[發(fā)明專利]一種轉(zhuǎn)向及路感模擬一體式方向盤系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910675535.1
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110435753A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇申;李強(qiáng);賈紅偉;陶濤;章駿
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)向及路感模擬一體式方向盤系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向及路感模擬一體式方向盤、固定軸和ECU；其中轉(zhuǎn)向及路感模擬一體式方向盤包括第一硅鋼片、導(dǎo)線、第二硅鋼片、安全氣囊模塊、喇叭模塊、金屬支架、轉(zhuǎn)向軸、安裝軸和永磁體。導(dǎo)線嵌在第一硅鋼片內(nèi)部，第一硅鋼片通過金屬支架固定在安裝軸上；轉(zhuǎn)向軸上設(shè)置有喇叭模塊、安全氣囊模塊和第二硅鋼片，第二硅鋼片上設(shè)置永磁體；固定軸用于對所述轉(zhuǎn)向及路感模擬一體式方向盤進(jìn)行固定；ECU通過判斷車輛狀態(tài)提供給轉(zhuǎn)向及路感模擬一體式方向盤阻力矩信號，控制車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作。本發(fā)明具有使用方便、應(yīng)用范圍廣、安全性高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種轉(zhuǎn)向及路感模擬一體式方向盤系統(tǒng)。

背景技術(shù)

汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段、純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。第二階段、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic Power Steering System,HPS)。第三階段、電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electronic Hydraulic Power Steering System,EHPS)及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electronic Power Steering System,EPS)。隨著電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，不但改善了汽車轉(zhuǎn)向力的傳遞特性，而且很好地緩解了駕駛員的轉(zhuǎn)向負(fù)擔(dān)。

隨著智能駕駛技術(shù)(ADAS)如自動(dòng)泊車、并線輔助、車道保持、四輪轉(zhuǎn)向等功能的發(fā)展，對汽車轉(zhuǎn)向性能提出了更高的要求。四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Four-Wheel Steering System,4WS)、主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Active Front Steering System,AFS)和后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(ActiveRear Steering System,ARS)在汽車上的應(yīng)用，既改善了汽車轉(zhuǎn)向角傳遞特性和轉(zhuǎn)向相應(yīng)特性，又提高了汽車的操縱穩(wěn)定性。

目前市場上的大部分車型依然采取機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，限制了轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比的靈活性，理論上，汽車在原地或低速行駛時(shí)，需要較大的轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比，這樣可以增加汽車轉(zhuǎn)向的靈活性；而在高速行駛時(shí)，則需要較小的轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比，保證汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，會(huì)將轉(zhuǎn)向的阻力和地面的摩擦力反饋到轉(zhuǎn)向盤上，增加了駕駛員轉(zhuǎn)向的疲勞度。為了克服這些因素對汽車轉(zhuǎn)向特性的影響，駕駛員必須根據(jù)汽車實(shí)時(shí)狀況及時(shí)調(diào)整，這樣就給駕駛員增加了很多的負(fù)擔(dān)，尤其是在遇到冰雪路面等復(fù)雜工況時(shí)，汽車的操縱穩(wěn)定性變差，最直觀的表現(xiàn)就是車輛發(fā)生交通事故的概率增加。

近年來，汽車市場的競爭加劇，導(dǎo)致了汽車的開發(fā)和制造的理念、方式和方法上的重大變革。通過改革傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的連接方式，以電子控制單元(ECU)、信號線以及傳感器等，將汽車的轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間連接起來，最終實(shí)現(xiàn)用電信號取代傳統(tǒng)的機(jī)械連接，這一方案得到了大部分汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。這種連接方式是由駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤提供轉(zhuǎn)角信號，傳感器接收到轉(zhuǎn)向信號，綜合控制器實(shí)時(shí)的接收汽車行駛狀態(tài)和轉(zhuǎn)向信號，計(jì)算出合理的轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角，施加給轉(zhuǎn)向輪以完成汽車的轉(zhuǎn)向控制。這種轉(zhuǎn)向方式能夠提供給汽車更加合適的輪轉(zhuǎn)角，進(jìn)而提高汽車的安全性和操縱穩(wěn)定性。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Steering-By-Wire,SBW)應(yīng)運(yùn)而生。

SBW系統(tǒng)采用了線控技術(shù)(X-By-Wire,XBW)，理論基礎(chǔ)是移除傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，用ECU取而代之。ECU接收到傳感器和信號線傳遞過來的信號后發(fā)出相應(yīng)的指令，進(jìn)而使轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的控制動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖的目的。SBW系統(tǒng)最顯著的特征為去掉了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，從轉(zhuǎn)向盤到轉(zhuǎn)向執(zhí)行器之間的機(jī)械連接，由路感反饋總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成、控制器以及相關(guān)傳感器組成。路感反饋總成主要包括轉(zhuǎn)向盤、路感電機(jī)、減速器和扭矩轉(zhuǎn)角傳感器，功能是驅(qū)動(dòng)路感電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制器給出的反饋力矩指令，對駕駛員施加合適的路感(陳俐,李雄,程小宣等，汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究進(jìn)展綜述[A]，汽車技術(shù)，2018)。