一种复合转向系统的制作方法

本实用新型涉及转向系统技术领域，尤其涉及一种复合转向系统。

背景技术：

汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器传递到转向车轮而实现的。

汽车线控转向系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电控实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的重大革新。但是同时由于无机械连接，可靠性较差。

电动助力转向系统所能提供助力较小。对于大型客车而言，有时候电动助力转向系统难以满足转向助力。为了满足汽车在任何情况下都能提供相应的转向助力，可能需要两套助力转向系统同时介入，但是两套助力转向系统同时工作时，会产生一定的能量浪费。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种复合转向系统。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种复合转向系统，包括电动助力转向系统和线控四轮转向系统；

所述电动助力转向系统包含方向盘、方向盘转角传感器、转向柱、减速机构、离合器、助力电机、转向控制ECU、车速传感器、侧向加速度传感器和齿轮齿条转向器；

所述线控四轮转向系统包括前轴、左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、电机控制单元、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机和后轴；

所述转向柱一端和汽车的方向盘固定相连，另一端通过所述齿轮齿条转向器和所述前轴相连；

所述方向盘转角传感器安装在转向柱上，用于获取方向盘的转角；

所述助力电机通过离合器与减速机构输入端相连，用于提供转向助力；

所述减速机构输出端设置在转向柱上；

所述车速传感器和侧向加速度传感器安装在汽车车身上，分别用于获取汽车车速和汽车侧向加速度；

所述前轴两端分别与汽车的左前轮、右前轮相连；

所述左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机分别安装在左前轮、右前轮上，分别用于驱动汽车的左前轮、右前轮；

所述后轴两端分别与汽车的左后轮、右后轮相连；

所述左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机分别安装在左后轮、右后轮上，分别用于驱动汽车的左后轮、右后轮；

所述转向控制ECU分别和助力电机、方向盘转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、电机控制单元电气相连，用于根据方向盘转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器测得的方向盘转角、汽车车速、侧向加速度控制助力电机工作，计算左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机的力矩并产生相应的电流信号传递给所述电机控制单元；

所述电机控制单元分别和左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机、转向控制ECU电气相连，用于根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机工作。

本实用新型还公开了一种基于该复合转向系统的模式切换方法，包含以下步骤：

步骤1)，转向控制ECU根据方向盘转角传感器测得的方向盘转角和车速传感器测得的汽车车速信号计算当前汽车横摆角速度；

步骤2)，转向控制ECU根据当前横摆角速度、汽车车速、方向盘转角和汽车侧向加速度计算当前转向所需助力以及左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机的力矩；

步骤3)，转向控制ECU根据左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机的力矩产生相应的电流信号传递给电机控制单元；

步骤4)，转向控制ECU将计算得到的横摆角速度ω_r和预设的汽车极限横摆角速度阈值ω_r0比较；将车速传感器测得的汽车车速u分别和预设的汽车低速阈值u₁、预设的汽车高速阈值u₂比较；将方向盘转角传感器测得的方向盘转角θ_sw和预设的方向盘转角阈值θ_sw0比较；将侧向加速度传感器测得的汽车侧向加速度a_y和预设的汽车极限侧向加速度阈值a_y0比较；

步骤4.1)，当横摆角速度ω_r＞ω_r0时；

步骤4.1.1)，转向控制ECU控制助力电机不工作；

步骤4.1.2)，电机控制单元控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机不工作、并根据接收到的电流信号左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机反向工作；

步骤4.2)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＞a_y0时；

步骤4.2.1)，转向控制ECU控制助力电机不工作；

步骤4.2.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机反向工作；

步骤4.3)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u＜u₁、方向盘转角θ_sw＞θ_sw0时；

步骤4.3.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.3.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机正向工作；

步骤4.4)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u＜u₁、方向盘转角θ_sw＜θ_sw0时；

步骤4.4.1)，转向控制ECU控制助力电机不工作；

步骤4.4.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机正向工作；

步骤4.5)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u₁＜u＜u₂、方向盘转角θ_sw＞θ_sw0时；

步骤4.5.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.5.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机反向工作；

步骤4.6)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u₁＜u＜u₂、方向盘转角θ_sw＜θ_sw0时；

步骤4.6.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.6.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作，并控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机不工作；

步骤4.7)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u＞u₂、方向盘转角θ_sw＞θ_sw0时；

步骤4.7.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.7.2)，电机控制单元控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机不工作，并根据接收到的电流信号控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机反向工作；

步骤4.8)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u＞u₂、方向盘转角θ_sw＜θ_sw0时；

步骤4.8.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.8.2)，电机控制单元控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机不工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机不工作。

作为本实用新型一种复合转向系统的模式切换方法进一步的优化方案，步骤1)中转向控制ECU根据方向盘转角传感器测得的方向盘转角和车速传感器测得的汽车车速信号计算当前汽车横摆角速度的公式如下：

式中：a₀＝k₁k₂(a+b)²+(k₂b-k₁a)mu²；b₀＝k₁k₂(a+b)u；a为质心到前轴轴距；b为质心到后轴轴距；L＝a+b；u为汽车速度；ω_r为汽车横摆角速度；θ_sw为方向盘转角；K_s范围可根据驾驶员喜好选取，该范围为0.12-0.37 1/s；k₁、k₂为前后轮侧偏刚度；m为整车质量。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.在线控四轮转向系统基础上增设电动助力转向系统，能够弥补线控四轮转向系统可靠性差的问题。

2.能够解决在电动助力转向不能提供足够的转向助力的问题。

3.可以根据不同的汽车行驶工况以及驾驶员操作，切换不同转向助力工作模式，提供不同的助力效果。

附图说明

图1为本实用新型复合转向系统结构图；

图2为本实用新型模式切换方法控制流程图。

图中，1-方向盘，2-方向盘转角传感器，3-转向柱，4-减速机构，5-离合器，6-助力电机，7-转向控制ECU，8-车速传感器，9-侧向加速度传感器，10-齿轮齿条转向器，11-前轴，12-左前轮轮毂电机，13-右前轮轮毂电机，14-电机控制单元，15-左后轮轮毂电机，16-右后轮轮毂电机，17-后轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本实用新型开发了一种复合转向系统，包括电动助力转向系统和线控四轮转向系统；

所述电动助力转向系统包含方向盘、方向盘转角传感器、转向柱、减速机构、离合器、助力电机、转向控制ECU、车速传感器、侧向加速度传感器和齿轮齿条转向器；

所述线控四轮转向系统包括前轴、左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、电机控制单元、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机和后轴；

所述转向柱一端和汽车的方向盘固定相连，另一端通过所述齿轮齿条转向器和所述前轴相连；

所述方向盘转角传感器安装在转向柱上，用于获取方向盘的转角；

所述助力电机通过离合器与减速机构输入端相连，用于提供转向助力；

所述减速机构输出端设置在转向柱上；

所述车速传感器和侧向加速度传感器安装在汽车车身上，分别用于获取汽车车速和汽车侧向加速度；

所述前轴两端分别与汽车的左前轮、右前轮相连；

所述左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机分别安装在左前轮、右前轮上，分别用于驱动汽车的左前轮、右前轮；

所述后轴两端分别与汽车的左后轮、右后轮相连；

所述左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机分别安装在左后轮、右后轮上，分别用于驱动汽车的左后轮、右后轮；

所述转向控制ECU分别和助力电机、方向盘转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、电机控制单元电气相连，用于方向盘转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器测得的数据控制助力电机工作，计算左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机的力矩并产生相应的电流信号传递给所述电机控制单元；

所述电机控制单元分别和左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机、转向控制ECU电气相连，用于根据接受到的电流信号控制左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机工作。

如图2所示，本实用新型还公布了一种复合转向系统模式切换方法，包含如下步骤：

步骤1)，转向控制ECU根据方向盘转角传感器测得的方向盘转角和车速传感器测得的汽车车速信号计算当前汽车横摆角速度：

式中：a₀＝k₁k₂(a+b)²+(k₂b-k₁a)mu²；b₀＝k₁k₂(a+b)u；a为质心到前轴轴距；b为质心到后轴轴距；L＝a+b；u为汽车速度；ω_r为汽车横摆角速度；θ_sw为方向盘转角；K_s范围可根据驾驶员喜好选取，该范围为0.12-0.37 1/s；k₁、k₂为前后轮侧偏刚度；m为整车质量。

步骤2)，转向控制ECU根据当前横摆角速度、汽车车速、方向盘转角和汽车侧向加速度计算当前转向所需助力以及左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机的力矩；

步骤3)，转向控制ECU根据左前轮轮毂电机、右前轮轮毂电机、左后轮轮毂电机、右后轮轮毂电机的力矩产生相应的电流信号传递给电机控制单元；

步骤4)，转向控制ECU将计算得到的横摆角速度ω_r和预设的汽车极限横摆角速度阈值ω_r0比较；将车速传感器测得的汽车车速u分别和预设的汽车低速阈值u₁、预设的汽车高速阈值u₂比较；将方向盘转角传感器测得的方向盘转角θ_sw和预设的方向盘转角阈值θ_sw0比较；将侧向加速度传感器测得的汽车侧向加速度a_y和预设的汽车极限侧向加速度阈值a_y0比较；

步骤4.1)，当横摆角速度ω_r＞ω_r0时，采用四轮转向模式1：

步骤4.1.1)，转向控制ECU控制助力电机不工作；

步骤4.1.2)，电机控制单元控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机不工作、并根据接收到的电流信号左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机反向工作；

步骤4.2)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＞a_y0时，采用四轮转向模式2：

步骤4.2.1)，转向控制ECU控制助力电机不工作；

步骤4.2.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机反向工作；

步骤4.3)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u＜u₁、方向盘转角θ_sw＞θ_sw0时，采用复合转向模式1：

步骤4.3.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.3.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机正向工作；

步骤4.4)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u＜u₁、方向盘转角θ_sw＜θ_sw0时，采用四轮转向模式3：

步骤4.4.1)，转向控制ECU控制助力电机不工作；

步骤4.4.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机正向工作；

步骤4.5)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u₁＜u＜u₂、方向盘转角θ_sw＞θ_sw0时，采用复合转向模式2：

步骤4.5.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.5.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机反向工作；

步骤4.6)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u₁＜u＜u₂、方向盘转角θ_sw＜θ_sw0时，采用复合转向模式3：

步骤4.6.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.6.2)，电机控制单元根据接收到的电流信号控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机正向工作，并控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机不工作；

步骤4.7)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u＞u₂、方向盘转角θ_sw＞θ_sw0时，采用复合转向模式4：

步骤4.7.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.7.2)，电机控制单元控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机不工作，并根据接收到的电流信号控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机反向工作；

步骤4.8)，当横摆角速度ω_r＜ω_r0、侧向加速度a_y＜a_y0、汽车车速u＞u₂、方向盘转角θ_sw＜θ_sw0时，采用电动助力转向模式：

步骤4.8.1)，转向控制ECU根据当前转向所需助力控制助力电机正向工作；

步骤4.8.2)，电机控制单元控制左前轮轮毂电机和右前轮轮毂电机不工作、控制左后轮轮毂电机和右后轮轮毂电机不工作。

式中：ω_r0优先采用汽车稳定工况下极限横摆角速度；a_y0优先采用汽车稳定工况下极限侧向加速度。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。