專利名稱：基于電動助力轉向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置的制作方法
技術領域：
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助力轉向總成車輛高速行駛安全性的穩(wěn)定裝置。
背景技術：
一般汽車特別是液壓助力轉向汽車在高速時均會出現(xiàn)高速時轉向過于靈敏，方向盤發(fā)飄，易導致側滑、擺尾翻車等危險的發(fā)生。這是由于輪胎對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向，使在高速時，對方向盤的轉向助力的大小進行調節(jié)。常見的電控液壓動力轉向系統(tǒng)采用直流電動機代替發(fā)動機驅動油泵，電動機由蓄電池供電。控制器根據(jù)車速信號、轉向盤轉速信號控制電動機轉速，從而控制油泵的流量，達到變助力轉向的目的。但是電控液壓動力轉向系統(tǒng)有些難以克服的缺點，如存在滲油問題，零件增加，管路復雜，不便于安裝維修及檢測等。另外雖然引入車速調節(jié)助力，但是在原有液壓系統(tǒng)的基礎上又增加了電子系統(tǒng)，使系統(tǒng)越加復雜，成本增加。
二是采用電動助力轉向，在原機械轉向系統(tǒng)的基礎上，增加了車速傳感器、轉矩轉角傳感器、電子控制器、電動機及其傳動機構，根據(jù)車速與扭矩信號直接利用電動機驅動轉向軸提供助力轉矩。在高速行駛時，關閉電機對系統(tǒng)助力，用機械轉向系統(tǒng)轉向。但此種方式是在高速僅利用原機械系統(tǒng)工作，本質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助力轉向，在高速時，利用電機為轉向系統(tǒng)提供阻尼，要求電機所提供的力矩與轉動方向相反。但電機提供與轉向方向相反的力矩實現(xiàn)起來非常困難，并且對電機以及電器系統(tǒng)的壽命造成損害，直接影響到電機及控制電路的使用壽命，不經(jīng)濟也不可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于電動助力轉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)明的另一個目的在于提供一種基于電動助力轉向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置在不改變電機運轉條件的情況下，可將電機轉子原有的轉動慣量將通過減速機構放大添加到轉向柱上，這樣便于在高速行駛時增加駕駛員操控的穩(wěn)定性。
基于此，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種基于電動助力轉向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置包括有轉向柱、離合器、電機及減速器，轉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，電機是起助力的作用，將其作用力傳遞到離合器，在高速行駛時，離合器將電機的轉動慣量放大后等效加載在轉向柱上，增加阻尼以增加改變單位轉向角速度的的操控力矩，以增加方向盤的調節(jié)能力，起到提高車輛穩(wěn)定性的作用。
所述的基于電動助力轉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構，其安裝是電機上加裝單片式電磁離合器后再與蝸輪蝸桿減速機構相連接，減速器的齒輪與轉向柱相連接。單片式電磁離合器的工作原理是電流經(jīng)過磁化線圈，主動輪產(chǎn)生電磁吸力，壓盤吸到主動輪上，然后電機的動力經(jīng)主動輪、壓盤及花鍵傳動給從動軸，實現(xiàn)助力作用。
電磁離合器的吸合或釋放由微控制器、I/O輸出控制驅動電路來控制功率MOSFET的導通或截止來實現(xiàn)。蝸輪蝸桿減速機構則用來增大電動機傳遞的轉向助力矩。
所述的基于電動助力轉向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，其連接有車輛速度檢測電路，車輛速度檢測電路包括有微處理器和執(zhí)行電路，車輛移動速度數(shù)據(jù)由微處理器從車輛的速度表采集，并對數(shù)據(jù)進行運算、對比，如果得到的結果超過預先設定的車輛速度，則發(fā)送信號給執(zhí)行電路，由執(zhí)行電路向控制電路傳輸信號，吸合離合器，離合器與電機與減速機構連接。
本發(fā)明是在助力轉向電機的基礎上加裝一個電磁離合器，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態(tài)特性。在高速行駛時，為增加駕駛員操控的穩(wěn)定性，吸合離合器，這樣電機轉子原有的轉動慣量將通過減速機構放大添加到轉向柱上。利用電機與離合器的轉動慣量來提供轉向盤的轉動方向相反的阻尼作用，一定程度上降低轉向的靈敏度，衰減汽車高速轉向盤的抖動，使系統(tǒng)的抗干擾能力加強，提高了汽車高速時操縱穩(wěn)定性。此發(fā)明充分發(fā)揮了電動助力轉向的優(yōu)勢，省去了液壓回路，而且在不必犧牲電機的壽命的基礎上實現(xiàn)車輛高速的穩(wěn)定轉向行駛。
本發(fā)明通過在轉向柱上施加額外的轉動慣量的方式，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)對電機以及電氣系統(tǒng)損害較小，便于工程化應用。


圖1是本發(fā)明實施的結構示意圖；圖2是本發(fā)明實施的電路圖；圖3是本發(fā)明實施的速度檢測電路圖；圖4是本發(fā)明實施的離合器控制電路圖；圖5是本發(fā)明實施的電源電路圖；圖6是本發(fā)明實施的軟件控制流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施作進一步說明。
圖1所示為本發(fā)明的機械裝配示意圖。它是在原有的轉向柱1上安裝助力電機2、離合器3以及轉向機構4等。在助力電機2上加裝離合器3后與蝸輪蝸桿減速機構4相連接，電機主動軸經(jīng)離合器帶動蝸桿從動軸，蝸桿與蝸輪嚙合傳動，蝸輪與轉向柱1相連接，從而將電機助力輸出到轉向柱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、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、離合器、減速機構、轉向柱等組成的機械部分。速度檢測部分是檢測速度傳感器或儀表盤輸入的的速度信號，通過電動助力轉向的微控制器判斷速度與預先設定的高速閾值進行比較，判斷是否需要實施高速穩(wěn)定程序，當需要運行時，關閉控制電機轉動的PWM信號，控制離合器電路導通，使電機的轉動慣量通過減速裝置放大后施加于轉向柱上。
圖3所示為是本發(fā)明的速度檢測電路圖。車速信號檢測是用控制器的定時器輸入引腳檢測車速表傳送過來的脈沖信號來得到。脈沖信號經(jīng)過光電隔離后接入控制器引腳，利用控制器的內(nèi)部定時器計時一個周期內(nèi)高電平的時間，從而檢測出車速值。速度檢測由軟件來完成。
在其它的實施方式中，車輛速度的檢測還可以有外置的探測頭檢測，探測頭連接到車輛內(nèi)部的檢測電路，具體的檢測電路可采用與上述電路一樣的結構，也可采用微處理器對探測頭的數(shù)據(jù)進行運算處理得到結果。
圖4是本發(fā)明一個實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。當在高速行駛時，吸合離合器，電機H橋路關閉。由控制器I/O口輸出的信號，不能直接驅動功率MOSFET來控制離合器的吸合，采用驅動芯片實現(xiàn)對功率MOSFET的最優(yōu)驅動，同時還具有完善的保護功能。功率MOSFET的導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施方案。波動的直流電VB+經(jīng)過F1(保險絲)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，進行交/低頻噪聲信號濾波，通過U1、C2、C3、R1、R2、R3組成10~16V轉5V的DC/DC轉換器，+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)明一個實施例中的軟件控制流程圖。電動助力轉向系統(tǒng)在一定低速范圍內(nèi)實行電機電流閉環(huán)控制，電機助力轉向；當高速時，關閉電機，吸合離合器，將電機轉子的轉動慣量添加到轉向柱上。
具體地說，本發(fā)明實施的控制過程為
首先，由采樣經(jīng)調理電路進入控制器A/D的模擬信號方向盤的扭矩TOR和反饋電流I_FEED，；然后再檢測出車輛的行駛速度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，停止電機的運轉，起到阻礙方向盤轉動的阻尼作用；如果不是則進一步判斷現(xiàn)在的扭矩TOR是否大于所預先設定的最小限定扭矩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，無須電機提供助力。則斷開離合器，停電機，返回進行下一輪的檢測。
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確定對應的目標電流I_TAR；然后計算電流差值E，與電流差變化EC。E為本次采樣周期的目標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算法進行計算。PID控制是基于誤差的比例積分微分控制，是自動控制中采用的最普遍的方法。它的算法簡單，通過調整PID參數(shù)，可使電動助力轉向系統(tǒng)獲得快速跟蹤能力和比較平滑的路感。
計算完成后進行PWM信號輸出，吸合離合器，進行轉向的電機助力控制。
上述的實施方式，僅僅是對本發(fā)明實施的一種具體描述，并不限定本發(fā)明所實施的方式，譬如檢測電路、離合器控制電路、微處理器都可以具有多種形式，凡是結構與上述方式類似的，能夠按照本發(fā)明目的達到本發(fā)明的技術效果的，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種基于電動助力轉向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置包括有轉向柱、離合器、電機及減速器，其特征在于轉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，電機是起助力的作用，將其作用力傳遞到離合器。
2.如權利要求1所述的基于電動助力轉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構，電機上加裝單片式電磁離合器后再與蝸輪蝸桿減速機構相連接，減速器的齒輪與轉向柱相連接。
3.如權利要求2所述的基于電動助力轉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、主動輪產(chǎn)生電磁吸力、壓盤、花鍵及從動軸，主動輪與電機連接，從動輪連接到減速器上。
4.如權利要求2所述的基于電動助力轉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輸出控制驅動電路，由微控制器、I/O輸出控制驅動電路來控制功率MOSFET的導通或截止來實現(xiàn)電磁離合器的吸合或釋放。
5.如權利要求1所述的基于電動助力轉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電路，車輛速度檢測電路包括有微處理器和執(zhí)行電路，車輛移動速度數(shù)據(jù)由微處理器從車輛的速度表采集，并對數(shù)據(jù)進行運算、對比，如果得到的結果超過預先設定的車輛速度，則發(fā)送信號給執(zhí)行電路，由執(zhí)行電路向控制電路傳輸信號，吸合離合器，離合器與電機與減速機構連接。
全文摘要
本發(fā)明一種基于電動助力轉向的車輛駕駛高速穩(wěn)定裝置，該裝置包括有轉向柱、離合器、電機及減速器，轉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，電機是起助力的作用，將其作用力傳遞到離合器，在高速行駛時，離合器將電機的轉動慣量放大后等效加載在轉向柱上，增加阻尼以增加改變單位轉向角速度的的操控力矩，以增加方向盤的調節(jié)能力，起到提高車輛穩(wěn)定性的作用。
文檔編號B62D5/04GK1970368SQ20051003678
公開日2007年5月30日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權日2005年8月19日
發(fā)明者朱杰, 何翔, 金鈴淇 申請人:深圳市賽格導航科技股份有限公司