[实用新型]基于C-EPS结构的力感模拟系统

说明书

技术领域

本发明属于汽车领域，具体涉及汽车线控转向技术中方向盘的路感模拟，是一个阻力加载模拟器。

背景技术

传统的汽车转向系统经历了传统机械转向系统、液压助力转向系统、电液助力转向系统、电动助力转向系统4个发展阶段，这个4个阶段共有的特点是都是机械连接，只是应用不同的方式来提高机械转向系统的性能，这就无法克服不平路面的冲击所造成的方向盘抖动和助力转向系统造成的噪声和振动问题，同时系统的机械连接不利于提高汽车碰撞安全性，由于机械系统的诸多弊病和汽车电子技术的发展，线控技术将是未来汽车发展的方向。

随着汽车电子技术的发展，线控技术成为汽车研究的热点，而线控转向又相对复杂、要求极高，成为各汽车厂商、高校和研究机构研究的热点。线控转向是通过采集驾驶员对方向盘的操纵信号作为控制单元的控制指令，再结合当前车辆状态、路面状况，通过控制单元中控制算法产生控制指令，作用于转向执行机构控制器，使车轮实现所需要的任意转角，克服传统转向系统的不足，是未来汽车智能化发展的前提。

线控转向取消了转向盘和执行机构之间的机械连接部分，这使得驾驶员丧失了从轮胎反馈给方向盘的路感，但是在驾驶过程中路感是驾驶员掌握汽车运动状态和路面状况的重要途径，是保证汽车能够安全和稳定行驶的不可或缺的部分。因此，线控转向系统中必须有能够根据车辆状态、路面状况等信息来模拟路感，并将其传递给驾驶员的一种阻力加载模拟器，进而保证驾驶员具有传统汽车般的驾驶感觉，确保汽车有足够的操纵稳定性和行车安全性。

目前，一部分力感模拟系统都是通过弹簧或者卷簧来模拟阻力和回正力，例如申请号为201010504604.1和201110185749.0的专利，但是弹簧是线性元件与汽车运动过程中轮胎所受到的阻力的非线性不符合，无法提供准确的阻力和回正力，造成驾驶员力感失真，进而影响操纵稳定性。一部分驾驶员模拟器是通过电机加载来模拟力感，但是大部分都是自行设计加工，结构复杂、体积庞大、安装复杂，而量产C-EPS具有结构紧凑、机械精度高、成本低等优点，本发明在原有的C-EPS机械结构上稍作改进，在控制算法上通过摩擦补偿、阻尼补偿、力矩微分、刚度补偿、惯量补偿克服机械系统固有的缺陷，使驾驶员模拟器具有极佳的力感特性。

发明内容

本发明针对目前驾驶员模拟器依靠弹簧或卷簧等线性元件进行阻力加载或者回正，导致力感部分失真；用力矩电机、电磁制动器、阻尼电机搭建的驾驶员模拟器体积庞大，结构复杂，无法装车等问题。利用量产C-EPS结构紧凑、成本低、装车方便、机械精度高等优点，结合算法进行摩擦补偿、阻尼补偿、力矩微分、刚度补偿、惯量补偿搭建极具力感真实性的力感模拟系统。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于C-EPS结构的力感模拟系统，其包括基于C-EPS结构的力感模拟机械系统和力感模拟控制系统，其中力感模拟控制系统又包括力感模拟控制模型和控制系统硬件平台。基于C-EPS结构的力感模拟系统的机械系统包括：方向盘、转向柱管、伺服电机、蜗轮蜗杆减速机构、转角限位装置、扭矩传感器、方向盘转角传感器。方向盘转角传感器是通过连接轴与C-EPS的转向柱管末端连接，并通过传感器支座固定在C-EPS的壳体上；方向盘转角限位装置通过限位装置支座与C-EPS壳体连接固定。

其中方向盘转角限位装置是通过主动齿轮轴和从动齿轮轴进行减速，传动比为4:1，通过位置可调整限位螺栓和限位挡块进行变转角范围限位，实现方向盘在±360°～±720°范围内 转动，以满足不同车型的转向需求，主动齿轮轴和从动齿轮轴是通过轴承固定于限位装置支座和限位装置壳体上，其中主动齿轮轴和连接轴是一体的。

其中方向盘转角传感器的内键槽通过平键与连接轴外键槽连接，连接轴的另一端为内花键与转向柱管末端外花键连接，使得方向盘转角传感器与转向柱管保持精准的同轴度。方向盘转角传感器的轴向固定是通过传感器支座固定，方向盘转角传感器的线束输出口的矩形外壳与传感器支座所设计的矩形口相配合，并通过张紧螺钉预紧，传感器支座底部通过螺钉与C-EPS的壳体连接固定。

其中力感模拟控制模型是由电机控制模型和电机控制器中的补偿模型组成，同时通过对机械系统进行摩擦补偿、阻尼补偿、力矩微分、刚度补偿、惯量补偿来修正输入控制器的目标电流指令，克服机械系统固有的缺陷，修正后的电流指令输入给永磁同步电机的电流矢量控制策略。