CN114954652A - 一种车轮转角测量构件及车轮转向控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种车轮转角测量构件及车轮转向控制系统，其中，车轮转角测量构件包括车桥、转向节、车轮和角度测量装置，车轮与转向节刚性连接；转向节能够相对于车桥绕旋转轴线转动；角度测量装置包括编码器、第一结构部和第二结构部，第一结构部和第二结构部能够绕旋转轴线相对转动，第一结构部与车桥刚性连接，第二结构部与转向节刚性连接；编码器能够感应第一结构部相对于第二结构部的转动角度，且编码器还能够根据转动角度和时间计算转动角速度。该车轮转角测量构件能够简化车轮转角的测量，并保证测量精度，进而实现转向系统的闭环控制。

Description

一种车轮转角测量构件及车轮转向控制系统

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，具体涉及一种车轮转角测量构件及车轮转向控制系统。

背景技术

现有自动驾驶车辆的线控转向系统都需要检测车轮转角和转动角速度来实现转向系统的闭环控制，但现有技术中，对车轮转角的测量并没有很准确的方法。

乘用车车轮转角的测量是通过在管柱EPS(Electric Power Steering，电动助力转向)内部装有转角传感器，通过一定的比例换算得到车轮转角，由于车轮转角与管柱转角不成线性关系，所以车轮转角算法相对复杂，且得到的车轮转角精度也相对较低。

商用车转向结构是通过电动循环球内部的角度传感器测量方向盘的角度变化，通过摇臂、直拉杆、转向节臂等机械关系换算到转向节上的转动角度。车轮转角算法相对复杂，且得到的车轮转角精度也相对较低。

因此，如何简化车轮转角的测量，并保证测量精度，进而实现转向系统的闭环控制，是本领域技术人员所需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种车轮转角测量构件及车轮转向控制系统，能够简化车轮转角的测量，并保证测量精度，进而实现转向系统的闭环控制。

为解决上述技术问题，本申请提供一种车轮转角测量构件，包括车桥、转向节、车轮和角度测量装置，所述车轮与所述转向节刚性连接；所述转向节能够相对于所述车桥绕旋转轴线转动；所述角度测量装置包括编码器、第一结构部和第二结构部，所述第一结构部和所述第二结构部能够绕所述旋转轴线相对转动，所述第一结构部与所述车桥刚性连接，所述第二结构部与所述转向节刚性连接；所述编码器能够感应所述第一结构部相对于所述第二结构部的转动角度，且所述编码器还能够根据所述转动角度和时间计算转动角速度。

第一结构部和第二结构部能够相对绕上述旋转轴线转动，并且第一结构部与车桥刚性连接，第二结构部与转向节刚性连接，当车轮相对于车桥转动时，第一结构部和第二结构部之间也发生绕旋转轴线的相对转动，编码器能够感应第一结构部相对于第二结构部的转动角度，该转动角度即为车轮转角。因此，通过该车轮转角测量构件能够实时测量车轮转角。并且，编码器还能够根据转动角度和时间计算转动角速度，即车轮的转动角速度。

该车轮转角测量构件仅通过设置两个能够相对转动的结构部，使得其中一个结构部与车桥相对固定，另一个结构部与转向节以及车轮相对固定，通过编码器实时感应两个结构部之间的相对转动角度，即可实时获知车轮与车桥之间的相对转动角度，进而能够准确地测量车轮转角，结构简单且测量准确率高，不需要更改现有的车辆的各部件的设置，适用性好，并且根据实时测量的车轮转角以及转动角速度，可实现对车轮的转向进行控制，进而实现转向系统的闭环控制。

可选地，所述第一结构部包括外壳，所述第二结构部包括设于所述外壳内的转轴；所述外壳与所述车桥刚性连接，所述转轴与所述转向节刚性连接。

可选地，还包括固定架，所述固定架分别与所述外壳的外壁以及所述车桥固定。

可选地，所述固定架包括呈预设夹角的第一支架和第二支架，所述第一支架与所述车桥固定，所述第二支架与所述外壳固定并设有滑套，所述滑套套设于所述第一支架并可沿所述第一支架的轴向滑动，所述第一支架和所述滑套可通过固定件固定。

可选地，所述第一支架设有螺纹段，所述固定件包括两个螺母，两个所述螺母能够分别位于所述滑套的两端，并分别与所述螺纹段螺纹配合。

可选地，所述转轴通过紧固件与所述转向节刚性连接。

可选地，所述编码器与整车的CAN总线信号连接，并可将所述转动角度和所述转动角速度传递至所述CAN总线。

本申请还提供了一种车轮转向控制系统，包括转向控制器、执行机构以及如上所述的车轮转角测量构件；所述转向控制器分别与所述执行机构和所述车轮转角测量构件信号连接，所述转向控制器能够根据所述车轮转角测量构件实时获取转动角度和转动角速度，并根据目标角度控制所述执行机构，使所述执行机构控制所述车轮转向，直至所述转动角度达到所述目标角度。

具有如上所述的车轮转角测量构件的车轮转向控制系统，其技术效果与上述车轮转角测量构件的的技术效果类似，为节约篇幅，在此不再赘述。

可选地，所述执行机构包括油缸和摇臂，所述油缸设于所述车桥，所述摇臂设于所述转向节，所述油缸的活塞杆与所述摇臂连接，并可作用于所述摇臂以带动所述转向节绕所述旋转轴线转动。

附图说明

图1是车轮转角的原理图；

图2是本申请实施例所提供的车轮转角测量构件在使用状态下的结构示意图；

图3是图2中的局部剖视图；

图4是图3的局部放大图。

附图1-图4中，附图标记说明如下：

100-角度测量装置；200-车桥；300-转向节；400-车轮；500-旋转轴线；600-执行机构，610-油缸，611-活塞杆，620-摇臂；

1-第一结构部；

2-第二结构部；

3-固定架，31-第一支架，32-第二支架，321-滑套，33-螺母；

4-紧固件。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步的详细说明。

本申请实施例提供了一种车轮转角测量构件，用于对车辆的车轮400的转动角度进行测量，具体的，车轮转角是指车轮400相对于车桥200的转动角度，如图1中所示的，车轮400从位置A转动至位置B，其轴线的位置由a转动至b，那么该车轮转角即为a和b之间的夹角α，车轮转角测量构件能够实时测量该车轮转角α。

该车轮转角测量构件包括车桥200、转向节300、车轮400和角度测量装置100，其中，车轮400与转向节300通过制动轮边刚性连接，该转向节300能够相对于车桥200绕如图3和图4中所示的旋转轴线500转动，因此，转向节300相对于车桥200的转动角度即为车轮转角。角度测量装置100包括编码器(图中未示出)、第一结构部1和第二结构部2，其中，第一结构部1和第二结构部2能够绕上述旋转轴线500相对转动，并且第一结构部1与车桥200刚性连接，第二结构部2与转向节300刚性连接，当车轮400相对于车桥200转动时，第一结构部1和第二结构部2之间也发生绕旋转轴线500的相对转动，编码器能够感应第一结构部1相对于第二结构部2的转动角度，该转动角度即为车轮转角。因此，通过本实施例所提供的车轮转角测量构件能够实时测量车轮转角。

并且，编码器还能够根据转动角度和时间计算转动角速度，即车轮400的转动角速度。而具体的，编码器如何感应第一结构件和第二结构件之间的相对转动角度，以及编码器如何根据转动角度和时间计算转动角速度，对于本领域技术人员来说，已是熟知的现有技术，为节约篇幅，在此不再赘述。

本实施例所提供的车轮转角测量构件，仅通过设置两个能够相对转动的结构部，使得其中一个结构部与车桥200相对固定，另一个结构部与转向节300以及车轮400相对固定，通过编码器实时感应两个结构部之间的相对转动角度，即可实时获知车轮400与车桥200之间的相对转动角度，进而能够准确地测量车轮转角，结构简单且测量准确率高，不需要更改现有的车辆的各部件的设置，适用性好，并且根据实时测量的车轮转角以及转动角速度，可实现对车轮400的转向进行控制，进而实现转向系统的闭环控制。

第一结构部1包括外壳，第二结构部2包括设于外壳内的转轴，其中，外壳与车桥200刚性连接，转轴与转向节300刚性连接，并且该转轴与上述旋转轴线500同轴布置，转轴能够在外壳内绕其轴线转动。或者，本实施例中，还可以是外壳与转向节300刚性连接，转轴与车桥200刚性连接均可。

如图4所示，外壳通过固定架3与车桥200刚性连接，该固定架3分别与外壳的外壁以及车桥200固定，当然，本实施例中，对于外壳和车桥200之间的具体连接方式并不做限制，保证二者之间是刚性连接并且不会发生相对转动即可。而在外壳外通过固定架3与车桥200固定时，能够简化整体结构，便于空间布置，并实现外壳和转轴可相对绕旋转轴线500转动。

如图4所示，固定架3包括第一支架31和第二支架32，第一支架31和第二支架32之间呈预设夹角，其中，第一支架31与车桥200固定，第二支架32与外壳固定，并且该第二支架32还设有滑套321，滑套321套设于第一支架31外并可沿第一支架31的轴向移动，第一支架31和第二支架32的滑套321之间可通过固定件固定。具体在安装时，先将第一支架31与车桥200固定，在安装角度测量装置100时，将滑套321套设于第一支架31，并沿第一支架31滑动，使得角度测量装置100的转轴与转向节300固定后，通过固定件将滑套321和第一支架31固定即可。

当然，本实施例中，对于固定架3的具体结构并不做限制，如还可将其设置为设有折弯的一体式的结构，而将其设置为包括第一支架31和第二支架32的结构时，两个支架之间的相对位置可通过滑套321调节，进而保证角度测量装置100能够安装到位，并可简化安装操作，降低对固定架3的加工精度要求，从而降低成本。

具体的，本实施例中，如图4所示，固定件包括两个螺母33，第一支架31设有螺纹段，滑套321套设于螺纹段外并可沿螺纹段的轴向移动，两个螺母33分别位于滑套321的两端，并与螺纹段螺纹配合，螺母33通过螺纹配合与螺纹段固定。当然，也可以将固定件设置为夹紧件，通过夹紧件将滑套321与第一支架31固定，而通过两个螺母33固定位于二者之间的滑套321，可简化整体结构和拆装操作。

对于转轴和转向节300之间的刚性连接，本实施例中不做限制，如图4所示，可以是通过紧固件4实现连接，转轴设置有螺纹孔，紧固件4为固设于转向节300的螺杆，螺杆能够与螺纹孔配合以实现固定，或者也可以是转向节300设有螺纹孔，紧固件4为固设于转轴的螺杆，通过螺杆和螺纹孔配合固定均可。通过紧固件4实现转轴和转向节300之间的固定，可简化整体结构和拆装操作。

本实施例中，编码器还与整车的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线信号连接，并可将实时检测的转动角度和转动角速度传递至CAN总线，具体的，编码器如何与整车的CAN总线信号连接，并将实时检测的转动角度和转动角速度传递至CAN总线，对于本领域技术人员来说，已是熟知的现有技术，为节约篇幅，在此不再赘述。

本实施例还提供了一种车轮转向控制系统，该车轮转向控制系统包括转向控制器、执行机构600以及如上所述的车轮转角测量构件，其中，转向控制器分别与执行机构600和车轮转角测量构件(具体是指编码器)信号连接，并且转向控制器能够通过车轮转角测量构件的编码器实时获得车轮转角和转动角速度，然后，该转向控制器能够结合目标转角，通过执行机构600对车轮400进行转向控制，使得车轮转角达到目标转角，进而实现转向系统的闭环控制。

如图2所示，执行机构600包括油缸610和摇臂620，其中，摇臂620设于转向节300，油缸610设于车桥200，油缸610的活塞杆611与摇臂620连接，并可作用于摇臂620以使转向节300绕旋转轴线500转动。转向控制器与油缸610信号连接，并可根据实时测量的转动角度和转动角速度以及目标角度控制油缸610，使得油缸610作用于转向节300，并带动车轮400转动即可。

本实施例中，转向控制器还能够获取车速信号和整车质量信号，并在通过执行机构600对车轮转角进行调节时，能够结合车速信号和整车质量信号，由预先设定的程序给出相应的控制逻辑，转向执行机构600按既定的逻辑控制车轮400转向。针对整车的操稳性能，控制逻辑是车轮转角、转动角速度与车速成反比，车速越高、所能实现的角度越小，相对应的转动角速度也相应较小，通过车轮转角测量构件实时提供的数据以达到控制的精确性。

以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种车轮转角测量构件，其特征在于，包括车桥(200)、转向节(300)、车轮(400)和角度测量装置(100)，所述车轮(400)与所述转向节(300)刚性连接；

所述转向节(300)能够相对于所述车桥(200)绕旋转轴线(500)转动；

所述角度测量装置(100)包括编码器、第一结构部(1)和第二结构部(2)，所述第一结构部(1)和所述第二结构部(2)能够绕所述旋转轴线(500)相对转动，所述第一结构部(1)与所述车桥(200)刚性连接，所述第二结构部(2)与所述转向节(300)刚性连接；

所述编码器能够感应所述第一结构部(1)相对于所述第二结构部(2)的转动角度，且所述编码器还能够根据所述转动角度和时间计算转动角速度。

2.根据权利要求1所述的车轮转角测量构件，其特征在于，所述第一结构部(1)包括外壳，所述第二结构部(2)包括设于所述外壳内的转轴；

所述外壳与所述车桥(200)刚性连接，所述转轴与所述转向节(300)刚性连接。

3.根据权利要求2所述的车轮转角测量构件，其特征在于，还包括固定架(3)，所述固定架(3)分别与所述外壳的外壁以及所述车桥(200)固定。

4.根据权利要求3所述的车轮转角测量构件，其特征在于，所述固定架(3)包括呈预设夹角的第一支架(31)和第二支架(32)，所述第一支架(31)与所述车桥(200)固定，所述第二支架(32)与所述外壳固定并设有滑套(321)，所述滑套(321)套设于所述第一支架(31)并可沿所述第一支架(31)的轴向滑动，所述第一支架(31)和所述滑套(321)可通过固定件固定。

5.根据权利要求4所述的车轮转角测量构件，其特征在于，所述第一支架(31)设有螺纹段，所述固定件包括两个螺母(33)，两个所述螺母(33)能够分别位于所述滑套(321)的两端，并分别与所述螺纹段螺纹配合。

6.根据权利要求2-5任一项所述的车轮转角测量构件，其特征在于，所述转轴通过紧固件(4)与所述转向节(300)刚性连接。

7.根据权利要求1-5任一项所述的车轮转角测量构件，其特征在于，所述编码器与整车的CAN总线信号连接，并可将所述转动角度和所述转动角速度传递至所述CAN总线。

8.一种车轮转向控制系统，其特征在于，包括转向控制器、执行机构(600)以及如权利要求1-7任一项所述的车轮转角测量构件；

所述转向控制器分别与所述执行机构(600)和所述车轮转角测量构件信号连接，所述转向控制器能够根据所述车轮转角测量构件实时获取转动角度和转动角速度，并根据目标角度控制所述执行机构(600)，使所述执行机构(600)控制所述车轮(400)转向，直至所述转动角度达到所述目标角度。

9.根据权利要求8所述的车轮转向控制系统，其特征在于，所述执行机构(600)包括油缸(610)和摇臂(620)，所述油缸(610)设于所述车桥(200)，所述摇臂(620)设于所述转向节(300)，所述油缸(610)的活塞杆(611)与所述摇臂(620)连接，并可作用于所述摇臂(620)以带动所述转向节(300)绕所述旋转轴线(500)转动。

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