CN103253299A - 一种联合转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联合转向装置，属汽车转向系统技术领域。该装置包括方向盘、转向轮、转向管柱、液压助力转向器、控制器、电机总成、蜗轮蜗杆减速机构总成和车速传感器，转向管柱与方向盘之间装有蜗轮蜗杆减速机构总成，蜗轮蜗杆减速机构总成一侧装有电机总成，蜗轮蜗杆减速机构总成与电机总成连接。本发明实现了原地或低速转向轻便、高速转向沉稳的车速感应控制；避免了现有齿轮和齿条啮合应力过大的问题；由于本发明需要输出的扭矩较小，所以电机减速机构的速比较低，对逆效率和回正性能影响较小其应用范围可以覆盖所有车型。

Description

一种联合转向装置

技术领域

本发明涉及一种联合转向装置，属汽车转向系统技术领域。

背景技术

现有的汽车已经普遍应用了液压助力转向技术，同时电动转向技术也开始逐步推广应用。汽车的液压助力转向是由液压系统提供转向助力。手力作用在方向盘上，通过转向管柱和传动轴传递给转向器的输入轴，打开液压转向器的控制阀，使液压系统的压力按照手力的方向分配到助力油缸的左腔和右腔，实现转向助力。其优点是可以通过不同的液压缸直径得到不同转向助力，所以适用范围非常大，从微型车到重型卡车的所有车型都适用。

但液压助力转向也有明显的缺点，理想的驾驶状态是在原地转向或低速行驶转向时手感轻便，以使转向舒适；中、高速行驶时手感沉稳，以保证行驶稳定性。但液压助力转向的转向特性刚好与理想的状态相反，表现为高速行驶时转向轻便，原地或低速转向时较沉重。一般都要通过调整转向特性曲线（参见附图1：理想的驾驶状态转向特性曲线图）以获得一个高速和低速兼顾的转向手感。从图1中可以得出：

T1区域为满足高速状态下的阀特性区域。

T2区域为满足一般车速状态下的阀特性区域。

T3区域为满足低速或原地转向状态下的阀特性区域。

汽车的电动助力转向是由电机输出一个较小的扭矩给蜗杆，通过蜗杆蜗轮传动副输出一个较大的扭矩给（机械）转向器的输入轴，实现转向助力。其优点为：1.电动转向系统的电控单元（ECU）根据车速信号，调整电机输出扭矩的大小，具备车速感应控制功能，可以实现原地或低速转向轻便，高速转向沉稳的理想转向特性；2.可以降低能耗1.5%～3%；3.可以在此基础上扩展功能，实现自动泊车、自动驾驶等高级功能。

其缺点为：1.受制于电机的输出功率，其应用范围也收到限制。当前轴负荷达到1500～2000kgf以上时，已不适合使用电动转向；2.由于电动助力必须依靠输入轴传递力矩，所以机械转向器的齿轮和齿条的啮合应力远大于液压助力转向器和普通的机械转向器，齿形很容易磨损而影响转向功能，带来如异响等故障；3.由于整个传动系统中增加了速比较大的蜗杆蜗轮传动副，导致逆效率降低，影响了整车的回正性能。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种控制阀由电机助力控制，转向助力是由液压提供，当电机输出扭矩大时，驾驶员的手力就小；当电机输出扭矩小时，驾驶员的手力就大，从而实现原地或低速行驶转向时手力轻便，高速行驶时转向沉稳的，兼具有汽车液压助力转向和汽车电动助力转向优点的联合转向装置。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的：

一种联合转向装置，包括方向盘、转向轮、转向管柱、液压助力转向器、控制器、电机总成、蜗轮蜗杆减速机构总成和车速传感器，其特征在于：液压助力转向器上的转向管柱与方向盘之间装有蜗轮蜗杆减速机构总成，蜗轮蜗杆减速机构总成一侧装有电机总成，蜗轮蜗杆减速机构总成与电机总成连接；蜗轮蜗杆减速机构总成上方的方向盘上装有扭矩传感器，电机总成一侧设置有控制器，转向轮上装有车速传感器，控制器与车速传感器之间通过车速信号线连接，电机总成和扭矩传感器分别通过电机控制线和扭矩信号线与控制器连接。

所述的液压助力转向器上的转向管柱与方向盘之间装有两端输出式电机，两端输出式电机通过电机控制线与控制器连接。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该联合转向装置通过电机助力打开液压助力转向器控制阀，实现了液压助力转向车速感应控制。相比现有的液压助力转向有以下优点： 

1、在液压助力转向系统中实现了原地或低速转向轻便、高速转向沉稳的车速感应控制；

2、由于转向助力仍然由液压系统提供，所以其应用范围可以覆盖所有车型；

3、由于转向助力仍然由液压系统提供，可以避免齿轮和齿条啮合应力过大的问题；

4、由于电机输出的扭矩主要为打开液压助力转向器控制阀提供助力，所以对于电机的输出功率要求也比较低；

5、由于需要输出的扭矩较小，所以电机减速机构的速比较低，对逆效率的影响很小，对回正性能影响也就很小；且同样可以扩展功能，实现自动泊车、自动驾驶等高级功能。

附图说明

图1为理想的驾驶状态转向特性曲线图

图2为联合转向装置的结构示意图；

图3为联合转向装置的控制器的电路图；

图4为联合转向装置的助力曲线程序图；

图5为联合转向装置的高端配置的结构示意图。

图中：1、方向盘，2、转向轮，3、转向管柱，4、液压助力转向器，5、控制器，6、电机总成，7、蜗轮蜗杆减速机构总成，8、车速传感器，9、扭矩传感器，10、车速信号线，11、电机控制线，12、扭矩信号线，13、两端输出式电机。

具体实施方式

该联合转向装置包括方向盘1、转向轮2、转向管柱3、液压助力转向器4、控制器5、电机总成6、蜗轮蜗杆减速机构总成7和车速传感器8。液压助力转向器4上的转向管柱3与方向盘1之间装有蜗轮蜗杆减速机构总成7，蜗轮蜗杆减速机构总成7一侧装有电机总成6，蜗轮蜗杆减速机构总成7与电机总成6连接。

蜗轮蜗杆减速机构总成7上方的方向盘1上装有扭矩传感器9，电机总成6一侧设置有控制器5（ECU），转向轮2上装有车速传感器8，控制器5与车速传感器之间8通过车速信号线10连接，电机总成6和扭矩传感器9分别通过电机控制线11和12与控制器5连接（参见附图2）。

该联合转向装置的电机总成6和蜗轮蜗杆减速机构总成7分别受控制器5的程序控制。控制器5通过扭矩传感器9和车速传感器8采集到的信号运行内部控制算法，向电机总成6和蜗轮蜗杆减速机构总成7发出指令，控制电机总成6和蜗轮蜗杆减速机构总成7的动作，控制器5的工作参数为：工作电压：5V，最大电流：50A（参见附图3）。

工作时控制器5依据作用在方向盘1上的扭矩传感器9和车速传感器8所发出的信号，给电机总成6发出指令，再通过蜗轮蜗杆减速机构总成7增大扭矩后并输出扭矩。在这一过程中：

当车辆处于点火且原地转向时，控制器5根据采集到的转向扭矩信号和车速信号，给予电机总成6指令，启动电机总成6转动并输出扭矩至蜗轮蜗杆减速机构总成7，由蜗轮蜗杆减速机构总成7将扭矩增大后再输出；与此同时，蜗轮蜗杆减速机构总成7输出的扭矩加上驾驶员作用于方向盘1上的很小的转向手力，两者协同共同打开液压助力转向器4上的控制阀，从而实现转向轮2的转向。由于打开控制阀的扭矩大部分由电机总成6和蜗轮蜗杆减速机构总成7输出，此时驾驶员的转向手力感觉轻便。

当车辆处于高速状态时，控制器5根据采集到的转向扭矩信号和车速信号，给予电机总成6指令，由于电机总成6和蜗轮蜗杆减速机构总成7分别受控制器5的程序控制，此时电机总成6和蜗轮蜗杆减速机构总成7输出的扭矩很小，打开控制阀的扭矩大部分由驾驶员作用于方向盘1上的转向手力提供，驾驶员的转向手力感觉稳重，使车辆在高速行驶转向时更加安全。该联合转向装置也可根据车况和使用功能，增设众多助力曲线（参见附图4）。

该联合转向装置的电机总成6工作参数为：工作电压：12V，工作最大电流50A，功率：65W；控制器5根据内部运算，以不同的电流控制输出力矩（1～4N·m）, 蜗轮蜗杆传动比根据最后需要的扭矩设计。

针对中高端配置，可通过两端输出式电机13替代上述的电机总成6和蜗轮蜗杆减速机构总成7，控制器5通过电机控制线11与两端输出式电机13连接。控制器5依据作用在方向盘1上的扭矩传感器9和转向轮2上的车速传感器8所采集的信号，给两端输出式电机13发出指令并输出扭矩（参见附图5）。

    两端输出式电机13工作参数为：工作电压：12V，最大工作电流：50A，控制器5根据内部运算，以不同的电流控制两端输出式电机12的输出力矩（1～5N·m）。

Claims (2)

1.一种联合转向装置，包括方向盘（1）、转向轮（2）、转向管柱（3）、液压助力转向器（4）、控制器（5）、电机总成（6）、蜗轮蜗杆减速机构总成（7）和车速传感器（8），其特征在于：液压助力转向器（4）上的转向管柱（3）与方向盘（1）之间装有蜗轮蜗杆减速机构总成（7），蜗轮蜗杆减速机构总成（7）一侧装有电机总成（6），蜗轮蜗杆减速机构总成（7）与电机总成（6）连接；蜗轮蜗杆减速机构总成（7）上方的方向盘（1）上装有扭矩传感器（9），电机总成（6）一侧设置有控制器（5），转向轮（2）上装有车速传感器（8），控制器（5）与车速传感器（8）之间通过车速信号线（10）连接，电机总成（6）和扭矩传感器（9）分别通过电机控制线（11）和扭矩信号线（12）与控制器（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种联合转向装置，其特征在于：所述的液压助力转向器（4）上的转向管柱（3）与方向盘（1）之间装有两端输出式电机（13），两端输出式电机13）通过电机控制线（11）与控制器（5）连接。

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