CN112477977A - 一种车辆助力转向装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆助力转向装置及其控制方法，车辆助力转向装置包括：方向盘组件、转向组件、主转向器、辅助转向器和控制器，方向盘组件上设有扭矩转角传感器，转向组件用于控制车辆的转向轮转动实现转向，主转向器设在方向盘组件与转向组件之间用于根据扭矩转角传感器的转向指示调整转向组件的转向参数，辅助转向器设在主转向器与方向盘组件之间并与主转向器间隔开设置，用于在主转向器故障时，根据扭矩转角传感器的转向指示调整转向组件的转向参数。辅助转向器不仅可以在主转向器故障或损坏时确保车辆正常运行，为车辆安全提供双重保障，还能最大程度的降低对原有主转向结构的改动，简化了车辆助力转向装置的结构设计。

Description

一种车辆助力转向装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆安装技术领域，尤其是涉及一种车辆助力转向装置及其控制方法。

背景技术

相关技术中，车辆的电动助力转向冗余系统，结构较为复杂，对车辆原有的转向装置影响较大，需要在管柱上添加电磁离合装置，不仅占用了大量的车底空间，而且可靠性交底。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种车辆助力转向装置，该车辆助力转向装置通过设置独立工作的主转向器和辅助转向器，不仅可以简化车辆助力转向装置的结构设计，而且可以提升主转向器和辅助转向器的可靠性。

本发明还提出了一种车辆助力转向装置的控制方法。

根据本发明第一方面实施例的车辆助力转向装置，包括：方向盘组件、转向组件、主转向器、辅助转向器和控制器，所述方向盘组件上设有扭矩转角传感器，所述转向组件用于控制车辆的转向轮转动实现转向，所述主转向器设在所述方向盘组件与所述转向组件之间用于根据所述扭矩转角传感器的转向指示调整所述转向组件的转向参数，所述辅助转向器设在所述主转向器与所述方向盘组件之间并与所述主转向器间隔开设置，用于在所述主转向器故障时，根据所述扭矩转角传感器的转向指示调整所述转向组件的转向参数，所述控制器信号连接所述主转向器和所述辅助转向器并切换所述主转向器和所述辅助转向器的工作状态。

根据本发明实施例的车辆助力转向装置，通过设置与主转向器间隔开的辅助转向器，不仅可以在主转向器故障或损坏时确保车辆正常运行，为车辆安全提供双重保障，还能最大程度的降低对原有主转向结构的改动，而且可以防止辅助转向器装配过程对主转向器造成不利影响，不仅可以简化车辆助力转向装置的结构设计，还能降低车辆助力转向装置的生产成本。

根据本发明的一些实施例，所述主转向器形成为电动转向器，所述辅助转向器形成为管柱辅助电机。

根据本发明的一些实施例，所述方向盘组件包括：方向盘和转向杆，所述转向杆的一端与所述方向盘相连并随所述方向盘转动，所述转向杆的另一端连接所述转向组件，所述扭矩转角传感器设在所述转向杆上且所述主转向器与所述辅助转向器均与所述转向杆传动相连。

根据本发明的一些实施例，所述转向组件包括：横拉杆，所述横拉杆可移动地连接所述转向轮以带动所述转向轮转向，所述转向杆与所述横拉杆相连以带动所述横拉杆移动。

根据本发明的一些实施例，所述辅助转向器包括：蜗轮、蜗杆和辅助电机，所述套设在所述转向杆上，所述蜗杆可转动地与所述涡轮适配啮合以带动所述蜗轮转动，所述辅助电机连接所述蜗杆并带动所述蜗杆旋转。

根据本发明第二方面实施例的车辆助力转向装置的控制方法，包括如下步骤：S1、车辆进入EPS助力模式，主转向器工作，辅助转向器不工作；S2、控制器检测所述主转向器的工作状态，当所述主转向器正常工作时，所述辅助转向器不启动，当所述主转向器出现故障时，所述辅助转向器启动。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S1之前还包括：S11、车辆启动，控制器对主转向器和辅助转向器进行性能检测，当主转向器和辅助转向器全部正常时进行步骤S1，当主转向器和辅助转向器中的至少一个存在故障时，车辆发出报警信号。

根据本发明的一些实施例，所述车辆助力转向装置还包括：主动驾驶ECU控制器，所述主动驾驶ECU控制器信号连接所述主转向器和所述辅助转向器，并根据车辆与道路的实时状况控制车辆的转动方向。

根据本发明的一些实施例，所述步骤S2包括：S21、驾驶员控制车辆在自动驾驶模式和自主驾驶模式之间切换，当车辆处于自动驾驶模式时，所述进行步骤S22；当车辆处于自主驾驶模式时，所述进行步骤S23；S22、控制器检测所述主转向器的工作状态，当主转向器正常工作时，进行步骤S24；当主转向器出现故障时，进行步骤S25；S23、所述主动驾驶ECU控制器控制主转向器工作，所述控制器检测所述主转向器的工作状态，当主转向器正常工作时，进行步骤S24；当主转向器出现故障时，进行步骤S25；S24、主转向器工作，辅助转向器不工作；S25、主转向器停止工作，所述辅助转向器开始工作。

根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括：S3、所述控制器检测所述辅助转向器工作状态，当辅助转向器正常工作时，车辆正常行驶；当所述辅助转向器出现故障时，车辆启动刹车系统并发出报警信号。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的车辆助力转向装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的车辆助力转向装置的信号连接图；

图3是根据本发明实施例的车辆助力转向装置的控制方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的车辆助力转向装置的控制方法的具体流程图。

附图标记：

100：车辆助力转向装置；

10：方向盘组件；11：方向盘；12：转向杆；13：扭矩转角传感器；

20：转向组件；21：横拉杆；22：摆动杆；23：转向轮；

30：主转向器；40：辅助转向器；41：蜗杆；42：辅助电机。

100：车辆助力转向装置；

10：方向盘组件；11：方向盘；12：转向杆；13：扭矩转角传感器；

20：转向组件；21：横拉杆；22：摆动杆；23：转向轮；

30：主转向器；40：辅助转向器；41：蜗杆；42：辅助电机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的车辆助力转向装置100及其控制方法。

如图1所示，根据本发明实施例的车辆助力转向装置100，包括：方向盘组件10、转向组件20、主转向器30、辅助转向器40和控制器，控制器包括主控制器和辅助控制器。

方向盘组件10上可以设有扭矩转角传感器13和EBS车速传感器，司机操作方向盘11时，扭矩转角传感器13感应方向盘11的转动角度，EBS车速传感器获取车辆速度信息。转向组件20与车辆的转向轮23传动连接，用于控制车辆的转向轮23转动进而实现车辆的转向。

如图2所示，主转向器30设在方向盘组件10与转向组件20之间，用于根据扭矩转角传感器13和EBS车速传感器的转向指示调整转向组件20的转向参数，也就是说，主转向器30与转向组件20传动连接，并与扭矩转角传感器13信号连接，主控制器、主转向器30、扭矩转角传感器13与EBS车速传感器之间通过主通信网络相连，扭矩转角传感器13感应司机操作方向盘11的转角遇扭矩，EBS车速传感器感应车速，主控制器根据反馈参数控制主转向器30工作，转向组件20调整转向轮23的转动方向和角度，实现车辆转向。

类似地，辅助转向器40设在主转向器30与方向盘组件10之间，用于在主转向器30故障时根据扭矩转角传感器13的转向指示调整转向组件20的转向参数；换言之，辅助转向器40与转向组件20传动连接，并与扭矩转角传感器13信号连接，辅助控制器、辅助转向器40、扭矩转角传感器13与EBS车速传感器之间通过辅助通信网络相连，扭矩转角传感器13感应司机操作方向盘11的转角与扭矩，EBS车速传感器感应车速，辅助控制器根据反馈信息控制辅助转向器40，辅助转向器40调整转向轮23的转动方向和角度，实现车辆转向。

其中，辅助转向器40与主转向器30间隔开设置，且相互独立设置，主转向器30和辅助转向器40的装配过程相互独立，辅助转向器40不会对主转向器30的装配造成影响，防止辅助转向器40装配后影响主转向器30正常工作，也可以防止主转向器30的结构改变影响装配效率或是生产成本。

进一步地，控制器信号连接主转向器30和辅助转向器40并切换主转向器30和辅助转向器40的工作状态，控制器与主转向器30和辅助转向器40相连，并实时检测主转向器30和辅助转向器40的工作状态与运行情况，当主转向器30发生故障时，启动辅助转向器40工作，确保车辆可以正常运行，防止主转向器30突然损坏造成安全事故。

由此，根据本发明实施例的车辆助力转向装置100，通过设置与主转向器30间隔开的辅助转向器40，不仅可以在主转向器30故障或损坏时确保车辆正常运行，为车辆安全提供双重保障，还能最大程度的降低对原有主转向结构的改动，而且可以防止辅助转向器40装配过程对主转向器30造成不利影响，不仅可以简化车辆助力转向装置100的结构设计，还能降低车辆助力转向装置100的生产成本。

根据本发明的一些实施例，主转向器30形成为电动转向器，电动转向器是指利用电机直接驱动车辆的转向组件20转动，辅助转向器40形成为管柱辅助电机42，管柱辅助电机42是指利用管柱辅助电机42带动方向盘11下方的传动杆件，间接带动转向组件20转动。

通过设置不同类型的转向控制器，可以将主转向器30和辅助转向器40安装在不同位置，为车辆助力转向装置100的装配提供了方便，而且不同类型的转向控制器的工作原理不同，防止相同的故障同时造成主转向器30和辅助转向器40同时故障或损坏，进一步提升了车辆助力转向装置100的可靠性。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，方向盘组件10包括：方向盘11和转向杆12，转向杆12的一端与方向盘11相连并随方向盘11转动，转向杆12的另一端连接转向组件20，转向杆12与方向盘11的中心处相连并沿转向盘的轴向延伸，扭矩转角传感器13设在转向杆12上且主转向器30与辅助转向器40均与转向杆12传动相连。主转向器30和辅助转向器40通过转向杆12控制转向组件20转动，结构简单，配合方便，不仅可以提升主转向器30、辅助转向器40与转向组件20的配合稳定性，而且可以利用方向盘11随转向杆12转动向司机实时反馈车辆的转向情况。

根据本发明的一些实施例，转向组件20包括：横拉杆21，横拉杆21可移动地连接转向轮23以带动转向轮23转向，转向杆12与横拉杆21相连以带动横拉杆21移动。横拉杆21可以通过杆套可以动地连接在车辆的底盘上，横拉杆21的两端通过摆动杆22与转向轮23相连，转向杆12与横拉杆21相连并带动横拉杆21沿横拉杆21的长度方向移动，进而与摆动杆22配合带动转向轮23摆动实现转向。

通过设置横拉杆21配合转向杆12控制转向轮23，可以提升转向组件20与转向杆12之间的配合可靠性。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，辅助转向器40包括：蜗轮、蜗杆41和辅助电机42，蜗轮套设在转向杆12上，蜗轮的外周壁上形成有多个齿轮齿，多个齿轮齿沿蜗轮的周向配合，蜗杆41与辅助电机42相连，并随辅助电机42旋转。蜗杆41上形成有沿蜗杆41的周向延伸并沿蜗杆41的轴向螺旋上升的螺旋齿轮齿，蜗杆41上的螺旋齿轮齿与蜗轮上的齿轮齿适配啮合。

辅助电机42带动蜗杆41旋转，蜗杆41带动蜗轮旋转，从而带动转向杆12旋转，进而带动转向组件20控制转向轮23转向。

下面参照图3和图4描述根据本发明第二方面实施例的车辆助力转向装置的控制方法。

如图3所示，根据本发明实施例的车辆助力转向装置的控制方法，包括如下步骤：首先进行步骤S1，车辆进入EPS助力模式，主转向器30工作，辅助转向器40不工作，此时，车辆处于正常的运行状态，在此过程中，车辆进行步骤S2，控制器检测主转向器30的工作状态，当主转向器30正常工作时，辅助转向器40不启动，当主转向器30出现故障时，辅助转向器40启动，也就是说，当控制器信号连接主转向器30和辅助转向器40并切换主转向器30和辅助转向器40的工作状态，控制器检测到主转向器30故障或损坏时，关闭主转向器30，并启动辅助转向器40，利用辅助转向器40控制车辆的转向组件20，进而控制车辆转向。

由此，根据本发明实施例的车辆助力转向装置的控制方法，利用控制器实时检测主转向器30的工作状态，在主转向器30损坏时切换成辅助转向器40控制车辆转向，可以在主转向器30故障或损坏时确保车辆正常运行，为车辆安全提供双重保障。

根据本发明的一些实施例，步骤S1之前还包括步骤S11，在车辆启动时，控制器对主转向器30和辅助转向器40进行性能检测，当主转向器30和辅助转向器40全部正常时进行步骤S1，当主转向器30和辅助转向器40中的至少一个存在故障时，车辆发出报警信号。

也就是说，在车辆启动时便会对主转向器30和辅助转向器40进行性能检测，在主转向器30和辅助转向器40全部正常时，车辆才能够正常进入下面的操作流程，若主转向器30或辅助转向器40存在故障，便会发出信号提醒工作人员维护。

一般而言，辅助转向器40作为辅助结构，可以短时间维持车辆正常运行，不适于长期使用，一方面，防止主转向器30损坏，直接使用辅助转向器40造成辅助转向器40磨损，待应急使用时无法满足要求。另一方面，防止辅助转向器40损坏，影响主转向器30与辅助转向器40之间的切换过程，例如，若辅助转向器40损坏，在主转向器30损坏后向辅助转向器40切换时，依然无法正常控制车辆运行，由此容易造成安全事故。

根据本发明的一些实施例，车辆助力转向装置100还包括：主动驾驶ECU控制器，主动驾驶ECU控制器信号连接主转向器30和辅助转向器40，并根据车辆与道路的实时状况控制车辆的转动方向，例如，车辆上可以设置道路检测装置，可以检测道路的前进方向，折弯方向，以及车辆周围障碍物的情况，主动驾驶ECU控制器与道路检测装置信号连接并根据反馈信号控制车辆转向进行前进或避障。主动驾驶ECU控制器控制车辆运行，无需驾驶员对车辆进行操控，节省了驾驶员的劳动强度，提升了车辆的性能。

如图3所示，根据本发明的一些实施例，对于具有主动驾驶ECU控制器的车辆而言，步骤S2包括：

S21、驾驶员控制车辆在自动驾驶模式和自主驾驶模式之间切换，当车辆处于自动驾驶模式时，进行步骤S22，当车辆处于自主驾驶模式时，进行步骤S23；

S22、控制器检测主转向器30的工作状态，当主转向器30正常工作时，进行步骤S24；当主转向器30出现故障时，进行步骤S25；

S23、主动驾驶ECU控制器控制主转向器30工作，控制器检测主转向器30的工作状态，当主转向器30正常工作时，进行步骤S24；当主转向器30出现故障时，进行步骤S25；

S24、主转向器30工作，辅助转向器40不工作；

S25、主转向器30停止工作，辅助转向器40开始工作。

具体而言，如图4所示，驾驶员根据需要选择自己操控车辆行驶还是主动驾驶ECU控制器控制车辆行驶，如果驾驶员选择自己操控车辆行驶，控制器检测主转向器30的工作状态，当主转向器30正常工作时，主转向器30工作，辅助转向器40不工作，当主转向器30出现故障时，主转向器30停止工作，辅助转向器40开始工作。

如果驾驶员选择利用主动驾驶ECU控制器控制车辆行驶，主动驾驶ECU控制器代替驾驶员控制主转向器30工作，此时控制器检测主转向器30的工作状态，当主转向器30正常工作时，主转向器30工作，辅助转向器40不工作，当主转向器30出现故障时，主转向器30停止工作，辅助转向器40开始工作。

根据本发明的一些实施例，车辆助力转向装置的控制方法还包括步骤S3，控制器检测辅助转向器40工作状态，当辅助转向器40正常工作时，车辆正常行驶；当辅助转向器40出现故障时，车辆启动刹车系统并发出报警信号。也就是说，在主转向器30损坏后，辅助转向器40控制车辆转向时，控制器实时检测辅助转向器40的工作状态，若辅助转向器40正常，保证车辆继续行驶，若检测到辅助转向器40出现故障或损坏，启动刹车系统，并发出报警信号，防止车辆继续行驶造成安全事故，由此可以进一步提升车辆的安全性和可靠性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种车辆助力转向装置，其特征在于，包括：

方向盘组件，所述方向盘组件上设有扭矩转角传感器；

转向组件，所述转向组件用于控制车辆的转向轮转动实现转向；

主转向器，所述主转向器设在所述方向盘组件与所述转向组件之间用于根据所述扭矩转角传感器的转向指示调整所述转向组件的转向参数；

辅助转向器，所述辅助转向器设在所述主转向器与所述方向盘组件之间并与所述主转向器间隔开设置，用于在所述主转向器故障时，根据所述扭矩转角传感器的转向指示调整所述转向组件的转向参数；

控制器，所述控制器信号连接所述主转向器和所述辅助转向器并切换所述主转向器和所述辅助转向器的工作状态。

2.根据权利要求1所述的车辆助力转向装置，其特征在于，所述主转向器形成为电动转向器，所述辅助转向器形成为管柱辅助电机。

3.根据权利要求1所述的车辆助力转向装置，其特征在于，所述方向盘组件包括：

方向盘；

转向杆，所述转向杆的一端与所述方向盘相连并随所述方向盘转动，所述转向杆的另一端连接所述转向组件，所述扭矩转角传感器设在所述转向杆上且所述主转向器与所述辅助转向器均与所述转向杆传动相连。

4.根据权利要求3所述的车辆助力转向装置，其特征在于，所述转向组件包括：

横拉杆，所述横拉杆可移动地连接所述转向轮以带动所述转向轮转向，所述转向杆与所述横拉杆相连以带动所述横拉杆移动。

5.根据权利要求3所述的车辆助力转向装置，其特征在于，所述辅助转向器包括：

蜗轮，所述套设在所述转向杆上；

蜗杆，所述蜗杆可转动地与所述涡轮适配啮合以带动所述蜗轮转动；

辅助电机，所述辅助电机连接所述蜗杆并带动所述蜗杆旋转。

6.一种根据权利要求1-5中任意一项所述的车辆助力转向装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、车辆进入EPS助力模式，主转向器工作，辅助转向器不工作；

S2、控制器检测主转向器的工作状态，当主转向器正常工作时，辅助转向器不启动，当主转向器出现故障时，辅助转向器启动。

7.根据权利要求1所述的车辆助力转向装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：

S11、车辆启动，控制器对主转向器和辅助转向器进行性能检测，当主转向器和辅助转向器全部正常时进行步骤S1，当主转向器和辅助转向器中的至少一个存在故障时，车辆发出报警信号。

8.根据权利要求1所述的车辆助力转向装置的控制方法，其特征在于，所述车辆助力转向装置还包括：

主动驾驶ECU控制器，所述主动驾驶ECU控制器信号连接所述主转向器和所述辅助转向器，并根据车辆与道路的实时状况控制车辆的转动方向。

9.根据权利要求1所述的车辆助力转向装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、驾驶员控制车辆在自动驾驶模式和自主驾驶模式之间切换，当车辆处于自动驾驶模式时，进行步骤S22；当车辆处于自主驾驶模式时，进行步骤S23；

S22、控制器检测主转向器的工作状态，当主转向器正常工作时，进行步骤S24；当主转向器出现故障时，进行步骤S25；

S23、主动驾驶ECU控制器控制主转向器工作，控制器检测主转向器的工作状态，当主转向器正常工作时，进行步骤S24；当主转向器出现故障时，进行步骤S25；

S24、主转向器工作，辅助转向器不工作；

S25、主转向器停止工作，辅助转向器开始工作。

10.根据权利要求1所述的车辆助力转向装置的控制方法，其特征在于，还包括：

S3、控制器检测辅助转向器工作状态，当辅助转向器正常工作时，车辆正常行驶；当辅助转向器出现故障时，车辆启动刹车系统并发出报警信号。

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