一種汽車轉向傳動失靈的保護裝置及方法

2023-07-10 06:15:26 1

一種汽車轉向傳動失靈的保護裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種汽車轉向傳動失靈的保護裝置及方法，屬於汽車【技術領域】。它解決了現有的技術判斷不夠精確且控制較繁瑣的問題。本汽車轉向傳動失靈的保護裝置，包括輪速傳感器、方向盤角位移傳感器、車輪角位移傳感器、步進電機以及控制器，輪速傳感器、方向盤角位移傳感器和車輪角位移傳感器均與控制器的輸入端連接，步進電機與控制器的輸出端連接；本汽車轉向傳動失靈的保護方法，包括如下步驟：A、判斷汽車轉向是否失靈；B、計算車輪轉向值；C、控制車輛實現相應轉向。本保護裝置及方法能精確檢測車輛轉向傳動是否失靈，在轉向失效後仍能順利地完成轉向工作，安全性高。
【專利說明】一種汽車轉向傳動失靈的保護裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於汽車安全【技術領域】，涉及一種汽車轉向傳動失靈的保護裝置及方法。

【背景技術】
[0002]用來改變或保持汽車行駛方向的機構稱為汽車轉向系統。汽車轉向系統的功能就是按照駕駛員的意願控制汽車的行駛方向，分為機械轉向系統和動力轉向系統這兩大類。
[0003]汽車轉向系統對汽車的行駛安全至關重要，當轉向系統失效後，車輛失去轉向的能力將非常危險。傳統上，在汽車轉向系統不能正常操作時，一種機械失效安全轉向裝置被用來通過轉向軸將副轉向輪的轉動力傳輸到齒輪機構上，實現車輛轉動，但是該機械失效安全轉向裝置是以駕駛員的體力作為轉向能源的，其操作比較費力。
[0004]針對上述存在的問題，現有的中國專利文獻公開了一種用於線控系統的失效安全轉向裝置[申請號:CN200410101212.5]，該裝置包括主電控單元，其通過多個傳感器檢測主轉向輪和齒輪機構的操作狀態，並按照駕駛員的轉向力驅動所述主轉向輪提供反作用力的反作用電機，並通過驅動所述齒輪機構來控制執行機構的轉向電機；向所述轉向電機提供能量的電池；限制所述電池和所述轉向電機之間供電的繼電器；失效安全ECU，確定所述主ECU的失效狀態，並相應地控制所述繼電器和轉向軸，將副轉向輪的轉動力傳輸到所述齒條機構上。雖然該用於線控系統的失效安全轉向裝置即使在線控轉向失靈時，試驗車仍能夠容易地並適當的轉彎，提高了試驗車的安全性，但是該轉向裝置通過判斷主ECU處於失效狀態時進行控制，沒有考慮到方向盤出現故障或轉向傳動出現故障時的狀況，其判斷不夠精確，且其控制較繁瑣。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種汽車轉向傳動失靈的保護裝置及方法，該保護裝置結構簡單，安全性高，操作方便；該保護方法能精確檢測車輛轉向傳動是否失靈，在轉向失效後仍能順利地完成轉向工作，安全性高。
[0006]本發明的目的可通過下列技術方案來實現:一種汽車轉向傳動失靈的保護裝置，其特徵在於，所述汽車轉向傳動失靈的保護裝置包括用於檢測車輛行駛速度的輪速傳感器、設置在轉向柱上用於檢測方向盤向左或向右的轉向角度的方向盤角位移傳感器、用於檢測車輪轉向角度的車輪角位移傳感器、用於根據駕駛員轉向意圖實現車輛轉向的步進電機以及用於根據方向盤角位移傳感器和車輪角位移傳感器輸送的信號判斷汽車轉向傳動是否失靈並在判斷轉向傳動失靈後根據方向盤轉向角度和車輛行駛速度計算車輪轉向值進而控制步進電機工作實現轉向的控制器，所述輪速傳感器、方向盤角位移傳感器和車輪角位移傳感器均與控制器的輸入端連接，所述步進電機與控制器的輸出端連接。
[0007]該汽車轉向傳動失靈的保護裝置，在原有汽車轉向系統失靈後起作用，其判斷原有汽車轉向系統是否失靈是通過方向盤角位移傳感器輸送的信號和車輪角位移傳感器輸送的信號進行判斷的，在方向盤轉動過程中車輪未實現相應轉動的，可判斷為原汽車轉向系統失效，則本汽車轉向傳動失靈的保護裝置處於工作狀態，根據方向盤轉向角度和車輛行駛車速計算出相應的車輪轉向值，控制器將該車輪轉向值輸入步進電機從而實現車輪的相應轉向，達到保護人車安全的目的。
[0008]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置中，所述車輪角位移傳感器安裝在車輛的轉向拉杆上。在車輛的轉向拉槓上安裝車輪角位移傳感器，其利用轉向拉杆左、右移動的位移量來反映轉向車輪轉角的大小。
[0009]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置中，汽車包括用於實現車輛轉向的齒輪齒條式轉向器，所述步進電機與齒輪齒條式轉向器之間通過齒輪傳動機構連接。
[0010]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置中，所述齒輪傳動機構包括兩個相互嚙合的直齒輪，所述齒輪齒條式轉向器的輸入軸與其中一個直齒輪連接，所述電機輸出軸與另一個直齒輪連接。
[0011]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置中，所述齒輪傳動機構包括兩個相互嚙合的椎齒輪，所述齒輪齒條式轉向器的輸入軸與其中一個椎齒輪連接，所述電機輸出軸與另一個椎齒輪連接。
[0012]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置中，所述控制器還連接有用於輸入車輛向左轉向信號給所述控制器的左按鍵和用於輸入車輛向右轉向信號給所述控制器的右按鍵。在緊急情況下，若駕駛員轉動方向盤時車輪未實現相應轉動的，可通過按下左按鍵或者右按鍵來實現相應的轉向，控制器在接收到按鍵信號時控制步進電機工作實現車輛轉向，其在控制器內預先設定安全轉向值，步進電機可根據安全轉向值確定車輪的轉向角度，實現了車輛安全轉向的目的，進一步提高了車輛行駛的安全性。
[0013]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置中，所述控制器還連接有用於在車輛轉向傳動失靈時進行報警提醒的提醒機構。控制器在判斷車輛轉向傳動處於失靈狀態時，通過本保護裝置實現車輛安全轉向的同時，通過提醒機構進行提醒，提醒駕駛員汽車轉向系統出現故障，請及時進行維修，同時也起到提醒駕駛員小心駕駛的作用。
[0014]一種汽車轉向傳動失靈的保護方法，其特徵在於，該保護方法包括如下步驟:
[0015]A、判斷汽車轉向是否失靈:通過控制器判斷方向盤角位移傳感器和車輪角位移傳感器輸送的信號，在方向盤轉動過程中車輪未實現相應轉動時，判斷汽車原轉向系統處於失靈狀態，則進入步驟B;否則，重新判斷方向盤角位移傳感器和車輪角位移傳感器輸送的信號;
[0016]B、計算車輪轉向值:控制器根據方向盤角位移傳感器輸送的方向盤角度信號和輪速傳感器輸送的車速信號計算出相應的車輪轉向值；
[0017]C、控制車輛實現相應轉向:步進電機接收由控制器輸送的信號從而驅動車輪轉動相應的角度。
[0018]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護方法中，在所述步驟A中，預先在控制器內設置設定值，控制器接收由方向盤角位移傳感器輸送的方向盤轉角信號和車輪角位移傳感器輸送的車輪轉角信號並進行處理，在方向盤轉向角度和車輪轉向角度的比值大於設定值時判斷汽車原轉向系統處於失靈狀態。
[0019]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護方法中，在所述步驟A中，所述判斷汽車轉向是否失靈還包括方向盤失效判斷，在方向盤失效時通過左按鍵輸送車輛向左轉向的信號給控制器；通過右按鍵輸送車輛向右轉向的信號給控制器，控制器根據其內預先設定的轉角值控制步進電機工作。在判斷汽車轉向是否失靈過程中，除了汽車原轉向系統失靈無法實現車輛轉向外，還包括方向盤失效，即方向盤轉動無法帶動轉向柱同步轉動時判斷方向盤失效，此時方向盤角位移傳感器無法採集方向盤轉角信號，也就無法輸送信號給控制器從而實現車輛轉動，此時駕駛員可根據自己主觀判斷，在方向盤轉動後車輪未實現相應轉向的，則通過按鍵輸送轉向信號給控制器，從而使控制器發送信號給步進電機，實現車輛轉動，提高了車輛行駛的安全性。
[0020]在上述的汽車轉向傳動失靈的保護方法中，在所述步驟C中，步進電機根據控制器輸送的信號轉動一個固定的角度，並通過齒輪傳動機構將該轉向角度作用於汽車的齒輪齒條式轉向器上，從而實現車輛向左或向右轉向。
[0021]與現有技術相比，本汽車轉向傳動失靈的保護裝置及方法具有以下優點:
[0022]1、本發明在原車輛轉向器的輸入軸上裝配一個步進電機，在判斷車輛轉向傳動失靈時，通過齒輪傳動機構將步進電機的轉動傳遞給轉向器的輸入軸，實現車輛轉向，達到保護人車安全的目的，提高了車輛駕駛的安全性，並且本發明結構簡單，操作方便。
[0023]2、本發明在車輛轉向失靈時通過本保護裝置實現車輛安全轉向的同時，還進行報警提醒，給駕駛者提供了一個安全的駕駛環境，也可提醒駕駛員車輛出現的狀況，避免不必要的安全事故。
[0024]3、本發明在轉向傳動裝置或方向盤出現故障時都能順利地完成轉向工作，提高了車輛駕駛的安全性，並且其控制過程簡單，便於實現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的結構示意圖。
[0026]圖中，1、控制器；2、方向盤角位移傳感器；3、車輪角位移傳感器；4、輪速傳感器；
5、步進電機；6、左按鍵；7、右按鍵；8、提醒機構。

【具體實施方式】
[0027]以下是本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。
[0028]如圖1所示，本汽車轉向傳動失靈的保護裝置，包括用於檢測車輛行駛速度的輪速傳感器4、設置在轉向柱上用於檢測方向盤向左或向右的轉向角度的方向盤角位移傳感器2、用於檢測車輪轉向角度的車輪角位移傳感器3、用於根據駕駛員轉向意圖實現車輪相應轉向的步進電機5以及用於根據方向盤角位移傳感器2和車輪角位移傳感器3輸送的信號判斷汽車轉向傳動是否失靈並在判斷轉向傳動失靈後根據方向盤轉向角度和車輛行駛速度計算車輪轉向值進而控制步進電機5工作實現轉向的控制器I，輪速傳感器4、方向盤角位移傳感器2和車輪角位移傳感器3均與控制器I的輸入端連接，步進電機5與控制器I的輸出端連接。
[0029]具體來說，車輪角位移傳感器3安裝在車輛的轉向拉杆上，利用轉向拉杆左、右移動的位移量來反映轉向車輪轉角的大小。
[0030]汽車包括用於實現車輛轉向的齒輪齒條式轉向器，步進電機5與齒輪齒條式轉向器之間通過齒輪傳動機構連接。齒輪傳動機構包括兩個相互嚙合的直齒輪，齒輪齒條式轉向器的輸入軸與其中一個直齒輪連接，電機輸出軸與另一個直齒輪連接。
[0031]齒輪傳動機構包括兩個相互哨合的椎齒輪,齒輪齒條式轉向器的輸入軸與其中一個椎齒輪連接，電機輸出軸與另一個椎齒輪連接。
[0032]控制器I還連接有用於輸入車輛向左轉向信號給所述控制器I的左按鍵6和用於輸入車輛向右轉向信號給所述控制器I的右按鍵7。在緊急情況下,若駕駛員轉動方向盤時車輪未實現相應轉動的，可通過按下左按鍵6或者右按鍵7來實現相應的轉向，控制器I在接收到按鍵信號時控制步進電機5工作實現車輛轉向，其在控制器I內預先設定安全轉向值，步進電機5可根據安全轉向值確定車輪的轉向角度，實現了車輛安全轉向的目的，進一步提高了車輛行駛的安全性。
[0033]作為優選，控制器I還連接有用於在車輛轉向傳動失靈時進行報警提醒的提醒機構8。該提醒機構8可以採用LED指示燈或蜂鳴器或兩者的組合，亦可採用語音提醒器。控制器I在判斷車輛轉向傳動處於失靈狀態時，通過本保護裝置實現車輛安全轉向的同時，通過提醒機構8提醒駕駛員汽車轉向系統出現故障，可提醒駕駛員及時進行維修，同時也可起到提醒駕駛員汽車轉向出現故障小心駕駛的作用。
[0034]作為優選，控制器I可選用單片機或E⑶。
[0035]本汽車轉向傳動失靈的保護方法，包括如下步驟:
[0036]A、判斷汽車轉向是否失靈:通過控制器I判斷方向盤角位移傳感器2和車輪角位移傳感器3輸送的信號，在方向盤轉動過程中車輪未實現相應轉動時，判斷汽車原轉向系統處於失靈狀態，則進入步驟B ;否則，重新判斷方向盤角位移傳感器2和車輪角位移傳感器3輸送的信號；
[0037]B、計算車輪轉向值:控制器I根據方向盤角位移傳感器2輸送的方向盤角度信號和輪速傳感器4輸送的車速信號計算出相應的車輪轉向值；
[0038]C、控制車輛實現相應轉向:步進電機5接收由控制器I輸送的信號從而驅動車輪轉動相應的角度。
[0039]具體來說，在步驟A中，預先在控制器I內設置設定值，控制器I接收由方向盤角位移傳感器2輸送的方向盤轉角信號和車輪角位移傳感器3輸送的車輪轉角信號並進行處理，在方向盤轉向角度和車輪轉向角度的比值大於設定值時判斷汽車原轉向系統處於失靈狀態。
[0040]在步驟A中，判斷汽車轉向是否失靈還包括方向盤失效判斷，在方向盤失效時通過左按鍵6輸送車輛向左轉向的信號給控制器I ;通過右按鍵7輸送車輛向右轉向的信號給控制器1，控制器I根據其內預先設定的轉角值控制步進電機5工作。在判斷汽車轉向是否失靈過程中，除了汽車原轉向系統失靈無法實現車輛轉向外，還包括方向盤失效，即方向盤轉動無法帶動轉向柱同步轉動時判斷方向盤失效，此時方向盤角位移傳感器2無法採集方向盤轉角信號，也就無法輸送信號給控制器I從而實現車輛轉動，此時駕駛員可根據自己主觀判斷，在方向盤轉動後車輪未實現相應轉向的，則通過按鍵輸送轉向信號給控制器1，從而使控制器I發送信號給步進電機5，實現車輛轉動，提高了車輛行駛的安全性。
[0041]在步驟C中，步進電機5根據控制器I輸送的信號轉動一個固定的角度，並通過齒輪傳動機構將該轉向角度作用於汽車的齒輪齒條式轉向器上，從而實現車輛向左或向右轉向。
[0042]該汽車轉向傳動失靈的保護裝置及方法的具體工作過程為:
[0043]在車輛啟動後，本汽車轉向傳動失靈的保護裝置中的方向盤角位移傳感器2和車輪角位移傳感器3實時檢測方向盤轉角信號和車輪轉角信號，在車輛進行轉向時，方向盤角位移傳感器2將檢測到的方向盤轉角信號輸送給控制器I，車輪角位移傳感器3將檢測到的車輪轉角信號輸送給控制器1，控制器I對接收到的信號分別進行處理後，將方向盤轉向角度和車輪轉向角度進行比較後將兩者的比值與控制器I內預先設置的設定值進行比較，其設定值可通過多次轉向實驗進行確定，在兩者的比值大於設定值時判斷車輛原有轉向系統處於失靈狀態，即在方向盤轉動時車輪未能實現相應的轉向，此時控制器I根據方向盤角位移傳感器2輸送的方向盤轉角信號和輪速傳感器4輸送的車速信號計算出相應的車輪轉向值和確定轉向方向，即選定步進動機的電流和轉動方向，調整轉向輔助動力的大小，步進動機的轉矩通過齒輪傳動機構加在汽車的齒輪齒條式轉向器上，使之得到一個與汽車工況相適應的轉向作用力，避免車輛在需要轉向時因原轉向系統無法實現車輪相應轉向而造成意外事故的情況，保證了駕駛人員的安全，本保護裝置通過控制器I輸送信號給步進電機5實現車輪相應轉向的同時，輸送信號給提醒機構8，提醒機構8進行故障提醒，提醒駕駛員汽車原轉向系統出現故障；此外，如果汽車不是因為原轉向系統出現故障，而是因為方向盤失靈造成車輪無法實現轉向的，即當操縱方向盤時，裝在轉向軸上的方向盤角位移傳感器2無法測出轉向軸上的轉矩信號，也就是說無法將採集到的方向盤轉角信號輸入給控制器1，本保護裝置中的控制器I也就無法輸送信號給步進電機5實現車輛轉向，此時通過左按鍵6或右按鍵7將車輛向左轉向或車輛向右轉向的信號輸送給控制器I，控制器I在接收到左按鍵6或右按鍵7輸送的開關信號後根據其內預先設置的轉向值控制步進電機5轉動，進而實現車輛相應的轉向，在車輛轉向完成後按下相應的按鍵使車輪恢復到直行狀態，保證了車輛的安全駕駛。
[0044]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
[0045]儘管本文較多地使用了控制器1、方向盤角位移傳感器2、車輪角位移傳感器3、輪速傳感器4、步進電機5、左按鍵6、右按鍵7、提醒機構8等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
【權利要求】
1.一種汽車轉向傳動失靈的保護裝置，其特徵在於，所述汽車轉向傳動失靈的保護裝置包括用於檢測車輛行駛速度的輪速傳感器(4)、設置在轉向柱上用於檢測方向盤向左或向右的轉向角度的方向盤角位移傳感器(2)、用於檢測車輪轉向角度的車輪角位移傳感器(3)、用於根據駕駛員轉向意圖實現車輛轉向的步進電機(5)以及用於根據方向盤角位移傳感器(2)和車輪角位移傳感器(3)輸送的信號判斷汽車轉向傳動是否失靈並在判斷轉向傳動失靈後根據方向盤轉向角度和車輛行駛速度計算車輪轉向值進而控制步進電機(5)工作實現轉向的控制器(I)，所述輪速傳感器(4)、方向盤角位移傳感器(2)和車輪角位移傳感器(3)均與控制器(I)的輸入端連接，所述步進電機(5)與控制器(I)的輸出端連接。
2.根據權利要求1所述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置，其特徵在於，所述車輪角位移傳感器(3)安裝在車輛的轉向拉杆上。
3.根據權利要求1所述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置，汽車包括用於實現車輛轉向的齒輪齒條式轉向器，其特徵在於，所述步進電機(5)與齒輪齒條式轉向器之間通過齒輪傳動機構連接。
4.根據權利要求3所述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置，其特徵在於，所述齒輪傳動機構包括兩個相互哨合的直齒輪，所述齒輪齒條式轉向器的輸入軸與其中一個直齒輪連接，所述電機輸出軸與另一個直齒輪連接。
5.根據權利要求3所述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置，其特徵在於，所述齒輪傳動機構包括兩個相互哨合的椎齒輪，所述齒輪齒條式轉向器的輸入軸與其中一個椎齒輪連接，所述電機輸出軸與另一個椎齒輪連接。
6.根據權利要求1所述的汽車轉向傳動失靈的保護裝置，其特徵在於，所述控制器(I)還連接有用於輸入車輛向左轉向信號給所述控制器(I)的左按鍵(6)和用於輸入車輛向右轉向信號給所述控制器(I)的右按鍵(7)。
7.一種汽車轉向傳動失靈的保護方法，其特徵在於，該保護方法包括如下步驟: A、判斷汽車轉向是否失靈:通過控制器⑴判斷方向盤角位移傳感器(2)和車輪角位移傳感器(3)輸送的信號，在方向盤轉動過程中車輪未實現相應轉動時，判斷汽車原轉向系統處於失靈狀態，則進入步驟B;否則，重新判斷方向盤角位移傳感器(2)和車輪角位移傳感器⑶輸送的信號； B、計算車輪轉向值:控制器(I)根據方向盤角位移傳感器(2)輸送的方向盤角度信號和輪速傳感器(4)輸送的車速信號計算出相應的車輪轉向值； C、控制車輛實現相應轉向:步進電機(5)接收由控制器(I)輸送的信號從而驅動車輪轉動相應的角度。
8.根據權利要求7所述的汽車轉向傳動失靈的保護方法，其特徵在於，在所述步驟A中，預先在控制器⑴內設置設定值，控制器⑴接收由方向盤角位移傳感器⑵輸送的方向盤轉角信號和車輪角位移傳感器(3)輸送的車輪轉角信號並進行處理，在方向盤轉向角度和車輪轉向角度的比值大於設定值時判斷汽車原轉向系統處於失靈狀態。
9.根據權利要求7或8所述的汽車轉向傳動失靈的保護方法，其特徵在於，在所述步驟A中，所述判斷汽車轉向是否失靈還包括方向盤失效判斷，在方向盤失效時通過左按鍵(6)輸送車輛向左轉向的信號給控制器(I);通過右按鍵(X)輸送車輛向右轉向的信號給控制器(1)，控制器(I)根據其內預先設定的轉角值控制步進電機(5)工作。
10.根據權利要求7所述的汽車轉向傳動失靈的保護方法，其特徵在於，在所述步驟C中，步進電機(5)根據控制器(I)輸送的信號轉動一個固定的角度，並通過齒輪傳動機構將該轉向角度作用於汽車的齒輪齒條式轉向器上，從而實現車輛向左或向右轉向。
【文檔編號】B62D113/00GK104149845SQ201410437697
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】張 傑, 席鵬東, 劉巍, 潘之傑, 吳成明, 馮擎峰 申請人:浙江吉利控股集團有限公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司