CN106769114A - 汽车转向传动比测量装置及方法 - Google Patents

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靳立强
张卉
王天怡
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Abstract

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种汽车转向传动比测量装置及方法。该测量装置包括车速传感器、多圈角度传感器、横摆角速度传感器和信号处理模块；所述的信号处理模块包括接口电路、带CAN总线控制器和A/D转换器的单片机；所述的多圈角度传感器和横摆角速度传感器的输出端和接口电路的输入端连接；所述的接口电路的输出端与单片机自带的A/D转换输入接口连接；所述的车速传感器通过跟踪滤波器输出端与单片机的输入接口连接；所述的单片机的输出端通过CAN总线与ECU连接。本发明是一种能精确测得汽车转向传动比从而得到前轮转角的汽车转向传动比测量装置及方法，该测量装置和测量方法解决了现有汽车转向比计算不精确从而使前轮转角不准确的问题。

Description

汽车转向传动比测量装置及方法
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种汽车转向传动比测量装置及方法。
背景技术
汽车转向系统是保证汽车能按驾驶员的意志而进行转向行驶的专设机构。转向传动比是方向盘转角与前轮转角的比值，可将方向盘转角转换成前轮转角，目前一些汽车通过测量转向器传动比来代替转向传动比，以此来计算前轮转角，但是由于转向杆系的存在，使实际转向传动比并不等于转向器传动比。而很多汽车控制系统均需要准确的前轮转角信号，而直接测量前轮转角信号成本高，难以布置传感器而且由于前轮转角有限，测量精度也有限，故实际控制系统中均是通过测量方向盘转角计算前轮转角。这样一来由于转向传动比不等于转向器传动比而且呈现出很大的非线性特性，导致按转向器传动比计算的前轮转角不准确，使控制系统的性能受到很大影响。因此直接测量实车的转向传动比对提高汽车控制系统的性能尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种能精确测得汽车转向传动比从而得到前轮转角的汽车转向传动比测量装置及方法，该测量装置和测量方法解决了现有汽车转向传动比计算不精确从而使前轮转角不准确的问题。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种汽车真实转向传动比测量装置，该测量装置包括车速传感器1、多圈角度传感器2、横摆角速度传感器3和信号处理模块；所述的车速传感器1使用真空吸盘吸牢在汽车前部中间位置的平整表面上；所述的多圈角度传感器2固定在方向盘下方；所述的横摆角速度传感器3安装在汽车质心旁；所述的信号处理模块包括接口电路、带CAN总线控制器和A/D转换器的单片机；所述的多圈角度传感器2和横摆角速度传感器3的输出端和接口电路的输入端连接；所述的接口电路的输出端与单片机自带的A/D转换输入接口连接；所述的车速传感器1通过跟踪滤波器输出端与单片机的输入接口连接；所述的单片机的输出端通过CAN总线与ECU双向连接。
所述车速传感器1选择型号为CN65M/NS43NCT1的光电式车速传感器。
所述的多圈角度传感器2采用RSM2800系列多圈角度传感器。
所述的横摆角速度传感器3采用型号为M12-3550135的传感器。
所述的单片机采用型号为MC68HC908的8位单片机。
一种汽车真实转向传动比测量方法，该测量方法具体为：
利用汽车真实转向传动比测量装置中的信号处理模块接收车速传感器1测得的车速信号、多圈角度传感器2测得的方向盘转角、横摆角速度传感器3测得的质心处横摆角速度根据以下公式计算汽车实际转向传动比，
式中，γ为方向盘转角，单位为°；v为车速，单位为m/s；为横摆角速度，单位为°/s；L为轴距，单位为m。
驾驶员行驶车辆低速匀速行驶，方向盘转角从0度转向角起，每30度为一个测点，左右各测到540度，每个测点均通过多圈角度传感器2测得的方向盘转角、通过车速传感器1测得的车速信号、通过横摆角速度传感器3测得的质心处横摆角，并利用公式(1)计算出该方向盘转角时的汽车实际转向传动比，所述的汽车实际转向传动比的数据通过CAN总线传输存储到存储模块ECU中。
本发明的有益效果为：
1、通过本发明的测量装置和测量方法测量实车转向传动比来计算的前轮转角，所得前轮转角数据更为准确，避免了按转向器传动比计算前轮转角不准确的缺点。
2、本发明在结构上大多数采用实车上现有的传感器，装置简单，不增加成本且更加利于实现，通过通信总线输出转向传动比，安装调节方便。
附图说明
图1本发明汽车转向传动比测量装置的结构示意框图；
图2本发明汽车转向传动比测量装置中横摆角速度传感器接口电路图；
图3本发明汽车转向传动比测量装置中多圈角度传感器接口电路图；
图4本发明汽车转向传动比测量装置中传感器接口电路框图；
图5本发明汽车转向传动比测量方法流程图；
图6本发明汽车转向传动比测量装置基于CAN总线的数据通信示意图。
图中：1、车速传感器；2、多圈角度传感器；3、横摆角速度传感器。
具体实施方式
参阅图1、图4，一种汽车真实转向传动比测量装置，该测量装置包括车速传感器1、多圈角度传感器2、横摆角速度传感器3和信号处理模块；所述的车速传感器1使用真空吸盘吸牢在汽车前部中间位置的平整表面上；所述的多圈角度传感器2固定在方向盘下方；所述的横摆角速度传感器3安装在汽车质心旁；所述的信号处理模块包括接口电路、带CAN总线控制器和A/D转换器的单片机；所述的多圈角度传感器2和横摆角速度传感器3的输出端和接口电路的输入端连接；所述的接口电路的输出端与单片机自带的A/D转换输入接口连接；所述的车速传感器1通过跟踪滤波器输出端与单片机的输入接口连接；所述的单片机的输出端通过CAN总线与ECU双向连接。
所述的多圈角度传感器2采用RSM2800系列多圈角度传感器，安装采用加长插槽方式镶嵌固定在方向盘下方。
所述的车速传感器1采用型号为CN65M/NS43NCT1的光电式车速传感器，使用真空吸盘吸牢在汽车前部中间位置的平整表面上，光电车速传感器的输出信号是不规则的小信号，必须通过配套的跟踪滤波器变为与车速成正比的基波信号并转换为二次仪表或计算机能够接受的TTL电平的脉冲信号；
所述的横摆角速度传感器3采用型号为M12-3550135的传感器，安装在汽车质心位置附近。
所述的单片机采用型号为MC68HC908的8位单片机。
参阅图2、图3，传感器输出信号与接口电路输入端连接，其中横摆角速度传感3的接口电路输出端与单片机MC68HC908自带的A/D转换输入接口连接，多圈角度传感器2的接口电路输出端与单片机MC68HC908自带的A/D转换输入接口连接，车速传感器1通过跟踪滤波器输出端与单片机MC68HC908的输入接口连接。
参阅图2，横摆角速度传感器3接口电路以实现对传感器输出信号的滤波和放大功能，运放使用满摆幅输出的LMX324。
参阅图3，多圈角度传感器2接口电路对传感器输出信号去除毛刺和高频信号，并进行放大，运放使用常用的UA741CD。
参阅图4，本发明所述的汽车转向传动比测量装置采用8位单片机(Motorola公司的MC68HC908系列单片机)，所述单片机中集成了CPU、A/D转换器、CAN控制器。
参阅图5，本发明所述的汽车转向传动比测量方法为：
1、首先，将车速传感器1使用真空吸盘吸牢在汽车前部中间位置的平整表面上，横摆角速度传感器3安装在汽车质心位置附近，多圈角度传感器2固定在方向盘下方；
2、其次，将车速传感器1通过跟踪滤波器输出端与单片机MC68HC908的输入接口连接，横摆角速度传感器3的接口电路输出端与单片机MC68HC908自带的A/D转换输入接口连接，多圈角度传感器2的接口电路与单片机MC68HC908自带的A/D转换输入接口连接；
3、之后，启动传感器信号采集系统并初始化；
4、驾驶员行驶车辆低速匀速行驶，方向盘转角从0度转向角起，每30度为一个测点，左右各测到540度，每个测点均通过多圈角度传感器2测得的方向盘转角、通过车速传感器1得的车速信号、通过横摆角速度传感器3测得的质心处横摆角速度，并利用公式(1)计算出该方向盘转角时的汽车实际转向传动比；
5.将通过公式(1)测量计算得到的转向传动比数据通过CAN总线传输存储到存储模块ECU中；
上述公式(1)的表达式推导如下：
转向传动比是方向盘转角与前轮转角的比值，即
汽车等速圆周行驶时，常用横摆角速度与前轮转角之比来评价稳态响应，即稳态横摆角速度增益，以符号)s表示，
式中，为横摆角速度，单位为°/s；v为车速，单位为m/s；K为稳定性因数；L为轴距，单位为m。
汽车以低速度时，汽车横摆角速度响应与车轮转角成线性比例，而轮胎无侧偏角很小，此时K＝0，因此横摆角速度
由公式(2)、(3)、(4)可得
6、用计算机读取存储在ECU中的转向传动比数据。
我们可以根据转向传动比和测得的方向盘转角计算前轮转角为
参阅图6，CAN总线采用串行总线，在系统中组成一个局域网，采用多机通讯方式，由CANH、CANL组成的总线执行多个指令。工作时，横摆角速度传感器和多圈角度传感器经输出接口传送至接口电路进行信号调节处理，经接口电路滤波和放大后将输出的电压信号传送至MC68HC908，片内有A/D转换器，可以直接转换成数字信号传送到单片机。车速传感器输出脉冲信号，经跟踪滤波器信号调节处理后可以直接通过计算其频率而获得数字信号，将经调节过后的信号输送至单片机引脚。CAN收发器选择PCA82C250，由单片机MC68HC908接收处理过的信号经CAN收发器PCA82C250传递至CAN总线通讯，通过CAN总线通讯传递至ECU输入接口得到此参考信号。

Claims (7)

1.一种汽车真实转向传动比测量装置，其特征在于，该测量装置包括车速传感器(1)、多圈角度传感器(2)、横摆角速度传感器(3)和信号处理模块；所述的车速传感器(1)使用真空吸盘吸牢在汽车前部中间位置的平整表面上；所述的多圈角度传感器(2)固定在方向盘下方；所述的横摆角速度传感器(3)安装在汽车质心旁；所述的信号处理模块包括接口电路、带CAN总线控制器和A/D转换器的单片机；所述的多圈角度传感器(2)和横摆角速度传感器(3)的输出端和接口电路的输入端连接；所述的接口电路的输出端与单片机自带的A/D转换输入接口连接；所述的车速传感器(1)通过跟踪滤波器输出端与单片机的输入接口连接；所述的单片机的输出端通过CAN总线与ECU双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车真实转向传动比测量装置，其特征在于，所述车速传感器(1)选择型号为CN65M/NS43NCT1的光电式车速传感器。
3.根据权利要求1所述的一种汽车真实转向传动比测量装置，其特征在于，所述的多圈角度传感器(2)采用RSM2800系列多圈角度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种汽车真实转向传动比测量装置，其特征在于，所述的横摆角速度传感器(3)采用型号为M12-3550135的传感器。
5.根据权利要求1所述的一种汽车真实转向传动比测量装置，其特征在于，所述的单片机采用型号为MC68HC908的8位单片机。
6.一种利用权利要求1至5任一项所述的一种汽车真实转向传动比测量装置的测量方法，其特征在于，该测量方法具体为：
利用汽车真实转向传动比测量装置中的信号处理模块接收车速传感器(1)测得的车速信号、多圈角度传感器(2)测得的方向盘转角、横摆角速度传感器(3)测得的质心处横摆角速度根据以下公式计算汽车实际转向传动比，
式中，γ为方向盘转角，单位为°；v为车速，单位为m/s；为横摆角速度，单位为°/s；L为轴距，单位为m。
7.根据权利要求6所述的一种汽车真实转向传动比测量方法，其特征在于，驾驶员行驶车辆低速匀速行驶，方向盘转角从0度转向角起，每30度为一个测点，左右各测到540度，每个测点均通过多圈角度传感器(2)测得的方向盘转角、通过车速传感器(1)测得的车速信号、通过横摆角速度传感器(3)测得的质心处横摆角，并利用公式(1)计算出该方向盘转角时的汽车实际转向传动比，所述的汽车实际转向传动比的数据通过CAN总线传输存储到存储模块ECU中。
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