件的早期失效，从而降低了车辆的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种电动助力转向系统及方法，以使车辆熄火后车轮可以自动回正，从而延长了车辆的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电动助力转向系统，包括：车轮总成以及与所述车轮总成机械连接的转向机构，还包括：转向控制器以及分别与所述转向控制器电连接的点火锁以及转角传感器；所述转向控制器与所述转向机构电连接；所述转角传感器安装在所述转向机构中，用于采集当前方向盘转角值；所述转向控制器实时获取当前方向盘转角值与所述点火锁档位；当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，所述转向控制器控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动，直至检测到所述方向盘转角值小于所述设定角度值。

优选地，还包括：与所述转向控制器电连接的发动机曲轴位置传感器、车速传感器、转矩传感器以及蓄电池；所述发动机曲轴位置传感器用于采集发动机转速信号，所述车速传感器用于采集车辆的车速信号，所述转矩传感器安装在所述转向机构中，用于采集方向盘扭矩；

在所述转向控制器控制所述转向机构按照所述转动角速度函数进行转动前，检测是否满足车轮自动回位条件，如果满足所述车轮自动回位条件，则控制所述转向机构按照所述转动角速度函数进行转动；

所述车轮自动回位条件包括：方向盘扭矩小于设定扭矩；蓄电池电压大于设定电压；发动机转速为零；车速为零。

优选地，所述车轮自动回位条件还包括：所述点火锁档位处于OFF档。

优选地，所述转动角速度函数为：

当前方向盘转角值与设定角度值的差值为：(T2+T3/2+T1/2)*ω₀，T1、T3以及ω₀为设定值。

优选地，所述转向机构包括：方向盘(1)、转向管柱(2)、转向下轴(3)、转向器(4)、副车架(5)、转向节(6)；所述转向控制器与所述转向管柱(2)电连接，所述转角传感器安装在所述转向管柱(2)中，所述车轮总成与所述转向节(6)固定连接，所述转向器(4)固定在副车架(5)上，所述转向管柱(2)与所述转向器(4)通过具有两对万向节的转向下轴(3)连接，所述方向盘(1)与所述转向管柱(2)固定连接，当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，所述转向控制器驱动所述转向管柱(2)按照所述转动角速度函数进行转动，以使所述转向管柱(2)驱动所述转向下轴(3)，所述转向下轴(3)将运动和力矩传递到转向器(4)上，使转向器(4)推动转向横拉杆实现转向节(6)和车轮总成一起绕车辆主销的旋转。

一种电动助力转向方法，所述方法包括：

实时获取点火锁档位；

实时获取当前方向盘转角值，并检测当前方向盘转角值是否大于设定角度值；

当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，控制转向机构按照转动角速度函数进行转动，直至检测到所述方向盘转角值小于所述设定角度值。

优选地，在控制转向机构按照转动角速度函数进行转动前，所述方法还包括：

检测是否满足车轮自动回位条件；

如果满足所述车轮自动回位条件，则控制所述转向机构按照所述转动角速度函数进行转动；

所述车轮自动回位条件包括：方向盘扭矩小于设定扭矩；蓄电池电压大于设定电压；发动机转速为零；车速为零。

优选地，所述车轮自动回位条件还包括：

所述点火锁档位处于OFF档。

优选地，所述转动角速度函数为：

当前方向盘转角值与设定角度值的差值为：(T2+T3/2+T1/2)*ω₀，T1、T3以及ω₀为设定值。

优选地，所述方法还包括：

如果检测到不满足车轮自动回位条件，则禁能所述转向机构，并存储故障码。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种电动助力转向系统及方法，通过转向控制器实施获取点火锁档位与当前方向盘转角值，并检测当前方向盘转角值是否大于设定角度值；如果所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，控制转向机构按照转动角速度函数进行转动，直至检测到所述方向盘转角值小于所述设定角度值。通过本发明，保证了车辆熄火后车轮可以自动回正，从而延长了车辆的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例电动助力转向系统的一种结构示意图。

图2是本发明实施例中转动角速度函数的示意图。

图3是本发明实施例中转向机构的结构示意图。

图4是本发明实施例中转向管柱的结构示意图。

图5是本发明实施例电动助力转向系统的另一种结构示意图。

附图中标记：

1、方向盘 2、转向管柱 3、转向下轴 4、转向器 5、副车架 6、转向节 7、车轮总成8、转向控制器 9、转角传感器 21、上转向轴 22、中转向轴 23、扭杆 25、蜗轮 26、转向输出轴 27、转向助力电机 28、减速机构壳体 29、蜗杆

具体实施方式

为了使本领域技术人员能更进一步了解本发明的特征及技术内容，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作详细说明。

如图1所示，是本发明实施例电动助力转向系统的一种结构示意图，该系统包括：车轮总成以及与所述车轮总成机械连接的转向机构，还包括：转向控制器以及分别与所述转向控制器电连接的点火锁以及转角传感器；所述转向控制器与所述转向机构电连接；所述转角传感器安装在所述转向机构中，用于采集当前方向盘转角值；所述转向控制器实时获取当前方向盘转角值与所述点火锁档位，当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，所述转向控制器控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动，所述转动角速度函数的面积等于当前方向盘转角值与设定角度值的差值，直至所述方向盘转角值小于所述设定角度值。

需要说明的是，设定角度值可以由转向控制器通过标定确定，比如，设定角度值为10度。

具体地，点火锁档位有LOCK档、ACC档、ON档、START档，共四个档位。而点火锁档位从ON档切换到OFF档说明车辆从正常运行状态到熄火状态，当转向控制器检测到车辆已经熄火，并且方向盘转角大于设定角度值，则控制转向机构进行自动回位操作。进一步，方向盘转角与车轮的转角相对应，当方向盘转角大于设定角度值时，说明车辆停止后，车轮未回到中位。

具体地，所述转动角速度函数为：

当前方向盘转角值与设定角度值的差值为：(T2+T3/2+T1/2)*ω₀，T1、T3以及ω₀为设定值。具体地，T1、T2、T3表示时间，单位为秒；ω与ω₀表示角频率，单位为度每秒。如图3所示，为转动角速度函数的示意图，图中转动角速度函数围成梯形，则当前方向盘转角值与设定角度值的差值即为：(上底+下底)*高/2。通过转动角速度函数设置可以使方向盘不至于突然快速转动，将T1设置的尽可能的大。当方向盘转动角速度达到设定的角速度ω₀后，方向盘保持匀速转动。为了减少整个动作的持续时间，将ω₀设置的尽可能的大，停止减速段的T3值尽可能的设置小一些。其中，T1、T3的值是所述转向控制器根据驾驶员的习惯操作设置的经验值，比如，T1为2秒，T3为1秒；ω₀由所述转向控制器根据转向机构的机械特性确定，比如，ω₀为300度每秒；根据熄火时方向盘转角值与设定角度值的差值等于(T2+T3/2+T1/2)*ω₀，可以得出T2具体值。

具体地，所述转向机构，如图3所示，包括：方向盘1、转向管柱2、转向下轴3、转向器4、副车架5、转向节6；所述转向控制器与所述转向管柱2电连接，所述转角传感器安装在所述转向管柱2中，所述车轮总成7与所述转向节6固定连接，所述转向器4固定在副车架5上，所述转向管柱2与所述转向器4通过具有两对万向节的转向下轴3连接，所述方向盘1与所述转向管柱2固定连接，当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，所述转向控制器驱动所述转向管柱2按照转动角速度函数进行转动，以使所述转向管柱2驱动所述转向下轴3，所述转向下轴3将运动和力矩传递到转向器4上，以使转向器4推动转向横拉杆实现转向节6和车轮总成7一起绕车辆主销的旋转，使车辆的行驶方向改变。

具体地，所述转向管柱2如图4所示，包括：减速机构壳体28、以及套在减速机构壳体28内部的上转向轴21、中转向轴22、扭杆23、蜗轮25、转向输出轴26、转向助力电机27、蜗杆29以及转角传感器9。其中，上转向轴21和中转向轴22通过花键联结或者固联在一起，扭杆23上下两端分别和中转向轴22和转向输出轴26固定，转角传感器9套在扭杆23上，通过采集扭杆23的转角值以确定方向盘的转角值；蜗轮25和转向输出轴26通过过盈配合压装，转向助力电机27在转向控制器8的控制下驱动蜗杆29带动蜗轮25转动。当车辆正常运行时，在正常助力转向工作模式下，由转向管柱2内的扭杆23检测中转向轴2和转向输出轴1之间的相对扭矩，转向控制器8根据扭杆23的转角值并结合整车车速信号控制转向助力电机7实现转向助力。

需要说明的是，在车辆正常运行即未熄火时，方向盘1通过锥面联结和花键配合驱动转向管柱2的上转向轴21，转向管柱2的转向输出轴26通过花键联接驱动转向下轴3，转向下轴3包含了两个空间布置的不等速万向节总成，将运动和力矩传递到转向器4的齿轮轴上，通过转向器4内部的齿轮齿条机构驱动齿条的横向移动，齿条的横向位移推动转向横拉杆实现转向节6和车轮总成7一起绕车辆主销的旋转，进而改变车辆的行驶方向，实现驾驶员对车辆方向的操控。

本发明实施例提供的电动助力转向系统，转向控制器实时获取当前方向盘转角值与点火锁档位，当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，所述转向控制器控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动，直至所述方向盘转角值小于所述设定角度值。通过本发明，可以使车辆在熄火后，车轮自动回正，从而延长了车辆的使用寿命。

为了更好地对车辆状态进行判断，保证车辆的车轮在熄火状态进行自动回正，如图5所示，是本发明实施例电动助力转向系统的另一种结构示意图，与图1所不同的是，图5所示结构示意图中，增加了与所述转向控制器电连接的蓄电池、车速传感器、发动机曲轴位置传感器以及转矩传感器。

所述发动机曲轴位置传感器用于采集发动机转速信号，所述车速传感器用于采集车辆的车速信号，所述转矩传感器安装在所述转向机构中，用于采集方向盘扭矩。

具体地，转矩传感器可以套在转向管柱的扭杆23上，由于扭杆23扭矩反映了方向盘1的扭矩，本发明中，通过采集扭杆23的扭矩确定方向盘1扭矩。

在所述转向控制器控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动前，检测是否满足车轮自动回位条件，如果满足所述车轮自动回位条件，则控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动；否则，不控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动。

所述车轮自动回位条件包括：方向盘扭矩小于设定扭矩；蓄电池电压大于设定电压；发动机转速为零；车速为零。

需要说明的是，设定扭矩与设定电压可以由转向控制器根据系统硬件情况进行设定，比如设定扭矩为0.1Nm，设定电压为11V。

进一步，为了保证在所述转向控制器控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动前车辆还是处于熄火状态，所述车轮自动回位条件还应包括：所述点火锁档位处于OFF档。

需要说明的是，在本发明的另一个实施例中，还可以包括：与所述转向控制器通过CAN总线连接的发动机控制单元、ABS控制单元(Antilock Brake System，防抱死制动)；其中，发动机控制单元用于提供发动机转速信号，ABS控制单元用于提供车辆的车速信号；进一步，ABS控制单元也可以由ESC控制单元(Electronic Stability Control，电子稳定程序控制系统)代替，以提供车辆的车速信号。

本发明实施例中，转向控制器通过软件中断设置对系统运行所需要的方向盘扭矩、转角、发动机转速、车速、蓄电池电压和点火信号状态进行实时检测和判断，当驾驶员驾驶完车辆准备熄火时，将钥匙从ON档切换到OFF档，如果此时车轮没有回正，转向控制器判断出当前方向盘转角值大于设定角度值，即开始准备进入“熄火后车轮自动回正模式”，根据当前方向盘转角值的大小就可以计算出通过转向电机自动回正车轮所需要转过的角度，进而由转向控制器驱动转向电机带动转向机构按照转动角速度函数进行转动，在转动过程中，方向盘转角会发生变化，此时电动转向管柱内部的转角传感器检测到方向盘的角度，并将其反馈给转向控制器，转向控制器内部不断的对设定的方向盘目标转角和检测到的方向盘实际转角进行偏差运算。当车轮回正到中位附近时，此时方向盘转角小于设定角度值，则控制器确认车轮已经回正，此时准备中止车轮回中位操作，进而保存故障码并完成自关断和退出。

相应地，相应的，本发明实施例还提供了一种电动助力转向方法，该方法包括：实时获取点火锁档位；实时获取当前方向盘转角值，并检测当前方向盘转角值是否大于设定角度值；当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，控制转向机构按照转动角速度函数进行转动，直至检测到所述方向盘转角值小于所述设定角度值。

进一步，在控制转向机构按照转动角速度函数进行转动前，所述方法还包括：

检测是否满足车轮自动回位条件；如果是，则控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动；否则，禁能所述转向机构，并存储故障码。

具体地，所述车轮自动回位条件包括：方向盘扭矩小于设定扭矩；蓄电池电压大于设定电压；发动机转速为零；车速为零。

需要说明的是，设定扭矩与设定电压可以由转向控制器根据系统硬件情况进行设定，比如设定扭矩为0.1Nm，设定电压为11V。

需要说明的是，禁能转向机构主要是禁能转向机构中的转向助力电机，即停止转向助力电机任何工作。进一步，本发明实施例中，故障码表示在车辆熄火后无法进行自动回正的操作。

进一步，为了保证在所述转向控制器控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动前车辆还是处于熄火状态，所述车轮自动回位条件还可以包括：所述点火锁档位处于OFF档。

具体地，所述转动角速度函数为：

当前方向盘转角值与设定角度值的差值为：(T2+T3/2+T1/2)*ω₀，T1、T3以及ω₀为设定值。本发明实施例中，通过转动角速度函数设置可以使方向盘不至于突然快速转动，将T1设置的尽可能的大。当方向盘转动角速度达到设定的角速度ω₀后，方向盘保持匀速转动。为了减少整个动作的持续时间，将ω₀设置的尽可能的大，停止减速段的T3值尽可能的设置小一些。其中，T1、T3的值由所述转向控制器根据驾驶员的习惯操作设置的经验值，比如，T1为2秒，T3为1秒；ω₀由所述转向控制器根据转向机构的机械特性确定，比如，ω₀为300度每秒；根据熄火时方向盘转角值与设定角度值的差值等于(T2+T3/2+T1/2)*ω₀，可以得出T2具体值。

综上所述，本发明实施例提供的电动助力转向系统及方法，通过集成在转向管柱内部的转角传感器检测方向盘转角信号，并通过转向控制器采集点火锁档位变化，确定车辆处于熄火状态；满足车轮自动回位条件的前提下由转向控制器控制转向机构按照转动角速度函数进行转动，达到将车轮回正到位的目的。本发明与传统技术方案相比，实现了车辆熄火以后车轮可以自动回正的功能，从而很好地保护了车辆的悬架系统和转向系统，延长了整车的使用寿命，同时为客户带来智能化的体验。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本发明内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电动助力转向系统，包括：车轮总成以及与所述车轮总成机械连接的转向机构，其特征在于，还包括：转向控制器以及分别与所述转向控制器电连接的点火锁以及转角传感器；所述转向控制器与所述转向机构电连接；所述转角传感器安装在所述转向机构中，用于采集当前方向盘转角值；所述转向控制器实时获取当前方向盘转角值与所述点火锁档位；当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，所述转向控制器控制所述转向机构按照转动角速度函数进行转动，直至检测到所述方向盘转角值小于所述设定角度值。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，还包括：与所述转向控制器电连接的发动机曲轴位置传感器、车速传感器、转矩传感器以及蓄电池；所述发动机曲轴位置传感器用于采集发动机转速信号，所述车速传感器用于采集车辆的车速信号，所述转矩传感器安装在所述转向机构中，用于采集方向盘扭矩；

在所述转向控制器控制所述转向机构按照所述转动角速度函数进行转动前，检测是否满足车轮自动回位条件，如果满足所述车轮自动回位条件，则控制所述转向机构按照所述转动角速度函数进行转动；

所述车轮自动回位条件包括：方向盘扭矩小于设定扭矩；蓄电池电压大于设定电压；发动机转速为零；车速为零。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述车轮自动回位条件还包括：所述点火锁档位处于OFF档。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述转动角速度函数为：

$\mathrm{\ω}=\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{T_1}\·t;t\∈\[0,T_1\]\\ {\mathrm{\ω}}_0;t\∈(T_1,T_1+T_2\]\\ {\mathrm{\ω}}_0-\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{T_3}\·\[t-(T_1+T_2)\];t\∈(T_1+T_2,T_1+T_2+T_3\]\end{array}\right.;$

当前方向盘转角值与设定角度值的差值为：(T2+T3/2+T1/2)*ω₀，T1、T3以及ω₀为设定值。

5.根据权利要求4所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述转向机构包括：方向盘(1)、转向管柱(2)、转向下轴(3)、转向器(4)、副车架(5)、转向节(6)；所述转向控制器与所述转向管柱(2)电连接，所述转角传感器安装在所述转向管柱(2)中，所述车轮总成与所述转向节(6)固定连接，所述转向器(4)固定在副车架(5)上，所述转向管柱(2)与所述转向器(4)通过具有两对万向节的转向下轴(3)连接，所述方向盘(1)与所述转向管柱(2)固定连接，当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，所述转向控制器驱动所述转向管柱(2)按照所述转动角速度函数进行转动，以使所述转向管柱(2)驱动所述转向下轴(3)，所述转向下轴(3)将运动和力矩传递到转向器(4)上，使转向器(4)推动转向横拉杆实现转向节(6)和车轮总成一起绕车辆主销的旋转。

6.一种电动助力转向方法，其特征在于，所述方法包括：

实时获取点火锁档位；

实时获取当前方向盘转角值，并检测当前方向盘转角值是否大于设定角度值；

当所述点火锁档位从ON档切换到OFF档，并且当前方向盘转角值大于设定角度值时，控制转向机构按照转动角速度函数进行转动，直至检测到所述方向盘转角值小于所述设定角度值。

7.根据权利要求6所述的电动助力转向方法，其特征在于，在控制转向机构按照转动角速度函数进行转动前，所述方法还包括：

检测是否满足车轮自动回位条件；

如果满足所述车轮自动回位条件，则控制所述转向机构按照所述转动角速度函数进行转动；

所述车轮自动回位条件包括：方向盘扭矩小于设定扭矩；蓄电池电压大于设定电压；发动机转速为零；车速为零。

8.根据权利要求7所述的电动助力转向方法，其特征在于，所述车轮自动回位条件还包括：

所述点火锁档位处于OFF档。

9.根据权利要求6-8任一项所述的电动助力转向方法，其特征在于，所述转动角速度函数为：

$\mathrm{\ω}=\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{T_1}\·t;t\∈\[0,T_1\]\\ {\mathrm{\ω}}_0;t\∈(T_1,T_1+T_2\]\\ {\mathrm{\ω}}_0-\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{T_3}\·\[t-(T_1+T_2)\];t\∈(T_1+T_2,T_1+T_2+T_3\]\end{array}\right.;$

当前方向盘转角值与设定角度值的差值为：(T2+T3/2+T1/2)*ω₀，T1、T3以及ω₀为设定值。

10.根据权利要求7所述的电动助力转向方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果检测到不满足车轮自动回位条件，则禁能所述转向机构，并存储故障码。