CN106428191A - 汽车线控转向系统 - Google Patents

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王峰
田宏霞
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    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/30—Safety devices, e.g. alternate emergency power supply or transmission means to ensure steering upon failure of the primary steering means

Abstract

本发明公开了一种汽车线控转向系统，它包括转向管柱、电控机构和机械控制机构，电控机构包括转角传感器、转向系统ECU、转向电机和活塞，活塞的一端与汽车的左拉杆连接，另一端与转向电机的输出轴连接，转向电机的输出轴与汽车的右拉杆连接；机械控制机构包括中间轴和离合控制器，中间轴的一端连接转向管柱，另一端与离合控制器连接，转向系统ECU与离合控制器电连接，以便控制离合控制器的连接与脱开。本发明具有电控机构和机械机构两个转向控制系统，在电子部件正常工作时，采用电控机构转向，当电子部件出现故障后，则切换到机械机构进行转向，保证实现最基本的转向功能，提高了整个转向系统的可靠性和安全性。

Description

汽车线控转向系统
技术领域
本发明涉及一种汽车线控转向系统，属于汽车转向技术领域。
背景技术
线控转向系统(Steering-by-Wire System，简称SBW系统)作为最新一代的转向系统，与传统转向系统相比，具有明显的技术优势。线控转向系统去掉了方向盘和转向轮之间的机械连接，减少了路面的冲击，降低了噪声，消除了碰撞时方向柱对驾驶员的伤害，增大了驾驶员腿部活动空间，提高了驾驶舒适度。车辆转向时，不再依靠传统的机械连接，而是依靠三组电子控制单元(ECU)进行控制，根据行驶路况和方向盘转动力度，速度进行综合计算，从而指挥转向电机机构实现转向。
目前，电子部件还没有达到机械部件那样可靠的程度，如何保证在电子部件出现故障后，系统仍能实现其最基本的转向功能，即如何保证电子转向系统的稳定可靠、安全工作是十分重要的，这也是电子转向系统目前最为突出的问题，也是阻挠线控转向系统普及的一个重要因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种汽车线控转向系统，它将电控与传统机械式控制巧妙结合，保证了在电子部件出现故障后，系统仍能实现其最基本的转向功能，提高了整个转向系统的可靠性和安全性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种汽车线控转向系统，它包括转向管柱、电控机构和机械控制机构，所述电控机构包括转角传感器、转向系统ECU、转向电机和活塞，所述转角传感器安装在转向管柱上，转角传感器、转向系统ECU、转向电机依次电连接，活塞的一端与汽车的左拉杆连接，另一端与转向电机的输出轴连接，转向电机的输出轴与汽车的右拉杆连接；所述机械控制机构包括中间轴和离合控制器，中间轴的一端连接转向管柱，另一端与离合控制器连接，离合控制器通过齿轮结构控制汽车的左右拉杆的转向，所述转向系统ECU与离合控制器电连接，以便控制离合控制器的连接与脱开。
进一步，所述离合控制器包括上连接轴、永磁铁磁环、电磁铁磁环和下连接轴组成，永磁铁磁环固定在由上连接轴的下端，电磁铁磁环固定在下连接轴的上端，转向系统ECU控制电磁铁磁环的磁极方向，以便改变永磁铁磁环与电磁铁磁环的磁力方向，使上连接轴与下连接轴连接或脱开。
进一步，所述永磁铁磁环和电磁铁磁环都均分成四部分，并且四部分的结构一一对应，其中的S级和N级为斜角方向对称。
进一步，所述下连接轴的上端插在上连接轴下端的内腔中，并通过设置在内腔处的花键与下连接轴的上端连接。
进一步，所述中间轴的下端设有万向节叉，万向节叉上具有花键，所述上连接轴的上端插入中间轴下端的万向节叉并通过上述花键连接，以便上连接轴可以在磁力的作用下沿着万向节叉内腔上下运动。
进一步，所述转向电机的输出轴上设有钢球活动槽，钢球活动槽内设置有钢球，活塞内孔上也设有与输出轴相匹配的活塞钢球槽。
进一步，所述转向管柱上还安装有力矩电机，以产生方向盘的回正力矩。
采用了上述技术方案后，本发明具有电控机构和机械机构两个转向控制系统，在电子部件正常工作时，采用电控机构转向，当电子部件出现故障后，则切换到机械机构进行转向，保证实现最基本的转向功能，提高了整个转向系统的可靠性和安全性；本发明将电控机构与传统的机械机构巧妙结合起来，保证了在电子部件出现故障后，系统仍能实现其最基本的转向功能；另外，该发明还在可靠性与成本之间取得了一个较好的平衡，在一定程度上也缓解了容错控制技术成本较高难以进行市场化的问题，降低了其市场推广的难度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的活塞与转向电机连接的剖面图；
图3为本发明的花键与离合控制器的结构剖面图(机械转向情况)；
图4为图3的A-A剖面放大图；
图5为图3的B-B剖面放大图；
图6为图3的C-C剖面放大图；
图7为本发明的花键与离合控制器的结构剖面图(电控转向情况)；
图8为图7的D-D剖面图；
图中，1、左拉杆，2、活塞，21、活塞钢球槽，3、转向系统ECU，4、转角传感器，5、方向盘，6、转向管柱，7、转向电机，8、中间轴，9、离合控制器，91、万向节叉，92、上连接轴，93、永磁铁磁环，94、电磁铁磁环，95、下连接轴，96、花键，10、小齿轮，11、右拉杆，12、转向齿条，13、转向电机，131、输出轴，1311、钢球活动槽，15、钢球。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种汽车线控转向系统，它包括转向管柱6、电控机构和机械控制机构，所述电控机构包括转角传感器4、转向系统ECU3、转向电机7和活塞2，所述转角传感器4安装在转向管柱6上，转角传感器4、转向系统ECU3、转向电机13依次电连接，活塞2的一端与汽车的左拉杆1连接，另一端与转向电机13的输出轴连接，转向电机13的输出轴与汽车的右拉杆11连接；所述机械控制机构包括中间轴8和离合控制器9，中间轴8的一端连接转向管柱6，另一端与离合控制器9连接，离合控制器9通过齿轮结构控制汽车的左右拉杆的转向，所述转向系统ECU3与离合控制器9电连接，以便控制离合控制器9的连接与脱开。
优选地，如图3至图8所示，所述离合控制器9包括上连接轴92、永磁铁磁环93、电磁铁磁环94和下连接轴95组成，永磁铁磁环93固定在由上连接轴92的下端，电磁铁磁环94固定在下连接轴95的上端，转向系统ECU控制电磁铁磁环94的磁极方向，以便改变永磁铁磁环93与电磁铁磁环94的磁力方向，使上连接轴92与下连接轴95连接或脱开。
优选地，如图5、图6所示，所述永磁铁磁环93和电磁铁磁环94都均分成四部分，并且四部分的结构一一对应，其中的S级和N级为斜角方向对称。
优选地，如图5、图6所示，所述下连接轴95的上端插在上连接轴92下端的内腔中，并通过设置在内腔处的花键96与下连接轴95的上端连接。
优选地，如图3、图4所示，所述中间轴8的下端设有万向节叉91，万向节叉91上具有花键，所述上连接轴92的上端插入中间轴下端的万向节叉91并通过上述花键连接，以便上连接轴92可以在磁力的作用下沿着万向节叉91内腔上下运动。
可选地，如图2所示，所述转向电机13的输出轴131上设有钢球活动槽1311，钢球活动槽1311内设置有钢球15，活塞2内孔上也设有与钢球活动槽1311相配合的以便通过钢球15传动的活塞钢球槽21；转向电机13转动，动力从输出轴131经由钢球和钢球活动槽1311传递给活塞钢球槽21中的钢球，并带动活塞2左右移动，活塞2将动力传递给左右拉杆进行转向，钢球活动槽1311和钢球15起到传动、导向和降低摩擦的作用。
具体地，离合控制器9的下端连接有一小齿轮10，转向电机13上设有转向齿条，小齿轮10与转向电机13上的转向齿条12直接啮合形成一对传动副，带动左右拉杆，进行转向。
可选地，如图1所示，所述转向管柱6上还安装有力矩电机7，以产生方向盘5的回正力矩。
本发明的工作原理如下：
当方向盘5转动时，转角传感器4将测量到的驾驶员转向意图转变成数字信号输入到转向系统ECU3，转向系统ECU3对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，并向转向电机13发送命令，控制转向电机13通过左拉杆1和右拉杆11带动车轮上的转向节臂，转到要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图，实现车轮的转向；同时控制力矩电机7旋转，产生方向盘5回正力矩，给驾驶员提供相应的路感信息；
具体地，如图7和图8所示，打开点火开关后，汽车处于行驶状态，此时转向系统ECU3输出信号，电磁铁磁环94通电，其电磁磁极分别与永磁铁磁环93对应的磁极相同，同性相斥，在永磁铁磁环93磁力作用下，永磁铁磁环93带动上连接轴92向上延着万向节叉91的内腔运动，上连接轴92下端的内腔与下连接轴95的顶端脱离接触，此时处于电控转向工作模式，此时，机械控制机构不工作；
如图3、5、6所示，当汽车处于未启动或者整车出现断电的极端状态时，当打开点火开关，汽车启动后，电磁铁磁环94不通电，其电磁磁极分别与永磁铁磁环93对应的磁极相反，异性相吸，在重力及磁力的作用下，下连接轴95的顶端与上连接轴92下端的内腔通过花键96连接在一起，此时转向系统恢复为机械转向工作模式，小齿轮10与转向电机13上的转向齿条直接啮合形成一对传动副，驾驶员的转向操纵力通过方向盘5、转向管柱6、中间轴8和离合控制器9传到小齿轮10，并通过转向齿条传动，带动左右拉杆，进行转向。
本发明具有电控机构和机械机构两个转向控制系统，在电子部件正常工作时，采用电控机构转向，当电子部件出现故障后，则切换到机械机构进行转向，保证实现最基本的转向功能，提高了整个转向系统的可靠性和安全性；本发明将电控机构与传统的机械机构巧妙结合起来，保证了在电子部件出现故障后，系统仍能实现其最基本的转向功能；另外，该发明还在可靠性与成本之间取得了一个较好的平衡，在一定程度上也缓解了容错控制技术成本较高难以进行市场化的问题，降低了其市场推广的难度。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车线控转向系统，其特征在于：它包括转向管柱(6)、电控机构和机械控制机构，所述电控机构包括转角传感器(4)、转向系统ECU(3)、转向电机(7)和活塞(2)，所述转角传感器(4)安装在转向管柱(6)上，转角传感器(4)、转向系统ECU(3)、转向电机(13)依次电连接，活塞(2)的一端与汽车的左拉杆(1)连接，另一端与转向电机(13)的输出轴连接，转向电机(13)的输出轴与汽车的右拉杆(11)连接；所述机械控制机构包括中间轴(8)和离合控制器(9)，中间轴(8)的一端连接转向管柱(6)，另一端与离合控制器(9)连接，离合控制器(9)通过齿轮结构控制汽车的左右拉杆的转向，所述转向系统ECU(3)与离合控制器(9)电连接，以便控制离合控制器(9)的连接与脱开。
2.根据权利要求1所述的汽车线控转向系统，其特征在于：所述离合控制器(9)包括上连接轴(92)、永磁铁磁环(93)、电磁铁磁环(94)和下连接轴(95)组成，永磁铁磁环(93)固定在由上连接轴(92)的下端，电磁铁磁环(94)固定在下连接轴(95)的上端，转向系统ECU控制电磁铁磁环(94)的磁极方向，以便改变永磁铁磁环(93)与电磁铁磁环(94)的磁力方向，使上连接轴(92)与下连接轴(95)连接或脱开。
3.根据权利要求2所述的汽车线控转向系统，其特征在于：所述永磁铁磁环(93)和电磁铁磁环(94)都均分成四部分，并且四部分的结构一一对应，其中的S级和N级为斜角方向对称。
4.根据权利要求3所述的汽车线控转向系统，其特征在于：所述下连接轴(95)的上端插在上连接轴(92)下端的内腔中，并通过设置在内腔处的花键(96)与下连接轴(95)的上端连接。
5.根据权利要求2或3或4所述的汽车线控转向系统，其特征在于：所述中间轴(8)的下端设有万向节叉(91)，万向节叉(91)上具有花键，所述上连接轴(92)的上端插入中间轴(8)下端的万向节叉(91)并通过上述花键连接，以便上连接轴(92)可以在磁力的作用下沿着万向节叉(91)内腔上下运动。
6.根据权利要求1所述的汽车线控转向系统，其特征在于：所述转向电机(13)的输出轴(131)上设有钢球活动槽(1311)，钢球活动槽(1311)内设置有钢球(15)，活塞(2)内孔上也设有与钢球活动槽(1311)相配合的以便通过钢球(15)传动的活塞钢球槽(21)。
7.根据权利要求1所述的汽车线控转向系统，其特征在于：所述转向管柱(6)上还安装有力矩电机(7)，以产生方向盘(5)的回正力矩。
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