一种适时可变传动比的电动助力转向系统及其控制方法技术方案

一种适时可变传动比的电动助力转向系统及其控制方法，属于电动助力转向系统。该系统包括由转向盘(1)、转矩传感器(2)、转向电机(3)、行星轮(4)、太阳轮(5)、齿圈(6)、转向管柱(38)、助力电机(7)、减速机构(8)、齿条(9)、转向摇臂(10)、前轮(11)、电子控制单元ECU(12)、预前电子控制模块ECUa(27)、车载卫星导航仪(28)、车载前视路况仪(29)、自适应记忆电子控制模块ECUb(30)；通过在转矩传感器和齿轮齿条之间增加了行星齿轮机构、转向同步离合器和转向电机，电动助力转向系统可在完成原有电动助力转向的基础上，实现转向模式选择、适时自适应变传动比控制和主动转向干预功能；提高汽车的操纵稳定性和行车安全性，实现汽车安全性和灵活性的完美融合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于电动助力转向系统。
技术介绍
电动助力转向系统是新型的、很有发展前途的动力转向系统，它完全取消了液压组件， 整个系统由转向盘转矩传感器、车速传感器、控制器、助力电机及其减速机构等组成。基本原理是控制器接受转向盘转矩信号和车速信号，经过判断和处理后，根据事先确定好的助力特性输出控制信号，控制电机输出助力转矩。当前国内外电动助力转向系统都采用固定传动比，然而固定传动比不利于改变转向系统的性能在低速下容易出现转向盘偏沉；而在高速下，容易出现转向过度等危险工况，汽车的操纵稳定性存在隐患。
技术实现思路
本专利技术提出，实现了助力转向、转向模式选择、适时自适应变传动比控制、主动转向干预；提高汽车的操纵稳定性和行车安全性，实现汽车安全性和灵活性的完美融合。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案一种适时可变传动比的电动助力转向系统，包括由转向盘、转矩传感器、转向电机、行星轮、太阳轮、齿圈、转向管柱、助力电机、减速机构、齿条、转向摇臂、前轮、电子控制单元 ECU、预前电子控制模块ECUa、车载卫星导航仪、车载前视路况仪、自适应记忆电子控制模块ECUb，转向盘通过转向管柱与齿条相连，转矩传感器位于转向盘下方，安装在转向管柱上，助力电机通过减速机构与齿条相连，齿条通过转向摇臂与前轮相连，在转矩传感器和齿条之间的转向管柱上安装有行星齿轮结构，该结构由行星轮、太阳轮、齿圈组成，行星轮与齿圈内啮合，太阳轮与行星轮外啮合，行星轮为公用齿轮，齿圈与转向同步离合器相连， 转向同步离合器与转向电机相连，太阳轮与位于行星齿轮结构下方的转向管柱相连，行星轮与位于方向盘下方的转矩传感器相连，车载卫星导航仪和车载前视路况仪分别与预前电子控制模块E⑶a相连，自适应记忆电子控制模块EOTb与电子控制单元E⑶相连，电子控制单元ECU与转矩传感器相连，电子控制单元ECU还分别通过控制信号与预前电子控制模块 ECUa、转向电机、助力电机相连，预前电子控制模块ECUa通过控制信号与转向同步离合器相连。一种适时可变传动比的电动助力转向系统的控制方法，1)车辆行驶中，当转向模式选择信号为开启时，预前电子控制模块EOTa检测来自车载卫星导航仪的预前路况信息，预前路况信息为前方出现弯道时，预前电子控制模块ECUa发出指令控制车载前视路况仪开启，同时发出转向同步离合器控制信号，控制转向同步离合器解锁；2)当驾驶员转动转向盘时，将转角传感器获得的转角信号、转矩传感器获得的转矩信号、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号、侧向角速度传感器获得的侧向角速度信号和来自预前电子控制模块ECUa的系统预前控制信号传递给电子控制单元ECU ；3)电子控制单元ECU中的自适应记忆电子控制模块ECUb根据上述信号结合内部储存的实时自适应理想传动比图确定一个自适应调整控制信号；4)一方面，电子控制单元ECU根据上述信号处理后给预前电子控制模块EOTa发送系统预前控制信号，预前电子控制模块ECUa根据来自电子控制单元ECU的系统预前控制信号、 转向模式选择信号、来自车载卫星导航仪的预前路况信息、来自车载前视路况仪的实时路况信息发送转向同步离合器控制信号给转向同步离合器，即通过控制转向同步离合器的接合，实现转向电机对行星齿轮机构齿圈的转速控制；另一方面，电子控制单元ECU根据上述信号和预先制定的初始理想传动比图，确定一个结合了实时自适应理想传动比图的实时传动比控制策略，给转向电机发送第一控制信号，即通过转向同步离合器和对转向电机的转速转角控制，通过行星齿轮结构行星轮、太阳轮、齿圈来提供附加转角，附加转角与方向盘的主动角相互叠加，从而实现变传动比控制和主动转向干预；5)电子控制单元ECU根据预先制定的初始助力图、转向电机发回的传动比信号、转角传感器获得的转角信号、转矩传感器获得的转矩信号、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号、侧向角速度传感器获得的侧向角速度信号、自适应调整控制信号、系统预前控制信号和助力电机反馈信号，确定一个结合了实时自适应理想传动比图的实时助力控制策略， 给助力电机发送第二控制信号，确定助力电机助力大小，助力电机提供的助力转矩经减速机构减速增扭之后，在齿条上与经过变传动比转换后的转向盘力矩进行叠加，通过控制转向摇臂共同驱动前轮转向，实现电动助力转向功能。—种适时可变传动比的电动助力转向系统转向模式选择和传动比自适应控制当车辆启动时，预前电子控制模块EOTa根据转向模式选择常开开关的转向模式选择信号控制转向同步离合器，当转向模式选择信号为关闭时，预前电子控制模块EOTa给转向同步离合器发送转向同步离合器控制信号，转向同步离合器断开并自锁，即将行星齿轮机构齿圈锁死，从而可以实现传统电动助力转向功能，以保证在转向电机失效、电子控制元件不能够得到准确的输入信号等紧急情况下，转向系统能够实现正常转向；当转向模式选择信号为开启时，预前电子控制模块ECUa给转向同步离合器发送转向同步离合器控制信号，转向同步离合器自锁解除，方能实现变传动比控制时的同步和接合，实现平稳的适时变传动比控制；电子控制单元ECU中的自适应记忆电子控制模块ECUb，通过采集系统历史控制策略，结合自身处理功能生成一个符合驾驶者习惯、不断改进的最优的实时自适应理想传动比图， 并可以在系统控制时实时的提供给电子控制单元ECU自适应调整控制信号，从而实现变传动比的自适应控制。本专利技术的有益效果如下1、本专利技术在转矩传感器和齿轮齿条之间增加了行星齿轮机构、转向同步离合器和转向电机，电动助力转向系统可在完成原有电动助力转向的基础上，实现转向模式选择、适时变传动比控制和主动转向干预功能。2、本专利技术中的转向机构由转向电机控制，它可实现可变传动比功能在低速时转向传动比较小，以减少转向盘转动的圈数，提高汽车的转向灵活性；在高速时转向传动比较大，以提高车辆的稳定性和安全性。此外，该传动机构可通过转向干预实现对车辆的稳定性控制。附图说明图1为一种适时可变传动比的电动助力转向系统结构图。图2为一种适时可变传动比的电动助力转向系统自适应控制方法。图中标记1.转向盘，2.转矩传感器，3.转向电机，4.行星轮，5.太阳轮， 6.齿圈，7.助力电机，8.减速机构，9.齿条，10.转向摇臂，11.前轮，12.电子控制单元 ECU (Electronic Control Unit)，13.转角信号，14.转矩信号，15.第一控制信号，16.第二控制信号，17.横摆角速度信号，18.侧向角速度信号，19.传动比信号，20.助力电机反馈信号，21.助力转矩，22.控制助力转矩，23.经过变传动比转换后的转向盘力矩，24.转向盘主动力矩，25.附加转角，26.转向同步离合器，27.预前电子控制模块E⑶a，28.车载卫星导航仪，29.车载前视路况仪，30.自适应记忆电子控制模块ECUb，31.转向模式选择信号，32.预前路况信息，33.实时路况信息，34.系统预前控制信号，35.转向同步离合器控制信号，36.自适应调整控制信号，37.历史控制策略，38.转向管柱。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术创造做进一步详细说明。如图1所示，一种适时可变传动比的电动助力转向系统，包括由转向盘1、转矩传感器2、转向电机3、行星轮4、太阳轮5、齿圈6、转本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种适时可变传动比的电动助力转向系统，其特征在于包括由转向盘（１）、转矩传感器（２）、转向电机（３）、行星轮（４）、太阳轮（５）、齿圈（６）、转向管柱（３８）、助力电机（７）、减速机构（８）、齿条（９）、转向摇臂（１０）、前轮（１１）、电子控制单元ＥＣＵ　（１２）、预前电子控制模块ＥＣＵａ（２７）、车载卫星导航仪（２８）、车载前视路况仪（２９）、自适应记忆电子控制模块ＥＣＵｂ（３０），转向盘（１）通过转向管柱（３８）与齿条（９）相连，转矩传感器（２）位于转向盘（１）下方，安装在转向管柱（３８）上，助力电机（７）通过减速机构（８）与齿条（９）相连，齿条（９）通过转向摇臂（１０）与前轮（１１）相连，　在转矩传感器（２）和齿条（９）之间的转向管柱（３８）上安装有行星齿轮结构，该结构由行星轮（４）、太阳轮（５）、齿圈（６）组成，行星轮（４）与齿圈（６）内啮合，太阳轮（５）与行星轮（４）外啮合，行星轮（４）为公用齿轮，齿圈（６）与转向同步离合器（２６）相连，转向同步离合器（２６）与转向电机（３）相连，太阳轮（５）与位于行星齿轮结构下方的转向管柱（３８）相连，行星轮（４）与位于方向盘（１）下方的转矩传感器（２）相连，车载卫星导航仪（２８）和车载前视路况仪（２９）分别与预前电子控制模块ＥＣＵａ（２７）相连，自适应记忆电子控制模块ＥＣＵｂ（３０）与电子控制单元ＥＣＵ（１２）相连，电子控制单元ＥＣＵ（１２）与转矩传感器（２）相连，电子控制单元ＥＣＵ（１２）还分别通过控制信号与预前电子控制模块ＥＣＵａ（２７）、转向电机（３）、助力电机（７）相连，预前电子控制模块ＥＣＵａ（２７）通过控制信号与转向同步离合器（２６）相连。...

【技术特征摘要】
1.一种适时可变传动比的电动助力转向系统，其特征在于包括由转向盘(1)、转矩传感器⑵、转向电机(3)、行星轮(4)、太阳轮(5)、齿圈(6)、转向管柱(38)、助力电机(7)、 减速机构(8)、齿条(9)、转向摇臂(10)、前轮(11)、电子控制单元ECU (12)、预前电子控制模块E⑶a (27)、车载卫星导航仪08)、车载前视路况仪09)、自适应记忆电子控制模块 ECUb(30)，转向盘(1)通过转向管柱(38)与齿条(9)相连，转矩传感器( 位于转向盘 (1)下方，安装在转向管柱(38)上，助力电机(7)通过减速机构(8)与齿条(9)相连，齿条(9)通过转向摇臂(10)与前轮(11)相连，在转矩传感器(2)和齿条(9)之间的转向管柱(38)上安装有行星齿轮结构，该结构由行星轮G)、太阳轮(5)、齿圈(6)组成，行星轮(4)与齿圈(6)内啮合，太阳轮(5)与行星轮(4)外啮合，行星轮(4)为公用齿轮，齿圈 (6)与转向同步离合器06)相连，转向同步离合器06)与转向电机(3)相连，太阳轮(5) 与位于行星齿轮结构下方的转向管柱(38)相连，行星轮(4)与位于方向盘(1)下方的转矩传感器( 相连，车载卫星导航仪08)和车载前视路况仪09)分别与预前电子控制模块 E⑶a(27)相连，自适应记忆电子控制模块EOTb (30)与电子控制单元ECU(12)相连，电子控制单元ECU(12)与转矩传感器(2)相连，电子控制单元ECU(12)还分别通过控制信号与预前电子控制模块ECUa(27)、转向电机(3)、助力电机(7)相连，预前电子控制模块ECUa(27) 通过控制信号与转向同步离合器06)相连。2.一种根据权利要求1所述的适时可变传动比的电动助力转向系统的控制方法，其特征在于1)车辆行驶中，当转向模式选择信号(31)为开启时，预前电子控制模块ECUa(27)检测来自车载卫星导航仪08)的预前路况信息(32)，预前路况信息(3 为前方出现弯道时，预前电子控制模块ECUa(27)发出指令控制车载前视路况仪09)开启，同时发出转向同步离合器控制信号(35)，控制转向同步离合器06)解锁；2)当驾驶员转动转向盘(1)时，将转角传感器获得的转角信号(13)、转矩传感器(2) 获得的转矩信号(14)、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号(17)、侧向角速度传感器获得的侧向角速度信号(18)和来自预前电子控制模块ECUa (27)的系统预前控制信号(34) 传递给电子控制单元ECU(12)；3)电子控制单元ECU(U)中的自适应记忆电子控制模块E⑶b(30)根据上述信号结合内部储存的实时自适应理想传动比图确定一个自适应调整控制信号(36)；4)一方面，电子控制单元ECU(U)根据上述信号处理后给预前电子控制模块ECUa(27) 发送系统预前控制信号(34)，预前电子控制模块ECUa (27)根据来自电子控制单元EC...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘顺，赵万忠，孙培坤，蔡辉，梁荀，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84