本發(fā)明涉及電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)領域，特別是涉及一種具有主動轉(zhuǎn)向功能的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技發(fā)展，對現(xiàn)代車輛有了更高的要求，在滿足傳統(tǒng)行駛的基礎上，目光更著重于車輛的智能化控制，如無人駕駛汽車、自適應巡航、車輛主動安全、全自動泊車等功能。而車輛具有主動轉(zhuǎn)向控制作為智能化控制中的重要部分，可以實現(xiàn)智能改變汽車的行駛方向。

目前，電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)已經(jīng)在乘用車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，逐步取代機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其工作原理為：當駕駛員扭動轉(zhuǎn)向盤，安裝在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩傳感器即可測量駕駛員施加的扭矩，并以電信號形式送給助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器；控制器根據(jù)測量的扭矩電信號、轉(zhuǎn)角信號，車速信息通過助力特性曲線決定助力電機的目標電流，并根據(jù)電流反饋構(gòu)成電流閉環(huán)控制；電流控制指令信號發(fā)送給電機驅(qū)動器完成功率放大，進而驅(qū)動助力電機運轉(zhuǎn)，輸出助力扭矩；電機產(chǎn)生的助力扭矩傳給汽車機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與駕駛員施加的扭力共同完成車輛的轉(zhuǎn)向。但此系統(tǒng)僅僅是在駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時才進行助力轉(zhuǎn)向，智能程度有限，未實現(xiàn)根據(jù)不同工況來自主轉(zhuǎn)向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有主動轉(zhuǎn)向功能的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能手動/自動切換方便。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種具有主動轉(zhuǎn)向功能的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，扭矩傳感器，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器，電子控制單元，轉(zhuǎn)向助力電機及其減速機構(gòu)，所述扭矩傳感器安裝于所述機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸上以檢測駕駛員操縱力矩并輸出扭矩信號；所述轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于檢測轉(zhuǎn)向盤偏離直線行駛位置并輸出的角度信號；所述電子控制單元包括轉(zhuǎn)向需求判斷模塊和電機控制模塊，所述轉(zhuǎn)向需求判斷模塊將轉(zhuǎn)向盤的角度信號、扭矩傳感器的扭矩信號、外部接收到的車速/發(fā)動機轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)以及主動轉(zhuǎn)向需求信號相結(jié)合，經(jīng)過判斷處理，判斷得出車輛轉(zhuǎn)向的需求狀態(tài)，如果需要主動轉(zhuǎn)向，則計算出主動轉(zhuǎn)向助力力矩；若不需要主動轉(zhuǎn)向，則計算出人工轉(zhuǎn)向助力力矩；所述電機控制模塊根據(jù)計算得出最終的助力力矩控制安裝在機械轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上的轉(zhuǎn)向助力電機，所述轉(zhuǎn)向助力電機通過減速機構(gòu)給駕駛員提供助力力矩。

所述電子控制單元還包括力矩控制模塊，所述力矩控制模塊用于對角度信號、扭矩信號、車速/發(fā)動機轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)進行處理得到人工轉(zhuǎn)向助力力矩。

所述電子控制單元還包括主動轉(zhuǎn)向控制模塊，所述主動轉(zhuǎn)向控制模塊根據(jù)接收到的電機輸出的電機轉(zhuǎn)速經(jīng)過處理后再通過PID計算得出主動轉(zhuǎn)向助力力矩。

所述主動轉(zhuǎn)向控制模塊包括比較部分、增益部分、比例部分、積分部分和微分部分；所述轉(zhuǎn)向需求判斷模塊判斷出需要主動轉(zhuǎn)向時，所述比例部分、積分部分和微分部分分別對當前電機轉(zhuǎn)速與目標轉(zhuǎn)速閾值之間的差值進行比例、積分和微分計算，并將計算結(jié)果輸入到所述電機控制模塊中作為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向助力電機的控制信號，從而實現(xiàn)車輛的自動轉(zhuǎn)向。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：本發(fā)明在某些特定情況下駕駛員未能人工轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時能提供足夠助力來進行助力轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)安全自動行駛，且具有手動/自動切換方便的特點。此系統(tǒng)作為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的延伸而開發(fā)新系統(tǒng)(例如：轉(zhuǎn)彎輔助操作、自動泊車、自動轉(zhuǎn)向規(guī)避碰撞)的基礎，從而更加智能、安全、環(huán)保、可靠及環(huán)境適應性強等。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明中電子控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實施方式涉及一種具有主動轉(zhuǎn)向功能的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，扭矩傳感器，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器，電子控制單元，轉(zhuǎn)向助力電機及其減速機構(gòu)。

其中，機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)向盤1、轉(zhuǎn)向管柱3、中間軸5、轉(zhuǎn)向器6、小齒輪10、轉(zhuǎn)向拉桿7、轉(zhuǎn)向節(jié)臂9和轉(zhuǎn)向輪8，所述轉(zhuǎn)向管柱3一端接轉(zhuǎn)向盤1，另一端接中間軸5一端，中間軸5另一端通過小齒輪10同轉(zhuǎn)向器6的齒條嚙合，轉(zhuǎn)向器6的兩端分別經(jīng)轉(zhuǎn)向拉桿7及轉(zhuǎn)向節(jié)臂9接轉(zhuǎn)向輪8，當駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤1施加操縱力矩時，轉(zhuǎn)向盤1帶動轉(zhuǎn)向管柱3及中間軸5轉(zhuǎn)動，中間軸5通過小齒輪10帶動轉(zhuǎn)向器6左移或右移，使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，從而控制車輛轉(zhuǎn)向。

如圖1所示，具有主動轉(zhuǎn)向功能的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)加裝轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器2、扭矩傳感器11、電子控制單元13、轉(zhuǎn)向助力電機12及其減速機構(gòu)4等組成。其中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器2用以檢測轉(zhuǎn)向盤偏離直線行駛位置并輸出的角度信號；扭矩傳感器11安裝于所述機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸上，用以檢測駕駛員操縱力矩；轉(zhuǎn)向助力電機12可安裝在轉(zhuǎn)向管柱3或轉(zhuǎn)向器6上，通過減速機構(gòu)4給駕駛員提供助力力矩；轉(zhuǎn)角傳感器信號θ、扭矩傳感器信號T與車速傳感器信號V輸入到電子控制單元13，電子控制單元13計算目標助力力矩，并根據(jù)目標助力力矩輸出電流驅(qū)動轉(zhuǎn)向助力電機12工作。

如圖2所示，所述電子控制單元包括轉(zhuǎn)向需求判斷模塊和電機控制模塊，所述轉(zhuǎn)向需求判斷模塊將轉(zhuǎn)向盤的角度信號、扭矩傳感器的扭矩信號、外部接收到的車速/發(fā)動機轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)以及主動轉(zhuǎn)向需求信號相結(jié)合，經(jīng)過判斷處理，判斷得出車輛轉(zhuǎn)向的需求狀態(tài)，如果需要主動轉(zhuǎn)向，則計算出主動轉(zhuǎn)向助力力矩；若不需要主動轉(zhuǎn)向，則計算出人工轉(zhuǎn)向助力力矩；所述電機控制模塊根據(jù)計算得出最終的助力力矩控制安裝在機械轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上的轉(zhuǎn)向助力電機，所述轉(zhuǎn)向助力電機通過減速機構(gòu)給駕駛員提供助力力矩。所述電子控制單元還包括力矩控制模塊，所述力矩控制模塊用于對角度信號、扭矩信號、車速/發(fā)動機轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)進行處理得到人工轉(zhuǎn)向助力力矩。所述電子控制單元還包括主動轉(zhuǎn)向控制模塊，所述主動轉(zhuǎn)向控制模塊根據(jù)接收到的電機輸出的電機轉(zhuǎn)速經(jīng)過處理后再通過PID計算得出主動轉(zhuǎn)向助力力矩。

電子控制單元根據(jù)外部接收到的車速/發(fā)動機轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)以及主動轉(zhuǎn)向需求信號的集合經(jīng)過轉(zhuǎn)向需求判斷模塊來判斷車輛處于人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)還是自動轉(zhuǎn)向狀態(tài)。轉(zhuǎn)向狀態(tài)的判斷可根據(jù)與或邏輯門實現(xiàn)，即將車速信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、檔位狀態(tài)信號、和主動轉(zhuǎn)向需求信號分別設置相應的閾值，當收到的信號小于或等于設定的閾值時，產(chǎn)生“0”標記，否則產(chǎn)生“1”標記，然后將標記進行適當?shù)呐c或運算，根據(jù)轉(zhuǎn)向需求判斷模塊的處理結(jié)果來判斷車輛處于人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)還是主動轉(zhuǎn)向狀態(tài)，例如當運算結(jié)果為“0”時，為人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)，當滿足人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)時，車輛處于人工模式，通過力矩控制模塊的實施對接收到的車速信號、扭矩信號、角度信號及電機轉(zhuǎn)速信號作適當處理給轉(zhuǎn)向盤提供人工轉(zhuǎn)向助力力矩；當運算結(jié)果為“1”時，為主動轉(zhuǎn)向狀態(tài)，當滿足主動轉(zhuǎn)向狀態(tài)時，車輛處于自動模式，通過主動轉(zhuǎn)向控制模塊的實施對電機轉(zhuǎn)速的PID控制給轉(zhuǎn)向盤提供自動轉(zhuǎn)向助力力矩，根據(jù)轉(zhuǎn)向需求判斷模塊得出最終的助力結(jié)果給電機控制模塊，從而提供足夠助力來進行助力轉(zhuǎn)向。

所述主動轉(zhuǎn)向控制模塊采用PID算法，即包括比例部分、積分部分和微分部分；所述轉(zhuǎn)向需求判斷模塊判斷出需要主動轉(zhuǎn)向時，所述比例部分、積分部分和微分部分分別對當前電機轉(zhuǎn)速與目標轉(zhuǎn)速閾值之間的差值進行比例、積分和微分計算，并將計算結(jié)果輸入到所述電機控制模塊中作為機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向助力電機的控制信號，從而實現(xiàn)車輛的自動轉(zhuǎn)向。

不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明在某些特定情況下駕駛員未能人工轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時能提供足夠助力來進行助力轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)安全自動行駛，且具有手動/自動切換方便的特點。此系統(tǒng)作為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的延伸而開發(fā)新系統(tǒng)(例如：轉(zhuǎn)彎輔助操作、自動泊車、自動轉(zhuǎn)向規(guī)避碰撞)的基礎，從而更加智能、安全、環(huán)保、可靠及環(huán)境適應性強等。