CN106585707A - 一种用于线传转向系统的双驱动方向机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于线传转向系统的双驱动方向机，属于汽车设备结构设计领域。本发明包括路感电机驱动机构、同步齿轮机构、多圈转动限位机构、传感器单元及固定安装机构；其中，路感电机驱动机构分别与同步齿轮机构的两条传动轴相连进行耦合传动，构成两路传动轴系，同步齿轮机构安装在固定安装机构的箱体中；多圈转动限位机构固定在一条传动轴系上端，传感器单元固定在另一条传动轴系上端，多圈转动限位机构和传感器单元的壳体分别安装在固定安装机构的箱体上。本发明在正常工作情况下通过双路感电机并联耦合驱动方向盘，为驾驶员提供路感，当一路路感电机驱动机构故障时，另一路继续工作，以保证路感反馈的安全可靠进行。

Description

一种用于线传转向系统的双驱动方向机

技术领域

本发明属于汽车设备结构设计领域，特别涉及一种用于线传转向系统的由双电机驱动的方向机设计。

背景技术

线传转向系统较传统的机械式转向系统而言，取消了方向盘与转向器之间的机械连接，通过传输电信号进行转向驱动。这一改变能够提高汽车的操纵稳定性、被动安全性以及乘坐舒适性，使得汽车在高速低速下都可以具有较好的转向特性。然而相比于传统的机械式转向系统，线传转向系统用电信号取代了机械连接，用转向电机驱动转向器执行转向操作，由路感电机来提供路感，由于电气系统的可靠性远不及机械系统，所以线传转向系统可靠性大大降低。

在线传转向系统中，如图1所示，传统的单路方向机由方向盘01、转角传感器02、路感电机03、方向机控制器04和蜗轮蜗杆传动机构05构成；方向盘01与路感电机03通过方向盘轴下端的蜗杆与路感电机输出轴末端的蜗轮相啮合进行传动，转角传感器02套在方向盘01的轴上。其中，由路感反馈机构驱动的方向机主要具有以下作用：1.接收来自转向机的目标转矩信号，路感电机执行路感反馈；2.通过转角传感器测得方向盘实际转角，为转向机提供转角指令；3.通过异形螺母机构对方向盘的转角范围进行限制，使方向盘总转动圈数不超过3圈。对于单电机驱动的方向机来说，一旦电机或者控制器、传感器等电气设备发生损坏，整个方向机会发生故障，行驶中驾驶员会由于无法感受到路感而恐慌或误操作，汽车会因此发生安全事故。故需要通过余度冗余的手段提高线传转向系统中的方向机的安全可靠性。

目前的单电机驱动的方向机存在着以下问题：1.没有采用余度设计，无法保证整个系统的安全性；2.通过增大路感电机的输出转矩来进行方向盘转动的限位，可能会由于驾驶员大力扭转方向盘而导致路感电机过载，从而失去对方向盘的限位能力，导致方向盘转动角度超出可控范围，导致方向机出现故障，影响线传转向系统的安全性。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计了一种用于线传转向系统的双驱动方向机。本发明在正常工作情况下通过双路感电机并联耦合驱动方向盘，为驾驶员提供路感，当一路路感电机驱动机构故障时，另一路将继续工作，以保证路感反馈的安全可靠进行。

一种用于线传转向系统的双驱动方向机，其特征在于，包括由两台路感电机组成的路感电机驱动机构、包含两个同步齿轮及两条传动轴的同步齿轮机构、安装在一带有中心孔壳体内的多圈转动限位机构、安装在另一带有中心孔壳体的传感器单元和带有双通孔的箱体式固定安装机构；其中，路感电机驱动机构通过两台路感电机输出轴分别与同步齿轮机构的两条传动轴相连进行耦合传动，构成两路传动轴系，同步齿轮机构安装在固定安装机构的箱体中；多圈转动限位机构通过壳体的中心孔固定在一条传动轴系上端，多圈转动限位机构的壳体安装在固定安装机的箱体上，传感器单元固定在另一条传动轴系上端，传感器单元的壳体安装在固定安装机构的箱体上；所述多圈转动限位机构的壳体和传感器单元的壳体分别对两路传动轴系上部进行定位。

本发明的特点在于：

本发明的双驱动方向机功能执行部分主要包括路感电机驱动机构、同步齿轮机构、多圈转动限位机构、传感器单元及固定安装机构。路感电机驱动机构由两个相同的路感电机构成，同步齿轮机构由两条传动轴、两个传动齿轮及轴承、轴端挡圈等轴系部件构成，路感电机驱动机构通过同步齿轮机构中传动轴上的两同步齿轮相啮合进行耦合传动，共同向驾驶员传递路感。两台路感电机分别由各自的控制器进行控制，两转角传感器输出的信号分别传输到两个控制器，以达到余度的需要。路感电机驱动机构与方向盘通过同步齿轮机构的传动轴串联，以将电机的路感反馈力传递到方向盘上，从而为驾驶员提供路感反馈，在方向盘与路感电机串联的传动轴上还安装有多圈转动限位机构，控制方向盘总转动圈数不超过3圈。

本发明的双驱动方向机分为两种工作模式。在正常工作情况下，由路感电机驱动机构通过同步齿轮机构将两台路感电机输出的路感驱动力并联耦合后用来驱动方向盘，为驾驶员提供路感，这是双驱动方向机的双驱动工作模式；而当一台路感电机发生故障时，整个方向机仅由另一台无故障的路感电机提供路感驱动力，系统仍能正常为驾驶员提供路感，这是双驱动方向机的单驱动工作模式。这样使双驱动方向机在出现单路电气故障时仍能正常工作，大大提高了其工作的安全可靠性。

本发明的有益效果在于：

相比于单路的方向机，本发明在单一故障下仍能正常工作，提高了线传转向系统中的方向机的安全可靠性；相比于其他具有双余度或多余度的方向机，其原理与结构简单，且单路与双余度工作模式切换没有用到多余的电气系统；多圈转动限位机构既可以简单的实现限制方向盘转动角度的功能，还可以避免由大电流限位而带来的安全问题；双驱动方向机可以作为总成连接到一般转向系统的方向盘上，无需对方向盘进行加工改造。

附图说明

图1为传统的单路方向机结构示意图。

图2为本发明的双驱动方向机的立体结构示意图。

图3为本发明的双驱动方向机的纵向剖面结构图。

图4为本发明的双驱动方向机的正视局部剖面图。

图5为本发明采用的异形螺母的二维结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为侧视图。

具体实施方式

本发明提出的一种用于线传转向系统的双驱动方向机，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明如下：

本发明提出的一种用于线传转向系统的双驱动方向机，包括由两台路感电机组成的路感电机驱动机构1、包含有两个同步齿轮及两条传动轴的同步齿轮机构2、安装在一带有中心孔壳体内的多圈转动限位机构3、安装在另一带有中心孔壳体的传感器单元4和带有双通孔箱体式固定安装机构5；如图2及图3所示。其中，路感电机驱动机构1通过两台路感电机输出轴分别与同步齿轮机构2的两条传动轴相连，并通过两条传动轴上的同步齿轮进行耦合传动，构成两路传动轴系，同步齿轮机构2安装在固定安装机构5的箱体中；多圈转动限位机构3的壳体安装在固定安装机构5的箱体上，传感器单元4固定在另一条传动轴系上端，传感器单元4的壳体安装在固定安装机构5的箱体上；所述多圈转动限位机构3的壳体和传感器单元4的壳体分别对两路传动轴系上部进行定位。

本发明各部分具体结构，如图4所示，说明如下：

本发明的路感电机驱动机构由两台相同的路感电机1-1-1和1-1-2组成，路感电机选用额定电压为12V的直流有刷电机。

本发明的固定安装机构5由分离的箱体5-1和方向盘法兰盘5-2两部分组成，箱体5-1设置在路感电机驱动机构1与多圈转动限位机构3、传感器单元4之间，箱体5-1上下壁中心开有两个通孔，用于使两个传动轴系通过。箱体5-1通过螺栓固定在汽车的仪表盘横梁上，方向盘法兰盘5-2底部与多圈转动限位机构3相连，并通过螺栓与汽车方向盘相连。

本发明的同步齿轮机构2安装在固定安装机构箱体5-1中，由两组结构相同的上部外圈限位轴套2-1-1和2-2-1，上轴承2-1-2、2-2-2，下轴承2-1-7、2-2-7，传动轴2-1-3和2-2-3，同步齿轮2-1-4和2-2-4，平键2-1-5和2-2-5，下部内圈限位轴套2-1-6和2-2-6，下部限位挡圈2-1-8和2-2-8组成，两同步齿轮进行啮合传动。其中，传动轴2-1-3和2-2-3的下端通过固定安装机构5箱体下壁通孔与路感电机1-1-1和1-1-2的输出轴相固连，两组传动轴2-1-3和2-2-3的上端通过固定安装机构5的箱体上壁两通孔分别与多圈转动限位机构3及传感器单元4相连，组成两路传动轴系；上部外圈限位轴套2-1-1和2-2-1套在传动轴2-1-3和2-2-3的上端，下部限位挡圈2-1-8和2-2-8套在同步齿轮传动轴2-1-3和2-2-3的下端；上、下轴承2-1-2、2-2-2、2-1-7、2-2-7分别套在同步齿轮传动轴2-1-3和2-2-3外位于同步齿轮2-1-4和2-2-4上、下方；同步齿轮2-1-4和2-2-4通过平键2-1-5和2-2-5与传动轴2-1-3和2-2-3固定，下部内圈限位轴套2-1-6和2-2-6套在同步齿轮2-1-4和2-2-4和下轴承2-1-7、2-2-7之间。

本实施例的传动轴2-1-3和2-2-3，同步齿轮2-1-4和2-2-4，选用与路感电机相匹配的常规产品即可。

本发明的多圈转动限位机构3由异形螺母3-1、限位壳体3-2、限位壳盖3-3组成，异形螺母3-1侧边的矩形凸起与限位壳体3-2内侧的矩形槽相配合，将螺母相对于传动轴2-1-3的相对转动变为异形螺母3-1沿着传动轴2-1-3上端的上下移动，并且异形螺母上下移动的位移由限位壳盖和传动轴2-1-3的轴肩限定，异形螺母移动的总位移等于3倍螺距，可以实现对方向盘正反各转1.5圈的功能。本实施例的异形螺母的二维结构如图5所示，该螺母51内螺纹为双头螺纹，螺距为3mm，螺纹中径为26mm，外径为39mm，厚为10mm，外壁设有一16×12×10mm的凸台。

本发明的传感器单元4由两个转角传感器4-1、4-2和转角传感器壳体4-3组成，转角传感器壳体4-3通过螺栓固定在固定安装机构5的箱体5-1上，转角传感器4-1和4-2通过内花键与同步齿轮机构2的传动轴2-2-3固定并同步转动。本实施例中转角传感器采用常规车用方向盘转角传感器。

本发明的工作原理：

本发明的双驱动方向机在执行路感反馈功能时，动力由路感电机1-1-1和1-1-2发出，经过传动轴2-1-3和2-2-3上的同步传动齿轮2-1-4和2-2-4将力耦合后传递到方向盘法兰盘5-2上。由于同步齿轮2-1-4和2-2-4传动比为1:1，所以安装在传动轴2-2-3上的传感器单元4上的两个转角传感器4-1和4-2测得的转角等于方向盘的转角。这是双驱动方向机的双驱动工作模式。当一台路感电机或一个转角传感器发生故障时，控制器控制接收另一个转角传感器的信号，控制另一台路感电机执行路感反馈功能，相应的反拖故障的路感电机，仍能向驾驶员提供路感，这是双驱动方向机的单驱动工作模式。通过这样的驱动工作模式，使得双驱动方向机在无故障及单故障情况下均能正常为驾驶员提供路感反馈，从而保证汽车在转向过程中的安全可靠性。

Claims (6)

1.一种用于线传转向系统的双驱动方向机，其特征在于，包括由两台路感电机组成的路感电机驱动机构、包含两个同步齿轮及两条传动轴的同步齿轮机构、安装在一带有中心孔壳体内的多圈转动限位机构、安装在另一带有中心孔壳体的传感器单元和带有双通孔的箱体式固定安装机构；其中，路感电机驱动机构通过两台路感电机输出轴分别与同步齿轮机构的两条传动轴相连进行耦合传动，构成两路传动轴系，同步齿轮机构安装在固定安装机构的箱体中；多圈转动限位机构通过壳体的中心孔固定在一条传动轴系上端，多圈转动限位机构的壳体安装在固定安装机的箱体上，传感器单元固定在另一条传动轴系上端，传感器单元的壳体安装在固定安装机构的箱体上；所述多圈转动限位机构的壳体和传感器单元的壳体分别对两路传动轴系上部进行定位。

2.如权利要求1所述的方向机，其特征在于，所述路感电机驱动机构由两台相同的路感电机组成。

3.如权利要求1所述的方向机，其特征在于，所述固定安装机构由分离的箱体和方向盘法兰盘两部分组成，箱体设置在路感电机驱动机构与多圈转动限位机构、传感器单元之间，箱体上下壁中心开有两个通孔，箱体通过螺栓固定在汽车的仪表盘横梁上，方向盘法兰盘底部与多圈转动限位机构相连，并通过螺栓与汽车方向盘相连。

4.如权利要求3所述的方向机，其特征在于，所述同步齿轮机构安装在固定安装机构的箱体中，由两组结构相同的上部外圈限位轴套，上轴承、下轴承，传动轴，同步齿轮，平键，下部内圈限位轴套，下部限位挡圈组成，两同步齿轮进行啮合传动；其中，两组传动轴的下端分别通过固定安装机构箱体下壁通孔与两台路感电机的输出轴相固连，两组传动轴的上端通过固定安装机构的箱体上壁两通孔分别与多圈转动限位机构及传感器单元相连，组成两路传动轴系；两组上部外圈限位轴套分别套在两条传动轴的上端，两组下部限位挡圈分别套在两条传动轴的下端；两组上、下轴承分别套在两条传动轴外，位于同步齿轮的上、下方；两组同步齿轮分别通过两组平键与传动轴固定，两组下部内圈限位轴套分别套在两组同步齿轮和下轴承之间。

5.如权利要求4所述的方向机，其特征在于，所述多圈转动限位机构由异形螺母、限位壳体、限位壳盖组成，异形螺母侧边的矩形凸起与限位壳体内侧的矩形槽相配合，将螺母相对于一组同步齿轮机构传动轴的相对转动变为异形螺母沿着该组同步齿轮机构传动轴上端的上下移动，异形螺母上下移动的位移由限位壳盖和该组传动轴的轴肩限定，异形螺母总位移等于3倍螺距。

6.如权利要求4所述的方向机，其特征在于，所述传感器单元由两个转角传感器和转角传感器壳体组成，转角传感器壳体通过螺栓固定在固定安装机构的箱体上，两个转角传感器通过套筒的内花键与同步齿轮机构的另一组传动轴固定并同步转动。