本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，尤其涉及一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要依賴于液壓助力或純機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，這類系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向過程中消耗的能量大部分以熱能形式散失，無法被有效回收利用，隨著電動汽車和混合動力汽車的發(fā)展，提高能源利用效率成為了一個重要的研究方向。

2、現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常不具備能量回收能力，導致轉(zhuǎn)向操作過程中消耗的能量未能得到有效利用，這不僅浪費了能量，而且降低了整體車輛的能源傳動利用效率，此外，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在電子部件發(fā)生故障時缺乏有效的冗余安全措施，在轉(zhuǎn)向電機發(fā)生故障時，轉(zhuǎn)向助力會大幅降低甚至完全喪失，駕駛員需要施加更大的力量才能完成轉(zhuǎn)向操作，尤其是在高速行駛或緊急情況下，這種情況可能會導致車輛失控，增加交通事故的風險，為此，提出一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，而提出的一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法。

2、一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法，包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向橫拉桿、vcu、第一可逆電機和第二可逆電機；

3、所述轉(zhuǎn)向軸的上端與方向盤相連接，所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的兩端連接有梯形臂，所述梯形臂遠離轉(zhuǎn)向橫拉桿的一端連接有轉(zhuǎn)向節(jié)，所述轉(zhuǎn)向節(jié)通過軸承連接有車輪，兩個所述車輪上均安裝有輪轂電機用于接收vcu的控制信號，其中一個所述車輪上安裝有前輪轉(zhuǎn)角傳感器用于獲取前輪轉(zhuǎn)角信號并傳輸至vcu，所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的輸入端上連接有轉(zhuǎn)向齒條，所述轉(zhuǎn)向軸的下端同軸連接有轉(zhuǎn)向齒輪，所述轉(zhuǎn)向齒輪與轉(zhuǎn)向齒條相嚙合；

4、所述轉(zhuǎn)向軸上安裝有第一減速機構(gòu)和第二減速機構(gòu)，所述第一減速機構(gòu)輸出端與轉(zhuǎn)向軸相連，所述第一減速機構(gòu)輸入端與第一可逆電機轉(zhuǎn)子相連，所述第二減速機構(gòu)輸出端與轉(zhuǎn)向軸相連，所述第二減速機構(gòu)輸入端與第二可逆電機轉(zhuǎn)子相連，所述第一減速機構(gòu)和第一可逆電機之間連接有第一電磁離合器，所述第一電磁離合器由vcu直接控制斷開或閉合，所述第二減速機構(gòu)和第二可逆電機之間連接有第二電磁離合器，所述第二電磁離合器由vcu直接控制斷開或閉合。

5、優(yōu)選地，所述第一可逆電機連接有第一可逆電機控制器用于接收vcu控制信號并直接控制第一可逆電機，所述第二可逆電機連接有第二可逆電機控制器用于接收vcu控制信號并直接控制第二可逆電機，所述第一可逆電機和第二可逆電機根據(jù)vcu所提供的控制信號在電動模式和發(fā)電模式之間切換，在發(fā)電模式下，當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，第第一減速機構(gòu)和第二減速機構(gòu)分別帶動第一可逆電機和第二可逆電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的永磁體切割定子繞組，產(chǎn)生電流；在電動模式下，定子通過控制系統(tǒng)通電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，為方向盤提供額外的轉(zhuǎn)向助力。

6、優(yōu)選地，所述第一可逆電機控制器和第二可逆電機控制器均連接有功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器連接有電源，所述功率轉(zhuǎn)換器具有將直流電轉(zhuǎn)換為交流電和反向整流、調(diào)節(jié)輸出電壓、提供過電流和過溫保護的功能。

7、優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)向軸上端且位于方向盤下方位置安裝有轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器，所述轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器用于獲取轉(zhuǎn)角信號和轉(zhuǎn)矩信號，并將轉(zhuǎn)角信號和轉(zhuǎn)矩信號傳輸至vcu。

8、一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法，基于上述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括以下步驟：

9、s1、系統(tǒng)自檢，所述vcu讀取第一可逆電機、第二可逆電機、輪轂電機自檢信號；

10、s2、根據(jù)的自檢情況和并對轉(zhuǎn)向力矩進行判斷，從而選擇對應(yīng)轉(zhuǎn)向模式進行切換；

11、所述步驟s2中對轉(zhuǎn)向力矩進行判斷包括轉(zhuǎn)向力矩為tr，將轉(zhuǎn)向力矩tr與輪轂電機所能提供的最大差動力矩ta和第一可逆電機所能提供的最大轉(zhuǎn)向力矩tb作比較；

12、所述步驟s2中轉(zhuǎn)向模式包括全部節(jié)能轉(zhuǎn)向模式、部分節(jié)能轉(zhuǎn)向模式、多電機高效協(xié)同轉(zhuǎn)向模式、三級冗余安全轉(zhuǎn)向模式、安全節(jié)能轉(zhuǎn)向模式一、安全節(jié)能轉(zhuǎn)向模式二、安全節(jié)能轉(zhuǎn)向模式三、安全節(jié)能轉(zhuǎn)向模式四、一級冗余安全無節(jié)能轉(zhuǎn)向模式、一級保性能無節(jié)能轉(zhuǎn)向模式、保性能節(jié)能轉(zhuǎn)向模式一、保性能節(jié)能轉(zhuǎn)向模式二、均衡節(jié)能轉(zhuǎn)向模式和性能節(jié)能轉(zhuǎn)向模式。

13、優(yōu)選地，所述步驟s2中轉(zhuǎn)向模式切換方法步驟如下：

14、(1)若不存在電機故障信號，則進行轉(zhuǎn)向力矩tr需求判定，若tr小于等于ta，則執(zhí)行全部節(jié)能轉(zhuǎn)向模式；若tr大于ta小于ta+tb，則執(zhí)行部分節(jié)能轉(zhuǎn)向模式；若tr大于ta+tb，則執(zhí)行多電機高效協(xié)同轉(zhuǎn)向模式；

15、(2)若第二可逆電機、第一可逆電機、輪轂電機出現(xiàn)故障，則執(zhí)行三級冗余安全轉(zhuǎn)向模式；

16、(3)若第二可逆電機、第一可逆電機出現(xiàn)故障，輪轂電機未出現(xiàn)故障，則執(zhí)行二級冗余安全轉(zhuǎn)向模式，再在該模式下對轉(zhuǎn)向力矩tr需求進行判定，若tr小于等于ta，則執(zhí)行安全節(jié)能轉(zhuǎn)向模式一，若tr大于ta，則執(zhí)行安全節(jié)能轉(zhuǎn)向模式二；

17、(4)若第二可逆電機出現(xiàn)故障，第一可逆電機、輪轂電機未出現(xiàn)故障，則執(zhí)行一級冗余安全轉(zhuǎn)向模式，再在該模式下對進行轉(zhuǎn)向力矩tr需求進行判定，若tr小于等于ta，則執(zhí)行安全節(jié)能轉(zhuǎn)向模式三，若tr大于ta，則執(zhí)行安全節(jié)能轉(zhuǎn)向模式四；

18、(5)若第二可逆電機、輪轂電機出現(xiàn)故障，第一可逆電機未出現(xiàn)故障，則執(zhí)行一級冗余安全無節(jié)能轉(zhuǎn)向模式；

19、(6)若第一可逆電機、輪轂電機出現(xiàn)故障，第二可逆電機未出現(xiàn)故障，則執(zhí)行一級保性能無節(jié)能轉(zhuǎn)向模式；

20、(7)若第一可逆電機出現(xiàn)故障，第二可逆電機、輪轂電機未出現(xiàn)故障，則執(zhí)行二級保性能轉(zhuǎn)向模式，再在該模式下對轉(zhuǎn)向力矩tr需求進行判定，若tr小于等于ta，則執(zhí)行保性能節(jié)能轉(zhuǎn)向模式一，若tr大于ta，則執(zhí)行保性能節(jié)能轉(zhuǎn)向模式二；

21、(8)若輪轂電機出現(xiàn)故障，第一可逆電機、第二可逆電機未出現(xiàn)故障，則執(zhí)行均衡性能轉(zhuǎn)向模式，再在該模式下對轉(zhuǎn)向力矩tr需求進行判定，若tr小于等于tb，則執(zhí)行均衡節(jié)能轉(zhuǎn)向模式，若tr大于tb，則執(zhí)行性能節(jié)能轉(zhuǎn)向模式。

22、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點在于：

23、本發(fā)明中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過多個電動機和電磁離合器的協(xié)同作用，實現(xiàn)了不同轉(zhuǎn)向模式間的自動切換，以應(yīng)對電子器件故障和轉(zhuǎn)向力矩需求的不同情況，保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具備冗余安全功能，提高車輛的穩(wěn)定性和安全性，并且在轉(zhuǎn)向過程中實現(xiàn)能量回收和高效轉(zhuǎn)向助力。

技術(shù)特征：

1.一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于：包括方向盤(1)、轉(zhuǎn)向軸(4)、轉(zhuǎn)向橫拉桿(10)、vcu(20)、第一可逆電機(21)和第二可逆電機(14)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法，其特征在于：所述第一可逆電機(21)連接有第一可逆電機控制器(19)用于接收vcu(20)控制信號并直接控制第一可逆電機(21)，所述第二可逆電機(14)連接有第二可逆電機控制器(15)用于接收vcu(20)控制信號并直接控制第二可逆電機(14)，所述第一可逆電機(21)和第二可逆電機(14)根據(jù)vcu(20)所提供的控制信號在電動模式和發(fā)電模式之間切換，在發(fā)電模式下，當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤(1)時，第第一減速機構(gòu)(3)和第二減速機構(gòu)(5)分別帶動第一可逆電機(21)和第二可逆電機(14)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的永磁體切割定子繞組，產(chǎn)生電流；在電動模式下，定子通過控制系統(tǒng)通電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，為方向盤(1)提供額外的轉(zhuǎn)向助力。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法，其特征在于：所述第一可逆電機控制器(19)和第二可逆電機控制器(15)均連接有功率轉(zhuǎn)換器(18)，所述功率轉(zhuǎn)換器(18)連接有電源(17)，所述功率轉(zhuǎn)換器(18)具有將直流電轉(zhuǎn)換為交流電和反向整流、調(diào)節(jié)輸出電壓、提供過電流和過溫保護的功能。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法，其特征在于：所述轉(zhuǎn)向軸(4)上端且位于方向盤(1)下方位置安裝有轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器(2)，所述轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器(2)用于獲取轉(zhuǎn)角信號和轉(zhuǎn)矩信號，并將轉(zhuǎn)角信號和轉(zhuǎn)矩信號傳輸至vcu(20)。

5.一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法，基于上述權(quán)利要求1-4任意項所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于：包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法，其特征在于：所述步驟s2中轉(zhuǎn)向模式切換方法步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種兼顧節(jié)能、高效與冗余安全功能的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法，涉及汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向橫拉桿、VCU、第一可逆電機和第二可逆電機，所述轉(zhuǎn)向軸的上端與方向盤相連接，所述轉(zhuǎn)向橫拉桿的兩端連接有梯形臂，所述梯形臂遠離轉(zhuǎn)向橫拉桿的一端連接有轉(zhuǎn)向節(jié)，所述轉(zhuǎn)向節(jié)通過軸承連接有車輪，兩個所述車輪上均安裝有輪轂電機用于接收VCU的控制信號，本發(fā)明中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過多個電動機和電磁離合器的協(xié)同作用，實現(xiàn)了不同轉(zhuǎn)向模式間的自動切換，以應(yīng)對電子器件故障和轉(zhuǎn)向力矩需求的不同情況，保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具備冗余安全功能，提高車輛的穩(wěn)定性和安全性，并且在轉(zhuǎn)向過程中實現(xiàn)能量回收和高效轉(zhuǎn)向助力。

技術(shù)研發(fā)人員：夏秋,潘廣香,馬齊江,韓宇,崔平安,陳特
受保護的技術(shù)使用者：滁州學院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2