CN106741136A - 具有主动转向功能的电动助力转向系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有主动转向功能的电动助力转向系统，包括机械转向系统，扭矩传感器，转向盘转角传感器，电子控制单元，转向助力电机及其减速机构，所述扭矩传感器用于检测扭矩信号；所述转向盘转角传感器用于检测转向盘的角度信号；所述电子控制单元包括转向需求判断模块和电机控制模块，所述转向需求判断模块将转向盘的角度信号、扭矩信号、外部接收到的车速/发动机转速/档位状态以及主动转向需求信号相结合，判断得出车辆转向的需求状态；所述电机控制模块根据计助力力矩控制安装在机械转向轴或转向器上的转向助力电机，所述转向助力电机通过减速机构给驾驶员提供助力力矩。本发明能提供足够助力来进行助力转向实现安全自动行驶。
Description
技术领域
本发明涉及电动助力转向技术领域，特别是涉及一种具有主动转向功能的电动助力转向系统。
背景技术
随着科技发展，对现代车辆有了更高的要求，在满足传统行驶的基础上，目光更着重于车辆的智能化控制，如无人驾驶汽车、自适应巡航、车辆主动安全、全自动泊车等功能。而车辆具有主动转向控制作为智能化控制中的重要部分，可以实现智能改变汽车的行驶方向。
目前，电动助力转向(EPS)系统已经在乘用车转向助力系统中占据着重要地位，逐步取代机械液压助力转向系统。其工作原理为：当驾驶员扭动转向盘，安装在转向柱上的扭矩传感器即可测量驾驶员施加的扭矩，并以电信号形式送给助力转向系统的控制器；控制器根据测量的扭矩电信号、转角信号，车速信息通过助力特性曲线决定助力电机的目标电流，并根据电流反馈构成电流闭环控制；电流控制指令信号发送给电机驱动器完成功率放大，进而驱动助力电机运转，输出助力扭矩；电机产生的助力扭矩传给汽车机械转向系统，与驾驶员施加的扭力共同完成车辆的转向。但此系统仅仅是在驾驶员转动转向盘时才进行助力转向，智能程度有限，未实现根据不同工况来自主转向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有主动转向功能的电动助力转向系统，能手动/自动切换方便。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有主动转向功能的电动助力转向系统，包括机械转向系统，扭矩传感器，转向盘转角传感器，电子控制单元，转向助力电机及其减速机构，所述扭矩传感器安装于所述机械转向系统的转向轴上以检测驾驶员操纵力矩并输出扭矩信号；所述转向盘转角传感器用于检测转向盘偏离直线行驶位置并输出的角度信号；所述电子控制单元包括转向需求判断模块和电机控制模块，所述转向需求判断模块将转向盘的角度信号、扭矩传感器的扭矩信号、外部接收到的车速/发动机转速/档位状态以及主动转向需求信号相结合，经过判断处理，判断得出车辆转向的需求状态，如果需要主动转向，则计算出主动转向助力力矩；若不需要主动转向，则计算出人工转向助力力矩；所述电机控制模块根据计算得出最终的助力力矩控制安装在机械转向轴或转向器上的转向助力电机，所述转向助力电机通过减速机构给驾驶员提供助力力矩。
所述电子控制单元还包括力矩控制模块，所述力矩控制模块用于对角度信号、扭矩信号、车速/发动机转速/档位状态进行处理得到人工转向助力力矩。
所述电子控制单元还包括主动转向控制模块，所述主动转向控制模块根据接收到的电机输出的电机转速经过处理后再通过PID计算得出主动转向助力力矩。
所述主动转向控制模块包括比较部分、增益部分、比例部分、积分部分和微分部分；所述转向需求判断模块判断出需要主动转向时，所述比例部分、积分部分和微分部分分别对当前电机转速与目标转速阈值之间的差值进行比例、积分和微分计算，并将计算结果输入到所述电机控制模块中作为机械转向系统的转向助力电机的控制信号，从而实现车辆的自动转向。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在某些特定情况下驾驶员未能人工转动转向盘时能提供足够助力来进行助力转向实现安全自动行驶，且具有手动/自动切换方便的特点。此系统作为电动助力转向系统的延伸而开发新系统(例如：转弯辅助操作、自动泊车、自动转向规避碰撞)的基础，从而更加智能、安全、环保、可靠及环境适应性强等。
附图说明
图1是本发明的系统示意图；
图2是本发明中电子控制单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种具有主动转向功能的电动助力转向系统，包括机械转向系统，扭矩传感器，转向盘转角传感器，电子控制单元，转向助力电机及其减速机构。
其中，机械转向系统主要包括转向盘1、转向管柱3、中间轴5、转向器6、小齿轮10、转向拉杆7、转向节臂9和转向轮8，所述转向管柱3一端接转向盘1，另一端接中间轴5一端，中间轴5另一端通过小齿轮10同转向器6的齿条啮合，转向器6的两端分别经转向拉杆7及转向节臂9接转向轮8，当驾驶员通过转向盘1施加操纵力矩时，转向盘1带动转向管柱3及中间轴5转动，中间轴5通过小齿轮10带动转向器6左移或右移，使转向轮偏转，从而控制车辆转向。
如图1所示，具有主动转向功能的电动助力转向系统是由传统的机械转向系统加装转向盘转角传感器2、扭矩传感器11、电子控制单元13、转向助力电机12及其减速机构4等组成。其中，转向盘转角传感器2用以检测转向盘偏离直线行驶位置并输出的角度信号；扭矩传感器11安装于所述机械转向系统的转向轴上，用以检测驾驶员操纵力矩；转向助力电机12可安装在转向管柱3或转向器6上，通过减速机构4给驾驶员提供助力力矩；转角传感器信号θ、扭矩传感器信号T与车速传感器信号V输入到电子控制单元13，电子控制单元13计算目标助力力矩，并根据目标助力力矩输出电流驱动转向助力电机12工作。
如图2所示，所述电子控制单元包括转向需求判断模块和电机控制模块，所述转向需求判断模块将转向盘的角度信号、扭矩传感器的扭矩信号、外部接收到的车速/发动机转速/档位状态以及主动转向需求信号相结合，经过判断处理，判断得出车辆转向的需求状态，如果需要主动转向，则计算出主动转向助力力矩；若不需要主动转向，则计算出人工转向助力力矩；所述电机控制模块根据计算得出最终的助力力矩控制安装在机械转向轴或转向器上的转向助力电机，所述转向助力电机通过减速机构给驾驶员提供助力力矩。所述电子控制单元还包括力矩控制模块，所述力矩控制模块用于对角度信号、扭矩信号、车速/发动机转速/档位状态进行处理得到人工转向助力力矩。所述电子控制单元还包括主动转向控制模块，所述主动转向控制模块根据接收到的电机输出的电机转速经过处理后再通过PID计算得出主动转向助力力矩。
电子控制单元根据外部接收到的车速/发动机转速/档位状态以及主动转向需求信号的集合经过转向需求判断模块来判断车辆处于人工转向状态还是自动转向状态。转向状态的判断可根据与或逻辑门实现，即将车速信号、发动机转速信号、档位状态信号、和主动转向需求信号分别设置相应的阈值，当收到的信号小于或等于设定的阈值时，产生“0”标记，否则产生“1”标记，然后将标记进行适当的与或运算，根据转向需求判断模块的处理结果来判断车辆处于人工转向状态还是主动转向状态，例如当运算结果为“0”时，为人工转向状态，当满足人工转向状态时，车辆处于人工模式，通过力矩控制模块的实施对接收到的车速信号、扭矩信号、角度信号及电机转速信号作适当处理给转向盘提供人工转向助力力矩；当运算结果为“1”时，为主动转向状态，当满足主动转向状态时，车辆处于自动模式，通过主动转向控制模块的实施对电机转速的PID控制给转向盘提供自动转向助力力矩，根据转向需求判断模块得出最终的助力结果给电机控制模块，从而提供足够助力来进行助力转向。
所述主动转向控制模块采用PID算法，即包括比例部分、积分部分和微分部分；所述转向需求判断模块判断出需要主动转向时，所述比例部分、积分部分和微分部分分别对当前电机转速与目标转速阈值之间的差值进行比例、积分和微分计算，并将计算结果输入到所述电机控制模块中作为机械转向系统的转向助力电机的控制信号，从而实现车辆的自动转向。
不难发现，本发明在某些特定情况下驾驶员未能人工转动转向盘时能提供足够助力来进行助力转向实现安全自动行驶，且具有手动/自动切换方便的特点。此系统作为电动助力转向系统的延伸而开发新系统(例如：转弯辅助操作、自动泊车、自动转向规避碰撞)的基础，从而更加智能、安全、环保、可靠及环境适应性强等。
Claims (4)
1.一种具有主动转向功能的电动助力转向系统，包括机械转向系统，扭矩传感器，转向盘转角传感器，电子控制单元，转向助力电机及其减速机构，其特征在于，所述扭矩传感器安装于所述机械转向系统的转向轴上以检测驾驶员操纵力矩并输出扭矩信号；所述转向盘转角传感器用于检测转向盘偏离直线行驶位置并输出的角度信号；所述电子控制单元包括转向需求判断模块和电机控制模块，所述转向需求判断模块将转向盘的角度信号、扭矩传感器的扭矩信号、外部接收到的车速/发动机转速/档位状态以及主动转向需求信号相结合，经过判断处理，判断得出车辆转向的需求状态，如果需要主动转向，则计算出主动转向助力力矩；若不需要主动转向，则计算出人工转向助力力矩；所述电机控制模块根据计算得出最终的助力力矩控制安装在机械转向轴或转向器上的转向助力电机，所述转向助力电机通过减速机构给驾驶员提供助力力矩。
2.根据权利要求1所述的具有主动转向功能的电动助力转向系统，其特征在于，所述电子控制单元还包括力矩控制模块，所述力矩控制模块用于对角度信号、扭矩信号、车速/发动机转速/档位状态进行处理得到人工转向助力力矩。
3.根据权利要求1所述的具有主动转向功能的电动助力转向系统，其特征在于，所述电子控制单元还包括主动转向控制模块，所述主动转向控制模块根据接收到的电机输出的电机转速经过处理后再通过PID计算得出主动转向助力力矩。
4.根据权利要求3所述的具有主动转向功能的电动助力转向系统，其特征在于，所述主动转向控制模块包括比较部分、增益部分、比例部分、积分部分和微分部分；所述转向需求判断模块判断出需要主动转向时，所述比例部分、积分部分和微分部分分别对当前电机转速与目标转速阈值之间的差值进行比例、积分和微分计算，并将计算结果输入到所述电机控制模块中作为机械转向系统的转向助力电机的控制信号，从而实现车辆的自动转向。
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