CN1909006A - 汽车电控传动驾驶系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车电控传动驾驶系统，包括：电子方向盘、电子制动器、电子加速器、控制电路、驾驶状态传感器组、行车状态传感器组、执行组件、连接电缆。其特征在于：以电子组件代替汽车中相应的机械组件，以连接电缆来代替传统的机械或液压传动结构，将驾驶者的驾驶动作转变为电子信号进行传输，并控制执行组件动作，从而实现对汽车的驾驶操作。本发明跳出了汽车设计的传统模式，有利于提高汽车驾驶的安全性和舒适性，有利于降低汽车的生产成本和使用成本，为信息时代的汽车的改进和发展提供了更广阔的空间。

Description

汽车电控传动驾驶系统

技术领域

本发明属汽车技术领域，特别是涉及一种汽车电控传动驾驶系统。

背景技术

经过近百年的发展，现代汽车制造技术已经日益成熟，但在汽车设计上，人们并未摆脱传统思想的束缚，汽车的主体结构和驾驶控制方式并未随着现代电子技术的发展而发生根本性的改变。

例如，汽车的转向系统，仍然在采用复杂的机械传动模式，方向盘转动带动与之连接的转向柱转动，转向柱再驱动前轴转向器使车轮偏转而实现汽车转向。近些年，为了提高驾驶的安全和舒适性，增加了可溃缩式方向盘系统及转向助力系统，这又大大增加转向系统的复杂性，制造和维修成本也大大增加。

汽车制动系统也有同样的问题，复杂的高压制动液管路敷设在汽车底盘上，不仅使可靠性大大降低，也增加了汽车制造和维修的难度。

现代科学技术的快速发展，已经为我们提供了足够的技术和手段，以电控传动技术取代原来的机械传动和液压传动技术，以电控传动部件代替现代汽车内部复杂的机械和液压传动系统，使汽车的内部结构变得更简单更可靠，而制造成本和使用成本则可以大大降低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种汽车电控传动驾驶系统，对汽车的传动结构和驾驶方式进行改进，使汽车的传动结构更简单、更可靠，使汽车的驾驶变得更舒适、更安全。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：汽车电控传动驾驶系统，包括：电子方向盘、电子制动器、电子加速器、控制电路、驾驶状态传感器组、行车状态传感器组、执行组件、连接电缆。其特征在于：以电子组件代替汽车中相应的机械组件，以连接电缆来代替传统的机械或液压传动结构，将驾驶者的驾驶动作转变为电子信号进行传输，并控制执行组件动作，从而实现对汽车的驾驶操作。

所述的电子方向盘包括方向盘、转向轴、支撑架、转向阻尼器、限位器。

所述的方向盘固定在转向轴上。所述的转向轴与支撑架通过轴承连接和固定，转向轴在方向盘带动下可以绕轴线自由旋转。所述的限位器固定在支撑架上并与转向轴连接。所述的转向阻尼器固定在支撑架上，并与转向轴连接。所述的转向阻尼器为电控可变力矩阻尼器，产生的转动阻尼力的大小可随外界控制电压的改变而改变。

所述的电子加速器包括：加速开关、支撑架、回位弹簧。

所述的电子制动器包括：制动开关、支撑架、回位弹簧。

所述的驾驶状态传感器组包括：方向盘偏转角传感器、制动传感器和加速传感器，他们的输出端通过所述的连接电缆与控制电路的数据输入端连接，其中：

所述的加速传感器安装在电子加速器的加速开关内，其输出数据是加速开关的开启幅度；所述的制动传感器安装在电子制动器的制动开关内，其输出数据是制动开关的开启幅度。

所述的行车状态传感器组包括：车轮转向角传感器、车轮转速传感器和节气门位置传感器，他们的输出端与控制电路的数据输入端连接，其中：

所述的车轮转向角传感器安装在汽车前轴的转向器内，其输出数据是转向器的改变幅度值，也就是车轮当前的转向角度；所述的车轮转速传感器安装在每个车轮制动器上，其输出数据是对应车轮的当前转速；所述的节气门位置传感器安装在节气门轴上，其输出数据是节气门当前的开启角度。

所述的执行组件包括：转向器驱动电机、节气门驱动电机和带电磁阀门的制动储压罐，他们的控制输入端通过连接电缆与控制电路的数据输出端连接。所述的转向器驱动电机为带减速装置的直流步进电机，其输出转轴与汽车转向器的驱动轴连接；所述的节气门驱动电机为带减速装置的直流步进电机，其输出转轴与汽车节气门轴连接；所述的带电磁阀门的制动储压罐的电磁阀门与车轮制动器的驱动管连接。

所述的控制电路由微型处理器及相应外围电路组成；所述的控制电路内部还包含有两个步进电机控制模块和一个电磁阀门控制模块；所述的控制电路还具有可拓展的模拟和数字接口，方便与其他车载电子系统的连接。

相对于传统技术，本发明的有益效果是：

1.成本更低。

采用小型模块化的电子组件替代复杂的机械和液压系统，使汽车的内部结构变得更简单，更易于制造和维修，制造和使用成本也大大降低。

2.兼容性好，易于推广。

本发明为全模块化安装，可以直接替换原有系统而不需要对汽车的其他部分做大的改变，与汽车现有的机电系统完全兼容，因此更易于普及推广。

3.驾驶更安全。

本发明中包含有微处理器的控制电路可对驾驶过程进行监控，对于明显的驾驶失误或违章驾驶进行主动干预，避免事故发生，使驾驶更安全。

4.更好的可扩展性。

传统的机械或液压系统在进行改进或功能扩展时成本很高，与之相比，本发明具有更好的可扩展性，可以方便地与其他电子系统连接，实现如：计算机辅助驾驶、遥控驾驶甚至智能无人驾驶等功能。

5.可以满足特殊情况下的驾驶需要。

由于采用电控传动，加速开关和制动开关可以根据需要放置在驾驶室内的任意位置，也可以组合安装，例如集中安装在方向盘上，方便特殊情况下或特殊人群的驾驶需要。

6.完全的自主创新。有利于打破国外技术封锁，发展民族产业。

因此本发明具有很好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的连接示意图。

图2是本发明的信号流程图。

图1中：电子方向盘(1)，电子加速器(2)，电子制动器(3)控制电路(4)、连接电缆(5)、转向器驱动电机(6)汽车转向器(7)、节气门驱动电机(8)、节气门(9)制动储压罐电磁阀门(10)、车轮制动器(11)

图2中实线框代表本发明部件，虚线框代表汽车原有部件

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例由以下单元组成：

电子方向盘(1)、电子加速器(2)、电子制动器(3)以及安装在他们内部的驾驶状态传感器组；

控制电路(4)、转向器驱动电机(6)、节气门驱动电机(8)、制动储压罐电磁阀门(10)；

汽车转向器(7)、节气门(9)、车轮制动器(11)以及安装在他们内部的行车状态传感器组；

连接上述各个部件的连接电缆(5)。

本实施例的电子方向盘(1)由方向盘、转向轴、支撑架、转向阻尼器和限位器组成，其中：方向盘固定在转向轴上，转向轴与支撑架通过转动轴承连接和固定，转向轴在方向盘带动下可以绕轴线自由转动。支撑架的作用是将电子方向盘(1)固定在驾驶室的驾驶操作台上。限位器固定在支撑架上，并与转向轴连接，其作用是限制电子方向盘(1)的极限转动角度，使其具有与传统方向盘相同的操控特性，方向盘在初始状态时向左或向右转二圈半左右时被限位器锁止，无法继续转动，与此相对应，此时的车轮处于最大的偏转角度。转向阻尼器固定在支撑架上，并与转向轴连接，其作用是增加方向盘及转动轴的转动阻力，使电子方向盘具有与传统方向盘相似的操作感觉。

本发明中的电子方向盘(1)的转向阻尼器为电控变力矩阻尼器，产生阻力的大小可随外界控制电压的改变而改变。控制电路(4)通过改变其控制电压来改变其输出阻力的大小，使其与汽车行车速度成正比关系，车速低时，阻力小，方向盘轻，转动灵活；车速变大时，阻力也随之变大，方向盘也相应变得沉重，转动时需要较大的外力，以确保行车安全。

本实施例的电子加速器(2)包括：加速开关、支撑架、回位弹簧。

本实施例的电子制动器(3)包括：制动开关、支撑架、回位弹簧。

其中，制动开关和加速开关是具有较长开启行程的扳挚开关或其他与汽车制动和加速踏板具有相同机械属性的机械装置。

电子加速器(2)和电子制动器(3)中支撑架的作用是将制动开关和加速开关固定在驾驶室内壁的合适位置上，并使电子加速器(2)和电子制动器(3)具有良好的操控属性。

电子加速器(2)和电子制动器(3)中回位弹簧的作用是使制动开关和加速开关在无外力作用时可迅速回复到初始位置，同时又可使本发明具有与传统技术相近似的操控感觉。

本发明的驾驶状态传感器组包括：方向盘偏转角传感器、制动传感器和加速传感器，他们的输出端通过连接电缆(5)与控制电路(4)的数据输入端连接。

方向盘偏转角传感器安装在电子方向盘(1)的支撑架内，其输出数据是方向盘当前的转向角度。

加速传感器安装在电子加速器(2)的加速开关内，其输出数据是加速开关的开启幅度。

制动传感器安装在电子制动器(3)的制动开关内，其输出数据是制动开关的开启幅度。

驾驶状态传感器组所采集的数据信息由连接电缆(5)送到控制电路(4)，经过控制电路(4)内部的模/数转换电路转换后送微处理器，微处理器根据这些数据来识别驾驶者当前的驾驶动作，并产生相应的驱动编码送执行组件进行响应。

本发明的执行组件包括：转向器驱动电机(6)、节气门驱动电机(8)和制动储压罐电磁阀门(10)，他们的输入端通过连接电缆(5)与控制电路(4)的数据输出口连接。

转向器驱动电机(6)为带减速装置的直流步进电机，其转动轴与汽车转向器(7)的驱动轴连接，转向器驱动电机(6)转动时带动汽车转向器(7)动作使车轮发生偏转。

节气门驱动电机(8)为带减速装置的直流步进电机，其转动轴与节气门(9)的转动轴连接，节气门驱动电机(8)转动时带动节气门(9)转动，使发动机吸入的空气量发生改变，发动机内部的运行电脑ECU会根据吸入空气量的多少控制喷油量的大小，从而使发动机的输出功率发生改变。

制动储压罐电磁阀门(10)与车轮制动器(11)的驱动管连接，制动储压罐电磁阀门(10)开启时，罐内的高压气体(或液体)推动车轮制动器(11)工作，实现制动。车轮制动器(11)产生的制动力的大小与制动储压罐电磁阀门(10)开启角度的大小和开启时间的长短成正比。控制电路(4)通过调节制动储压罐电磁阀门(10)开启的角度大小与时间长短来控制车轮制动器(11)产生的制动力。制动储压罐所储压力是由电动活塞泵产生的，可以提供多次连续制动的液压。制动储压罐与车轮制动器(11)的数目是一一对应的。

本发明的行车状态传感器组包括：车轮转向角传感器、节气门位置传感器和车轮转速传感器，他们的输出端通过连接电缆(5)与控制电路(4)的数据输入端连接。

车轮转向角传感器安装在汽车前轴的汽车转向器(7)上，其输出数据是汽车转向器(7)的改变幅度值，也就是车轮当前的转向角度。

节气门位置传感器安装在节气门(9)的转轴上，其输出数据是节气门(9)当前的开启角度。

车轮转速传感器安装在车轮制动器(11)上，其输出数据是车轮当前的转速。

行车状态传感器组产生的数据不仅使控制电路(4)可以准确了解当前的行车状态，还可以做为监测执行组件动作的反馈信号，使控制电路(4)可以对执行组件的驱动效果进行精确的修正。例如：控制电路(4)通过计算车轮转速与时间的关系，不仅判断汽车的当前速度，还可以监测车轮制动器(11)的制动效果，以便进一步修正。

本发明的连接电缆(5)为耐高温护套电缆，可以根据不同使用情况选用不同的型号，由于耐高温护套电缆可以任意弯折，敷设和更换都很简单，所以安装和日常维护的成本比机械传动装置和液压传动装置大大降低。

本发明的工作过程是这样的：

驾驶者在驾驶汽车时，仍然按传统方式操作电子方向盘(1)、电子加速器(2)和电子制动器(3)，行车状态传感器组将这些操作信息转变为电子信号经由连接电缆(5)送入控制电路(4)，经过控制电路(4)内部的模/数转换电路转换后送微处理器，微处理器根据这些数据来识别驾驶者当前的驾驶动作，并产生相应的驱动编码送执行组件的转向器驱动电机(6)、节气门驱动电机(8)和制动储压罐电磁阀门(10)，使汽车转向器(7)、节气门(9)和车轮制动器(11)工作，从而实现对汽车的驾驶控制。

行车状态传感器组把汽车转向器(7)、节气门(9)和车轮制动器(11)当前实际工作状态转变为电子信号经由连接电缆(5)送入控制电路(4)，控制电路(4)将该反馈信号与驾驶状态传感器送来的驾驶状态信号进行比对，并根据比对结果对转向器驱动电机(6)、节气门驱动电机(8)和制动储压罐电磁阀门(10)的工作状态进行实时修正，使汽车当前的行车状态与驾驶员的驾驶操作形成完全的一一对应关系。

本发明的信号流程图2。

控制电路(4)不仅可以对驾驶者的驾驶操作进行准确响应，还可以根据程序设计对控制过程进行主动修正，以使汽车达到最经济安全的行驶状态。

例如：在驾驶者进行制动操作时，控制电路(4)接收到制动传感器的制动信号的同时，也接收车轮转向角传感器、车轮转速传感器等信号，根据车辆行驶状态计算出每个车轮的最佳制动力，再发出指令给每个车轮的制动储压罐电磁阀门(10)执行各车轮的分别制动。制动储压罐能快速而精确的提供轮缸所需的制动压力，根本不需驾驶者费心考虑。安装在车轮制动器(11)内的车轮速度传感器将制动效果反馈给控制电路(4)，控制电路(4)结合制动传感器的数据调节制动储压罐电磁阀门(10)的开启量，在保证安全的前提下使制动效果最佳。

再例如，当汽车处于急转弯时，即使驾驶者有强制加速的操作，控制电路(4)仍然可以根据程序设计，主动关闭节气门(9)使发动机返回怠速运转状态，同时对各个车轮施加一定的制动力和偏转修正，使车轮处于安全状态而不至于发生汽车侧滑或翻滚的事故。

选用功能强大的微处理器可以增大控制电路(4)的接口数量和运算处理能力，就可以使本发明接入更多的电子辅助系统，实现功能扩展，例如：接入精密的行车雷达，控制电路(4)就可以准确判断周边车辆或障碍物的具体位置和相对速度，在接近发生碰撞的临界状态时，控制电路(4)可以主动控制车轮制动器(11)进行制动，使汽车与周边其他车辆或障碍物保持安全距离，避免因人为操作失误而导致交通事故。

本发明跳出了国外汽车发展的思维定式，大大简化汽车内部的结构与布局，大大降低生产成本，而它的性能优势远非传统模式所能比拟，为信息时代的汽车设计和发展提供了更广阔的空间。更重要的是：本发明绕过国外众多的专利技术壁垒，可使我国在相关领域彻底摆脱国外的技术封锁与产权讹诈，促进我国汽车产业向更高层次发展。

在不远的将来，人们完全可以利用本发明实现计算机辅助驾驶、遥控驾驶甚至智能无人驾驶的梦想。

Claims (9)

1.汽车电控传动驾驶系统，包括：电子方向盘、电子制动器、电子加速器、控制电路、驾驶状态传感器组、行车状态传感器组、执行组件、连接电缆。其特征在于：以电子组件代替汽车中相应的机械组件，以连接电缆来代替传统的机械或液压传动结构，将汽车驾驶者的驾驶动作转变为电子信号进行传输，并控制执行组件动作，从而实现对汽车的驾驶操作。

2.根据权利要求1所述的汽车电控传动驾驶系统，其特征在于：所述的电子方向盘包括方向盘、转向轴、支撑架、转向阻尼器、限位器。

所述的方向盘固定在转向轴上；所述的转向轴与支撑架通过轴承连接和固定，在方向盘的带动下，转向轴可以在支撑架上绕轴线自由转动；所述的限位器固定在支撑架上，并与转向轴连接；所述的转向阻尼器固定在支撑架上，并与转向轴连接；所述的转向阻尼器为电控可变力矩阻尼器，产生的转动阻尼力的大小可随外界控制电压的改变而改变。

3.根据权利要求1所述的汽车电控传动驾驶系统，其特征在于：所述的电子加速器包括：加速开关、支撑架、回位弹簧。

4.根据权利要求1所述的汽车电控传动驾驶系统，其特征在于：所述的电子制动器包括：制动开关、支撑架、回位弹簧。

5.根据权利要求1所述的汽车电控传动驾驶系统，其特征在于：所述的驾驶状态传感器组包括：方向盘偏转角传感器、制动传感器和加速传感器，他们的输出端通过连接电缆与控制电路的数据输入端连接。

所述的方向盘偏转角传感器安装在电子方向盘的支撑架内，其输出数据是方向盘当前的转向角度。

所述的加速传感器安装在电子加速器的加速开关内，其输出数据是加速开关的开启幅度。

所述的制动传感器安装在电子制动器的制动开关内，其输出数据是制动开关的开启幅度。

6.根据权利要求1所述的汽车电控传动驾驶系统，其特征在于：所述的行车状态传感器组包括：车轮转向角传感器、车轮转速传感器和节气门位置传感器，他们的输出端通过连接电缆与控制电路的数据输入端连接。

所述的车轮转向角传感器安装在汽车前轴的汽车转向器上，其输出数据是汽车转向器的转动值，也就是车轮当前的转向角度。

所述的车轮转速传感器安装在每个车轮的制动器上，其输出数据是相应车轮的当前转速。

所述的节气门位置传感器安装在节气门转轴上，其输出数据是节气门当前的开启角度。

7.根据权利要求1所述的汽车电控传动驾驶系统，其特征在于：所述的执行组件包括：转向器驱动电机、节气门驱动电机和带电磁阀门的制动储压罐，他们的输入端通过连接电缆与控制电路的数据输出端连接。

所述转向器驱动电机为带减速装置的直流步进电机，其输出转轴与汽车转向器的驱动轴连接。

所述节气门驱动电机为带减速装置的直流步进电机，其输出转轴与汽车节气门轴连接。

所述的带电磁阀门的制动储压罐的电磁阀门与每个车轮制动器的驱动管连接。

8.根据权利要求1、5、6、7所述的汽车电控传动驾驶系统，其特征在于：所述的控制电路由微型处理器及相应外围电路组成。

所述的控制电路内部还包含有两个步进电机控制模块和一个电磁阀门控制模块。

所述的控制电路还具有可拓展的模拟和数字接口，方便与其他车载电子系统的连接。

9.根据权利要求1、5、6、7所述的汽车电控传动驾驶系统，其特征在于：所述的连接电缆为耐高温绝缘护套电缆。

Images