CN105235738A - 一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构，旨在提高线控转向系统的转向执行的响应特性、寿命以及转向执行系统的结构冗余安全性和结构紧凑性。其包括：两个相同的转向电机、两个相同的蜗轮蜗杆减速器总成、扭矩转角传感器以及齿轮齿条式转向器总成。转向执行机构采用反向对称布置的双电机及蜗轮蜗杆减速器总成，两转向电机及与其装配的蜗轮蜗杆减速器啮合到齿轮齿条式转向器的齿条上，扭矩转角传感器嵌入到蜗轮蜗杆减速器总成内。

Description

一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构

技术领域

本发明属于汽车领域，涉及汽车线控转向系统执行机构，特别涉及双电机同步驱动的汽车线控执行机构。

背景技术

传统的转向系统(机械式、液压式和电动助力转向系统)保证了汽车按驾驶员的意志行驶，但是由于其转向传动比固定，汽车的响应特性随着车速和方向盘转角变化，因此驾驶员必须随着变化的特性做出补偿，从而保证汽车在不同的工况下都能按意愿行驶。但这影响了汽车的操纵稳定性和驾驶舒适性。因此，线控转向系统应运而生。线控转向系统可以自由设计转向系统的力传递特性和角传递特性，给汽车的转向特性设计带来了很大的发展空间。在汽车线控转向系统中，传统转向系统的部件，比如转向柱、中间轴、泵等都被取消了。转向操作机构和转向执行机构之间的机械连接被各种电子-机械执行机构所取代。这使得车辆能通过电气驱动系统的电信号来控制车轮和方向盘。

转向执行机构是实现线控转向控制的执行系统，是线控转向系统的核心硬件，它的响应特性、结构冗余安全性和寿命等都决定了线控转向系统的性能。

现有的用于线控转向系统的转向执行机构有很多种，在已公布的专利中有采用单电机驱动齿条的双电机的线控转向执行机构，如《用于汽车上的线控转向系统》(中国专利公开号：CN101229819A)和《具有柔性冗余机构的车用线控转向装置》(中国专利公开号：CN104015781A)；也有采用双电机驱动齿条的线控转向执行机构，如《一种汽车线控转向系统及其控制方法》(中国专利公开号：CN103419835A)和《应用于双电机线控转向系统的冗余容错控制方法》(中国专利公开号：CN102320325A)。

但是以上专利中只是给出了系统的示意图，具体结构和布置并不清楚，本发明的目的就是在于公布一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构的具体结构形式。双电机同步驱动转向执行机构，提高了系统的响应特性，双电机平均分担了转向执行力矩，充分利用了双电机的功率，提高了机构的寿命，当一个电机不工作时另一个电机仍能保证线控转向系统的转向执行，此外，扭矩转角传感器嵌入蜗轮蜗杆减速器总成内，使得机构总成的空间更加紧凑，便于机构的安装和布置。

发明内容

本发明的目的就是在于公布一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构的具体结构形式。

本发明为解决上述技术问题，提供以下技术方案：

一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构，由两个相同的转向电机、两个相同的蜗轮蜗杆减速器总成、扭矩转角传感器以及齿轮齿条式转向器总成组成；两相同转向电机输出轴与两蜗轮蜗杆减速器总成的蜗杆同轴紧固连接；两相同转向电机以及与其紧固连接的蜗轮减速器总成两者通过蜗轮蜗杆减速器的蜗轮轴小齿轮总成以反向对称布置的方式啮合到齿轮齿条式转向器的左右齿条上；所述的扭矩转角传感器嵌入到蜗轮蜗杆减速器总成内。

两个相同转向电机(6)采用永磁有刷直流电机，通过六角螺栓(7)将所述转向电机紧固到蜗轮蜗杆减速器上，所述两转向电机的输出轴与两减速器蜗杆(33)同轴紧固联接并通过角接触球轴承(32)支撑。

蜗轮蜗杆减速器总成左右相同，其总成包括：减速器壳体盖(10)，减速器密封垫片(11)，角接触球轴承(12)，减速器壳体座(13)，减速器蜗轮总成(14)，转向器密封垫片(15)，六角螺栓(16)，深沟球轴承(17)，蜗轮轴小齿轮总成(18)，转向器壳体(19)，减速器蜗杆(33)，扭矩转角传感器(34)，套筒(35)，角接触球轴承(36)，角接触球轴承(37)，螺钉(38)；所述减速器壳体盖(10)通过螺钉(38)固定到减速器壳体座(13)上；所述六角螺栓(16)将减速器壳体盖(10)、转向器密封垫片(11)、转向器壳体(19)三者紧固联接；所述扭矩转角传感器(34)通过输入轴联接减速器蜗轮总成(14)输出轴联接蜗轮轴小齿轮总成(18)的方式嵌入到蜗轮蜗杆减速器总成内；所述角接触球轴承(12)和深沟球轴承(17)用于支撑减速器蜗轮总成(14)；所述角接触球轴承(36)和角接触球轴承(37)用于支撑蜗轮轴小齿轮总成(18)；所述套筒(35)用于固定角接触球轴承(36)；所述转向电机的转向力矩经所述减速器蜗杆、减速器蜗轮总成减速放大并由蜗轮轴小齿轮总成输出。

齿轮齿条转向器采用对称的结构，所述转向器总成包括：螺杆(1)，球铰壳体(2)，六角螺母(3)，转向拉杆防尘罩(8)，转向拉杆防尘罩弹性环箍(9)，转向器壳体(19)，压簧(20)，间隙调节装置总成(21)，防尘套(22)，转向齿条接头分总成(23)，转向器齿条(24)，防尘罩管箍(25)，转向器壳橡胶垫圈(26)，转向器橡胶垫圈卡子(27)，齿条衬套(28)，转向器套筒(29)，转向器壳体(30)，蜗轮轴小齿轮总成(31)；所述的压簧(20)和间隙调节装置总成(21)用于保证转向器齿条(24)与蜗轮轴小齿轮总成(18)的良好啮合；传递到转向器齿条(24)的转向力矩通过所述转向齿条接头分总成(23)、六角螺母(3)、球铰壳体(2)传递到螺杆(1)；所述防尘套(22)、转向拉杆防尘罩(8)、转向器壳橡胶垫圈(26)均可保证转向器总成的密封性；所述转向拉杆防尘罩弹性环箍(9)、防尘罩管箍(25)、转向器壳橡胶垫圈(26)、转向器橡胶垫圈卡子(27)用于紧固转向拉杆防尘罩(8)；所述齿条衬套(28)用于转向器齿条(24)和转向器壳体(30)的运动导向；所述转向器套筒(29)用于连接左右两转向器壳体(19)。

扭矩转角传感器包括：34(1)、转角传递装置，34(2)、传感器扭杆转角测量器，34(3)、传感器扭杆，34(4)、传感器外壳，34(5)、轴端紧固套筒，34(6)、传感器扭杆转角传递装置，34(7)、碳刷支持棒，34(8)、碳刷，34(9)、碳刷支持棒，34(10)、供电装置，34(11)、轴端紧固套筒，34(12)、传感器扭杆转角测量器，34(13)、传感器扭杆转角传递装置，34(14)、电路板；所述扭矩转角传感器的输入端联接减速器涡轮总成(14)，扭矩转角传感器的输出端联接涡轮轴小齿轮总成(18)。

本发明的工作原理：

线控转向系统的控制策略分为上层控制策略(包括主动转向控制策略和路感控制策略)和下层控制策略。下层控制策略控制转向电机实现上层控制策略确定的目标前轮转角，采用双电机同步驱动的转向执行机构的实现过程如下：

由线控转向系统总控制器决策出目标前轮转角指令发送到转向执行双电机驱动器，由双电机驱动器驱动双电机，双电机驱动蜗轮蜗杆减速器的蜗杆，蜗杆带动蜗轮总成，减速器蜗轮总成作为扭矩转角传感器的输入端，扭矩转角传感器的输出端联接并带动蜗轮轴小齿轮总成，蜗轮轴小齿轮总成啮合到齿轮齿条转向器的齿条并驱动转向器齿条，转向器齿条的转向力矩通过转向齿条接头分总成、六角螺母、球铰壳体传递到螺杆，最终由螺杆带动左右车轮实现转向，结合扭矩转角传感器测得的转矩转角反馈值实时调整发送到转向执行双电机驱动器的控制指令。

本发明的有益效果是：

1.扭矩转角传感器嵌入到了蜗轮蜗杆减速器和转向器壳体内使得结构更加紧凑，节省了布置空间。

2.双电机同步驱动的转向执行机构，提高了系统的响应特性；

3.双电机平均分担了转向执行力矩，充分利用了双电机的功率，提高了机构的寿命；

4.当一个电机不工作时另一个电机仍能保证转向执行，保证了线控转向系统的转向执行冗余安全性，加快线控转向系统产品化的速度。

附图说明

附图1.本发明所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构所述的摘要附图。

附图2.本发明所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构所述的转向执行机构的正视图。

附图3.本发明所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构所述的齿轮齿条转向器的剖视图。

附图4(1)、4(2).本发明所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构所述的蜗轮蜗杆减速器的具体结构剖视图。

附图5(1)、5(2).本发明所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构所述的齿轮齿条转向器橡胶垫圈卡子局部剖视图。

附图6(1)、6(2).本发明所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构所述的转向电机与蜗轮蜗杆减速器联接的剖视图。

附图7.本发明所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构所述的扭矩转角传感器的局部放大图。

其中，附图标记对应的零部件名称为：

1、螺杆，2、球铰壳体，3、六角螺母，4、减速器壳体座，5、减速器壳体盖，6、转向电机，7、六角螺栓，8、转向拉杆防尘罩，9、转向拉杆防尘罩弹性环箍，10、减速器壳体盖，11、减速器密封垫片，12、角接触球轴承，13、减速器壳体座，14、减速器涡轮总成，15、转向器密封垫片，16、六角螺栓，17、深沟球轴承，18、涡轮轴小齿轮总成，19、转向器壳体，20、压簧，21、间隙调节装置总成，22、防尘套，23、转向齿条接头分总成，24、转向器齿条，25、防尘罩管箍，26、转向器壳橡胶垫圈，27、转向器橡胶垫圈卡子，28、齿条衬套，29、转向器套筒，30、转向器壳体，31、涡轮轴小齿轮总成，32、角接触球轴承，33、减速器蜗杆，34、扭矩转角传感器(34(1)、转角传递装置，34(2)、传感器扭杆转角测量器，34(3)、传感器扭杆，34(4)、传感器外壳，34(5)、轴端紧固套筒，34(6)、传感器扭杆转角传递装置，34(7)、碳刷支持棒，34(8)、碳刷，34(9)、碳刷支持棒，34(10)、供电装置，34(11)、轴端紧固套筒，34(12)、传感器扭杆转角测量器，34(13)、传感器扭杆转角传递装置，34(14)、电路板)，35、套筒，36、角接触球轴承，37、角接触球轴承,38、螺钉。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细介绍：

如附图2、3、4(1)、4(2)、6(1)、6(2)、7所示，本发明公开了一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构，包括1、螺杆，2、球铰壳体，3、六角螺母，4、减速器壳体座，5、减速器壳体盖，6、转向电机，7、六角螺栓，8、转向拉杆防尘罩，9、转向拉杆防尘罩弹性环箍，10、减速器壳体盖，11、减速器密封垫片，12、角接触球轴承，13、减速器壳体座，14、减速器涡轮总成，15、转向器密封垫片，16、六角螺栓，17、深沟球轴承，18、涡轮轴小齿轮总成，19、转向器壳体，20、压簧，21、间隙调节装置总成，22、防尘套，23、转向齿条接头分总成，24、转向器齿条，25、防尘罩管箍，26、转向器壳橡胶垫圈，27、转向器橡胶垫圈卡子，28、齿条衬套，29、转向器套筒，30、转向器壳体，31、涡轮轴小齿轮总成，32、角接触球轴承，33、减速器蜗杆，34、扭矩转角传感器(34(1)、转角传递装置，34(2)、传感器扭杆转角测量器，34(3)、传感器扭杆，34(4)、传感器外壳，34(5)、轴端紧固套筒，34(6)、传感器扭杆转角传递装置，34(7)、碳刷支持棒，34(8)、碳刷，34(9)、碳刷支持棒，34(10)、供电装置，34(11)、轴端紧固套筒，34(12)、传感器扭杆转角测量器，34(13)、传感器扭杆转角传递装置，34(14)、电路板)，35、套筒，36、角接触球轴承，37、角接触球轴承，38、螺钉；其中一些相同且对称的结构在附图中并未标出。

如附图2、4(1)、4(2)所示，转向执行机构由两个相同的转向电机、两个相同的蜗轮蜗杆减速器总成以及齿轮齿条式转向器总成组成；所述两相同转向电机输出轴与蜗轮蜗杆减速器总成的蜗杆通过螺栓紧固连接；所述的两相同转向电机以及与其紧固连接的蜗轮减速器总成两者通过蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮轴小齿轮总成以反向对称布置的方式啮合到齿轮齿条式转向器的齿条上。两相同转向电机以及与其紧固连接的蜗轮减速器总成分别向垂直轴线偏正负20度。

如附图2、3所示，所述防尘套、转向拉杆防尘罩、转向器壳橡胶垫圈均可保证转向器总成的密封性；所述转向拉杆防尘罩弹性环箍、防尘罩管箍、转向器壳橡胶垫圈、转向器橡胶垫圈卡子用于紧固转向拉杆防尘罩；所述齿条衬套用于转向器齿条和转向器壳体的运动导向；所述转向器套筒用于连接左右两转向器壳体。

如附图4(1)、4(2)所示，所述六角螺栓将减速器壳体盖、转向器密封垫片、转向器壳体三者紧固联接；所述角接触球轴承和深沟球轴承用于支撑减速器蜗轮总成；所述角接触球轴承和角接触球轴承用于支撑蜗轮轴小齿轮总成；所述套筒用于固定角接触球轴承；压簧和间隙调节装置总成用于保证转向器齿条与蜗轮轴小齿轮总成的良好啮合。

如附图5(1)、5(2)所示，转向电机的转向力矩经所述减速器蜗杆、减速器蜗轮减速放大并由蜗轮轴小齿轮总成输出。传递到转向器齿条的转向力矩通过所述转向齿条接头分总成、六角螺母、球铰壳体传递到螺杆，由螺杆带动左右转向车轮实现转向。

如附图6(1)、6(2)所示，所述减速器壳体盖通过螺钉固定到减速器壳体座上；两个相同转向电机采用永磁有刷直流电机，通过六角螺栓将所述转向电机紧固到蜗轮蜗杆减速器上，所述转向电机的输出轴通过角接触球轴承与减速器蜗杆同轴联接。

如附图7所示，扭矩转角传感器的输入端联接减速器涡轮总成，扭矩转角传感器的输出端联接涡轮轴小齿轮总成。

Claims (4)

1.一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，由两个相同的转向电机(6)、两个相同的蜗轮蜗杆减速器总成、扭矩转角传感器(34)以及齿轮齿条式转向器总成组成；所述两相同转向电机输出轴与两蜗轮蜗杆减速器总成的蜗杆同轴紧固连接；所述的相同转向电机以及与其紧固连接的蜗轮减速器总成两者通过蜗轮蜗杆减速器的蜗轮轴小齿轮总成以反向对称布置的方式啮合到齿轮齿条式转向器的左右齿条上；所述的扭矩转角传感器嵌入到蜗轮蜗杆减速器总成内。

2.如权利要求1所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，两个相同转向电机(6)采用永磁有刷直流电机，六角螺栓(7)将所述两转向电机紧固到两蜗轮蜗杆减速器上，所述两转向电机的输出轴与两减速器蜗杆(33)同轴紧固联接并通过角接触球轴承(32)支撑。

3.如权利要求1所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，两蜗轮蜗杆减速器总成相同，所述蜗轮蜗杆减速器总成包括：减速器壳体盖(10)，减速器密封垫片(11)，角接触球轴承(12)，减速器壳体座(13)，减速器蜗轮总成(14)，转向器密封垫片(15)，六角螺栓(16)，深沟球轴承(17)，蜗轮轴小齿轮总成(18)，转向器壳体(19)，减速器蜗杆(33)，扭矩转角传感器(34)，套筒(35)，角接触球轴承(36)，角接触球轴承(37)，螺钉(38)；所述减速器壳体盖(10)通过螺钉(38)固定到减速器壳体座(13)上；所述六角螺栓(16)将减速器壳体盖(10)、转向器密封垫片(11)、转向器壳体(19)三者紧固联接；所述扭矩转角传感器(34)通过输入轴联接减速器蜗轮总成(14)输出轴联接蜗轮轴小齿轮总成(18)的方式嵌入到蜗轮蜗杆减速器总成内；所述角接触球轴承(12)和深沟球轴承(17)用于支撑减速器蜗轮总成(14)；所述角接触球轴承(36)和角接触球轴承(37)用于支撑蜗轮轴小齿轮总成(18)；所述套筒(35)用于固定角接触球轴承(36)；所述转向电机的转向力矩经所述减速器蜗杆、减速器蜗轮总成减速放大并由蜗轮轴小齿轮总成输出。

4.如权利要求1所述一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构，其特征在于，齿轮齿条转向器采用对称的结构，所述转向器总成包括：螺杆(1)，球铰壳体(2)，六角螺母(3)，转向拉杆防尘罩(8)，转向拉杆防尘罩弹性环箍(9)，转向器壳体(19)，压簧(20)，间隙调节装置总成(21)，防尘套(22)，转向齿条接头分总成(23)，转向器齿条(24)，防尘罩管箍(25)，转向器壳橡胶垫圈(26)，转向器橡胶垫圈卡子(27)，齿条衬套(28)，转向器套筒(29)，转向器壳体(30)，蜗轮轴小齿轮总成(31)；所述的压簧(20)和间隙调节装置总成(21)用于保证转向器齿条(24)与蜗轮轴小齿轮总成(18)的良好啮合；传递到转向器齿条(24)的转向力矩通过所述转向齿条接头分总成(23)、六角螺母(3)、球铰壳体(2)传递到螺杆(1)；所述防尘套(22)、转向拉杆防尘罩(8)、转向器壳橡胶垫圈(26)均可保证转向器总成的密封性；所述转向拉杆防尘罩弹性环箍(9)、防尘罩管箍(25)、转向器壳橡胶垫圈(26)、转向器橡胶垫圈卡子(27)用于紧固转向拉杆防尘罩(8)；所述齿条衬套(28)用于转向器齿条(24)和转向器壳体(30)的运动导向；所述转向器套筒(29)用于连接左右两转向器壳体(19)。