CN2747128Y

CN2747128Y - 线传转向控制系统

Info

Publication number: CN2747128Y
Application number: CN 200420109803
Authority: CN
Inventors: 周旭光; 张建华; 张金涛
Original assignee: Shanghai BYD Co Ltd
Current assignee: Shanghai BYD Co Ltd
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2014-11-12

Abstract

本实用新型公开了一种应用于汽车上的线传转向控制系统，其主要组成包括：采集各种车况信号的传感器、控制转向轴的转向电机、对各种车况信号加以处理并对转向电机发送控制信号的控制单元，该控制单元与各传感器、转向电机之间有通信联接，该转向电机与转向轴通过转向电机的传动机构连接；还包括控制方向盘回正的电机，该电机与该控制单元之间有通信联接；还包括CAN总线收发电路、故障保护电路、自诊断电路、冗余容错电路等；不仅使得空间被大大减小，安装方便，同时也解决了传机械机构存在的转向灵敏度差、操作不便等问题，方向盘操作上更具有智能化，人性化，现代化。

Description

线传转向控制系统

技术领域

本实用新型涉及车辆工程，尤其是一种可应用于汽车上的，将方向盘传统的机械传动轴直接传输方式改变为电子信号线控制电机间接传输方式的转向控制系统(Streering by Wire，简称SBW)。

背景技术

传统车辆的转向装置主要靠机械传动装置来实现转向，为了解决其存在的转向灵敏度不好、操作不便等问题，出现了许多改进的转向系统，如液压助力转向系统、电动液压助力转向系统和电动助力转向系统等。但改进后的系统仍然存在一定程度的缺陷，如液压系统存在需要附加液压设备，容易污染环境；电动助力转向仍然保留机械装置，不够灵活。并且，这些都属于机械传动为主的转向模式。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种能够更加灵活有效的并可以提高系统的稳定性、可靠性、安全性的线传转向控制系统。

本实用新型的另一目的在于提供一种能够反馈“路感”的线传转向控制系统。

为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种线传转向控制系统，包括：采集各种车况信号的传感器、控制转向轴的转向电机、对各种车况信号加以处理并对转向电机发送控制信号的控制单元，该控制单元与各传感器、转向电机之间有通信联接，该转向电机与转向轴连接。

进一步，还包括控制方向盘回正的电机，该电机与该控制单元之间有通信联接；

包括：所述的传感器包括方向盘扭矩传感器、方向盘角度传感器、转向电机、前轴扭矩传感器、前轴角度传感器；

该方向盘扭矩传感器、方向盘角度传感器分别可设置于车辆上可采集方向盘扭矩、方向盘角度信号的位置，该前轴扭矩传感器可分别设置于车辆上可采集前轴扭矩、前轮角度信号的位置，该转向电机与转向轴通过转向电机的传动机构连接；

该转向电机与转向轴之间的传动机构可以是齿轮齿条；

还包括一个CAN总线收发器；该控制单元通过所述CAN总线收发器与外界进行通讯交流；

还包括一个冗余容错电路，当控制单元有故障时，其立即启动并自然切换、替代30正常工作，提高系统稳定性和可靠性；

还包括一个自诊断电路和一个自保护电路，二者结合工作，诊断系统故障并及时处理问题、保护系统，提高了系统的安全性。

系统的主要部分包括：控制单元、扭矩传感器、角度传感器、转向电机、转向电机的传动机构、方向盘回正电机等。其中控制单元又包括DSP核心控制芯片及其外围配置电路、信号采集电路、转向电机的控制和驱动电路、回正电机的控制和驱动电路、自诊断电路、自保护电路、为提高系统可靠性和稳定性的冗余冗错电路，此外还包括CAN总线的收发电路，用于与车身网络的通讯。

线传转向控制系统通过各种传感器把汽车方向盘的扭矩信号、方向盘的角度信号和汽车前轮的转向角度信号、底盘前轴的扭矩信号转换为相应的电子信号采集到电子控制单元ECU，同时，也通过车身CAN总线网络将电动车运动中的许多参数，如车速、轮速信号等传送给ECU，由ECU的核心部件DSP进行计算、判断和综合处理，控制不同的MOSFET按照一定的顺序导通，给出相应的PWM(6路)控制波形去控制和驱动电机。以此来控制转向电机转动的方向、转速和力矩，实现对汽车转向的准确和灵活控制。

为了避免工作时因器件、部件、电路损坏而造成系统故障的发生，设计中采用了提高稳定性和可靠性的冗余冗错电路，它实际上是核心部件等主要模块的一套备用电路。工作时，系统的自诊断电路一直监测着关键电路的工作状况，当这部分电路有问题时，立即关闭之并启用备用电路，以此来确保系统的稳定性和可靠性。

为了避免因不可抗拒的故障的发生所造成的安全隐患产生，系统通过启动自保护电路发出报警声音、让PWM控制电机使其输出力矩为零，部分部件和模块处于长时间的复位状态，切断电机驱动电路的主电源等，以确保系统的安全。同时，通过CAN总线收发器将发故障代码发送给其他相应ECU，如显示ECU、中央ECU等来显示报警信息、控制汽车减速和制动，来提高整车的安全性。

为保证驾驶人员对路面状态有一定的“路感”，在方向盘下面加装一个力反馈的电机：回正电机。系统将采集来的汽车前轴扭矩信号、前轮的角度信号以及方向盘的转向角度信号和扭矩信号通过DSP的计算处理，控制和驱动回正电机，以此来产生方向盘的阻力，模拟驾车的“路感”，进一步提高车辆的操控性能。

由于采用了上述方案，本实用新型线传转向控制系统通过电子信号线，直接控制和驱动电机，由电机驱动车辆底盘前轴的两个车轮的转向力大小和方向。这种去掉中间的机械装置，取之以导线的形式来传输和控制系统转向的方法，从根本上实现了电子控制为主的线传转向控制模式。由于去掉了方向盘和转向杆之间的万向节等机械装置，不仅使得空间被大大减小，安装方便，同时也解决了传机械机构存在的转向灵敏度差、操作不便等问题，方向盘操作上更具有智能化，人性化，现代化。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的总体结构示意图

图2是本实用新型的一种实施例的总体框图。

具体实施方式

本实用新型线传转向控制系统包括：控制单元、扭矩传感器、角度传感器、转向电机、转向电机的传动机构、方向盘回正电机等，本实用新型中，在传统方向盘下面加装了一个用于测量其扭矩大小的扭矩传感器，加装了一个用于测量其转向方位的角度传感器，加装了一个用于产生回正力、模拟驾车的“路感”的力反馈电机：回正电机，去掉了方向盘和转向杆之间的万向节等机械装置，转向信号不再用机械传动机构传输，而是通过导线将方向盘的转动角度、转向扭矩等信息传送给控制单元。控制单元采集这些信号后，结合其它信号参数进行处理，向转向电机控制和驱动电路发出转动速度、方向、力的大小信号，驱动电机动作，实现转向。

在汽车底盘前轴上安装了一个扭矩传感器，用于测量转向电机带动前轴转向所产生的扭矩大小，在汽车前轮安装了一个用于测量车轮转向角度的角度传感器。ECU采集这两个信号可以知道汽车的转向方位和状态。并用这两个信号与方向盘上的角度信号、扭矩信号进行比较，逐步调整转向电机的转向速度、逐步调整车身与方向盘之间的角度差。逐步调整力反馈电机的回正力的大小。

转向电机与汽车底盘前轴通过齿轮齿条传动方式把电机的转动力传给前轴及两个前车轮。

请参阅图1-2，方向盘扭矩传感器200、方向盘角度传感器300、用于给驾驶员反馈相应的“路感”的回正电机600设置在转向盘上，方向盘角度传感器300设置在转向盘上，前轴角度传感器400、前轮扭矩传感器500分别装置在前轴、前轮位置。上述传感器与核心控制单元800有通信联接，并将采集到的机械信号转变为电信号送给控制单元800。转向电机700与控制单元800有通信联接，受来自控制单元800的信号的控制，通过与之相连的齿轮齿条等机械传动装置将转向力传给前轴及其前轮。

控制单元800的功能是实现对系统的综合控制，系统中主要有电源部分10，它有两部分，一部分是12V功率电源，为两个电机供电；另一部分为弱电部分，主要有5V、3.3V，为传感器、DSP等IC及其电路供电。CAN为总线收发器20，它与核心控制单元30、冗余容错电路60相连，使得系统能与车身网络进行通讯，把一些监控信号和故障代码送出，并从车身网络接收车速、轮速等信号。传感器50及其信号采集单元，它将采集到的前轴的扭矩信号、前轮角度信号以及方向盘角度和扭矩信号转换成电信号，采集并送到核心控制单元30，例如DSP56F805芯片，该核心控制单元30将总线收发器20接收到的车速、轮速信号，传感器50及其信号采集单元采集转换的各种传感器信号进行计算、综合判断和处理后，把控制信号送到转向电机控制和驱动电路40，控制不同的MOSFET按照一定的顺序导通，由相应的PWM(6路)控制波形去控制和驱动70转向三相直流无刷电机运转，控制电机的转动带动齿轮齿条转向装置转向，其中40使用了预驱动芯片，配有过流过压等保护电路。安装在驱动70上的霍尔传感器采集电机的转向角度信号，送入到核心控制单元30来控制电机平稳转动。核心控制单元30同时将上下两个角度传感器的角度、上下两个扭矩传感器的扭矩进行比较和计算，产生相对应的力反馈信号，送到回正电机及其控制和驱动电路80，由回正电机产生一定的阻力，来模拟驾车的“路感”。自诊断电路90，实时监测系统各部分的工作情况。当系统有故障出现时，将相应的故障代码由核心控制单元30或电路60发给总线收发器20，再由总线收发器20传送给汽车上相应的ECU。电路60为冗余容错电路，它是核心控制单元30的备用电路，当核心控制单元30出现异常现象时，电路60立即启动替代核心控制单元30工作，以确保整个系统正常运行，可靠工作，这部分电路是为提高系统稳定性、可靠性而设计的。自诊断电路90，自保护电路100，当自诊断电路90监测到其它电路有问题时(如MOSFET上下桥臂导通、短路，电机过流、过温、过压、欠压等)自保护电路发出报警声音、让PWM控制电机使其输出力矩为零、让部分部件和模块处于长时间的复位状态、同时切断电机驱动电路的主电源等，以此来确保系统的安全。上述部分的工作过程是：汽车在转向过程中系统中的四个传感器，底盘前轴的扭矩产感器、前轮的角度传感器，方向盘的角度传感器和扭矩传感器的信号经过信号采集单元采集出来，转变为电信号送到核心控制单元30的DSP芯片及其外围配置电路中，经过运算处理后得到对转向电机和回正电机的控制信号，并分别发送到转向电机控制和驱动电路40、发送到系统回正电机及其控制和驱动电路80，从而实现对汽车的实时转向控制，通过回正产生相应的“路感”。

在本系统中为了提高系统的可靠性和安全性，在转向驱动电路上设计了自诊断电路和自保护电路，使得在紧急情况下能自诊断和自护，不至于使车辆失控。本实用新型与现有技术相比安全性、可靠性大为提高，驾驶的稳定性、平顺性以及驾驶员操纵的路感也有较大的改善。

Claims

1.一种线传转向控制系统，其特征在于：包括：采集各种车况信号的传感器、控制转向轴的转向电机、对各种车况信号加以处理并对转向电机发送控制信号的控制单元，该控制单元与各传感器、转向电机之间有通信联接，该转向电机与转向轴连接。

2.根据权利要求1所述的线传转向控制系统，其特征在于：还包括控制方向盘回正的电机，该电机与该控制单元之间有通信联接。

3.根据权利要求1所述的线传转向控制系统，其特征在于：包括：所述的传感器包括方向盘扭矩传感器、方向盘角度传感器、转向电机、前轴扭矩传感器、前轴角度传感器；

该方向盘扭矩传感器、方向盘角度传感器分别可设置于车辆上可采集方向盘扭矩、方向盘角度信号的位置，该前轴扭矩传感器可分别设置于车辆上可采集前轴扭矩、前轮角度信号的位置，该转向电机与转向轴通过转向电机的传动机构连接。

4.根据权利要求3所述的线传转向控制系统，其特征在于：该转向电机与转向轴之间的传动机构是齿轮齿条。

5.根据权利要求1所述的线传转向控制系统，其特征在于：还包括一个CAN总线收发器。

6.根据权利要求1所述的线传转向控制系统，其特征在于：还包括一个冗余容错电路。

7.根据权利要求1至6中任一所述的线传转向控制系统，其特征在于：还包括一个自诊断电路和一个自保护电路。