CN111605611A - 一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法和系统，所述方法包括如下步骤：转向系统获取车辆目标转向角和实际转向角；计算目标转向角和实际转向的角度偏差值；根据角度偏差值计算横拉杆的目标位移值；驱动横拉杆以目标位移值移动；所述系统包括：至少两电机；横拉杆；转向臂；至少两电子控制单元；所述横拉杆两端分别连接转向臂一端，转向臂另一端分别连接车辆轴杆，所述电机连接所述横拉杆，所述电子控制单元分别通讯连接所述电机，用于分别驱动所述电机，本发明涉及的转向系统简单、可同时适用于人工驾驶和自动驾驶。
Description
技术领域
本发明涉及运输领域，具体涉及车辆转向领域，特别涉及一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法和系统。
背景技术
现有技术中，传统的汽车转向系统通常需要转向盘、转向管柱、转向传动轴、带扭矩角度传感器循环球式转向器、直拉杆、转向弯臂等机械结构才能完成汽车的转向功能。然而随着智能汽车的发展，智能汽车比如自动驾驶汽车对于汽车转向系统的结构和功能需要重新设计，也就是说传统的汽车转向系统将不再适合自动驾驶汽车的转向结构需求。请参考专利公开号为：CN109017974A的专利，在该专利中通过在转向盘底部设置多个齿轮的转角控制模块、转矩传感器和转角传感器，并将激光雷达和图像信息输入转向系统控制汽车转向，但上述公开的对比文件的汽车转向系统结构复杂，并且通过齿轮控制汽车转向在汽车高速运行的情况下精度和响应速度较差，不适用自动驾驶汽车转向高精度和反应灵敏度的需求，并且上述转向系统容易出现故障，制造成本和维修成本较高。
发明内容
本发明其中一个主要发明目的在于提供一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法和系统，所述方法和系统可无需设置转向盘、转向管柱、转向传动轴、带扭矩角度传感器循环球式转向器、直拉杆、转向弯臂等机械结构，通过智能线性伺服电机控制横拉杆移动控制汽车转向角以控制汽车转向，可降低汽车转向系统的制造成本。
本发明另一个主要发明目的在于提供一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法和系统，所述方法和系统通过控制横拉杆的轴向位移，在较少的传动部件下实现车轮转向，一方面提高转向控制力量，另一方面将转向角计算和控制转化为横拉杆的位移计算和控制便于提高转向精度和转向的反应灵敏度。
本发明另一个发明目的在于提供一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法和系统，所述方法和系统采用双电机和双ECU控制器，并采用双冗余控制，在正常运行时，双电机各输出50％功率，当其中一个电机失效时，另一电机可实现100％输出，以保障转向系统的安全。
本发明另一个发明目的在于提供一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法和系统，所述方法和系统可安装于传统的方向转向系统，可用于传统的方向转向系统功能上叠加，即可实现主动驾驶和自动驾驶的切换。
本发明其中一个发明目的在于提供一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法和系统，所述系统结构简单，横拉杆和电机之间的连接结构简单，降低安装、维修和制造的成本。
为了实现至少一个发明目的，本发明提供一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法，包括如下步骤：
转向系统获取车辆目标转向角和实际转向角；
计算目标转向角和实际转向的角度偏差值；
根据角度偏差值计算横拉杆的目标位移值；
驱动横拉杆以目标位移值移动。
根据本发明其中一个较佳实施例，根据以下公式计算横拉杆的目标位移值：y＝A∏x+B,其中y为横拉杆的目标位移值，x为角度偏差量,A为角度相关参数，∏为圆周率，B为传动部件相关参数。
根据本发明另一个较佳实施例，所述计算获取角度偏差值后，根据计算的结果将偏差值计算电机输出电流，转向系统对电机输出计算的电流控制电机转矩以驱动横拉杆移动至目标位移值。
根据本发明另一个较佳实施例，转向系统对两电机输出50％功率，获取两电机的工作状态，当其中一电机处于失效状态，则所述转向系统对另一电机输出100％功率。
根据本发明另一个较佳实施例，将转向系统中的电机固定，通过减速机构限制横拉杆沿着轴向位移。
根据本发明另一个较佳实施例，获取带扭矩角度传感器循环球式转向器的扭矩和转角，用于获取转向盘上的扭矩和转角，转向系统获取车速，将车速、转向器扭矩和转角输入电子控制单元，所述电子控制单元根据车速、转向器扭矩和转角对电机输出对应的电流，以驱动横拉杆轴向位移。
为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向系统，包括：
至少两电机；
横拉杆；
转向臂；
至少两电子控制单元；
所述横拉杆两端分别连接转向臂一端，转向臂另一端分别连接车辆轴杆，所述电机连接所述横拉杆，所述电子控制单元分别通讯连接所述电机，通过驱动所述电机，用于控制横拉杆移动。
根据本发明另一较佳实施例，所述转向系统还包括转向盘、转向管柱、转向传动轴、带扭矩角度传感器循环球式转向器、直拉杆，所述转向盘、转向管柱、转向传动轴、带扭矩角度传感器循环球式转向器、直拉杆依次连接，并且所述直拉杆连接所述转向臂在车辆轴杆上的连接端部，用于手动控制车辆转向系统。
根据本发明另一较佳实施例，所述电子控制单元测量带扭矩角度传感器循环球式转向器的扭矩和转角，计算出对应的驱动电流，所述电子控制单元根据测量的驱动电流对电机输出。
附图说明
图1显示的是本发明一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向系统较佳实施例的结构示意图；
图2显示的是本发明一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法流程示意图。
其中，
横拉杆-10，电机-11，转向臂-12，电子控制单元-13，转向盘-20，转向管柱-21，转向传动轴-22，带扭矩角度传感器循环球式转向器-23，直拉杆-24，轴杆-30，车轮-40。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
请参考图1显示的本发明系统一种电动智能线性伺服横拉杆10车辆转向系统，所述系统包括至少两电机11；横拉杆10；转向臂12；至少两电子控制单元13；所述横拉杆10两端分别铰接转向臂12一端，转向臂12另一端分别旋转连接车辆轴杆的两个端部，连接车辆轴杆两端部的车轮40分别可旋转连接于所述车辆轴杆，并且车轮40和转向臂12之间分别以相同的固定角度连接，以当横拉杆10移动时，两车轮40可同步并呈相同角度转向。所述电机11连接所述横拉杆10，所述电子控制单元13分别通讯连接所述电机11，用于分别驱动所述电机11。优选地，所述横拉杆10上设置两个电机11，两个电机11驱动横拉杆10轴向移动，进一步地，在一较佳实施例中，所述横拉杆10和两电机11旋转轴通过传动机构连接，电机11根据转向角之间的偏差计算出当前需要的转矩，电子控制单元13对电机11输出对应转矩的电流以控制电机11对横拉杆10的位移做功。具体地，横拉杆10和电机11之间可通过齿纹啮合的方式连接，所述电机11驱动轴具有一齿轮，对应的在横拉杆10上设有齿边，电机11驱动齿轮旋转对齿边和横拉杆10具有一轴向的作用力，从而驱动横拉杆10做轴向运动。在本发明另一可行实施例中，所述电机11和横拉杆10可通过连杆和齿轮连接，连杆分别铰接于齿轮和横拉杆10，通过齿轮带动连杆并进一步带动横拉杆10移动，在本实施例中，电子控制单元13可连接自动驾驶系统，通过系统判断获取的数据控制车辆转向，需要说明的是，所述电子控制单元13为车辆ECU系统。
详而言之，请继续参考图1显示本发明结构示意图，其中虚线部分代表所述横拉杆10在电机11驱动下向下移动一段距离S，所述转向臂12在横拉杆10端部的拉力作用下出现偏移，另一端部在传动作用下沿着轴杆端部旋转一定角度，由于上下两个转向臂12的长度相同，并且转向臂12另一端部和车轮40之间成固定角度连接因此，当转向臂12沿着车辆轴杆转动一定角度时，对应的车轮40也转动相同的角度，从而实现车辆转向控制，需要说明的是，上述转向臂12和横拉杆10之间的连接方式简单，并且可实现较少的传动连接下对车轮40转向控制，并且可直接通过计算横拉杆10位移值和转向角之间的关系，通过控制横拉杆10位移量即可实现车辆转向，因此本发明可大幅提高转向灵敏度和精度。
值得一提的是，本发明提供的转向系统可同时适用于自动驾驶和人工驾驶车辆，也就是说，所述两控制单元的输入方式有两种，一种是基于自动驾驶等技术的自动计算获取的转向角数据，另一种是基于人工驾驶的转向盘20控制的转向角度数据，因此本发明所述的电动智能线性伺服横拉杆10车辆转向系统还包括转向盘20、转向管柱21、转向传动轴22、带扭矩角度传感器循环球式转向器23、直拉杆30，所述转向盘20、转向管柱21、转向传动轴22、带扭矩角度传感器循环球式转向器23、直拉杆30，所述直拉杆30连接车辆轴杆的端部并和转向臂12端部之间成角度固定连接。其中所述两电子控制单元13分别连接带扭矩角度传感器循环球式转向器23，所述带扭矩角度传感器循环球式转向器23将一体式传感器布置于转向器的输入轴端，用于检测并获取转向盘20上的扭矩和转角，当转向盘20旋转时，通过传感器测量出当前的扭矩和转角，通过所述电子控制单元13计算在该扭矩和转角下需要的输出电流，并对电机11输出计算获取的电流。其中本发明涉及的转向系统采用双冗余输出设计，两电子控制单元13分别连接一电机11，计算获取需要的电流和输出功率后，在正常运行时，两电子控制单元13分别对连接的电机11输出50％的功率，转向系统可正常转向，当其中一电机11失效时，所述电子控制单元13可直接对有效电机11执行100％的功率输出，从而可以保障转向系统的运行安全。
为了更好地说明本发明，本发明进一步提供一种电动智能线性伺服横拉杆10车辆转向方法，包括如下步骤：
转向系统获取车辆目标转向角和实际转向角；
计算目标转向角和实际转向的角度偏差值；
根据角度偏差值计算横拉杆10的目标位移值；
驱动横拉杆10以目标位移值移动。
其中，转向系统可通过传感器直接获取当前的实际转向角，在手动驾驶的模式中，转向系统的目标转向角可直接通过传感器测量转向盘20的扭矩和转向角获取，通过计算需要的输出电流控制电机11驱动横拉杆10位移。
值得一提的是，由于横拉杆10和车轮40之间通过机械结构连接，因此横拉杆10位移和车轮40转向角之间存在函数关系，经过多次测量和计算机拟合后发现，车轮40转向角和横拉杆10位移之间存在如下函数关系：y＝A∏x+B，其中y为横拉杆10的目标位移值，x为角度偏差值，∏为圆周率，A为角度相关参数，与转向臂12和车轮40之间连接的角度相关，B为传动部件相关参数，和转向臂12、横拉杆10长度等因素相关，通过计算角度偏差值即可得出对应的横拉杆10位移量，并驱动电机11将横拉杆10移动目标位移值，需要说明的是，横拉杆10的位移量和电机11转矩以及电子控制单元13之间的输出电流之间存在对应的函数关系，上述函数关系基于车型、电机11类型以及横拉杆10类型等综合因素考虑，本发明对此不再赘述。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明，本发明的目的已经完整并有效地实现，本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (9)
1.一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法，其特征在于，包括如下步骤：
转向系统获取车辆目标转向角和实际转向角；
计算目标转向角和实际转向的角度偏差值；
根据角度偏差值计算横拉杆的目标位移值；
驱动横拉杆以目标位移值移动。
2.根据权利要求1所述的一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法，其特征在于，根据以下公式计算横拉杆的目标位移值：y＝A∏x+B,其中y为横拉杆的目标位移值，x为角度偏差量,A为角度相关参数，∏为圆周率，B为传动部件相关参数。
3.根据权利要求2所述的一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法，其特征在于，计算获取角度偏差值后，根据计算的结果将偏差值计算电机输出电流，转向系统对电机输出计算的电流控制电机转矩以驱动横拉杆移动至目标位移值。
4.根据权利要求1所述的一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法，其特征在于，转向系统对两电机输出50％功率，获取两电机的工作状态，当其中一电机处于失效状态，则所述转向系统对另一电机输出100％功率。
5.根据权利要求1所述的一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法，其特征在于，将转向系统中的电机固定，通过减速机构限制横拉杆沿着轴向位移。
6.根据权利要求1所述的一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向方法，其特征在于，获取带扭矩角度传感器循环球式转向器的扭矩和转角，用于获取转向盘上的扭矩和转角，转向系统获取车速，将车速、转向器扭矩和转角输入电子控制单元，所述电子控制单元根据车速、转向器扭矩和转角对电机输出对应的电流，以驱动横拉杆轴向位移。
7.一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向系统，其特征在于，包
括：至少两电机；
横拉杆；
转向臂；
至少两电子控制单元；
所述横拉杆两端分别连接转向臂一端，转向臂另一端分别连接车辆轴杆，所述电机连接所述横拉杆，所述电子控制单元分别通讯连接所述电机，通过驱动所述电机，用于控制横拉杆移动。
8.根据权利要求7所述的一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向系统，其特征在于，所述转向系统还包括转向盘、转向管柱、转向传动轴、带扭矩角度传感器循环球式转向器、直拉杆，所述转向盘、转向管柱、转向传动轴、带扭矩角度传感器循环球式转向器、直拉杆依次连接，并且所述直拉杆连接所述转向臂在车辆轴杆上的连接端部，用于手动控制车辆转向系统。
9.根据权利要求8所述的一种电动智能线性伺服横拉杆车辆转向系统，其特征在于，所述电子控制单元测量带扭矩角度传感器循环球式转向器的扭矩和转角，计算出对应的驱动电流，所述电子控制单元根据测量的驱动电流对电机输出。
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