一种汽车安全转向控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及汽车安全行驶技术领域，尤其涉及一种汽车安全转向控制系统。


背景技术：

2.轮胎的工作气压、轮胎使用温度、承载负荷以及行驶速度决定轮胎的使用寿命和车辆的安全行驶。爆胎通常是由于轮胎内部压力的增加导致轮胎的薄弱点爆裂或碰撞造成的损坏（根据损坏的严重程度，可能是立即发生，也可能是延迟发生）而导致空气泄露，呈现轮胎故障。
3.汽车轮胎爆胎时，伴随着气压的迅速下降，爆胎与路面之间会产生很大的摩擦力，阻碍了驾驶员对轮胎的控制，轮胎自由转动，导致汽车的动态转向。换句话说，汽车的动态转向迫使汽车转向轮胎带动方向盘一起转动，从而驾驶员完全失去对车辆方向的控制。也就是说，随着轮胎爆胎，转向瞬间发生，方向盘失去控制，特别是工程车辆、重型卡车等质量大的车辆，由于车速及惯性作用，方向盘的转动非常有力，驾驶员无法控制车辆，造成严重的交通事故。由此可见，在轮胎爆胎或遇到紧急突发事件时能否有效控制车辆的行驶变得尤为关键。
4.为了解决方向失控以及制动失控问题，研发了一些轮胎气压报警系统，它可以持续监测轮胎气压，当轮胎气下降到压低于给定的阈值水平时，通知驾驶员。然而，一旦爆胎，特别是在突发情况下，即使气压报警系统根据轮胎充气压力的下降发出警告，在环境的限制和高速行驶条件下，仍会失去对车辆运动的控制，并可能发生碰撞、翻车等交通事故。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种汽车安全转向控制系统，解决相关技术中存在的汽车轮胎爆胎时无法实现对车辆的控制的问题。
6.作为本实用新型的一个方面，提供一种汽车安全转向控制系统，其中，包括：机械传动机构、液压安全转向机构、传感器单元和控制单元，所述传感器单元设置在所述机械传动机构上，所述液压安全转向机构与所述机械传动机构连接，所述液压安全转向机构和传感器单元均与所述控制单元通信连接；
7.所述机械传动机构能够将驾驶员施加在转向盘上的扭转力传递的方式实现车轮转向；
8.所述传感器单元用于实时检测所述机械传动机构上的运行状态数据，并将检测到的所述运行状态数据发送至所述控制单元；
9.所述控制单元用于根据所述运行状态数据生成相应的控制指令，并发送至所述液压安全转向机构；
10.所述液压安全转向机构能够接收所述控制单元的控制指令并能够在判断汽车发生爆胎时启动并阻断轮胎摩擦力传递至所述机械传动机构。
11.进一步地，所述机械传动机构包括：转向盘、中间轴、齿轮齿条转向器、转向横拉
杆、转向节及车轮，所述转向盘通过所述中间轴与所述齿轮齿条转向器连接，所述转向横拉杆与所述齿轮齿条转向器连接，所述转向节与所述转向横拉杆连接，所述车轮与所述转向节连接；
12.所述转向盘能够将驾驶员施加的扭转力通过所述中间轴传递至所述齿轮齿条转向器，所述齿轮齿条转向器将所述扭转力转换成齿条的线性力，并将所述线性力传递至所述转向横拉杆，所述转向横拉杆将所述线性力传递至所述转向节，所述转向节根据所述线性力扭转所述车轮的方向。
13.进一步地，所述齿轮齿条转向器包括：转向控制阀、主动齿轮和齿条，所述转向控制阀分别与所述中间轴和所述主动齿轮连接，所述齿条与所述主动齿轮连接。
14.进一步地，所述传感器单元包括：轮胎压力传感器、速度传感器、转角传感器和转矩传感器，所述轮胎压力传感器设置在轮胎上，所述速度传感器设置在驱动桥壳或变速器壳内，所述转角传感器设置在所述转向盘上，所述转矩传感器设置在所述中间轴上，所述轮胎压力传感器、速度传感器、转角传感器和转矩传感器均与所述控制单元通信连接；
15.所述轮胎压力传感器用于实时检测所述轮胎的压力，所述速度传感器用于检测汽车的行驶速度，所述转角传感器用于检测所述转向盘的转角，所述转矩传感器用于检测所述中间轴的转矩。
16.进一步地，所述运行状态数据包括：轮胎的压力、汽车的行驶速度、转向盘的转角和中间轴的转矩。
17.进一步地，所述液压安全转向机构包括：助力电机、液压泵、主控制阀、方向阀、动力缸、活塞、进油管路和出油管路，所述助力电机与所述液压泵连接，所述液压泵与所述转向控制阀连接，所述主控制阀与所述转向控制阀连接，所述方向阀与所述主控制阀连接，所述动力缸通过所述进油管路和出油管路与所述方向阀连接，所述活塞设置在所述动力缸上；
18.所述方向阀和所述主控制阀均与所述控制单元通信连接，所述方向阀和所述主控制阀能够根据所述控制单元的控制指令切断所述转向控制阀与所述动力缸之间的液压油流动。
19.进一步地，所述主控制阀包括三位四通阀。
20.进一步地，所述方向阀包括第一方向阀和第二方向阀，所述第一方向阀和所述第二方向阀均包括二位二通电磁阀。
21.进一步地，所述控制单元包括主控单元和信号处理电路，所述主控单元与所述信号处理电路通信连接，所述信号处理电路用于对所述传感器单元检测到的运动状态数据进行处理，并将处理后的信号发送至所述主控单元，所述主控单元用于根据所述信号处理电路处理后的信号生成控制指令。
22.进一步地，所述主控单元包括ecu。
23.本实用新型提供的汽车安全转向控制系统，通过传感器单元监测汽车的运行状态数据，通过设置液压安全转向机构，在汽车发生爆胎时，能够防止轮胎爆胎时产生的任何作用力施加在方向盘上所引起的动态转动，能在轮胎爆胎期间对汽车施加相应的制动，以及在爆胎后控制车辆的平衡，防止发生车辆的动态转向，从而提高车辆稳定性和安全行驶性能。
附图说明
24.附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。
25.图1为本实用新型提供的汽车安全转向控制系统的结构示意图。
26.图2为本实用新型提供的用于切断液压流的2/2方向控制电磁阀的功能框图。
27.图3为本实用新型提供的带有主控阀和动力缸的液压回路的功能框图。
28.图4为本实用新型提供的安装在方向阀和动力缸之间的液压安全转向机构的功能框图。
29.图5为本实用新型提供的汽车安全转向系统中主控制阀另一种形式的功能框图。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
31.为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
32.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.在本实施例中提供了一种汽车安全转向控制系统，图1是根据本实用新型实施例提供的汽车安全转向控制系统的结构示意图，如图1所示，包括：机械传动机构、液压安全转向机构、传感器单元和控制单元，所述传感器单元设置在所述机械传动机构上，所述液压安全转向机构与所述机械传动机构连接，所述液压安全转向机构和传感器单元均与所述控制单元通信连接；
34.所述机械传动机构能够将驾驶员施加在转向盘上的扭转力传递的方式实现车轮转向；
35.所述传感器单元用于实时检测所述机械传动机构上的运行状态数据，并将检测到的所述运行状态数据发送至所述控制单元；
36.所述控制单元用于根据所述运行状态数据生成相应的控制指令，并发送至所述液压安全转向机构；
37.所述液压安全转向机构能够接收所述控制单元的控制指令并能够在判断汽车发生爆胎时启动并阻断轮胎摩擦力传递至所述机械传动机构。
38.本实用新型实施例提供的汽车安全转向控制系统，通过传感器单元监测汽车的运行状态数据，通过设置液压安全转向机构，在汽车发生爆胎时，能够防止轮胎爆胎时产生的
任何作用力施加在方向盘上所引起的动态转动，能在轮胎爆胎期间对汽车施加相应的制动，以及在爆胎后控制车辆的平衡，防止发生车辆的动态转向，从而提高车辆稳定性和安全行驶性能。
39.如图1所示，所述机械传动机构包括：转向盘1、中间轴2、齿轮齿条转向器、转向横拉杆13、转向节及车轮，所述转向盘1通过所述中间轴2与所述齿轮齿条转向器连接，所述转向横拉杆13与所述齿轮齿条转向器连接，所述转向节与所述转向横拉杆连接，所述车轮与所述转向节连接；
40.所述转向盘1能够将驾驶员施加的扭转力通过所述中间轴2传递至所述齿轮齿条转向器，所述齿轮齿条转向器将所述扭转力转换成齿条的线性力，并将所述线性力传递至所述转向横拉杆13，所述转向横拉杆13将所述线性力传递至所述转向节，所述转向节根据所述线性力扭转所述车轮的方向。
41.进一步具体地，所述齿轮齿条转向器包括：转向控制阀5、主动齿轮15和齿条14，所述转向控制阀5分别与所述中间轴2和所述主动齿轮15连接，所述齿条14与所述主动齿轮15连接。
42.应当理解的是，在转向盘1上施加的扭转力，通过中间轴2传递到转向器的主动齿轮15上， 因主动齿轮15的轮齿与齿条14的轮齿处于啮合状态，将转向盘1传递来的扭转力转换成齿条的线性力，使得齿条左右移动。线性力传递到内、外转向横拉杆，再传递到转向节，转向节扭转车轮方向。
43.具体地，所述传感器单元包括：轮胎压力传感器、速度传感器、转角传感器3和转矩传感器4，所述轮胎压力传感器设置在轮胎上，所述速度传感器设置在驱动桥壳或变速器壳内，所述转角传感器3设置在所述转向盘1上，所述转矩传感器4设置在所述中间轴2上，所述轮胎压力传感器、速度传感器、转角传感器3和转矩传感器4均与所述控制单元通信连接；
44.所述轮胎压力传感器用于实时检测所述轮胎的压力，所述速度传感器用于检测汽车的行驶速度，所述转角传感器3用于检测所述转向盘1的转角，所述转矩传感器4用于检测所述中间轴2的转矩。
45.轮胎气压测量的第一轮胎传感器12a和第二轮胎传感器12b分别安装在汽车的左轮胎和右轮胎上。第一轮胎传感器12a和第二轮胎传感器12b与控制单元一起协同工作。安装在转向盘1上用于获取转向盘转角信息的转角传感器3，安装在中间轴2上的用于获得转矩的转矩传感器4以及安装驱动桥壳或变速器壳内的用于获得车速的速度传感器，它们将不断采集的信号经过信号处理电路发送给主控单元ecu用于汽车的转向和制动控制。
46.当轮胎中的空气压力突然降低，表明发生了轮胎爆胎，安装在汽车轮胎中的第一轮胎传感器12a和第二轮胎传感器12b将信号经过信号处理单元发送到主控单元ecu，主控单元ecu发送电子控制指令关闭第一方向阀20a或第二方向阀20b。
47.需要说明的是，所述运行状态数据包括：轮胎的压力、汽车的行驶速度、转向盘的转角和中间轴的转矩。
48.具体地，所述液压安全转向机构包括：助力电机8、液压泵9、主控制阀21、方向阀、动力缸16、活塞19、进油管路17和出油管路18，所述助力电机8与所述液压泵9连接，所述液压泵9与所述转向控制阀5连接，所述主控制阀21与所述转向控制阀5连接，所述方向阀与所述主控制阀21连接，所述动力缸16通过所述进油管路17和出油管路18与所述方向阀连接，
所述活塞19设置在所述动力缸16上；
49.所述方向阀和所述主控制阀21均与所述控制单元通信连接，所述方向阀和所述主控制阀能够根据所述控制单元的控制指令切断所述转向控制阀与所述动力缸之间的液压油流动。
50.需要说明的是，所述液压安全转向机构还包括单向阀7、液压泵出油管6和液压泵回油管11，具体地，助力电机8与液压泵9相连；液压泵9产生的高压流经过所述单向阀7和所述液压泵出油管6进入转向控制阀5的进油口；液压泵9的进油口连接油箱10，转向控制阀5的出油口经过所述液压泵回油管11与油箱10 连接。
51.需要说明的是，所述方向阀包括第一方向阀20a和第二方向阀20b。
52.动力缸16集成在齿轮齿条总成中，齿轮齿条总成连接到车轮横拉杆。动力缸活塞19将所受的液压力转换成线性力，帮助齿条左右移动，通过转向横拉杆，推动转向节及车轮转动。
53.进油管路17通过第一方向阀20a连接到主控制阀21，然后连接到动力缸16。类似地，出油管路18通过第二方向阀20b连接到主控制阀21，然后连接到动力缸16。第一方向阀20a和第二方向阀20b在接收到ecu电子信号的命令时切断液压流，从而迫使液压流通过主控制阀21，液压安全转向机构被启动。
54.优选地，所述主控制阀21包括三位四通阀。
55.优选地，所述第一方向阀20a和所述第二方向阀20b均包括二位二通电磁阀。
56.具体地，所述控制单元包括主控单元和信号处理电路，所述主控单元与所述信号处理电路通信连接，所述信号处理电路用于对所述传感器单元检测到的运动状态数据进行处理，并将处理后的信号发送至所述主控单元，所述主控单元用于根据所述信号处理电路处理后的信号生成控制指令。
57.应当理解的是，所述信号处理电路具体可以为具有滤波、放大以及信号变换等功能的电子线路，具体为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。
58.优选地，所述主控单元包括ecu（电子控制单元）。
59.如图2所示，给出了用于切断液压流的2/2方向阀的示意图。2/2方向阀包括电子单元和弹簧。ecu向电子单元发送关闭阀门的电子指令，2/2阀接收到电子指令后，切断液压流，阻塞b和c之间的液压流。当液压流路径被阻断时，安全转向机构启动，迫使液压流通过主控制阀21。当液压流通过主控制阀21时，动力缸16的输入和输出被关闭，动力缸16被锁定，阻止了爆胎时爆胎与路面之间摩擦所产生的作用力传递到转向盘。由此，液压安全转向机构能够避免爆胎周围的动态扭矩对车辆的影响。
60.图3示出了主控制阀21和动力缸16示意图。主控制阀21为三位四通阀，用来控制到动力缸16的液压流的流入和动力缸16的液压流的流出。液压助力的大小取决于作用在活塞上的压力大小。如果转向操作力较大，就必须提高液压。液压的变化是由连接在中间轴的转向控制阀来调节的。
61.图4给出了液压安全转向机构中方向阀与主控制阀示意图。安全转向机构安装在转向控制阀5和动力缸16之间。当方向阀2/2阀门关闭时，如图4所示的路径e和d被阻塞，从而阻止液压流在这些路径中流动。这反过来会锁定动力缸，使动力缸的往复运动（向左和向右运动）受阻。当安全转向机构启动时，主控阀处于o位置，液压流路径e和d关闭。当方向盘
旋转时，转向控制阀5将液压流输送至预期的液压流路径a。由于主控制阀21处于o位置，从液压流路径a到液压流路径d受阻，然后，液压流通过液压流路径b，并用主控制阀21中的m替换o位置。 然后，液压流找到从液压流路径a到液压流路径d的路径。然后动力缸16向活塞前移动。同时，助力动力缸另一侧的液压流被排空。在将液压流抽回液压油箱的过程中，由于主控制阀21处于o位置，液压流路径e无法获得液压流路径c并用主控阀中的n替换o位置。然后，液压流通过液压流路径e至液压流路径c，液压流被抽回液压油箱。
62.同样地，当方向盘以相反方向旋转时，控制转向阀将液压油流输送至预期的液压油流路径c，并且由于主阀处于o位置，因此液压油流路径c至液压油流路径e受阻。因此，液压流通过液压流路径f并用主阀中的n替换o位置。然后，液压流经过液压流路径c流向液压流路径e。然后将动力缸活塞向后驱动，在动力缸的另一侧，排出液压流。在将液压流抽回液压油箱的过程中，由于主阀处于o位置，液压流路径d无法获得液压流路径a，并用主控制阀中的m替换o位置。然后，液压流通过液压流路径d至液压流路径a，液压流被抽回液压油箱。由此可见，当汽车驾驶员转动方向盘1时，液压泵9产生的压力改变主控制阀21的工作位置，使动力缸16能够左右移动，使得齿轮齿条的主动齿轮转动，导致与之啮合的齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动转向节左右转动，使转向车轮偏转，达到控制方向的目的。
63.当液压泵9的液压从动力缸的一侧施加液压流（压力）并从动力缸的另一侧排出时，动力缸做左右移动。主控阀锁止爆胎时爆胎轮胎与路面的摩擦力引起动力缸的左右移动（往复运动），主控阀只允许动力缸来自转转向盘传递液压流而进行的左右移动。 换言之，只有当汽车驾驶员转动方向盘时，才允许动力缸左右移动。当液压安全转向系统处于激活状态时，动力缸16的出入点通过主控阀21关闭，动力缸16被锁定。
64.主控单元ecu需要预先存储初始数据、预先加载控制算法程序以及控制策略，当ecu接收到胎压、转角、转矩、车速等信号，经过分析确定爆胎的车轮，并计算出爆胎轮胎与道路之间产生的摩擦力的大小，计算出应施加在轮胎上的制动力大小，并向制动系统发送指令。以便对该车轮施加同样大小的制动力，这样可以使汽车保持平衡，避免爆胎周围产生动态扭矩。
65.图5给出了另一种形式的主控的阀线路，取消了2/2阀，而在主控阀中添加了两个单向小阀，在液压安全转向机构中，在主控阀中包括2个单向小阀可以减少体积和生产成本。
66.通过液压安全转向机构使转向系统在轮胎发生爆胎时仍然能够进行方向控制。多个轮胎压力传感器实时检测轮胎压力，多个信号处理电路用于处理来自多个传感器的压力信号并将输出信号给主控单元（ecu），由控制单元（ecu）识别轮胎胎压降低或爆胎的轮胎后，向方向阀发送指令，以切断转向控制阀和动力缸之间的液压流运动,主控阀将动力缸左右运动锁定。
67.在发生爆胎过程中，由于胎压变化产生的巨大摩擦力会传递转移到汽车的转向盘上，导致转向盘无法控制，液压安全转向机构通过主控制阀阻断了此力的传递，于此同时，ecu也进行相应的制动和汽车运动方向的控制，这样就可以使汽车保持平衡，避免了爆胎时周围产生的动态扭矩对车辆造成的影响。
68.本实用新型实施例提供的汽车安全转向控制系统，在安装时不会改变汽车的外观。本实用新型实施例的液压安全转向机构安装在汽车转向系统上时，液压流需要经过液
压安全转向机构才能到达动力缸，因此动力缸的往复运动受液压安全转向机构的控制，相应地也受驾驶员的控制。
69.本实用新型实施例的液压安全转向机构还可作为特殊情况下汽车行驶的一种选择，比如保持车轮的直行，提高汽车的安全性能指标。液压安全转向机构也可以在特殊情况下使用，比如锁定车轮（或直接保持车轮）；液压安全转向机构也适于在高速下使用，减少车轮的自由释放，更好地平衡汽车；液压安全转向机构也可用于赛车和碎石路面，突出驾驶员的操控作用。
70.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。