[發明專利]融合電動助力轉向功能的主動轉向系統及控制方法

無效

• 申請號: 200910185021.4
• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN101695935A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 趙萬忠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04;B62D6/00;B62D117/00;B62D101/00;B62D113/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明涉及汽車轉向系統領域，特別是涉及一種汽車使用的主動轉向系統。

背景技術

汽車動力轉向系統包括電控液壓動力轉向系統、電動助力轉向系統和主動轉向系統。

申榮衛博士論文《電動客車電動助力轉向系統開發與試驗技術研究》介紹了一種典型電控液壓動力轉向系統，它將車速信號引入液壓轉向系統，得到車速感應型助力特性，并增加了控制器和執行機構。控制器根據車速信號，改變電液轉換裝置的助力特性，達到在低速或急轉彎行駛時助力較大，以滿足轉向輕便性的要求；高速時助力較小，以滿足路感和操縱穩定性的要求。但由于電控液壓動力轉向系統仍然采用液壓系統，液壓系統的缺點依然難以克服，同時在液壓系統的基礎上增加了傳感器和控制器，使整個系統成本增加。

電動助力轉向系統是在電控液壓動力轉向系統基礎上發展起來的一種新型的、很有發展前途的動力轉向系統。施國標博士論文《電動助力轉向助力特性仿真與控制策略研究》介紹了一種典型的電動助力轉向系統，它在原有的機械轉向系統的基礎上，根據車速傳感器和轉矩傳感器檢測的信號，由電子控制單元(ECU)計算所需要的轉向助力大小，并通過驅動電路控制電動機，使電機產生相應大小和方向的輔助力，協助駕駛員進行轉向操縱，獲得理想轉向特性。該系統主要由機械轉向裝置、轉矩傳感器、車速傳感器、助力電動機、減速機構、電子控制單元(ECU)等構成。電動助力轉向系統解決了轉向輕便性的問題，保證駕駛員具有良好的路感；同時，電動助力轉向系統還可進行回正控制，提高汽車的回正性能。但是，電動助力轉向系統由于傳動比固定，不能根據車輛運行工況改善整車的操縱穩定性，因而汽車的安全性存在隱患。

主動前輪轉向(AFS.Active?front?steering)通過電機根據車速和行駛工況改變轉向傳動比。低速時，轉向傳動比較小，以減少轉向盤的轉動圈數，提高汽車的機動性和靈活性；高速時，轉向傳動比較大，以降低轉向靈敏性，提高汽車的穩定性和安全性。同時，系統中的機械連接使得駕駛員直接感受到真實的路面反饋信息。因此，主動前輪轉向為車輛行駛的靈敏性、舒適性和安全性設定了新標準，代表著轉向技術的發展趨勢。

目前，現有的寶馬等主動轉向系統仍然都采用電控液壓動力轉向系統實現車速型助力，因此無法克服傳統電控液壓動力轉向系統控制的不足，存在轉向系統助力大小不能隨路面狀況及轉向盤轉矩變化、無轉向盤回正控制、液壓系統泄露及低溫工作性能不良等弊端。

發明內容

本發明提供一種能夠根據車輛運行工況改善整車操縱穩定性，改善駕駛員路感、汽車回正性能更強的融合電動助力轉向功能的主動轉向系統及控制方法。

一種融合電動助力轉向功能的主動轉向系統，依次包括轉向盤、轉向輸入軸、行星齒輪機構、轉向輸出軸、轉向機、轉向橫拉桿，還包括安裝于行星齒輪機構上的轉向電機；還包括轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器、側向加速度傳感器，以及以轉向盤轉角傳感器信號、橫擺角速度傳感器信號、側向加速度傳感器信號為基礎，根據整車的操縱穩定性計算出轉向系統的理想傳動比和轉向角修正量，向上述轉向電機發出控制信號驅動上述行星齒輪機構實施變傳動比控制和主動轉向干預控制的ECU；特征在于：

該系統還包括：安裝于上述轉向輸入軸上的轉向盤轉矩傳感器、與轉向機小齒輪相連的渦輪蝸桿減速機構、與該渦輪蝸桿減速機構相連的助力電機；上述ECU還接收轉向盤轉矩傳感器測得轉向盤轉矩信號，還向所述助力電機發出控制信號。

利用上述融合電動助力轉向功能的主動轉向系統的控制方法，其特征在于包括以下過程：

(a)、ECU以轉向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器信號、側向加速度傳感器信號為基礎，根據整車的操縱穩定性計算出轉向系統的理想傳動比和轉向角修正量，向轉向電機發出控制信號，驅動行星齒輪機構實施變傳動比控制和主動轉向控制；

(b)、ECU接收轉向盤轉矩傳感器信號，向助力電機發出控制信號，驅動助力電機通過渦輪蝸桿減速機構進行轉向系統助力控制和回正控制，實施電動助力轉向功能，所述渦輪蝸桿減速機構將助力電機輸出的力矩實施減速增扭，在轉向機齒條上與轉向盤力矩進行疊加，通過轉向橫拉桿共同驅動車輪轉向；

(c)、上述助力電機的助力力矩大小的產生是先由助力特性曲線根據汽車CAN總線車速信號和轉向盤轉矩傳感器信號得到助力電機理想電流，助力電機理想電流與助力電機實際電流相減得到輸出響應偏差量，再由所述輸出響應偏差量經助力特性控制器產生助力電機助力控制電壓，然后輸出助力力矩；