CN204833781U - 一种双电机方向盘回正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种双电机方向盘回正装置，属于汽车驾驶模拟技术领域，所述装置包括：上位机；控制器；第一驱动器；第二驱动器；顺时针电机；逆时针电机，其中，所述控制器与所述上位机连接；所述第一驱动器分别与所述控制器和所述顺时针电机连接；所述第二驱动器分别与所述控制器和所述逆时针电机连接；且所述顺时针电机或者所述逆时针电机中设置有一编码器。本实用新型具有电机不换向，回正速度快，回正平稳和无冲击的特点。

Description

一种双电机方向盘回正装置

技术领域

本实用新型涉及汽车驾驶模拟技术领域，尤其涉及一种双电机方向盘回正装置。

背景技术

现有技术中，汽车驾驶模拟器的转向盘电动回正机构通常采用一个直流电机驱动方向盘旋转，使方向盘产生回正动作。

但是，一个直流电机在模拟方向盘回正过程中存在缺陷：

需要借助摩擦机构实现方向盘零转速大扭矩工况；同时因方向盘和电机运动惯量，回正过程容易产生超调，换向速度慢，换向过程产生冲击。

实用新型内容

本实用新型提供一种双电机方向盘回正装置，解决了或部分解决了现有技术中需要借助摩擦机构实现方向盘零转速大扭矩工况，同时因方向盘和电机运动惯量，回正过程容易产生超调，换向速度慢，换向过程产生冲击的技术缺陷。

依据本实用新型的一个方面，提供了一种双电机方向盘回正装置，应用于一方向盘，所述方向盘与一转向柱连接，且所述转向柱上设置有一联轴器；所述装置包括：

上位机；

控制器；

第一驱动器；

第二驱动器；

顺时针电机；

逆时针电机，其中，

所述控制器与所述上位机连接，使得通过所述控制器接收所述上位机所发送的车速信息；所述第一驱动器分别与所述控制器和所述顺时针电机连接；所述第二驱动器分别与所述控制器和所述逆时针电机连接；且所述顺时针电机或者所述逆时针电机中设置有一编码器；使得所述编码器所测量的所述方向盘的角度信息，对应的通过所述第一驱动器或者所述第二驱动器传输至所述控制器。

可选的，所述第一驱动器是PWM直流电机调速器；和/或，所述第二驱动器是PWM直流电机调速器。

可选的，所述顺时针电机是200W直流有刷电机；和/或，所述逆时针电机是200W直流有刷电机。

可选的，所述上位机是HPZ220微型计算机；和/或，所述控制器是20MT-4AD-2DA可编程逻辑控制器。

可选的，所述联轴器为弹簧联轴器。

可选的，所述伺服电机设置在所述转向柱上。

本实用新型有益效果如下：

本实用新型提供的双电机方向盘回正装置，通过上位机向控制器发送车速；且编码器将方向盘转角信息发送给控制器；控制器依据车轮回正扭矩-车速-转角关系获取方向盘回正扭矩；控制器根据回正扭矩分别控制顺时针电机和逆时针电机旋转扭矩，且两个电机的扭矩之差作为方向盘回正扭矩。该双电机方向盘回正装置回正过程具有电机不换向，回正速度快，回正平稳和无冲击的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的双电机方向盘回正装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的双电机方向盘回正方法的操作流程示意图一；

图3为本实用新型实施例提供的双电机方向盘回正方法的操作流程示意图二；

图4为本实用新型实施例提供的双电机方向盘回正方法的操作流程示意图三；以及

图5为本实用新型实施例提供的双电机方向盘回正方法的操作流程示意图四。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围；其中本实施中所涉及的“和/或”关键词，表示和、或两种情况，换句话说，本实用新型实施例所提及的A和/或B，表示了A和B、A或B两种情况，描述了A与B所存在的三种状态，如A和/或B，表示：只包括A不包括B；只包括B不包括A；包括A与B。

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种双电机方向盘回正装置，应用于一方向盘9，所述方向盘9与一转向柱8连接，且所述转向柱8上设置有一联轴器7。其中，所述装置至少包括上位机1、控制器2、第一驱动器31、第二驱动器32、顺时针电机4和逆时针电机5。

具体而言，控制器2与上位机1连接，使得通过控制器2接收上位机1所发送的车速信息；第一驱动器31分别与控制器2和顺时针电机4连接；第二驱动器32分别与控制器2和逆时针电机5连接；且顺时针电机4或者逆时针电机5中设置有一编码器6；使得编码器6所测量的方向盘9的角度信息，对应的通过第一驱动器31或者第二驱动器32传输至控制器2，并最终通过控制器2对顺时针电机4和逆时针电机5进行控制。即，通过控制器2经第一驱动器31控制顺时针电机4产生顺时针旋转扭矩，通过控制器2经第二驱动器32控制逆时针电机5产生逆时针旋转扭矩，两个电机的扭矩之差作为方向盘回正扭矩。

本实用新型实施例的工作原理可如下所述：首先通过上位机1向控制器2发送车速信息；编码器6将方向盘9的转角信息发送给控制器2。当方向盘9处于零转角位置，控制器2经第一驱动器31和第二驱动器32对顺时针电机4和逆时针电机5分配大小相等、方向相反的驱动电流，两个电机的扭矩相减，使方向盘处于静止。当方向盘9处于顺时针旋转位置，控制器2依据车轮回正扭矩-车速-转角关系计算方向盘9的回正扭矩，控制器2增加逆时针电机5的驱动电流，减小顺时针电机4驱动电流，两个电机的扭矩相减，方向盘产生逆时针回正扭矩。当方向盘9处于逆时针旋转位置，控制器2依据车轮回正扭矩-车速-转角关系计算方向盘9回正扭矩，控制器2增加顺时针电机5驱动电流，减小逆时针电机驱动4电流，两个电机的扭矩相减，方向盘9产生顺时针回正扭矩。

需要说明的是，在上述过程中，顺时针电机4和逆时针电机5的驱动电流方向维持不变。最终使得一方面，方向盘回正过程平稳，回正无冲击；又一方面，方向盘回正速度快，稳定性好。

作为优选，在本实用新型实施例中：

所述上位机是HPZ220微型计算机；所述控制器是20MT-4AD-2DA可编程逻辑控制器；所述第一驱动器和所述第二驱动器是PWM直流电机调速器；所述顺时针电机4和逆时针电机5是200W直流有刷电机；所述联轴器为弹簧联轴器，所述编码器是相对型编码器。

为进一步对本实用新型实施例提供的双电机方向盘回正装置做详细说明，以支持本实用新型所要解决的技术问题，下面，对其实现原理做详细说明：

上位机与可编程控制器通信协议如下:

上位机1通过RS232串口连接控制器2，通信参数设定如下：波特率9600比特/秒，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。

指令格式：起始(1字节)+车速(1字节)+方向盘转角(2字节)+冗余(1字节)其中：起始EBH，方向盘旋转角度最高位0为顺时针，最高位1为逆时针，低10位为角度值，冗余为前4字节相与。

主从方式：上位机1为主机，控制器2为从机，主机向从机发送车速，从机向主机返回方向盘9旋转角度，通信频率为100次/秒。

方向盘9实际旋转角度测量步骤：

编码器6的两个引脚产生A、B方波信号，且方向盘旋转360°每个引脚发送360个方波。

控制器2的高速极速器对编码器6的A、B信号进行计数，计数器绝对值与方向盘9旋转角度绝对值相同，当方向盘9顺时针旋转，计数器值为正值，当方向盘9逆时针旋转，计数器值为负值。

控制器2接收上位机车速信息。

控制器2的DA0引脚与第一驱动器31的扭矩控制引脚相连，控制顺时针电机4顺势针旋转扭矩，控制器2的DA1引脚与第二驱动器32的扭矩控制引脚相连，控制逆时针电机5逆时针旋转扭矩。

当方向盘9处于零转角位置时：控制器2的DA0和DA1分别经驱动器对顺时针电机4和逆时针电机5分配大小相等、方向相反的驱动电流，驱动电流的大小与车速成反比，两个电机的扭矩相减，方向盘9回正扭矩为零，方向盘9处于静止；控制器2根据旋转角度和车速计算方向盘回正扭矩，控制顺势针旋转电机和逆时针电机的扭矩，方向盘9回正扭矩与车速平方成正比，方向盘9回正扭矩与方向盘转角成正比。

当方向盘9处于顺时针旋转位置，控制器2的DA0引脚控制电压减小，顺时针电机4的扭矩减小，控制器2的DA1引脚控制电压增加，逆时针电机4的扭矩增加，顺势针旋转扭矩小于逆时针旋转扭矩，方向盘9产生逆时针回正扭矩，方向盘9逆时针回正。

当方向盘9处于逆时针旋转位置，控制器2的DA0引脚控制电压增加，顺时针电机4的扭矩增加，控制器2的DA1引脚控制电压减小，逆时针电机4的扭矩减小，顺势针旋转扭矩大于逆时针旋转扭矩，方向盘9产生顺时针旋转扭矩，方向盘9顺时针回正。

在本实用新型实施例中，按照上述步骤，方向盘9获得回正扭矩，模拟汽车驾驶过程中方向盘9的回正。

更进一步的，基于本实用新型实施例提供的双电机方向盘回正装置，本实用新型实施例还提供了一种双电机方向盘回正方法，请参阅图2，该方法至少包括如下步骤：

步骤101：采集车辆的车速信息；

步骤102：采集所述车辆的车轮的基础回正力矩信息；

步骤103：测量所述方向盘的转角信息；

其中，请参阅图3，该步骤103至少可以包括如下子步骤：步骤103a，通过一编码器的两个引脚产生A、B方波信号，使得方向盘旋转360°时，每个所述引脚发送360个方波；步骤103b，通过一计数器对所述A、B方波信号进行计数，且所述计数的绝对值与所述方向盘的旋转角度绝对值相同。当然，本领域技术人可以理解，不过本实用新型实施例提供的步骤103a、步骤103b仅是用于测量方向盘的转角信息的一种实施方式，并不是对转角信息测量方式的局限。换句话说，只要是能够测量方向盘转角信息的测量步骤，均在本实用新型保护范围之内。

另外，在子步骤103a，通过一计数器对所述A、B方波信号进行计数且所述计数的绝对值与所述方向盘的旋转角度绝对值相同，又存在如下两种方式，具体可参见图4：方式103a1，当所述方向盘顺时针旋转时，所述计数器的值为正值；方式103a2，当所述方向盘逆时针旋转时，所述计数器的值为负值。

步骤104，依据所述车速信息、所述基础回正力矩信息和所述转角信息获取所述方向盘的标准回正力矩信息；

其中，根据车速信息、基础回正力矩信息和转角信息计算方向盘的标准回正力矩信息的计算方法，已是现有技术，此处不再赘述。

步骤105，根据所述方向盘的转角信息，以及所述标准回正力矩信息，通过一控制器对一顺时针电机和一逆时针电机进行控制，使得所述方向盘至少包括如下状态：静止状态、方向盘逆时针回正及方向盘顺时针回正。

其中，该步骤105可具体包括如下子步骤：步骤105a，当所述方向盘处于零转角位置时，所述顺时针电机的顺时针旋转扭矩与所述逆时针电机的逆时针旋转扭矩相等，两电机扭矩之差为零，所述方向盘处于静止状态；步骤105b，当所述方向盘处于顺时针旋转位置时，所述顺时针电机的顺时针旋转扭矩减小，所述逆时针电机的逆时针旋转扭矩增加，两电机扭矩之差为逆时针扭矩，所述方向盘逆时针回正；步骤105c，当所述方向盘处于逆时针旋转位置时，所述顺时针电机的顺时针旋转扭矩增加，所述逆时针电机的逆时针旋转扭矩减小，两电机扭矩之差为顺时针扭矩，所述方向盘顺时针回正。

需要说明的是，由于双电机方向盘回正方法与双电机方向盘回正装置是相对应的，因此，方法实施例中未详述部分可以参见装置实施例中的介绍，这里不再赘述。

本实用新型提供的双电机方向盘回正装置，通过上位机向控制器发送车速；且编码器将方向盘转角信息发送给控制器；控制器依据车轮回正扭矩-车速-转角关系获取方向盘回正扭矩；控制器根据回正扭矩分别控制顺时针电机和逆时针电机旋转扭矩，且两个电机的扭矩之差作为方向盘回正扭矩。该双电机方向盘回正装置回正过程具有电机不换向，回正速度快，回正平稳和无冲击的特点。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种双电机方向盘回正装置，应用于一方向盘，所述方向盘与一转向柱连接，且所述转向柱上设置有一联轴器；

其特征在于，所述装置包括：

上位机；

控制器；

第一驱动器；

第二驱动器；

顺时针电机；

逆时针电机，其中，

所述控制器与所述上位机连接，使得通过所述控制器接收所述上位机所发送的车速信息；所述第一驱动器分别与所述控制器和所述顺时针电机连接；所述第二驱动器分别与所述控制器和所述逆时针电机连接；且所述顺时针电机或者所述逆时针电机中设置有一编码器；使得所述编码器所测量的所述方向盘的角度信息，对应的通过所述第一驱动器或者所述第二驱动器传输至所述控制器。

2.如权利要求1所述的双电机方向盘回正装置，其特征在于：

所述第一驱动器是PWM直流电机调速器；

和/或，

所述第二驱动器是PWM直流电机调速器。

3.如权利要求1所述的双电机方向盘回正装置，其特征在于：

所述顺时针电机是200W直流有刷电机；

和/或，

所述逆时针电机是200W直流有刷电机。

4.如权利要求1所述的双电机方向盘回正装置，其特征在于：

所述上位机是HPZ220微型计算机；

和/或，

所述控制器是20MT-4AD-2DA可编程逻辑控制器。

5.如权利要求1所述的双电机方向盘回正装置，其特征在于：

所述联轴器为弹簧联轴器。

6.如权利要求5所述的双电机方向盘回正装置，其特征在于：

所述伺服电机设置在所述转向柱上。