本發明涉及一種轉角測量系統的應用，更具體的說，本發明涉及一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統的應用。

背景技術：

線控轉向作為線控技術在汽車產品上的一種應用，用電子執行器，傳感器，控制器代替了傳統機械和液壓系統的的轉向、加速、制動等功能，駕駛方便，提高了整車安全性。線控命令的實現使得新型的人機接口如操縱桿控制成為可能，用操縱桿代替方向盤轉向，增大了駕駛室空間利用率，減小了二次碰撞傷害，更利于整車集成和一側肢體有殘疾的駕駛員使用；線控技術的發展也使得四輪轉向越來越成為趨勢，相比于兩輪轉向，四輪轉向減小了泊車時的轉彎半徑，提高了高速行駛時的操縱性穩定性。使用操縱桿控制車輛全線控四輪轉向時，由于操縱桿相比于方向盤，轉角范圍顯著減小，因此對操縱桿轉角進行準確測量就顯得尤為重要，車輪總成由于集成了多個電機，工作時產生的溫度較高，對傳感器耐熱性要求也較高。目前通用的轉角傳感器是采用齒輪的機械結構，由于機械摩擦，遲滯時間長，測量準確性差，還有使用電磁感應式轉角傳感器，這種傳感器需要各種電子線路將傳感器原始信號轉換為適合應用的信號形式，由于傳感器內部有比較多的電子部件,因此它們對于溫度比較敏感,同時,由于永磁體的存在,容易受到外部磁場的干擾。

鑒于這些轉角傳感器用于操縱桿控制的全線控四輪轉向時的局限性，本發明即是一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統，該轉角測量系統安裝方便，測量精度高，不受磁場、高溫影響，應用于全線控四輪轉向時，除了克服了上述傳統轉角傳感器的不足，還增加了轉向容錯等功能。

技術實現要素：

本發明涉及一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統，其特征在于：該轉角測量系統所使用的轉角傳感器是一種無導線連接的，無接觸的傳感器，利用光學介質進行角度檢測，不受溫度和磁場的影響，包括光電探測器，激光反射盤，電子控制單元；基于操縱桿控制的全線控四輪轉向汽車匹配有五個轉角測量系統，一個用于測量操縱桿轉動角度，四個用于全線控車輪總成中各個車輪轉動角度測量，五個轉角測量系統使用相同類型的轉角傳感器；全線控四輪轉向轉角測量系統也可用于每個車輪轉向角度初始位置校正和電子限位，并且為轉向系統的轉角信號增加容錯功能；除此之外，該轉角測量系統還可對不同車速下操縱桿和車輪不同的轉動角度范圍進行變量程變精度測量。

全線控四輪轉向轉角測量系統所使用的轉角傳感器無導線連接，使得該轉角測量系統結構簡單，易于安裝和集成；用于操縱桿轉動角度測量時，轉角測量系統可直接安裝在操縱桿結構中；用于車輪總成的車輪轉動角度測量時，可集成在車輪輪轂內；該轉角測量系統實現了與操縱桿控制的全線控四輪轉向車輛的操縱桿、車輪總成的有效匹配。

四個轉角測量系統用于四個全線控車輪總成，車輪總成包括輪轂電機、轉向電機、懸架電機、制動電機；輪轂電機用于驅動，轉向電機用于轉向，懸架電機用于減振，制動電機用于剎車，轉角測量系統和四個電機均整合到車輪輪轂內，轉角測量系統用于測量車輪轉角信號。

該轉角測量系統用于車輪總成測量車輪轉角時，由于轉角測量系統中的轉角傳感器利用光學介質進行測量，因此在測量過程中可以不受輪轂電機、轉向電機、懸架電機、制動電機工作時產生的電磁干擾，同時，車輪總成中尤其是輪轂電機和制動電機，在工作過程中會產生大量的熱量，該轉角測量系統利用光學介質測量的特性使其耐高溫，測量精度在電機工作產生的高溫環境中不會受到影響。

該轉角測量系統用于車輪總成測量車輪轉角時，由于轉角測量系統采用無線傳輸，因此在轉角信號傳輸過程中可以不受輪轂電機、轉向電機、懸架電機、制動電機工作時產生的電磁干擾和熱干擾，四個車輪總成轉角信號同步傳給電子控制單元，時間遲滯小，信號傳輸速度快。

用于車輪總成測量車輪轉角的四個轉角測量系統，每個轉角測量系統的轉角傳感器在1個基礎光學觸點的基礎上，另外布置2個冗余光學觸點，當基礎光學觸點出現故障時，轉角測量系統的報警燈閃爍，2個冗余光學觸點進行轉角測量，實現轉角測量的冗余功能，提供安全保障；當四個車輪總成中的某一轉角測量系統徹底出現故障時，轉角測量系統的報警燈常亮，此時這一車輪總成參考同軸或同側車輪總成轉角測量系統的轉角信號，由轉角測量系統無故障的車輪總成控制進行兩輪轉向，實現了轉向系統轉角信號的容錯功能。

在車輛的儀表盤上為五個轉角測量系統設置報警燈，當轉角測量系統所用轉角傳感器的基礎光學觸點出現故障時，報警燈閃爍，當轉角測量系統徹底出現故障喪失測量能力時，報警燈常亮提醒，將五個轉角測量系統的報警燈分別設置為操縱桿報警燈、左前輪報警燈、右前輪報警燈、左后輪報警燈、右后輪報警燈，便于區分哪一個轉角測量系統出現故障。

全線控四輪轉向車輪的轉角范圍為0度到±90度，在車輪的±90度極限位置分別安裝一個霍爾限位開關，用于判斷車輪總成是否轉動到極限位置，轉角測量系統通過光學觸點獲取車輪轉動的相對角度和轉向方向，當車輪轉到±90度的極限位置時，電子控制單元根據霍爾限位開關信號而中斷繼續轉向，實現對車輪進行90度的電子限位，從而減小車輛移位、泊車時車輪受過度扭矩的磨損，避免線束遭到破壞。

在車輪的±90度極限位置分別布置一個霍爾限位開關撥片，當霍爾限位開關輸出數字信號為“1”時，說明霍爾限位開關撥片工作，撥片旋轉到霍爾元件兩極光束之間使霍爾限位開關閉合，此時車輪在±90度位置，電子控制單元控制轉向電機輸出力矩使車輪回到零點位置；當霍爾限位開關輸出數字信號為“0”時，說明霍爾限位開關撥片不工作，霍爾限位開關處于開啟狀態，此時車輪不在±90度位置，電子控制單元控制轉向電機輸出力矩使車輪轉動，當霍爾限位開關輸出數字信號又為“1”時，車輪到達±90度位置，此時同樣使轉向電機輸出力矩控制車輪回到零點位置，實現了車輛每次啟動時，轉角測量系統對車輪初始位置的校正。

該轉角測量系統的測量范圍為0度到±90度，車輛轉向時，車輪常用轉角范圍和操縱桿轉角工作范圍均為0度到±40度，因此，要求轉角測量系統0度到±40度比±40度到±90度范圍的測量精度高，將轉角測量系統使用的轉角傳感器通過激光反射盤分為0度到±40度小量程高精度部分和±40度到±90度大量程低精度部分，當車輪和操縱桿轉角在常用工作范圍時，轉角測量系統通過小量程高精度部分進行精確測量，當車輛在低速、大轉角轉向時，車輪轉角可能超出±40度，此時轉角測量系統通過大量程低精度部分進行測量，實現了轉角測量系統的變量程變精度測量，減少傳感器成本。

與現有技術相比本發明的有益效果是：

1.本發明所述的適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統利用光學介質進行角度測量，應用于車輪總成時，不受電機工作產生的高溫、磁場干擾，測量準確，轉角信號傳輸給電子控制單元的時間遲滯小。

2.本發明所述的適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統可對車輪初始位置進行校正和電子限位，多重容錯功能提高了全線控四輪轉向的安全性。

2.本發明所述的適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統結構簡單，安裝方便，用于操縱桿和車輪轉角測量時可實現變量程變精度測量，既提高了測量精度，又節約了成本。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步的說明：

圖1是本發明所述的一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統中所涉及的操縱桿、四輪位置示意圖；

圖2是本發明所述的一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統中所涉及的車輪總成示意圖；

圖3是本發明所述的一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統所涉及的操縱桿總成結構示意圖；

圖4是本發明所述的一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉向轉角測量系統所涉及的轉角測量系統控制邏輯流程圖；

圖5是本發明所述的一種適用于分布式全線控汽車的轉角測量系統所涉及的霍爾限位開關總成示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳細的描述：

參照附圖所示，本發明意在實現轉角測量系統與操縱桿控制的汽車全線控四輪轉向系統的有效匹配，通過應用于操縱桿和車輪總成的轉角測量系統精確測量、傳輸，為駕駛員提供準確的轉向信號，提高車輛的操縱穩定性和安全性。

參照附圖1所示，由操縱桿控制的全線控四輪轉向車輛中，共匹配了五個轉角測量系統，轉角測量系統5安裝在操縱桿6中，用于測量操縱桿轉角，轉角測量系統1、2、3、4分別安裝在左前輪、左后輪、右前輪、右后輪四個車輪總成中，用于測量車輪轉角。操縱桿6置于主駕駛位置、副駕駛位置、座椅處均可，便于一側肢體有殘疾的駕駛員使用，它安裝方便，節省空間，提高了駕駛室的空間利用率，同時，在車輛發生事故時，駕駛員也不會受到二次撞擊傷害。

參照附圖2所示，全線控四輪轉向的車輪總成包括輪轂電機、制動電機、轉向電機、懸架電機、轉角測量系統，四個電機在車輪輪轂內緊湊分布，轉角測量系統安裝在轉向電機輸出軸一端用于測量車輪轉角信號。轉角測量系統通過光學介質便可測量轉角信號且是無線傳輸，因此在測量過程中和轉角信號傳輸過程中不會受到四個電機工作產生的高溫、電磁影響，因此轉角測量系統測量精確，能迅速將轉角信號傳送給電子控制單元，時間遲滯極小。

參照附圖3所示，轉角測量系統的轉角傳感器包括激光反射盤7，光學觸點8(基礎)，光學觸點9(冗余)，光學觸點10(冗余)，光學觸點通過兩組激光二極管將兩束光投射到激光反射盤7上，兩個光電探測器從激光反射盤7上獲得這兩束光，兩套準直物鏡系統來將這些光束聚焦，第一束光被用來獲得相對角度，第二束光獲得轉向方向。角度讀取的分辨率為1度或更小，1度分為同等數量的凹坑和非凹坑，非凹坑映射到邏輯“1”，而凹坑映射到邏輯“0”。

參照附圖1、3所示，為了提供冗余，轉角測量系統的轉角傳感器上2個冗余光學觸點9、10，可實現2重轉向容錯功能。車輛的儀表盤上為轉角測量系統1、2、3、4、5設置報警燈，分別為左前輪報警燈、左后輪報警燈、右前輪報警燈、右后輪報警燈，操縱桿報警燈。當基礎光學觸點8出現故障時，轉角測量系統對應的報警燈閃爍，2個冗余光學觸點進行轉角測量，實現轉角測量的冗余功能；當四個車輪總成中的某一轉角測量系統徹底出現故障時，轉角測量系統對應的報警燈常亮，此時這一車輪總成參考同軸或同側車輪總成轉角測量系統的轉角信號，由轉角測量系統無故障的車輪總成控制進行兩輪轉向，實現了轉向系統轉角信號的容錯功能，提高了車輛的穩定性和轉向安全性。

參照附圖4所示，光學觸點包括相對角度點和轉向方向點，相對角度點和轉向方向點同時讀取數據，在任何給定點，轉向方向點應在相對角度點后3/4度。當相對角度點發現一個下降沿過渡，即從邏輯“1”變為邏輯“0”，電子控制單元中斷，轉向方向點進行數據讀取，如果轉向方向點讀取為邏輯“0”，轉向方向是順時針且相對角度遞增；如果轉向方向點讀取為邏輯“1”，轉向方向是逆時針且相對角度遞減。因此，轉角測量系統可在順時針和逆時針方向進行角度測量。

全線控四輪轉向車輪的轉角范圍為0度到±90度，在車輪的±90度極限位置分別安裝一個霍爾限位開關。用于車輪總成的轉角測量系統通過光學觸點獲取車輪轉動的相對角度和轉向方向，當車輪轉到±90度的極限位置時，轉角測量系統將極限轉角信號傳給電子控制單元，電子控制單元發出警告并中斷車輪超出極限位置繼續轉向，同時霍爾限位開關閉合，對車輪進行90度的電子限位，減小車輛移位、泊車時車輪受過度扭矩的磨損，避免線束遭到破壞。

參照附圖5所示，轉角測量系統的霍爾限位開關總成包括霍爾元件11，撥片12，霍爾元件兩極間光束13，霍爾元件A點14，霍爾元件B點15。車輛在啟動時，各個車輪轉角不一致，需要對車輪進行初始位置的校正。在車輪的±90度極限位置分別布置一個霍爾限位開關撥片12，當霍爾限位開關輸出數字信號為“1”時，說明霍爾限位開關撥片12工作，撥片12旋轉到霍爾元件11兩極的A、B點光束13之間時霍爾限位開關閉合，此時車輪在±90度位置，電子控制單元控制轉向電機輸出力矩使車輪回到零點位置；當霍爾限位開關輸出數字信號為“0”時，說明霍爾限位開關撥片12不工作，霍爾限位開關處于開啟狀態，此時車輪不在±90度位置，電子控制單元控制轉向電機輸出力矩使車輪轉動，當霍爾限位開關輸出數字信號又為“1”時，車輪到達±90度位置，此時同樣使轉向電機輸出力矩控制車輪回到零點位置，實現了車輛每次啟動時，轉角測量系統對車輪初始位置的校正，在此過程中，不需要必須使用絕對位置傳感器來測量校正，該轉角測量系統相比絕對位置傳感器，成本減少至少一倍，經濟實用性更強。

該轉角測量系統的測量范圍為0度到±90度，根據不同車速范圍的操縱桿轉角和車輪轉角不同，在轉角測量系統中，將轉角傳感器的整個激光反射盤分為0度到±40度的小量程高精度部分和±40度到±90度的大量程低精度部分，大量程低精度部分的角度分辨率為0.3度，小量程高精度部分的角度分辨率為0.05度。車輛轉向時，車輪常用轉角范圍和操縱桿轉角工作范圍均為0度到±40度，轉角較小，測量精度要求偏高，轉角測量系統通過小量程高精度部分進行精確測量；當車輛在低速、大轉角轉向時，車輪轉角可能超出±40度，此時轉角較大，測量精度要求偏低，轉角測量系統通過大量程低精度部分進行測量，實現了轉角測量系統的變量程變精度測量。將轉角測量系統分為大量程低精度和小量程高精度兩部分，能同時滿足操縱桿和車輪轉角測量精度的要求，因此操縱桿和車輪總成可用相同類型的轉角測量系統。變量程變精度便可滿足測量精度要求，也使得轉角測量系統不必全部制成高精度來測量，降低了制造成本。