一种分布式电动冗余线控转向教学机构的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式电动冗余线控转向教学机构的控制方法，包括转向信号输入机构、转向驱动机构以及转角演示机构，包括线控驾驶员操控模式、线控无人驾驶模式和故障电控冗余模式,通过双电机驱动蜗轮蜗杆减速器和行星齿轮减速器完成线控转向的冗余控制，本发明专利技术可模拟还原智能网联汽车的驾驶员线控转向功能、无人驾驶线控转向功能以及在故障模式下的电控冗余线控转向功能。本发明专利技术可根据不同的教学需求选择性设置三种工作模式，将传统的转向传动机构完全取消，降低了系统复杂程度，增加了转向系统的溃缩空间，保证了转向系统教学知识的前瞻性。此外，本发明专利技术采用的冗余式转向机构还可以为智能网联汽车转向系统的研发升级提供技术参考。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式电动冗余线控转向教学机构的控制方法
本专利技术涉及智能网联汽车线控转向教学领域，尤其涉及一种能够还原智能网联汽车纯电动转向和无人驾驶情况下线控转向功能以及故障模式下电动转向功能的冗余式线控转向系统教学机构的控制方法。
技术介绍
线控转向系统作为智能网联汽车安全保障的最重要的系统之一，关系到转向系统的智能化和整车的智能化。电动线控转向系统完全取消了传统车辆上转向柱等机械结构的连接，仅仅依靠电机即可完成指定的转向动作，同时，由于机械结构的取消，转向柱的溃缩空间更大进一步保障了前向发生碰撞时驾驶员的人身安全。电动线控转向系统要求必须具备智能网联汽车线控转向功能，其次可保障在电机、传感器等电气元件失效情况下的安全转向冗余功能。申请号为CN20181312177.3的中国专利公开了“一种汽车转向系统试验台”，该专利技术采用传统机械结构、电控转向机构和线控转向叠加的方式构建系统。但该专利技术保留了传统的转向柱结构，单纯依靠离合器控制转向柱之间的通断，限制了转向系统的溃缩空间。申请号为CN201910107498.4的中国专利公开了“一种具有冗余机构的车用线控转向装置及控制方法”，该专利技术考虑了线控系统电控和机械传动的冗余技术。但该专利技术保留了传统的转向柱结构，过于依靠电气系统控制离合器通断和助力转向电机的工作，限制了转向系统的溃缩空间。申请号为CN201711173069.4的中国专利公开了“线控转向的转向系统”，该专利技术立足于量产技术角度，通过离合器通断完成电子助力转向和线控转向。但该专利技术保留了传统的转向柱结构，需要为转向系统预留更大的溃缩空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种能保证转向系统转角的稳定性、保证了故障模式下的转向的冗余执行、降低了系统的复杂程度并减小了转向系统的占用空间的分布式电动冗余线控转向教学机构的控制方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种分布式电动冗余线控转向教学机构的控制方法，包括线控驾驶员操控模式、线控无人驾驶模式和故障电控冗余模式,一台计算机与转向角编码器、扭矩传感器、路感电机、冗余驱动电机以及转向驱动电机分别通过控制线连接。所述的线控驾驶员操控模式包括以下控制步骤：计算机将系统工作模式选定为线控驾驶员操控模式，驾驶员操控通过花键连接在转向阶梯轴右端的方向盘进行转向动作，通过与方向盘连接的转向阶梯轴将转向动作传递给固定在转向阶梯轴上的转向角齿轮，所述的转向角齿轮通过啮合驱动转向角采集齿轮在竖直面内转动，所述的转向角采集齿轮固定在转向角编码器上，通过转向角编码器采集方向盘的转动方向、转动角度和转动速度并传递给计算机，计算机向路感电机输出控制信号使路感电机与方向盘反向同步转动，与所述的路感电机输出轴通过平键连接的路感输出齿轮与路感反馈齿轮啮合配合以带动路感反馈齿轮转动，路感电机产生的路感扭矩通过与路感反馈齿轮螺栓固连的扭矩传感器传递给转向阶梯轴，最终路感扭矩反馈给方向盘；当路感电机动作的同时，计算机控制转向驱动电机的转动轴同步转动，转向驱动电机的转动轴带动驱动蜗杆转动，所述的驱动蜗杆与蜗轮齿圈外壁上的外齿啮合以驱动与蜗轮齿圈内齿啮合的三个行星齿轮在竖直平面内同步转动，行星齿轮带动位于三个行星齿轮左侧的行星轮支架在竖直平面内同步同向转动，齿轮轴的右端与行星轮支架通过螺栓同轴线紧固连接的转向驱动齿轮将转动继续传递至与驱动齿轮啮合的转向齿条，所述的转向齿条在驱动齿轮的驱动下沿垂直于转向驱动齿轮的轴线方向前后移动，所述的转向齿条通过转向驱动杆带动轮毂刹车盘绕上端销轴和下端销轴所在轴线转动；所述的线控无人驾驶模式包括以下控制步骤：计算机将系统工作模式选定为线控无人驾驶模式，沿水平方向设置的转向驱动电机的转动轴带动驱动蜗杆转动，所述的驱动蜗杆与蜗轮齿圈外壁上的外齿啮合以驱动与蜗轮齿圈内齿啮合的三个行星齿轮在竖直平面内同步转动，行星齿轮带动行星轮支架同步同向转动，所述的行星轮支架将转动传递至转向齿条带动转向齿条沿垂直于转向驱动齿轮的轴线方向前后移动，所述的转向齿条通过转向驱动杆带动轮毂刹车盘绕上端销轴和下端销轴所在轴线转动；所述的故障电控冗余模式包括以下控制步骤：计算机将系统工作模式选定为故障电控冗余模式，驾驶员操控通过花键连接在转向阶梯轴右端的方向盘进行转向动作，通过与方向盘连接的转向阶梯轴将转向动作传递给固定在转向阶梯轴上的转向角齿轮，所述的转向角齿轮通过啮合驱动转向角采集齿轮在竖直面内转动，所述的转向角采集齿轮固定在转向角编码器上，通过转向角编码器采集方向盘的转动方向、转动角度和转动速度并传递给计算机；在计算机采集到转向角编码器输出的方向盘的转动方向、转动角度和转动速度信号的同时，计算机输出控制信号给冗余驱动电机使冗余驱动电机沿水平方向设置的输出轴同步转动，冗余驱动电机的转动轴带动冗余驱动蜗杆转动，所述的冗余驱动蜗杆与冗余驱动蜗轮齿轮啮合以驱动与冗余驱动蜗轮通过平键固连的驱动轴同步转动，设置在所述的驱动轴左端的太阳齿轮在驱动轴带动下转动，环绕所述的太阳齿轮均匀安装的三个行星齿轮与太阳齿轮啮合转动，三个行星齿轮带动行星轮支架在竖直平面内同步同向转动，所述的行星轮支架将转动传递至转向齿条且带动转向齿条沿垂直于转向驱动齿轮的轴线方向前后移动，所述的转向齿条通过转向驱动杆带动轮毂刹车盘绕上端销轴和下端销轴所在轴线转动。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术采用行星齿轮和蜗轮蜗杆组合而成的复合式减速结构，蜗轮蜗杆机构实现系统正常工作时的转向动作执行，在电子故障情况下，蜗轮蜗杆的自锁性能保证转向系统转角的稳定性，而行星齿轮减速机构可正常工作，保证了故障模式下的转向的冗余执行；本专利技术完全取消了方向盘与末端转向机构之间的机械连接，通过电机反馈模拟转向过程中的力矩，通过V型槽齿轮齿条机构模拟实车转向系统的齿轮齿条传动机构，降低了系统的复杂程度并减小了转向系统的占用空间，模拟智能网联线控转向功能和故障模式下电动冗余转向功能，还可以实现纯电动线控转向功能，便于进行智能网联汽车转向系统改装操作；对于中高职教学能够更加直观展示电动线控转向原理，也为实车量产在电动化转向实现和增加溃缩空间方面提供了技术参考。附图说明图1为实施本专利技术一种分布式电动冗余线控转向教学机构的控制方法采用的教学机构的立体图；图2为图1所示的线控转向教学机构去掉减速器保护盖和所有支撑框的立体图；图2-1为图2所示的复合式减速器俯视图；图2-2为图2-1所示的复合式减速器A-A方向半剖视图；图3为图2所示的转向信号输入机构的俯视图；图3-1为图3所示的转向信号输入机构B-B方向半剖视图；图4为图2所示的转向驱动机构部分的俯视图；图4-1为图4所示的转向驱动机构去掉转角演示机构后C-C方向剖切视图；图5为图2所示的转角演示机构的立体图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术加以详细说明。本专利技术主要用于中高职院校线控转向系统的机构教学，通过机构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式电动冗余线控转向教学机构的控制方法，包括线控驾驶员操控模式、线控无人驾驶模式和故障电控冗余模式,一台计算机与转向角编码器(6)、扭矩传感器(4)、路感电机(9)、冗余驱动电机(15)以及转向驱动电机(18)分别通过控制线连接；/n所述的线控驾驶员操控模式包括以下控制步骤：/n计算机将系统工作模式选定为线控驾驶员操控模式，驾驶员操控通过花键连接在转向阶梯轴(2)右端的方向盘(1)进行转向动作，通过与方向盘连接的转向阶梯轴将转向动作传递给固定在转向阶梯轴上的转向角齿轮(3)，所述的转向角齿轮通过啮合驱动转向角采集齿轮(7)在竖直面内转动，所述的转向角采集齿轮固定在转向角编码器(6)上，通过转向角编码器采集方向盘的转动方向、转动角度和转动速度并传递给计算机，计算机向路感电机(9)输出控制信号使路感电机与方向盘反向同步转动，与所述的路感电机输出轴通过平键连接的路感输出齿轮(8)与路感反馈齿轮(5)啮合配合以带动路感反馈齿轮转动，路感电机产生的路感扭矩通过与路感反馈齿轮螺栓固连的扭矩传感器(4)传递给转向阶梯轴，最终路感扭矩反馈给方向盘；当路感电机动作的同时，计算机控制转向驱动电机的转动轴同步转动，转向驱动电机的转动轴带动驱动蜗杆转动，所述的驱动蜗杆与蜗轮齿圈外壁上的外齿啮合以驱动与蜗轮齿圈内齿啮合的三个行星齿轮在竖直平面内同步转动，行星齿轮带动位于三个行星齿轮左侧的行星轮支架在竖直平面内同步同向转动，齿轮轴的右端与行星轮支架通过螺栓同轴线紧固连接的转向驱动齿轮将转动继续传递至与驱动齿轮啮合的转向齿条，所述的转向齿条在驱动齿轮的驱动下沿垂直于转向驱动齿轮的轴线方向前后移动，所述的转向齿条通过转向驱动杆带动轮毂刹车盘(6)绕上端销轴和下端销轴所在轴线转动；/n所述的线控无人驾驶模式包括以下控制步骤：/n计算机将系统工作模式选定为线控无人驾驶模式，沿水平方向设置的转向驱动电机(18)的转动轴带动驱动蜗杆(17)转动，所述的驱动蜗杆与蜗轮齿圈(12)外壁上的外齿啮合以驱动与蜗轮齿圈内齿啮合的三个行星齿轮(29)在竖直平面内同步转动，行星齿轮带动行星轮支架(31)同步同向转动，所述的行星轮支架将转动传递至转向齿条(21)带动转向齿条沿垂直于转向驱动齿轮的轴线方向前后移动，所述的转向齿条(21)通过转向驱动杆(22)带动轮毂刹车盘(26)绕上端销轴和下端销轴所在轴线转动；/n所述的故障电控冗余模式包括以下控制步骤：/n计算机将系统工作模式选定为故障电控冗余模式，驾驶员操控通过花键连接在转向阶梯轴(2)右端的方向盘(1)进行转向动作，通过与方向盘(1)连接的转向阶梯轴将转向动作传递给固定在转向阶梯轴上的转向角齿轮(3)，所述的转向角齿轮通过啮合驱动转向角采集齿轮(7)在竖直面内转动，所述的转向角采集齿轮(7)固定在转向角编码器(6)上，通过转向角编码器采集方向盘的转动方向、转动角度和转动速度并传递给计算机；在(6)计算机采集到转向角编码器输出的方向盘的转动方向、转动角度和转动速度信号的同时，计算机输出控制信号给冗余驱动电机(15)使冗余驱动电机沿水平方向设置的输出轴同步转动，冗余驱动电机的转动轴带动冗余驱动蜗杆(1)转动，所述的冗余驱动蜗杆与冗余驱动蜗轮(10)齿轮啮合以驱动与冗余驱动蜗轮通过平键固连的驱动轴同步转动，设置在所述的驱动轴(11)左端的太阳齿轮在驱动轴带动下转动，环绕所述的太阳齿轮均匀安装的三个行星齿轮(9)与太阳齿轮啮合转动，三个行星齿轮带动行星轮支架在竖直平面内同步同向转动，所述的行星轮支架(1)将转动传递至转向齿条且带动转向齿条沿垂直于转向驱动齿轮的轴线方向前后移动，所述的转向齿条通过转向驱动杆带动轮毂刹车盘绕上端销轴和下端销轴所在轴线转动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种分布式电动冗余线控转向教学机构的控制方法，包括线控驾驶员操控模式、线控无人驾驶模式和故障电控冗余模式,一台计算机与转向角编码器(6)、扭矩传感器(4)、路感电机(9)、冗余驱动电机(15)以及转向驱动电机(18)分别通过控制线连接；
所述的线控驾驶员操控模式包括以下控制步骤：
计算机将系统工作模式选定为线控驾驶员操控模式，驾驶员操控通过花键连接在转向阶梯轴(2)右端的方向盘(1)进行转向动作，通过与方向盘连接的转向阶梯轴将转向动作传递给固定在转向阶梯轴上的转向角齿轮(3)，所述的转向角齿轮通过啮合驱动转向角采集齿轮(7)在竖直面内转动，所述的转向角采集齿轮固定在转向角编码器(6)上，通过转向角编码器采集方向盘的转动方向、转动角度和转动速度并传递给计算机，计算机向路感电机(9)输出控制信号使路感电机与方向盘反向同步转动，与所述的路感电机输出轴通过平键连接的路感输出齿轮(8)与路感反馈齿轮(5)啮合配合以带动路感反馈齿轮转动，路感电机产生的路感扭矩通过与路感反馈齿轮螺栓固连的扭矩传感器(4)传递给转向阶梯轴，最终路感扭矩反馈给方向盘；当路感电机动作的同时，计算机控制转向驱动电机的转动轴同步转动，转向驱动电机的转动轴带动驱动蜗杆转动，所述的驱动蜗杆与蜗轮齿圈外壁上的外齿啮合以驱动与蜗轮齿圈内齿啮合的三个行星齿轮在竖直平面内同步转动，行星齿轮带动位于三个行星齿轮左侧的行星轮支架在竖直平面内同步同向转动，齿轮轴的右端与行星轮支架通过螺栓同轴线紧固连接的转向驱动齿轮将转动继续传递至与驱动齿轮啮合的转向齿条，所述的转向齿条在驱动齿轮的驱动下沿垂直于转向驱动齿轮的轴线方向前后移动，所述的转向齿条通过转向驱动杆带动轮毂刹车盘(6)绕上端销轴和下端销轴所在轴线转动；
所述的线控无人驾驶模式包括以下控制步骤：
计算机将系统工作模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁田妹，徐发达，黄晓延，吕吉亮，姚艳南，张宇飞，
申请(专利权)人：中汽数据天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12