防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置及其控制方法与流程

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1.本发明涉及载货汽车转向技术领域，具体涉及一种防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置及其控制方法。

背景技术：

2.载货汽车空车直行时方向盘处于正常对中位置，但是在装满货物后，方向盘会自动偏转歪斜，这种问题在载货车上是普遍存在的现象。
3.根据实际测量，不少车型满载时方向盘最大偏转角度甚至达到二十多度。一方面，方向盘的偏转容易造成行驶时方向盘盘幅阻挡驾驶员观察仪表盘的视野，影响驾驶舒适性和安全性；另一方面，当汽车经过颠簸路面时，由于方向盘偏转，驾驶员手握方向盘的位置不合理，从而在方向盘摆动时产生盘幅打手的现象，影响了驾驶的安全性。
4.造成方向盘偏转的因素主要有两个：
5.1)当车辆从空车到装满货物的过程中，前轴载荷逐渐增大，前悬架钢板弹簧向下压缩，固定在车架上的转向机带动垂臂与直拉杆前端连接球销向下移动，使直拉杆角度发生变化，引起转向垂臂和转向节x向距离发生变化，从而推(拉)转向垂臂前后摆动；
6.2)当前悬架的钢板弹簧压缩时，钢板弹簧的弧高变小甚至压平，由于板簧的前端是由板簧销固定在车架上，后端是通过吊耳连接可前后摆动，因此当板簧弧高变小时，板簧中心点会绕前卷耳中心点向上摆动，会推动车桥远离转向机，使转向垂臂和转向节x向距离边长，从而带动垂臂向后摆动。
7.由于转向传动系统零部件空间布置的限制，导致直拉杆摆动造成的偏转和板簧压缩上摆造成的偏转运动轨迹不一致，其两者运动的差值即为转向传动系统与前悬架系统的运动干涉量。汽车在空车到装满货物的过程中，如该干涉量过大，势必会导致转向垂臂摆动一个角度，直接会传递到方向盘上，使方向盘偏转一定的角度。如果其偏转的角度超出转向传动机构的自由间隙，方向盘就会发生偏转的现象。

技术实现要素：

8.本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置及其控制方法，根据悬架压缩量自动调整来补偿对转向系统的干涉影响，具有很高的可靠性和安全性。
9.为实现上述目的，本发明所涉及的防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置，包括设在转向机上的转向垂臂，所述转向垂臂的下端通过连接底座连有涡轮丝杆，所述涡轮丝杆的输入端连有伺服电机，另一端通过前球销连有直拉杆，所述直拉杆的另一端通过后球销连有车辆的车桥，位于所述车桥正上方的车架侧翼面安装有位移传感器，所述位移传感器上安装有角度传感器，所述位移传感器的测量端固定于垂直方向上车桥的上翼面，所述伺服电机、角度传感器和位移传感器均与ecu控制单元连接。
10.优选地，所述位移传感器检测车桥的位移数据。
11.优选地，所述角度传感器检测所述位移传感器的偏转角度。
12.优选地，所述ecu控制单元接入制动踏板开关信号作为中断信号。
13.一种所述防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置的控制方法，当车辆装载后，位移传感器和角度传感器检测车桥的压缩变形量和方向，转化为电信号传输给ecu控制单元，ecu控制单元通过接收到的信号，分析计算出相应的补偿指令，即涡轮丝杆需调整的长度补偿量，然后通过伺服电机控制涡轮丝杆转动，调整其长度。
14.优选地，在ecu控制单元中接入制动踏板开关信号作为中断信号，当驾驶员踩下制动踏板时，ecu控制单元不读取位移传感器和角度传感器的信号，维持转向系统当前状态。
15.优选地，空载状态下对l、h0、s0初始值进行标定，l为空载状态下直拉杆前球销和后球销中心点在xz平面上投影的直线距离，s0为空载状态下直拉杆前球销和后球销中心点z向高度差，h0为空载状态下位移传感器读数，即车架至车桥上表面的z向距离，当车辆加载货物或制动时，获取位移传感器度数h1，角度传感器度数α，则车桥相对于转向机的x向位移量
△
s1＝h1sinα，直拉杆角度变化引起的后球销x向位移则涡轮丝杆需调整的长度补偿量则涡轮丝杆需调整的长度补偿量其中，
△
s计算结果为正代表将涡轮丝杆向后调整，长度增加，为负代表长度减小。
16.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
17.1、通过悬架上的位移和角度传感器实时监控悬架状态，并根据悬架变化及时调整转向机构的硬点位置，快速而精确的补偿悬架系统对转向系统干涉影响；
18.2、通过涡轮丝杆来控制转向垂臂与直拉杆的连接长度，实现根据悬架压缩量自动调整来补偿对转向系统的干涉影响；
19.3、该装置结构简单、体积小巧方便布置，并且涡轮丝杆具有自锁特性，在调节到合适位置后无需增加额外锁紧装置，能够在大负载下稳定工作，具有很高的可靠性和安全性。
附图说明
20.图1为本发明防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置的结构示意图；
21.图2为另一个角度的结构示意图；
22.图3为载货或制动时悬架变化的示意图。
23.图中各部件标号如下：
24.转向机1、转向垂臂2、连接底座3、涡轮丝杆4、伺服电机5、前球销6、直拉杆7、后球销8、车桥9、位移传感器10、角度传感器11。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
26.如图1及图2所示，一种防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置，包括设在转向机1上的转向垂臂2，其特征在于：转向垂臂2的下端通过连接底座3连有涡轮丝杆4，涡轮丝杆4的输入端连有伺服电机5，另一端通过前球销6连有直拉杆7，直拉杆7的另一端通过后球销8连有车辆的车桥9，位于车桥9正上方的车架侧翼面安装有位移传感器10，位移传感器10上安装有角度传感器11，位移传感器10的测量端固定于垂直方向上车桥9的上翼面，伺服电机5、角度传感器11和位移传感器10均与ecu控制单元连接。
27.其中，位移传感器10检测车桥9的位移数据，角度传感器11检测位移传感器10的偏转角度。
28.另外，出于安全考虑，当制动工况时，因为悬架系统姿态变化剧烈，该装置可能会出现反应迟滞或者超调现象，影响制动稳定性，在ecu控制单元接入制动踏板开关信号作为中断信号，当驾驶员踩下制动踏板时，ecu控制单元不读取位移传感器10和角度传感器11的信号，维持转向系统当前状态。
29.本实施例使用时，当车辆装载后，位移传感器10和角度传感器11检测车桥9的压缩变形量和方向，转化为电信号传输给ecu控制单元，ecu控制单元通过接收到的信号，分析计算出相应的补偿指令，即涡轮丝杆4需调整的长度补偿量，然后通过伺服电机5控制涡轮丝杆4转动，调整其长度。
30.且在ecu控制单元中接入制动踏板开关信号作为中断信号，当驾驶员踩下制动踏板时，ecu控制单元不读取位移传感器10和角度传感器11的信号，维持转向系统当前状态。
31.具体地，如图3所示，空载状态下对l、h0、s0初始值进行标定，l为空载状态下直拉杆7前球销6和后球销8中心点在xz平面上投影的直线距离，s0为空载状态下直拉杆7前球销6和后球销8中心点z向高度差，h0为空载状态下位移传感器10读数，即车架至车桥9上表面的z向距离，当车辆加载货物或制动时，获取位移传感器10度数h1，角度传感器11度数α，则车桥9相对于转向机1的x向位移量
△
s1＝h1sinα，直拉杆7角度变化引起的后球销8x向位移则涡轮丝杆4需调整的长度补偿量则涡轮丝杆4需调整的长度补偿量其中，
△
s计算结果为正代表将涡轮丝杆4向后调整，长度增加，为负代表长度减小。
32.本发明防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置及其控制方法，通过悬架上的位移和角度传感器实时监控悬架状态，并根据悬架变化及时调整转向机构的硬点位置，快速而精确的补偿悬架系统对转向系统干涉影响；通过涡轮丝杆4来控制转向垂臂2与直拉杆7的连接长度，实现根据悬架压缩量自动调整来补偿对转向系统的干涉影响；该装置结构简单、体积小巧方便布置，并且涡轮丝杆4具有自锁特性，在调节到合适位置后无需增加额外锁紧装置，能够在大负载下稳定工作，具有很高的可靠性和安全性。

技术特征：

1.一种防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置，包括设在转向机(1)上的转向垂臂(2)，其特征在于：所述转向垂臂(2)的下端通过连接底座(3)连有涡轮丝杆(4)，所述涡轮丝杆(4)的输入端连有伺服电机(5)，另一端通过前球销(6)连有直拉杆(7)，所述直拉杆(7)的另一端通过后球销(8)连有车辆的车桥(9)，位于所述车桥(9)正上方的车架侧翼面安装有位移传感器(10)，所述位移传感器(10)上安装有角度传感器(11)，所述位移传感器(10)的测量端固定于垂直方向上车桥(9)的上翼面，所述伺服电机(5)、角度传感器(11)和位移传感器(10)均与ecu控制单元连接。2.如权利要求1所述防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置，其特征在于：所述位移传感器(10)检测车桥(9)的位移数据。3.如权利要求1所述防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置，其特征在于：所述角度传感器(11)检测所述位移传感器(10)的偏转角度。4.如权利要求1所述防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置，其特征在于：所述ecu控制单元接入制动踏板开关信号作为中断信号。5.一种如权利要求1所述防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置的控制方法，其特征在于：当车辆装载后，位移传感器(10)和角度传感器(11)检测车桥(9)的压缩变形量和方向，转化为电信号传输给ecu控制单元，ecu控制单元通过接收到的信号，分析计算出相应的补偿指令，即涡轮丝杆(4)需调整的长度补偿量，然后通过伺服电机(5)控制涡轮丝杆(4)转动，调整其长度。6.如权利要求5所述防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置的控制方法，其特征在于：在ecu控制单元中接入制动踏板开关信号作为中断信号，当驾驶员踩下制动踏板时，ecu控制单元不读取位移传感器(10)和角度传感器(11)的信号，维持转向系统当前状态。7.如权利要求5所述防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置的控制方法，其特征在于：空载状态下对l、h0、s0初始值进行标定，l为空载状态下直拉杆(7)前球销(6)和后球销(8)中心点在xz平面上投影的直线距离，s0为空载状态下直拉杆(7)前球销(6)和后球销(8)中心点z向高度差，h0为空载状态下位移传感器(10)读数，即车架至车桥(9)上表面的z向距离，当车辆加载货物或制动时，获取位移传感器(10)度数h1，角度传感器(11)度数α，则车桥(9)相对于转向机(1)的x向位移量
△
s1＝h1sinα，直拉杆(7)角度变化引起的后球销(8)x向位移
△
则涡轮丝杆(4)需调整的长度补偿量补偿量其中，
△
s计算结果为正代表将涡轮丝杆(4)向后调整，长度增加，为负代表长度减小。

技术总结

本发明涉及载货汽车转向技术领域，公开了一种防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置，包括设在转向机上的转向垂臂，转向垂臂的下端通过连接底座连有涡轮丝杆，涡轮丝杆的输入端连有伺服电机，另一端通过前球销连有直拉杆，直拉杆的另一端通过后球销连有车辆的车桥，车桥正上方的车架侧翼面安装有位移传感器，位移传感器上安装有角度传感器，位移传感器的测量端固定于车桥的上翼面，伺服电机、角度传感器和位移传感器均与ECU控制单元连接。本发明还公开了一种防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置的控制方法。本发明防止载货汽车直行时方向盘偏转的装置及其控制方法，根据悬架压缩量自动调整来补偿对转向系统的干涉影响，具有很高的可靠性和安全性。的可靠性和安全性。的可靠性和安全性。