具有主動轉向功能的電動助力轉向系統的制作方法

本發明涉及電動助力轉向技術領域，特別是涉及一種具有主動轉向功能的電動助力轉向系統。

背景技術：

隨著科技發展，對現代車輛有了更高的要求，在滿足傳統行駛的基礎上，目光更著重于車輛的智能化控制，如無人駕駛汽車、自適應巡航、車輛主動安全、全自動泊車等功能。而車輛具有主動轉向控制作為智能化控制中的重要部分，可以實現智能改變汽車的行駛方向。

目前，電動助力轉向(EPS)系統已經在乘用車轉向助力系統中占據著重要地位，逐步取代機械液壓助力轉向系統。其工作原理為：當駕駛員扭動轉向盤，安裝在轉向柱上的扭矩傳感器即可測量駕駛員施加的扭矩，并以電信號形式送給助力轉向系統的控制器；控制器根據測量的扭矩電信號、轉角信號，車速信息通過助力特性曲線決定助力電機的目標電流，并根據電流反饋構成電流閉環控制；電流控制指令信號發送給電機驅動器完成功率放大，進而驅動助力電機運轉，輸出助力扭矩；電機產生的助力扭矩傳給汽車機械轉向系統，與駕駛員施加的扭力共同完成車輛的轉向。但此系統僅僅是在駕駛員轉動轉向盤時才進行助力轉向，智能程度有限，未實現根據不同工況來自主轉向。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有主動轉向功能的電動助力轉向系統，能手動/自動切換方便。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種具有主動轉向功能的電動助力轉向系統，包括機械轉向系統，扭矩傳感器，轉向盤轉角傳感器，電子控制單元，轉向助力電機及其減速機構，所述扭矩傳感器安裝于所述機械轉向系統的轉向軸上以檢測駕駛員操縱力矩并輸出扭矩信號；所述轉向盤轉角傳感器用于檢測轉向盤偏離直線行駛位置并輸出的角度信號；所述電子控制單元包括轉向需求判斷模塊和電機控制模塊，所述轉向需求判斷模塊將轉向盤的角度信號、扭矩傳感器的扭矩信號、外部接收到的車速/發動機轉速/檔位狀態以及主動轉向需求信號相結合，經過判斷處理，判斷得出車輛轉向的需求狀態，如果需要主動轉向，則計算出主動轉向助力力矩；若不需要主動轉向，則計算出人工轉向助力力矩；所述電機控制模塊根據計算得出最終的助力力矩控制安裝在機械轉向軸或轉向器上的轉向助力電機，所述轉向助力電機通過減速機構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角度信號、扭矩信號、車速/發動機轉速/檔位狀態進行處理得到人工轉向助力力矩。

所述電子控制單元還包括主動轉向控制模塊，所述主動轉向控制模塊根據接收到的電機輸出的電機轉速經過處理后再通過PID計算得出主動轉向助力力矩。

所述主動轉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；所述轉向需求判斷模塊判斷出需要主動轉向時，所述比例部分、積分部分和微分部分分別對當前電機轉速與目標轉速閾值之間的差值進行比例、積分和微分計算，并將計算結果輸入到所述電機控制模塊中作為機械轉向系統的轉向助力電機的控制信號，從而實現車輛的自動轉向。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明在某些特定情況下駕駛員未能人工轉動轉向盤時能提供足夠助力來進行助力轉向實現安全自動行駛，且具有手動/自動切換方便的特點。此系統作為電動助力轉向系統的延伸而開發新系統(例如：轉彎輔助操作、自動泊車、自動轉向規避碰撞)的基礎，從而更加智能、安全、環保、可靠及環境適應性強等。

附圖說明

圖1是本發明的系統示意圖；

圖2是本發明中電子控制單元的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

本發明的實施方式涉及一種具有主動轉向功能的電動助力轉向系統，包括機械轉向系統，扭矩傳感器，轉向盤轉角傳感器，電子控制單元，轉向助力電機及其減速機構。

其中，機械轉向系統主要包括轉向盤1、轉向管柱3、中間軸5、轉向器6、小齒輪10、轉向拉桿7、轉向節臂9和轉向輪8，所述轉向管柱3一端接轉向盤1，另一端接中間軸5一端，中間軸5另一端通過小齒輪10同轉向器6的齒條嚙合，轉向器6的兩端分別經轉向拉桿7及轉向節臂9接轉向輪8，當駕駛員通過轉向盤1施加操縱力矩時，轉向盤1帶動轉向管柱3及中間軸5轉動，中間軸5通過小齒輪10帶動轉向器6左移或右移，使轉向輪偏轉，從而控制車輛轉向。

如圖1所示，具有主動轉向功能的電動助力轉向系統是由傳統的機械轉向系統加裝轉向盤轉角傳感器2、扭矩傳感器11、電子控制單元13、轉向助力電機12及其減速機構4等組成。其中，轉向盤轉角傳感器2用以檢測轉向盤偏離直線行駛位置并輸出的角度信號；扭矩傳感器11安裝于所述機械轉向系統的轉向軸上，用以檢測駕駛員操縱力矩；轉向助力電機12可安裝在轉向管柱3或轉向器6上，通過減速機構4給駕駛員提供助力力矩；轉角傳感器信號θ、扭矩傳感器信號T與車速傳感器信號V輸入到電子控制單元13，電子控制單元13計算目標助力力矩，并根據目標助力力矩輸出電流驅動轉向助力電機12工作。

如圖2所示，所述電子控制單元包括轉向需求判斷模塊和電機控制模塊，所述轉向需求判斷模塊將轉向盤的角度信號、扭矩傳感器的扭矩信號、外部接收到的車速/發動機轉速/檔位狀態以及主動轉向需求信號相結合，經過判斷處理，判斷得出車輛轉向的需求狀態，如果需要主動轉向，則計算出主動轉向助力力矩；若不需要主動轉向，則計算出人工轉向助力力矩；所述電機控制模塊根據計算得出最終的助力力矩控制安裝在機械轉向軸或轉向器上的轉向助力電機，所述轉向助力電機通過減速機構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角度信號、扭矩信號、車速/發動機轉速/檔位狀態進行處理得到人工轉向助力力矩。所述電子控制單元還包括主動轉向控制模塊，所述主動轉向控制模塊根據接收到的電機輸出的電機轉速經過處理后再通過PID計算得出主動轉向助力力矩。

電子控制單元根據外部接收到的車速/發動機轉速/檔位狀態以及主動轉向需求信號的集合經過轉向需求判斷模塊來判斷車輛處于人工轉向狀態還是自動轉向狀態。轉向狀態的判斷可根據與或邏輯門實現，即將車速信號、發動機轉速信號、檔位狀態信號、和主動轉向需求信號分別設置相應的閾值，當收到的信號小于或等于設定的閾值時，產生“0”標記，否則產生“1”標記，然后將標記進行適當的與或運算，根據轉向需求判斷模塊的處理結果來判斷車輛處于人工轉向狀態還是主動轉向狀態，例如當運算結果為“0”時，為人工轉向狀態，當滿足人工轉向狀態時，車輛處于人工模式，通過力矩控制模塊的實施對接收到的車速信號、扭矩信號、角度信號及電機轉速信號作適當處理給轉向盤提供人工轉向助力力矩；當運算結果為“1”時，為主動轉向狀態，當滿足主動轉向狀態時，車輛處于自動模式，通過主動轉向控制模塊的實施對電機轉速的PID控制給轉向盤提供自動轉向助力力矩，根據轉向需求判斷模塊得出最終的助力結果給電機控制模塊，從而提供足夠助力來進行助力轉向。

所述主動轉向控制模塊采用PID算法，即包括比例部分、積分部分和微分部分；所述轉向需求判斷模塊判斷出需要主動轉向時，所述比例部分、積分部分和微分部分分別對當前電機轉速與目標轉速閾值之間的差值進行比例、積分和微分計算，并將計算結果輸入到所述電機控制模塊中作為機械轉向系統的轉向助力電機的控制信號，從而實現車輛的自動轉向。

不難發現，本發明在某些特定情況下駕駛員未能人工轉動轉向盤時能提供足夠助力來進行助力轉向實現安全自動行駛，且具有手動/自動切換方便的特點。此系統作為電動助力轉向系統的延伸而開發新系統(例如：轉彎輔助操作、自動泊車、自動轉向規避碰撞)的基礎，從而更加智能、安全、環保、可靠及環境適應性強等。