基于驾驶员特性的主动前轮转向系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于驾驶员特性的主动前轮转向系统及其控制方法，该系统包括：转向盘、转向管柱总成、双排行星轮机构、双电机转向执行装置、转向控制单元；所述转向盘连接转向管柱总成，该转向管柱总成包括：上转向管柱、转矩传感器及转角传感器；转向盘输入的作用力通过上转向管柱作用在双排行星轮结构，上转向管柱上分别固定安装转矩传感器、转角传感器；本发明专利技术对不同类型的驾驶员进行个性化稳定性控制，满足了不同类型驾驶员的驾驶需求，并且能够降低系统的控制输出，提升了转向经济性。

【技术实现步骤摘要】
基于驾驶员特性的主动前轮转向系统及其控制方法
本专利技术属于汽车转向系统
，具体指代一种基于驾驶员特性的主动前轮转向系统及其个性化控制方法。
技术介绍
转向系统作为汽车关键系统之一，直接决定着汽车舒适性、操纵稳定性和主动安全性的好坏。主动前轮转向可以控制转向系统的位移传递特性，通过变传动比和主动的转向干预控制，得到理想的转向特性，以提升汽车的操纵稳定性和行驶主动安全性。现有的主动前轮转向技术中，中国专利技术专利申请号为CN201710291498.5中公开了一种转向稳定性控制系统及其控制方法，利用双排行星机构将附加转角叠加到转向系统，并基于改进遗传算法优化的鲁棒控制方法对附加转角进行控制，有效地提升了转向系统的鲁棒性和车辆的操纵稳定性。但是，上述技术仅研究了转向系统本身对车辆稳定性的影响，没有考虑到驾驶员的操作对车辆稳定性的影响。中国专利申请号为CN201910592489.9中公开了一种基于驾驶员特性的转向控制系统及其控制方法，在转向控制中考虑到驾驶员特性的时变性，即不同时期或不同路况都会导致驾驶员的驾驶特性变化，利用多联合控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于驾驶员特性的主动前轮转向系统，其特征在于，包括：转向盘、转向管柱总成、双排行星轮机构、双电机转向执行装置及转向控制单元；/n所述转向盘连接转向管柱总成，该转向管柱总成包括：上转向管柱、转矩传感器及转角传感器；转向盘输入的作用力通过上转向管柱作用在双排行星轮结构，上转向管柱上分别固定安装转矩传感器、转角传感器；/n所述双电机转向执行装置包括：转角电机模块、助力电机模块、转向横拉杆、转向梯形及车轮；/n转角电机模块包括：转角电机、蜗轮蜗杆、下转向管柱及滚珠丝杆；转角电机的输出端依次通过蜗轮蜗杆、双排行星轮机构、下转向管柱连接到滚珠丝杆的螺母；滚珠丝杆的丝杆两端与转向横拉杆同轴线轴向固定...

【技术特征摘要】
1.一种基于驾驶员特性的主动前轮转向系统，其特征在于，包括：转向盘、转向管柱总成、双排行星轮机构、双电机转向执行装置及转向控制单元；
所述转向盘连接转向管柱总成，该转向管柱总成包括：上转向管柱、转矩传感器及转角传感器；转向盘输入的作用力通过上转向管柱作用在双排行星轮结构，上转向管柱上分别固定安装转矩传感器、转角传感器；
所述双电机转向执行装置包括：转角电机模块、助力电机模块、转向横拉杆、转向梯形及车轮；
转角电机模块包括：转角电机、蜗轮蜗杆、下转向管柱及滚珠丝杆；转角电机的输出端依次通过蜗轮蜗杆、双排行星轮机构、下转向管柱连接到滚珠丝杆的螺母；滚珠丝杆的丝杆两端与转向横拉杆同轴线轴向固定连接；转角电机输出的旋转运动经蜗轮蜗杆、双排行星轮机构转换为下转向管柱的旋转运动，下转向管柱的旋转运动又经过滚珠丝杆转换为转向横拉杆的位移运动；转向横拉杆通过转向梯形连接到车轮；
助力电机模块包括：助力电机、助力电机输出轴及减速机构；减速机构包括：小齿轮、皮带、大齿轮；小齿轮沿轴向固定在助力电机输出轴上，皮带连接小齿轮和大齿轮，大齿轮内部带有螺纹，沿轴向套在滚珠丝杆上；助力电机输出轴相对于转向横拉杆平行布置，经减速机构连接到滚珠丝杆上；助力电机输出轴的旋转运动转换为小齿轮的旋转运动，小齿轮的旋转运动通过皮带转换为大齿轮的旋转运动，大齿轮的旋转运动通过滚珠丝杆转换为转向横拉杆的位移运动；
所述转向控制单元包括：主控制器和车辆其它状态单元；主控制器的输入端与上述各传感器连接，并获取转矩信号、转角信号；车辆其它状态单元为主控制器提供当前车辆状态的路径偏差信号、横摆角速度信号、质心侧偏角信号、车速信号、地面干扰信号及侧向风干扰信号；主控制器的输出端连接转角电机和助力电机。


2.根据权利要求1所述的基于驾驶员特性的主动前轮转向系统，其特征在于，所述滚珠丝杆的螺母带动滚珠丝杆产生的位移和大齿轮旋转带动滚珠丝杆产生的位移在转向横拉杆上进行叠加，进而带动转向梯形和车轮完成转向动作。


3.根据权利要求1所述的基于驾驶员特性的主动前轮转向系统，其特征在于，所述双排行星轮机构包括：上排行星轮系、下排行星轮系及行星架；双排行星轮机构连接上转向管柱和下转向管柱，上排行星轮系、下排行星轮系均安装在行星架上；上排行星轮系包括：上排太阳轮、上排行星轮、上排齿圈；上排太阳轮与上转向管柱固定连接，上排齿圈固定安装于车架上，上排行星轮安装在上排太阳轮和上排齿圈之间；下排行星轮系包括：下排太阳轮、下排行星轮、下排齿圈；下排太阳轮与下转向管柱固定连接，下排齿圈连接到蜗轮蜗杆的蜗杆，下排行星轮安装在下排太阳轮和下排齿圈之间；蜗杆传递的旋转运动经过下排齿圈、下排行星轮、行星架、下排太阳轮转换为下转向管柱的旋转运动。


4.根据权利要求1所述的基于驾驶员特性的主动前轮转向系统，其特征在于，所述主控制器包括：信息处理单元、驾驶员类型辨识单元、个性化控制单元及电机驱动单元；信号处理单元与上述各传感器电气连接，获取各传感器实时采集的信号，同时信号处理单元与上述车辆其它状态单元电气连接，获取车辆的其它状态信号；驾驶员类型辨识单元接收信息处理单元的输入信号，判断当前驾驶员的类型，并将辨识结果输入到个性化控制单元，个性化控制单元接收驾驶员类型辨识单元的输入信号，得到当前驾驶员的类型，通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令，电机驱动单元分别输出转角电机控制信号、助力电机控制信号，完成转向动作的控制过程。


5.一种基于驾驶员特性的主动前轮转向系统的控制方法，基于上述权利要求1-4中任一系统，其特征在于，包括以下步骤：
1)实时接收转矩信号、转角信号、路径偏差信号、横摆角速度信号、质心侧偏角信号、车速信号、地面干扰信号及侧向风干扰信号，通过计算得到当前驾驶员操作信号；
2)根据上述得到的当前驾驶员操作信号计算出当前驾驶员的类型；
3)根据上述得到的驾驶员类型，计算出车辆的理想横摆角速度，以车辆的实际横摆角速度与理性横摆角速度的误差作为控制量，计算出转角电机需要输出的转角和助力电机需要输出的助力力矩，以得到相应的个性化控制指令，根据个性化控制指令，计算出转角电机驱动电流和助力电机驱动电流，输出转角电机控制信号和助力电机控制信号，驱动转角电机和助力电机工作；
4)转角电机输出的附加转角经过双排行星轮机构，转化为下转向管柱的转角，下转向管柱的转角经过滚珠丝杆转化为转向横拉杆的位移；助力电机输出的电磁转矩经减速机构作用在滚珠丝杆上，转化为转向横拉杆的位移；滚珠丝杆的螺母带动滚珠丝杆产生的位移和减速机构的大齿轮旋转带动的滚珠丝杆产生的位移在转...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长志，赵万忠，张寒，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32