CN104669980B - 车用致动器及具备此致动器的车辆姿势控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备将位于内部的诸齿轮向轴向预压的间隙减少机构部和位于内部的电动机附近装配的位置传感器的车用致动器及具备此致动器的车辆姿势控制装置，本发明的车用致动器包括：固定在壳体一侧的固定式稳定杆；在壳体的另一侧可旋转地装配的旋转式稳定杆；包括中心齿轮、行星齿轮和架且装配在壳体内部的多级行星齿轮组；包括通上电以后发生磁力的定子和通过磁力旋转的转子且装配在壳体内部的电动机；以及在多级行星齿轮组一侧将中心齿轮向轴向预压的间隙减少机构部。本发明可以最大限度减少车体向左右倾斜的侧倾，从而实现主动侧倾抑制效果，为乘客带来更多的安全感，消除车辆转弯时因倾斜给乘客造成的不便而提升乘车感。

Description

车用致动器及具备此致动器的车辆姿势控制装置
技术领域
本发明涉及支撑各侧轮子的稳定杆之间装配的车用致动器及利用该致动器控制车辆姿势的车辆姿势控制装置。
背景技术
ARS（Active Roll Stabilizer）是改变稳定杆（Stabilizer Bar）的刚性，增强车辆稳定性及乘车感的装置。这种ARS在车辆转弯时，抑制车辆侧倾，加强稳定性，或者分配前、后轮的侧倾刚性，控制车辆的横向姿势。ARS在车辆直行时降低稳定杆的刚性，降低来自于路面的冲击而改善乘车感。
韩国公开专利第2008-0040058号介绍的是由位于左、右侧的稳定杆组成的ARS。但这种ARS在左右稳定杆之间同轴或各种齿轮装置排列时其同轴精密度会下降。
使用斜齿轮会发生推力，此时如果轴间有间隔，则诸齿轮被该推力向轴向移动而造成对效率和噪声不利的问题。
而且组成传统ARS的致动器内部除了电动机旋转所需的传感器之外没有可以掌握稳定杆相对角度的传感器，须依赖车高传感器或其它致动器外部信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备对位于内部的齿轮向轴向预压的间隙减少机构部以及在位于内部的电动机附近装配的位置传感器的车用致动器及具备此的车辆姿势控制装置，其可以最大限度减少车体向左右倾斜的侧倾，从而实现主动侧倾抑制效果，为乘客带来更多的安全感，消除车辆转弯时因倾斜给乘客造成的不便而提升乘车感。
但，本发明的目的并不限于上述内容，本领域的普通技术人员可以从以下叙述内容中了清楚地了解到未涉及的有其它目的。
为了达到上述目的，本发明提供一种车用致动器，包括：
固定在壳体一侧的固定式稳定杆；
在所述壳体的另一侧可旋转地装配的旋转式稳定杆；
包括中心齿轮、行星齿轮和架且装配在所述壳体内部的多级行星齿轮组；
包括通上电以后发生磁力的定子和通过所述磁力旋转的转子且装配在所述壳体内部的电动机；以及
在所述多级行星齿轮组一侧将所述中心齿轮向轴向预压的间隙减少机构部
所述旋转式稳定杆连接于多级行星齿轮组的最终输出端，而通过电动机、减速器传递旋转力。
所述间隙减少机构部从所述架贯通所述电动机，在所述固定式稳定杆的轴上内部利用弹簧和钢球装配。
还包括检测所述固定式稳定杆和所述旋转式稳定杆之间相对角度的位置传感器。
所述位置传感器装配在所述壳体内的所述电动机和所述固定式稳定杆之间。
还包括向所述电动机和所述位置传感器一起供电的电动机/传感器电源。
所述位置传感器基于通过连接于减速器的所述间隙减少机构部获得的旋转力，检测所述相对角度。
一种车辆姿势控制装置，其中作为控制车辆姿势的装置，包括：
致动器，包括：固定于壳体一侧的固定式稳定杆；在所述壳体的另一侧可旋转地装配的旋转式稳定杆；包括中心齿轮、行星齿轮和架且装配在所述壳体内部的多级行星齿轮组；包括通上电以后发生磁力的定子和通过所述磁力旋转的转子且装配在所述壳体内部的电动机；以及在所述多级行星齿轮组一侧将所述中心齿轮向轴向预压的间隙减少机构部；以及检测所述固定式稳定杆和所述旋转式稳定杆之间相对角度的位置传感器；所述旋转式稳定杆连接于多级行星齿轮组的最终输出端，而通过电动机、减速器传递旋转力；
基于所述相对角度检测车辆侧倾角的第一电子控制装置；以及
计算用于补偿所述侧倾角的扭矩，且基于所述扭矩控制所述致动器的第二电子控制装置。
所述第一电子控制装置是利用所述侧倾角检测出所述车辆转弯时发生的扭转角。
采用上述方案后，本发明具备将位于内部的诸齿轮向轴向预压的间隙减少机构部和包括位于内部的电动机附近装配的位置传感器的致动器以及包括此致动器的车辆姿势控制装置，其有益效果在于，
第一、调节稳定杆的扭转角度，最大限度减少车体向左右倾斜的侧倾，从而实现主动侧倾抑制效果；
第二、抑制侧倾，为乘客带来更多的安全感；
第三、消除车辆转弯时因倾斜给乘客造成的不便而提升乘车感。
附图说明
图1是装配ARS(Active Roll Stabilizer)系统的车辆下部简图；
图2是对装配ARS系统的车辆和未装配ARS系统的车辆实施比较的比较图；
图3是车辆上装配的ARS系统的第一例示图；
图4和图5是车辆上装配ARS系统的第二例示图；
图6是车辆上装配的ARS系统的功能图；
图7是图示本发明优选实施例的致动器内部结构的剖视图；
图8是图示利用图7的致动器控制车辆姿势控制方法的流程图；
图9是显示图7的致动器驱动顺序的概念图；
图10是图9上图示的间隙减少机构部的部分放大图；
图11是图9上图示的间隙减少机构部的部分放大剖视图；
图12是图示与间隙减少机构部联动的同心排列加工部的概念图；
图13是说明未适用本发明的车辆驱动的参考图；
图14是说明适用本发明的车辆驱动的参考图；
图15是图示随车辆转弯出现的侧倾角变化的图表。
具体实施方式
下面参照附图，对发明优选实施例详细进行描述。说明内容和附图中的实际同一个构件是用同一个符号表示，不再重复说明。而且说明本发明时，若对有关的公知功能或者结构的具体说明使本发明宗旨变得模糊则省略该说明。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是装配ARS(Active Roll Stabilizer)系统的车辆下部简图，图2是对装配ARS系统的车辆和未装配ARS系统的车辆实施比较的比较图。
ARS系统是改变稳定杆(Stabilizer Bar)刚性，增强车辆稳定性和乘车感的装置。ARS系统如图2的（a）所示，车辆转弯时，抑制车辆侧倾，增强稳定性，或者分配前、后轮的侧倾刚性而控制车辆横向姿势。图2的（b）是未装配ARS系统的车辆例示。
ARS系统是车辆直行时降低稳定杆的刚性，减少来自于路面的冲击而改善乘车感。
如图2（a）所示，装配ARS系统的车辆包括致动器110和第一稳定杆120、第二稳定杆130。致动器110可以用电动旋转式致动器实现。第一稳定杆120、第二稳定杆130中某一个用固定式稳定杆实现，另一个用旋转式稳定杆实现。第一稳定杆120、第二稳定杆130也可以都用旋转式稳定杆实现。
应用本发明的车辆是装配ARS系统的车辆，应用ARS系统控制车辆姿势。图3是车辆上装配的ARS系统的第一例示图。
前轮ARS211（Front ARS）是可调节连接两个前轮（FR,FL）的稳定杆扭转力的旋转式致动器。后轮ARS212 (Rear ARS)是可连接两个后轮（RR,RL）的稳定杆扭转力的旋转式致动器。
致动器ECU20是用于驱动前轮ARS211的致动器和后轮ARS212致动器的ECU。
致动器ECU240用于实施ABS(Anti-lock Brake System)、ESC(ElectronicStability Control)等涉及到致动器的动作。轮速传感器（Wheel Speed Sensor）对速度、前进、后退、转弯、停止等车辆状态实施判断。由轮速传感器测定的值输入于致动器ECU240。
方向盘ECU(250)是判断车辆转向状态的ECU。转向角传感器（Steering AngleSensor）是可判断方向盘向前轮的左右转的位置等随转向角变化的车辆状态的传感器。通过转向角传感器测定的值被输入到方向盘ECU250。
YR231 (Yaw Rate sensor)是判断车辆垂直轴动作的传感器。YR231检测Z轴上的旋转。
XG232（X axis G sensor）是判断车辆前进和后退加速的加速度传感器。
YG233 (Y axis G sensor)是判断车辆宽度方向加速的加速度传感器。
图4和图5是对车辆上装配的ARS系统的第二例示图。
图3中图示的ARS系统即第一实施例的ARS系统是由一个ECU控制前轮ARS和后轮ARS。相反，图4和图5中图示的ARS系统即第二实施例的ARS系统是由前轮ECU330、后轮ECU340对前轮ARS310和后轮ARS320分别实施控制。
此时，前轮ECU330作为总ECU（Master ECU）对DC-DC转换器350、BMS360 (BatteryManagement System)实施基本控制，根据行驶状况，将最佳的扭矩值分配到各前轮ARS310和后轮ARS320。
控制逻辑的概要如下。总ECU根据转向角、车速、横向加速度等，找出最佳侧倾角，计算可获得该侧倾角的扭矩值后传递到电动机控制器。电动机控制器通过电流控制发生扭矩，使稳定杆的角度发生变化而控制车辆姿势。
图15是图示随车辆转弯出现的侧倾角变化的图表。图15显示ARS和普通稳定杆的试验结果，从结果上，ARS的侧倾角小于稳定杆，由此提升车辆转弯时的稳定性。
图6是车辆上装配的ARS系统的功能图。
ARS系统包括第一稳定杆、第二稳定杆、致动器、第一电子控制装置及第二电子控制装置。
第一稳定杆是连接于车辆一侧轮子的稳定杆。第二稳定杆是连接于车辆另一侧轮子的稳定杆。第一稳定杆和第二稳定杆中的某一个可以用固定式稳定杆实现，另一个用旋转式稳定杆实现。第一稳定杆和第二稳定杆也可以全部用旋转式稳定杆实现。
致动器450连接第一稳定杆和第二稳定杆，并控制车辆的姿势。
第一电子控制装置430基于从车辆上装配的诸传感器420获得的诸感应信息421-424检测车辆的侧倾角。第一电子控制装置430为检测侧倾角将通过轮速传感器的车辆轮速422、包括X轴加速度和Y轴加速度的车辆加速度424、车辆横摆角速度423 (Yaw rate)及通过转向角传感器等的车辆方向盘角421作为感应信息应用。第一电子控制装置430用侧倾解检测车辆转弯时发生的扭转角。第一电子控制装置430例如可以用图3中图示的致动器ECU240、方向盘ECU250等实现。
第二电子控制装置440基于通过第一电子控制装置430生成的扭矩，计算用于补偿车辆侧倾角的扭矩，基于该扭矩控制致动器450。第二电子控制装置440是如图3所示，可以用致动器ECU220实现。
一般而言，装配普通稳定杆是为减少车辆左右转弯时因离心力造成的倾斜现象而装配。
本发明是将该普通稳定杆从中央切断分离，在其位置上组成前轮ARS211和后轮ARS212等旋转式致动器，针对转弯时因离心力造成的车辆左右倾斜现象，使旋转式致动器旋转而发生扭转力，通过两侧稳定杆，主动使车辆姿势形成与正常直行相似的状态。
行驶开始410即可获得车辆行驶速度（轮速422）、左右倾斜（横摆角速度423、加速度424）、方向盘角421等，这些信息集合到各ECU，通过可以使旋转式致动器运行的ECU，向旋转式致动器传递运行指令。
在致动器两端连接的稳定杆的左右悬架用稳定杆连杆连接。在这种结构上对诸传感器421-424上采集的数据进行分析，得出符合状况的扭矩以后，通过旋转式致动器输出该扭矩，使主动稳定杆运行，从而减少车辆的侧倾力矩而提升车辆的乘车感。
图13是说明未适用本发明的车辆驱动的参考图。图13中（a）图示停止的车辆，（b）图示向右侧转弯的车辆，（c）图示向左侧转弯的车辆。
如图13的（b）所示，从正面察看向右侧转弯的车辆，则车辆旋转时因发生离心力而连接于右侧轮的车体配件全部从现位置上变得更高，相反连接于左侧轮的车体配件从现位置上变得更低，最终车内右侧变高左侧变低而乘客向左侧倾斜。
图13的（c）是全部向与图13（b）的情况相反侧发生作用。
图14是说明适用本发明的车辆驱动的参考图。图14中（a）图示停止车辆，（b）图示向右侧转弯的车辆，（c）图示向左侧转弯的车辆。
适用本发明而非普通车辆稳定杆的例示见图14。本发明是根据状况，用稳定杆中间的致动器扭转旋转稳定杆而发生与固定稳定杆的所需的角度之差。
向右转时，普通车辆一般如图13的（b）所示，车辆姿势向一侧倾斜，但适用本发明则如图14的（b）所示，使高度变高的车辆右侧部分稳定杆向车顶侧旋转，拉住车辆右侧的下臂而防止车辆右侧部分上升，而车辆左侧部分的稳定杆则与致动器相对地旋转，使向相反侧变低的高度变高而防止车辆左侧部分下沉，从而防止车辆向左侧倾斜。
另一方面，与上述相反时，如图14的（c）所示，车辆向左转时，扭转高度变高的车辆左侧部分稳定杆，拉住左侧下臂，降低车辆高度而防止车辆左侧上升，使车辆右侧部分的稳定杆通过相对运动向车底侧扭转推动下臂，使下沉的部分高度变高，防止车辆右侧下沉而防止车辆向右侧倾斜。
本发明通过这些动作可以提升车辆旋转的稳定性，增强乘客感受到的乘车感。
下面对具备将位于内部的诸齿轮向轴向预压的间隙减少机构部和在位于内部的电动机附近装配的位置传感器的车用致动器进行说明。
本发明的目的概括如下：
第一、利用稳定杆中间的旋转式致动器发生扭矩，扭转稳定杆补偿车辆左右倾斜而实现车体稳定辅助功能；
第二、减少致动器诸齿轮装置的间隔，消除间隙，增加同心度；
第三、连接位置传感器和输出部而得知车辆状态，可向电动机和传感器同时供电地组成电线。
图7是图示本发明优选实施例的致动器内部结构的剖视图。
本发明建议的ARS致动器500包括旋转式稳定杆510、固定式稳定杆520、多级行星齿轮组530、电动机540、间隙减少机构部550、位置传感器560和电动机/传感器电源570。
电动机540是在通上电之后利用通过定子发生的磁力使转子旋转而使驱动力生成的配件。
多级行星齿轮组530由中心齿轮、行星齿轮、架等组成，随着级数的增多，可发挥齿轮比变大的减速器作用。
固定式稳定杆520固定在壳体580上。
旋转式稳定杆510是连接于多级行星齿轮组530的最终输出部而通过电动机540、减速器等传递旋转力的配件。
间隙减少机构部550减少组成多级行星齿轮组530的中心齿轮的轴间间隔而提升效率和减少噪声。
位置传感器560是用于确认固定式稳定杆520和旋转式稳定杆510之间相对角度的传感器。本实施例的位置传感器560装配在ARS致动器500内部，没有车辆传感器也可以利用ARS致动器500的自身传感器，检测出固定式稳定杆520和旋转式稳定杆510之间的相对角度，并向ECU传递相对角度，用于掌握车辆的状态。
电动机/传感器电源570将位置传感器560与电动机540相近地配置，使供电配线变得更加容易。
图8是图示利用图7的致动器控制车辆姿势的方法的流程图。
首先，ECU判断是否驱动致动器（步骤S610）。车辆开始行驶后通过轮速、横摆角速度、加速度和转向角等传感器获得各种行驶信息。ECU采集到这些行驶信息以后向致动器传递运行指令。然后，ECU向致动器输入电源（步骤S620），由电动机利用输入的电源发生旋转力（步骤S630）。
然后由多级行星齿轮组驱动（步骤S640）。首先，一档（1st）中心齿轮旋转（步骤S641），随后考虑自转和公转由一档（1st）行星齿轮旋转，然后由一档架旋转（步骤S642）。然后二档中心齿轮、一档行星齿轮、二档架等二档（2nd）配件旋转（步骤S643），随后三档（3rd）配件依次旋转（步骤S644）。
三档行星架旋转以后其输出功率立即被传递到稳定杆（步骤S650），稳定杆通过稳定杆连杆（步骤S660）传递到悬架臂（步骤S670）。如上所述，在本实施例中，发生车辆左右倾斜现象时，扭转稳定杆，将该扭转力通过连杆传递到悬架。
另一方面，与三档行星架连接的间隙减少机构部利用三档架的旋转实施间隙减少功能（步骤S680）。具体是，间隙减少机构部通过弹簧压缩（步骤S681）沿轴向向三档架、二档中心齿轮、一档中心齿轮等施加负载（步骤S682），随着三档行星架、二档中心齿轮、一档中心齿轮等旋转消除间隙（步骤S683）。
随后，位置传感器通过间隙减少机构部检测诸稳定杆之间相对角度传送给ECU（步骤S690）。
本发明的致动器是使主动稳定杆运行的致动器，如图7所示，按旋转式稳定杆510、多级行星齿轮组530、电动机540、固定式稳定杆520的顺序依次装配。
为减少致动器500内部诸齿轮装置的间隔，减少间隙，以减少噪声且提升效果，间隙减少机构部550从三级行星架（包括1档架、二档架、三档架的结构）开始贯通电动机540，在相反侧固定式稳定杆520轴内部用弹簧和钢球装配。
间隙减少机构部550对多级行星齿轮组530的中心齿轮向轴向实施预压，减少从斜齿轮上发生的推力而减少齿轮装置的间隔。
电动机540和固定式稳定杆520之间有位置传感器560，旋转力通过连接于减速器的间隙减少机构部550被传递到位置传感器560而掌握固定式稳定杆520和旋转式稳定杆510之间的位置（角度），只需利用ARS致动器即可掌握车辆的左/右侧倾斜状态。
图9是显示图7的致动器驱动顺序的概念图。
如前所述，本发明的致动器所具特征在于包括间隙减少机构部和位置传感器。通上电以后（步骤S710），电动机上发生旋转力（步骤S720），通过齿轮发生扭矩增大的旋转力（步骤S730）而向稳定杆传递旋转力（步骤S740）。最终将旋转力传递到车辆悬架而控制车辆姿势。
图10是图9上图示的间隙减少机构部的部分放大图。图11是图9上图示的间隙减少机构部的部分放大剖视图。
位置传感器由位置传感器固定部764和磁铁形态的位置传感器旋转部761组成。
间隙减少机构部由间隙减少及位置传感器连接杆763、间隙减少用弹簧765、旋转及弹簧固定用钢球766等组成，杆763的一端与三级架连接而将旋转力传递到相反侧。
本发明是将通过间隙减少机构部的杆763传递到相反侧的旋转部与位置传感器的旋转部761连接而检测左右稳定杆的角度之差。现有ARS致动器没有包括位置传感器，用车辆上装配的诸传感器推断车辆的左右倾斜状态，但本发明是即使没有车辆传感器，也可以用致动器本身的传感器确认车辆状态。
图9中附图符号765表示电动机驱动力的传递路径。
图12是图示与间隙减少机构部联动的同心排列加工部的概念图。
向相反侧连接的杆连接于弹簧和钢球，通过弹簧发生轴向负载。而且减少由斜齿轮组成的三级行星齿轮减速器的轴间间隔而消除间隙，并通过由与各中心齿轮以45度面接触方式形成的同心排列第一加工部771、第二加工部772提升各中心齿轮的同心度。
虽然以上说明的组成本发明实施例的所有组成部分被以结合为一个或结合为多个运行的方式叙述，但并不是对于本发明进行限制。就是说，在本发明的目的范围内，其所有组成部分可以根据选择由一个以上结合运行。而且该所有组成部分可以分别以一个独立硬件实现，但各组成部分的一部分或其全部也可以被选择性地组合，用一个或多个硬件组合的具有支持一部分或全部功能的程序模块的计算机程序实现。计算机程序是存储在USB存储器、CD盘、闪存等计算机可读记录介质（Computer Readable Media）被计算机读取和运行而实施本发明的实施例。计算机程序的记录介质包括磁记录介质、光记录介质、载波介质等。
在没有特殊描述的前提下，本说明书中使用的所有用语（包括技术和科学术语）应具有本发明所属领域的普通技术人员普遍理解的含义。一般使用的词典上有定义的术语是没有明确描述的前提下，不包括异常或过度解释。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释，而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。

Claims (7)

1.一种车用致动器，其特征在于：包括：
固定在壳体一侧的固定式稳定杆；
在所述壳体的另一侧可旋转地装配的旋转式稳定杆；
包括中心齿轮、行星齿轮和架且装配在所述壳体内部的多级行星齿轮组；
包括通上电以后发生磁力的定子和通过所述磁力旋转的转子且装配在所述壳体内部的电动机；以及
在所述多级行星齿轮组一侧将所述中心齿轮向轴向预压的间隙减少机构部；
所述旋转式稳定杆连接于多级行星齿轮组的最终输出端，而通过电动机、减速器传递旋转力；
所述间隙减少机构部从所述架贯通所述电动机，在所述固定式稳定杆的轴上内部利用弹簧和钢球装配。
2.根据权利要求1所述的车用致动器，其特征在于：
还包括检测所述固定式稳定杆和所述旋转式稳定杆之间相对角度的位置传感器。
3.根据权利要求2所述的车用致动器，其特征在于：
所述位置传感器装配在所述壳体内的所述电动机和所述固定式稳定杆之间。
4.根据权利要求3所述的车用致动器，其特征在于：
还包括向所述电动机和所述位置传感器一起供电的电动机/传感器电源。
5.根据权利要求2所述的车用致动器，其特征在于：
所述位置传感器基于通过连接于减速器的所述间隙减少机构部获得的旋转力，检测所述相对角度。
6.一种车辆姿势控制装置，其特征在于：作为控制车辆姿势的装置，包括：
致动器，包括：固定于壳体一侧的固定式稳定杆；在所述壳体的另一侧可旋转地装配的旋转式稳定杆；包括中心齿轮、行星齿轮和架且装配在所述壳体内部的多级行星齿轮组；包括通上电以后发生磁力的定子和通过所述磁力旋转的转子且装配在所述壳体内部的电动机；以及在所述多级行星齿轮组一侧将所述中心齿轮向轴向预压的间隙减少机构部；以及检测所述固定式稳定杆和所述旋转式稳定杆之间相对角度的位置传感器；所述旋转式稳定杆连接于多级行星齿轮组的最终输出端，而通过电动机、减速器传递旋转力；
基于所述相对角度检测车辆侧倾角的第一电子控制装置；以及
计算用于补偿所述侧倾角的扭矩，且基于所述扭矩控制所述致动器的第二电子控制装置；
其中，所述间隙减少机构部从所述架贯通所述电动机，在所述固定式稳定杆的轴上内部利用弹簧和钢球装配。
7.根据权利要求6所述的车辆姿势控制装置，其特征在于：
所述第一电子控制装置是利用所述侧倾角检测出所述车辆转弯时发生的扭转角。
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