CN118144862A - 线控转向装置及其手感反馈方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种线控转向装置及其手感反馈方法。线控转向装置包括转向柱、上转向控制模块以及机械阻尼组件。其中，上转向控制模块可以作为主路手感反馈控制系统，在第一工作状态下对转向柱传递手感反馈力矩。机械阻尼组件可以作为备用手感反馈控制系统，在第二工作状态下对转向柱传递摩擦阻力以替代手感反馈力矩。因此在线控转向装置的操作上，当上转向控制模块部分失效或完全失效的情况下，可以通过机械阻尼组件持续的对转向柱提供作用力的反馈，让驾驶员保持操作手感，从而提升转向操作上的安全性和可靠性。

Description

线控转向装置及其手感反馈方法

技术领域

本申请涉及线控转向技术领域，尤其涉及一种线控转向装置及其手感反馈方法。

背景技术

随着自动驾驶技术日益成熟，对转向系统的功能需求也越来越丰富，线控转向技术已成为焦点之一。然而，由于线控转向系统没有中间轴，当控制系统发生故障时，驾驶员没有办法像传统转向那样通过机械传动方式操纵车辆，所以线控转向的功能安全要求更高。

发明内容

本申请的多个方面提供一种线控转向装置及其手感反馈方法，用以实现线控转向操作的安全性与可靠性。

本申请实施例提供一种线控转向装置，包括转向柱、上转向控制模块以及机械阻尼组件。所述上转向控制模块连接于所述转向柱，并在第一工作状态下被致能，以对所述转向柱传递手感反馈力矩。所述机械阻尼组件的至少一部分连接于所述转向柱，且所述机械阻尼组件在所述第一工作状态下被禁能，以及在所述上转向控制模块的至少一部分失能的第二工作状态下被致能，以对所述转向柱传递摩擦阻力代替所述手感反馈力矩。

在一些实施例中，所述机械阻尼组件包括制动盘和伸缩单元。所述伸缩单元设置有摩擦件，其中在所述第一工作状态下所述摩擦件和所述制动盘相分离，以及在所述第二工作状态下所述伸缩单元朝所述制动盘伸出一预定距离，带动所述摩擦件接触于所述制动盘以产生所述摩擦阻力。

在一些实施例中，所述伸缩单元包括活塞和活塞缸。所述摩擦件设置于所述活塞上，并且可随所述活塞相对所述活塞缸位移而接触于所述制动盘或与所述制动盘分离。

在一些实施例中，所述伸缩单元包括转动电机和杆体。所述杆体的一端设置有所述摩擦件，另一端连接于所述转动电机。

在一些实施例中，所述上转向控制模块包括上转控制器和手感反馈电机。所述手感反馈电机用以在所述第一工作状态下传递所述手感反馈力矩至所述转向柱。所述控制器电性连接于所述机机械阻尼组件，用以在所述第二工作状态下动态调整所述预定距离。

在一些实施例中，所述机械阻尼组件和所述手感反馈电机通过物理连接保持手感反馈力矩同步。

在一些实施例中，所述线控转向装置还包括第一下转向控制模块，分别电性连接于所述上转向控制模块和所述机械阻尼组件，用以在第三工作状态下控制所述预定距离为定值，其中所述上转向控制模块在所述第三工作状态下失能。

在一些实施例中，所述线控转向装置还包括第二下转向控制模块，分别电性连接于所述上转向控制模块、所述第一下转向控制模块和所述机械阻尼组件，用以在第四工作状态下控制所述预定距离为定值，其中所述上转向控制模块和所述第一下转向控制模块在所述第四工作状态下失能。

在一些实施例中，所述制动盘设置在所述转向柱的管柱上，且所述机械阻尼组件还包括支架。所述伸缩单元设置于所述支架上，并且和所述制动盘相隔所述预定距离。

在一些实施例中，所述转向柱包括管柱以及套接于所述管柱上的壳体，其中所述制动盘套接于所述管柱上，所述伸缩单元设置在所述壳体上，并且和所述制动盘相隔所述预定距离。

本申请实施例还提供一种线控转向装置的手感反馈方法，包括：在第一工作状态下，致能上转向控制模块，禁能机械阻尼组件，通过所述上转向控制模块对转向柱传递手感反馈力矩；以及当所述上转向控制模块的至少一部分失能，致能所述机械阻尼组件以进入第二工作状态，通过所述机械阻尼组件对所述转向柱传递摩擦阻力代替所述手感反馈力矩。

在一些实施例中，在所述第一工作状态下，通过所述上转向控制模块的手感反馈电机传递所述手感反馈力矩至所述转向柱；在所述第二工作状态下，所述手感反馈电机失能，所述机械阻尼组件的伸缩单元朝制动盘伸出一预定距离，带动摩擦件接触所述制动盘以产生所述摩擦阻力；以及通过所述上转向控制模块的控制器控制所述伸缩单元动态调整所述预定距离。

在一些实施例中，当所述控制器失能，通过第一下转向控制模块控制所述伸缩单元伸出至所述预定距离，此时所述预定距离为定值；以及当所述第一下转向控制模块失能，通过第二下转向控制模块控制所述伸缩单元伸出至所述预定距离。

在本申请实施例中，线控转向装置的上转向控制模块和机械阻尼组件分别连接于转向柱，并且以上转向控制模块作为主路手感反馈控制系统，以及以机械阻尼组件作为备用手感反馈控制系统。在第一工作状态下，通过上转向控制模块对转向柱传递手感反馈力矩，提供驾驶员操作线控方向盘的操控手感。以及，在第二工作状态下，由机械阻尼组件对转向柱传递模拟手感反馈力矩的摩擦阻力，让驾驶员在上转向控制模块失效的情形下，也能获得来自线控方向盘的反馈力道，让驾驶员保持操作手感，维持操控信心，并提升操控安全性和可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例的线控转向装置的侧视图。

图2为本申请实施例的线控转向装置的使用状态示意图。

图3为本申请另一实施例的线控转向装置的侧视图。

图4为本申请另一实施例的线控转向装置的使用状态示意图。

图5为本申请实施例的线控转向系统的结构示意图。

图6为本申请实施例的线控转向系统的方块示意图。

图7和图8分别为本申请实施例的手感反馈方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请实施例提供一种线控转向装置，适用于线控转向系统中，提供主路手感反馈控制系统和备用手感反馈控制系统的冗余配置方式，以便于在主路手感反馈控制系统失效时，可切换至备用手感反馈控制系统，让驾驶员能维持操作手感，提升驾驶员操作信心，避免意外发生。

请参照图1和图2。本申请实施例提供的线控转向装置10包括转向柱110、上转向控制模块120以及机械阻尼组件130。转向柱110包括管柱111和套接于管柱111上的壳体112，其中管柱111的一端连接线控方向盘20，另一端连接上转向控制模块120和机械阻尼组件130。此外，在管柱111上还设置有一个或多个传感器，例如扭矩与角度传感器(TorqueAngle Sensor，TAS)。在本实施例中，管柱111上设置有第一传感器113和第二传感器114，分别用以检测转向柱110的转动角度，以获取转向角度信息。

上转向控制模块120包括上转控制器121和手感反馈电机122。上转控制器121分别电性连接于手感反馈电机122、机械阻尼组件130和第一传感器113，用以接收转向信息，并且在第一工作状态下控制手感反馈电机122输出手感反馈力矩至转向柱110，或者是在第二工作状态下控制机械阻尼组件130输出摩擦阻力至转向柱110。其中，第一工作状态为手感反馈电机122的功能正常，可以被上转控制器121致能(enable)而传递手感反馈力矩的工作状态。此时机械阻尼组件130失能，或者是与手感反馈电机122通过物理连接方式保持手感反馈力矩同步，以便于在切换至第二工作状态时，可以传递模拟手感反馈力矩的摩擦阻力至转向柱110，让驾驶员可以感受到相同或相类似的操控手感。因此，第二工作状态为手感反馈电机122失能或是失效的工作状态，此时启用机械阻尼组件130替代手感反馈电机122反馈作用力至转向柱110。

机械阻尼组件包130包括制动盘131和伸缩单元132，并且在伸缩单元132上设置有摩擦件133。其中，在第一工作状态下制动盘131和伸缩单元132保持一预定距离，使制动盘131和摩擦件133相互分离，以及在第二工作状态下，伸缩单元132可以在上转控制器121的驱动下带动摩擦件133朝向制动盘131的方向靠拢，并接触于制动盘131后产生摩擦阻力。同时，上转控制器121还可以根据原先手感反馈电机122所传递的手感反馈力矩，驱动伸缩单元132控动态调整预定距离的大小，使摩擦件133和制动盘131之间可以产生模拟手感反馈力矩的摩擦阻力，以避免在主路手感反馈控制系统切换至备用手感反馈控制系统时产生空转或顿挫而使驾驶员受到惊吓或无所适从。

因此，在本申请实施例中，机械阻尼组件包130的制动盘131和伸缩单元132的设置位置可以在保持预定距离的条件下进行互换，而不会两者间所产生的摩擦阻力造成影响。

如图1和图2所示，在本申请的一实施例中，当制动盘131设置在转向柱110的管柱111时，伸缩单元132设置在转向柱110的壳体112上。或者是将制动盘131设置在管柱111上，以及将制动盘131设置在壳体112上。此外，伸缩单元132可以是以活塞1321和活塞缸1322的活塞运动方式对预定距离进行调整，或者是将摩擦件133设置在杆体上，并且以转动电机带动杆体做线性运动的方式对预定距离进行调整。在本实施例中，是以伸缩单元132包括活塞1321和活塞缸1322作为举例说明，但并不以此为限。

其中，伸缩单元132设置在转向柱110的管柱111上，并且电性连接于上转控制器121。或是如图3和图4所示，在本申请的另一实施例中，机械阻尼组件130的制动盘131套接在转向柱110的管柱111上，伸缩单元132设置在转向柱110外靠近制动盘131的位置。在这种实施例中，伸缩单元132包括活塞1321、活塞缸1322以及支架1323，其中活塞缸1322设置在支架1323上，并通过支架1323设置在车体内的适当位置处。

在工作时，上转控制器121驱动活塞1321带动摩擦件133朝向制动盘131靠拢，并对预定距离进行控制，以调整摩擦件133作用于制动盘131的力道，从而在两者间产生不同的摩擦阻力，而模拟出与手感反馈力矩相似的反馈力道。

如图3至图6所示。在应用上，本申请实施例所提供的线控转向装置10可配置于车辆的线控转向系统1中，作为主路手感反馈控制系统MS的一部分以及备用手感反馈控制系统BS的一部分。在本申请的某些实施例中，线控转向装置10还包括第一下转向控制模块140，其电性连接于上转向控制模块120，并且与上转向控制模块120作为主路手感反馈控制系统MS的组成元件。在本申请的其他实施例中，线控转向装置10还包括第二下转向控制模块150，其电性连接于上转向控制模块120、第一下转向控制模块140以及机械阻尼组件130，并且与机械阻尼组件130作为备用手感反馈控制系统BS的组成元件。

其中，主路手感反馈控制系统MS和备用手感反馈控制系统BS之间可以分别采用各自对应的供电电源，分别为第一电源30和第二电源40，以便于在其中一个电源出现供电故障的时候，可以在主路手感反馈控制系统MS和备用手感反馈控制系统BS之间进行切换，从而确保线控转向系统1稳定且可靠的工作。

此外，线控转向系统1中还设置有控制器50，其通过第一控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线(以下简称第一总线CAN1)与上转向控制模块120电性连接，以及通过第二控制器局域网络总线(以下简称第二总线CAN2)与第二下转向控制模块150电性连接。并且，线控转向装置10的转向柱110上所设置的第一传感器113电性连接于上转向控制模块120，第二传感器114电性连接于第二下转向控制模块150，分别用以将检测到的转向角度信息发送给上转向控制模块120和第二下转向控制模块150。

在本申请的实施例中，下转向控制模块皆设置有转向执行电机和下转控制器，其中转向执行电机通过齿条60啮合实现对转向轮的驱动，并且在转向执行电机内设置有电机转子位置传感器，用以协同或替代第三传感器115执行检测转向角度，以获取转向角度信息的工作。除了能够确保检测精度外，还可以进一步降低线控转向系统的建置成本。

具体来说，第一下转向控制模块140包括第一下转控制器141和第一转向执行电机142。第一下转控制器141电性连接于第一电源30，并通过第一私用总线CAN3(或者光耦、串口)与上转向控制模块120的上转控制器121进行通讯。第一转向执行电机142电性连接于第一下转控制器141，并且设置有第一电机转子位置传感器143。第二下转向控制模块150包括第二下转控制器151和第二转向执行电机152。第二下转控制器151电性连接于第二电源40，并通过第二私用总线CAN4(或者光耦、串口)与第一下转向控制模块140的第一下转控制器141进行通讯，以及通过第二总线CAN2与控制器30进行通讯。第二转向执行电机152电性连接于第二下转控制器151，并且设置有第二电机转子位置传感器153。

其中，线控转向装置10的转向柱110连接于线控方向盘20和用以带动驱动轮的齿条60之间，并通过第一电机转子位置传感器143和第二电机转子位置传感器153获取到管柱111的工作状态。通过上述方式，替换一般pinAngle传感器的配置，可以同时达到降低成本的作用。

请参阅图3至图6。在本申请实施例的应用场景中，线控转向装置10具有两种或两种以上的工作状态。在第一工作状态中，主路手感反馈控制系统MS和备用手感反馈控制系统BS的各组成组件的功能皆正常，即线控转向装置在正常状态下的运作模式。在此模式下，通过主路手感反馈控制系统MS执行手感反馈工作，其中上转向控制模块120可以从控制器50接收第一总线CAN1传输的数据信息以及各种传感器反馈的信息，例如第一传感器113反馈的转向角度

信息。接着，上转向控制模块120通过第一私用总线CAN3将数据信息以及各5种反馈信息发送给第一下转向控制模块140。此时，第一下转控制器141驱动第一转向执行电机142执行转向动作，并通过第一私用总线CAN3反馈手感反馈力矩给上转向控制模块120，并由上转控制器121驱动手感反馈电机122将手感反馈力矩输出至转向柱110，以通过转向柱110传递至线控方向盘20，让用户

能够感知线控方向盘20的反馈力道。由于在此正常工作状态下无组件的失效或0故障等情形发生，机械阻尼组件130处于备援状态，其伸缩单元132受到上转控制器121的控制而维持活塞1321处于活塞缸1322内的初始状态，使摩擦件133和制动盘131相分离。此时机械阻尼组件130和转向柱110的管柱111之间处于离合状态，因此驾驶员的手感反馈力完全由手感反馈电机122提供。

请参阅图7和图8。因此，本申请实施例的线控转向装置可以具有以下几种5手感反馈方法，提供真实或仿真手感反馈力至转向柱。这些方法包括：在第一工作状态下，致能(enable)上转向控制模块，禁能(disable)机械阻尼组件。通过上转向控制模块对转向柱传递手感反馈力矩(S101)；以及当上转向控制模块的至少一部分失能(也就是失去功用，无法正常工作)时，致能机械阻尼组件以进入第二

工作状态。通过机械阻尼组件对转向柱传递摩擦阻力代替手感反馈力矩(S102)。0在本申请的某些实施例中，上述方法还包括：在第一工作状态下，通过上转向控制模块的手感反馈电机传递手感反馈力矩至转向柱(S201)；在第二工作状态下，手感反馈电机失能。机械阻尼组件的伸缩单元朝制动盘伸出一预定距离，带动摩擦件接触制动盘以产生摩擦阻力(S202)；以及通过上转向控制模块的控制器控制伸缩单元动态调整预定距离(S203)。

5此外，在本申请的另一些实施例中，当控制器失能时，可以通过第一下转

向控制模块控制伸缩单元伸出至预定距离，此时预定距离为定值；以及当第一下转向控制模块失能时，可以通过第二下转向控制模块控制伸缩单元伸出至预定距离。

以下对本申请实施例的线控转向装置及其手感反馈方法作进一步说明。

在本申请的一些实施例中，上转向控制模块120可以实时的进行自我检测，以确认与手感反馈相关的组成组件是否存在失效，若否，维持在正常手感反馈模式的第一工作状态下运作。若是，则切换至手感反馈模式异常的第二工作状态下运作，并且可根据当下的运行结果对应的调整至第三工作状态或第四工作状态下运作。

在第二工作状态中，上转向控制模块120发生故障，导致手感反馈电机122失效。此时，上转控制器121可维持正常运作。此时，机械阻尼组件120在上转控制器121的驱动下，其伸缩单元132的活塞1321在液压的作用下从活塞缸1322顶出一预定距离，使摩擦件133与制动盘131接触(如图4所示)，从而在两者间产生摩擦阻力。同时，通过上转控制器121控制液压力的大小，以动态调整预定距离的大小，从而控制摩擦件133与制动盘131之间的压力，因此可动态调节摩擦件133与制动盘131之间的摩擦阻力，实现了产生阻止线控方向盘20转动的力矩，达到模拟手感反馈电机122输出手感反馈力矩的操控手感。

在第三工作状态中，上转向控制模块120发生故障，导致手感反馈电机122与上转控制器121均失效。此时，第一下转向控制模块140通过第一私用总线CAN3获得故障信息，并发送开关指令，通过继电器控制伸缩单元132的活塞1321从活塞缸1322顶出至预定距离，使摩擦件133与制动盘131接触。在此工作状态下，活塞缸的液压力不可调，使摩擦件133与制动盘131之间的压力恒定，即手感力也是恒定的。其虽然无法提供像第一工作状态或第二工作状态中精准的手感反馈力矩，但是在上转向控制模块120突然失效时，不会让驾驶员瞬间丢失操控手感，增加驾驶员的操控信心与安全性。

在第四工作状态中，当主路手感反馈控制系统MS的上转向控制模块120和第一下转向控制模块140均出现故障导致无法正常工作的时候，控制器50即切换至备用手感反馈控制系统BS，替换主路手感反馈控制系统MS运作。在此状态下，第二下转向控制模块150通过第二私用总线CAN4获得故障信息，并发送开关指令，通过继电器控制伸缩单元132的活塞1321从活塞缸1322顶出至预定距离，使摩擦件133与制动盘131接触。在此工作状态下，活塞缸的液压力同样为不可调，使摩擦件133与制动盘131之间的压力恒定，从而传递恒定的摩擦阻力至转向柱，让驾驶员可以维持操控手感，增加操控信心与安全性。

以上，在本申请实施例中机械阻尼组件不易受到电信号、电源供电状态干扰，除了能够满足在紧急情况下提供模拟手感反馈力矩的需求外，还能有效降低备用转向控制系统的建置成本。此外，为了防止机械阻尼组件的失效造成线控方向盘卡死(液压施加过大)，在本申请的一些实施例中，伸缩单元可以配置为将液压力的最大值控制在驾驶员能转动线控方向盘的力矩极值内，在满足手感冗余的同时又能保证系统自身的可靠性。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种线控转向装置，其特征在于，包括：

转向柱；

上转向控制模块，连接于所述转向柱，并在第一工作状态下被致能，以对所述转向柱传递手感反馈力矩；以及

机械阻尼组件，至少一部分连接于所述转向柱，所述机械阻尼组件在所述第一工作状态下被禁能，以及在所述上转向控制模块的至少一部分失能的第二工作状态下被致能，以对所述转向柱传递摩擦阻力代替所述手感反馈力矩。

2.如权利要求1所述的线控转向装置，其特征在于，所述机械阻尼组件包括：制动盘和伸缩单元，所述伸缩单元设置有摩擦件，其中在所述第一工作状态下所述摩擦件和所述制动盘相分离，以及在所述第二工作状态下所述伸缩单元朝所述制动盘伸出一预定距离，带动所述摩擦件接触于所述制动盘以产生所述摩擦阻力。

3.如权利要求2所述的线控转向装置，其特征在于，所述伸缩单元包括活塞和活塞缸，所述摩擦件设置于所述活塞上，并且可随所述活塞相对所述活塞缸位移而接触于所述制动盘或与所述制动盘分离。

4.如权利要求2所述的线控转向装置，其特征在于，所述伸缩单元包括转动电机和杆体，所述杆体的一端设置有所述摩擦件，另一端连接于所述转动电机。

5.如权利要求2所述的线控转向装置，其特征在于，所述上转向控制模块包括上转控制器和手感反馈电机，所述手感反馈电机用以在所述第一工作状态下传递所述手感反馈力矩至所述转向柱，所述控制器电性连接于所述机机械阻尼组件，用以在所述第二工作状态下动态调整所述预定距离。

6.如权利要求5所述的线控转向装置，其特征在于，所述机械阻尼组件和所述手感反馈电机通过物理连接保持所述手感反馈力矩同步。

7.如权利要求5所述的线控转向装置，其特征在于，还包括第一下转向控制模块，分别电性连接于所述上转向控制模块和所述机械阻尼组件，用以在第三工作状态下控制所述预定距离为定值，其中所述上转向控制模块在所述第三工作状态下失能。

8.如权利要求7所述的线控转向装置，其特征在于，还包括第二下转向控制模块，分别电性连接于所述上转向控制模块、所述第一下转向控制模块和所述机械阻尼组件，用以在第四工作状态下控制所述预定距离为定值，其中所述上转向控制模块和所述第一下转向控制模块在所述第四工作状态下失能。

9.如权利要求2所述的线控转向装置，其特征在于，所述制动盘设置在所述转向柱的管柱上，且所述机械阻尼组件还包括支架，所述伸缩单元设置于所述支架上，并且和所述制动盘相隔所述预定距离。

10.如权利要求2所述的线控转向装置，其特征在于，所述转向柱包括管柱以及套接于所述管柱上的壳体，所述制动盘套接于所述管柱上，所述伸缩单元设置在所述壳体上，并且和所述制动盘相隔所述预定距离。

11.一种线控转向装置的手感反馈方法，其特征在于，包括：

在第一工作状态下，致能上转向控制模块，禁能机械阻尼组件，通过所述上转向控制模块对转向柱传递手感反馈力矩；以及

当所述上转向控制模块的至少一部分失能，致能所述机械阻尼组件以进入第二工作状态，通过所述机械阻尼组件对所述转向柱传递摩擦阻力代替所述手感反馈力矩。

12.如权利要求11所述的手感反馈方法，其特征在于，

在所述第一工作状态下，通过所述上转向控制模块的手感反馈电机传递所述手感反馈力矩至所述转向柱；

在所述第二工作状态下，所述手感反馈电机失能，所述机械阻尼组件的伸缩单元朝制动盘伸出一预定距离，带动摩擦件接触所述制动盘以产生所述摩擦阻力；以及

通过所述上转向控制模块的控制器控制所述伸缩单元动态调整所述预定距离。

13.如权利要求12所述的手感反馈方法，其特征在于，

当所述控制器失能，通过第一下转向控制模块控制所述伸缩单元伸出至所述预定距离，此时所述预定距离为定值；以及

当所述第一下转向控制模块失能，通过第二下转向控制模块控制所述伸缩单元伸出至所述预定距离。