专利名称：可变传动比的电动助力转向系统及其传动比控制方法
技术领域：
本发明涉及电动助力转向系统，特指一种可变传动比的电动助力转向系统，能实
现变传动比控制和主动转向干预功能，且保证电动助力转向路感不受影响。
背景技术：
电动助力转向系统是新型的、很有发展前途的动力转向系统，它完全取消了液压组件，整个系统由转向盘转矩传感器、车速传感器、控制器、助力电机及其减速机构等组成。基本原理是控制器接受转向盘转矩信号和车速信号，经过判断和处理后，根据事先确定好的助力特性输出控制信号，控制电机输出助力转矩。 当前国内外电动助力转向系统都采用固定传动比，然而固定传动比不利于改变转向系统的性能在低速下容易出现转向盘偏沉；而在高速下，容易出现转向过度等危险工况，汽车的操纵稳定性存在隐患。
发明内容
为了提高汽车的操纵稳定性和行车安全性，本发明提出可变传动比的电动助力转向系统及其传动比控制方法，实现助力转向、变传动比控制、主动转向干预；实现汽车安全性和灵活性的完美融合。 —种可变传动比的电动助力转向系统，由转向盘、通过转向管柱与转向盘相连的齿条、以及位于转向盘下方的转矩传感器，还包括通过减速机构与齿条相连的助力电机，还包括与齿条相连的转向摇臂，还包括电子控制单元ECU ;其特征在于在转矩传感器和齿条之间的转向管柱上安装有行星齿轮机构，该机构由行星轮、太阳轮、齿圈组成，其中齿圈与转向电机相连、太阳轮与转向管柱相连、行星轮与转矩传感器相连。 —种利用上述所述可变传动比的电动助力转向系统的传动比控制方法，其特征在于 将转角传感器获得的转角信号、转矩传感器获得的转矩信号、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号、侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号传递给电子控制单元ECU ;电子控制单元ECU根据这些信号给转向电机发送第一控制信号， 一方面利用转向电机，通过行星齿轮机构给方向盘提供附加转角，从而实现主动转向干预，另一方面利用转向电机通过行星齿轮机构将转向盘力矩进行传动比变换后，成为经过变传动比转换后的转向盘力矩，再提供给齿条； 电子控制单元ECU根据转向电机发回的传动比信号，转角传感器获得的转角信号、转矩传感器获得的转矩信号、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号、侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号和助力电机反馈信号，给助力电机发送第二控制信号，助力电机提供的助力转矩经减速机构减速增扭之后，形成控制助力转矩，控制助力转矩在齿条上与经过变传动比转换后的转向盘力矩进行叠加，通过转向摇臂共同驱动前轮转向，实现电动助力转向功能。
采用本发明在转矩传感器和齿轮齿条之间增加了行星齿轮机构和转向电机，电动 助力转向系统可在完成原有电动助力转向的基础上，实现变传动比控制和主动转向干预功 能。 该传动机构由转向电机控制，它可实现可变传动比功能在低速时转向传动比较 小，以减少转向盘转动的圈数，提高汽车的转向灵活性；在高速时转向传动比较大，以提高 车辆的稳定性和安全性。此外，该传动机构可通过转向干预实现对车辆的稳定性控制。
汽车在低速行驶时，为减轻驾驶员负担，达到良好的转向轻便性，系统应有较大的 传动比；而在高速时，为了保障行驶安全，同时获得良好的转向路感，系统应有较小的传动 比。因此，在电动助力转向系统中实现可变传动比功能，可进行主动转向干预，实现汽车转 向轻便性和转向路感的完美融合，而且还能将汽车的安全性与灵活性有机的融合在一起， 是一种理想转向系统，具有广阔的应用前景。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1 一种可变传动比的电动助力转向系统结构图。
图2传动比控制单元ECU实施控制流程图。 图中标记l.转向盘，2.转矩传感器，3.转向电机，4.行星轮，5.转向管柱，6.齿 圈，7.助力电机，8.减速机构，9.齿条，IO.转向摇臂，ll.前轮，12.电子控制单元ECU， 13.转角信号，14.转矩信号，15.第一控制信号，16.第二控制信号，17.横摆角速度信号， 18.侧摆加速度信号，19.传动比信号，20.助力电机反馈信号，21.助力转矩，22.控制助力 转矩，23.经过变传动比转换后的转向盘力矩，24.转向盘主动力矩，25.附加转角。
具体实施例方式
如图1所示，一种可变传动比的电动助力转向系统，由转向盘1、通过转向管柱5与 转向盘1相连的齿条9、以及位于转向盘下1方的转矩传感器2，还包括通过减速机构8与 齿条9相连的助力电机7，还包括与齿条9相连的转向摇臂10，还包括电子控制单元ECU12 ; 其特征在于在转矩传感器2和齿条9之间的转向管柱上安装有行星齿轮机构，该机构由行 星轮4、太阳轮5、齿圈6组成，其中齿圈6与转向电机3相连、太阳轮与位于行星齿轮机构 下方的转向管柱5相连、行星轮4与位于方向盘1下方的转矩传感器2相连。
如图2所示，一种可变传动比的电动助力转向系统传动比可变控制方法是当驾 驶员转动转向盘1时，将转角传感器获得的转角信号13、转矩传感器2获得的转矩信号14、 横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号17，侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号 18传递给电子控制单元ECU12，电子控制单元ECU12根据这些信号给转向电机3发送第一 控制信号15，即通过行星齿轮机构行星轮4、太阳轮5、齿圈6来提供附加转角25，附加转角 25与方向盘1的主动角相互叠加，从而实现变传动比控制和主动转向干预；电子控制单元 ECU12根据转向电机3发回的传动比信号19、转角传感器获得的转角信号13、转矩传感器2 获得的转矩信号14、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号17、侧向加速度传感器获得 的侧摆加速度信号18和助力电机反馈信号20，给助力电机7发送第二控制信号16，确定助 力电机7助力大小，助力电机提供的助力转矩21经减速机构8减速增扭之后，在齿条9上与经过变传动比转换后的转向盘力矩23进行叠加，通过控制转向摇臂10共同驱动前轮11 转向，实现电动助力转向功能。
权利要求
一种可变传动比的电动助力转向系统，由转向盘(1)、通过转向管柱(5)与转向盘(1)相连的齿条(9)、以及位于转向盘(1)下方的转矩传感器(2)，还包括通过减速机构(8)与齿条(9)相连的助力电机(7)，还包括与齿条(9)相连的转向摇臂(10)，还包括电子控制单元ECU(12)；其特征在于在转矩传感器(2)和齿条(9)之间的转向管柱(5)上安装有行星齿轮机构，该机构由行星轮(4)、太阳轮、齿圈(6)组成，其中齿圈(6)与转向电机(3)相连、太阳轮与转向管柱(5)相连、行星轮(4)与转矩传感器(2)相连。
2. —种利用权利要求1所述可变传动比的电动助力转向系统的传动比控制方法，其特征在于将转角传感器获得的转角信号(13)、转矩传感器(2)获得的转矩信号(14)、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号(17)、侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号(18)传递给电子控制单元ECU(12);电子控制单元ECU(12)根据这些信号给转向电机(3)发送第一控制信号(15)，一方面利用转向电机(3)通过行星齿轮机构给方向盘(1)提供附加转角(25)，从而实现主动转向干预，另一方面利用转向电机(3)通过行星齿轮机构将转向盘主动力矩(24)进行传动比变换后，成为经过变传动比转换后的转向盘力矩(23);再提供给齿条(9);电子控制单元ECU(12)根据转向电机(3)发回的传动比信号(19)、转角传感器获得的转角信号(13)、转矩传感器(2)获得的转矩信号(14)、横摆角速度传感器获得的横摆角速度信号(17)、侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号(18)和助力电机反馈信号(20)，给助力电机(7)发送第二控制信号(16)，助力电机(7)提供的助力转矩(21)经减速机构(8)减速增扭之后，形成控制助力转矩(22)，控制助力转矩(22)在齿条(9)上与经过变传动比转换后的转向盘力矩(23)进行叠加，通过转向摇臂(10)共同驱动前轮(11)转向，实现电动助力转向功能。
全文摘要
一种可变传动比的电动助力转向系统及其传动比控制方法，属于电动助力转向系统。本发明在转矩传感器和齿轮齿条之间增加了行星齿轮机构和转向电机，电动助力转向系统可在完成原有电动助力转向的基础上，实现变传动比控制和主动转向干预功能。
文档编号B62D5/04GK101722983SQ20101001834
公开日2010年6月9日 申请日期2010年1月14日 优先权日2010年1月14日
发明者刘顺, 梁荀, 蒋朱龙, 蔡辉, 赵万忠 申请人:南京航空航天大学