CN106627740A - 一种适用于线控转向的离合器装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种适用于线控转向的离合器装置，旨在提高线控转向车轮的主动冗余安全性和方便不同驾驶员的驾驶习惯。该装置主要包括结合套筒、输入轴、中间轴、输出轴。当车辆处于线控转向模式时，输入轴与输出轴无扭矩传递；当线控模式发生故障或者驾驶员旋转传统转向模式时，通过控制结合套筒从而将来自输入轴的扭矩通过中间轴传递到输出轴，以实现转向模式的切换。

Description

一种适用于线控转向的离合器装置

技术领域：

本发明涉及线控转向汽车的主动安全，用于线控转向汽车转向的模式切换机构。

技术背景：

线控转向系统(steer-by-Wire System，简称SBW系统)是指：应用液压或辅助电力，通过电信号而不是通过连接方向盘旋转和车轮旋转的机械结构来控制转向的装置。

所述线控转向系统通常包括方向盘转角传感器、车轮转向角传感器、转向制动器、电子控制单元(electronic control unit，简称ECU)。

当驾驶员转动方向盘时，方向盘转角传感器及车轮转角传感器将其信号传递到电子控制单元，电子控制单元通过计算后控制转向电机，从而实现车轮的转向。

汽车线控转向系统在结构上取消了方向盘与转向车轮之间的机械连接，其最大特点为传动比可变，因此可以通过制定合理的角传动比控制策略使汽车实现较为理想的转向，即汽车低速行驶时，转向系统具有较小的传动比，可提高汽车在低速时的转向灵敏性；高速行驶时，转向系统具有较大的传动比，可防止转向过于灵敏，从而提高汽车高速行驶时的稳定性。

然而，由于当前技术的不成熟或者制造工艺不够完善等原因，导致电子控制单元产生对车辆行驶状态的误判或产生致命错误等，会对车辆的行驶安全性造成极大的威胁。

因此需要用一个备用(backup)离合器来防止这种上述威胁的产生。中国专利文献资料公开了一种用于线控转向的安全装置[申请号：201510180876公开号：CN 105035157A]该装置在线控转向模式下，输入轴与输出轴机械分离，在线控转向产生致命错误时，输入轴与输出轴通过致动器实现扭矩从输入轴到输出轴的传递，从而解决线控转向的致命错误。

然而，线控转向出现误差时，而电子控制单元对此无法做出判断时，该安全装置不会起作用，从而会增加驾驶员的驾驶负担甚至发生危险。并且，输入轴与输出轴在线控转向时完全分离，输入轴与输出轴之间容易产生相对位移或者在车辆抖动较为剧烈时导致致动器无法正常工作，从而可能导致线控转向的致命错误无法解决。

发明内容：

本发明的目的是针对上述问题，提供了一种适用于线控转向的离合器装置，可以确保使一个简单、紧凑、可靠的线控转向的冗余安全性，并且由于转向模式可以自由的切换，因此可以适应不同驾驶员的驾驶习惯。

本发明通过下述技术方案实现：一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于包括转向柱输入轴、中间轴、输出轴、输入齿轮、旋板、常啮合大齿轮、常啮合小齿轮、输出齿轮、结合套筒、结合套座、换挡拨叉。

其中，所述输入轴与输出轴通过圆柱滚子轴承连接，所述结合套筒通过其外外部圆周方向的开槽与换挡拨叉配合，所述输入齿轮与旋转板通过平键配合，所述常啮合大齿轮通过键连接固定于中间轴上端，与输入齿轮保持长啮合状态，所述常啮合小齿轮通过键连接固定于中间轴下端，与输出齿轮保持常啮合状态，所述结合套座通过键连接固定于输入轴，其外边缘有一个沿轴向的开槽，与结合套筒内平键相配合，所述旋转板与输入齿轮通过键连接相配合实现扭矩向输入齿轮的传递且旋转板上带有一个角度传感器，当电子控制单元判断线控转向出现故障需要切换转向模式且旋转板转角与方向盘转角相等时，通过电子控制单元控制换挡拨叉的上下移动，可实现转向模式由线控转向模式向机械转向模式的切换，相比于使用位置检测传感器，使用角度传感器能够避免在方向盘与旋转板相对转角位360°或720°误切换转向模式。本装置换挡拨叉的上下移动通过机械装置传动可通过机械装置传动手动控制。

由于采用以上技术方案，本发明具有如下显著特点和有益效果：

输入轴与输出轴通过圆柱滚子轴承连接，可减小输入轴与输出轴在车辆在行驶过程中由于路面不平等状况引起的振动，也可保证输入轴与输出轴之间不存在相对径向位移，从而使得传统转向时输入轴输出轴扭矩传递更加平顺。

通过结合套筒进行切换转向模式，由于结合套筒与结合套座都在输入轴上，因此模式切换会比较顺畅、可靠，且可以在车况较恶劣的情况下切换转向模式。

结合套筒的移动是通过控制换挡拨叉来实现，换挡拨叉既可由电子控制单元通过电磁继电器控制，也可由驾驶员通过机械结构传递手动控制，一方面可以避免在电子控制单元出现误判情况而导致无法切换为传统转向模式，从而保证安全的冗余性，另一方面可以根据驾驶员的驾驶习惯自由切换转向模式。

传统转向模式与线控转向模式共用一个齿轮齿条机构将力从输出轴传递到转向横拉杆上，一方面可以减小能量的浪费和减小线控转向模式下的阻力，另一方面可以保证在传统转向模式长时间不使用时，也可保证在突发情况时该转向模式也能够正常使用。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明装置的结构总图。

图2为本发明装置中用于线控转向的离合器装置。

图3为本发明装置中的结合套座。

图4为本发明装置中的结合套筒。

图5为本发明装置中的旋转板。

图6为传统转向模式下的转向离合器。

图中1为方向盘、2为方向盘转角传感器、3为反馈电机、4为减速器、5为输入轴、6为结合套座、7为换挡拨叉、8为结合套筒、9为常啮合大齿轮、10为中间轴、11为常啮合小齿轮、12为旋转板、13为输入齿轮、14为输出齿轮、15为输出轴、16为电子控制单元、17为转向电机、18为转向电机减速器、19为车轮、20为转向横拉杆、21为圆柱齿轮、22为齿条、23为旋转板转角传感器、24为圆柱滚子轴承。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明对具体实施方式做详细介绍。

参阅图2，输入轴5与输出轴15通过圆柱滚子轴承24连接，可减小输入轴5与输出轴15在车辆行驶过程中由于路面不平引起的振动，也可保证输入轴5与输出轴15之间不存在相对径向位移，从而保证扭矩传递的平滑与稳定。

常啮合大齿轮9通过键连接固定于中间轴10上端，与输入齿轮13保持长啮合状态，所述常啮合小齿轮11通过键连接固定于中间轴10下端，与输出齿轮14保持常啮合状态。

参阅图2，图3，结合套座6外部有一键槽，通过平键与输入轴5配合，其外部沿轴向有一凹槽，凹槽、键槽与结合套座中心轴线夹角为180°，以平衡切向力。

参阅图2，图4，结合套筒8内部有一个平键，与结合套座6外部凹槽相配合，外部沿圆周方向有一个凹槽，用以与换挡拨叉7相配合。

参阅图2，图5，旋转板12上端沿轴向开有一凹槽，并与上表面有一个倒角边，为的是在切换为传统转向模式时，结合套筒8内的平键能够较为顺利的插入旋转板12的凹槽内，旋转板12下部圆柱外表面面沿轴向有一沿轴向的键槽，用于与输入齿轮13相配合，旋转板12内安装在输入轴下端，在线控转向模式下可与输入轴5发生相对转动。

参阅图2，在线控转向模式下，结合套筒8与旋转板12没有接触，此时旋转板12没有收到扭矩，输出轴15的扭矩由转向电机17提供。

参阅图6，当线控转向出现错误时，方向盘转角传感器2测得的方向盘转角与旋板转角传感器测23得的旋旋转板转角相等时，电子控制单元可通过电磁继电器控制换挡拨叉7向下运动，使得结合套筒8与旋转板12相配合，此时实现扭矩从输入轴5经结合套座6、结合套筒8、旋转板12、输入齿轮13、常啮合大齿轮9、常啮合小齿轮11、输出齿轮14到输出轴15的传递，从而切换为传统转向模式。

另一方面，驾驶员可根据自己需求手动通过机械结构传递控制换挡拨片7的移动，转向模式的切换，这一操作需在方向盘转角为0情况下进行。

由于整个转向模式切换所需机构均在输入轴5上，因此可以保证换挡的平顺性与可靠性。

最后说明的是，虽然以上对本发明结合附图进行了描述说明,但是以上描述仅以说明本发明的技术方案而非限制，尽管对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换很多形式，而不脱离本发明的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。

Claims (8)

1.一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于包括转向柱输入轴、中间轴、输出轴、输入齿轮、旋转板、常啮合大齿轮、常啮合小齿轮、输出齿轮、结合套筒、结合套座、换挡拨叉；其中中间轴用于在传统转向模式下将输入轴的扭矩传递到输出轴上；换挡拨叉用于切换转向模式；输出轴用于将来自方向盘或者转向电机的扭矩传递到转向横拉杆；结合套筒用于在传统转向模式下将扭矩从结合套座传递到旋转板；输入齿轮用于在传统转向模式下将来自方向盘的扭矩通过中间轴传递到输出轴。

2.如权利要求1所述的一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于，输入轴与输出轴通过圆柱滚子轴承连接，可减小输入轴与输出轴在车辆行驶过程中由于路面不平引起的振动，也可保证输入轴与输出轴之间不存在相对径向位移。

3.如权利要求1所述的一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于，结合套筒内部固定有一个平键，用于在传统转向模式下，将来自于结合套座的扭矩传递到旋转板，外表面沿圆周方向开有一个槽，用于与换挡拨叉配合。

4.如权利要求1所述的一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于，输入齿轮安装于输入轴，在线控转向模式下可与输入轴发生相对转动，其上部配合有一个旋转板，通过平键配合连接于输入齿轮，可将来自于旋转板的扭矩平滑可靠地传递至输入齿轮。

5.如权利要求1所述的一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于，常啮合大齿轮通过键连接固定于中间轴上端，与输入齿轮保持常啮合状态，输出齿轮通过键配合连接于输出轴，常啮合小齿轮通过键连接固定于中间轴下端，与输出齿轮保持常啮合状态。

6.如权利要求1所述的一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于，结合套座通过键连接固定于输入轴，其外边缘有一个沿轴向的开槽，与结合套筒内平键相配合，可将来自结合套座的扭矩传递到结合套筒。

7.如权利要求1所述的一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于，旋转板与输入齿轮通过键连接相配合实现扭矩向输入齿轮的传递，沿轴向有一个开槽，可与结合套筒相通过键连接配合，以实现扭矩从结合套筒向旋转板的传递，旋转板上带有一个角度传感器，当电子控制单元判断线控转向出现故障需要切换转向模式且旋转板转角与方向盘转角相等时，可实现转向模式由线控转向模式向传统转向模式的切换。

8.如权利要求1所述的一种适用于线控转向的离合器装置，其特征在于，换挡拨叉的上下移动可通过电子控制单元控制，亦可通过机械装置传动手动控制，拨叉的上下移动可带动结合套筒上下移动，拨叉向下移动时，则带动结合套筒向下移动与旋转板相接合，以实现线控转向模式向传统转向模式的切换，拨叉向上移动时，切断输入轴与中间轴之间的扭矩传递，实现传统转向模式向线控转向模式的切换。