专利摘要

本发明公开一种线控转向系统方向盘限位方法，可解决现有主动转向控制系统在方向盘极限位置不能准确限位的技术问题。当方向盘接近极限位置时，随着转角的继续增大，目标电流值会快速的增加，路感电机的力矩也会快速增加，当方向盘转动到极限位置时，目标电流值达到最大，路感电机的阻力矩也达到最大，即对方向盘进行软件限位。本发明即保证了转动方向盘时可以提供稳定的路感，并在极限位置处路感电机提供较大的阻力矩进行限位，也通过机械接触的方式对程序控制限位提供一种保障，并且该设计方法简单，装置体积小，限位精度，准确性高。

权利要求

1.一种线控转向系统方向盘限位方法，其应用于一种线控转向系统方向盘限位装置中，所述线控转向系统方向盘限位装置包括安装台架、转向机构、齿轮限位机构和路感调控机构，所述转向机构、齿轮限位机构和路感调控机构分别设置在安装台架上，所述转向机构分别与所述齿轮限位机构和所述路感调控机构连接；其中，

所述转向机构包括方向盘(21)、转向管柱(23)和万向节(25)；所述方向盘(21)固定在转向管柱(23)的顶端，所述转向管柱(23)固定在安装台架上，所述转向管柱(23)的底端连接万向节(25)；

所述齿轮限位机构包括小齿轮(31)、半圆齿轮(32)、齿轮轴(33)；小齿轮(31)固定在转向管柱(23)上；半圆齿轮(32)固定在齿轮轴(33)上，齿轮轴(33)设置在半圆齿轮(32)的圆心位置，半圆齿轮(32)以齿轮轴(33)为中心旋转，齿轮轴(33)通过轴承固定在安装台架上；小齿轮(31)与半圆齿轮(32)啮合；

路感调控机构包括路感电机(42)、控制器和转角传感器(22)，所述路感电机(42)和所述控制器分别固定在所述安装台架上；所述路感电机(42)通过法兰盘(41)与万向节(25)连接；所述转角传感器(22)设置在转向管柱(23)上，所述路感电机(42)和所述转角传感器(22)分别与所述控制器连接；

其特征在于：所述线控转向系统方向盘限位方法包括以下步骤，

步骤一、获取方向盘转角模拟量、转速模拟量和车速，并将所述方向盘转角模拟量转换成方向盘转角，将所述转速模拟量转换成转速；

步骤二、获取电机的实际电流模拟值，并进行滤波处理，将滤波处理后的实际电流模拟值转换成实际电流值；

步骤三、根据方向盘转角、转速和车速，对路感电机的工况进行划分，并计算出不同工况下路感电机的目标电流值；

步骤四、由实际电流值对目标电流值进行PID跟踪，控制路感电机的实际电流值与目标电流值相同，模拟出转向时方向盘给驾驶员的力矩；

步骤五、当方向盘接近极限位置时，随着转角的继续增大，目标电流值会快速的增加，路感电机的力矩也会快速增加，当方向盘转动到极限位置时，目标电流值达到最大，路感电机的力矩也达到最大。

2.如权利要求1所述的线控转向系统方向盘限位方法，其特征在于：步骤二中获取电机的实际电流模拟值，具体包括：

一次性采集5个电机实际电流模拟值，去除最大值和最小值，然后取剩下三个实际电流模拟值的均值，即为实际电流模拟值。

3.如权利要求1所述的线控转向系统方向盘限位方法，其特征在于：步骤一中方向盘转角是由获取的方向盘转角模拟量做公式换算得到，所述公式为：

方向盘转角＝(方向盘转角模拟量-7800)/10。

4.如权利要求1所述的线控转向系统方向盘限位方法，其特征在于：所述半圆齿轮(32)在齿轮相反的一侧以齿轮轴(33)为圆心设置半圆凸起，所述半圆凸起与半圆齿轮(32)相交处设置定位槽；所述齿轮限位机构还包括限位轴(34)，限位轴(34)固定在安装台架上，限位轴(34)与齿轮轴(33)平行，限位轴(34)与所述半圆凸起的圆边相切，所述定位槽和限位轴(34)的直径相同；当方向盘(21)转动到极限位置时，半圆齿轮(32)上的定位槽会和限位轴(34)接触。

5.根据权利要求1所述的线控转向系统方向盘限位方法，其特征在于：所述齿轮轴(33)通过深沟球轴承固定在所述安装台架上。

6.根据权利要求5所述的线控转向系统方向盘限位方法，其特征在于：还包括固定块(35)，所述齿轮轴(33)和限位轴(34)分别固定在固定块(35)上，所述固定块(35)固定在所述安装台架上，所述深沟球轴承设置在固定块(35)内部。

7.根据权利要求1所述的线控转向系统方向盘限位方法，其特征在于：所述转向管柱(23)通过一个U形夹紧板(24)固定在所述安装台架上。

8.根据权利要求7所述的线控转向系统方向盘限位方法，其特征在于：所述安装台架包括固定面板(11)、管柱固定板(12)、电机固定板(13)和安装台框架(14)，所述固定面板(11)设置在安装台框架(14)的侧面；

所述管柱固定板(12)固定在安装台框架(14)上，转向管柱(23)通过U形夹紧板(24)固定在管柱固定板(12)上；

所述电机固定板(13)固定在安装台框架(14)上，所述路感电机(42)固定在电机固定板(13)上。

9.根据权利要求1所述的线控转向系统方向盘限位方法，其特征在于：小齿轮(31)通过键固定在转向管柱(23)上；半圆齿轮(32)通过键固定在齿轮轴(33)上。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆主动转向系统方向盘限位技术领域，具体涉及一种线控转向系统方向盘限位方法。

背景技术

主动转向系统取消了转向管柱和转向轮之间的机械连接，摆脱了传统转向系统的机械限制。相对于传统的转向系统，主动转向系统具有变传动比，减少路面不良反馈对驾驶员手感的影响等优点；同时也增加了更多的传感器和控制元件。主动转向系统中方向盘转到极限位置时限位的力，不再由车轮通过机械连接的方式提供，而是由ECU通过控制路感电机提供。

对于程序控制限位，当方向盘转动到极限位置时，控制系统会根据采集到的转角和车速，计算出一个较大的电流值，控制器会控制路感电机跟踪目标电流，使路感电机产生与转动方向相反的较大阻力，达到极限位置限位的作用。该方法对控制系统的可靠性要求较高，如果控制系统发生故障，将会带来非常大的危险，因此对于汽车的转向通过增加齿轮进行机械限位，采用这种软硬件相结合的方法可以减少控制系统失灵带来的不良影响。

对于机械限位装置的功能是在方向盘向左或向右转动540度(极限位置)时，与转向管柱上面小齿轮相啮合的半圆齿轮也会转动到极限位置，并最终与限位轴相接触，使方向盘在极限位置处能够准确的限位。在机械限位装置的开发中，需要解决的首要问题是齿轮限位机构的精度，要保证两个齿轮能够准确的啮合，并且在极限位置处大齿轮上的两个半圆能够准确的与限位轴接触。

发明内容

本发明提出的一种线控转向系统方向盘限位方法，可解决现有主动转向控制系统在方向盘极限位置不能准确限位的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供一种线控转向系统方向盘限位方法，其应用于一种线控转向系统方向盘限位装置中，所述线控转向系统方向盘限位装置包括安装台架、转向机构、齿轮限位机构和路感调控机构，所述转向机构、齿轮限位机构和路感调控机构分别设置在安装台架上，所述转向机构分别与齿轮限位机构和路感调控机构连接；

所述转向机构包括方向盘、转向管柱和万向节；所述方向盘固定在转向管柱的顶端，所述转向管柱固定在安装台架上，所述转向管柱的底端连接万向节；

所述齿轮限位机构包括小齿轮、半圆齿轮、齿轮轴；小齿轮固定在转向管柱上；半圆齿轮固定在齿轮轴上，齿轮轴设置在半圆齿轮的圆心位置，半圆齿轮以齿轮轴为中心旋转，齿轮轴通过轴承固定在安装台架上；小齿轮与半圆齿轮啮合；

路感调控机构包括路感电机、控制器和转角传感器，所述路感电机和控制器分别固定在安装台架上；所述路感电机通过法兰盘与万向节连接；所述转角传感器设置在转向管柱上，所述路感电机和所述转角传感器分别与控制器连接；

所采用的线控转向系统方向盘限位方法包括以下步骤，

步骤一、获取方向盘转角模拟量、转速模拟量和车速；

步骤二、获取电机的实际电流模拟值，并进行滤波处理；一次性采集5个实际电流模拟值，去除最大值和最小值，然后取剩下三个实际模拟电流(AD_capture(4))的均值；

步骤三、根据方向盘转角、转速和车速，对路感电机的工况进行划分，并计算出不同工况下路感电机的目标电流值；

步骤四、由实际电流值对目标电流值进行PID跟踪，控制路感电机的实际电流值与目标电流值相同，模拟出转向时方向盘给驾驶员的力矩；

步骤五、当方向盘接近极限位置时，随着转角的继续增大，目标电流值会快速的增加，路感电机的力矩也会快速增加，当方向盘转动到极限位置时，目标电流值达到最大，路感电机的阻力矩也达到最大，即对方向盘进行软件限位。

进一步的，所述步骤二中获取电机的实际电流模拟值，具体包括：

一次性采集5个电机实际电流模拟值，去除最大值和最小值，然后取剩下三个实际模拟电流的均值，即为实际电路模拟值。

进一步的，所述步骤一中方向盘转角的实际值是由获取的转角模拟量做公式换算得到，所述公式为：

方向盘转角＝(转角模拟量-7800)/10。

进一步的，所述半圆齿轮在齿轮相反的一侧以齿轮轴为圆心设置半圆凸起，半圆凸起与半圆齿轮相交处设置定位槽；所述齿轮限位机构还包括限位轴，限位轴固定在安装台架上,限位轴与齿轮轴平行，限位轴与半圆凸起的圆边相切，所述定位槽和限位轴的直径相同；当方向盘转动到极限位置时，半圆齿轮上的定位槽会和限位轴刚好接触。

进一步的，所述转向管柱通过U形夹紧板固定在安装台架上。

进一步的，所述齿轮轴通过深沟球轴承固定在安装台架上。

进一步的，还包括固定块，所述齿轮轴和限位轴分别固定在固定块上，所述固定块固定在安装台架上，所述深沟球轴承设置在固定块内部。

进一步的，所述安装台架包括固定面板、管柱固定板、电机固定板和安装台框架，所述固定面板设置在安装台框架的侧面；

所述管柱固定板固定在安装台框架上，转向管柱通过U形夹紧板固定在管柱固定板上；

所述电机固定板固定在安装台框架上，所述路感电机固定在电机固定板上。

进一步的，小齿轮通过键固定在转向管柱上；半圆齿轮通过键固定在齿轮轴上。

由上述技术方案可知，本发明的线控转向系统方向盘限位方法对于主动转向系统中方向盘的限位，采用程序控制和机械装置相结合的方法进行联合限位，相对于单一的路感电机或机械连接的限位方式，本发明即保证了转动方向盘时可以提供稳定的路感，并在极限位置处路感电机提供较大的阻力矩进行限位，也通过机械接触的方式对程序控制限位提供一种保障，并且该设计方法简单，装置体积小，限位精度，准确性高。

附图说明

图1是本发明实施例限位装置结构示意图；

图2是本发明实施例齿轮限位机构示意图；

图3为本发明实施例程序控制的原理结构框图；

图4为本发明实施例程序控制限位的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本实施例所述的线控转向系统方向盘限位装置，包括安装台架和转向机构，还包括齿轮限位机构和路感调控机构，所述转向机构、齿轮限位机构和路感调控机构分别设置在安装台架上，所述转向机构分别与齿轮限位机构和路感调控机构连接；其中，

所述转向机构包括方向盘21、转向管柱23和万向节25；所述方向盘21通过螺母固定在转向管柱23的顶端，所述转向管柱23通过U形夹紧板24固定在安装台架上，所述转向管柱23的底端连接万向节25；

如图2所示，所述齿轮限位机构包括小齿轮31、半圆齿轮32、齿轮轴33及限位轴34；小齿轮31固定在转向管柱23上；半圆齿轮32固定在齿轮轴33上，齿轮轴33设置在半圆齿轮32的圆心位置，半圆齿轮32以齿轮轴33为中心旋转，齿轮轴33通过深沟球轴承固定在安装台架上；小齿轮31与半圆齿轮32啮合；所述半圆齿轮32在齿轮相反的一侧以齿轮轴33为圆心设置半圆凸起，半圆凸起与半圆齿轮相交处设置定位槽；

还包括限位轴34，限位轴34固定在安装台架上,限位轴34与齿轮轴33平行，限位轴34与半圆凸起的圆边相切，所述定位槽和限位轴34的直径相同；当方向盘转动到极限位置时，半圆齿轮32上的定位槽会和限位轴34刚好接触；

路感调控机构包括路感电机42、控制器和转角传感器22，所述路感电机42和控制器分别固定在安装台架上；所述路感电机42通过法兰盘41与万向节25连接；所述转角传感器22设置在转向管柱23上，所述路感电机42和所述转角传感器22分别与控制器连接。

还包括固定块35，所述齿轮轴33和限位轴34分别固定在固定块35上，所述固定块35固定在安装台架上，所述深沟球轴承设置在固定块35内部。

所述安装台架包括固定面板11、管柱固定板12、电机固定板13和安装台框架14，所述固定面板11设置在安装台框架14的侧面；固定面板11一边有四个通孔，另一边有两个通孔，都通过螺栓安装在实验台框架14上；

所述管柱固定板12固定在安装台框架14上，转向管柱23通过U形夹紧板24固定在管柱固定板12上；固定块35底面的四个角有螺纹孔，通过螺栓固定在管柱固定板12上。

所述电机固定板13固定在安装台框架14上，电机固定板13底面的四个角有螺纹孔，通过螺栓安装在实验台底面14上。

所述路感电机42固定在电机固定板13上。

在本实施例中，半圆齿轮32的齿数是小齿轮31的1.5倍，两个齿轮的模数相同；固定块35中心有通孔，用来固定深沟球轴承36，齿轮轴33固定在深沟球轴承36上；固定块35顶角处有通孔，通过过盈配合与限位轴34连接。

在本实施例中，电机固定板13上与路感电机42相连接的螺纹孔数量为两个。

综上，主动转向控制系统在方向盘极限位置不能准确限位时，半圆齿轮与限位轴相接触，通过刚性接触达到机械式限位。

另一方面，本实施例还公布了一种线控转向系统方向盘限位方法，包括以下步骤，

步骤一、获取方向盘转角模拟量、转速模拟量和车速；方向盘转角(steering_angle)的实际值是由获取的转角模拟量(angle_data)做公式换算得到，公式为：steering_angle＝(angle_data-7800)/10；由控制器获取的转速(steering_angle_speed)信号是只有大小没有正负的标量，在工况的判断中要对方向盘的转向进行判断，因此要求转速要有正负；采集方向盘转角第一个值和第五个值，用第五个值减去第一个值，如果差为正，则定义方向盘的转速为正，否则转速为负。

步骤二、获取电机的实际电流模拟值，并进行滤波处理；一次性采集5个实际电流模拟值，去除最大值和最小值，然后取剩下三个实际模拟电流(AD_capture(4))的均值。

步骤三、根据方向盘转角、转速和车速，对路感电机的工况进行划分，并计算出不同工况下路感电机的目标电流值；

步骤四、由实际电流值对目标电流值进行PID跟踪，控制路感电机的实际电流值与目标电流值相同，模拟出转向时方向盘给驾驶员的力矩；

步骤五、当方向盘接近极限位置(即520°至540°或－520°至－540°)时，随着转角的继续增大，目标电流值会快速的增加，路感电机的力矩也会快速增加，当方向盘转动到±540°极限位置时，目标电流值达到最大，路感电机的阻力矩也达到最大，即对方向盘进行软件限位。

本实施例方法中涉及的装置为：直流有刷电机作为方向盘限位的控制电机；对于路感电机的控制芯片采用美国飞思卡尔半导体公司的MC9S12XS系列数字信号处理芯片；路感电机的供电采用编程直流电源。

针对主动转向系统中转向管柱和转向轮之间无机械连接，在方向盘转动到极限位置时，由MCU数字控制器通过PWM通道提供较大的占空比信号控制路感电机转动，使路感电机产生较大的阻力矩，达到限位的功能。

所述MCU数字控制器为S12系列，有16个ATD通道，有8位/10位/12位的转换精度，有8个16位输入捕捉和输出比较功能的通道，脉冲宽度调节模块PWM提供8个8位或者4个16位的脉冲宽度调节丰富的CAN总线资源，共有5个CAN模块。

对模数转化后的路感电机电流信号和CAN模块采集的方向盘转角及车速信号进行中位值滤波，从而增强测量信号的精度，避免异值对计算目标路感电机电流的干扰。

MCU数字信号处理芯片利用4个PWM通道向驱动板中的4个mos管发送脉冲信号，通过控制PWM通道开关可以控制路感电机的正反转，通过改变脉冲信号的占空比从而控制路感电机的转矩。

对于目标电流模块电流值大小的确定，首先要测出路感电机在不同电流值条件下转矩的大小，绘制出电流—转矩的二维图，并结合电动助力转向的转角对应方向盘力矩的大小，最终确定路感电机电流值。

由图3和图4所示，该方法的逻辑步骤如下：

初始化MCU(S12X)内部锁相环模块PLL、模数转换模块ATD、定时器模块ECT、脉宽调制模块PWM；

模块ATD将采集路感电机电流和方向盘转矩的模拟量转化为数字量。

模块CAN将采集方向盘转角和车速信号。

防脉冲干扰滤波模块去除采集到的异性值，并对采集到的值进行中位值处理。对于防脉冲干扰滤波模块所采取的方法是：对转换为数字量后的路感电机电流、方向盘转角、转矩和车速连续采样5个数据，去除一个最大值和一个最小值，然后计算3个数据的算术平均值，从而确保采集数据的可靠性。

目标电流模块根据采集的方向盘转角和车速，计算出理想的路感电机的工作电流。

模块PID采用增量式PI控制算法，使实际的路感电流值跟踪理想的路感电流值。

模块PWM驱动路感电机；该模块对应的通道0和1、2和3、4和5、6和7进行级联构成4个16位PWM通道，从而可供选择的通道周期范围加大，电机转动的调整精度增大。MCU数字信号处理芯片利用4个PWM通道向驱动板中的4个mos管发送脉冲信号，通过改变脉冲信号的占空比从而控制路感电机的转向和转矩。

故障诊断模块主要检测MCU存储器、CAN模块、电源电流电压、驱动芯片是否发生故障。

模块PLL定义了MCU的系统频率和总线频率。

模块ECT定义了输出比较和输入捕捉，设置了时钟周期。

由上可知，本发明实施例线控转向系统方向盘限位装置的对于程序控制限位，在于利用采集模块采集实际值、信号模数转换及滤出干扰值、计算得到路感电机目标电流值和数字控制器驱动路感电机。当方向盘转动到极限位置时，目标电流模块会计算出一个较大的电流值，控制器会控制路感电机跟踪目标电流，使路感电机产生与转动方向相反的较大阻力，达到在极限位置处限位的作用。

而机械限位是对程序控制限位的一种保障，当驾驶员转动方向盘的力量过大或者当程序控制限位失灵时，机械限位能够进行及时的补偿。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

一种线控转向系统方向盘限位方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。