[发明专利]一种汽车线控转向系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆技术领域的机构，特别涉及一种汽车线控转向系统及其控制方法。

背景技术

汽车转向系统的稳定性直接影响到汽车的操纵稳定性，进一步影响到驾驶员和乘客的舒适性和安全性，所以汽车转向系统的性能也是汽车主动安全的重要组成部分。汽车的转向系统在经历了液压动力转向系统（HPS）、电液助力转向系统（EHPS）和电动助力转向系统（EPS）的发展阶段之后，线控电动助力转向系统（SBW）正逐渐成为世界各大汽车厂商和研究机构的研究热点。

尽管在现阶段电动助力转向系统得到了广泛的应用，但仍然存在一些问题：①方向盘和转向车轮之间的机械连接给整车布置带来了很大不便，同时当车辆发生交通事故时，转向柱的存在给驾驶员的人身安全带来的严重危害；②转向系统的传动比固定，传动比不能跟随车速变化，车辆的操纵性能受限制；③驾驶员获得的路感信息较为固定，不能实现车辆的个性化操作；④从方向盘至车轮之间的机械传动机构较多，系统惯性、系统摩擦和传动部件之间的总间隙较大，系统的响应速度和控制精度较差；⑤一般难以实现对转向轮转向角度的精确控制，难以实现车辆的巡航控制。

为了解决电动助力转向系统存在的问题，作为一种方向盘与车轮之间没有机械连接、转向传动比可变、路感信息可个性化设置、使车辆的操纵稳定性得到大幅提升的转向系统，线控电动转向系统正蓬勃发展。经过对各类资料的汇总，然而现有技术中的线控电动助力转向系统仍存在以下问题：①普遍采用单一的转向电机，无硬件冗余设计，系统的可靠性难以保证；②转向电机和路感电机普遍采用直流电机、直流无刷电机、永磁同步电机等具有永磁体结构的电机，此类电机虽然控制简单，但一旦发生绕组短路等故障将会产生很多的阻尼转矩，严重影响车辆和驾驶员的安全；③转向电机普遍采用转矩控制算法，不能实现对转向车轮角度的精确控制，难以实现车辆的巡航控制。④没有方向盘转向角度限位机构，或者采用机械式方向盘转向角度限位机构，方向盘转向极限角度固定，不能灵活配置。线控转向系统的以上特点严重制约了转向系统的性能、限制了线控电动转向系统的推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对上述现有技术存在的问题，提供一种具备硬件冗余设计的高可靠性汽车线控转向系统及其控制方法，该系统能够对转向车轮的角度进行精确的控制，采用路感电机的位置伺服方式对方向盘的转向角度进行限位，代替了常用的机械式限位机构。

一种汽车线控转向系统，包括主控制器7、方向盘1、扭矩传感器2、减速器3、路感电机5、路感电机伺服驱动器4、路感电机编码器6、第一转向电机10、第一转向电机编码器11、第一转向电机伺服驱动器8、第二转向电机13、第二转向电机伺服驱动器9、第二转向电机编码器14、第一涡轮蜗杆减速机构12、第二涡轮蜗杆减速机构15、转向齿条16、第一转向齿轮17以及第二转向齿轮18；

扭矩传感器和减速器设置在方向盘轴上，扭矩传感器2和路感电机编码器6均与主控器7相连，路感电机编码器6设置在路感电机5上；

路感电机5通过减速器3和方向盘轴连接，路感电机5由路感电机伺服驱动器4驱动；

路感电机伺服驱动器4采集路感电机编码器6输出的转速和角度位置信号，用于路感电机伺服驱动器对路感电机进行闭环控制时的参考信号；

主控制器7采集扭矩传感器2输出的扭矩信号、路感电机编码器6输出的转速和角度位置信号，并对路感电机伺服驱动器4发出工作模式、方向和位置/扭矩信号；

第一转向电机10的输出轴经第一涡轮蜗杆减速机构12驱动第一转向齿轮17，第二转向电机13的输出轴经第二涡轮蜗杆减速机构15驱动第二转向齿轮18，主控器7分别通过第一转向电机伺服驱动器8和第二转向电机伺服驱动器9控制第一转向电机10和第二转向电机13。

路感电机5、第一转向电机10和第二转向电机13均为三相交流异步电机。

一种汽车线控转向系统的控制方法，采用上述的汽车线控转向系统，主控制器采集路感电机编码器的输出信号，根据采集的路感电机编码器的输出信号，主控制器对第一转向电机伺服驱动器和第二转向电机伺服驱动器进行位置控制，第一转向电机伺服驱动器和第二转向电机伺服驱动器接收的控制指令相同，驱动第一转向电机和第二转向电机，两个转向电机为冗余设计，防止一个转向电机失效时，转向控制系统失灵；主控制器对路感电机进行转矩控制；

顺时针旋转方向盘1时，扭矩传感器输出的转矩信号方向为正；逆时针旋转方向盘时，扭矩传感器输出的转矩信号方向为负；