专利名称：一种力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车转向铺助控制系统及控制方法，具体涉及一种力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统及控制方法。本发明属汽车部件技术领域。
背景技术：
现有的动力转向系统主要包括液压助力转向系统、电控液压助力转向系统、电动助力转向系统(EPS)以及线控转向系统。液压助力转向系统具有省力、易操控等优点，对汽车的结构和操纵性能有较好的作用，但是液压助力转向系统也存在经济性差、体积大、助力特性单一等问题。电控液压助力转向系统在一定程度上解决了轻便性和灵敏性的矛盾，但是电控液压系统也使得转向系统机构更复杂，价格更昂贵，而且仍然无法克服液压助力转向系统的一些固有缺点，如效率低、耗能大，以及液压油泄漏等问题。EPS利用电机取代液压系统提供转向助力，进一步提高了汽车操纵的稳定性、比较适宜的转向轻便性，同时也降低了发动机的功率损耗、降低了油耗与污染，提高了转向系统的低温工作特性等。但由于EPS依旧保留了原有传统的机械式转向系统，其转向系统由于转向盘和转向车轮之间的固定连接而产生一些自身无法避免的缺陷，如转向特性受驾驶员驾驶技术的影响严重，汽车传动比固定等问题。线控转向系统中，驾驶员的转向操作与转向轮之间可以通过信号及控制器进行通信，驾驶员的转向操作仅仅是向车辆输入驾驶指令，控制器根据驾驶员指令、当前车辆状态和路面状况确定合理的前轮转角，在安全性和可靠性方面还存在着诸多问题，目前法律上还不允许将线控转向系统直接装备于车辆。
发明内容
本发明针对上述存在的缺陷提供了一种力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统及控制方法。
发明内容
本发明所述的力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统，包括转向盘，转向输入轴，转矩传感器，ECU,传动机构,转向电机,输出轴,蜗杆曲柄指销式转向器，转向摇臂，转向节臂，转向梯形杆；所述的转向盘通过转向输入轴与传动机构的力矩输入端相连，转矩传感器布置在转向输入轴与传动机构之间，ECU与转矩传感器相连，传动机构连接转向电机的力矩输出端通过输出轴与蜗杆曲柄指销式转向器相连，蜗杆曲柄指销式转向器上的转向摇臂控制转向节臂，制转向节臂连接转向梯形杆；还包括电动推杆，减速机构，助力电机；所述的助力电机与减速机构连接带动，减速机构推动电动推杆，助力电机通过ECU进行控制。本发明所述的力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统，所述的减速机构包括推动电动推杆外套，第一斜齿轮，第二斜齿轮，螺杆，螺母，销；所述的电动推杆外套套置螺杆，螺杆的一端布置第二斜齿轮，助力电机的驱动轴上布置第一斜齿轮，第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合，电动推杆通过销与螺母固定，螺母套置在螺杆上其内为螺纹接结构。
本发明所述的力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统的控制方法，步骤如下
1)、车辆行驶过程中，ECU根据车辆的行车速度、侧向加速度、横摆角速度和转矩信号为基础；
2)、当车辆转向时ECU会根据上述信号发出理想控制电流，ECU通过计算将理想控制电流减去助力电机的反馈电流得到实际控制电流；
3)、ECU将得到的实际控制电流传输给助力电机控制器，助力电机控制器在实际控制电流的驱动下，控制助力电机两端的助力电机电压；
4)、助力电机电压驱动助力电机，助力电机通过减速传动机构推动电动推杆；
5)、电动推杆推动转向摇臂，经转向节臂力矩传递到转向梯形实现助力功能。 有益效果
本发明提供的一种力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统及控制方法只在转向时电动机才提供助力，压动力转向是即使在不转向时，油泵也一直运转。因而本专利能减少能量消耗；能在各种行驶工况下提供合适的助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性，且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。本专利中取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比液压动力转向大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声；没有液压回路，比液压动力转向更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，能快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期；不存在渗油问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染；比液压动力转向具有更好的低温工作性倉泛。
图I是本发明转向系统布置示意 图2是本发明的控制原理 图3是本发明采用的电动推杆结构 图中I为转向盘；2为输入轴；3为转矩传感器；4为ECU ; 5为传动机构；6为主动转向电机'7为输出轴；8为蜗杆曲柄指销式转向器；9为电动推杆；10为减速机构；11为助力电机；12为转向摇臂；13为转向节臂；14为转向梯形；15为主动转向电机控制器；16为助力电机控制器；17为主动电机理想控制电流；18为助力电机理想控制电流；19为主动电机实际控制电流；20为助力电机实际控制电流；21为主动电机两端电压；22为助力电机两端电压；23为主动电机输出附加转角；24为助力电机输出扭矩；25为转向电机反馈电流；26为助力电机反馈电流；a为行车速度；b为侧向加速度；c为横摆角速度；d为转向盘力矩'e为转矩；f为转角；g为角位移；h为转向力矩。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步详细说明
如图所示一种力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统，包括转向盘1，转向输入轴2,转矩传感器3,ECU4,传动机构5,转向电机6,输出轴7,蜗杆曲柄指销式转向器8,电动推杆9，减速传动机构10，助力电机11，摇臂12，转向节臂13，转向梯形杆14
转向盘I通过转向输入轴2与传动机构5的力矩输入端相连，转矩传感器3布置在转向输入轴2与传动机构5之间,E⑶4与转矩传感器3相连,传动机构5连接转向电机6的力矩输出端通过输出轴7与蜗杆曲柄指销式转向器8相连，蜗杆曲柄指销式转向器8通过其内的转向摇臂12控制转向节臂13，制转向节臂13连接转向梯形杆14 ;助力电机11减速传动机构10连接带动，减速传动机构10推动电动推杆9，助力电机11通过ECU4进行控制。如图3所示减速传动机构10包括推动电动推杆外套101，第一斜齿轮102，第二斜齿轮103，螺杆104，螺母105，销106 ;所述的电动推杆外套101套置螺杆104，螺杆104的一端布置第二斜齿轮103,助力电机11的驱动轴上布置第一斜齿轮102,第一斜齿轮102与第二斜齿轮103啮合，电动推杆9通过销106与螺母105固定，螺母105套置在螺杆104上其内为螺纹接结构。如图I和2所示，电动推杆式主动转向系统的工作原理是当驾驶员转动转向盘I时，驾驶员作用力矩d经输入轴2传递到转矩传感器3，转矩传感器3将测得的驾驶员作用力矩信号e、转角信号f送给电子控制单元ECU4，ECU4根据该转矩信号e并结合车速信号a、侧向加速度信号b、横摆角速度信号c输出理想控制电流17、理想控制电流18。理想控制电流17减去反馈电流25得到实际控制电流19，经主动转向电机控制器15控制主动转向电机6两端的电压21，输出需要的转矩和附加转角23实现主动转向功能；理想控制电流18减去助力电机的反馈电流26得到实际控制电流20。助力电机控制器16在实际控制电流20的驱动下，根据预设的助力特性控制助力电机两端的助力电机电压20，从而使助力电机11通过减速传动机构10推动电动推杆9。电动推杆9推动蜗杆曲柄指销式转向器8上的转向摇臂12，经转向节臂13将力矩传递到转向梯形14实现助力功能。
权利要求
1.一种力与位移I禹 合控制的电动推杆式转向系统，包括转向盘(I)，转向输入轴(2),转矩传感器(3 ), E⑶(4 ),传动机构(5 ),转向电机(6 ),输出轴(7 ),蜗杆曲柄指销式转向器(8)，转向摇臂(12)，转向节臂(13)，转向梯形杆(14);所述的转向盘(I)通过转向输入轴(2)与传动机构(5)的力矩输入端相连,转矩传感器(3)布置在转向输入轴(2)与传动机构(5 )之间，E⑶(4 )与转矩传感器(3 )相连，传动机构(5 )连接转向电机(6 )的力矩输出端通过输出轴(7)与蜗杆曲柄指销式转向器(8)相连，蜗杆曲柄指销式转向器(8)上的转向摇臂(12)控制转向节臂(13)，制转向节臂(13)连接转向梯形杆(14);其特征在于还包括电动推杆(9 )，减速机构(10 )，助力电机(11);所述的助力电机(11)与减速机构(10 )连接带动，减速机构(10 )推动电动推杆(9 )，助力电机(11)通过E⑶(4 )进行控制。
2.根据权利要求I所述的力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统，其特征在于所述的减速机构(10)包括推动电动推杆外套(101 )，第一斜齿轮(102)，第二斜齿轮(103)，螺杆(104)，螺母(105)，销(106);所述的电动推杆外套(101)套置螺杆(104)，螺杆(104)的一端布置第二斜齿轮(103),助力电机(11)的驱动轴上布置第一斜齿轮(102),第一斜齿轮(102)与第二斜齿轮(103)啮合，电动推杆(9)通过销(106)与螺母(105)固定，螺母(105)套置在螺杆(104)上其内为螺纹接结构。
3.利用权利要求I或2所述的力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统的控制方法，其特征在于步骤如下 1)、车辆行驶过程中，ECU(4)根据车辆的行车速度(a)、侧向加速度(b)、横摆角速度(C)和转矩信号(e)为基础； 2)、当车辆转向时E⑶(4)会根据上述信号发出理想控制电流(18)，E⑶(4)通过计算将理想控制电流(18)减去助力电机的反馈电流(26)得到实际控制电流(20); 3)、E⑶(4)将得到的实际控制电流(20)传输给助力电机控制器(16)，助力电机控制器(16)在实际控制电流(20)的驱动下，控制助力电机两端的助力电机电压； 4)、助力电机电压驱动助力电机(11)，助力电机(11)通过减速传动机构(10)推动电动推杆(9); 5)、电动推杆(9)推动转向摇臂(12)，经转向节臂(13)将力矩传递到转向梯形(14)实现助力功能。
全文摘要
本发明涉及一种汽车转向铺助控制系统及控制方法，具体涉及一种力与位移耦合控制的电动推杆式转向系统及控制方法。传动机构连接转向电机的力矩输出端通过输出轴与蜗杆曲柄指销式转向器相连，蜗杆曲柄指销式转向器上的转向摇臂控制转向节臂，制转向节臂连接转向梯形杆；助力电机与减速机构连接带动，减速机构推动电动推杆，助力电机通过ECU进行控制。本发明在各种行驶工况下提供合适的助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性，且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要。
文档编号B62D119/00GK102632921SQ201210118208
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者张宗强, 徐晓宏, 李翊君, 王春燕, 王筠菲, 赵万忠, 赵婷 申请人:南京航空航天大学