CN105539059B - 电控分离式主动防倾杆及防侧倾方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电控分离式主动防倾杆及防侧倾方法，主动防倾杆包括左扭杆、右扭杆、主动控制模块、相对位移传感器和方向盘转角传感器；其中主动控制模块包含ECU、力矩电机、左主动直齿轮、右主动直齿轮、左主动锥齿轮、右主动锥齿轮、左从动锥齿轮、右从动锥齿轮、左扭杆齿轮、右扭杆齿轮、行星齿轮、左电磁离合器、行星齿轮电磁离合器和右电磁离合器。本发明由相对位移传感器和方向盘转角传感器探测汽车行驶工况；根据不同行驶工况的防侧倾要求，起到单侧主动防侧倾、双侧主动防侧倾，及被动防侧倾的作用。
Description
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种电控分离式主动防倾杆及防侧倾方法。
背景技术
防倾杆作为一种车辆行驶安全辅助装置正在被越来越多的运用，其为汽车提供的防侧倾能力已经很好的被人们所发掘。但是传统的结构简单的防倾杆仅仅是利用自身的抗扭能力给悬架提供一个反向力矩来防止侧倾，防倾杆的抗扭能力一旦被安装于车体上便成为一个相对固定的大小，不能根据车辆的行驶状态来合理的调整其自身的防侧倾能力。抗扭刚度太小的防倾杆在独立悬架的汽车上会造成过弯时过多的外倾角，减少轮胎的接地面积；抗扭刚度太大的防倾杆是会造成轮胎无法紧贴地面，影响汽车的操控性。所以一种能够主动的调节其防侧倾能力的防倾杆显得更为符合市场的需求。
为了解决上述问题，德国宝马公司已经将一种基于液压控制的主动防倾杆用于其高端车型上，汽车零配件公司舍弗勒也拥有自己的机电式主动防倾杆。虽然俩家公司的产品都已投入量产，但是由于其复杂而精密的机械结构，其可维护性和性价比都相对较低。
国内对于主动防倾杆的研究也很多，湖南大学的周兵发明的“一种车用主动横向稳定杆”（专利申请号：201410066521.7）以伺服电机为动力源并采用多级行星齿轮机构进行减速增矩，虽然能够主动的提供较大的反向扭矩以防侧倾，但是其行星齿轮组结构复杂，可维护性差，制造成本大，难以实现通用化。
合肥工业大学的赵韩发明的“一种防侧倾的车辆主动横向稳定杆”（专利申请号：201510305669.6）以一个磁流变旋转阻尼器为主要功能部件，通过电磁线圈控制磁流变阻尼器内的反向阻尼力来提供防侧倾力矩。该发明结构简单，体积小重量轻，但是阻尼器转子形状复杂，部件成本高，通用性差，且两侧扭杆工作状态同步，无法适应单侧凹凸路面，对于舒适性考虑欠佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有主动横向稳定杆的结构复杂、加工成本高、零部件通用性差、舒适性考虑不足的问题，提供了一种电控分离式主动防倾杆及防侧倾方法，通过控制力矩电机的电压以及电磁离合器的状态来改变防倾杆左右扭杆的反扭转力矩，以此来适时的改变防倾杆的防侧倾能力，大大提高了汽车的操纵性、稳定性以及舒适性。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
电控分离式主动防倾杆，包含左扭杆、右扭杆、左支撑臂、右支撑臂、主动控制模块、方向盘转角传感器、左悬架位移传感器和右悬架位移传感器；
所述左扭杆、右扭杆均呈L型，其中一条边均通过衬套固定在汽车车架上；
所述左扭杆另一条边的端部与所述左支撑臂的一端铰接，右扭杆另一条边的端部与所述右支撑臂的一端铰接；
所述左支撑臂、右支撑臂的另一端分别和汽车的左悬架、右悬架固定相连；
所述左悬架位移传感器、右悬架位移传感器分别设置在汽车的左悬架、右悬架上，分别用于测量汽车的左悬架、右悬架和汽车车架之间的垂直位移；
所述主动控制模块固定在汽车车架上，包含ECU、力矩电机、左主动直齿轮、右主动直齿轮、左主动锥齿轮、右主动锥齿轮、左从动锥齿轮、右从动锥齿轮、左扭杆齿轮、右扭杆齿轮、行星齿轮、左电磁离合器、行星齿轮电磁离合器和右电磁离合器；
所述力矩电机的输出端同时与左主动直齿轮、右主动直齿轮啮合，左主动锥齿轮、右主动锥齿轮分别与左从动锥齿轮、右从动锥齿轮啮合；
所述左电磁离合器、右电磁离合器的外圈分别与左从动锥齿轮、右从动锥齿轮的轴孔刚性连接，内圈分别与左扭杆、右扭杆键连接；
所述行星齿轮电磁离合器的外圈与行星齿轮轮架的轴孔刚性连接，内圈与右扭杆键连接；
所述左扭杆齿轮、右扭杆齿轮分别和左扭杆、右扭杆固定在汽车车架上的端部固定相连，且同时与行星齿轮啮合；
所述ECU分别和方向盘转角传感器、左悬架位移传感器、右悬架位移传感器、力矩电机、左电磁离合器、行星齿轮电磁离合器、右电磁离合器相连，用于根据方向盘转角传感器、左悬架位移传感器、右悬架位移传感器的测量数据控制力矩电机、左电磁离合器、行星齿轮电磁离合器、右电磁离合器工作。
本发明还公开了一种基于所述电控分离式主动防倾杆的防侧倾方法，包含以下步骤：
步骤1），通过方向盘转角传感器获取汽车的方向盘转角；
步骤2），分别通过左悬架位移传感器、右悬架位移传感器获取汽车左悬架、右悬架的位移；
步骤3），当方向盘转角为零，汽车左悬架、右悬架的位移接近时；
步骤3.1），控制力矩电机不工作；
步骤3.2），控制左电磁离合器、行星齿轮电磁离合器、右电磁离合器均处于分离状态；
步骤4），当方向盘转角为零，汽车左悬架、右悬架的位移差值较大且波动时；
步骤4.1），控制力矩电机不工作；
步骤4.2），控制左电磁离合器、右电磁离合器处于分离状态；
步骤4.3），控制行星齿轮电磁离合器处于接合状态；
步骤5），当方向盘转角不为零，汽车左悬架、右悬架的位移差值较大但稳定时；
步骤5.1），根据汽车左悬架、右悬架的位移差值大小计算力矩电机电压，并根据该电压控制力矩电机输出力矩；
步骤5.2），控制行星齿轮电磁离合器处于分离状态；
步骤5.3），根据汽车左悬架、右悬架的位移差值的符号确定汽车的侧倾方向；
步骤5.4），根据汽车的侧倾方向控制左电磁离合器、右电磁离合器的离合状态，使其在相应一侧提供主动防侧倾力矩；
步骤6），当方向盘转角不为零，汽车左悬架、右悬架的位移差值较大且波动时；
步骤6.1），根据汽车左悬架、右悬架的位移差值大小计算力矩电机电压，并根据该电压控制力矩电机输出力矩；
步骤6.2），控制左电磁离合器、行星齿轮电磁离合器处于结合状态，控制右电磁离合器处于分离状态，同时给俩侧提供主动防侧倾力矩。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 结构简单易于实现，零部件具有通用性、经济实用，与市场上同类主动防侧倾装置相比结构简化，且大部分零件都为标准件，成本低，购买和加工方便易于维护；
2. 具有工况自适应性，车辆在不同路面不同工况下行驶时，通过传感器采集相应车辆行驶状态，ECU合理分配控制任务，能使该装置起到单侧主动防侧倾、双侧主动防侧倾，及被动防侧倾的作用；
3. 将车内乘客的舒适性考虑在内，保证行驶安全性的前提下尽可能的提高的驾驶员及乘客的驾驶与乘坐感受。
附图说明
图1为本发明提供的电控分离式主动防倾杆的控制单元结构图；
图2为本发明提供的电控分离式主动防倾杆整体结构示意图。
图中，1-右位移传感器，2-左位移传感器，3-左悬架，4-右悬架，5-右支撑杆，6-左支撑杆，7-右扭杆，8-左扭杆，9-右衬套，10-左衬套，11-控制单元，12-ECU，13-力矩电机，14-左主动直齿轮，15-右主动直齿轮，16-左主动锥齿轮，17-右主动锥齿轮，18-左从动锥齿轮，19-右从动锥齿轮，20-左扭杆齿轮，21-右扭杆齿轮，22-行星齿轮，23-左电磁离合器，24-行星齿轮电磁离合器，25-右电磁离合器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1和图2所示，本发明公开了一种电控分离式主动防倾杆，包含左扭杆7、右扭杆8、左支撑臂5、右支撑臂6、主动控制模块11、方向盘转角传感器、左悬架位移传感器1和右悬架位移传感器2；
所述左扭杆7、右扭杆8均呈L型，其中一条边均通过衬套固定在汽车车架上；
所述左扭杆7另一条边的端部与所述左支撑臂5的一端铰接，右扭杆8另一条边的端部与所述右支撑臂6的一端铰接；
所述左支撑臂5、右支撑臂6的另一端分别和汽车的左悬架3、右悬架4固定相连；
所述左悬架位移传感器1、右悬架位移传感器2分别设置在汽车的左悬架3、右悬架4上，分别用于测量汽车的左悬架3、右悬架4和汽车车架之间的垂直位移；
所述主动控制模块11固定在汽车车架上，包含ECU12、力矩电机13、左主动直齿轮14、右主动直齿轮15、左主动锥齿轮16、右主动锥齿轮17、左从动锥齿轮18、右从动锥齿轮19、左扭杆齿轮20、右扭杆齿轮21、行星齿轮22、左电磁离合器23、行星齿轮电磁离合器24和右电磁离合器25；
所述力矩电机13的输出端同时与左主动直齿轮14、右主动直齿轮15啮合，左主动锥齿轮16、右主动锥齿轮17分别与左从动锥齿轮18、右从动锥齿轮19啮合；
所述左电磁离合器23、右电磁离合器25的外圈分别与左从动锥齿轮18、右从动锥齿轮19的轴孔刚性连接，内圈分别与左扭杆7、右扭杆8键连接；
所述行星齿轮电磁离合器24的外圈与行星齿轮22轮架的轴孔刚性连接，内圈与右扭杆8键连接；
所述左扭杆齿轮20、右扭杆齿轮21分别和左扭杆7、右扭杆8固定在汽车车架上的端部固定相连，且同时与行星齿轮22啮合；
所述ECU12分别和方向盘转角传感器、左悬架位移传感器1、右悬架位移传感器2、力矩电机13、左电磁离合器23、行星齿轮电磁离合器24、右电磁离合器25相连，用于根据方向盘转角传感器、左悬架位移传感器1、右悬架位移传感器2的测量数据控制力矩电机13、左电磁离合器23、行星齿轮电磁离合器24、右电磁离合器25工作。
本发明还公开了一种基于所述电控分离式主动防倾杆的防侧倾方法，具体如下：
当汽车在直线水平路面行驶时，控制总成ECU12采集左悬架位移传感器1、右悬架位移传感器2及方向盘转角传感器信号，当方向盘转角为零，车辆左悬架3、右悬架4的位移接近时，力矩电机不工作，左电磁离合器23、行星齿轮电磁离合器24、右电磁离合器25均处于分离状态，即主动防倾杆不提供扭矩。
当汽车在直线凹凸不平路面行驶时，控制总成ECU12采集左悬架位移传感器1、右悬架位移传感器2及方向盘转角传感器信号，当方向盘转角为零，车辆左悬架3、右悬架4的位移差值较大且波动时，力矩电机不工作，左电磁离合器23、右电磁离合器25处于分离状态，行星齿轮电磁离合器24处于接合状态，左扭杆7通过左扭杆齿轮20、及行星齿轮22将力矩传递给右扭杆齿轮21和右扭杆8，该力矩为左右悬架存在位移差而被动产生的防侧倾力矩，能够起到被动横向稳定杆的作用。
当汽车在水平路面转向行驶时，控制总成ECU12采集左悬架位移传感器1、右悬架位移传感器2及方向盘转角传感器信号，当方向盘转角不为零，车辆左悬架3、右悬架4的位移差值较大但稳定时，ECU12根据位移差值大小计算力矩电机电压，控制力矩电机输出力矩的大小，带动左主动直齿轮14、右主动直齿轮15转动，将力矩传递到左从动锥齿轮18、右从动锥齿轮19；由左右悬架位移差值符号确定簧载质量侧倾方向，控制左电磁离合器23、右电磁离合器25的离合状态，并且行星齿轮电磁离合器24处于分离状态，使得左扭杆7或者右扭杆8获得从动锥齿轮传过来的力矩，在相应一侧提供主动防侧倾力矩。
当汽车在凹凸不平路面转向行驶时，控制总成ECU12采集左悬架位移传感器1、右悬架位移传感器2及方向盘转角传感器信号，当方向盘转角不为零，车辆左悬架3、右悬架4的位移差值较大且波动时，ECU12根据位移差值大小计算力矩电机电压，控制力矩电机输出力矩的大小，带动左主动直齿轮14、右主动直齿轮15转动，将力矩传递到左从动锥齿轮18、右从动锥齿轮19；控制左电磁离合器23、行星齿轮电磁离合器24处于结合状态，控制右电磁离合器25处于分离状态，左扭杆7获得左从动锥齿轮18的力矩，右扭杆8与左扭杆7通过行星齿轮电磁离合器24锁死无法差动，动力源同时给两侧提供主动防侧倾力矩。即主动防倾杆两侧扭杆同时具有主动防倾效果。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.电控分离式主动防倾杆，其特征在于，包含左扭杆（7）、右扭杆（8）、左支撑臂（5）、右支撑臂（6）、主动控制模块（11）、方向盘转角传感器、左悬架位移传感器（1）和右悬架位移传感器（2）；
所述左扭杆（7）、右扭杆（8）均呈L型，其中一条边均通过衬套固定在汽车车架上；
所述左扭杆（7）另一条边的端部与所述左支撑臂（5）的一端铰接，右扭杆（8）另一条边的端部与所述右支撑臂（6）的一端铰接；
所述左支撑臂（5）、右支撑臂（6）的另一端分别和汽车的左悬架（3）、右悬架（4）固定相连；
所述左悬架位移传感器（1）、右悬架位移传感器（2）分别设置在汽车的左悬架（3）、右悬架（4）上，分别用于测量汽车的左悬架（3）、右悬架（4）和汽车车架之间的垂直位移；
所述主动控制模块（11）固定在汽车车架上，包含ECU（12）、力矩电机（13）、左主动直齿轮（14）、右主动直齿轮（15）、左主动锥齿轮（16）、右主动锥齿轮（17）、左从动锥齿轮（18）、右从动锥齿轮（19）、左扭杆齿轮（20）、右扭杆齿轮（21）、行星齿轮（22）、左电磁离合器（23）、行星齿轮电磁离合器（24）和右电磁离合器（25）；
所述力矩电机（13）的输出端同时与左主动直齿轮（14）、右主动直齿轮（15）啮合，左主动锥齿轮（16）、右主动锥齿轮（17）分别与左从动锥齿轮（18）、右从动锥齿轮（19）啮合；
所述左电磁离合器（23）、右电磁离合器（25）的外圈分别与左从动锥齿轮（18）、右从动锥齿轮（19）的轴孔刚性连接，内圈分别与左扭杆（7）、右扭杆（8）键连接；
所述行星齿轮电磁离合器（24）的外圈与行星齿轮（22）轮架的轴孔刚性连接，内圈与右扭杆（8）键连接；
所述左扭杆齿轮（20）、右扭杆齿轮（21）分别和左扭杆（7）、右扭杆（8）固定在汽车车架上的端部固定相连，且同时与行星齿轮（22）啮合；
所述ECU（12）分别和方向盘转角传感器、左悬架位移传感器（1）、右悬架位移传感器（2）、力矩电机（13）、左电磁离合器（23）、行星齿轮电磁离合器（24）、右电磁离合器（25）相连，用于根据方向盘转角传感器、左悬架位移传感器（1）、右悬架位移传感器（2）的测量数据控制力矩电机（13）、左电磁离合器（23）、行星齿轮电磁离合器（24）、右电磁离合器（25）工作。
2.基于权利要求1所述的电控分离式主动防倾杆的防侧倾方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1），通过方向盘转角传感器获取汽车的方向盘转角；
步骤2），分别通过左悬架位移传感器（1）、右悬架位移传感器（2）获取汽车左悬架（3）、右悬架（4）的位移；
步骤3），当方向盘转角为零，汽车左悬架（3）、右悬架（4）的位移接近时；
步骤3.1），控制力矩电机（13）不工作；
步骤3.2），控制左电磁离合器（23）、行星齿轮电磁离合器（24）、右电磁离合器（25）均处于分离状态；
步骤4），当方向盘转角为零，汽车左悬架（3）、右悬架（4）的位移差值较大且波动时；
步骤4.1），控制力矩电机（13）不工作；
步骤4.2），控制左电磁离合器（23）、右电磁离合器（25）处于分离状态；
步骤4.3），控制行星齿轮电磁离合器（24）处于接合状态；
步骤5），当方向盘转角不为零，汽车左悬架（3）、右悬架（4）的位移差值较大但稳定时；
步骤5.1），根据汽车左悬架（3）、右悬架（4）的位移差值大小计算力矩电机电压，并根据该电压控制力矩电机（13）输出力矩；
步骤5.2），控制行星齿轮电磁离合器处于分离状态；
步骤5.3），根据汽车左悬架（3）、右悬架（4）的位移差值的符号确定汽车的侧倾方向；
步骤5.4），根据汽车的侧倾方向控制左电磁离合器（23）、右电磁离合器（25）的离合状态，使其在相应一侧提供主动防侧倾力矩；
步骤6），当方向盘转角不为零，汽车左悬架（3）、右悬架（4）的位移差值较大且波动时；
步骤6.1），根据汽车左悬架（3）、右悬架（4）的位移差值大小计算力矩电机电压，并根据该电压控制力矩电机（13）输出力矩；
步骤6.2），控制左电磁离合器（23）、行星齿轮电磁离合器（22）处于结合状态，控制右电磁离合器（25）处于分离状态，同时给俩侧提供主动防侧倾力矩。
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| CN105539059A (zh) | 2016-05-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |