CN208376729U - 一种线控转向和制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种线控转向和制动系统，包括线控转向系统、线控制动系统和电子控制单元。在行驶过程中采集方向盘转角传感器、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、制动踏板传感器的数据测量汽车工作状态，通过其信息改变控制模式来满足不同工况下汽车转向电机、四轮制动轮缸的控制，保证了汽车在正常工作状态低速转向行驶时轻便灵活，高速转向行驶时稳定可靠，又提供了在紧急状态下汽车的控制方法，使线控汽车发挥车辆集成控制的优势。

Description

一种线控转向和制动系统

技术领域

本实用新型涉及转向系统及制动系统技术领域，尤其涉及一种线控转向和制动系统。

背景技术

近年来，随着电子和控制技术的不断发展，制动防抱死系统、牵引力控制系、电子稳定性控制系统以及主动悬架系统等底盘电控系统已经在汽车上得到了广泛应用，这些电控系统的应用使汽车的操纵稳定性、主动安全性和驾驶舒适性等性能都得到了较大提高。

然而目前无论是转向还是制动却仍处于机械连接阶段，转向系统的机械连接导致汽车的转向特性随车速、方向盘转角以及路面附着条件的变化呈强非线性时变特性。为了控制汽车沿驾驶员期望的路径行驶，驾驶员必须时刻调节自身的特性，这增加了驾驶员的精神和体力负担，特别是非职业驾驶员往往难以适应。当遇到复杂工况(如对开路面、侧向风和低附着路面等)时，驾驶员将很难控制汽车，容易发生交通事故。因此，各国研究学者都在不断研究新的转向技术，以期解决上述问题，线控转向系统应运而生。而线控制动系统则将传统液压或气压制动执行元件改为了电驱动元件，具有可控性好、响应速度快的特点，具有良好的发展前景。

目前对于线控系统的集成控制还缺乏一个通用性强且简单易实现的方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的问题，提供一种线控转向和制动系统。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种线控转向和制动系统，包含线控转向系统、线控制动系统和电子控制单元：

所述线控转向系统包含方向盘、方向盘转角传感器、上转向柱、下转向柱、路感电机、第一减速机构、电磁离合器、转向电机、第二减速机构、前轴、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器和横摆角速度传感器；

所述上转向柱的上端和所述方向盘固连，下端通过所述电磁离合器和所述下转向柱的上端相连，所述电磁离合器呈断开状态；

所述方向盘转角传感器设置在所述上转向柱上，用于获得方向盘转角并将其传递给所述电子控制单元；

所述路感电机的输出轴通过所述第一减速机构和所述上转向柱相连，用于经所述上转向柱向方向盘传递路感反馈；

所述下转向柱的下端通过所述齿轮齿条转向器和所述前轴相连；

所述前轴两端分别与汽车的左前轮、右前轮相连；

所述转向电机的输出轴通过所述第二减速机构和所述下转向柱相连，用于向所述下转向柱传递转向力矩、进而通过齿轮齿条转向器带动汽车的两个前轮进行转向；

所述前轮转角传感器、轮速传感器均设置在汽车的一个前轮上，分别用于获得汽车的前轮转角、前轮轮速，并传递给所述电子控制单元；

所述车速传感器、横摆角速度传感器均设置汽车上，分别用于获得汽车的车速、横摆角速度，并传递给所述电子控制单元；

所述线控制动系统包括制动踏板传感器、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸和右后轮制动轮缸；

所述制动踏板传感器设置在汽车制动踏板的末端，用于采集驾驶员制动时的踏板信号并将其传递给所述电子控制单元；

所述左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别用于控制左前轮、右前轮、左后轮、右后轮制动；

所述电子控制单元分别和所述方向盘转角传感器、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、制动踏板传感器、路感电机、转向电机、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸电气相连，用于根据方向盘转角传感器、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、制动踏板传感器测得的数据控制路感电机、转向电机、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸工作。

本实用新型还公开了一种基于该线控转向和制动系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，方向盘转角传感器测得的方向盘转角速度ω_r、方向盘转角θ_r；制动踏板传感器测得的制动踏板开度δ_r、制动踏板变化率α_r；前轮转角传感器、轮速传感器分别测得的前轮转角η_r和前轮轮速；车速传感器、横摆角速度传感器、滑移率传感器分别测得当前汽车的汽车车速V_r和横摆角速度β_r；

步骤2)，电子控制单元将方向盘转角速度ω_r和预设的方向盘转角速度阈值ω_m比较，将θ_r和预设的方向盘转角阈值θ_m比较，将汽车车速V_r和预设的汽车车速阈值V_m比较，将制动踏板开度δ_r和制动踏板开度阈值δ_m比较，将制动踏板变化率α_r和制动踏板变化率阈值α_m比较：

步骤2.1)，当θ_r大于θ_m且V_r大于V_m时，或当θ_r小于θ_m、ω_r大于ω_m、且V_r大于V_m时，令转向特征参数为A；否则令转向特征参数为B；

步骤2.2)，当δ_r大于δ_m、α_r大于α_m、且V_r大于V_m时，令制动特征参数为A；否则令制动特征参数为B；

步骤3)，当转向特征参数为B，且制动特征参数为B时，系统工作在线控正常工作模式：

步骤3.1)，电子控制单元根据θ_r控制转向电机工作，使得汽车的前轮转角为iθ_r，其中：C_af为前轮轮胎侧偏刚度；C_ar为后轮轮胎侧偏刚度；a为质心到前轴轴距；b为质心到后轴轴距；L＝a+b；m为汽车质量；

步骤3.2)，电子控制单元根据δ_r和预设的制动系数K控制左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别产生Kδ_r制动力；

步骤4)，当转向特征参数为A，且制动特征参数为B时，线控转向紧急转向模式：

步骤4.1)，电子控制单元根据β_r和理想横摆角速度β_w计算出前轮所需附加转角q_θ，计算公式如下：

其中，

步骤4.2)，电子子控制单元根据θ_r控制转向电机工作，使得汽车的前轮转角为iθ_r+q_θ；

步骤4.3)，电子控制单元根据δ_r和预设的第一制动系数K控制左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别产生Kδ_r制动力；

步骤5)，当转向特征参数为B，且制动特征参数为A时，系统工作在紧急制动模式：

步骤5.1)，电子控制单元根据θ_r控制转向电机工作，使得汽车的前轮转角为iθ_r；

步骤5.2)，电子控制单元根据前轮转角η_r和前轮轮速计算出汽车的滑移率；

步骤5.3)，电子控制单元根据δ_r和预设的制动系数K控制左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别产生Kδ_r制动力；

步骤5.4)，根据汽车滑移率调整左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸的制动力：

步骤5.4.1)，当滑移率小于15％，按照预设的制动力步长同时增大左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸制动力，直到滑移率等于15％；

步骤5.4.2)，当滑移率大于15％，按照预设的制动力步长同时减小左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸制动力，直到滑移率等于15％；

步骤6)，当转向特征参数为A，且制动特征参数为A时，线控转向紧急避撞模式：

步骤6.1)，电子控制单元根据β_r和理想横摆角速度β_w计算出前轮所需附加转角q_θ，计算公式如下：

步骤6.2)，电子控制单元根据前轮转角η_r和前轮轮速计算出汽车的滑移率；

步骤6.3)，电子控制单元根据车辆弯中的前轮转向角η_r、横摆角速度β_r和速度V_r求出当前稳定性指标Q：

当前稳定性指标Q用于表征不足转向、中性转向和过多转向，Q＝0时为中性转向，Q＞0时为不足转向，Q＜0时为过多转向；

步骤6.4)，电子控制单元根据δ_r和预设的制动系数K控制左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别产生Kδ_r制动力；

步骤6.5)，根据当前稳定性指标Q调整左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸的制动力：

步骤6.5.1)，左转且转向过度时，电子控制单元给右前制动轮缸施加额外K₁δ制动力，使右前制动轮缸制动力为Kδ+K₁δ，其中，K₁为预设的第二制动系数；

步骤6.5.2)，左转且转向不足时，电子控制单元给左后制动轮缸施加额外K₂δ制动力，使左后制动轮缸制动力为Kδ+K₂δ，其中，K₂为预设的第二制动系数；

步骤6.5.3)，右转且转向过度时，电子控制单元给左前制动轮缸施加额外K₁δ制动力，使左前制动轮缸制动力为Kδ+K₁δ；

步骤6.5.4)，右转且转向不足时，电子控制单元给右后制动轮缸施加额外K₂δ制动力，使右后制动轮缸制动力为Kδ+K₂δ。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本实用新型提供了一种模式转换及控制方法，能够解决采用线控转向和制动系统中联合控制问题；

2.可以根据不同的汽车行驶工况以及驾驶员操作，切换不同的转向及制动工作模式，提供在紧急工况下的车身控制方法。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型转向控制流程示意图。

图中，1-方向盘，2-方向盘转角传感器，3-路感电机和第一减速机构，4-电子控制单元，5-电磁离合器，6-转向电机和第二减速机构，7-齿轮齿条传感器，8-左前制动轮缸，9-制动踏板传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本实用新型公开了一种线控转向和制动系统，包含线控转向系统、线控制动系统和电子控制单元：

所述线控转向系统包含方向盘、方向盘转角传感器、上转向柱、下转向柱、路感电机、第一减速机构、电磁离合器、转向电机、第二减速机构、前轴、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器和横摆角速度传感器；

所述上转向柱的上端和所述方向盘固连，下端通过所述电磁离合器和所述下转向柱的上端相连，所述电磁离合器呈断开状态；

所述方向盘转角传感器设置在所述上转向柱上，用于获得方向盘转角并将其传递给所述电子控制单元；

所述路感电机的输出轴通过所述第一减速机构和所述上转向柱相连，用于经所述上转向柱向方向盘传递路感反馈；

所述下转向柱的下端通过所述齿轮齿条转向器和所述前轴相连；

所述前轴两端分别与汽车的左前轮、右前轮相连；

所述转向电机的输出轴通过所述第二减速机构和所述下转向柱相连，用于向所述下转向柱传递转向力矩、进而通过齿轮齿条转向器带动汽车的两个前轮进行转向；

所述前轮转角传感器、轮速传感器均设置在汽车的一个前轮上，分别用于获得汽车的前轮转角、前轮轮速，并传递给所述电子控制单元；

所述车速传感器、横摆角速度传感器均设置汽车上，分别用于获得汽车的车速、横摆角速度，并传递给所述电子控制单元；

所述线控制动系统包括制动踏板传感器、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸和右后轮制动轮缸；

所述制动踏板传感器设置在汽车制动踏板的末端，用于采集驾驶员制动时的踏板信号并将其传递给所述电子控制单元；

所述左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别用于控制左前轮、右前轮、左后轮、右后轮制动；

所述电子控制单元分别和所述方向盘转角传感器、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、制动踏板传感器、路感电机、转向电机、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸电气相连，用于根据方向盘转角传感器、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、制动踏板传感器测得的数据控制路感电机、转向电机、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸工作。

如图2所示，本实用新型还公开了一种基于该线控转向和制动系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，方向盘转角传感器测得的方向盘转角速度ω_r、方向盘转角θ_r；制动踏板传感器测得的制动踏板开度δ_r、制动踏板变化率α_r；前轮转角传感器、轮速传感器分别测得的前轮转角η_r和前轮轮速；车速传感器、横摆角速度传感器、滑移率传感器分别测得当前汽车的汽车车速V_r和横摆角速度β_r；

步骤2)，电子控制单元将方向盘转角速度ω_r和预设的方向盘转角速度阈值ω_m比较，将θ_r和预设的方向盘转角阈值θ_m比较，将汽车车速V_r和预设的汽车车速阈值V_m比较，将制动踏板开度δ_r和制动踏板开度阈值δ_m比较，将制动踏板变化率α_r和制动踏板变化率阈值α_m比较：

步骤2.1)，当θ_r大于θ_m且V_r大于V_m时，或当θ_r小于θ_m、ω_r大于ω_m、且V_r大于V_m时，令转向特征参数为A；否则令转向特征参数为B；

步骤2.2)，当δ_r大于δ_m、α_r大于α_m、且V_r大于V_m时，令制动特征参数为A；否则令制动特征参数为B；

步骤3)，当转向特征参数为B，且制动特征参数为B时，系统工作在线控正常工作模式：

步骤3.1)，电子控制单元根据θ_r控制转向电机工作，使得汽车的前轮转角为iθ_r，其中：C_af为前轮轮胎侧偏刚度；C_ar为后轮轮胎侧偏刚度；a为质心到前轴轴距；b为质心到后轴轴距；L＝a+b；m为汽车质量；

步骤3.2)，电子控制单元根据δ_r和预设的制动系数K控制左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别产生Kδ_r制动力；

步骤4)，当转向特征参数为A，且制动特征参数为B时，线控转向紧急转向模式：

步骤4.1)，电子控制单元根据β_r和理想横摆角速度β_w计算出前轮所需附加转角q_θ，计算公式如下：

其中，

步骤4.2)，电子子控制单元根据θ_r控制转向电机工作，使得汽车的前轮转角为iθ_r+q_θ；

步骤4.3)，电子控制单元根据δ_r和预设的第一制动系数K控制左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别产生Kδ_r制动力；

步骤5)，当转向特征参数为B，且制动特征参数为A时，系统工作在紧急制动模式：

步骤5.1)，电子控制单元根据θ_r控制转向电机工作，使得汽车的前轮转角为iθ_r；

步骤5.2)，电子控制单元根据前轮转角η_r和前轮轮速计算出汽车的滑移率；

步骤5.3)，电子控制单元根据δ_r和预设的制动系数K控制左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别产生Kδ_r制动力；

步骤5.4)，根据汽车滑移率调整左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸的制动力：

步骤5.4.1)，当滑移率小于15％，按照预设的制动力步长同时增大左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸制动力，直到滑移率等于15％；

步骤5.4.2)，当滑移率大于15％，按照预设的制动力步长同时减小左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸制动力，直到滑移率等于15％；

步骤6)，当转向特征参数为A，且制动特征参数为A时，线控转向紧急避撞模式：

步骤6.1)，电子控制单元根据β_r和理想横摆角速度β_w计算出前轮所需附加转角q_θ，计算公式如下：

步骤6.2)，电子控制单元根据前轮转角η_r和前轮轮速计算出汽车的滑移率；

步骤6.3)，电子控制单元根据车辆弯中的前轮转向角η_r、横摆角速度β_r和速度V_r求出当前稳定性指标Q：

当前稳定性指标Q用于表征不足转向、中性转向和过多转向，Q＝0时为中性转向，Q＞0时为不足转向，Q＜0时为过多转向；

步骤6.4)，电子控制单元根据δ_r和预设的制动系数K控制左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别产生Kδ_r制动力；

步骤6.5)，根据当前稳定性指标Q调整左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸的制动力：

步骤6.5.1)，左转且转向过度时，电子控制单元给右前制动轮缸施加额外K₁δ制动力，使右前制动轮缸制动力为Kδ+K₁δ，其中，K₁为预设的第二制动系数；

步骤6.5.2)，左转且转向不足时，电子控制单元给左后制动轮缸施加额外K₂δ制动力，使左后制动轮缸制动力为Kδ+K₂δ，其中，K₂为预设的第二制动系数；

步骤6.5.3)，右转且转向过度时，电子控制单元给左前制动轮缸施加额外K₁δ制动力，使左前制动轮缸制动力为Kδ+K₁δ；

步骤6.5.4)，右转且转向不足时，电子控制单元给右后制动轮缸施加额外K₂δ制动力，使右后制动轮缸制动力为Kδ+K₂δ。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种线控转向和制动系统，其特征在于，包含线控转向系统、线控制动系统和电子控制单元：

所述线控转向系统包含方向盘、方向盘转角传感器、上转向柱、下转向柱、路感电机、第一减速机构、电磁离合器、转向电机、第二减速机构、齿轮齿条转向器、前轴、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器和横摆角速度传感器；

所述上转向柱的上端和所述方向盘固连，下端通过所述电磁离合器和所述下转向柱的上端相连，所述电磁离合器呈断开状态；

所述方向盘转角传感器设置在所述上转向柱上，用于获得方向盘转角并将其传递给所述电子控制单元；

所述路感电机的输出轴通过所述第一减速机构和所述上转向柱相连，用于经所述上转向柱向方向盘传递路感反馈；

所述下转向柱的下端通过所述齿轮齿条转向器和所述前轴相连；

所述前轴两端分别与汽车的左前轮、右前轮相连；

所述转向电机的输出轴通过所述第二减速机构和所述下转向柱相连，用于向所述下转向柱传递转向力矩、进而通过齿轮齿条转向器带动汽车的两个前轮进行转向；

所述前轮转角传感器、轮速传感器均设置在汽车的一个前轮上，分别用于获得汽车的前轮转角、前轮轮速，并传递给所述电子控制单元；

所述车速传感器、横摆角速度传感器均设置汽车上，分别用于获得汽车的车速、横摆角速度，并传递给所述电子控制单元；

所述线控制动系统包括制动踏板传感器、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸和右后轮制动轮缸；

所述制动踏板传感器设置在汽车制动踏板的末端，用于采集驾驶员制动时的踏板信号并将其传递给所述电子控制单元；

所述左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸分别用于控制左前轮、右前轮、左后轮、右后轮制动；

所述电子控制单元分别和所述方向盘转角传感器、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、制动踏板传感器、路感电机、转向电机、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸电气相连，用于根据方向盘转角传感器、前轮转角传感器、车速传感器、轮速传感器、横摆角速度传感器、制动踏板传感器测得的数据控制路感电机、转向电机、左前轮制动轮缸、右前轮制动轮缸、左后轮制动轮缸、右后轮制动轮缸工作。