электропривод системы рулевого управления

Классы МПК:B62D5/04 электрические, например использующие электрический сервомотор, связанный с передаточным механизмом или являющийся его составной частью 
Автор(ы):, , , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральный научно-производственный центр Закрытое акционерное общество "Научно-производственный концерн (объединение) "Энергия"
Приоритеты:
подача заявки:
2000-10-30
публикация патента:

Изобретение относится к области автомобилестроения и предназначено для применения в электромеханических системах рулевого управления транспортных средств, работающих преимущественно в маневровом режиме. Электропривод включает в себя последовательно соединенные датчик момента на входе рулевого механизма, нелинейный формирователь основной составляющей задающего воздействия вращающего момента привода, связанный своим выходом с первым положительным входом сумматора, блок управления электродвигателем и электродвигатель, снабженный датчиками тока и частоты вращения, подключенными к измерителю фактического момента привода, выход которого связан с отрицательным входом сумматора. Электропривод дополнительно содержит наблюдатель второй производной угла поворота рулевого колеса, связанный своими входами с датчиком момента на входе рулевого механизма и датчиком частоты вращения электродвигателя, а выходом - со вторым положительным входом сумматора. Указанный наблюдатель содержит сумматор, первый вход которого через два последовательно соединенных дифференцирующих звена соединен с выходом датчика момента, а второй вход через последовательно включенные третье дифференцирующее и первое усилительное звенья - с датчиком частоты вращения электродвигателя, при этом выход сумматора через второе усилительное звено подключен к выходу наблюдателя. Технический результат заключается в повышении точности управления автомобилем при маневрировании. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Формула изобретения

1. Электропривод системы рулевого управления, включающий в себя последовательно соединенные датчик момента на входе рулевого механизма, нелинейный формирователь основной составляющей задающего воздействия вращающего момента привода, связанный своим выходом с первым положительным входом сумматора, блок управления электродвигателем и электродвигатель, снабженный датчиками тока и частоты вращения, подключенными к измерителю фактического момента привода, выход которого связан с отрицательным входом сумматора, отличающийся тем, что в электропривод введен наблюдатель второй производной угла поворота рулевого колеса, связанный своими входами с датчиком момента на входе рулевого механизма и датчиком частоты вращения электродвигателя, а выходом - со вторым положительным входом сумматора.

2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что указанный наблюдатель содержит в себе сумматор, первый вход которого через два последовательно соединенных дифференцирующих звена соединен с выходом датчика момента, а второй вход - через последовательно включенные третье дифференцирующее и первое усилительное звенья - с датчиком частоты вращения электродвигателя, при этом выход сумматора через второе усилительное звено подключен к выходу наблюдателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автомобилестроения и предназначено для применения в электромеханических системах рулевого управления транспортных средств, работающих преимущественно в маневровом режиме.

Известен электропривод системы рулевого управления [1], в котором сигнал с датчика момента на входе рулевого механизма с помощью нелинейного звена преобразуется в задающее значение вращающего момента привода, из него в элементе сравнения вычитается сигнал от измерителя фактического значения момента, получаемого с помощью датчиков тока и частоты вращения электродвигателя, и полученная разность подается на блок управления электродвигателем.

Недостаток этого электропривода заключается в том, что желаемая функция изменения во времени угла поворота управляемых колес существенно отличается от необходимого для реализации этой функции закона изменения во времени вращающего момента, прикладываемого водителем к рулевому колесу.

Наличие указанного недостатка приводит к тому, что в автомобилях с кинематическим (позиционным) способом управления при отсутствии визуального контроля за угловым положением управляемых колес водитель, оценивающий предстоящие изменения в движении автомобиля по упреждающей реакции на его руки вращающего момента со стороны рулевого колеса, может получить ошибочное представление о текущем угловом положении управляемых колес, что значительно снижает точность маневрирования.

Задачей, на решение которой направлено создание предлагаемого изобретения, является повышение точности управления автомобилем при маневрировании.

Для решения этой задачи в электропривод системы рулевого управления, включающий в себя последовательно соединенные датчик момента на входе рулевого механизма, нелинейный формирователь основной составляющей задающего воздействия вращающего момента привода, связанный своим выходом с первым положительным входом сумматора, блок управления электродвигателем и электродвигатель, снабженный датчиками тока и частоты вращения, подключенными к измерителю фактического момента привода, выход которого связан с отрицательным входом сумматора, введен наблюдатель второй производной угла поворота рулевого колеса, связанный своими входами с датчиком момента на входе рулевого механизма и датчиком частоты вращения электродвигателя, а выходом - со вторым положительным входом сумматора.

Как известно, наблюдателем называют устройство, обеспечивающее восстановление значения сигнала координаты по измеренным значениям других координат (см. , например, Теория автоматического управления. Учебник для вузов. Ч.2. /Под ред. А.А. Воронова. М.: Высш. шк., 1986, 504 с.).

В предлагаемом электроприводе предусмотрено, что наблюдатель содержит в себе сумматор, первый вход которого через два последовательно соединенных дифференцирующих звена соединен с выходом датчика момента, а второй вход через последовательно включенные третье дифференцирующее и первое усилительное звенья - с датчиком частоты вращения электродвигателя, при этом выход сумматора через второе усилительное звено подключен к выходу наблюдателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого электропривода системы рулевого управления со следующими обозначениями:

1 - датчик момента Твх на входе рулевого механизма;

2 - нелинейный формирователь основной составляющей Тзад.осн задающего значения вращающего момента привода в соответствии с заданной функцией Тзад.осн = F(Tвx);

3 - наблюдатель второй производной электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988 угла поворота рулевого колеса, вырабатывающий дополнительную составляющую Тзад.под. задающего значения момента привода;

4 - сумматор;

5 - блок управления электродвигателем;

6 - электродвигатель привода;

7 - датчик частоты вращения электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988 электродвигателя;

8 - датчик тока I электродвигателя;

9 - измеритель фактического момента Тф привода.

Схема работает следующим образом.

Водитель, поворачивая рулевое колесо, прикладывает к нему вращающий момент

электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988

в выражении для которого

Твх - вращающий момент на входном валу рулевого механизма, измеряемый датчиком 1;

J р.к. - момент инерции рулевого колеса;

электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988 - вторая производная угла поворота рулевого колеса.

Момент Твх с помощью нелинейного формирователя 2 преобразуется в основную составляющую Тзaд.ocн = F(Tвх) задающего значения вращающего момента, подаваемую на первый положительный вход сумматора 4, на второй положительный вход которого с наблюдателя 3 поступает дополнительная составляющая электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988 задающего значения вращающего момента, где m - постоянный множитель. В результате полное задающее значение момента привода определится как Тзад = Тзад.осн + Тзад.доп, или

электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988

Таким образом, задающий вращающий момент в предлагаемом приводе повторяет закон изменения момента Мр.к., прикладываемого водителем к рулевому колесу более точно, чем в известном приводе [1], в котором Тзад= F(Tвх).

В свою очередь, блок управления 5 электродвигателем 6, охваченный отрицательной обратной связью с помощью датчиков тока 8 и частоты вращения 7 электродвигателя 6, подключенных через измеритель 9 фактического момента Тф к отрицательному входу сумматора 4, обеспечивает воспроизведение приводом задающего момента Тзад и, как следствие, совпадение с точностью до постоянного множителя фактического значения Тф момента привода с моментом Мр.к. на рулевом колесе.

Поскольку в режиме маневрирования фактические значения момента Тф, требуемые для поворота управляемых колес, определяются, главным образом, стабилизирующим моментом, действующим на управляемые колеса со стороны дороги, значение которого пропорционально углу поворота управляемых колес, то отмеченное выше совпадение Тф и Мр.к. означает, что желаемая функция изменения во времени угла поворота электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988у.к. управляемых колес будет совпадать с необходимым для реализации этой функции законом изменения во времени момента Мр.к., прикладываемого водителем к рулевому колесу, т.е. будет достигнута цель изобретения.

На фиг.2 представлен пример построения схемы наблюдателя 3 второй производной электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988 угла поворота рулевого колеса, на которой 10, 11, 14 - дифференцирующие устройства, 12 - сумматор, 13, 15 - блоки усиления.

Принципиальная возможность наблюдения, т.е. косвенного восстановления электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988 обусловлена тем, что сигнал Твх, соответствующий моменту на входе рулевого механизма, формируется как результат измерения угла скручивания упругого торсиона, соединяющего входной и выходной валы рулевого механизма, а именно:

Tвх = cэлектропривод системы рулевого управления, патент № 2185988(электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988p.к.- электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988вых),

где электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988p.к. и электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988вых - углы поворота входного (с рулевым колесом) и выходного валов рулевого механизма соответственно;

С - коэффициент жесткости торсиона.

В наблюдателе сигнал Твх, пройдя через дифференцирующие звенья 10 и 11, получит вид

электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988

содержащий искомую вторую производную электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988 угла поворота рулевого колеса.

Аналогично, сигнал электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988 полученный с датчика частоты вращения электродвигателя, после дифференцирования в блоке 14 и умножения на отношение С/i в усилителе 13 будет нести информацию о второй производной угла поворота выходного вала рулевого механизма:

электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988

где i - передаточное число редуктора, установленного между электродвигателем и выходным валом рулевого механизма.

В результате сложения сигналов, полученных с блоков 11 и 13, на выходе сумматора 12 получается наблюдаемая величина электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988, из которой в усилителе 15 формируется дополнительная составляющая задающего значения вращающего момента привода электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988

На фиг. 3 приведены результаты экспериментальной проверки эффективности предложенного привода, проведенной авторами на математической модели полной системы рулевого управления автомобиля ВАЗ 2123. Из графиков следует, что по сравнению с моментом Мр.к.[1] на рулевом колесе в известном приводе [1] в системе с предлагаемым электроприводом закон изменения во времени момента Мр.к., прикладываемого водителем к рулевому колесу, в большей степени совпадает с функцией угла поворота электропривод системы рулевого управления, патент № 2185988у.к. управляемых колес, что отвечает поставленной цели изобретения.

Источники информации

1. Патент США 5473539, кл. B 62 D 5/04, 5.12.95, Shimizu и др.

Класс B62D5/04 электрические, например использующие электрический сервомотор, связанный с передаточным механизмом или являющийся его составной частью 

устройство и способ для управления выработкой мощности для транспортного средства -  патент 2522158 (10.07.2014)
способ работы рулевого управления с усилителем -  патент 2509673 (20.03.2014)
определение управляющего параметра для управления регулятором момента в рулевом управлении автомобиля -  патент 2490154 (20.08.2013)
силовой узел для электрической системы рулевого управления -  патент 2478510 (10.04.2013)
электромеханический усилитель руля -  патент 2471666 (10.01.2013)
устройство управления рулевым управлением транспортного средства -  патент 2451617 (27.05.2012)
устройство для управления электродвигателем электромеханического усилителя рулевого управления -  патент 2438907 (10.01.2012)
система рулевого управления транспортного средства и способ управления ею -  патент 2432286 (27.10.2011)
электромеханический усилитель руля автомобиля -  патент 2423272 (10.07.2011)
снегоход -  патент 2416542 (20.04.2011)
Наверх