一种汽车智能转向系统四向可调转向操纵装置及控制方法与流程

文档序号：17802433发布日期：2019-05-31 21:18阅读：233来源：国知局

本发明属于汽车转向系统技术领域，具体指代一种汽车智能转向系统四向可调转向操纵装置及控制方法。

背景技术：

转向操纵机构是将驾驶员作用在转向盘上的力传递到转向器的机械装置，通常由方向盘、转向轴、转向管柱等组成。近年来，随着汽车电子技术的发展，汽车及各零部件都趋向电动化、智能化，电动可调转向操纵装置已成为汽车转向系统智能化的研究发展方向。电动可调转向操纵装置是指通过电子控制技术自动调整转向管柱的位置，使转向管柱和方向盘的位置能够根据驾驶员身体特征及驾驶习惯进行变化，并获得更大的空间方便驾驶员上车、下车。国外在宝马、奥迪、保时捷等高档乘用车上已经应用电动可调转向操纵装置，而目前国内转向操纵装置，多数为固定不可调节，具备调节功能转向操纵装置则采用机械锁止机构，结构复杂、安装不便、且采用手动调节，不仅增加驾驶员操作步骤和疲劳程度，而且调节精度差，故障率高，实用性不强。

此外，随着智能汽车的快速发展，融合人工智能等新技术，根据不同驾驶员的特点进行个性化的驾驶辅助，能够获取更好的驾驶体验和舒适性。因此，设计一种上下、前后等四向可调的转向操纵装置及其控制方法，提高转向系统的智能化，满足不同驾驶员对转向盘最佳操纵位置的要求，具有较大的意义。

技术实现要素：

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种汽车转向系统四向可调转向操纵装置及控制方法，能够根据不同驾驶员自动调节转向管柱及转向盘的位置，以克服现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种汽车转向系统四向可调转向操纵装置，包括：四向可调转向操纵单元、方向盘位置控制单元，手动调节单元，车身单元，电源单元，诊断单元，驾驶员接口单元，转向器单元及记忆单元；

方向盘位置控制单元输入端分别连接车身单元、电源单元及诊断单元；驾驶员接口单元、手动调节单元及方向盘位置控制单元分别连接记忆单元；四向可调转向操纵单元的输入端分别与方向盘位置控制单元的输出端、手动调节单元的输出端连接，四向可调转向操纵单元的输出端连接转向器单元；

四向可调转向操纵单元包括：方向盘、转向轴、转向管柱、管柱支撑机构、倾斜电机、伸缩电机、倾斜调节机构、伸缩调节机构、倾斜电机减速器、伸缩电机减速器、控制器、can总线、位移传感器、角度传感器；

方向盘依次连接转向轴、转向管柱，转向管柱通过管柱支撑机构安装并与转向器单元连接，管柱支撑机构上端部分固定安装倾斜电机，下端部分固定安装伸缩电机；倾斜电机输出端通过倾斜电机减速器连接转向管柱，通过驱动倾斜调节机构控制转向管柱及方向盘完成前后运动；伸缩电机的输出端通过倾伸缩电机减速器连接转向管柱，并通过驱动伸缩调节机构控制转向管柱及方向盘完成上下运动；管柱支撑机构上还安装有控制器，控制器通过can总线与方向盘位置控制单元、手动调节单元、记忆单元连接；倾斜调节机构和伸缩调节机构上分别安装有角度传感器和位移传感器，传感器信号通过can总线传递至控制器；

手动调节单元用于驾驶员初次调节方向盘位置或需要手动改变已保存的方向盘位置；

诊断单元获取并检测各传感器、电机的状态，判断是否有故障，并通过can总线读取诊断指令；

车身单元包括车门，驾驶座椅及后视镜；驾驶座椅及后视镜位置调节后，车身单元将调节后的位置信息传递给方向盘位置控制单元；

电源单元通过方向盘位置控制单元输出各单元所需的电能；

驾驶员接口单元用于获取和匹配驾驶员身份信息；

记忆单元接收并保存驾驶员接口单元的驾驶员身份信息、手动调节单元和方向盘位置控制单元输出的方向盘位置信息。

优选地，所述手动调节单元包括：手动调节按钮、伸缩按钮、倾斜按钮、存储按钮、确认按钮；手动调节按钮控制四向可调转向操纵单元进入手动调节模式，伸缩按钮和倾斜按钮分别通过can总线连接控制器，并驱动伸缩电机和倾斜电机运动；存储按钮开启，则将当前位移传感器和角度传感器的信息传递给记忆单元并记录下来，与驾驶员身份信息匹配存储；确认按钮控制四向可调转向操纵单元退出手动调节模式或自动调节模式。

优选地，所述驾驶员接口单元包括车钥匙单元、车载蓝牙单元及摄像头单元；钥匙单元获取汽车钥匙发出的开车门、锁车门、汽车启动、汽车熄火的信息；车载蓝牙单元与驾驶员手机蓝牙单元连接，通过获取的驾驶员手机蓝牙匹配编码，建立或识别驾驶员身份信息；摄像头单元通过拍摄图像和图像识别获取驾驶员面部特征信息，建立或识别驾驶员身份信息。

优选地，所述转向器单元包括齿轮齿条式转向器及转向传动机构，转向管柱输出端连接齿轮齿条转向器输入端，齿轮齿条转向器将转向管柱传递的转向力矩经转向传动机构向车轮进行输出，驱动车轮转向。

本发明的汽车转向系统四向可调转向操纵装置中，方向盘位置控制单元和手动调节单元直接控制四向可调转向操作单元进行方向盘位置调节，并通过记忆单元保存方向盘位置信息；记忆单元还通过驾驶员接口单元获取和保存驾驶员身份信息，将方向盘位置信息与驾驶员身份信息进行匹配并保存；四向可调转向操纵单元在车辆停车时调节方向盘位置，在汽车行驶时则将方向盘的转向力矩传递至转向器单元从而驱动汽车转向。

本发明的一种汽车转向系统四向可调转向操纵装置的控制方法，基于上述装置，包括步骤如下：

上车时，

11）驾驶员操作车钥匙，打开车门；

12）诊断单元读取各单元状态，若无故障报警，则进入步骤13），若有故障则提示驾驶员故障信息；

13）方向盘位置控制单元读取钥匙信息，方向盘移动到极限位置使驾驶室空间最大，驾驶员上车落座；

14）车钥匙由lock档位进入其余任意档位，车载蓝牙单元连接驾驶员手机蓝牙单元，进行驾驶员身份匹配；摄像头拍摄驾驶员面部头像，通过图像识别技术获取驾驶员数据特征，与记忆单元的信息进行匹配；

15）若记忆单元匹配到当前驾驶员身份信息对应的上车状态方向盘位置，则进入自动调节模式；

16）若记忆单元未匹配到当前驾驶员身份信息对应的上车状态方向盘位置，则判断驾驶员为首次使用四向可调转向操纵装置，提示驾驶员控制手动调节按钮，进入手动调节模式；

17）自动调节或手动调节完毕，方向盘位置固定，调节功能关闭；

下车时，

21）驾驶员停车，车钥匙进入lock档位；

22）诊断单元读取各单元状态，若无故障报警，则进入步骤23），若有故障则提示驾驶员故障信息；

23）方向盘位置控制单元读取钥匙信息，方向盘位置控制单元启动记忆单元，并开启四向可调转向操纵单元调节功能；

24）若记忆单元匹配到当前驾驶员身份信息对应的下车状态方向盘位置，则进入自动调节模式；

25）若记忆单元未匹配到当前驾驶员身份信息对应的下车状态方向盘位置，则提示驾驶员控制手动调节按钮，进入手动调节模式；

26）自动调节或手动调节完毕，方向盘位置固定，调节功能关闭，驾驶员下车。

进一步地，所述步骤15）的自动调节模式具体包括：

151）根据记忆单元信息，方向盘位置控制单元驱动倾斜电机和伸缩电机，分别调节方向盘上下位置和前后位置，直至记忆单元存储的当前驾驶员的记忆位置；

152）驾驶员关闭车门，调整驾驶座椅位置、后视镜位置，若驾驶员确认方向盘位置自动调节完毕，则通过确认按钮，退出自动调节模式；

153）若驾驶员需要修正自动调节的方向盘位置，则通过手动调节按钮，进入手动调节模式，通过伸缩按钮和倾斜按钮，驱动相应电机修正方向盘前后、上下位置，修正完毕后驾驶员按存储按钮，记忆新的方向盘位置信息，通过确认按钮，退出手动调节模式。

进一步地，所述步骤16）的手动调节模式具体包括：

161）驾驶员通过手动调节按钮，进入手动调节模式，通过伸缩按钮，控制伸缩电机调节方向盘前后位置，通过倾斜按钮，控制倾斜电机调节方向盘上下位置；

162）若驾驶员确认调节完毕，则通过确认按钮，退出手动调节模式；否则继续步骤161）调节方向盘位置；

163）驾驶员控制存储按钮，通过角度传感器和位移传感器，记忆当前方向盘位置信息，并与当前驾驶员身份信息匹配，储存在记忆单元中。

本发明的有益效果：

本发明的四向可调转向操纵装置，能够带动调节机构实现前后、上下的调节，适应不同驾驶员的需求，提高驾驶的舒适性。

本发明的四向可调转向操纵装置，具备驾驶员位置记忆功能，首次记忆完成后即可精确保存驾驶员设置的转向盘位置信息，操做过程简单，实用性强。

本发明的控制方法，通过摄像头识别、手机蓝牙识别等方式实现了驾驶员上下车时转向盘位置调节的个性化、智能化、自动化。

附图说明

图1为本发明汽车智能转向系统结构框图；

图2为本发明四向可调转向操纵单元的原理图；

图3为本发明驾驶员上车时的控制流程图；

图4为本发明驾驶员下车时的控制流程图；

图中，1-方向盘，2-倾斜电机减速，3-倾斜调节机构，4-伸缩电机，5-控制器，6-can总线，7-伸缩电机减速器，8-角度传感器，9-伸缩调节机构，10位移传感器，11-倾斜电机，12-管柱支撑机构，13-转向管柱，14-转向轴。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1、图2所示，本发明的一种汽车转向系统四向可调转向操纵装置，包括：四向可调转向操纵单元、方向盘位置控制单元，手动调节单元，车身单元，电源单元，诊断单元，驾驶员接口单元，转向器单元及记忆单元；

所述方向盘位置控制单元输入端分别连接车身单元、电源单元及诊断单元；驾驶员接口单元、手动调节单元及方向盘位置控制单元分别连接记忆单元；四向可调转向操纵单元的输入端分别与方向盘位置控制单元的输出端、手动调节单元的输出端连接，四向可调转向操纵单元的输出端连接转向器单元；

所述四向可调转向操纵单元包括：方向盘1、转向轴14、转向管柱13、管柱支撑机构12、倾斜电机11、伸缩电机4、倾斜调节机构3、伸缩调节机构9、倾斜电机减速器2、伸缩电机减速器7、控制器5、can总线6、位移传感器10、角度传感器8；

方向盘1依次连接转向轴14、转向管柱13，转向管柱13通过管柱支撑机构12安装并与转向器单元连接，管柱支撑机构12上端部分固定安装倾斜电机11，下端部分固定安装伸缩电机4；倾斜电机11输出端通过倾斜电机减速器2连接转向管柱13，通过驱动倾斜调节机构3控制转向管柱13及方向盘1完成前后运动；伸缩电机4的输出端通过倾伸缩电机减速器7连接转向管柱13，并通过驱动伸缩调节机构9控制转向管柱13及方向盘1完成上下运动；管柱支撑机构12上还安装有控制器5，控制器5通过can总线6与方向盘位置控制单元、手动调节单元、记忆单元连接；倾斜调节机构3和伸缩调节机构9上分别安装有角度传感器8和位移传感器10，传感器信号通过can总线传递至控制器5；

手动调节单元用于驾驶员初次调节方向盘位置或需要手动改变已保存的方向盘位置，驾驶员通过按钮手动调节方向盘位置并保存调节后的方向盘位置信息；包括：手动调节按钮、伸缩按钮、倾斜按钮、存储按钮、确认按钮；手动调节按钮控制四向可调转向操纵单元进入手动调节模式，伸缩按钮和倾斜按钮分别通过can总线连接控制器，并驱动伸缩电机和倾斜电机运动；存储按钮开启，则将当前位移传感器和角度传感器的信息传递给记忆单元并记录下来，与驾驶员身份信息匹配存储；确认按钮控制四向可调转向操纵单元退出手动调节模式或自动调节模式；

诊断单元获取并检测各传感器、电机的状态，判断是否有故障，并通过can总线读取诊断指令；

车身单元包括车门，驾驶座椅及后视镜；驾驶员调节驾驶座椅及后视镜位置，车身单元将调节后的位置信息传递给方向盘位置控制单元；

电源单元通过方向盘位置控制单元输出各单元所需的电能；

驾驶员接口单元用于获取和匹配驾驶员身份信息；包括车钥匙单元、车载蓝牙单元及摄像头单元；钥匙单元获取汽车钥匙发出的开车门、锁车门、汽车启动、汽车熄火的信息；车载蓝牙单元设置于中控台，与驾驶员手机蓝牙单元连接，通过获取的驾驶员手机蓝牙匹配编码，建立或识别驾驶员身份信息；摄像头单元安装于汽车内前挡风玻璃上端，通过拍摄图像和图像识别获取驾驶员面部特征信息，建立或识别驾驶员身份信息；

转向器单元包括齿轮齿条式转向器及转向传动机构，转向管柱输出端连接齿轮齿条转向器输入端，齿轮齿条转向器将转向管柱传递的转向力矩经转向传动机构向车轮进行输出，驱动车轮转向；

记忆单元接收并保存驾驶员接口单元的驾驶员身份信息、手动调节单元和方向盘位置控制单元输出的方向盘位置信息。

本发明的汽车转向系统四向可调转向操纵装置的控制方法，基于上述装置，包括步骤如下：

参照图3所示，上车时，