一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构，包括：方向盘，其固定连接有转向柱；电磁抱闸，其与所述转向柱同轴固定连接；太阳轮，其与所述电磁抱闸同轴固定连接；多个行星轮，其周向均匀设置在所述太阳轮外侧，并与所述太阳轮啮合传动；齿圈，其与所述太阳轮同心设置，且内圈与所述行星轮啮合传动，外圈设置有蜗轮齿；行星架，其周向与所述行星轮的轮轴可旋转连接，且远离所述方向盘一侧中心垂直延伸有管柱结构，用于与转向器连接；蜗杆，其与所述齿圈外圈的蜗轮齿啮合传动；解耦驱动机构，其与所述蜗杆连接，用于驱动所述蜗杆旋转。本发明专利技术还提供一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构的控制方法。

A New Steering Mechanism with Partial Wire-controlled Steering Function and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构及其控制方法
本专利技术涉及汽车转向
，更具体地是，本专利技术涉及一种新型转向机构及其控制方法。
技术介绍
在汽车转向系统的设计中，车辆在低速工况下要求转向系统操作“灵敏”，即转动较小的方向盘角度即可获得较大的车轮转向角；而在高速工况下则相反。如今大部分车型均采用带有助力的机械转向系统，此种系统一旦设计完毕，则其转向系统的角传动比不可改变，这与实际的驾车需求是不符的。为了平衡两种相矛盾的需求，德国宝马公司使用了基于双行星排的AFS主动转向技术，可以实现实时调节转向系统角传动比，但此种技术结构复杂，且转向盘与车轮之间仍存在机械连接，方向盘始终无法与车轮转角解耦。由于上述需求的存在以及近年来汽车智能化的要求，线控转向系统出现在大众视野中。线控转向技术断开了转向系统的机械连接，纯以方向盘转角传感器等传感器、控制器和转向执行电机的配合，实现车辆转向。由于切断了机械连接，为保证汽车行驶安全性，线控转向技术不得不采用大量的冗余设计，这使得系统集成的复杂度大大增加，也抵消了一部分取消机械连接带来的成本和布置空间优势。未来智能交通要求汽车实现自动驾驶，在自动驾驶过程中，要求车轮能够进行转向的同时，方向盘不会自主转向，以防止方向盘打手，提升驾驶员舒适性。此种功能实现要求方向盘转角与车轮转角解耦，现阶段仅线控转向系统可以实现，但如上述，目前线控转向系统的缺点十分明显。
技术实现思路
本专利技术设计开发了一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构，目的之一是设置有电磁抱闸，将转向柱和太阳轮之间的动力进行选择性的制动或者传递，并通过单行星排结构、蜗杆以及解耦驱动机构，实现解耦转向模式。目的之二是设置有助力主动轮、助力从动轮和助力驱动机构，能够助力转向，并与解耦驱动机构耦合，调节转向系统角传动比。本专利技术设计开发了一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构的控制方法，其目的之一是提供了正常转向和解耦转向两种转向模式。目的之二是能够根据转向模式实现助力转向、可调角传动比以及方向盘与车轮转角解耦功能，提升驾驶员的乘坐舒适性。本专利技术提供的技术方案为：一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构，包括：方向盘，其固定连接有转向柱；电磁抱闸，其与所述转向柱同轴固定连接；太阳轮，其与所述电磁抱闸同轴固定连接；多个行星轮，其周向均匀设置在所述太阳轮外侧，并与所述太阳轮啮合传动；齿圈，其与所述太阳轮同心设置，且内圈与所述行星轮啮合传动，外圈设置有蜗轮齿，且所述蜗轮齿的螺旋角为自锁结构；行星架，其周向与所述行星轮的轮轴可旋转连接，且远离所述方向盘一侧中心垂直延伸有管柱结构，用于与转向器连接；蜗杆，其与所述蜗轮齿啮合传动；解耦驱动机构，其与所述蜗杆连接，用于驱动所述蜗杆旋转；其中，所述电磁抱闸用于将所述转向柱和所述太阳轮之间的动力进行选择性的制动或者传递。优选的是，还包括：助力从动轮，其设置在所述转向柱和所述电磁抱闸之间，并与所述转向柱和电磁抱闸同轴固定连接；助力主动轮，其与所述助力从动轮啮合传动；第一离合器片，其与所述助力主动轮同轴固定连接；第二离合器片，其间隔设置在所述第一离合器片上方；助力驱动机构，其输出端与所述第二离合器片同轴固定连接；其中，当所述第一离合器片与所述第二离合器片结合时，所述助力驱动机构能够驱动所述助力主动轮旋转。优选的是，还包括：万向传动机构，其设置在所述行星架的管柱结构与所述转向器的连接处；齿轮齿条机构，其与所述转向器连接；多个转向拉杆，其一端分别与所述齿轮齿条机构连接，另一端与对应车轮连接，用于驱动车轮旋转。优选的是，还包括：多个轮速传感器，其分别设置在对应车轮上，用于检测车轮速度；转角扭矩传感器，其设置在所述转向柱上，用于检测方向盘转角和转向手力矩；转向系统控制器，其通过CAN总线与所述轮速传感器、转角扭矩传感器连接，并通过电线与所述第一离合器片、第二离合器片、助力驱动机构、解耦驱动机构、电磁抱闸连接，能够接收所述轮速传感器、转角扭矩传感器的检测数据，能够控制所述第一离合器片、第二离合器片、助力驱动机构、解耦驱动机构和电磁抱闸工作；自动驾驶控制器，其通过CAN总线与所述转向系统控制器连接，用于向所述转向系统控制器传输控制策略。优选的是，还包括：模式切换开关，其与所述转向系统控制器通过电线连接，用于切换转向模式；背光灯，其与所述转向系统控制器通过电线连接，用于显示目标转向模式；其中，当所述转向模式为正常转向模式时，所述第一离合器片与所述第二离合器片结合，且所述解耦驱动机构和所述助力驱动机构均工作；当所述转向模式为解耦转向模式时，所述第一离合器片与所述第二离合器片断开，且所述解耦驱动机构工作，所述助力驱动机构不工作。一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构的控制方法，包括：车辆启动，通过传感器采集四个车轮的速度、方向盘转角和转向手力矩，当车轮速度同时满足Vi≤V0且方向盘转角满足δmin≤δ0≤δmax时，确定目标转向模式：当目标转向模式为正常转向模式时，制动电磁抱闸，并确定当前车速Vveg′：Vveh′＝min[V′i]；根据当前车速Vveh′对应的目标角传动比特性曲线确定目标角传动比iTar′；当[(θR′·K+θs′)/(1+K)]·i3＝θwheel′时，解除电磁抱闸制动；当[(θR′·K+θs′)/(1+K)]·i3≠θwheel′时，确定解耦驱机构的调节输出角度，使得[(θR′·K+θs′)/(1+K)]·i3＝θwheel′，解除电磁抱闸制动；确定当前车速Vveh：Vveh＝min[Vi]；根据当前车速Vveh对应的目标角传动比特性曲线确定目标角传动比iTar；控制第一离合器片与第二离合器片结合，根据方向盘转向手力矩和当前车速Vveh对应的助力特性曲线确定目标助力力矩Mps，同时确定解耦驱动机构的目标输出角度：[(θR·K+θs)/(1+K)]·i3＝θwheel；式中，θs′＝δ′-θTor′，θR′＝θMot′/i4，θwheel′＝δ′/iTar′，θs＝δ-θTor，θR＝θMot/i4，θwheel＝δ/iTar，θR′为解除电磁抱闸制动之前齿圈的转动角度，θs为解除电磁抱闸制动之前太阳轮的转动角度，δ′为解除电磁抱闸制动之前方向盘的转角，θTor′为解除电磁抱闸制动之前转角扭矩传感器测量时扭杆的扭转造成的实际方向盘转角偏差，θMot′为解除电磁抱闸制动之前解耦驱机构的调节输出角度，θwheel′为解除电磁抱闸制动之前车轮总成的转角，θR为解除电磁抱闸制动之后齿圈的转动角度，θs为解除电磁抱闸制动之后太阳轮的转动角度，K为太阳轮、行星轮、齿圈和行星架组成的传动机构的特征系数，i3为万向传动机构、转向器、齿轮齿条机构和转向拉杆至车轮总成的总计的角传动比，θTor为解除电磁抱闸制动之后转角扭矩传感器测量时扭杆的扭转造成的实际方向盘转角偏差，θwheel为解除电磁抱闸制动之后车轮总成的转角，θMot为解除电磁抱闸制动之后解耦驱动机构的目标输出角度，i4为解耦驱动机构至齿圈外圈和蜗轮组成的蜗轮蜗杆机构的传动比，δ为解除电磁抱闸制动之后方向盘的转角；当目标转向模式为解耦转向模式时，第一离合器片与第二离合器片断开，且电磁抱闸处于制动状态，自动驾驶控制器根据车辆行驶路径轨迹和行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构，其特征在于，包括：方向盘，其固定连接有转向柱；电磁抱闸，其与所述转向柱同轴固定连接；太阳轮，其与所述电磁抱闸同轴固定连接；多个行星轮，其周向均匀设置在所述太阳轮外侧，并与所述太阳轮啮合传动；齿圈，其与所述太阳轮同心设置，且内圈与所述行星轮啮合传动，外圈设置有蜗轮齿，且所述蜗轮齿的螺旋角为自锁结构；行星架，其周向与所述行星轮的轮轴可旋转连接，且远离所述方向盘一侧中心垂直延伸有管柱结构，用于与转向器连接；蜗杆，其与所述蜗轮齿啮合传动；解耦驱动机构，其与所述蜗杆连接，用于驱动所述蜗杆旋转；其中，所述电磁抱闸用于将所述转向柱和所述太阳轮之间的动力进行选择性的制动或者传递。

【技术特征摘要】
1.一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构，其特征在于，包括：方向盘，其固定连接有转向柱；电磁抱闸，其与所述转向柱同轴固定连接；太阳轮，其与所述电磁抱闸同轴固定连接；多个行星轮，其周向均匀设置在所述太阳轮外侧，并与所述太阳轮啮合传动；齿圈，其与所述太阳轮同心设置，且内圈与所述行星轮啮合传动，外圈设置有蜗轮齿，且所述蜗轮齿的螺旋角为自锁结构；行星架，其周向与所述行星轮的轮轴可旋转连接，且远离所述方向盘一侧中心垂直延伸有管柱结构，用于与转向器连接；蜗杆，其与所述蜗轮齿啮合传动；解耦驱动机构，其与所述蜗杆连接，用于驱动所述蜗杆旋转；其中，所述电磁抱闸用于将所述转向柱和所述太阳轮之间的动力进行选择性的制动或者传递。2.如权利要求1所述的可实现部分线控转向功能的新型转向机构，其特征在于，还包括：助力从动轮，其设置在所述转向柱和所述电磁抱闸之间，并与所述转向柱和电磁抱闸同轴固定连接；助力主动轮，其与所述助力从动轮啮合传动；第一离合器片，其与所述助力主动轮同轴固定连接；第二离合器片，其间隔设置在所述第一离合器片上方；助力驱动机构，其输出端与所述第二离合器片同轴固定连接；其中，当所述第一离合器片与所述第二离合器片结合时，所述助力驱动机构能够驱动所述助力主动轮旋转。3.如权利要求1或2所述的可实现部分线控转向功能的新型转向机构，其特征在于，还包括：万向传动机构，其设置在所述行星架的管柱结构与所述转向器的连接处；齿轮齿条机构，其与所述转向器连接；多个转向拉杆，其一端分别与所述齿轮齿条机构连接，另一端与对应车轮连接，用于驱动车轮旋转。4.如权利要求2所述的可实现部分线控转向功能的新型转向机构，其特征在于，还包括：多个轮速传感器，其分别设置在对应车轮上，用于检测车轮速度；转角扭矩传感器，其设置在所述转向柱上，用于检测方向盘转角和转向手力矩；转向系统控制器，其通过CAN总线与所述轮速传感器、转角扭矩传感器连接，并通过电线与所述第一离合器片、第二离合器片、助力驱动机构、解耦驱动机构、电磁抱闸连接，能够接收所述轮速传感器、转角扭矩传感器的检测数据，能够控制所述第一离合器片、第二离合器片、助力驱动机构、解耦驱动机构和电磁抱闸工作；自动驾驶控制器，其通过CAN总线与所述转向系统控制器连接，用于向所述转向系统控制器传输控制策略。5.如权利要求4所述的可实现部分线控转向功能的新型转向机构，其特征在于，还包括：模式切换开关，其与所述转向系统控制器通过电线连接，用于切换转向模式；背光灯，其与所述转向系统控制器通过电线连接，用于显示目标转向模式；其中，当所述转向模式为正常转向模式时，所述第一离合器片与所述第二离合器片结合，且所述解耦驱动机构和所述助力驱动机构均工作；当所述转向模式为解耦转向模式时，所述第一离合器片与所述第二离合器片断开，且所述解耦驱动机构工作，所述助力驱动机构不工作。6.一种可实现部分线控转向功能的新型转向机构的控制方法，其特征在于，包括：车辆启动，通过传感器采集四个车轮的速度、方向盘转角和转向手力矩，当车轮速度同时满足Vi≤V0且方向盘转角满足δmin≤δ0≤δmax时，确定目标转向模式：当目标转向模式为正常转向模式时，制动电磁抱闸，并确定当前车速Vveh'：Vveh'＝min[Vi']；根据当前车速Vveh'对应的目标角传动比特性曲线确定目标角传动比iTar'；当[(θR'·K+θs')/(1+K)]·i3＝θwheel'时，解除电磁抱闸制动；当[(θR'·K+θs')/(1+K)...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳立强，褚学聪，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22