CN211308717U - 车辆转向监控装置、车辆转向系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆控制技术领域，提供一种车辆转向监测装置、车辆转向系统及车辆，所述车辆转向监控装置包括：齿条力监测装置，安装于车辆的转向器的拉杆上，用于监测所述转向器所受到的齿条力；以及控制装置，与所述齿条力监测装置电性连接，用于获取所述齿条力，并在所述齿条力大于设定齿条力时，进行提醒。通过上述技术方案，本实用新型通过对转向器所受到的齿条力进行监测，并在所监测的齿条力大于设定值时进行提醒，以使驾驶员可以提前采取刹车、锁止转向盘等有效措施，防止因车辆与行驶路线内路面非安全尺寸障碍物发生碰撞，避免转向盘因碰撞产生错误动作，减少车辆转向系统失控的情况发生，提升车辆安全性。

Description

车辆转向监控装置、车辆转向系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆控制技术领域，具体地涉及车辆转向监控装置、车辆转向系统及车辆。

背景技术

车辆行驶中，所面临的路况情形和路面条件错综复杂，车辆与其所行驶的路面上的障碍物发生碰撞是比较常见的事情。如果是车辆高速行驶过程中，驾驶人员未对车辆所行驶的路面上的障碍物尺寸做出正确判断，且并未采取停车或减速等相应措施时，则可能造成单侧车轮与前方较大障碍物直接碰撞，此时单侧车轮的动态阻力会很大，其数量级可以达到40kN，甚至更大，单侧车轮瞬间受到巨大冲击力会造成车轮方向的偏转，可能引发交通事故，从而给车辆、驾乘人员以及该车辆周围的其他车辆或人员的安全带来威胁。

由此可见，有必要对车辆的转向系统进行监测和控制，以防止车辆因突然受到碰撞发生转向，从而避免由此引发的交通事故。

实用新型内容

为了解决或至少部分解决上述技术问题，本实用新型提供一种车辆转向监控系统、车辆转向系统及车辆。

需要说明的是，本实用新型实施例所述的技术方案主要应用于汽车，但不限于汽车，可以将其应用至卡车、工程车等任何适用的车辆。本实用新型对此不作限定。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种车辆转向监控装置，所述车辆转向监控装置包括：齿条力监测装置，安装于车辆的转向器的拉杆上，用于监测所述转向器所受到的齿条力；以及控制装置，与所述齿条力监测装置电性连接，用于获取所述齿条力，并在所述齿条力大于设定齿条力时，进行提醒。

优选的，所述车辆转向监控装置还包括：转向角速度采集装置，与所述控制装置电性连接，用于采集所述转向器的转向角速度，并上传至所述控制装置；以及转向扭矩采集装置，与所述控制装置电性连接，用于采集所述转向器的转向扭矩，并上传至所述控制装置，并且所述控制装置还用于：在所述齿条力大于设定齿条力时，获取所述转向角速度和所述转向扭矩，并根据所述转向扭矩计算转向扭矩变化率，以及在所述转向角速度大于设定角速度并且所述转向扭矩变化率大于设定扭矩变化率时，发出控制所述车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。

优选的，所述控制装置配置有计时器，用于在每一次所述控制装置发出控制所述车辆的转向系统助力电机停止转动的指令时进行计时，并且所述控制装置还用于在所述计时器最近一次计时的时间大于等于设定值时，发出解除控制所述车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。

优选的，所述齿条力监测装置为应变片。

优选的，所述控制装置为所述车辆的电子控制单元ECU。

优选的，所述控制装置为所述车辆的车身稳定系统ESP的控制器。

优选的，所述控制装置配置有提醒器，且所述提醒器包括以下一者或多者：语音提醒器、文字提醒器、点亮或闪烁报警灯、蜂鸣器。

根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种车辆转向系统，所述车辆转向系统包括上述车辆转向监控装置。

根据本实用新型实施例的第三方面，提供一种车辆，所述车辆包括上述车辆转向系统。

通过上述技术方案，本实用新型通过对转向器所受到的齿条力进行监测，并在所监测的齿条力大于设定值时进行提醒，以使驾驶员可以提前采取刹车、锁止转向盘等有效措施，防止因车辆与行驶路线内路面非安全尺寸障碍物发生碰撞，避免转向盘因碰撞产生错误动作，减少车辆转向失控的情况发生，提升车辆安全性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的车辆转向监控装置的框图；

图2是本实用新型实施例提供的车辆行驶过程中的车轮受力分析示意图；

图3是本实用新型更为优选的实施例提供的车辆转向监控装置的框图；以及

图4是本实用新型实施例提供的车辆转向监控装置的应用示例的监测流程示意图。

附图标记说明

1、齿条力监测装置 2、控制装置

3、转向角速度采集装置 4、转向扭矩采集装置

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1是本实用新型实施例提供的车辆转向监控装置的框图，如图1所示，车辆转向监控装置包括：齿条力监测装置1，安装于车辆的转向器的拉杆上，用于监测转向器所受到的齿条力；以及控制装置2，与齿条力监测装置1电性连接，用于获取所监测的齿条力，并在所监测的齿条力大于设定齿条力时，进行提醒。

在本实用新型实施例中，以车辆匀速行驶过程中与障碍物发生碰撞时单侧车轮的受力分析的应用示例，分析车辆与非安全尺寸的障碍物发生碰撞可能造成的危害。图2是本实用新型实施例提供的车辆行驶过程中的车轮受力分析示意图，如图2所示，车辆行驶速度为v，车轮的半径为R、障碍物尺寸为L*H*D(假设障碍物为规则长方体，长度为L、高度为H、深度为D，图中未示出表示障碍物与车轮接触面的长度L)，以车辆行驶速度v∈(70km/h～110km/h)为例，经过试验和计算得到车辆受到的阻力情况如下：

假设车辆匀速行进中与障碍物发生撞击，车辆当前行驶速度v＝90km/h＝25m/s；车辆行驶方向朝向障碍物所在方向，车辆左侧前轮承受的负载W_l与车辆右侧前轮承受的负载W_r相等，均为车辆前轴载荷W＝450kg；车轮的轮胎一般是柔性的，因此车辆转动半径会略小于车轮的半径，但是对于车辆转向器受到的阻力的计算影响很小，故此处认为车辆转动半径≈车轮的半径，车轮的半径R＝0.3m，则车辆转动半径≈0.3m；障碍物尺寸L＝0.3m，H＝0.15m，D≥0.3m；车轮受到障碍物碰撞后的碰撞减速度a＝80m/s²；碰撞时长t＝0.03s；车轮受到的重力为G＝W*g，车辆与地面的摩擦系数为f，则车轮受到地面给的阻力为f＝W*a；依据图2进行分析和计算，可得到单侧车轮轮胎受到障碍物的阻碍冲击力N的数量级约在40kN，瞬时的巨大冲击力会造成车轮方向的偏转。因此在高速行驶中，如果仅仅依靠驾驶员对行驶路线内路面所存在障碍物进行视觉判断，一旦对障碍物的尺寸判断发生偏差，未及时采取刹车等紧急操作，会对车辆行驶安全造成不可估量的后果。

由此，在本实用新型实施例中，利用安装于车辆的转向器的拉杆上的齿条力监测装置1对车辆的转向器所受到的齿条力进行实时监控，并将所监测到的齿条力上传至控制装置2，控制装置2在所监测的齿条力大于设定齿条力时，进行提醒。据此，本实用新型实施例根据车辆转向器受到的齿条力情况，自动判断车辆是否与路面障碍物发生碰撞，并在发生碰撞时进行提醒，很大程度上可以避免车辆与其所行驶的路面上所存在的障碍物发生碰撞对车辆和驾乘人员带来的危害，同时避免车辆转向器失控，从而避免由此导致车辆与该车辆周围其他车辆或人员碰撞带来的人员伤害和财产损失。

在本实用新型实施例中，齿条力监测装置1可采用应变片。

在本实用新型实施例中，控制装置2可以是独立设置的控制器，也可以采用车辆的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)或者车辆的ESP(Electronic StabilityProgram车身稳定系统)的控制器，对此，本实用新型对此不作限定。

优选的，控制装置2配置有提醒器(图中未示出)，且提醒器包括以下一者或多者：语音提醒器、文字提醒器、点亮或闪烁报警灯、蜂鸣器。

举例说明，在控制装置2所获取到的齿条力大于设定值时，通过文字提醒器显示“紧急状况，锁止控制”的提醒，并在控制装置2内记录当前所监测到的齿条力等参数。

优选的，文字提醒器可以设置在车辆仪表板上，直接在仪表盘上进行文字或危险符号的提醒，以方便驾驶人员发现并采取相应措施。

在本实用新型实施例中，设定齿条力是根据对车辆的实际测试进行标定，不同车辆因前轴载荷、轮胎选型等的不同，具体数值会有所不同，本实用新型对此不作限定。

图3是本实用新型更为优选的实施例提供的车辆转向监控装置的框图，如图3所示，车辆转向监控装置还包括：转向角速度采集装置3，与控制装置2电性连接，用于采集转向器的转向角速度，并上传至控制装置2；以及转向扭矩采集装置4，与控制装置2电性连接，用于采集转向器的转向扭矩，并上传至控制装置2。并且控制装置2还用于：在齿条力大于设定齿条力时，获取转向角速度和转向扭矩，并根据转向扭矩计算转向扭矩变化率，以及在转向角速度大于设定角速度并且转向扭矩变化率大于设定扭矩变化率时，发出控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。

具体来讲，由于进行提醒后，驾驶员不一定能够及时发现车辆所存在的危险，并采取相应的措施。因此有必要对车辆采取自动锁止的操作，同时为了避免误操作，控制装置2结合转向器的其他参数(例如：转向器的转向角速度)对转向器进行控制。

举例说明，转向角速度采集装置3和转向扭矩采集装置4可以分别采用角度传感器和扭矩传感器，也可以从车辆的控制器直接获取转向器的转向角速度和转向扭矩，对此，本实用新型不作限定。控制装置2根据所获取的转向扭矩计算转向器的转向扭矩变化率。在齿条力大于设定齿条力时，对转向角速度是否大于设定角速度和转向扭矩变化率是否大于设定扭矩变化率进行判断。若转向角速度大于设定角速度并且转向扭矩变化率大于设定扭矩变化率，则发出控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令，控制转向系统助力电机停止转动，此时转向盘失去助力，自动锁止。

在本实用新型实施例中，设定角速度和设定扭矩变化率的值需要根据对车辆的实际测试进行标定，不同车辆因前轴载荷、轮胎选型等的不同，具体数值会有所不同，本实用新型对此不作限定。

在本实用新型更为优选的实施例中，控制装置2配置有计时器(图中未示出)，用于在每一次控制装置2发出控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令时进行计时，并且控制装置2还用于在计时器最近一次计时的时间大于等于设定值时，发出解除控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。

举例说明，一般条件下，人类的反应时间约为0.1s～0.3s，取平均反应时间0.2s为锁止控制的时域；若发出控制车辆的电机停止转动的指令0.2s后，未有新的控制车辆的转向系统助力电机的指令发出，则解除控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令；若在此0.2s内，有新的控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令发出，则以新的控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令发出为计时起始点重新计时，并以最近一次计时的时间为准，判断是否发出解除控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。

图4是本实用新型实施例提供的车辆转向监控装置的应用示例的监测流程示意图，如图4所示，可以包括如下步骤：

S1、齿条力监测装置监测齿条力是否大于设定齿条力。若齿条力大于设定齿条力，则执行步骤S2，如齿条力小于或等于设定齿条力，则继续执行步骤S1。

S2、执行以下三个步骤：1、进行提醒；2、获取转向角速度和转向扭矩；3、计算转向扭矩变化率。

S3、判断以下两个条件是否成立：1、转向角速度≥设定角速度；2、转向扭矩变化率≥设定扭矩变化率。若同时满足条件1、2，则执行步骤S4；若有其中一个不满足或者两个条件均不满足，则返回步骤S1。

S4、发出控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。

S5、在每一次控制装置发出控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令时进行计时。

S6、判断以下条件是否成立：最近一次计时的时间≥设定值。若最近一次计时的时间大于或等于设定值，则执行步骤S7，若最近一次计时的时间小于设定值，则返回执行步骤S3。

S7、解除控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。只要车辆在行驶过程中，就需要实时对车辆转向系统进行监控，因此，发出解除控制车辆的转向系统助力电机停止转动的指令后需要返回执行步骤S1，实时对转向器所受到的齿条力进行监控。

本实用新型实施例的第二方面，提供一种车辆转向系统，车辆转向系统包括上述车辆转向监控装置。

车辆转向系统的具体实施细节和有益效果参考上述种车辆转向监控系统，此处不再赘述。

本实用新型实施例第三方面提供一种车辆，车辆包括上述车辆转向系统。

车辆的具体实施细节和有益效果参考上述种车辆转向监控系统，此处不再赘述。

通过上述实施例，可知本实用新型的控制装置2可以利用车辆的控制器来实现，而且在本实用新型实施例中，控制装置2所实现的齿条力的获取、齿条力数值与设定齿条力数值的对比判断、指令的发出等都是一般控制器能实现的常规信号处理功能，从而本实用新型实施例并不涉及对计算机程序的实质改进。

通过上述技术方案，本实用新型通过对转向器所受到的齿条力进行监测，并在所监测的齿条力大于设定值时进行提醒，以使驾驶员可以提前采取刹车、转向盘锁止等有效措施。并在齿条力大于设定值时，获取车辆的转向角速度和转向扭矩，并在所述转向角速度大于设定角速度并且所述转向扭矩变化率大于设定扭矩变化率时，发出控制所述车辆的转向系统助力电机停止转动的指令，以使车辆的转向盘可以自动锁止。由此，能够有效防止因车辆与其所行驶路的路面上非安全尺寸障碍物发生碰撞，避免转向盘因碰撞产生错误动作，减少车辆转向盘失控的情况发生，提升车辆安全性。

以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。

Claims (9)

1.一种车辆转向监控装置，其特征在于，所述车辆转向监控装置包括：

齿条力监测装置，安装于车辆的转向器的拉杆上，用于监测所述转向器所受到的齿条力；以及

控制装置，与所述齿条力监测装置电性连接，用于获取所述齿条力，并在所述齿条力大于设定齿条力时，进行提醒。

2.根据权利要求1所述的车辆转向监控装置，其特征在于，所述车辆转向监控装置还包括：

转向角速度采集装置，与所述控制装置电性连接，用于采集所述转向器的转向角速度，并上传至所述控制装置；以及

转向扭矩采集装置，与所述控制装置电性连接，用于采集所述转向器的转向扭矩，并上传至所述控制装置，并且

所述控制装置还用于：在所述齿条力大于设定齿条力时，获取所述转向角速度和所述转向扭矩，并根据所述转向扭矩计算转向扭矩变化率，以及在所述转向角速度大于设定角速度并且所述转向扭矩变化率大于设定扭矩变化率时，发出控制所述车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。

3.根据权利要求2所述的车辆转向监控装置，其特征在于，所述控制装置配置有计时器，用于在每一次所述控制装置发出控制所述车辆的转向系统助力电机停止转动的指令时进行计时，并且

所述控制装置还用于在所述计时器最近一次计时的时间大于或等于设定值时，发出解除控制所述车辆的转向系统助力电机停止转动的指令。

4.根据权利要求1所述的车辆转向监控装置，其特征在于，所述齿条力监测装置为应变片。

5.根据权利要求1所述的车辆转向监控装置，其特征在于，所述控制装置为所述车辆的电子控制单元ECU。

6.根据权利要求1所述的车辆转向监控装置，其特征在于，所述控制装置为所述车辆的车身稳定系统ESP的控制器。

7.根据权利要求1所述的车辆转向监控装置，其特征在于，所述控制装置配置有提醒器，且所述提醒器包括以下一者或多者：语音提醒器、文字提醒器、点亮或闪烁报警灯、蜂鸣器。

8.一种车辆转向系统，其特征在于，所述车辆转向系统包括权利要求1-7中任一项所述的车辆转向监控装置。

9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求8所述的车辆转向系统。

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