RU2223883C2

RU2223883C2 - Method of decreasing energy spent by driver in process of steering of automobile

Info

Publication number: RU2223883C2
Application number: RU2000103330/11A
Authority: RU
Inventors: С.Е. Оленев
Original assignee: Оленев Сергей Евгеньевич
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2004-02-20

Abstract

FIELD: automotive industry; manual steering systems. SUBSTANCE: energy from auxiliary source decreasing muscular spent by driver at steering is transmitted to steering mechanism shaft in pulses between which driver feels by hands on steering wheel rim forces of reaction of roadbed onto steerable wheels. By changing time between said pulses and pulse length, delivery of energy from auxiliary source is regulated. EFFECT: improved safety of steering. 4 cl, 2 ex, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано в рулевом управлении транспортного средства. The invention relates to the field of automotive industry and can be used in the steering of a vehicle.

Известен способ уменьшения энергии, затрачиваемой водителем в процессе управления транспортным средством, включающий в себя создание дополнительного усилия на рулевом колесе в процессе управления транспортным средством [1]. A known method of reducing the energy spent by the driver in the process of driving a vehicle, which includes creating additional effort on the steering wheel in the process of driving a vehicle [1].

Недостатком этого способа являются большие весогабаритные характеристики средств, с помощью которых реализуется способ, а также присутствие дополнительного момента на рулевом приводе в течение всего времени управления. The disadvantage of this method is the large weight and size characteristics of the means by which the method is implemented, as well as the presence of additional torque on the steering drive during the entire control time.

Прототипом является способ уменьшения энергии, затрачиваемой водителем в процессе управления транспортным средством, включающий в себя создание дополнительного усилия па рулевом колесе путем воздействия на рулевой вал дополнительным моментом, создаваемым электродвигателем [2]. The prototype is a way to reduce the energy spent by the driver in the process of driving, including the creation of additional effort on the steering wheel by acting on the steering shaft with an additional moment created by the electric motor [2].

Недостатком данного способа является постоянное наличие дополнительного момента на рулевом валу в процессе управления транспортным средством. Постоянное наличие дополнительного момента приводит к тому, что водитель не чувствует изменения сил реакции дорожного полотна на управляемые колеса, т.е. теряет чувствительность при управлении, если это оставить не замеченным может возникнуть опасное развитие аварийной ситуации, приводящее к дорожно-транспортному происшествию. Например, не замеченное при прямолинейном движении падение давления в колесе может вызвать занос и опрокидывание автомобиля на повороте. The disadvantage of this method is the constant presence of additional torque on the steering shaft in the process of driving. The constant presence of an additional moment leads to the fact that the driver does not feel a change in the reaction forces of the roadway to the steered wheels, i.e. loses sensitivity during control, if this is left unnoticed, a dangerous development of an emergency may occur, leading to a traffic accident. For example, a pressure drop in a wheel that is not noticed during straight-line motion can cause a car to skid and topple over a corner.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, повышение безопасности управления транспортным средством путем предоставления водителю возможности чувствовать силы реакции дорожного полотна на управляемые колеса транспортного средства, а также снижение весогабаритных характеристик средств при реализации способа за счет того, что радиотехнические элементы, например, могут передавать в импульсном режиме большую энергию. The aim of the invention is to remedy these disadvantages, namely, increasing the safety of driving a vehicle by allowing the driver to feel the reaction forces of the roadway to the steered wheels of the vehicle, as well as reducing the weight and size characteristics of the means when implementing the method due to the fact that the radio elements, for example, can transmit pulsed high energy.

Эта цель достигается тем, что в способе уменьшения энергии, затрачиваемой водителем в процессе управления транспортным средством, включающим передачу энергии от вспомогательного источника к звену кинематической цепи, связывающей рулевое колесо с управляемыми колесами, энергию передают импульсами, изменяют период между импульсами прямо пропорционально скорости движения транспортного средства, а также изменяют длительность импульса обратно пропорционально скорости движения транспортного средства и частоте вращения рулевого колеса. This goal is achieved by the fact that in the method of reducing the energy spent by the driver in the process of driving a vehicle, including transferring energy from an auxiliary source to a link in the kinematic chain connecting the steering wheel to the steered wheels, the energy is transmitted by pulses, the period between pulses is changed in direct proportion to the speed of the vehicle means, and also change the duration of the pulse inversely with the speed of the vehicle and the speed of the steering wheel.

Способ по изобретению обладает следующими преимуществами. В период между действием импульсов, поступающих от вспомогательного источника энергии и облегчающих управление транспортным средством, водитель ощущает на рулевом колесе действие сил реакции дорожного полотна на управляемые колеса, что дает ему возможность чувствовать какие-либо отклонения этих сил и заблаговременно выявлять неблагоприятные ситуации. The method according to the invention has the following advantages. In the period between the action of pulses from an auxiliary energy source and facilitating the control of the vehicle, the driver feels on the steering wheel the reaction forces of the roadway to the steered wheels, which makes it possible to feel any deviations of these forces and to identify unfavorable situations in advance.

Известно, что энергия, затрачиваемая водителем при вращении колес на месте и при движении транспортного средства, различна. Поэтому изменение длительности периода между следованием указанных импульсов прямо пропорционально скорости движения транспортного средства, регулирует количество необходимой энергии, поступаемой от вспомогательного источника, что, в конечном счете, экономит энергию этого источника и снижает его энергоемкость. Регулировать количество необходимой энергии можно также путем изменения длительности импульса. It is known that the energy spent by the driver when the wheels rotate in place and when the vehicle is moving is different. Therefore, the change in the length of the period between the following pulses is directly proportional to the vehicle speed, regulates the amount of necessary energy received from the auxiliary source, which ultimately saves the energy of this source and reduces its energy intensity. You can also adjust the amount of energy needed by changing the pulse duration.

Частота вращения вала рулевого колеса при вращении колес на месте, в случае необходимости, может быть увеличена или путем увеличения мускульной силы водителя, или за счет увеличения энергии, передаваемой на рулевое управление от вспомогательного источника. Поэтому, повышая количество энергии, передаваемой на рулевое управление от вспомогательного источника, можно обеспечить потенциальную возможность водителю вращать рулевое колесо быстрее, затрачивая при этом меньшее количество мускульной энергии. The speed of the steering wheel shaft when the wheels rotate in place, if necessary, can be increased either by increasing the muscular strength of the driver, or by increasing the energy transmitted to the steering from an auxiliary source. Therefore, by increasing the amount of energy transmitted to the steering from an auxiliary source, it is possible to provide the driver with the potential to rotate the steering wheel faster while consuming less muscular energy.

Пример 1
На стенде производят испытание предлагаемого способа путем проверки обеспечения возможности ощущать водителю на рулевом колесе действие сил реакции вращающихся барабанов на управляемые колеса в период между действием импульсов, поступающих от вспомогательного источника энергии. Положение управляемых колес на стенде устанавливают соответствующим прямолинейному движению автомобиля, а частоту их вращения изменяют эквивалентно скорости движения автомобиля от 40 до 90 км/ч с дискретностью 10 км/ч. После того как частота вращения колес станет равной заданному значению, уменьшают давление в одном из управляемых колес и посредством осязания ощущают рукой вибрацию обода рулевого колеса.Example 1
A test of the proposed method is carried out at the stand by checking to ensure that the driver on the steering wheel can feel the reaction forces of the rotating drums on the steered wheels in the period between the action of pulses from an auxiliary energy source. The position of the steered wheels on the stand is set corresponding to the rectilinear movement of the car, and their frequency of rotation is changed equivalent to the speed of the car from 40 to 90 km / h with a resolution of 10 km / h. After the frequency of rotation of the wheels becomes equal to the set value, the pressure in one of the steered wheels is reduced and, by touch, they feel the vibration of the steering wheel rim by hand.

Пример 2
Создают на рулевом колесе момент сопротивления вращению, равный 30 Нм, поворачивают рулевое колесо с частотой в диапазонах 0,1-0,3, 0,4-0,6, 0,7-0,9 и 1-1,2 об/мин. Измеряют с помощью динамометра усилие, прикладываемое к рулевому колесу в каждом диапазоне.Example 2
Create a moment of resistance to rotation equal to 30 Nm on the steering wheel, turn the steering wheel with a frequency in the ranges of 0.1-0.3, 0.4-0.6, 0.7-0.9 and 1-1.2 rev / min Using a dynamometer, measure the force applied to the steering wheel in each range.

Испытания показали удовлетворительное ощущение водителем на рулевом колесе изменений сил реакции вращающихся барабанов на управляемые колеса во всем диапазоне изменения частоты вращения барабанов. Величина усилия, прикладываемого к рулевому колесу, изменялась соответственно по диапазонам - 5, 10, 15 и 25 Нм. Tests have shown a satisfactory feeling by the driver on the steering wheel of changes in the reaction forces of the rotating drums to the steered wheels in the entire range of changes in the frequency of rotation of the drums. The magnitude of the force exerted on the steering wheel varied accordingly in the ranges of 5, 10, 15 and 25 Nm.

Изобретение поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

На чертеже изображено устройство магнитоэлектрического усилителя руля автомобиля. The drawing shows a device magnetoelectric power steering car.

Устройство магнитоэлектрического усилителя руля автомобиля содержит магнитную систему 1, катушку 2, держатель 3, корпус 4 с крышкой 5, подшипник 6, ось 7, втулку 8, шкив 9, ремень 10 и усилитель 11 электрического сигнала. The magnetoelectric power steering device of a car comprises a magnetic system 1, a coil 2, a holder 3, a housing 4 with a cover 5, a bearing 6, an axis 7, a sleeve 8, a pulley 9, a belt 10 and an electric signal amplifier 11.

В зазоре магнитной системы 1 находится катушка 2, неподвижно размещенная в держателе 3, который закреплен на корпусе 4. Катушка 3 состоит из двух обмоток: первой - обмотки освобождения и второй - обмотки импульса, намотанных бифилярно. В корпусе 4 и крышке 5 установлены подшипники 6, связанные между собой осью 7 с неподвижно закрепленными на ней втулкой 8 и шкивом 9, в пазу которого размещен ремень 10, кинематически соединяющий шкив с валом рулевого колеса. На втулке 8, являющейся частью магнитопровода, неподвижно закреплена магнитная система. Первая и вторая обмотки катушки 2 соответственно подключены к входу и выходу усилителя 11, выполненного на транзисторе, который играет роль ключа. Обмотка импульса является коллекторной нагрузкой транзистора 11 и подключена к аккумулятору автомобиля, который играет роль вспомогательного источника энергии. In the gap of the magnetic system 1 is a coil 2, fixedly placed in the holder 3, which is mounted on the housing 4. The coil 3 consists of two windings: the first - release windings and the second - pulse windings, wound bifilar. Bearings 6 are mounted in the housing 4 and the cover 5, interconnected by an axis 7 with a sleeve 8 fixed thereon and a pulley 9, in the groove of which is a belt 10 kinematically connecting the pulley to the steering wheel shaft. On the sleeve 8, which is part of the magnetic circuit, the magnetic system is fixedly mounted. The first and second windings of the coil 2 are respectively connected to the input and output of the amplifier 11, made on a transistor, which plays the role of a key. The pulse winding is the collector load of the transistor 11 and is connected to the battery of the car, which plays the role of an auxiliary energy source.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Рулевым колесом поворачивают управляемые колеса автомобиля и одновременно через ремень 10 вращают шкив 9, ось 7 н втулку 8 с магнитной системой 1. При прохождении магнитов последней над катушкой 2 в обмотке освобождения наводится ЭДС, при этом прохождение магнитами первой половины (угла α) угловой ширины катушки вызывает в катушке ЭДС одного знака, а прохождение второй ее половины - другого. Наведенной при прохождении магнитами второй половины катушки ЭДС открывают транзистор 11 и в результате этого получают в обмотке импульса скачок тока, длительность которого равна времени прохождения магнитами угла α. Ток импульса создает в катушке магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем магнитов. В результате этого получают силу, отталкивающую магниты от катушки в направлении движения магнитной системы, и создают тем самым момент вращения на оси 7. Этот момент через шкив 9 и ремень 10 передают на вал рулевого колеса, в результате чего облегчают поворот рулевого колеса с помощью мускульной силы. Продолжают вращать рулевое колесо, вследствие чего происходит удаление магнитов от катушки 2, что приводит к уменьшению указанной силы и снижению момента вращения, и, следовательно, к возрастанию мускульного усилия на рулевом колесе. В этот момент посредством осязания ощущают рукой на ободе рулевого колеса действие сил реакции дорожного полотна на управляемые колеса. После прохождения магнитами угла β описанный процесс повторяется. Продолжают поворот рулевого колеса до тех пор, пока в этом отпадет необходимость. The steering wheels of the car are rotated by the steering wheel and simultaneously, the pulley 9 is rotated through the belt 10, the axle 7 and the sleeve 8 with the magnetic system 1. When the magnets pass over the coil 2 in the release winding, an EMF is induced, while the magnets pass through the first half (angle α) of the angular width the coil induces in the coil the emf of one sign, and the passage of its second half - of the other. Induced during the passage of the magnets of the second half of the EMF coil, the transistor 11 is opened and as a result a current jump is obtained in the pulse winding, the duration of which is equal to the time that the magnets pass through the angle α. The pulse current creates a magnetic field in the coil, which interacts with the magnetic field of the magnets. As a result of this, a force is received that repels the magnets from the coil in the direction of movement of the magnetic system, and thereby creates a moment of rotation on the axis 7. This moment is transmitted through the pulley 9 and belt 10 to the steering wheel shaft, thereby facilitating the rotation of the steering wheel with the help of a muscular strength. The steering wheel continues to rotate, as a result of which the magnets are removed from the coil 2, which leads to a decrease in the indicated force and a decrease in the torque, and, consequently, to an increase in muscular effort on the steering wheel. At this moment, through touch, the hand reacts on the steering wheel rim with the reaction forces of the roadway to the steered wheels. After the magnets pass through the angle β, the described process is repeated. Continue turning the steering wheel until this is no longer necessary.

Внедрение изобретения позволит повысить безопасность управления транспортным средством и уменьшить весогабаритные характеристики усилителя руля, что даст экономический эффект в народном хозяйстве. The implementation of the invention will improve the safety of driving and reduce the weight and size characteristics of the power steering, which will give an economic effect in the national economy.

Источники информации
1. Вишняков Н. Н., Вахламов В.К., Нарбут A.Н. и др. Автомобиль: Основы конструкции. М.: Машиностроение, 1986.Sources of information
1. Vishnyakov N.N., Vakhlamov V.K., Narbut A.N. et al. Automobile: Design Basics. M .: Engineering, 1986.

2. Патент США 5327986, МКИ B 62 D 5/04, 1994. 2. US patent 5327986, MKI B 62 D 5/04, 1994.

Claims

1. A method of reducing the energy spent by the driver in the process of driving a vehicle, comprising transmitting energy by pulses from an auxiliary source through an amplifier to a link of the kinematic chain connecting the steering wheel to the steered wheels, characterized in that in the period between pulses the force of the amplifier is affected by the kinematic link chains and through touch feel on the steering wheel rim the action of the reaction forces of the roadway on the steered wheels.

2. The method according to claim 1, characterized in that the period between the pulses is changed in direct proportion to the speed of the vehicle.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the pulse duration is changed inversely with the speed of the vehicle.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the pulse duration is changed inversely with the frequency of rotation of the steering wheel.