一种冗余路感模拟装置及控制方法与流程

1.本发明涉及汽车技术领域，具体的说是一种冗余路感模拟装置及控制方法。


背景技术：

2.随着gb 17675法规要求的放开，当前各大汽车主机厂及转向器供应商均在大力研究前轮线控转向，最早预计2025年将有搭载前轮线控转向的整车产品上市。
3.传统的带有机械连接的转向系统，通过转向柱及中间轴连接转向盘和转向器，驾驶员转动转向盘，转向盘通过机械连接带动转向器动作从而实现转向过程。这个过程中，驾驶员施加的力用来克服系统的摩擦、阻尼包括轮胎与地面的阻力。
4.而前轮线控转向的方案中，取消了转向柱与转向器连接的机械连接，驾驶员的转向驾驶感受完全靠路感模拟器的助力电机进行模拟，即通过路感模拟器电机施加的阻力来模拟系统的摩擦、阻尼以及轮胎与地面的阻力等。但如果路感模拟器电机出现故障时，输出的阻力减小甚至失效，此时因为没有机械连接，驾驶员会瞬间丧失转向阻力。此时如果驾驶员正在进行转向操作，会使转向盘瞬间产生加大的转角，转向器会按此转角输入执行，导致车辆快速转向甚至失稳。
5.综上，现有的机械冗余路感模拟结构，结构复杂，增加了行星齿轮、减振器、扭转弹簧、螺母、丝杠、电磁离合器等结构，带来路感模拟器成本增加、结构变大，需要更大的布置空间。同时，更加复杂的机械结构，必然会带来更高的质量风险，比如丝杠异响等问题。另外，因为机械冗余路感模拟结构与电子路感模拟同时作用，电子路感模拟时需要考虑路感模拟控制的影响，控制逻辑更加复杂。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种冗余路感模拟装置及控制方法，在紧急情况下弥补驾驶员丧失路感的不适感，防止在路感模拟器突然失效时驾驶员大角度转向带来的安全风险，解决了现有转向系统存在的上述问题。
7.本发明技术方案结合附图说明如下：
8.第一方面，本发明提供了一种冗余路感模拟装置，包括压块1、路感模拟器壳体2、旋转轴3、压块弹簧4、压块支撑座5、电磁吸盘6、导向套8、端塞螺母9和压块控制器；所述压块1设置在路感模拟器壳体2内；所述压块1的圆弧形表面与旋转轴3贴合；所述压块弹簧4设置在压块1与电磁吸盘6之间；所述压块1与电磁吸盘6的外面设置有导向套8；所述导向套8与路感模拟器壳体2同轴过盈配合；所述路感模拟器壳体2上设置有端塞螺母9；所述压块支撑座5的后端通过端塞螺母9固定；所述压块控制器通过线束12与电磁吸盘6连接。
9.进一步地，所述压块1的尾部开有盲孔；所述压块弹簧4设置在盲孔内。
10.进一步地，所述电磁吸盘6通过固定螺栓7与压块支撑座5连接。
11.进一步地，所述压块1与压块支撑座5同轴布置。
12.进一步地，所述导向套8采用非金属材料。
13.进一步地，所述端塞螺母9的下端与导向套8的端面之间设置有o型环10。
14.进一步地，所述端塞螺母9上开有孔，并且孔内过盈配合有线束保护套11；所述线束12从线束保护套11中穿过，一端与电磁铁吸盘6连接，另一端与路感模拟器中的压块控制器连接。
15.第二方面，本发明提供了一种冗余路感模拟装置的控制方法，通过一种冗余路感模拟装置实现，包括以下步骤：
16.判断电子路感模拟器的状态；若电子路感模拟器处于可用状态时，由电子路感模拟器进行路感模拟，冗余路感模拟装置不介入工作；若电子路感模拟器处于不可用状态，冗余路感模拟装置介入工作；
17.冗余路感模拟装置介入工作后，确定当前状态所需要的摩擦力f；
18.压块控制器根据车速信号、转角信号、扭矩信号、转角速度信号和预先设定的当前工况下的路感模拟需求，查阅插值表得出电磁铁吸盘6需要的电流值i，从而改变电磁铁吸盘6的磁力与压块弹簧4的弹力，最终，使压块1与旋转轴3之间的摩擦力f1与当前状态所需要的摩擦力f相同。
19.进一步地，所述压块1与旋转轴3之间的摩擦力f1通过下式得出：
20.f1＝u*(f
弹
+f
磁
)；
21.其中，u为压块与旋转轴之间的摩擦系数；
22.f
弹
为压块弹簧产生的弹力；
23.f
磁
为电磁铁吸盘产生的磁力。
24.进一步地，所述f
弹
通过下式得出：
25.f
弹
＝f0+k*s；
26.其中，f0为压块弹簧初始弹力；
27.k为压块弹簧的弹性系数；
28.s为压块前进的距离；
29.所述f
磁
通过下式得出：；
30.f
磁
＝a*(i*w)2；
31.其中，a为与线圈横截面积、铁芯材质、气隙相关的参数；
32.i为电磁铁吸盘需要的电流值；
33.w为线圈匝数。
34.本发明的有益效果为：
35.本发明在路感模拟器上增加电磁吸盘，电磁吸盘受压块控制器控制，压块控制器整合在路感模拟器控制器中。在路感模拟器电机出现故障无法提供转向阻力时，通过调用转向执行器的相关信号，压块控制器控制电磁吸盘的磁性发生变化，磁性变化改变电磁铁的吸合程度，电磁铁之间设有压块弹簧，随着电磁铁的开度，提供可变连续的压块摩擦力来实现连续可变的转向阻力。在紧急情况下弥补驾驶员丧失路感的不适感，防止在路感模拟器突然失效时驾驶员大角度转向带来的安全风险。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
37.图1为本发明所述一种冗余路感模拟装置的结构示意图；
38.图2为本发明所述一种冗余路感模拟装置的控制方法的流程示意图。
39.图中：
40.1、压块；
41.2、路感模拟器壳体；
42.3、旋转轴；
43.4、压块弹簧；
44.5、压块支撑座；
45.6、电磁吸盘；
46.7、固定螺栓；
47.8、导向套；
48.9、端塞螺母
49.10、o型环；
50.11、线束保护套；
51.12、线束。
具体实施方式
52.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
53.术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
54.实施例一
55.参阅图1，一种冗余路感模拟装置，包括压块1、路感模拟器壳体2、旋转轴3、压块弹簧4、压块支撑座5、电磁吸盘6、固定螺栓7、导向套8、端塞螺母9和压块控制器。
56.所述压块1设置在路感模拟器壳体2内；所述压块1的圆弧形表面与旋转轴3贴合；所述压块1的尾部开有盲孔；所述压块弹簧4设置在盲孔内。
57.所述压块1通过压块支撑座5支撑，并且同轴布置；所述压块支撑座5的前部固定有电磁吸盘6；所述压块支撑座5的后端固定在路感模拟器壳体2上；所述压块1的外面设置有非金属材料的导向套8；所述导向套8与路感模拟器壳体2同轴过盈配合；所述路感模拟器壳体2上揩油螺纹孔用于安装端塞螺母9；所述电磁吸盘6通过内六角螺栓7与压块支撑座5连接。所述端塞螺母9的下端与导向套8的端面之间设置有o型环10，用于消除间隙和噪音。所述端塞螺母9上开有孔，并且孔内过盈配合有线束保护套11，起到密封作用；所述线束12从线束保护套11中穿过，一端与电磁铁吸盘6连接，另一端与路感模拟器中的压块控制器连
接。所述压块控制器整合在路感模拟器的控制器pcb板上，可以用来控制压块支撑座5上电磁吸盘6的电流大小和方向；所述压块控制器的输入信号包括路感模拟器工作状态、车速信号、转角信号，输出信号为控制电流和电流方向。
58.实施例二
59.参阅图2，一种冗余路感模拟装置的控制方法，通过一种冗余路感模拟装置实现，包括以下步骤：
60.步骤一、判断电子路感模拟器的状态；若电子路感模拟器处于可用状态时，由电子路感模拟器模拟，冗余路感模拟装置不介入工作；若电子路感模拟器处于不可用状态，冗余路感模拟装置介入工作；
61.其中，电子路感模拟器向can总线发送电子路感模拟器的状态。
62.步骤二、若冗余路感模拟装置介入工作后，确定当前状态所需要的摩擦力f；
63.步骤三、压块控制器根据车速信号、转角信号、扭矩信号、转角速度信号和预先设定的当前工况下的路感模拟需求，查阅差值表得出电磁铁吸盘6需要的电流值i，差值表可以通过调试标定获得各参数的合理对应关系，存储在控制器内。压块支撑座5上电磁铁吸盘6的电流i变化，导致磁场强度变化，进而使得压块1与压块支撑座5之间的磁力变化，压块支撑座5的电磁铁吸盘6给压块1一个沿着轴线的力，此磁力推动压块1移动距离s，压块1移动后使压块弹簧4压缩或者释放，弹力发生变化。磁力与弹力的合力使得压块1与旋转轴3之间的摩擦力变化。最终由摩擦力变化实现路感模拟的可调节。
64.其中，所述压块1与旋转轴3之间的摩擦力f1通过下式得出：
65.f1＝u*(f
弹
+f
磁
)；
66.其中，u为压块与旋转轴之间的摩擦系数；
67.f
弹
为压块弹簧产生的弹力；
68.f
磁
为电磁铁吸盘产生的磁力。
69.进一步地，所述f
弹
通过下式得出：
70.f
弹
＝f0+k*s；
71.其中，f0为压块弹簧初始弹力；
72.k为压块弹簧的弹性系数；
73.s为压块前进的距离；
74.所述f
磁
通过下式得出：
75.f
磁
＝a*(i*w)2；
76.其中，a为与线圈横截面积、铁芯材质、气隙相关的参数；
77.i为电磁铁吸盘需要的电流值；
78.w为线圈匝数。
79.综上，本发明在路感模拟器上增加电磁吸盘，电磁吸盘受压块控制器控制，压块控制器整合在路感模拟器控制器中。在路感模拟器电机出现故障无法提供转向阻力时，通过调用转向执行器的相关信号，压块控制器控制电磁吸盘的磁性发生变化，磁性变化改变电磁铁的吸合程度，电磁铁之间设有压块弹簧，随着电磁铁的开度，提供可变连续的压块摩擦力来实现连续可变的转向阻力。在紧急情况下弥补驾驶员丧失路感的不适感，防止在路感模拟器突然失效时驾驶员大角度转向带来的安全风险。
80.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。
81.因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种冗余路感模拟装置，其特征在于，包括压块(1)、路感模拟器壳体(2)、旋转轴(3)、压块弹簧(4)、压块支撑座(5)、电磁吸盘(6)、导向套(8)、端塞螺母(9)和压块控制器；所述压块(1)设置在路感模拟器壳体(2)内；所述压块(1)的圆弧形表面与旋转轴(3)贴合；所述压块弹簧(4)设置在压块(1)与电磁吸盘(6)之间；所述压块(1)与电磁吸盘(6)的外面设置有导向套(8)；所述导向套(8)与路感模拟器壳体(2)同轴过盈配合；所述路感模拟器壳体(2)上设置有端塞螺母(9)；所述压块支撑座(5)的后端通过端塞螺母(9)固定；所述压块控制器通过线束(12)与电磁吸盘(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种冗余路感模拟装置，其特征在于，所述压块(1)的尾部开有盲孔；所述压块弹簧(4)设置在盲孔内。3.根据权利要求1所述的一种冗余路感模拟装置，其特征在于，所述电磁吸盘(6)通过固定螺栓(7)与压块支撑座(5)连接。4.根据权利要求1所述的一种冗余路感模拟装置，其特征在于，所述压块(1)与压块支撑座(5)同轴布置。5.根据权利要求1所述的一种冗余路感模拟装置，其特征在于，所述导向套(8)采用非金属材料。6.根据权利要求1所述的一种冗余路感模拟装置，其特征在于，所述端塞螺母(9)的下端与导向套(8)的端面之间设置有o型环(10)。7.根据权利要求1所述的一种冗余路感模拟装置，其特征在于，所述端塞螺母(9)上开有孔，并且孔内过盈配合有线束保护套(11)；所述线束(12)从线束保护套(11)中穿过，一端与电磁铁吸盘(6)连接，另一端与路感模拟器中的压块控制器连接。8.一种冗余路感模拟装置的控制方法，通过一种冗余路感模拟装置实现，其特征在于，包括以下步骤：判断电子路感模拟器的状态；若电子路感模拟器处于可用状态时，由电子路感模拟器进行路感模拟，冗余路感模拟装置不介入工作；若电子路感模拟器处于不可用状态，冗余路感模拟装置介入工作；冗余路感模拟装置介入工作后，确定当前状态所需要的摩擦力f；压块控制器根据车速信号、转角信号、扭矩信号、转角速度信号和预先设定的当前工况下的路感模拟需求，查阅插值表得出电磁铁吸盘(6)需要的电流值i，从而改变电磁铁吸盘(6)的磁力与压块弹簧(4)的弹力，最终，使压块(1)与旋转轴(3)之间的摩擦力f1与当前状态所需要的摩擦力f相同。9.根据权利要求8所述的一种冗余路感模拟装置，其特征在于，所述压块(1)与旋转轴(3)之间的摩擦力f1通过下式得出：f1＝u*(f
弹
+f
磁
)；其中，u为压块与旋转轴之间的摩擦系数；f
弹
为压块弹簧产生的弹力；f
磁
为电磁铁吸盘产生的磁力。10.根据权利要求9所述的一种冗余路感模拟装置，其特征在于，所述f
弹
通过下式得出：f
弹
＝f0+k*s；
其中，f0为压块弹簧初始弹力；k为压块弹簧的弹性系数；s为压块前进的距离；所述f
磁
通过下式得出：；f
磁
＝a*(i*w)2；其中，a为与线圈横截面积、铁芯材质、气隙相关的参数；i为电磁铁吸盘需要的电流值；w为线圈匝数。

技术总结
本发明涉及汽车技术领域，具体的说是一种冗余路感模拟装置及控制方法。包括压块、路感模拟器壳体、旋转轴、压块弹簧、压块支撑座、电磁吸盘、导向套、端塞螺母和压块控制器；压块设置在路感模拟器壳体内；压块的圆弧形表面与旋转轴贴合；压块弹簧设置在压块上；压块通过压块支撑座支撑；压块支撑座的前部固定有电磁吸盘；压块支撑座的后端固定在路感模拟器壳体上；压块的外面设置有导向套；导向套与路感模拟器壳体同轴过盈配合；路感模拟器壳体上设置有端塞螺母；压块控制器通过线束与电磁吸盘连接。本发明在紧急情况下弥补驾驶员丧失路感的不适感，防止在路感模拟器突然失效时驾驶员大角度转向带来的安全风险。角度转向带来的安全风险。角度转向带来的安全风险。


技术研发人员：赵向青 张吉 王德平 侯杰 王仕伟 费二威 高尚
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/13