CN107226130A - 电动助力转向系统及其转向实验模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电动助力转向系统及其转向实验模拟系统，包括固定在转向轴上的转向盘、并排设置的两个转向车轮，在两个转向轮之间的横桥上左右滑动连接有水平齿条，水平齿条的左右两端与两个转向轮的转向机构对应传动连接，包括扭矩传感器、旋转角度传感器、主助力机构、副助力机构和电子控制单元ECU；电动助力转向实验模拟系统，包括电动助力转向系统和转向阻力模拟装置，所述转向阻力模拟装置包括第三执行电机、信号处理器DSP，所述第三执行电机通过第三减速器传动连接有阻力齿轮，阻力齿轮与水平齿 条啮合连接，位移传感器和第三执行电机均与信号处理器DSP信号控制连接，位移传感器与第三执行电机形成闭环控制；控制较为稳定，大大提高驾驶的舒适度。
Description
技术领域
本发明属于汽车转向助力系统技术领域，特别涉及一种电动助力转向系统及其转向实验模拟系统，主要应用在重型车辆的转向助力，及对带有电动助力系统的重型车辆进行的转向实验模拟系统。
背景技术
电动助力转向系统（Electric Power Steering，缩写EPS）是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，电动助力转向系统主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元（ECU）等组成。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，扭矩传感器检测到转向盘的转向以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据扭矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等，向电动机控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指令，电动机不工作。其与传统的液压助力转向系统（HydraulicPower Steering，缩写HPS）相比，电动助力转向系统具有很多优点。电动助力转向系统只在转向时电动机才提供动力，因而能减少能量的消耗，转向助力的大小可以由编程调整，可以兼顾低速时转向轻便性和高速时操纵稳定性，也可以根据不同的行驶工况提供最佳的转向助力，减小了受路面不平度的影响而引起的对转向系统的干扰，提高了汽车的主动安全性。
然而现有的电动助力转向系统在辅助转向时不能够形成完全的闭环控制，出现控制不稳定的问题甚至出现辅助过度的问题而影响了驾驶感；另一方面在对电动助力转向系统进行改进、调试、安装等研究开发时，往往需要去实际路面驾驶，研发周期长、成本高，因此设计开发一种针对带有电动助力系统的重型车辆进行的转向模拟装置具有重大的科研价值和应用价值。
发明内容
本发明目的在于提供了一种电动助力转向系统及其转向实验模拟系统，解决了上述现有技术中存在的问题；为达到上述目的所采取的技术方案是：
电动助力转向系统，包括固定在转向轴上的转向盘、并排设置的两个转向车轮，在两个转向轮之间的横桥上左右滑动连接有水平齿条，水平齿条的左右两端与两个转向轮的转向机构对应传动连接，其特征在于，包括扭矩传感器、旋转角度传感器、主助力机构、副助力机构和电子控制单元ECU；
扭矩传感器，安装在转向轴上用于监测转向盘的旋转方向和扭矩；
旋转角度传感器，安装在转向轴上用于监测转向盘的旋转角度；
主助力机构，通过齿轮齿条啮合方式与水平齿条传动连接以控制水平齿条左右滑动；
副助力机构，通过连杆机构方式与水平齿条传动连接以控制水平齿条左右滑动；
所述扭矩传感器、旋转角度传感器、主助力机构、副助力机构均与电子控制单元ECU信号控制连接。
优选的，所述主助力机构包括位移传感器和第一执行电机，所述位移传感器用于监测水平齿条的运动位置，第一执行电机通过第一减速器传动连接有动齿轮，动齿轮与水平齿条啮合连接；位移传感器和第一执行电机均与电子控制单元ECU信号控制连接，位移传感器与第一执行电机形成闭环控制。
优选的，所述副助力机构包括第二执行电机，第二执行电机通过第二减速器传动连接有连杆机构，连杆机构与水平齿条传动连接，在第二执行电机与第二减速器之间设有电磁离合器，电磁离合器和第二执行电机均与电子控制单元ECU信号控制连接，电子控制单元ECU获取的车速信号与第二执行电机形成闭环控制。
电动助力转向实验模拟系统，包括如权利要求3所述的电动助力转向系统和转向阻力模拟装置，所述转向阻力模拟装置包括第三执行电机、信号处理器DSP，所述第三执行电机通过第三减速器传动连接有阻力齿轮，阻力齿轮与水平齿 条啮合连接，位移传感器和第三执行电机均与信号处理器DSP信号控制连接，位移传感器与第三执行电机形成闭环控制。
优选的，所述信号处理器DSP信号控制连接有工业计算机，工业计算机信号控制连接有六自由度运动模拟器，所述六自由度运动模拟器将模拟车速信号传输给电子控制单元ECU，驾驶员通过六自由度运动模拟器控制转向盘而对转向阻力模拟装置形成闭环控制。
本发明所具有的有益效果为：本电动助力转向系统，通过主助力机构和副助力机构的配合作用在辅助转向时形成了闭环控制，控制较为稳定，大大提高驾驶的舒适度。
本电动助力转向实验模拟系统，通过转向阻力模拟装置实现了重型车辆横向运动、纵向运动、横摆运动、垂直运动、俯仰运动、侧倾运动等六个方向运动状态的模拟，并将各个运动模拟状态通过阻力齿轮与水平齿条啮合作用实现转向车轮的转向模拟，实现了对电动助力转向系统进行改进、调试、安装等研究开发时提供各个运动状态的模拟，缩短了重型车辆的电动助力系统的研究开发周期，降低了成本，提供高了效率。
附图说明
图1为电动助力转向系统结构示意图；
图2为电动助力转向实验模拟系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1所示，电动助力转向系统，包括固定在转向轴4上的转向盘1、并排设置的两个转向车轮7，在两个转向轮7之间的横桥上左右滑动连接有水平齿条9，水平齿条9的左右两端与两个转向轮7的转向机构对应传动连接，还包括扭矩传感器2、旋转角度传感器3、主助力机构6、副助力机构5和电子控制单元ECU；其中，
扭矩传感器2，安装在转向轴4上用于监测转向盘1的旋转方向和扭矩；
旋转角度传感器3，安装在转向轴4上用于监测转向盘1的旋转角度（即转向盘1的位置）；
主助力机构6（虚线框为了标注方便没有实际结构含义，下同），通过齿轮齿条啮合方式与水平齿条9传动连接以控制水平齿条9左右滑动来控制转向轮7的转动；
副助力机构5，通过连杆机构8方式与水平齿条9传动连接以控制水平齿条9左右滑动来控制转向轮7的转动；
所述扭矩传感器2、旋转角度传感器3、主助力机构6、副助力机构5均与电子控制单元ECU信号控制连接。
所述主助力机构6包括位移传感器和第一执行电机，所述位移传感器用于监测水平齿条9的运动位置（即转向轮7的位置），第一执行电机通过第一减速器传动连接有动齿轮10，动齿轮10与水平齿条9啮合连接；位移传感器和第一执行电机均与电子控制单元ECU信号控制连接，位移传感器与第一执行电机形成闭环控制。
所述副助力机构5包括第二执行电机，第二执行电机通过第二减速器传动连接有连杆机构8，连杆机构8与水平齿条9传动连接，在第二执行电机与第二减速器之间设有电磁离合器，电磁离合器和第二执行电机均与电子控制单元ECU信号控制连接，电子控制单元ECU获取的车速信号与第二执行电机形成闭环控制。
本电动助力转向系统，在重型车辆的运动过程中，电子控制单元ECU实时监测转向盘1的旋转方向、扭矩、旋转角度（转向盘1的位置）和车速，当转向盘1没有转动或者转动范围比较小在设置范围之内时，主助力机构6和副助力机构5不启动；当检测到转向盘1转动时，首先电子控制单元ECU根据获得的车速信号和转向轮7的位置，而调节车速不超过最高安全值以防侧翻；同时根据转向盘1的位置、旋转方向和扭矩计算出转向轮7所需的转向期望值，然后控制第一执行电机输出一定大小的、一定方向的转矩作为主辅助转向助力，以控制转向轮7转向到期望值位置，位移传感器监测到的转向轮7的位置信号传输给电子控制单元ECU进行信息反馈；最后电子控制单元ECU综合控制第二执行电机和电磁离合器自动地、适应性地输出一定大小的、一定方向的转矩辅助主辅助转向助力，从而完成转向助力，当转向结束需要回转时，电子控制单元ECU通过上述参数的获取通过主助力机构6和副助力机构5的反向动作完成转向回正助力，通过上述主助力机构6和副助力机构5的配合作用在辅助转向时形成了闭环控制，控制较为稳定，大大提高驾驶的舒适度。
如图2所示，电动助力转向实验模拟系统，是在上述的电动助力转向系统之上增加转向阻力模拟装置11而组成，所述转向阻力模拟装置11包括第三执行电机、信号处理器DSP和控制电路，所述第三执行电机通过第三减速器传动连接有阻力齿轮12，阻力齿轮12与水平齿条9啮合连接，位移传感器和第三执行电机均与信号处理器DSP控制电路信号控制连接，位移传感器与第三执行电机形成闭环控制。
所述信号处理器DSP信号控制连接有工业计算机，工业计算机信号控制连接有六自由度运动模拟器，所述六自由度运动模拟器将模拟车速信号传输给电子控制单元ECU，驾驶员通过六自由度运动模拟器控制转向盘而对转向阻力模拟装置形成闭环控制。
六自由度运动模拟器主要由视景显示系统、转向器、离合器制动、减速踏板等集成仪表盘、座椅、铰点、液压缸、基座组成的可为汽车当前状态提供可视化的图像描述，可以模拟驾驶员在真实路面上行驶时的各种驾驶状态，同时可以为电子控制单元ECU提供车速信号。该六自由度运动模拟器可以同时模拟驾驶员在真实路况下的横向运动、纵向运动、横摆运动、垂直运动、俯仰运动、侧倾运动等六个方向的运动，从而模拟驾驶员在真实路面下的感受，将各个运动状态的参数输送给工业计算机，工业计算机经过计算后通过信号处理器DSP和控制电路对第三执行电机进行控制，输出一定大小的、一定方向的转矩作为转向模拟阻力。
通过转向阻力模拟装置11实现了重型车辆横向运动、纵向运动、横摆运动、垂直运动、俯仰运动、侧倾运动等六个方向运动状态的模拟，并将各个运动模拟状态通过阻力齿轮12与水平齿条9啮合作用实现转向车轮7的转向模拟，实现了对电动助力转向系统进行改进、调试、安装等研究开发时提供各个运动状态的模拟，缩短了重型车辆的电动助力系统的研究开发周期，降低了成本，提供高了效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
Claims (5)
1.电动助力转向系统，包括固定在转向轴上的转向盘、并排设置的两个转向车轮，在两个转向轮之间的横桥上左右滑动连接有水平齿条，水平齿条的左右两端与两个转向轮的转向机构对应传动连接，其特征在于，包括扭矩传感器、旋转角度传感器、主助力机构、副助力机构和电子控制单元ECU；
扭矩传感器，安装在转向轴上用于监测转向盘的旋转方向和扭矩；
旋转角度传感器，安装在转向轴上用于监测转向盘的旋转角度；
主助力机构，通过齿轮齿条啮合方式与水平齿条传动连接以控制水平齿条左右滑动；
副助力机构，通过连杆机构方式与水平齿条传动连接以控制水平齿条左右滑动；
所述扭矩传感器、旋转角度传感器、主助力机构、副助力机构均与电子控制单元ECU信号控制连接。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述主助力机构包括位移传感器和第一执行电机，所述位移传感器用于监测水平齿条的运动位置，第一执行电机通过第一减速器传动连接有动齿轮，动齿轮与水平齿条啮合连接；位移传感器和第一执行电机均与电子控制单元ECU信号控制连接，位移传感器与第一执行电机形成闭环控制。
3.根据权利要求2所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述副助力机构包括第二执行电机，第二执行电机通过第二减速器传动连接有连杆机构，连杆机构与水平齿条传动连接，在第二执行电机与第二减速器之间设有电磁离合器，电磁离合器和第二执行电机均与电子控制单元ECU信号控制连接，电子控制单元ECU获取的车速信号与第二执行电机形成闭环控制。
4.电动助力转向实验模拟系统，其特征在于，包括如权利要求3所述的电动助力转向系统和转向阻力模拟装置，所述转向阻力模拟装置包括第三执行电机、信号处理器DSP，所述第三执行电机通过第三减速器传动连接有阻力齿轮，阻力齿轮与水平齿 条啮合连接，位移传感器和第三执行电机均与信号处理器DSP信号控制连接，位移传感器与第三执行电机形成闭环控制。
5.根据权利要求4所述的电动助力转向实验模拟系统，其特征在于，所述信号处理器DSP信号控制连接有工业计算机，工业计算机信号控制连接有六自由度运动模拟器，所述六自由度运动模拟器将模拟车速信号传输给电子控制单元ECU，驾驶员通过六自由度运动模拟器控制转向盘而对转向阻力模拟装置形成闭环控制。
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