CN2823083Y - 一种汽车线传转向控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车线传转向控制装置，包括方向盘系统、前轮转向系统和控制器，所述方向盘系统包括方向盘和回正电机，控制器接收方向盘系统传来的检测信号，以控制前轮转向系统，回正电机设置在方向盘和控制器之间，所述前轮转向系统包括车轮扭矩传感器和车轮角度传感器，车轮扭矩传感器和车轮角度传感器分别测量作用在车轮上的扭矩和车轮转向角度，并将信号发送给控制器，控制器驱动并控制回正电机提供反馈力矩到方向盘上。本实用新型的优点在于：能准确反映路面状况和获得准确的“路感”，并且能使方向盘自动回正。

Description

一种汽车线传转向控制装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种汽车控制装置，特别涉及一种汽车线传转向控制装置。

【背景技术】

现有的汽车转向控制装置主要由转向操纵机构(方向盘)、转向器、转向传动机构三大部分组成，其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构。汽车转向控制装置设有转向柱，转向柱牢固支承转向盘，转向柱本体安装在车身上。转向轴传递转向盘的操作，其由轴承和衬套支承。转向轴与转向器齿轮箱之间采用连轴节相连(即两个万向节)，之所以用连轴节，除了可以改变转向轴的方向，还有就是使得转向轴可以作纵向的伸缩运动，以配合转向柱的缓冲运动。现有的汽车转向控制装置采用机械连接的方式实现动力的传递，其结构复杂，并且不能将路况信息准确地反映给驾驶员。

中国专利申请第02815973.X，公开日为2004年11月3日，其揭示一种用于线传转向的转向单元，转向单元包括用于检测方向盘角度位置的角度检测装置、与角度检测装置相连且可与车轮位置传感器相连的处理装置，车轮位置传感器输出表示车辆转向轮位置的信号。处理装置与被机械连接到转向轮上的致动装置相连，处理装置根据方向盘的角度位置而驱动所述致动装置。转向单元还包括用于向方向盘提供摩擦力的摩擦装置，摩擦装置与处理装置相连，处理装置根据车轮位置传感器输出信号而驱动摩擦装置。但该种方式的转向单元的方向盘并没有得到控制器的回馈，不能解决在驾驶过程中，由于感觉到路况的变化而使方向盘回正的问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种汽车线传转向控制装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案包括一种汽车线传转向控制装置，包括方向盘系统、前轮转向系统和控制器，所述方向盘系统包括方向盘和回正电机，控制器接收方向盘系统传来的检测信号，以控制前轮转向系统，回正电机设置在方向盘和控制器之间，所述前轮转向系统包括车轮扭矩传感器和车轮角度传感器，车轮扭矩传感器和车轮角度传感器分别测量作用在车轮上的扭矩和车轮转向角度，并将信号发送给控制器，控制器驱动并控制回正电机提供反馈力矩到方向盘上。

采用上述技术方案，结合下面将要详述的实施例，本实用新型有益的技术效果在于：本实用新型的汽车线传转向控制装置包括车轮扭矩传感器和车轮角度传感，感应施加于车轮的矩传和车轮转动的角度，以反映当前的路况，使驾驶员得到好的“路感”，汽车线传转向控制装置还包括回正电机，其受控制器控制，实现方向盘的自动回正。

本实用新型还包括如下改进：

所述车轮扭矩传感器和车轮角度传感器置于汽车悬架上，该种方式安装简单，便于拆卸，同时车轮扭矩传感器和车轮角度传感器不易损坏。

所述方向盘系统还包括方向盘扭矩传感器和方向盘角度传感器，方向盘扭矩传感器和方向盘角度传感器分别检测方向盘的转动扭矩和转动角度，并将信号发送至控制器，所述前轮转向系统包括转向装置和车轮，转向装置接收控制器的信号驱动车轮，该种方式去掉方向盘和转向杆之间的万向节等机械装置，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，不仅使得安装空间被大大减小，安装方便，同时在控制方面采用了先进的算法，解决了传统机械机构存在的转向灵敏度差、操作不便等问题。

所述控制器内设有方向盘和车轮的中位位置信号，其分别与方向盘角度传感器测得的方向盘信号、车轮角度传感器测得的车轮信号比较，驱动和控制回正电机和转向装置回到中位，该种方式能有效地控制方向盘，使方向盘自动回正。

所述转向装置内设有三个位置间隔120度分布的霍尔传感器，侦测转向装置的位置和相位，以准确地检测转向装置，使控制器容易地控制转向装置驱动车轮转动。

所述转向装置是无刷直流电机，其性能可靠，容易控制。

所述控制器包括整形隔离电路、数字信号处理芯片、反相驱动电路、滤波放大电路、电流传感器和至少一开关管，所述整形隔离电路与霍尔传感器相连，数字信号处理芯片的捕获口与整形隔离电路相连，数字信号处理芯片通过PWM引脚接反相驱动电路到开关管，电流传感器一端接地，另一端与滤波放大电路相连，滤波放大电路连接在开关管与数字信号处理芯片之间，其电路简单，易于实现。

所述控制器还包括隔离电路，隔离电路设置在反相驱动电路和数字信号处理芯片的PWM引脚之间，其隔离数字信号处理芯片输出的杂信，以准确控制反相驱动电路

所述开关管的数目为六个，以方便对电流传感器进行采样。

所述电流传感器是电阻，其一端接地，另一端与滤波放大电路相连，其电路简单，便于实现。

【附图说明】

图1是本实用新型的汽车线传转向控制装置的示意图。

图2是本实用新型的汽车线传转向控制装置的控制器对转向装置的控制和驱动原理图。

图3是本实用新型的汽车线传转向控制装置的电阻上的电压波形图。

图4本实用新型的汽车线传转向控制装置的转向装置的调速控制框图。

【具体实施方式】

图1是本实用新型的汽车线传转向控制装置的示意图。本实用新型的汽车线传转向装置包括三部分：方向盘系统1、前轮转向系统2和控制器3。方向盘系统1包括用于检测方向盘11的方向盘扭距传感器12和方向盘角度传感器13，以及与控制器3相连并由其进行控制的回正电机14。回正电机14用于使方向盘11产生回正力，为驾驶员提供“路感”，其用来取代方向盘和转向杆之间的万向节等机械装置。前轮转向系统2包括转向装置21、置于悬架27上的车轮扭距传感器22和车轮角度传感器23和由转向装置21驱动的车轮24。转向装置21可以是转向电机，转向电机可以是无刷直流电机。控制器3接收来自方向盘扭距传感器12、方向盘角度传感器13、车轮扭距传感器22和车轮角度传感器23以及通过CAN总线收发电路发送到控制器3的车速信号和由置于转向装置21的霍尔传感器得到的霍尔信号。控制器3对接收到的信号进行优化处理后控制回正电机14输出力矩到方向盘11上。控制器3的信号输入和输出部分如下所示：信号输入部分包括：方向盘11转角信号、方向盘11转矩信号、车轮24转角信号、车轮24扭距信号、车速信号和霍尔信号；信号输出部分包括：转向装置21驱动信号、回正电机14驱动信号。

方向盘系统1的工作原理为：驾驶员转动方向盘11后，置于其下的方向盘扭距传感器12和方向盘角度传感器13把测得的方向盘11的信号发送到控制器3，控制器3对接收的信号优化处理后驱动和控制转向装置21控制车轮24动作，而此时不同的路面状况作用到车轮上，由置于悬架27上的车轮扭距传感器22和车轮角度传感器23检测作用在前轮上所产生的扭距大小和车轮24转向角度，车轮扭距传感器22和车轮角度传感器23将检测到的信号发送到控制器3，控制器对上述两个信号进行分析可以知道汽车的转向方位和状态，并且可以间接得到路面状况。控制器3根据传函计算后得出对回正电机14的控制信号，驱动并控制回正电机14提供反馈力矩到方向盘11上，为驾驶员提供所感受到实时的“路感”。

控制器3系统可以采用闭环反馈控制算法实现系统的自然回正问题，其工作过程为：在驾驶员的手离开方向盘11后，方向盘扭距传感器12把检测到的方向盘11的信号发送到控制器3，控制器3系统按照预定算法进行分析和处理后驱动和控制回正电机14和转向装置21向相反方向慢慢动作，这可以避免打过头的情况；同时方向盘扭距传感器12、方向盘角度传感器13、车轮扭距传感器22和车轮角度传感器23将实时测得的信号送入控制器3，控制器3将设置在其内的方向盘11和车轮24的中位位置预置信号与由方向盘扭距传感器12、方向盘角度传感器13、车轮扭距传感器22和车轮角度传感器23实时测得的反馈量比较，得到偏差以继续驱动和控制回正电机14和转向装置21，直至方向盘11和车轮24回到中位。

图2是本实用新型的汽车线传转向控制装置的控制器对转向装置的控制和驱动原理图。如图2所示，转向装置21内设有三个位置间隔120度分布排列的霍尔传感器30。控制器3内部设有整形隔离电路32、DSP芯片(数字信号处理芯片)34、隔离电路36、反相驱动电路37、滤波放大电路38和六个开关管V1、V2、V3、V4、V5和V6。霍尔传感器30经整形隔离电路32后与DSP芯片34的捕获引脚相连，通过产生捕获中断来给出换相时刻和位置信息。位置信号可通过三个霍尔传感器30得到，其每一个霍尔传感器30都会产生180度脉宽的输出信号，而其输出信号为互差120度相位差，故共有6个上升和下降沿，也即对应6个换相时刻，在这里把DSP芯片34设置为双沿触发捕捉中断功能就可以得到这6个时刻，在DSP芯片34的捕获口CAPx检测该口的电平状态就可以知道由哪个霍尔传感器30产生捕获中断。转向装置21每次只有两相通电，其中一相正相通电，一相反相通电，形成一个回路，因此每次只需控制一个电流。用电阻R做为电流传感器将其安放在电源对地端实现电流反馈。电阻R的电流反馈输出经滤波放大电路38连接到DSP芯片34的ADC输入端，在每个PWM周期对电流进行采样来控制速度(PWM占空比)。然后DSP芯片34通过其PWM引脚连接隔离电路36和反相驱动电路37，反相驱动电路37连接到六个开关管V1、V2、V3、V4、V5和V6，实现定频PWM和换相控制。

图3所示为本实用新型的汽车线传转向控制装置的电阻上的电压波形图。图3描述了在电流检测过程中要如何在一个PWM周期内对电流进行采样。如果对开关管V1～V6采用单极性PWM控制，即两个对角的上桥臂开关管V1采用定频PWM控制，另一个开关管V4为常开，在PWM周期的“关”期间，电流经过开关管V4和开关管V1的续流二极管形成续流回路，并不经过电流检测电阻R，所以在电流检测电阻R上没有压降，其无法采样；同样如果对开关管V1和V4采用双极性PWM控制，即两个对角开关管V1和V4都采用相同的定频PWM控制，在PWM周期的“关”期间，电流经过同一桥臂的另两个开关管V2、V3的续流二极管到电源形成续流回路，在电阻R上有反相电流流过而产生负压降，所以在PWM周期的“关”期间无法采样。另外从图可以看出在PWM周期的“开”的期间，电流上升并不稳定，不易采样，故电流采样时刻应该选在PWM周期的“开”期间的中部。

图4所示为本实用新型的汽车线传转向控制装置的转向装置的调速控制框图。转向装置21采用无刷直流电机，无刷直流电机采用数字双闭环进行控制。经无刷直流电机的霍尔传感器30检测到的无刷直流电机的位置信号进行速度计算后得到速度反馈量，该速度反馈量与给定速度形成偏差，经速度调节后产生电流参考量。在电流检测中对每一个PWM周期中的采样电流计算后可以得到电流反馈量，其与上述电流参考量比较后的偏差经电流调节后形成PWM占空比的控制量，从而来实现无刷直流电机的速度控制。这里电流的反馈是通过检测电阻R上的压降来得到，速度反馈是通过霍尔传感器30输出的位置信号进行计算后得到的。

Claims (10)

1、一种汽车线传转向控制装置，包括方向盘系统(1)、前轮转向系统(2)和控制器(3)，所述方向盘系统(1)包括方向盘(11)，控制器(3)接收方向盘系统(1)传来的检测信号，以控制前轮转向系统(2)，其特征在于：所述方向盘系统(1)还包括回正电机(14)，回正电机(14)设置在方向盘(11)和控制器(3)之间，所述前轮转向系统(2)还包括车轮扭矩传感器(22)和车轮角度传感器(23)，车轮扭矩传感器(22)和车轮角度传感器(23)分别测量作用在车轮(24)上的扭矩和车轮(24)转向角度，并将信号发送给控制器(3)，控制器(3)驱动并控制回正电机(14)提供反馈力矩到方向盘(11)上。

2、根据权利要求1所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述车轮扭矩传感器(22)和车轮角度传感器(23)置于汽车悬架(27)上。

3、根据权利要求1所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述方向盘系统(1)还包括方向盘扭矩传感器(12)和方向盘角度传感器(13)，方向盘扭矩传感器(12)和方向盘角度传感器(13)分别检测方向盘(11)的转动扭矩和转动角度，并将信号发送至控制器(3)，所述前轮转向系统(2)包括转向装置(21)和车轮(24)，转向装置(21)接收控制器(3)的信号驱动车轮(24)。

4、根据权利要求3所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述控制器(3)内设有方向盘(11)和车轮(24)的中位位置信号，其分别与方向盘角度传感器(13)测得的方向盘信号、车轮角度传感器(23)测得的车轮信号比较，驱动和控制回正电机(14)和转向装置(21)回到中位。

5、根据权利要求3所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述转向装置(21)内设有三个位置间隔120度分布的霍尔传感器(30)，侦测转向装置(21)的位置和相位。

6、根据权利要求3所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述转向装置(21)是无刷直流电机。

7、根据权利要求5所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述控制器(3)包括整形隔离电路(32)、数字信号处理芯片(34)、反相驱动电路(37)、滤波放大电路(38)、电流传感器和至少一开关管，所述整形隔离电路(32)与霍尔传感器(30)相连，数字信号处理芯(34)片的捕获口与整形隔离电路(32)相连，数字信号处理芯片(34)通过PWM引脚接反相驱动电路(37)到开关管，电流传感器一端接地，另一端与滤波放大电路(38)相连，滤波放大电路(38)连接在开关管与数字信号处理芯片(34)之间。

8、根据权利要求7所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述控制器(3)还包括隔离电路(36)，隔离电路(36)设置在反相驱动电路(37)和数字信号处理芯片(34)的PWM引脚之间。

9、根据权利要求7所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述开关管的数目为六个。

10、据权利要求7所述的汽车线传转向控制装置，其特征在于：所述电流传感器是电阻，其一端接地，另一端与滤波放大电路(38)相连。

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