一种转向保护装置、方法、转向控制系统及车辆与流程

1.本发明涉及车辆自动控制技术领域，尤其涉及一种转向保护装置、方法、转向控制系统及车辆。


背景技术：

2.在汽车使用过程中经常会碰到方向盘“打手”现象，例如汽车在突遇颠簸路面或者凹坑，由于强烈的反向作用力，导致驾驶员脱手，失去对方向盘控制，引起交通事故，轻则转向系统部件损坏，重则车毁人亡。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种转向保护装置、方法、转向控制系统及车辆，所述保护装置能够在车辆车轮受到撞击力时，通过脱开转向轴齿条与车轮的连接，有效地避免因碰撞造成的反作用力损坏汽车的转向系统部件，从而导致驾驶员失去对方向盘控制，有利于保护车辆的转向系统部件，提高驾驶安全性。
4.第一方面，本发明通过本发明的一实施例提供如下技术方案：
5.一种转向保护装置，应用于转向控制系统中，所述转向控制系统包括：助力转向机、与转向轴啮合的转向轴齿条以及安装在所述转向轴上的扭矩传感器，所述转向保护装置包括：
6.位移传感器，安装在所述转向轴齿条上，用于检测所述转向轴齿条的位移变化信息；力矩传感器，用于监测车辆前轮的受力信息；缓冲单元，分别设置在所述车辆前轮与所述转向轴齿条之间的传动路径上，与所述助力转向机连接，用于控制所述车辆前轮与所述转向轴齿条的连接状态；电子控制单元，分别与所述扭矩传感器、所述位移传感器、所述助力转向机以及所述力矩传感器连接，用于根据所述受力信息、所述位移变化信息以及所述扭矩传感器采集的扭矩信息，确定所述车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，若是，则向所述助力转向机发出控制信号，使得所述助力转向机控制所述缓冲单元脱开所述转向轴齿条与所述前轮的连接。
7.优选地，所述缓冲单元为两个，分别为第一缓冲单元与第二缓冲单元，所述转向保护装置还包括第一力矩齿条与第二力矩齿条；所述第一缓冲单元通过所述第一力矩齿条与第一前轮连接，用于控制所述第一前轮与所述转向轴齿条的第一端的连接状态；所述第二缓冲单元通过所述第二力矩齿条与第二前轮连接，用于控制所述第二前轮与所述转向轴齿条的第二端的连接状态。
8.优选地，所述第一缓冲单元与所述第二缓冲单元均包括：连接轴齿轮与运动部件，所述连接轴齿轮与运动部件连接，所述运动部件与所述助力转向机连接，所述转向轴齿条通过所述连接轴齿轮与对应的力矩齿条连接；所述运动部件用于在接收到所述助力转向机发出的断开信号时，断开所述连接轴齿轮与所述转向轴齿条的连接。
9.优选地，所述运动部件为电动伸缩机构，当接收到所述断开信号时，所述电动伸缩
机构推动所述连接轴齿轮，使得所述转向轴齿条与连接轴齿轮脱开。
10.优选地，所述力矩传感器包括第一力矩传感器与第二力矩传感器，所述第一力矩传感器安装在所述第一力矩齿条上，所述第二力矩传感器安装在所述第二力矩齿条上。
11.第二方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
12.一种转向保护方法，应用于前述第一方面中任一项所述的转向保护装置，所述方法包括：
13.监测力矩传感器检测到的受力信息、位移传感器检测到的位移变化信息以及扭矩传感器采集的扭矩信息；基于所述受力信息、所述位移变化信息以及所述扭矩信息，确定所述车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，若是，则向助力转向机发出控制信号，使得所述助力转向机控制缓冲单元脱开转向轴齿条与前轮的连接。
14.优选地，所述基于所述受力信息、所述位移变化信息以及所述扭矩信息，确定所述车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，包括：基于所述受力信息，确定受力值是否大于预设第一受力阈值；判断所述受力信息是否大于预设第一受力阈值；若是，则监测所述扭矩信息中的扭矩值是否超过预设扭矩阈值，和/或监测所述位移变化信息中的位移变化值是否超过预设位移变化范围，若是，则确定所述车辆前轮的受撞击程度满足所述预设异常条件。
15.优选地，还包括：若所述受力值小于预设第二受力阈值，则监测所述位移变化信息中的位移变化值是否超过预设位移变化范围；若是，则向所述助力转向机发送恢复控制信号，使得所述助力转向机控制所述缓冲单元恢复所述转向轴齿条与所述前轮的连接。
16.第三方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
17.一种转向控制系统，包括方向盘、助力转向机、转向轴、转向轴齿条、扭矩传感器以及如前述第一方面中任一项所述的转向保护装置，其中，所述转向轴齿条与所述转向轴啮合，所述扭矩传感器安装在所述转向轴上。
18.第四方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
19.一种车辆，包括车辆本体以及安装在所述车辆本体中如前述第三方面中所述的转向控制系统。
20.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
21.本发明实施例提供的一种转向保护装置、方法、转向控制系统及车辆，该保护装置包括：用于监测车辆前轮的受力信息的力矩传感器，安装在转向轴齿条上的位移传感器，设置于车辆前轮与转向轴齿条之间的传动路径上的缓冲单元，其中，该缓冲单元与助力转向机连接，用于控制车辆前轮与转向轴齿条的连接状态。通过将电子控制单元与扭矩传感器、位移传感器、助力转向机以及每个力矩传感器连接，用于根据受力信息、位移变化信息以及扭矩传感器采集的扭矩信息，确定车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，若是，则向助力转向机发出控制信号，使得助力转向机控制缓冲单元脱开转向轴齿条与前轮的连接，以使得方向盘远离外力冲击。所述保护装置通过脱开转向轴齿条与前轮的连接，在车辆车轮受到撞击力时，有效地避免因碰撞造成的反作用力损坏汽车的转向系统部件，从而导致驾驶员失去对方向盘控制，有利于保护车辆的转向系统部件，提高驾驶安全性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明实施例提供的一种转向保护装置的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的一种转向保护装置的完整结构示意图；
25.图3为本发明实施例提供的一种缓冲单元的结构示意图；
26.图4为本发明实施例提供的另一种缓冲单元的结构示意图；
27.图5为本发明实施例提供的一种转向保护方法的流程图；
28.图6为本发明实施例提供的一种车辆的结构示意图。
具体实施方式
29.本技术实施例通过提供了一种转向保护装置、方法、转向控制系统及车辆，所述保护装置能够在车辆车轮受到撞击力时，有效地避免因碰撞造成的反作用力损坏汽车的转向系统部件，从而导致驾驶员失去对方向盘控制，有利于保护车辆的转向系统部件，提高驾驶安全性。
30.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
31.一种转向保护装置，应用于转向控制系统中，所述转向控制系统还包括：助力转向机、与转向轴啮合的转向轴齿条以及安装在转向轴上的扭矩传感器，转向保护装置包括：位移传感器，安装在转向轴齿条上，用于检测转向轴齿条的位移变化信息；力矩传感器，用于监测车辆前轮的受力信息；缓冲单元，分别设置在车辆前轮与转向轴齿条之间的传动路径上，与助力转向机连接，用于控制车辆前轮与转向轴齿条的连接状态；电子控制单元，分别与扭矩传感器、位移传感器、助力转向机以及力矩传感器连接，用于根据受力信息、位移变化信息以及扭矩传感器采集的扭矩信息，确定车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，若是，则向助力转向机发出控制信号，使得助力转向机控制缓冲单元脱开转向轴齿条与前轮的连接。
32.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
33.第一方面，本发明实施例提供的一种转向保护装置，应用于转向控制系统中，如图1所示，所述转向控制系统还包括：助力转向机201、与转向轴202啮合的转向轴齿条203以及安装在转向轴上的扭矩传感器205。
34.具体来讲，所述转向保护装置包括：位移传感器101，安装在转向轴齿条203上，用于检测转向轴齿条203的位移变化信息；力矩传感器102，用于监测车辆前轮的受力信息；缓冲单元103，分别设置在车辆前轮与转向轴齿条203之间的传动路径上，与助力转向机201连接，用于控制车辆前轮与转向轴齿条203的连接状态。其中，图1中两边的长方形物体表示车辆的两前轮。
35.具体地，所述助力转向机201可以为电子液压助力转向机或电动助力转向机等等。另外，所述转向轴202通过转向轴齿轮204与转向轴齿条203啮合。
36.电子控制单元(electronic control unit，ecu)104，分别与扭矩传感器205、位移传感器101、助力转向机201以及每个力矩传感器102连接，用于根据受力信息、位移变化信息以及扭矩传感器采集的扭矩信息，确定车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，若是，则向助力转向机201发出控制信号，使得助力转向机201控制缓冲单元103脱开转向轴齿条203与前轮的连接，以使得方向盘远离外力冲击。具体而言，在连接轴齿轮与转向轴齿条脱开后，转向轴将避开车轮因受到撞击力带来的反向力，充分化解外力冲击。
37.需要说明的是，所述转向控制系统还包括：转角传感器206，所述转角传感器可以安装于转向轴上，与ecu连接。转向控制系统的控制流程可以简单描述为：当接收到驾驶员操作方向盘的信号时，ecu将根据监测到的车速信号、转动角度和转动方向以及扭矩信号等，确定助力转向机的目标电流，向助力转向机发出指令，使得助力转向机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而辅助动力。
38.在具体实施例中，基于受力信息、位移变化信息以及扭矩信息，确定车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，具体可以包括：基于受力信息，确定受力值是否大于预设第一受力阈值；若是，则监测扭矩信息中的扭矩值是否超过预设扭矩阈值，和/或监测位移变化信息中的扭矩变化值是否超过预设位移变化范围，若是，则确定车辆前轮的受撞击程度满足预设异常条件。
39.其中，这里的预设第一受力阈值可以是基于试验获取得到的：将车辆安装上力矩传感器，所述力矩传感器用于检测前轮的受力信息，使车辆在颠簸或坑洼路面行驶，当车辆的方向盘因反作用力发生“打手”现象时，或者驾驶员感觉到方向盘不受控制时，将力矩传感器检测得到的受力信息作为受力检测值。为了得到较准确地试验数据，需进行多次试验，得到算术受力平均值，将算术受力平均值作为预设第一受力阈值。举例来说，所述预设第一受力阈值可以设置为80-100n/m。
40.当然，为了使得转向保护装置更灵敏，充分保证驾驶安全，实际设置的预设受力阈值可以略小于试验得到的预设受力阈值。
41.具体地，当汽车遇到较大颠簸时，转向横拉杆受到外力发生位移时带动转向轴转动过程中，力矩传感器检测逆向力，并向ecu发出检测到的逆向力信号。扭矩传感器检测到转向轴产生的反向力，并向ecu发出检测到的反向力信号。位移传感器检测到转向轴齿条的位移变化信息，并向ecu发出检测到的位移变化信息。ecu接收力矩传感器发出的受力信息、扭矩传感器发出的扭矩信息以及位移传感器发出的位移变化信息，做出判断。
42.具体而言，当扭矩传感器检测到的扭矩大于预设扭矩阈值时，举例来说，当扭矩大于100-120n/m时，或是位移传感器检测到的位移变化信息为：在一秒内产生了大于10个齿的位移变化信息时，其中，这里的10个齿表示转向轴齿条的10个齿。ecu向助力转向机发出控制信号，助力转向机控制缓冲单元开始作业：控制缓冲单元脱开转向轴齿条与前轮的连接。
43.在具体实施例中，基于受力信息、位移变化信息以及扭矩信息，确定车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，还包括：若受力值小于预设第二受力阈值，则监测位移变化信息中的位移变化值是否超过预设位移变化范围；若是，则向助力转向机发送恢复控制信号，使得助力转向机控制缓冲单元恢复转向轴齿条与前轮的连接。
44.具体地，当力矩传感器检测的受力值降低到预设第二受力阈值时，ecu实时监测位
移传感器检测的转向轴齿条的位移变化值，若位移变化值未超过预设位移变化范围，ecu将给助力转向机发出控制信号，助力转向机向电动伸缩机构发出弹出信号，电动伸缩机构收缩，恢复转向轴齿条与前轮的连接，驾驶员重新接管方向盘。
45.其中，这里的预设第二受力阈值也可以是基于试验获取得到。举例来说，所述预设第二受力阈值可以为20-40n/m。
46.当然，这里的位移传感器检测转向轴齿条的位移变化值，也可以理解为检测转向轴齿条与轴向轴齿轮的相对位置关系。
47.优选地，如图2所示，所述转向保护装置为两个，分别为第一缓冲单元与第二缓冲单元，所述转向保护装置还包括第一力矩齿条104与第二力矩齿条105；第一缓冲单元通过第一力矩齿条104与第一前轮连接，用于控制第一前轮与转向轴齿条202的第一端的连接状态；第二缓冲单元通过第二力矩齿条105与第二前轮连接，用于控制第二前轮与转向轴齿条202的第二端的连接状态。其中，这里的第一前轮可以为左前轮，第二前轮可以为右前轮。
48.当然，作为另一种可选地实施例，所述转向保护装置也可以只设置一个缓冲单元，该缓冲单元可以设置于连接轴齿轮的第一端，用于控制第一前轮与连接轴齿轮的第一端的连接状态，或该缓冲单元可以设置于连接轴齿轮的第二端，用于控制第二前轮与连接轴齿轮的第一端的连接状态。从而可以避免车辆某一特定侧的前轮产生的逆向力，对转向控制部件的损害。
49.具体而言，转向轴齿条203的第一端可以与第一力矩齿条104上下交错连接在第一缓冲单元上，第一缓冲单元能够控制第一前轮与转向轴齿条203的第一端的连接。转向轴齿条203的第二端与第二力矩齿条105上下交错连接在第二缓冲单元上，第二缓冲单元能够控制第二前轮与转向轴齿条203的第二端的连接。
50.作为一种可选地实施例，如图3所示，所述第一缓冲单元与第二缓冲单元均可以包括：连接轴齿轮1031与运动部件1032，连接轴齿轮1031与运动部件1032连接，运动部件1032与助力转向机201连接，连接轴齿轮1031分别与转向轴齿条202的其中一端以及对应的力矩齿条的其中一端连接；运动部件1032用于在接收到助力转向机201发出的断开信号时，断开连接轴齿轮1031与转向轴齿条202的连接。
51.在具体实施例中，所述运动部件1032可以包括电动伸缩机构，当接收到助力转向机201发出的断开信号时，电动伸缩机构推动连接轴齿轮，使得转向轴齿条与连接轴齿轮脱开。
52.具体而言，如图3所示，所述电动伸缩机构可以位于所述连接轴齿轮的上方，与连接轴齿轮压缩连接，当电动伸缩机构接收到助力转向机发出的断开信号时，电动伸缩机构将连接轴齿轮向车体下方推动，使得连接轴齿轮与转向轴齿条脱开。可选地，在连接轴齿轮与转向轴齿条脱开情况下，连接轴齿轮依然与力矩齿条啮合。在电动伸缩机构接收到助力转向机发出的连接信号时，电动伸缩机构将拉回连接轴齿轮，使得连接轴齿轮与转向轴齿条重新连接。
53.作为另一种可选地实施例，如图4所示，所述运动部件1032可以包括两个电动伸缩机构，分别为第一电动伸缩机构1032与第二电动伸缩机构1033，第一电动伸缩机构1032与第二电动伸缩机构1033均与连接轴齿轮1031连接，助力转向机分别与第一电动伸缩机构与第二电动伸缩机构连接。第一电动伸缩机构用于接收助力转向机发出的断开信号，第二电
动伸缩机构用于接收助力转向机发出的连接信号。
54.具体而言，所述第一电动伸缩机构1032可以位于连接轴齿轮1031的上方，与连接轴齿轮压缩连接，所述第二电动伸缩机构1033可以位于连接轴齿轮1031的下方，与连接轴齿轮连接。当第一电动伸缩机构接收到助力转向机发出的断开信号时，第一电动伸缩机构将连接轴齿轮向车体下方推动，使得连接轴齿轮与转向轴齿条脱开，并使得第二电动伸缩机构与连接轴齿轮形成压缩连接。当第二电动伸缩机构接收到助力转向机发出的连接信号时，第二电动伸缩机构将连接轴齿轮向车体上方推动，使得连接轴齿轮与转向轴齿条重新连接，并使得第一电动伸缩机构与连接轴齿轮恢复压缩连接。
55.当然，作为另一种可选地实施例，第一电动伸缩机构可以位于连接轴齿轮的右边，与连接轴齿轮压缩连接，第二电动伸缩机构位于连接轴齿轮的左边，与连接轴齿轮连接。当第一电动伸缩机构接收到助力转向机发出的断开信号时，第一电动伸缩机构将连接轴齿轮向第二电动伸缩机构的方向推动，使得连接轴齿轮与转向轴齿条脱开，并使得第二电动伸缩机构与连接轴齿轮形成压缩连接。当第二电动伸缩机构接收到助力转向机发出的连接信号时，第二电动伸缩机构将连接轴齿轮向第一电动伸缩机构的方向推动，使得连接轴齿轮与转向轴齿条重新连接，并使得第一电动伸缩机构与连接轴齿轮恢复压缩连接。
56.优选地，如图2所示，所述转向保护装置可以包括两个力矩传感器，分别为第一力矩传感器与第二力矩传感器，第一力矩传感器安装在第一力矩齿条上，第二力矩传感器安装在第二力矩齿条上。
57.当然，作为另一种可选地实施例，第一力矩传感器也可以安装在第一前轮到第一力矩齿条的中间路径上，第二力矩传感器也可以安装在第二前轮到第二力矩齿条的中间路径上。举例来说，第一力矩传感器安装在第一前轮内侧，第二力矩传感器安装在第二前轮内侧。
58.另外，为了满足实际测量需要，所述转向保护装置也可以包括三个或更多个力矩传感器，从而使得受力信息检测结果更加准确。
59.本发明实施例提供了一种转向保护装置，该保护装置通过在车轮到转向轴齿条的路径上设置缓冲单元，将助力转向机与缓冲单元连接，ecu根据接收到的受力信息与位移变化信息确定车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，若满足，ecu将向助力转向机发出控制信号，以使得助力转向机控制电动伸缩机构脱开连接轴齿轮与转向轴齿条的连接。该装置能够在保证驾驶员双手安全的同时，保护转向系统的各个部件，避免部件受到外力冲击损坏，做到方向盘迅速恢复操作，不会导致长时间的脱离方向控制。且运用该转向保护装置可以快速有效地使方向盘位置与助力转向机位置回正，从而一定程度上防止方向盘跑偏。
60.综上所述，通过本发明实施例提供的一种转向保护装置，当车辆一旦行驶在颠簸路、大坑洼路面或车祸碰撞涉及转向系统会对驾驶员双手造成伤害的情况下，转向保护装置将控制脱开转向轴齿条与前轮断开，来避免因碰撞造成的反作用力损坏汽车的转向系统部件，从而导致驾驶员失去对方向盘控制，有利于保护车辆的转向系统部件，提高驾驶安全性。
61.第二方面，本发明实施例提供的一种转向保护方法，具体来讲，如图5所示，所述方法包括以下步骤s101至步骤s102。
62.步骤s101，基于受力信息，确定受力值是否大于预设第一受力阈值；
63.步骤s102，若是，则监测扭矩信息中的扭矩值是否超过预设扭矩阈值，和/或监测位移变化信息中的位移变化值是否超过预设位移变化范围，若是，则确定车辆前轮的受撞击程度满足预设异常条件。
64.在一种可选的实施例中，所述基于受力信息、位移变化信息以及扭矩信息，确定车辆前轮的受撞击程度是否满足预设异常条件，包括：
65.判断受力信息是否大于预设第一受力阈值；若是，则监测扭矩信息是否超过预设扭矩阈值，和/或监测位移变化信息是否超过预设位移变化范围，若是，则确定车辆前轮的受撞击程度满足预设异常条件。
66.在一种可选的实施例中，所述转向保护还包括：
67.若受力值小于预设第二受力阈值，则监测位移变化信息中的位移变化值是否超过预设位移变化范围；若是，则向助力转向机发送恢复控制信号，使得助力转向机控制缓冲单元恢复转向轴齿条与前轮的连接。
68.本发明实施例所提供的一种转向保护方法，其实现原理及产生的技术效果和前述第一方面所述装置的实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述装置实施例中相应内容。
69.第三方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种转向控制系统400，包括方向盘、助力转向机、转向轴、转向轴齿条、扭矩传感器以及前述第一方面中任一项所述的转向保护装置，其中，转向轴齿条与转向轴啮合，扭矩传感器安装在转向轴上。
70.本发明实施例所提供的一种转向控制系统，其实现原理及产生的技术效果和前述第一方面所述装置的实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述装置实施例中相应内容。
71.第四方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种车辆500，如图6所示，包括车辆本体501以及安装在车辆本体中如前述第一方面中所述的转向控制系统400。
72.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
73.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
74.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。