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

背景技術(shù)：

隨著科技發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代車輛有了更高的要求，在滿足傳統(tǒng)行駛的基礎(chǔ)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(yīng)巡航、車輛主動(dòng)安全、全自動(dòng)泊車等功能。而車輛具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制作為智能化控制中的重要部分，可以實(shí)現(xiàn)智能改變汽車的行駛方向。

目前，電動(dòng)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(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其工作原理為：當(dāng)駕駛員扭動(dòng)轉(zhuǎn)向盤，安裝在轉(zhuǎn)向柱上的扭矩傳感器即可測(cè)量駕駛員施加的扭矩，并以電信號(hào)形式送給助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器；控制器根據(jù)測(cè)量的扭矩電信號(hào)、轉(zhuǎn)角信號(hào)，車速信息通過助力特性曲線決定助力電機(jī)的目標(biāo)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(hào)發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成功率放大，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)助力電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出助力扭矩；電機(jī)產(chǎn)生的助力扭矩傳給汽車機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)才進(jìn)行助力轉(zhuǎn)向，智能程度有限，未實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同工況來自主轉(zhuǎn)向。

技術(shù)實(shí)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(dòng)轉(zhuǎn)向功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能手動(dòng)/自動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括機(jī)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(jī)及其減速機(jī)構(gòu)，所述扭矩傳感器安裝于所述機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸上以檢測(cè)駕駛員操縱力矩并輸出扭矩信號(hào)；所述轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤偏離直線行駛位置并輸出的角度信號(hào)；所述電子控制單元包括轉(zhuǎn)向需求判斷模塊和電機(jī)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(hào)、扭矩傳感器的扭矩信號(hào)、外部接收到的車速/發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)以及主動(dòng)轉(zhuǎn)向需求信號(hào)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(dòng)轉(zhuǎn)向，則計(jì)算出主動(dòng)轉(zhuǎn)向助力力矩；若不需要主動(dòng)轉(zhuǎn)向，則計(jì)算出人工轉(zhuǎn)向助力力矩；所述電機(jī)控制模塊根據(jù)計(jì)算得出最終的助力力矩控制安裝在機(jī)械轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上的轉(zhuǎn)向助力電機(jī)，所述轉(zhuǎn)向助力電機(jī)通過減速機(jī)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(duì)角度信號(hào)、扭矩信號(hào)、車速/發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)進(jìn)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(dòng)轉(zhuǎn)向控制模塊，所述主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制模塊根據(jù)接收到的電機(jī)輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過處理后再通過PID計(jì)算得出主動(dòng)轉(zhuǎn)向助力力矩。

所述主動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)，所述比例部分、積分部分和微分部分分別對(duì)當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速閾值之間的差值進(jìn)行比例、積分和微分計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸入到所述電機(jī)控制模塊中作為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)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(diǎn)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(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)能提供足夠助力來進(jìn)行助力轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)安全自動(dòng)行駛，且具有手動(dòng)/自動(dòng)切換方便的特點(diǎn)。此系統(tǒng)作為電動(dòng)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(dòng)泊車、自動(dòng)轉(zhuǎn)向規(guī)避碰撞)的基礎(chǔ)，從而更加智能、安全、環(huán)保、可靠及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)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(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)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(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括機(jī)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(jī)及其減速機(jī)構(gòu)。

其中，機(jī)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(dāng)駕駛員通過轉(zhuǎn)向盤1施加操縱力矩時(shí)，轉(zhuǎn)向盤1帶動(dòng)轉(zhuǎn)向管柱3及中間軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，中間軸5通過小齒輪10帶動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向功能的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由傳統(tǒng)的機(jī)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(jī)12及其減速機(jī)構(gòu)4等組成。其中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器2用以檢測(cè)轉(zhuǎn)向盤偏離直線行駛位置并輸出的角度信號(hào)；扭矩傳感器11安裝于所述機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向軸上，用以檢測(cè)駕駛員操縱力矩；轉(zhuǎn)向助力電機(jī)12可安裝在轉(zhuǎn)向管柱3或轉(zhuǎn)向器6上，通過減速機(jī)構(gòu)4給駕駛員提供助力力矩；轉(zhuǎn)角傳感器信號(hào)θ、扭矩傳感器信號(hào)T與車速傳感器信號(hào)V輸入到電子控制單元13，電子控制單元13計(jì)算目標(biāo)助力力矩，并根據(jù)目標(biāo)助力力矩輸出電流驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向助力電機(jī)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(jī)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(hào)、扭矩傳感器的扭矩信號(hào)、外部接收到的車速/發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)以及主動(dòng)轉(zhuǎn)向需求信號(hào)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(dòng)轉(zhuǎn)向，則計(jì)算出主動(dòng)轉(zhuǎn)向助力力矩；若不需要主動(dòng)轉(zhuǎn)向，則計(jì)算出人工轉(zhuǎn)向助力力矩；所述電機(jī)控制模塊根據(jù)計(jì)算得出最終的助力力矩控制安裝在機(jī)械轉(zhuǎn)向軸或轉(zhuǎn)向器上的轉(zhuǎn)向助力電機(jī)，所述轉(zhuǎn)向助力電機(jī)通過減速機(jī)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(duì)角度信號(hào)、扭矩信號(hào)、車速/發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)進(jìn)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(dòng)轉(zhuǎn)向控制模塊，所述主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制模塊根據(jù)接收到的電機(jī)輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過處理后再通過PID計(jì)算得出主動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/檔位狀態(tài)以及主動(dòng)轉(zhuǎn)向需求信號(hào)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(dòng)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(shí)現(xiàn)，即將車速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、檔位狀態(tài)信號(hào)、和主動(dòng)轉(zhuǎn)向需求信號(hào)分別設(shè)置相應(yīng)的閾值，當(dāng)收到的信號(hào)小于或等于設(shè)定的閾值時(shí)，產(chǎn)生“0”標(biāo)記，否則產(chǎn)生“1”標(biāo)記，然后將標(biāo)記進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐c或運(yùn)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(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)，例如當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為“0”時(shí)，為人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)，當(dāng)滿足人工轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)，車輛處于人工模式，通過力矩控制模塊的實(shí)施對(duì)接收到的車速信號(hào)、扭矩信號(hào)、角度信號(hào)及電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)作適當(dāng)處理給轉(zhuǎn)向盤提供人工轉(zhuǎn)向助力力矩；當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為“1”時(shí)，為主動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)，當(dāng)滿足主動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)，車輛處于自動(dòng)模式，通過主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制模塊的實(shí)施對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID控制給轉(zhuǎn)向盤提供自動(dòng)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(jī)控制模塊，從而提供足夠助力來進(jìn)行助力轉(zhuǎn)向。

所述主動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)，所述比例部分、積分部分和微分部分分別對(duì)當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速閾值之間的差值進(jìn)行比例、積分和微分計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸入到所述電機(jī)控制模塊中作為機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向助力電機(jī)的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向盤時(shí)能提供足夠助力來進(jìn)行助力轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)安全自動(dòng)行駛，且具有手動(dòng)/自動(dòng)切換方便的特點(diǎn)。此系統(tǒng)作為電動(dòng)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(dòng)泊車、自動(dòng)轉(zhuǎn)向規(guī)避碰撞)的基礎(chǔ)，從而更加智能、安全、環(huán)保、可靠及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等。