CN107672669A - 一种全解耦线控转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全解耦线控转向系统，目的是解决传统EPS中电机噪声大、且无法实现智能汽车所需的转向全解耦的功能；解决部分线控转向系统中取消方向盘与转向车轮之间的机械连接致使系统断电失效时无法完成失效转向；解决部分线控制动系统采用电机作为线控转向动力源时存在噪声大、响应速度慢等问题；解决部分线控制动系统采用液体或气体作为转向介质时存在泄漏、故障率增加、维护困难等问题。本发明采用电磁力来驱动转向杆运动使汽车快速精准地完成转向动作的线控转向系统，该线控转向系统能实现驾驶员与转向系统的全解耦，具有失效保护的功能，摆脱了电机、液体、气体的束缚，结构简单，集成度高。

Description

一种全解耦线控转向系统

技术领域

本发明涉及一种全解耦线控转向系统。

背景技术

随着智能汽车的发展，传统EPS(电子助力转向)系统已经不能满足智能汽车对转向系统的新要求，主要体现在传统EPS是由人来主导，而智能汽车希望在考虑驾驶员意图的前提下综合考虑路面状况、车辆本身运行状态等多方面的信息来完成转向。另一方面，传统EPS系统无法实现驾驶员与转向系统的全解耦，故此时发生主动转向后方向盘会随着发生移动，造成驾驶员恐慌。故急需开发一套适用于智能汽车的全解耦线控转向系统。

总结世界范围内各转向厂家及国内外学者的专利可发现，线控转向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也存在一定的问题。中国专利公布号为CN102085878A，公布日为2011年6月8日，发明名称为“线控转向装置”，申请人为现代自动车株式会社，该专利取消了方向盘与转向系统之间的机械连接，采用电机带动拉杆完成转向动作，该结构减少了路面的冲击、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。但由于电子部件还没有达到机械部件那样可靠的程度，在电子部件出现故障后，系统无法完成最基本的转向功能，即无法保证电子转向系统的稳定可靠、安全工作，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；因此开发一套具有失效保护功能的线控转向系统是目前迫切需要的。

中国专利公布号为CN107150718A，公布日为2017年9月12日，发明名称为“多模式汽车线控转向系统”，申请人为吉林大学，该专利采用电机驱动液压系统实现了线控转向系统的全解耦，并使线控转向系统具有失效保护的功能，但该系统采用复杂的液压构型，使得转向系统结构复杂，管路失效概率大，且电机噪声大，系统质量较大，且很难避免漏油的情况。故开发一套不含油液、气体的线控转向系统同样具有重要意义。

综上所述，开发一种不采用电机作为转向助力形式、不采用液体或气体作为转向介质、能实现转向全解耦和失效保护的功能、具有主动转向快速、角度调节精确的线控转向系统，具有现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：第一，解决了传统EPS中电机噪声大、且无法实现智能汽车所需的转向全解耦的功能；第二，解决了部分线控转向系统中取消方向盘与转向车轮之间的机械连接致使系统断电失效时无法完成失效转向；第三，解决了部分线控制动系统采用电机作为线控转向动力源时存在噪声大、响应速度慢等问题；第四，解决了部分线控制动系统采用液体或气体作为转向介质时存在泄漏、故障率增加、维护困难等问题。提出一种采用电磁力来驱动转向杆运动使汽车快速精准地完成转向动作的线控转向系统，该线控转向系统能实现驾驶员与转向系统的全解耦，具有失效保护的功能，摆脱了电机、液体、气体的束缚，结构简单，集成度高。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种全解耦线控转向系统，其特征在于，该系统由方向盘1、转向管柱2、解耦式转向模拟器3、换向机构4、电磁助力机构7和车轮组成；方向盘1依次与转向管柱2、解耦式转向模拟器3和换向机构4同轴连接，换向机构4安装在转向拉杆20上，转向拉杆20两端安装电磁助力机构7，电磁助力机构7上与转向拉杆20同轴安装车轮转向推杆28，车轮转向推杆28端部通过转向节臂连接到车轮；

解耦式转向模拟器3由解耦装置和转向感觉模拟器组成，其中解耦装置由转向模拟器电磁壳体29、导线II32、导线支架II33、缓冲橡胶垫II39、动啮合齿轮40、转向柱41、转向模拟器齿轮42、连接管43、电磁动铁II44、电磁动铁II回位弹簧45和电磁静铁II46组成；所述转向模拟器电磁壳体29为向上开口的套筒类零件，套筒底面上有同心通孔，转向模拟器电磁壳体29底部周围固定安装导线支架II33，导线支架II33上缠绕400～600匝导线II32，导线支架II33上方固定安装电磁静铁II46，电磁静铁II46、导线支架II33和转向模拟器电磁壳体29形成的圆筒状空间中放置电磁动铁II44，电磁动铁II44与电磁静铁II46之间设有电磁动铁II回位弹簧45，电磁动铁II44中心开有通孔，电磁动铁II44通过该通孔与连接管43固定连接，连接管43与转向模拟器齿轮42同轴，连接管43穿过转向模拟器齿轮42的中心圆环后其底部与动啮合齿轮40固定连接，当导线II32不通电时，动啮合齿轮40与转向柱41啮合；当导线II32通电时，动啮合齿轮40与转向模拟器齿轮42内齿啮合；转向模拟器齿轮42外齿与转向模拟器齿条38啮合，转向模拟器齿条38一端安装有转向感觉模拟器；

所述的转向感觉模拟器由一对摩擦片34、摩擦缸筒35、橡胶底座36、摩擦片钢垫37和转向模拟器齿条38组成；一对摩擦片34沿圆周对称安装在转向模拟器齿条38一端的橡胶底座36中，摩擦片34与橡胶底座36之间放置摩擦片钢垫37，所述摩擦片34外套装摩擦缸筒35，使摩擦片34与摩擦缸筒35形成一对摩擦副。

所述的电磁助力机构7由导向套筒端盖9、导向套筒10、助力活塞11、电磁机构端盖12、电磁静铁I13、导线I14、导线出口15、电磁动铁I16、导线支架I17、电磁机构壳体18、电磁动铁导向套筒19、透气通孔I21、电磁动铁回位弹簧22、透气通孔II23、助力推杆24、透气通孔III26和助力活塞回位弹簧27组成；电磁机构壳体18为一侧开口的均匀薄壁圆筒类零件，圆筒底部有同心圆形大通孔，沿大通孔圆周外侧均匀分布四个圆形透气通孔I21，该通孔为导线出口。电磁机构壳体18底部固定安装电磁动铁导向套筒19,电磁动铁导向套筒19为向左开口的均匀薄壁圆筒类零件，与电磁机构壳体18上开有同心圆形大通孔和透气通孔I21位置开有相同大小通孔，电磁机构壳体18与电磁动铁导向套筒19之间设有导线支架I17，所述导线支架I17上缠绕有400～600匝导线I14，所述导线I14从电磁机构壳体18靠近圆筒底部的筒壁上的导线出口引出，电磁动铁导向套筒19开口一侧固定安装电磁静铁I13，电磁静铁I13中心开有圆形通孔，电磁机构壳体18开口一侧安装电磁机构端盖12，电磁机构端盖12为中心开有圆形通孔圆盘类零件，所述助力推杆24从电磁静铁I13和电磁机构端盖12中心的圆形通孔中穿过，助力推杆24两端分别固定安装助力活塞11和电磁动铁I16，电磁动铁I16中心开有通孔，电磁动铁I16边缘开有多个透气通孔II23使电磁动铁I16一侧和助力推杆24外侧相通，助力活塞11中心开有两个同心圆形盲孔，装箱拉杆20从电磁机构壳体18、电磁动铁导向套筒19、电磁动铁I16中心的通孔和助力推杆24内部中空穿过，安装在助力活塞11中心的盲孔中；盲孔周围开有使助力活塞11与助力推杆24内部中空相通的透气通孔III26；助力推杆24和助力活塞11外套装导向套筒10，导向套筒10开口处由导向套筒端盖9密封，导向套筒端盖9中心开有圆形通孔，车轮转向推杆28从该圆形通孔中穿过，其端部安装在助力活塞11中心的盲孔中；导向套筒端盖9与助力活塞11之间安装助力活塞回位弹簧27，电磁动铁I16和电磁静铁I13之间安装电磁动铁回位弹簧22。

动啮合齿轮40的上端面上，在同心通孔与外齿之间有截面为乚形的环形凹槽，该凹槽用来放置缓冲橡胶垫II39；缓冲橡胶垫II39为橡胶圆环类零件，其横截面呈向圆心开口的凹形。

助力推杆24左端面上加工有丁字形环形凹槽，该凹槽用来放置缓冲橡胶垫I25；缓冲橡胶垫I25为橡胶圆环类零件，其横截面呈向圆心开口的凹形。

导线支架II33环绕转向模拟器电磁壳体29底部设置，所述导线支架II33为上下两端开口的套筒类零件，其外圆柱面上有较大的环形凹槽，该凹槽用来缠绕导线II32；导线支架II33靠近外圆柱上有8个沿圆周均匀分布的小通孔，该通孔穿过导线支架II33外圆柱面上的环形凹槽；导线支架II33的横截面两端呈现工形。

所述转向感觉模拟器中的转向模拟器齿条38为轴类零件，其横截面呈现口形，其与转向模拟器齿轮42接触一侧外壁面上加工有条形直齿，转向模拟器齿条38右侧端部为圆柱体，圆柱体的外圆柱面上与直齿在圆周方向上呈90°和-90°的方向上分别加工有矩形环凹槽，每个凹槽横截面呈现半个“工”字，该凹槽用于安装橡胶底座36。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种全解耦线控转向系统相较于电机助力转向系统，其取消了电机，采用电磁助力转向，即消除了噪声源，可从根本上解决转向系统噪声问题。

2.本发明所述的一种全解耦线控转向系统相较于传统EPS转向系统，其采用解耦式转向模拟器实现了驾驶员与转向系统的全解耦，使得该线控转向系统可应用在智能汽车上。

3.本发明所述的一种全解耦线控转向系统断电失效时，解耦式转向模拟器使得方向盘与转向车轮机械连接，此时驾驶员可通过转动方向盘实现紧急情况下的失效转向，提高行驶安全性。

4.本发明所述的一种全解耦线控转向系统摆脱了液体、气体的束缚，使得转向系统不必担心漏液、漏气等状况，且结构更加紧凑、简单，发生故障概率更低。

5.本发明所述的一种全解耦线控转向系统正常工作时驾驶员与转向系统的全解耦，减少了路面的冲击对驾驶员的影响，提高了驾驶舒适度。

6.本发明所述的一种全解耦线控转向系统采用电磁助力转向，通过控制线圈电流值的大小可提高主动转向响应速度和转角控制精度。

附图说明

图1是本发明所述的一种全解耦线控转向系统的主视图；

图2是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁助力机构的主视图的剖视图；

图3是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁机构端盖的主视图的剖视图；

图4是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁机构端盖的左视图；

图5是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁动铁I的主视图的剖视图；

图6是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁动铁I的左视图；

图7是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中导线支架I的主视图的剖视图；

图8是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中导线支架I的左视图；

图9是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁机构壳体的主视图的剖视图；

图10是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁机构壳体的左视图；

图11是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中解耦式转向模拟器的主视图的剖视图；

图12是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中导线支架II的主视图的剖视图；

图13是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中导线支架II的俯视图；

图14是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中动啮合齿轮的主视图的剖视图；

图15是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中动啮合齿轮的俯视图；

图16是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中动转向模拟器齿轮的主视图的剖视图；

图17是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中转向模拟器齿轮的俯视图；

图18是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁动铁II的主视图的剖视图；

图19是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁动铁II的俯视图；

图20是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁静铁II的主视图的剖视图；

图21是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中电磁静铁II的俯视图；

图22是本发明所述的一种全解耦线控转向系统中转向模拟器齿条的俯视图；

图23是图11中A-A处剖视图；

附图标记：1.方向盘，2.转向管柱，3.解耦式转向模拟器，4.换向机构，5.左前车轮，6.右前车轮，7.电磁助力机构，9.导向套筒端盖，10.导向套筒，11.助力活塞，12.电磁机构端盖，13.电磁静铁I，14.导线I，15.导线出口，16.电磁动铁I，17.导线支架I，18.电磁机构壳体，19.电磁动铁导向套筒，20.转向拉杆，21.透气通孔I，22.电磁动铁回位弹簧，23.透气通孔II，24助力推杆，25.缓冲橡胶垫I，26.透气通孔III，27.助力活塞回位弹簧，28.车轮转向推杆，29.转向模拟器电磁壳体，30.连接螺钉，31.橡胶垫片；32.导线II；33.导线支架II；34.摩擦片；35.摩擦缸筒；36.橡胶底座；37.摩擦片钢垫；38.转向模拟器齿条；39.缓冲橡胶垫II；40.动啮合齿轮；41.转向柱；42.转向模拟器齿轮；43.连接管；44.电磁动铁II；45.电磁动铁II回位弹簧；46.电磁静铁II；47.电子控制单元；

具体实施方式

下面以具体实施例的形式结合附图对本发明技术方案作进一步解释和说明。

参阅图1，本发明所述的一种全解耦线控转向系统由方向盘1、转向管柱2、解耦式转向模拟器3、换向机构4、左前车轮5、右前车轮6、左侧电磁助力机构7和右侧电磁助力机构7组成。

方向盘1的底部与转向管柱2的上端相连，转向管柱2的主要作用是将方向盘1上的力矩传递给换向结构，同时转向管柱2内部具有传感器等多种电子设备使得其具有方向盘角度调整、点火开关钥匙、转向防盗锁、喇叭电路、雨刮、转向灯、钥匙驻留报警开关、巡航控制和线性换挡机构等附加功能。解耦式转向模拟器3的上端与转向管柱2的下端相连，解耦式转向模拟器3的下端与换向机构4的上端相连。解耦式转向模拟器3的作用一方面是在线控转向系统正常工作的情况下，将驾驶员的操作与车轮转向系统在机械结构上完全解耦，减少了路面的冲击对驾驶员的影响，提高了驾驶舒适度。在线控转向系统失电的情况下，保持驾驶员与车轮转向系统之间的机械连接，使得线控转向系统具有失效保护的功能。另一方面，当驾驶员的操作与车轮转向系统在机械结构上完全解耦后，解耦式转向模拟器3使得方向盘与转向模拟器相连，为驾驶员提供转向感觉模拟。换向结构4的下端分别通过转向拉杆20与两个电磁助力机构7相连。换向结构4为上端为齿轮、下端为齿条，换向结构4可将转向杆绕纵轴的旋转运动转化为转向拉杆绕横轴的旋转运动。左侧电磁助力机构7的左端与左前车轮5通过车轮转向推杆28相连，右侧电磁助力机构7的右端与右前车轮6通过车轮转向推杆28相连。左右两侧电磁助力机构7结构相同，二者仅在安装位置上不同，二者的作用是通过电磁力助力转向拉杆，推动转向轮转向。

电子控制单元47通过导线与解耦式转向模拟器3、左侧电磁助力机构7和右侧电磁助力机构7相连。电子控制单元47的作用是通过驾驶员意图识别、行驶工况、环境的判断和车身行驶状态的估计给解耦式转向模拟器3、左侧电磁助力机构7和右侧电磁助力机构7分别通以相应的电流，来控制三个零部件的动作并接收三者的动作状态信号实现闭环控制。

参阅图2，所述的电磁助力机构7由导向套筒端盖9、导向套筒10、助力活塞11、电磁机构端盖12、电磁静铁I13、导线I14、导线出口15、电磁动铁I16、导线支架I17、电磁机构壳体18、电磁动铁导向套筒19、转向拉杆20、透气通孔I21、电磁动铁回位弹簧22、透气通孔II23、助力推杆24、缓冲橡胶垫I25、透气通孔III26、助力活塞回位弹簧27和车轮转向推杆28组成。其功用为通过电磁力助力转向拉杆，推动转向轮完成线控系统所需的转向角度。

导向套筒端盖9为有中心通孔的环形阶梯圆盘类零件，其左端外径大于右端外径，导向套筒端盖9右侧阶梯外圆柱面上有外螺纹；导向套筒10为套筒类零件，其左端内圆柱面上有内螺纹，其右端外圆柱面上有外螺纹；助力活塞11为圆盘类零件，其左右圆盘面上有直径相同的同心盲孔，两个盲孔内圆柱面上均有内螺纹，助力活塞11沿圆周方向上均布有4个透气通孔III26；电磁静铁I13为阶梯型圆柱类零件，其材料为工业纯铁。电磁静铁I13的外圆柱面呈阶梯状，左侧阶梯轴外径大于右侧阶梯轴外径，电磁静铁I13有同心通孔。导线I14为铜芯导线，缠绕匝数为400到600匝。电磁动铁导向套筒19为向左开口的均匀薄壁圆筒类零件，圆筒底部有同心圆形大通孔，沿大通孔圆周外侧均匀分布四个圆形透气通孔。转向拉杆20为轴类零件，其左侧轴端部加工有外螺纹。助力活塞回位弹簧27和电磁动铁回位弹簧22均为钢制螺旋弹簧，助力活塞回位弹簧27的刚度较小，电磁动铁回位弹簧22的刚度较大。助力推杆24为左右开口的套筒类零件，其右端开口处的外圆柱面上加工有外螺纹，助力推杆24左端面上加工有“丁”字形环形凹槽，该凹槽用来放置缓冲橡胶垫I25。缓冲橡胶垫I25为橡胶圆环类零件，其横截面呈向圆心开口的“凹”形，其主要作用是当助力推杆24左端面与助力活塞11的右端面接触时避免发生碰撞噪音。

参阅图3、图4，电磁机构端盖12为向右开口的圆盘类零件，其左侧圆盘面上有同心盲孔，盲孔内圆柱面上有内螺纹，盲孔底部有同心通孔。电磁机构端盖12右侧的圆盘内圆柱面上有内螺纹，且该圆盘内径大于电磁机构端盖12左侧盲孔直径。

参阅图5、图6，电磁动铁I16为圆柱类零件，其左侧圆柱面上有同心盲孔，盲孔内圆柱面上有内螺纹，盲孔底面上有同心通孔。电磁动铁I16的外圆柱面与其盲孔圆柱面之间有4个沿圆周方向上均匀分布的透气通孔II23。

参阅图7、图8，导线支架I17为左右两端开口的圆筒类零件，其外圆柱面上有较大的环形凹槽，该凹槽用来缠绕导线I14。导线支架I17的横截面两端呈现“H”形；

参阅图9、图10，电磁机构壳体18为向左开口的均匀薄壁圆筒类零件，圆筒底部有同心圆形大通孔，沿大通孔圆周外侧均匀分布四个圆形透气通孔，电磁机构壳体18靠近圆筒底部的筒壁上有圆形通孔，该通孔为导线出口15。电磁机构壳体18左侧开口处外圆柱面上加工有外螺纹。

装配关系，导线支架I17的轴向长度与电磁机构壳体18的轴向筒深长度相同。导线支架I17的外圆柱面直径与电磁机构壳体18的内圆柱面直径相等，导线支架I17完全置于电磁机构壳体18的筒内。电磁动铁导向套筒19的外圆柱面直径与导线支架I17的内圆柱面直径相等，电磁动铁导向套筒19位于导线支架I17的中心圆筒内。助力推杆24右侧外圆柱面上的外螺纹与电磁动铁I16左侧盲孔的内螺纹相连接。电磁动铁回位弹簧22和电磁静铁I13均套在助力推杆24的外圆柱面上，电磁动铁回位弹簧22的右端面抵靠在电磁动铁I16的左端面上，电磁动铁回位弹簧22的左端面抵靠在电磁静铁I13的右端面上。电磁动铁回位弹簧22和电磁动铁I16均位于电磁动铁导向套筒19内，电磁静铁I13的左侧直径较大阶梯轴的右端面与电磁动铁导向套筒19左侧端面相接处，电磁静铁I13的外圆柱面与导线支架I17的内圆柱面相接处。电磁机构端盖12右端开口处的内螺纹与电磁机构壳体18左侧开口处的外螺纹相连接，电磁机构端盖12的右侧圆盘底面将导线支架I17、电磁静铁I13和电磁动铁导向套筒19压紧，起到轴向定位的作用。导线I14缠绕在导线支架I17外圆柱面的凹槽内，缠绕匝数为400到600匝，缠绕后导线I14的端头从电磁机构壳体18上的导线出口15中穿出。缓冲橡胶垫I25位于助力推杆24左端面上的“丁”字形环形凹槽。

导向套筒10右侧外圆柱面上的外螺纹与电磁机构端盖12左端盲孔内的内螺纹相连接，导向套筒10左侧内圆柱面上的内螺纹与导向套筒端盖9右侧面直径较小的阶梯轴外圆柱面上的外螺纹相连接。导向套筒10内部有助力活塞11、助力活塞回位弹簧27和车轮转向推杆28，助力活塞11左侧和右侧盲孔内圆柱面上的内螺纹分别与车轮转向推杆28右侧端部的外螺纹和转向拉杆20左侧端部的外螺纹相连接。助力活塞回位弹簧27套在车轮转向推杆28的外圆柱面上，其左端抵靠在导向套筒端盖9的右端面上，其右端抵靠在助力活塞11的左端面上。车轮转向推杆28的左端依次穿过助力活塞回位弹簧27和导向套筒端盖9与车轮转向杆连接。转向拉杆20的右端依次穿过助力推杆24、电磁动铁I16、电磁动铁导向套筒19和电磁机构壳体18后与换向机构4相连。

参阅图11，解耦式转向模拟器3由转向模拟器电磁壳体29、连接螺钉30、橡胶垫片31、导线II32、导线支架II33、摩擦片34、摩擦缸筒35、橡胶底座36、摩擦片钢垫37、转向模拟器齿条38、缓冲橡胶垫II39、动啮合齿轮40、转向柱41、转向模拟器齿轮42、连接管43、电磁动铁II44、电磁动铁II回位弹簧45和电磁静铁II46组成。其功用为解耦式转向模拟器3的作用一方面是在线控转向系统正常工作的情况下，将驾驶员的操作与车轮转向系统在机械结构上完全解耦，减少了路面的冲击对驾驶员的影响，提高了驾驶舒适度。在线控转向系统失电的情况下，保持驾驶员与车轮转向系统之间的机械连接，使得线控转向系统具有失效保护的功能。另一方面，当驾驶员的操作与车轮转向系统在机械结构上完全解耦后，解耦式转向模拟器3使得方向盘与转向模拟器34相连，为驾驶员提供转向感觉模拟。

转向模拟器电磁壳体29为向上开口的套筒类零件，套筒底面上有同心通孔，在该同心通孔与转向模拟器电磁壳体29的内圆柱面之间有8个沿圆周均匀分布的小通孔。连接螺钉30为国标通用的六角螺钉。橡胶垫片31为橡胶类零件，其有同心通孔，其到紧固连接螺钉30的作用。导线II32为铜芯导线，缠绕匝数为400到600匝。摩擦片34为高分子三元复合材料，其为具有一定弧度的矩形片状零件。摩擦缸筒35为向左开口的耐磨钢制材料的圆筒类零件，摩擦片34与摩擦缸筒35形成一对摩擦副，二者时间的摩擦力由摩擦系数和正压力决定。橡胶底座36为橡胶材料的向上开口的矩形盘类零件，橡胶底座36的横截面呈横向拉长的“工”字形。摩擦片钢垫37为为具有一定弧度的长方形片状零件，其为耐磨钢制材料，主要作用是使摩擦片34受力均匀。缓冲橡胶垫II39为橡胶圆环类零件，其横截面呈向圆心开口的“凹”形，其主要作用是防止动啮合齿轮40的上端面与转向模拟器电磁壳体29的下端面发生碰撞而产生噪声。转向柱41为向上开口的套筒类零件，套筒内圆柱面上有内齿。连接管43为普通钢管。电磁动铁II回位弹簧45为钢制螺旋弹簧。

参阅图12、图13，导线支架II33为上下两端开口的套筒类零件，其外圆柱面上有较大的环形凹槽，该凹槽用来缠绕导线II32。导线支架II33靠近外圆柱上有8个沿圆周均匀分布的小通孔，该通孔穿过导线支架II33外圆柱面上的环形凹槽。导线支架II33的横截面两端呈现“工”形，导线支架II33的内圆柱面为内齿轮；

参阅图14、图15，动啮合齿轮40的外圆柱面上有外齿，动啮合齿轮40的上端面有同心通孔，动啮合齿轮40的上端面上，在同心通孔与外齿之间有截面为“乚”形的环形凹槽，该凹槽用来放置缓冲橡胶垫II39。

参阅图16、图17，转向模拟器齿轮42的内圆柱上有与动啮合齿轮40相配合的内齿，外圆柱面上有与转向模拟器齿条38上直齿相配合的外齿。

参阅图18、图19，电磁动铁II44的外圆柱面上有与导线支架II33的内齿相配合的外齿，电磁动铁II44有同心通孔。

参阅图20、图21，电磁静铁II46为法兰盘类零件，电磁静铁II46呈平头螺钉状，其螺钉帽在上，螺钉头在下，在靠近螺钉帽的外圆柱面附近有8个沿圆周均匀分布的小孔，孔内有内螺纹。

参阅图22，转向模拟器齿条38为轴类零件，其横街面呈现“口”形，与转向模拟器齿轮42接触一侧外壁面上加工有条形直齿，转向模拟器齿条38右侧端部为圆柱体，圆柱体的外圆柱面上与直齿在圆周方向上呈90°和-90°的方向上分别加工有矩形环凹槽，每个凹槽横截面呈现半个“工”字。

装配关系，参阅图23，两个橡胶底座36开口向外安装在转向模拟器齿条38的两个矩形环槽内。两个摩擦片钢垫37分别放置在两个橡胶底座36的矩形盘中，其上下左右和底面恰好于橡胶底座36相接触，摩擦片钢垫37起到导向和传力的作用，摩擦片34通过螺钉与摩擦片钢垫37紧固在一起，确保转向模拟器齿条38相对于摩擦缸筒35左右运动时摩擦片34不会与摩擦片钢垫37分离，也不会与转向模拟器齿条38分离。摩擦缸筒35从右侧套入装配好的转向模拟器齿条38上，当摩擦缸筒35左右移动的过程中摩擦片34与摩擦缸筒35的内圆柱面组成一对摩擦副，产生摩擦力，该摩擦力即为驾驶员提供转向模拟力。

导线II32缠绕导线支架II33外圆柱面的凹槽内，缠绕匝数为400到600匝。导线支架II33的外圆柱面直径与转向模拟器电磁壳体29的内圆柱面直径相等，导线支架II33完全置于转向模拟器电磁壳体29的筒内，且导线支架II33上的8个圆周小孔与转向模拟器电磁壳体29底部的8个圆周小孔对齐。8个连接螺钉30从转向模拟器电磁壳体29底部钉入将导线支架II33和转向模拟器电磁壳体29固定在一起。电磁动铁II44位于导线支架II33的套筒内，导线支架II33套筒内的内齿与电磁动铁II44的外齿相配合。电磁动铁II回位弹簧45位于导线支架II33的套筒内，电磁动铁II回位弹簧45的上端抵靠在电磁静铁II46的下端面，电磁动铁II回位弹簧45的下端抵靠在电磁动铁II44的上端面。电磁静铁II46的螺钉帽下端面抵靠在导线支架II33的上端面，且将二者沿圆周均匀分布的8个小孔对齐。8个连接螺钉30从电磁静铁II46顶部8个沿圆周均匀分布的小孔钉入，将电磁静铁II46、导线支架II33和转向模拟器电磁壳体29固定在一起。将连接管43的上端与电磁动铁II44的中心通孔焊接在一起，连接管43的下端从转向模拟器电磁壳体29的底面同心通孔穿出后，再次穿过转向模拟器齿轮42的同心通孔后与动啮合齿轮40的中心通孔焊接在一起。动啮合齿轮40的外齿与转向柱41套筒内的内齿相配合。

一种全解耦线控转向系统的工作原理

1.常规转向情况：当驾驶员打开转向灯后，系统电子控制单元47判断驾驶员即将转向时，电子控制单元47给导线II32通电，电磁静铁II46将电磁动铁II44向上吸引，此时动啮合齿轮40也随之向上运动到与转向模拟器齿轮42的内齿相接合。此时驾驶员的操作与车轮转向系统在机械结构上完全解耦，减少了路面的冲击对驾驶员的影响，提高了驾驶舒适度。当驾驶员的操作与车轮转向系统在机械结构上完全解耦后，驾驶员转动方向盘，转向模拟器电磁壳体29转动时通过导线支架II33的内齿带动电磁动铁II44转动，则动啮合齿轮40通过齿轮配合带动转向模拟器齿轮42转动，转向模拟器齿轮42通过齿轮齿条结构带动转向模拟器齿条38左右移动，又由于摩擦缸筒35固定不动，则转向模拟器齿条38左右移动使得摩擦片34与摩擦缸筒35发生相对摩擦，产生滑动摩擦力为驾驶员提供转向感觉模拟。

(1)汽车向左转向：电子控制单元47给左侧电磁助力机构7中的导线I14通电，电磁静铁I13将电磁动铁I16向左吸引，电磁动铁I16带动助力推杆24向左移动，助力推杆24推动助力活塞11向左移动。助力活塞11带动转向拉杆20和车轮转向推杆28均向左移动。一方面，转向拉杆20向左移动时带动右侧电磁助力机构7中的助力活塞向左移动，右侧电磁助力机构7中的助力活塞带动右侧电磁助力机构7中车轮转向推杆向左移动，拉着右侧车轮向左转向。另一方面，车轮转向推杆28向左移动时推动左前车轮5向左转向。综上所述两个车轮均向左转动完成汽车向左转向行驶的操作。

(2)汽车向右转向：电子控制单元47给右电磁助力机构8中的导线I14通电，右侧电磁助力机构7中的电磁静铁I13将右侧电磁助力机构7中的电磁动铁I16向右吸引，右侧电磁助力机构7中的电磁动铁I16带动右侧电磁助力机构7中的助力推杆24向右移动，右侧电磁助力机构7中的助力推杆24推动右侧电磁助力机构7中的助力活塞11向右移动。右侧电磁助力机构7中的助力活塞11带动右侧电磁助力机构7中的转向拉杆20和右侧电磁助力机构7中的车轮转向推杆28均向右移动。一方面，右侧电磁助力机构7中的转向拉杆20向右移动时带动左侧电磁助力机构7中的助力活塞11向右移动，助力活塞11带动车轮转向推杆28向右移动，拉着左侧车轮向右转向。另一方面，右侧电磁助力机构7中的车轮转向推杆向右移动时推动右前车轮6向右转向。综上所述两个车轮均向右转动完成汽车向右转向行驶的操作。

(3)汽车直线行驶：此时汽车不发生转向动作，左侧电磁助力机构7和右侧电磁助力机构7中的导线均不通电，由于左侧电磁助力机构7和右侧电磁助力机构7中电磁动铁回位弹簧的作用使得二者的电磁动铁I回到初始位置，此时左侧电磁助力机构7和右侧电磁助力机构7中的助力活塞在没有助力推杆的作用下，通过助力活塞回位弹簧的作用回到初始位置。

2.失效转向情况：此时线控转向系统失电，所有的电磁结构均不通电；

(1)汽车向左转向：驾驶员向左转动方向盘时依次带动转向管柱2、解耦式转向模拟器3中的转向模拟器电磁壳体29、导线支架II33、电磁动铁II44、动啮合齿轮40、转向柱41和换向机构4中的齿轮向左转动。换向机构4中的齿轮带动换向机构4中的齿条向左移动，换向机构4中的齿条带动转向拉杆20向左移动时，一方面推动左侧电磁助力机构7中的助力活塞11、车轮转向推杆28向左移动，车轮转向推杆28又推动左前车轮5向左转向。另一方面拉动右侧电磁助力机构7中助力活塞和车轮转向推杆向左移动，右侧电磁助力机构7中的车轮转向推杆又拉动右前车轮6向左转向。综上所述两个车轮均向左转动完成汽车向左转向行驶的操作。

(2)汽车向右转向：驾驶员向右转动方向盘时依次带动转向管柱2、解耦式转向模拟器3中的转向模拟器电磁壳体29、导线支架II33、电磁动铁II44、动啮合齿轮40、转向柱41和换向机构4中的齿轮向右转动。换向机构4中的齿轮带动换向机构4中的齿条向右移动，换向机构4中的齿条带动转向拉杆20向右移动时，一方面拉动左侧电磁助力机构7中的助力活塞11、车轮转向推杆28向右移动，车轮转向推杆28又拉动左前车轮5向右转向。另一方面推动右侧电磁助力机构7中助力活塞和车轮转向推杆向右移动，右侧电磁助力机构7中的车轮转向推杆又推动右前车轮6向右转向。综上所述两个车轮均向右转动完成汽车向右转向行驶的操作。

3.主动转向情况：驾驶员没有转动方向盘，而汽车电子控制单元47根据路面状态及车辆行驶状态判断汽车需要发生转向动作时，一方面，电子控制单元47给导线II32通电，电磁静铁II46将电磁动铁II44向上吸引，此时动啮合齿轮40也随之向上运动到与转向模拟器齿轮42的内齿相接合。此时方向盘与车轮转向系统在机械结构上完全解耦，左侧电磁助力机构7和右侧电磁助力机构7驱动左前车轮5和右前车轮6左右转动时，方向盘不会随之左右转动。另一方面，电子控制单元47给左侧电磁助力机构7或右侧电磁助力机构7中的导线通电，推动左前车轮5和右前车轮6完成车辆所需的转向动作，具体向左或向右转向时的控制方式与常规转向情况中的左转和右转一致，此处不再赘述。

Claims (6)

1.一种全解耦线控转向系统，其特征在于，该系统由方向盘(1)、转向管柱(2)、解耦式转向模拟器(3)、换向机构(4)、电磁助力机构(7)和车轮组成；方向盘(1)依次与转向管柱(2)、解耦式转向模拟器(3)和换向机构(4)同轴连接，换向机构(4)安装在转向拉杆(20)上，转向拉杆(20)两端安装电磁助力机构(7)，电磁助力机构(7)上与转向拉杆(20)同轴安装车轮转向推杆(28)，车轮转向推杆(28)端部通过转向节臂连接到车轮；

解耦式转向模拟器(3)由解耦装置和转向感觉模拟器组成，其中解耦装置由转向模拟器电磁壳体(29)、导线II(32)、导线支架II(33)、缓冲橡胶垫II(39)、动啮合齿轮(40)、转向柱(41)、转向模拟器齿轮(42)、连接管(43)、电磁动铁II(44)、电磁动铁II回位弹簧(45)和电磁静铁II(46)组成；所述转向模拟器电磁壳体(29)为向上开口的套筒类零件，套筒底面上有同心通孔，转向模拟器电磁壳体(29)底部周围固定安装导线支架II(33)，导线支架II(33)上缠绕400～600匝导线II(32)，导线支架II(33)上方固定安装电磁静铁II(46)，电磁静铁II(46)、导线支架II(33)和转向模拟器电磁壳体(29)形成的圆筒状空间中放置电磁动铁II(44)，电磁动铁II(44)与电磁静铁II(46)之间设有电磁动铁II回位弹簧(45)，电磁动铁II(44)中心开有通孔，电磁动铁II(44)通过该通孔与连接管(43)固定连接，连接管(43)与转向模拟器齿轮(42)同轴，连接管(43)穿过转向模拟器齿轮(42)的中心圆环后其底部与动啮合齿轮(40)固定连接，当导线II(32)不通电时，动啮合齿轮(40)与转向柱(41)啮合；当导线II(32)通电时，动啮合齿轮(40)与转向模拟器齿轮(42)内齿啮合；转向模拟器齿轮(42)外齿与转向模拟器齿条(38)啮合，转向模拟器齿条(38)一端安装有转向感觉模拟器；

所述的转向感觉模拟器由一对摩擦片(34)、摩擦缸筒(35)、橡胶底座(36)、摩擦片钢垫(37)和转向模拟器齿条(38)组成；一对摩擦片(34)沿圆周对称安装在转向模拟器齿条(38)一端的橡胶底座(36)中，摩擦片(34)与橡胶底座(36)之间放置摩擦片钢垫(37)，所述摩擦片(34)外套装摩擦缸筒(35)，使摩擦片(34)与摩擦缸筒(35)形成一对摩擦副。

2.根据权利要求1所述的全解耦线控转向系统，其特征在于，所述的电磁助力机构(7)由导向套筒端盖(9)、导向套筒(10)、助力活塞(11)、电磁机构端盖(12)、电磁静铁I(13)、导线I(14)、导线出口(15)、电磁动铁I(16)、导线支架I(17)、电磁机构壳体(18)、电磁动铁导向套筒(19)、透气通孔I(21)、电磁动铁回位弹簧(22)、透气通孔II(23)、助力推杆(24)、透气通孔III(26)和助力活塞回位弹簧(27)组成；电磁机构壳体(18)为一侧开口的均匀薄壁圆筒类零件，圆筒底部有同心圆形大通孔，沿大通孔圆周外侧均匀分布四个圆形透气通孔I(21)，该通孔为导线出口。电磁机构壳体(18)底部固定安装电磁动铁导向套筒(19),电磁动铁导向套筒(19)为向左开口的均匀薄壁圆筒类零件，与电磁机构壳体(18)上开有同心圆形大通孔和透气通孔I(21)位置开有相同大小通孔，电磁机构壳体(18)与电磁动铁导向套筒(19)之间设有导线支架I(17)，所述导线支架I(17)上缠绕有400～600匝导线I(14)，所述导线I(14)从电磁机构壳体(18)靠近圆筒底部的筒壁上的导线出口引出，电磁动铁导向套筒(19)开口一侧固定安装电磁静铁I(13)，电磁静铁I(13)中心开有圆形通孔，电磁机构壳体(18)开口一侧安装电磁机构端盖(12)，电磁机构端盖(12)为中心开有圆形通孔圆盘类零件，所述助力推杆(24)从电磁静铁I(13)和电磁机构端盖(12)中心的圆形通孔中穿过，助力推杆(24)两端分别固定安装助力活塞(11)和电磁动铁I(16)，电磁动铁I(16)中心开有通孔，电磁动铁I(16)边缘开有多个透气通孔II(23)使电磁动铁I(16)一侧和助力推杆(24)外侧相通，助力活塞(11)中心开有两个同心圆形盲孔，装箱拉杆(20)从电磁机构壳体(18)、电磁动铁导向套筒(19)、电磁动铁I(16)中心的通孔和助力推杆(24)内部中空穿过，安装在助力活塞(11)中心的盲孔中；盲孔周围开有使助力活塞(11)与助力推杆(24)内部中空相通的透气通孔III(26)；助力推杆(24)和助力活塞(11)外套装导向套筒(10)，导向套筒(10)开口处由导向套筒端盖(9)密封，导向套筒端盖(9)中心开有圆形通孔，车轮转向推杆(28)从该圆形通孔中穿过，其端部安装在助力活塞(11)中心的盲孔中；导向套筒端盖(9)与助力活塞(11)之间安装助力活塞回位弹簧(27)，电磁动铁I(16)和电磁静铁I(13)之间安装电磁动铁回位弹簧(22)。

3.根据权利要求1所述的全解耦线控转向系统，其特征在于，动啮合齿轮(40)的上端面上，在同心通孔与外齿之间有截面为乚形的环形凹槽，该凹槽用来放置缓冲橡胶垫II(39)；缓冲橡胶垫II(39)为橡胶圆环类零件，其横截面呈向圆心开口的凹形。

4.根据权利要求1所述的全解耦线控转向系统，其特征在于，助力推杆(24)左端面上加工有丁字形环形凹槽，该凹槽用来放置缓冲橡胶垫I(25)；缓冲橡胶垫I(25)为橡胶圆环类零件，其横截面呈向圆心开口的凹形。

5.根据权利要求1所述的全解耦线控转向系统，其特征在于，导线支架II(33)环绕转向模拟器电磁壳体(29)底部设置，所述导线支架II(33)为上下两端开口的套筒类零件，其外圆柱面上有较大的环形凹槽，该凹槽用来缠绕导线II(32)；导线支架II(33)的内圆柱面加工有内齿；导线支架II(33)靠近外圆柱上有8个沿圆周均匀分布的小通孔，该通孔穿过导线支架II(33)外圆柱面上的环形凹槽；导线支架II(33)的横截面两端呈现工形。

6.根据权利要求1所述的全解耦线控转向系统，其特征在于，所述转向感觉模拟器中的转向模拟器齿条(38)为轴类零件，其横截面呈现口形，其与转向模拟器齿轮(42)接触一侧外壁面上加工有条形直齿，转向模拟器齿条(38)右侧端部为圆柱体，圆柱体的外圆柱面上与直齿在圆周方向上呈90°和-90°的方向上分别加工有矩形环凹槽，每个凹槽横截面呈现半个工字，该凹槽用于安装橡胶底座(36)。