一種基于四輪轉向的電動助力轉向裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于車輛操縱穩(wěn)定性技術領域，涉及一種轉向助力裝置，具體涉及一種基于四輪轉向的電動助力轉向裝置。
【背景技術】
[0002]汽車轉向系統(tǒng)作為汽車的一個重要組成部分，其性能直接影響汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。隨著汽車轉向系統(tǒng)和汽車電子技術的發(fā)展，電動助力轉向系統(tǒng)作為一種新型的助力轉向系統(tǒng)應用于汽車領域，它采用電動機作為助力源，助力性能優(yōu)越，可有效地解決轉向輕便性與路感之間的矛盾，還可以兼顧節(jié)能、環(huán)保、舒適和安全等優(yōu)點，己成為汽車技術研究的熱點之一。傳統(tǒng)的電動助力轉向主要針對前輪轉向車輛，但是如何使后輪可相對于車身主動轉向，以改善汽車的轉向機動性、操縱穩(wěn)定性和行駛安全性，具有很大的現(xiàn)實實用性。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種基于四輪轉向的電動助力轉向裝置，該裝置能夠利用FPGA現(xiàn)場可編程門陣列接收各個傳感器實時測量的車的轉向盤力矩和轉向盤轉角，行駛車速、橫擺角速度、轉向輪轉角等多源信息，根據(jù)采集信號分析前、后輪轉向機構所需要的助力力矩以及轉向角度，給直流電動機發(fā)出驅動信號，自動調(diào)節(jié)前輪轉向盤助力矩以及后輪轉向機構的電機助力矩，既保證前輪轉向輕便，同時后輪可相對于車身主動轉向，使汽車的四個車輪都能起轉向作用，以改善汽車的轉向機動性、操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案予以實現(xiàn):
[0005]—種基于四輪轉向的電動助力轉向裝置，包括FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，轉向盤扭矩角度傳感器、轉向角傳感器、車身橫擺角速度傳感器、車速傳感器、電動機電流傳感器、電磁離合器、轉向機構和直流電動機，其中，轉向盤扭矩角度傳感器、轉向角傳感器、車身橫擺角速度傳感器、車速傳感器、電動機電流傳感器均與FPGA現(xiàn)場可編程門陣列相連，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列通過電磁離合器的閉合驅動直流電動機，直流電動機與轉向機構相連并作用力矩于轉向機構。
[0006]所述直流電動機還連接有減速機構，且減速機構采用蝸輪蝸桿機構或行星齒輪機構。
[0007]所述電磁離合器設置在減速機構一側。
[0008]所述電動機電流傳感器采用霍爾式電流傳感器。
[0009]所述車速傳感器安裝在車速里程表的轉子一側。
[0010]所述車速傳感器采用光電式車速傳感器。
[0011]所述車身橫擺角速度傳感器安裝在汽車質心處的車身上。
[0012]所述車身橫擺角速度傳感器采用壓電射流角速度傳感器。
[0013]所述轉向角傳感器共4個，包括2個前輪轉向角傳感器以及2個后輪轉向角傳感器；前輪轉向角傳感器安裝在前輪轉向機構靠近車輪的一側，后輪轉向角傳感器安裝在后輪轉向機構靠近車輪的一側。
[0014]還包括用于控制四輪轉向的啟動、關閉狀態(tài)且與FPGA現(xiàn)場可編程門陣列相連的控制開關。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有的有益效果:本實用新型通過設置轉向盤扭矩角度傳感器、轉向角傳感器、車身橫擺角速度傳感器、車速傳感器、電動機電流傳感器，且這些傳感器將采集的信號送入電動助力轉向中央單元FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列根據(jù)這些傳感器的信號進行邏輯比較，得出所需要的前后輪轉向機構所需要的助力力矩以及轉向角度，并給直流電動機發(fā)出驅動信號，自動調(diào)節(jié)前輪轉向盤助力矩以及后輪電機助力矩，從而實現(xiàn)四輪轉向車輛的電動助力轉向。本實用新型的工作原理是在車輛行駛過程中，當車輛處于轉向狀態(tài)時，轉向角傳感器將前輪轉向的信號和汽車行駛狀態(tài)的信號送入FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列根據(jù)各傳感器采集的模擬信號量，經(jīng)過A/D轉換為數(shù)字量，由FPGA對各路數(shù)字量進行邏輯比較，并通過電磁離合器和電動機電流傳感器，向直流電動機輸出驅動信號，直流電動機動作，向前輪轉向機構輸出助力矩，通過后輪轉向機構驅動后輪偏轉。同時FPGA現(xiàn)場可編程門陣列進行實時監(jiān)視汽車狀況，分析目標轉向角與后輪實際轉向角之間的差值，來實時調(diào)整后輪的轉角。這樣可以根據(jù)汽車的實際運動狀態(tài)，實現(xiàn)汽車的四輪轉向，具有轉向精確度高、使用成本低，還可減少駕駛員轉向操作負擔，而且能夠提高車輛的轉向輕便性和轉向靈活性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的硬件連接示意圖。
[0017]圖2是FPGA電控單元的電路圖。
[0018]圖3是FPGA邏輯電路圖。
[0019]其中，I為FPGA現(xiàn)場可編程門陣列，2為轉向盤扭矩角度傳感器，3為轉向角傳感器，4為車身橫擺角速度傳感器，5為車速傳感器，6為電動機電流傳感器，7為轉向機構，8為轉向機構，9為減速機構，10為控制開關，11為直流電動機，12為信號調(diào)理電路，13為信號分配電路，14為驅動電路，15為H橋，16為動力電池，17為時鐘電路，18為電源電路，19為復位電路。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本實用新型的具體內(nèi)容作進一步詳細地說明。
[0021]如圖1所示，一種基于四輪轉向的電動助力轉向裝置，包括FPGA現(xiàn)場可編程門陣列1，轉向盤扭矩角度傳感器2、轉向角傳感器3、車身橫擺角速度傳感器4、車速傳感器5、電動機電流傳感器6、電磁離合器7、轉向機構8、減速機構9、控制開關10和直流電動機11。其中，轉向盤扭矩角度傳感器2、轉向角傳感器3、車身橫擺角速度傳感器4、車速傳感器5、電動機電流傳感器6、控制開關10均與FPGA現(xiàn)場可編程門陣列I相連，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列I通過電磁離合器7的閉合驅動直流電動機11，直流電動機11作用力矩于轉向機構8。
[0022]參見圖2，F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列是四輪轉向系統(tǒng)的核心，型號為IDS2-70，其功用是按照邏輯門電路對各種傳感器輸入信號進行A/D轉換為數(shù)字量后，通過邏輯比較，然后輸出控制信號指令，驅動直流電動機動作。整個裝置的設計電路圖如2圖所示，各個傳感器采集的信號包括橫擺角速度、轉矩轉角、轉向角要由輸入信號調(diào)理電路12，然后通過邏輯比較電路比較后，由信號分配電路13輸出至驅動電路14、驅動電路14輸出的信號經(jīng)H橋15后分為兩路，一路進入直流電動機11，另一路進入電動機電流傳感器6，電動機電流傳感器6輸出的信號一路經(jīng)過載保護返回驅動電路14，另一路經(jīng)信號調(diào)理電路12后進行A/D轉換。車速信號通過CAN接口輸送至CAN;動力電池16輸出的電壓經(jīng)DC/DC變換后，經(jīng)電源電路18輸送至FPGA，F(xiàn)PGA還連接有復位電路19，H橋15還與電磁離合器7相連接，且電磁離合器7與由動力電池16供電。FPGA還連接有時鐘電路17。為保證控制系統(tǒng)可靠地工作，邏輯比較電路還必須采取有效的抗干擾措施和故障自診斷處理措施。
[0023]轉向盤扭矩角度傳感器2采用型號為FCA7300轉向盤扭矩角度傳感器，主要用來檢測駕駛員作用在方向盤上操縱力矩和轉向盤轉角，并將轉向盤的輸入力矩和轉角的大小和方向轉換成電信號輸入給FPGA現(xiàn)場可編程門陣列。轉向盤扭矩角度傳感器2的信號既作為FPGA現(xiàn)場可編程門陣列的輸入信號又作為助力效果的反饋信號，其輸出特性直接影響到整個四輪轉向系統(tǒng)的性能。
[0024]轉向角傳感器3共4個，包括2個前輪轉向角傳感器以及2個后輪轉向角傳感器；前輪轉向角傳感器安裝在前輪轉向機構靠近車輪的一側，后輪轉向角傳感器安