專利名稱：基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高車輛穩(wěn)定性的裝置，特別是用于提高安裝電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向總成車輛高速行駛安全性的穩(wěn)定裝置。
背景技術(shù)：
一般汽車特別是液壓助力轉(zhuǎn)向汽車在高速時(shí)均會(huì)出現(xiàn)高速時(shí)轉(zhuǎn)向過于靈敏，方向盤發(fā)飄，易導(dǎo)致側(cè)滑、擺尾翻車等危險(xiǎn)的發(fā)生。這是由于輪胎對(duì)地面附著力基本不變或因輪胎溫度升高而有所下降的前提下，所需克服縱向阻力增加，使得可提供橫向分力不足輪胎發(fā)生不同程度的滑動(dòng)造成的。
現(xiàn)有的解決方案主要有三種一是采用電控液壓助力轉(zhuǎn)向，使在高速時(shí)，對(duì)方向盤的轉(zhuǎn)向助力的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。常見的電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用直流電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵，電動(dòng)機(jī)由蓄電池供電。控制器根據(jù)車速信號(hào)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制油泵的流量，達(dá)到變助力轉(zhuǎn)向的目的。但是電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有些難以克服的缺點(diǎn)，如存在滲油問題，零件增加，管路復(fù)雜，不便于安裝維修及檢測(cè)等。另外雖然引入車速調(diào)節(jié)助力，但是在原有液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上又增加了電子系統(tǒng)，使系統(tǒng)越加復(fù)雜，成本增加。
二是采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，在原機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了車速傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、電子控制器、電動(dòng)機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)車速與扭矩信號(hào)直接利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸提供助力轉(zhuǎn)矩。在高速行駛時(shí)，關(guān)閉電機(jī)對(duì)系統(tǒng)助力，用機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向。但此種方式是在高速僅利用原機(jī)械系統(tǒng)工作，本質(zhì)上并沒有提出改善高速穩(wěn)定性的措施。
另外一種是采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，在高速時(shí)，利用電機(jī)為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供阻尼，要求電機(jī)所提供的力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。但電機(jī)提供與轉(zhuǎn)向方向相反的力矩實(shí)現(xiàn)起來非常困難，并且對(duì)電機(jī)以及電器系統(tǒng)的壽命造成損害，直接影響到電機(jī)及控制電路的使用壽命，不經(jīng)濟(jì)也不可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置能夠克服現(xiàn)有產(chǎn)品中無法提高高速行駛過程中系統(tǒng)的穩(wěn)定性的缺陷，提高高速行駛的安全性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置在不改變電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件的情況下，可將電機(jī)轉(zhuǎn)子原有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將通過減速機(jī)構(gòu)放大添加到轉(zhuǎn)向柱上，這樣便于在高速行駛時(shí)增加駕駛員操控的穩(wěn)定性。
基于此，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置包括有轉(zhuǎn)向柱、離合器、電機(jī)及減速器，轉(zhuǎn)向柱位于方向盤的下部，控制車輛的方向，其下部連接有減速器，減速器還依次連接有離合器和電機(jī)，電機(jī)是起助力的作用，將其作用力傳遞到離合器，在高速行駛時(shí)，離合器將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量放大后等效加載在轉(zhuǎn)向柱上，增加阻尼以增加改變單位轉(zhuǎn)向角速度的的操控力矩，以增加方向盤的調(diào)節(jié)能力，起到提高車輛穩(wěn)定性的作用。
所述的基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，離合器是單片式電磁離合器，減速器是渦輪渦桿減速機(jī)構(gòu)，其安裝是電機(jī)上加裝單片式電磁離合器后再與蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)相連接，減速器的齒輪與轉(zhuǎn)向柱相連接。單片式電磁離合器的工作原理是電流經(jīng)過磁化線圈，主動(dòng)輪產(chǎn)生電磁吸力，壓盤吸到主動(dòng)輪上，然后電機(jī)的動(dòng)力經(jīng)主動(dòng)輪、壓盤及花鍵傳動(dòng)給從動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)助力作用。
電磁離合器的吸合或釋放由微控制器、I/O輸出控制驅(qū)動(dòng)電路來控制功率MOSFET的導(dǎo)通或截止來實(shí)現(xiàn)。蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)則用來增大電動(dòng)機(jī)傳遞的轉(zhuǎn)向助力矩。
所述的基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，其連接有車輛速度檢測(cè)電路，車輛速度檢測(cè)電路包括有微處理器和執(zhí)行電路，車輛移動(dòng)速度數(shù)據(jù)由微處理器從車輛的速度表采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、對(duì)比，如果得到的結(jié)果超過預(yù)先設(shè)定的車輛速度，則發(fā)送信號(hào)給執(zhí)行電路，由執(zhí)行電路向控制電路傳輸信號(hào)，吸合離合器，離合器與電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)連接。
本發(fā)明是在助力轉(zhuǎn)向電機(jī)的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)電磁離合器，在低速通過控制電磁離合器的電流的通斷保證助力的施加與撤銷的動(dòng)態(tài)特性。在高速行駛時(shí)，為增加駕駛員操控的穩(wěn)定性，吸合離合器，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)子原有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將通過減速機(jī)構(gòu)放大添加到轉(zhuǎn)向柱上。利用電機(jī)與離合器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來提供轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的阻尼作用，一定程度上降低轉(zhuǎn)向的靈敏度，衰減汽車高速轉(zhuǎn)向盤的抖動(dòng)，使系統(tǒng)的抗干擾能力加強(qiáng)，提高了汽車高速時(shí)操縱穩(wěn)定性。此發(fā)明充分發(fā)揮了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的優(yōu)勢(shì)，省去了液壓回路，而且在不必犧牲電機(jī)的壽命的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)車輛高速的穩(wěn)定轉(zhuǎn)向行駛。
本發(fā)明通過在轉(zhuǎn)向柱上施加額外的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方式，提高了方向盤的操控力矩，有效提高了駕駛的穩(wěn)定性，提高了駕駛的安全系數(shù)，并保證系統(tǒng)對(duì)電機(jī)以及電氣系統(tǒng)損害較小，便于工程化應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明實(shí)施的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施的電路圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施的速度檢測(cè)電路圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施的離合器控制電路圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施的電源電路圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施的軟件控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步說明。
圖1所示為本發(fā)明的機(jī)械裝配示意圖。它是在原有的轉(zhuǎn)向柱1上安裝助力電機(jī)2、離合器3以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4等。在助力電機(jī)2上加裝離合器3后與蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)4相連接，電機(jī)主動(dòng)軸經(jīng)離合器帶動(dòng)蝸桿從動(dòng)軸，蝸桿與蝸輪嚙合傳動(dòng)，蝸輪與轉(zhuǎn)向柱1相連接，從而將電機(jī)助力輸出到轉(zhuǎn)向柱1上。
圖2所示為本發(fā)明的原理方框圖。本發(fā)明包括由速度檢測(cè)、微控制器、離合器控制、電源系統(tǒng)組成的電子部分，以及由電機(jī)、離合器、減速機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向柱等組成的機(jī)械部分。速度檢測(cè)部分是檢測(cè)速度傳感器或儀表盤輸入的的速度信號(hào)，通過電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的微控制器判斷速度與預(yù)先設(shè)定的高速閾值進(jìn)行比較，判斷是否需要實(shí)施高速穩(wěn)定程序，當(dāng)需要運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的PWM信號(hào)，控制離合器電路導(dǎo)通，使電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通過減速裝置放大后施加于轉(zhuǎn)向柱上。
圖3所示為是本發(fā)明的速度檢測(cè)電路圖。車速信號(hào)檢測(cè)是用控制器的定時(shí)器輸入引腳檢測(cè)車速表傳送過來的脈沖信號(hào)來得到。脈沖信號(hào)經(jīng)過光電隔離后接入控制器引腳，利用控制器的內(nèi)部定時(shí)器計(jì)時(shí)一個(gè)周期內(nèi)高電平的時(shí)間，從而檢測(cè)出車速值。速度檢測(cè)由軟件來完成。
在其它的實(shí)施方式中，車輛速度的檢測(cè)還可以有外置的探測(cè)頭檢測(cè)，探測(cè)頭連接到車輛內(nèi)部的檢測(cè)電路，具體的檢測(cè)電路可采用與上述電路一樣的結(jié)構(gòu)，也可采用微處理器對(duì)探測(cè)頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理得到結(jié)果。
圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的離合器控制電路圖。離合器保證在一定車速范圍內(nèi)起作用。當(dāng)在高速行駛時(shí)，吸合離合器，電機(jī)H橋路關(guān)閉。由控制器I/O口輸出的信號(hào)，不能直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET來控制離合器的吸合，采用驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)功率MOSFET的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)還具有完善的保護(hù)功能。功率MOSFET的導(dǎo)通和截止來控制離合器的吸合與釋放。
如圖5所示是本發(fā)明的電源部分的一種實(shí)施方案。波動(dòng)的直流電VB+經(jīng)過F1(保險(xiǎn)絲)D1反向截止二極管的加到齊納二極管D2的兩端，后接共模濾波器L1、C1、C2電容，進(jìn)行交/低頻噪聲信號(hào)濾波，通過U1、C2、C3、R1、R2、R3組成10~16V轉(zhuǎn)5V的DC/DC轉(zhuǎn)換器，+端P2輸出到L3、C5、組成的噪聲濾波電路，然后再輸出到由L4、C6、C7組成的二次濾波電路。L3的輸出端與地之間并接D3齊納二極管后，以及C8電容濾波器。產(chǎn)生穩(wěn)定的VCC二次直流電平。U2、C9、C10、C11、C12、D4組成二次DC/DC轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生3.3VDD電源，供數(shù)字電路采用。U3、C13、C14、C15、C16、D5、L7、L8、C19組成二次DC/DC轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生3.3VAA電流，供模擬電路采用。
如圖6所示是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的軟件控制流程圖。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在一定低速范圍內(nèi)實(shí)行電機(jī)電流閉環(huán)控制，電機(jī)助力轉(zhuǎn)向；當(dāng)高速時(shí)，關(guān)閉電機(jī)，吸合離合器，將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量添加到轉(zhuǎn)向柱上。
具體地說，本發(fā)明實(shí)施的控制過程為
首先，由采樣經(jīng)調(diào)理電路進(jìn)入控制器A/D的模擬信號(hào)方向盤的扭矩TOR和反饋電流I_FEED，；然后再檢測(cè)出車輛的行駛速度V_MOB；再判斷，現(xiàn)在的車輛行駛速度V_MOB是否大于預(yù)定的車輛最大限定速度V_MAX；如果是，則吸合離合器，停止電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，起到阻礙方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的阻尼作用；如果不是則進(jìn)一步判斷現(xiàn)在的扭矩TOR是否大于所預(yù)先設(shè)定的最小限定扭矩TOR_MIN；如果否，則說明扭矩在車輛在直線行駛的保舵力范圍中，無須電機(jī)提供助力。則斷開離合器，停電機(jī)，返回進(jìn)行下一輪的檢測(cè)。
如果是大于最小限定扭矩TOR_MIN；則根據(jù)扭矩TOR和車輛速度V_MOB確定對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電流I_TAR；然后計(jì)算電流差值E，與電流差變化EC。E為本次采樣周期的目標(biāo)電流與反饋電流的差值，EC為本次采樣周期的E與上次采樣周期的E值之差；再通過PID算法進(jìn)行計(jì)算。PID控制是基于誤差的比例積分微分控制，是自動(dòng)控制中采用的最普遍的方法。它的算法簡單，通過調(diào)整PID參數(shù)，可使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)獲得快速跟蹤能力和比較平滑的路感。
計(jì)算完成后進(jìn)行PWM信號(hào)輸出，吸合離合器，進(jìn)行轉(zhuǎn)向的電機(jī)助力控制。
上述的實(shí)施方式，僅僅是對(duì)本發(fā)明實(shí)施的一種具體描述，并不限定本發(fā)明所實(shí)施的方式，譬如檢測(cè)電路、離合器控制電路、微處理器都可以具有多種形式，凡是結(jié)構(gòu)與上述方式類似的，能夠按照本發(fā)明目的達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果的，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置包括有轉(zhuǎn)向柱、離合器、電機(jī)及減速器，其特征在于轉(zhuǎn)向柱位于方向盤的下部，控制車輛的方向，其下部連接有減速器，減速器還依次連接有離合器和電機(jī)，電機(jī)是起助力的作用，將其作用力傳遞到離合器。
2.如權(quán)利要求1所述的基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，其特征在于離合器是單片式電磁離合器，減速器是渦輪渦桿減速機(jī)構(gòu)，電機(jī)上加裝單片式電磁離合器后再與蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)相連接，減速器的齒輪與轉(zhuǎn)向柱相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，其特征在于單片式電磁離合器包括有磁化線圈、主動(dòng)輪產(chǎn)生電磁吸力、壓盤、花鍵及從動(dòng)軸，主動(dòng)輪與電機(jī)連接，從動(dòng)輪連接到減速器上。
4.如權(quán)利要求2所述的基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，其特征在于電磁離合器的還連接有微控制器、I/O輸出控制驅(qū)動(dòng)電路，由微控制器、I/O輸出控制驅(qū)動(dòng)電路來控制功率MOSFET的導(dǎo)通或截止來實(shí)現(xiàn)電磁離合器的吸合或釋放。
5.如權(quán)利要求1所述的基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，其特征在于該裝置連接有車輛速度檢測(cè)電路，車輛速度檢測(cè)電路包括有微處理器和執(zhí)行電路，車輛移動(dòng)速度數(shù)據(jù)由微處理器從車輛的速度表采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、對(duì)比，如果得到的結(jié)果超過預(yù)先設(shè)定的車輛速度，則發(fā)送信號(hào)給執(zhí)行電路，由執(zhí)行電路向控制電路傳輸信號(hào)，吸合離合器，離合器與電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)連接。
全文摘要
本發(fā)明一種基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置包括有轉(zhuǎn)向柱、離合器、電機(jī)及減速器，轉(zhuǎn)向柱位于方向盤的下部，控制車輛的方向，其下部連接有減速器，減速器還依次連接有離合器和電機(jī)，電機(jī)是起助力的作用，將其作用力傳遞到離合器，在高速行駛時(shí)，離合器將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量放大后等效加載在轉(zhuǎn)向柱上，增加阻尼以增加改變單位轉(zhuǎn)向角速度的的操控力矩，以增加方向盤的調(diào)節(jié)能力，起到提高車輛穩(wěn)定性的作用。
文檔編號(hào)B62D5/04GK1970368SQ20051003678
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者朱杰, 何翔, 金鈴淇 申請(qǐng)人:深圳市賽格導(dǎo)航科技股份有限公司