CN104512458A - 半分离转向系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种半分离转向系统。所述转向系统可具有转向联动装置和控制器。当转向系统在预定相对旋转范围内进行操作时，所述控制器可被配置为通过电动机将转向运动传递至转向齿轮箱。转向系统在预定旋转极限处的操作使转向联动装置致动。一旦转向联动装置被致动，便直接通过转向联动装置将转向运动传递至转向齿轮箱。

Description

半分离转向系统

技术领域

本公开涉及一种用于车辆的转向系统，具体地讲，涉及一种具有可分离的转向机构的转向系统。

背景技术

车辆中的转向系统可使用各种轴、齿轮、线缆和带轮将来自转向机构(诸如方向盘、轭、手柄、转向踏板或操纵杆)的转向输入传递到随后可使车辆转向的控制组件(诸如车轮、副翼、方向舵或其他操纵面)。转向系统可包括在转向机构和控制组件之间提供机械效益或动力辅助的系统。在汽车中，可使用齿轮箱将方向盘的旋转输入传递到车轮，并提供机械效益、动力辅助甚至可变传动比转向。

在汽车中使用的普通的齿轮箱包括齿条和小齿轮、循环球或者蜗杆和齿扇机构，以将方向盘的旋转运动转换成车轮的枢转运动。动力转向系统通过增加方向盘的转向力来帮助驾驶员使车辆转向。液压执行器或电动执行器可向转向机构添加受控能量，因此，无论在何种情况下，驾驶员都仅需要提供适度的力即可。执行器通常通过另外的齿轮组连接到转向系统。转向机构和控制组件之间的直接机械连接可提供用于使噪声、振动和振感通过的路径。

线控转向系统使转向机构和控制组件之间的直接机械连接分离并将传统的机械控制系统替换为电子控制系统。可通过利用系统(诸如电子稳定控制(ESC)系统、自适应巡航控制系统和车道辅助系统)提供计算机控制的转向干预来提高安全性。可通过提供驾驶员所需的运动范围和力的量以及控制位置的更大的灵活性来改进人体工效学。这种灵活性还显著地增加了车辆的设计选项的数量。

为了在线控转向系统中提供冗余的备用系统，可使用备用离合器。在线控转向系统中使用的离合器是常闭的，在使用时需要施加电力来使离合器分离。离合器是这样一种机械装置：当离合器接合时，提供从一个组件(主动构件)向另一组件(从动构件)的运动传递，并且当离合器未接合时，允许一个组件与另一组件完全分离。

发明内容

在本公开的一方面中，提供一种车辆转向联动装置。所述联动装置具有第一转向轴和第二转向轴，第一转向轴具有第一相互作用表面，第二转向轴具有第二相互作用表面。第一转向轴和第二转向轴在预定相对旋转范围内彼此独立地旋转，所述预定相对旋转范围设置在所述轴的两个相互作用表面之间。在预定相对旋转范围内的运转允许转向联动装置使车辆转向系统内的组件分离。所述转向系统可包括方向盘和转向齿轮箱。当车辆转向系统在预定相对旋转范围内运转时，转向联动装置使方向盘与转向齿轮箱分离。当满足预定相对旋转极限时，所述相互作用表面彼此接触，并且方向盘和转向齿轮箱结合。

一种车辆转向联动装置包括具有第一相互作用表面的第一转向轴，第一转向轴被构造为与具有第二相互作用表面的第二转向轴相互作用，以使第一转向轴和第二转向轴在预定相对旋转范围内彼此独立地旋转，并且第一相互作用表面和第二相互作用表面在预定相对旋转极限处彼此接触，从而导致第一转向轴和第二转向轴共同旋转。

当转向联动装置在预定旋转范围内运转时，转向联动装置防止转向系统的噪声和振动传输至方向盘。

所述转向联动装置是转向系统的一部分，所述转向系统具有方向盘和转向齿轮箱，并且当转向联动装置在预定旋转范围内运转时，所述转向联动装置使方向盘与转向齿轮箱分离。

所述转向系统具有与转向角传感器通信的控制器，所述控制器被配置为在预定相对旋转范围内使电动机致动以将方向盘的角运动传递至转向齿轮箱，而无需直接机械连接，并且当满足预定相对旋转极限时，转向联动装置提供直接机械连接。

第一转向轴相对于第二转向轴的预定相对旋转范围不超过15度。

所述第一转向轴还包括第三相互作用表面并且第二转向轴还包括第四相互作用表面，第一相互作用表面与第二相互作用表面在正方向相对旋转极限处接触，并且第三相互作用表面与第四相互作用表面在负方向相对旋转极限处接触，正方向相对旋转极限和负方向相对旋转极限之间的旋转距离是预定相对旋转范围。

第一转向轴相对于第二转向轴的预定相对旋转范围在1度和5度之间。

在本公开的另一方面中，提供一种线控转向系统。转向控制系统可包括控制器和转向联动装置。所述控制器监测方向盘的运动并将该运动传递至转向齿轮箱。所述控制器使电动机致动，以辅助将方向盘的运动传递至转向齿轮箱。所述电动机可以是电力辅助电动机。所述控制器还可与方向盘运动电动机通信。利用方向盘运动电动机，控制器可被配置为使方向盘的运动与由车轮运动导致的转向齿轮箱的运动相匹配。

转向联动装置设置在两个转向轴之间。转向联动装置可具有相对转向角范围，在该相对转向角范围内，转向联动装置提供两个转向轴的分离旋转。转向联动装置还提供相对旋转极限，在该相对旋转极限处，转向联动装置提供两个转向轴的结合旋转。转向轴的结合将方向盘的运动直接传递至转向齿轮箱。这允许从方向盘到转向齿轮箱的直接机械连接。

一种线控转向系统包括控制器和转向联动装置，所述控制器可被配置为监测方向盘的运动并通过电动机将方向盘的运动传递至转向齿轮箱，所述转向联动装置设置在两个转向轴之间，在相对旋转范围内提供两个轴的分离旋转，并且在相对旋转极限处提供两个轴的结合旋转以将方向盘的运动传递至转向齿轮箱。

所述电动机是电力辅助转向电动机。

所述相对旋转范围大于0度且小于15度。

所述控制器可被配置为提供可变传动比转向。

所述转向联动装置抑制噪声、振动和振感从系统中的其他组件传输至方向盘。

所述线控转向系统还包括与控制器通信的方向盘运动电动机，并且所述控制器可被配置为利用由车轮运动导致的方向盘运动电动机使方向盘的运动与转向齿轮箱的运动相匹配。

所述控制器还被配置为滤除来自转向齿轮箱和车轮的噪声、振动和振感以防止其传输到方向盘。

在本公开的又一方面中，提供一种半分离转向系统。所述半分离转向系统包括控制器和被动机械联动装置。所述控制器可被配置为监测转向机构和转向齿轮箱的运动并使转向机构和转向齿轮箱的运动相匹配，以提供线控转向效果。所述被动机械联动装置设置在转向机构和转向齿轮箱之间，并且当满足失配极限时，所述被动机械联动装置可提供从转向机构到转向齿轮箱的直接机械接合。

转向系统还可包括与转向机构进行结合运动的第一转向轴以及与转向齿轮箱进行结合运动的第二转向轴。所述转向轴可限定包括失配极限的相对旋转范围。被动机械联动装置在相对旋转范围内的旋转极限处使所述转向轴结合。例如，包括失配极限的相对旋转范围可具有正旋转方向极限和负旋转方向极限。当在正旋转方向极限和负旋转方向极限之间运转时，第一转向轴和第二转向轴旋转地分离，并且仅当满足正旋转方向极限或负旋转方向极限时，第一转向轴和第二转向轴才接合。

所述半分离转向系统还包括与转向机构进行结合运动的第一转向轴、与转向齿轮箱进行结合运动的第二转向轴，所述失配极限是第一转向轴和第二转向轴的相对旋转范围的边界值，该相对旋转范围为15度或更小，所述被动机械联动装置设置在第一转向轴和第二转向轴之间，并能够在处于相对旋转范围的一端的旋转极限处使第一转向轴和第二转向轴结合。

第一转向轴和第二转向轴的相对旋转范围具有正旋转方向极限和负旋转方向极限，当第一转向轴和第二转向轴的相对旋转处于正旋转方向极限和负旋转方向极限之间时，第一转向轴和第二转向轴旋转地分离，并且当第一转向轴和第二转向轴的相对旋转满足正旋转方向极限和负旋转方向极限中的一个时，第一转向轴和第二转向轴旋转地接合而一起旋转，直到第一转向轴和第二转向轴的相对旋转改变方向而处于相对旋转范围内为止，第一转向轴和第二转向轴的相对旋转处于相对旋转范围内使得第一转向轴和第二转向轴再次分离并保持分离，直到再次满足正旋转方向极限或沿着第一转向轴和第二转向轴的相反的相对旋转方向满足负旋转方向极限为止。

当机械联动装置在相对旋转范围内运转时，转向机构和转向齿轮箱不具有直接的机械转向连接，以抑制噪声、振动和振感从转向齿轮箱传输到转向机构。

所述半分离转向系统还包括：转向齿轮箱电动机，被构造为由控制器致动，以使转向齿轮箱的运动与转向机构相匹配；转向机构电动机，被构造为由控制器致动，以使转向机构的运动与转向齿轮箱相匹配。

只有当满足失配极限时，所述被动机械联动装置才接合并将转向机构的转向运动传递至转向齿轮箱。

根据本公开的实施例提供多个优点。例如，本转向联动装置无需电力来保持分离，并且预定的旋转极限也可在动力转向滞后的情况下提供备用。这些实施例意味着仅仅是说明性的而非决定性的。

附图说明

图1是半分离车辆转向系统的示意图。

图2是转向联动装置的分解示意图。

图3是转向联动装置的替换实施例的分解示意图。

图4是使用半分离车辆转向系统的转向操作实施例的流程图。

具体实施方式

参照附图公开了示出的实施例。应当理解的是，公开的实施例意图是仅为可以以各种和替换的形式实施的示例。附图不一定按比例绘制，并且可夸大或者最小化一些特征，以显示特定组件的细节。公开的具体结构和功能性细节不被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员如何实践公开的构思的代表性基础。

参照图1，车辆转向系统10设置有转向机构12和转向齿轮箱14，转向机构12能够接收来自用户的转向输入，转向齿轮箱14能够将转向输出提供至控制组件(未示出)。转向机构12可以是如这里所示出的方向盘18或者可以是能够接收来自用户的转向输入的任何其他装置(例如，但不限于，轭、转向踏板、手柄或操纵杆)。控制组件可以是如这里所示出的车轮和轮胎20或者可以是能够使车辆转向的任何其他装置(例如，但不限于，副翼、方向舵、滑橇(ski)、履带或其他操纵面)。

在转向机构12为方向盘18的情况下，系统可具有转向角传感器22，转向角传感器22连接到方向盘18，以测量转向机构12的旋转/角运动。控制器24可与转向角传感器22通信，并且转向角传感器22可将方向盘18的运动传输至控制器24。然后，控制器24可被配置为使电动机26致动，以将方向盘18的角运动传递至转向齿轮箱14。电动机26被构造为由控制器24致动，以使转向齿轮箱14的运动与转向机构12(在这种情况下为方向盘18)相匹配。实质上，电动机26将方向盘18的角运动传递至转向齿轮箱14。电动机26可以是电力辅助电动机。

此外，可在转向机构12上设置与电动机26不同的第二电动机28。转向机构电动机28可与控制器24通信，并且控制器24还可被配置为使转向机构12的运动与转向齿轮箱14的运动相匹配。控制器24可被配置为同时使用两个电动机26和28使转向齿轮箱14的运动与转向机构12的运动在两个方向上相匹配。控制器24还可被配置为滤除来自转向齿轮箱14和车轮20的噪声、振动和振感，以防止其传输至转向机构12。转向机构电动机28可以是方向盘运动电动机30。

例如，当车辆正在行驶时，驾驶员可转动方向盘18(如箭头32所示)，并且控制器24将通过同时激励两个电动机26和30来作出响应。控制器24将激励电动机26以使转向齿轮箱14运动适当的距离而与方向盘18的角旋转相匹配，同时通过电动机30向驾驶员提供车辆转向的反馈阻力。当车辆停止转弯时，驾驶员可允许方向盘18在其手中滑动(通过电动机30使方向盘18运动)，控制器识别该滑动并在必要时通过控制电动机26和30中的每个来作出响应，以允许前车轮20恢复成直线。控制器24与至少两个电动机26和30以及一系列传感器(未示出，其中的一个传感器是转向角传感器22)结合可以提供与传统的转向系统相同水平的输入和响应。使用控制器24通过电动机将方向盘18的旋转运动以电子方式传递至可转向的车轮和轮胎20的构思被称为线控转向系统。

控制器24还可被配置为通过在转向机构12的运动的不同点处提供比转向机构12的输入更大的转向齿轮箱14的平移而利用传统的转向齿轮箱14提供可变传动比转向。线控转向系统的运转需要电力，因此，在电力损耗的情况下提供备用系统或冗余系统会是有利的。

在转向机构12和转向齿轮箱14之间设置转向联动装置40，转向联动装置40可以是被动机械联动装置。转向联动装置40被构造为允许转向机构12和转向齿轮箱14在预定匹配范围(在这里被示出为预定相对旋转范围θ)内彼此独立地运动。当满足转向机构12和转向齿轮箱14的预定失配极限42(在这里被示出为旋转极限42)时，转向联动装置40在转向机构12和转向齿轮箱14之间提供直接机械连接。当满足预定失配极限42时，转向联动装置40接合并将转向机构12的转向运动32传递到转向齿轮箱14。

转向联动装置40可设置在第一转向轴44和第二转向轴46之间。或者，转向联动装置可包括第一转向轴44和第二转向轴46。转向联动装置40在相对旋转范围θ内提供两个轴44和46的分离旋转，并且在相对旋转极限42处提供两个轴的结合旋转。第一轴44可以是与转向机构12进行结合运动的输入轴44，并且第二轴46可以是与转向齿轮箱14进行结合运动的输出轴46。转向联动装置40在第一轴44和第二轴46之间提供特定的相对相互作用。

第一轴44和第二轴46之间的相互作用允许第一轴44和第二轴46在预定旋转范围θ内分离。转向联动装置40与这两个轴44和46相互作用，并且能够在处于相对旋转范围θ的一端的旋转极限42处使这两个轴44和46结合。预定旋转范围θ通常不超过15度，而是可以在1度至5度的范围内。

参照图2，示出了图1的转向联动装置40的分解示意图示例。在该图中，转向联动装置40被示出为第一部分48与第二部分50分离，示出了转向联动装置40使第一轴44和第二轴46之间的直接连接分离。如前所述，第一轴44与转向机构12处于结合旋转运动，并且第二轴46与转向齿轮箱14处于结合旋转运动(见图1)。当转向机构12运动时，第一部分48运动，并且当转向齿轮箱14运动时，第二部分50运动。只要转向机构12和转向齿轮箱14之间的运动保持匹配，第一部分48和第二部分50便协调地运动，从而第一轴44和第二轴46协调地运动。

在第一轴44和第二轴46的预定相对旋转范围θ内可出现转向机构12和转向齿轮箱14的运动的任何匹配。预定旋转范围θ可由转向联动装置40的第一部分48上的第一相互作用表面52和转向联动装置40的第二部分50上的第二相互作用表面54来限定。当第一轴44和第二轴46的相对旋转满足预定相对旋转极限时，第一相互作用表面52与第二相互作用表面54接触，从而导致两个轴44和46之间的直接连接。第一相互作用表面52和第二相互作用表面54之间的接触使得第一转向轴44和第二转向轴46共同旋转或作为一个联动装置旋转。满足预定相对旋转极限使得第一相互作用表面52与第二相互作用表面54接触的失配的发生还可被理解为正相对旋转极限。

转向联动装置40还可包括第三相互作用表面56和第四相互作用表面58。如同第一相互作用表面52和第二相互作用表面54之间的接触一样，第三相互作用表面56和第四相互作用表面58之间的接触也可导致第一转向轴44和第二转向轴46的共同旋转，只是沿着相反的方向而已。满足预定相对旋转极限使得第三相互作用表面56与第四相互作用表面58接触的失配的发生可被理解为负相对旋转极限。正相对旋转极限和负相对旋转极限之间的距离可被理解为预定相对旋转范围θ。例如，当预定旋转范围为15度时，在+7.5度的正相对旋转极限处，第一相互作用表面52可与第二相互作用表面54接触，并且在-7.5度的负相对旋转极限处，第三相互作用表面56可与第四相互作用表面58接触。

一旦达到正相对旋转极限和负相对旋转极限中的任意一个，便满足预定旋转极限并且转向轴44和46旋转地接合。当旋转地接合时，第一转向轴44和第二转向轴46一起旋转，直到出现分离为止。转向轴44和46可保持旋转地接合，直到两个轴44和46的相对旋转改变方向而再次处于相对旋转范围θ内为止。这使得两个轴44和46分离，直到再次满足正旋转方向极限或沿着轴44和46的相反的相对旋转方向满足负旋转方向极限为止。

当转向轴44和46在预定相对旋转范围θ内分离地运转时，抑制了噪声、振动和振感从转向齿轮箱14或其他转向系统组件传输至转向机构12。只有当达到正旋转极限或负旋转极限时，转向联动装置40才接合并将转向机构12的转向运动传递到转向齿轮箱14。应注意的是，图2示意性地示出了预定旋转范围θ接近180度，然而，如上所述，预定旋转范围θ通常不超过15度，甚至可在1度到5度的范围内。改变第二相互作用表面54和第四相互作用表面58之间的角距离可实现减小的预定旋转范围θ。

参照图3，示出了设置在第一转向轴44和第二转向轴46之间的转向联动装置70的可替换的分解示意图示例。在该示例中，通过设置在狭槽74中的销72提供相对旋转范围θ。销72的相对两侧部可提供第一相互作用表面76和第三相互作用表面78，并且狭槽74的相对两侧壁可提供第二相互作用表面80和第四相互作用表面82。如前所述，当第一相互作用表面76与第二相互作用表面80接触(也可被称为正旋转方向极限84)时，两个轴44和46将接合并一起旋转。类似地，当第三相互作用表面78与第四相互作用表面82接触(也可被称为负旋转方向极限86)时，两个轴44和46也将接合并一起旋转。两个轴44和46在预定旋转范围θ内的相对旋转允许两个轴44和46独立地旋转。图3清楚地示出了正旋转极限84和负旋转极限86之间的旋转距离为预定旋转范围θ，并且可通过改变狭槽74的长度来设置该范围θ。如同转向联动装置40一样，转向联动装置70也可具有15度或更小的预定旋转范围θ，并且预定旋转范围θ可以在1度至5度的范围内。

第一转向轴44和第二转向轴46之间的结合旋转将转向机构12的运动直接传递至转向齿轮箱14。即使控制器24仍在转向机构12和转向齿轮箱14之间传达运动也依然存在一些问题，因此转向联动装置40和70可在电力损耗的情况下或在两个转向系统组件之间有任何失配的情况下提供备用。传统的线控转向系统仅具有常闭离合器，所述常闭离合器可仅在电力损耗的情况下接合并且不提供失配保护。在运转期间，常闭离合器需要电力来使离合器保持分开。如在这里公开的转向联动装置40和70是被动机械联动装置，其运行不需要电力。虽然如上所述的转向联动装置40和70可替代传统的线控转向离合器，但是也可设想采用控制策略来监测转向组件的失配并且当存在失配时接合离合器。

参照图4，提供用于半分离转向系统的操作流程图。在步骤100处，由系统接收转向输入。在步骤102处，控制器试图通过电动机将全部的转向输入传递至转向齿轮箱。在步骤104处，半分离转向系统监测转向输入相对于转向齿轮箱的运动是否在旋转范围内。如果转向输入达到限定旋转范围的边界的预定旋转极限，那么转向输入不在旋转范围内，并且该过程进行到步骤106。

在步骤106处，转向联动装置将转向输入传递至转向齿轮箱，并且该过程进行到步骤108。这建立了从转向输入到转向齿轮箱的直接机械连接。然而，如果转向输入在预定旋转范围内，使得控制器致动电动机将全部的转向输入传递至转向齿轮箱并维持转向组件处于相匹配状态，那么该过程直接进行到步骤108，而无需经过步骤106。在步骤108处，来自步骤100的全部的转向输入被传递至转向齿轮箱，不管是通过电动机(经步骤102、104直接流向108)还是通过步骤106(如果电动机不能传递全部的转向输入)。一旦转向输入被传递至转向齿轮箱(通过联动装置、通过电动机或通过两者的结合)，车辆便在步骤110处转向。

虽然上面描述了示例性实施例，但是这些实施例不意在描述了本发明所有可能的形式。更确切地，说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应该理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行各种改变。此外，实施的各实施例的特征可以组合，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (6)

1.一种半分离转向系统，包括：

控制器，能够被配置为监测转向机构和转向齿轮箱的运动并使转向机构和转向齿轮箱的运动相匹配，以提供线控转向效果；

被动机械联动装置，设置在转向机构和转向齿轮箱之间，以当满足转向机构和转向齿轮箱的失配极限时在转向机构和转向齿轮箱之间提供直接机械连接。

2.如权利要求1所述的半分离转向系统，所述半分离转向系统还包括与转向机构进行结合运动的第一转向轴、与转向齿轮箱进行结合运动的第二转向轴，所述失配极限是第一转向轴和第二转向轴的相对旋转范围的边界值，该相对旋转范围为15度或更小，所述被动机械联动装置设置在第一转向轴和第二转向轴之间，并能够在处于相对旋转范围的一端的旋转极限处使第一转向轴和第二转向轴结合。

3.如权利要求2所述的半分离转向系统，其中，第一转向轴和第二转向轴的相对旋转范围具有正旋转方向极限和负旋转方向极限，当第一转向轴和第二转向轴的相对旋转处于正旋转方向极限和负旋转方向极限之间时，第一转向轴和第二转向轴旋转地分离，并且当第一转向轴和第二转向轴的相对旋转满足正旋转方向极限和负旋转方向极限中的一个时，第一转向轴和第二转向轴旋转地接合而一起旋转，直到第一转向轴和第二转向轴的相对旋转改变方向而处于相对旋转范围内为止，第一转向轴和第二转向轴的相对旋转处于相对旋转范围内使得第一转向轴和第二转向轴再次分离并保持分离，直到再次满足正旋转方向极限或沿着第一转向轴和第二转向轴的相反的相对旋转方向满足负旋转方向极限为止。

4.如权利要求3所述的半分离转向系统，其中，当机械联动装置在相对旋转范围内运转时，转向机构和转向齿轮箱不具有直接的机械转向连接，以抑制噪声、振动和振感从转向齿轮箱传输到转向机构。

5.如权利要求1所述的半分离转向系统，所述半分离转向系统还包括：转向齿轮箱电动机，被构造为由控制器致动，以使转向齿轮箱的运动与转向机构相匹配；转向机构电动机，被构造为由控制器致动，以使转向机构的运动与转向齿轮箱相匹配。

6.如权利要求1所述的半分离转向系统，其中，只有当满足失配极限时，所述被动机械联动装置才接合并将转向机构的转向运动传递至转向齿轮箱。