專利名稱：帶力反饋的數字轉向盤系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛轉向盤系統，特別涉及一種用于大型動力平板運輸車的帶力反饋的數字轉向盤系統，屬于汽車技術領域。
背景技術：
大型動力平板運輸車輸出的運輸能力能夠達到幾千噸甚至更高噸位，廣泛應用于造船廠、煉鋼廠、電力、石化等大型工程，為多軸線輪胎式行走機械，通過控制轉向機構的轉角，可實現直行、斜行、橫行、八字轉向等轉向模式。目前，市場上該特種車輛的轉向盤與各輪軸沒有機械傳動連接，其轉向盤通過數字信號控制轉向輪的轉角，故駕駛者在操縱轉向盤時并無力的感覺，本質上只是駕駛指令的發生器，可稱之為數字轉向盤，易導致轉向難以穩定控制而引發交通事故且駕駛培訓較為困難。
發明內容
本發明的目的在于針對上述現有技術中的不足，提供一種帶力反饋的數字轉向盤系統，能夠將轉向力矩反饋給駕駛員，使駕駛者具有良好的操縱力感。本發明是通過以下技術方案來解決其技術問題的一種帶力反饋的數字轉向盤系統，應用于大型動力平板運輸車，其在數字轉向盤系統的基礎上增加力反饋系統環節，包括轉向盤，用于駕駛者操縱車輛轉向；伺服電機減速器，連接于轉向盤上，控制轉向盤轉角與伺服電機轉子轉角之間的比例關系；伺服電機，連接于伺服電機減速器上，產生反向扭矩并加載在轉向盤上，從而實現轉向盤真實操縱力感；伺服電機編碼器，連接于伺服電機上，采集伺服電機轉子的轉角信號；主控E⑶，連接伺服電機編碼器并采集和解析轉向盤的轉角信號；識別轉向模式， 連接CAN總線并向各執行ECU發出相應轉向機構的目標轉角信號；根據實時采集的各轉向機構的轉角值，利用設計的轉向盤轉向力求解模型求解轉向盤轉向力；連接伺服電機控制器并向之輸出目標扭矩信號；CAN總線，連接主控E⑶與各執行E⑶，并進行之間的數據通信；若干執行E⑶，連接CAN總線并接收來自主控E⑶的指令；每一執行E⑶連接并控制大型動力平板運輸車的一個轉向機構，該執行ECU對比角位移傳感器反饋的轉向機構的當前轉角值，調整轉向機構的轉角值，使之達到目標轉角；若干角位移傳感器，設置于各轉向機構上且檢測該轉向機構的當前轉角，同時連接相應的執行ECU并反饋轉向機構轉角信號到該執行ECU ；伺服電機控制器，連接主控E⑶和伺服電機，接收主控E⑶發出的目標扭矩信號， 并通過改變伺服電機的輸入電流控制伺服電機的輸出扭矩。
本發明所述的帶力反饋的數字轉向盤系統，其轉向盤與各液壓懸掛轉向機構的轉向控制模式及力反饋模式為主控ECU解析轉向盤的轉角信號，并根據不同的轉向模式，通過CAN總線向各執行ECU發出轉向指令，執行ECU根據角位移傳感器反饋的轉向機構的當前轉角，不斷調整轉向機構的轉角使之達到目標轉角；與此同時，主控ECU根據各轉向機構的轉角信號，實時計算當前轉向盤所需的轉向力，通過伺服電機控制器改變伺服電機的輸出扭矩，使其反向加載于轉向盤上(即輸出扭矩的方向與駕駛者的扭轉方向相反)，從而使駕駛者獲得駕駛的真實力感；所述伺服電機輸出的反向扭矩作為駕駛過程中的力感來源。本發明利用電傳信號控制動力平板運輸車轉向，在數字轉向盤系統的基礎上增加了轉角和轉向力的檢測與反饋環節，在駕駛過程中，駕駛者通過轉向盤的力覺感知，有利于熟悉行駛路面的工況，提高了行駛的安全性；同時也解決了駕駛培訓較為困難的問題。本發明具有突出的實質性特點和顯著的進步。
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。本發明所述的帶力反饋的數字轉向盤系統在現有數字轉向盤系統的基礎上增加了力反饋系統環節，能夠應用于大型動力平板運輸車。請參閱圖1本發明的結構示意圖，圖示帶力反饋的數字轉向盤系統包括轉向盤、伺服電機減速器、伺服電機、伺服電機編碼器、 主控E⑶、CAN總線、若干執行E⑶、若干角位移傳感器和伺服電機控制器。所述轉向盤用于駕駛者操縱車輛轉向。所述伺服電機減速器連接于該轉向盤上， 控制轉向盤轉角與伺服電機轉子轉角之間的比例關系。所述伺服電機連接于伺服電機減速器上，其產生反向扭矩并加載在轉向盤上，從而實現使駕駛員操作轉向盤時產生真實操縱力感。所述伺服電機編碼器連接于該伺服電機上，用以采集伺服電機轉子的轉角信號。所述主控ECU連接伺服電機編碼器并由之采集轉向盤的轉角信號，然后解析該轉角信號；同時主控ECU識別轉向模式，其連接CAN總線并通過該CAN總線向各執行ECU發出相應轉向機構的目標轉角信號；所述主控ECU還連接伺服電機控制器，并且根據實時采集的各轉向機構的轉角值，利用設計的轉向盤轉向力求解模型求解轉向盤所需的轉向力，然后向伺服電機控制器輸出目標扭矩信號。所述CAN總線連接主控ECU與各執行ECU，并作為之間進行數據通信的通道。所述若干執行E⑶連接CAN總線并接收來自主控E⑶的指令；執行E⑶ 的數量與大型動力平板運輸車的液壓懸掛轉向機構數量相同，每一執行E⑶連接并控制一個轉向機構，該執行ECU對比角位移傳感器反饋的轉向機構的當前轉角值，調整轉向機構的轉角值，使之達到目標轉角。所述若干角位移傳感器設置于各轉向機構上，并且檢測該轉向機構的當前轉角，同時其連接相應的執行ECU并反饋該轉向機構轉角信號到該執行ECU 上。所述伺服電機控制器同時連接主控ECU和伺服電機，其接收主控ECU發出的目標扭矩信號，并通過改變伺服電機的輸入電流控制伺服電機的輸出扭矩。本發明所述的帶力反饋的數字轉向盤系統，其轉向盤與各液壓懸掛轉向機構的轉向控制模式及力反饋模式為主控ECU解析轉向盤的轉角信號，并根據不同的轉向模式，通過CAN總線向各執行ECU發出轉向指令，執行ECU根據角位移傳感器反饋的轉向機構的當前轉角，不斷調整轉向機構的轉角使之達到目標轉角；與此同時，主控ECU根據各轉向機構的轉角信號，實時計算當前轉向盤所需的轉向力，通過伺服電機控制器改變伺服電機的輸出扭矩，使其反向加載于轉向盤上(即輸出扭矩的方向與駕駛者的扭轉方向相反)，伺服電機輸出的反向扭矩作為駕駛過程中的力感來源，使駕駛者從而獲得駕駛的真實力感。當駕駛者扭轉轉向盤時，伺服電機編碼器記錄記錄伺服電機轉子的轉角信號并傳遞給主控ECU，主控ECU根據編碼器采集的信號解析轉向盤扭轉的角度，按照不同轉向模式下建立的多輪轉向的數學模型，解析動力平板運輸車各液壓懸掛轉向機構的目標轉角值， 通過CAN總線向執行ECU發出轉向指令，每個執行ECU控制一個液壓懸掛轉向機構轉向，執行ECU根據角位移傳感器反饋的轉角值不斷調整轉向機構的轉角使其達到目標轉角值，與此同時，主控ECU根據角位移傳感器反饋的轉角值以及建立的動力平板運輸車轉向力的數學模型，實時計算轉向盤所需的轉向力，通過伺服電機控制器改變伺服電機的輸出扭矩，使其反向加載于轉向盤上(即輸出扭矩的方向與駕駛者的扭轉方向相反)，從而使駕駛者獲得駕駛的真實力感。以上實施例只為說明本發明的技術方案，其目的在于讓本領域的技術人員了解本發明內容并能夠實施，并不以此限制本發明的保護范圍，凡根據上述技術方案所做的等效變化或替換都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種帶力反饋的數字轉向盤系統，應用于大型動力平板運輸車，其特征在于所述帶力反饋的數字轉向盤系統在數字轉向盤系統的基礎上增加力反饋系統環節，其包括轉向盤，用于駕駛者操縱車輛轉向；伺服電機減速器，連接于轉向盤上，控制轉向盤轉角與伺服電機轉子轉角之間的比例關系；伺服電機，連接于伺服電機減速器上，產生反向扭矩并加載在轉向盤上，從而實現轉向盤真實操縱力感；伺服電機編碼器，連接于伺服電機上，采集伺服電機轉子的轉角信號； 主控E⑶，連接伺服電機編碼器并采集和解析轉向盤的轉角信號；識別轉向模式，連接 CAN總線并向各執行ECU發出相應轉向機構的目標轉角信號；根據實時采集的各轉向機構的轉角值，利用設計的轉向盤轉向力求解模型求解轉向盤所需的轉向力；連接伺服電機控制器并向之輸出目標扭矩信號；CAN總線，連接主控E⑶與各執行E⑶，并進行之間的數據通信； 若干執行E⑶，連接CAN總線并接收來自主控E⑶的指令；每一執行E⑶連接并控制大型動力平板運輸車的一個轉向機構，該執行ECU對比角位移傳感器反饋的轉向機構的當前轉角值，調整轉向機構的轉角值，使之達到目標轉角；若干角位移傳感器，設置于各轉向機構上且檢測該轉向機構的當前轉角，同時連接相應的執行ECU并反饋轉向機構轉角信號到該執行ECU ；伺服電機控制器，連接主控E⑶和伺服電機，接收主控E⑶發出的目標扭矩信號，并通過改變伺服電機的輸入電流控制伺服電機的輸出扭矩。
2.根據權利要求1所述的帶力反饋的數字轉向盤系統，其特征在于所述轉向盤與各液壓懸掛轉向機構的轉向控制模式及力反饋模式為主控ECU解析轉向盤的轉角信號，并根據不同的轉向模式，通過CAN總線向各執行ECU發出轉向指令，執行ECU根據角位移傳感器反饋的轉向機構的當前轉角，不斷調整轉向機構的轉角使之達到目標轉角；與此同時，主控ECU根據各轉向機構的轉角信號，實時計算當前轉向盤所需的轉向力，通過伺服電機控制器改變伺服電機的輸出扭矩，使其反向加載于轉向盤上，從而使駕駛者獲得駕駛的真實力感。
3.根據權利要求2所述的帶力反饋的數字轉向盤系統，其特征在于所述伺服電機輸出的反向扭矩作為駕駛過程中的力感來源。
全文摘要
一種帶力反饋的數字轉向盤系統，其包括轉向盤、伺服電機減速器、伺服電機、伺服電機編碼器、主控ECU、CAN總線、若干執行ECU、若干角位移傳感器和伺服電機控制器。主控ECU根據伺服電機編碼器記錄的轉角信號解析轉向盤轉角，通過識別轉向模式，解析各轉向機構的目標轉角，通過CAN總線向執行ECU發出轉向指令，執行ECU對比角位移傳感器反饋的轉向機構的當前轉角值，調整轉向機構使之達到目標轉角值；與此同時，主控ECU根據各轉向機構的轉角信號，實時計算當前轉向盤所需的轉向力，通過伺服電機控制器改變伺服電機的輸出扭矩，使其反向加載于轉向盤上，從而使駕駛者獲得駕駛的真實力感。本發明能夠用于大型動力平板運輸車上。
文檔編號B62D6/00GK102490779SQ20111036737
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者劉仁強, 郭為忠, 陳偉, 高峰 申請人:上海交通大學