CN107719463A - 一种线控转向系统失效保护装置 - Google Patents

一种线控转向系统失效保护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种线控转向系统失效保护装置，该装置主要由主动轴、从动轴、电磁线圈、限位板、弹簧、环形衔铁、弹簧固定板及锥形传动轴构成，主动轴直接接受转向盘传递过来的转矩，从动轴通过锥形传动轴与主动轴机械连接在一起，电磁线圈、限位板和弹簧固定板固定安装于主动轴上，弹簧一端固定在弹簧固定板上，另一端固定在环形衔铁上，环形衔铁与锥形传动轴固定连接且安装于主动轴的导向槽内，锥形传动轴可与线控转向系统中的转向执行机构相连，实现机械转向。该装置可用于装有线控转向系统的车辆，在线控转向系统失效时，实现线控转向到机械转向的切换，提高车辆行驶的安全性。

Description

一种线控转向系统失效保护装置
技术领域
本发明涉及线控转向系统技术领域，特别涉及一种线控转向系统失效保护装置。
背景技术
线控转向系统颠覆了传统转向系统的概念，取消了方向盘和转向器之间的机械连接，采用电机和控制器实现车辆的转向功能。这种机械结构方面的改进为车辆转向控制带来了前所未有的空间，但是同时也带来了一个新的课题，如何保证线控转向系统转向动力传递的可靠性已经成为了线控转向系统发展中的一个极其重要的部分。
目前线控转向系统的失效保护往往采用硬件冗余、软件容错以及机械式保护的方式，现有的机械式保护装置采用带齿轮的传动轴结构或者摩擦式离合器结构。中国专利(CN101734275A)公开了一种线控转向系统失效防护装置，该装置包括上转向柱、下转向柱以及上转向柱、下转向柱之间设置的可沿轴向移动的传动轴，上转向柱和下转向柱设有齿轮，传动轴上设有与上下转向柱的齿轮配合的齿轮，上、下转向柱与传动轴之间设有电磁线圈与钢铁吸盘，传动轴在电磁线圈与钢铁吸盘的配合作用下及复位力作用下沿轴向移动，在线控转向系统失效时，通过传动轴自身重力或者加设的复位装置的作用下，传动轴的齿轮与上转向柱、下转向柱的齿轮同时啮合，使上转向柱和下转向柱机械连接，将线控转向变为机械转向。该发明的缺点是系统只能在掉电状态下实现线控转向和机械转向的切换，在系统传感器故障时不能起到失效保护作用，另外该发明中电磁线圈失电时，传动轴的齿轮与上、下转向柱的齿轮会出现不能啮合，甚至打滑现象。中国专利(申请号：201710133930.8)公开了一种适应于线控转向的离合器装置，该离合器的失效装置系统阻力矩大，结构复杂且难以使整个线控转向系统紧凑，安装时所占空间过大，线控转向技术节省车内空间的优势不能体现出来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有线控转向系统失效保护技术的缺陷，提供一种阻力矩小，结构紧凑、成本低、安全性高的失效保护装置。
本发明解决其技术问题采用下述技术方案：
一种线控转向系统失效保护装置，包括主动轴、从动轴和锥形传动轴，锥形传动轴位于主动轴和从动轴之间，安装时要求主动轴的轴线与从动轴的轴线重合，所述锥形传动轴下端设有齿状凸起A，所述从动轴上端加工成V字状，且V字状内部设有齿状凸起B，所述齿状凸起A可以与齿状凸起B啮合，从而实现锥形传动轴和从动轴啮合；所述主动轴从上至下依次固定安装有电磁线圈、限位板和弹簧固定板，所述限位板下端的主动轴上设有导向槽，所述导向槽内安装有环形衔铁，所述环形衔铁内环设有对称的两耳，安装时两耳恰好位于导向槽内，所述环形衔铁的两耳可以与锥形传动轴焊接一起或用螺丝固定安装于导向槽内，且环形衔铁与锥形传动轴顶端固定连接，环形衔铁可在导向槽内与锥形传动轴一起沿着主动轴轴向运动；所述环形衔铁位于限位板和弹簧固定板之间，所述弹簧固定板固定弹簧一端，所述弹簧另一端固定在环形衔铁上；所述限位板下端固定安装弹性垫板，防止限位板与环形衔铁刚性接触；所述限位板用于防止环形衔铁与电磁线圈直接接触，限制环形衔铁在主动轴上运动的最大行程。
上述方案中，所述限位板由非导磁性材料加工而成。
上述方案中，电磁线圈由车载电源供电，电磁线圈在通电情况下对环形衔铁产生吸合力，当电磁线圈失电时，主动轴、锥形传动轴、从动轴采用机械连接到一起，从动轴跟随主动轴一起旋转。
由于采用以上技术方案，本发明的有益效果为：
1)从动轴上端加工成“V”字状，可避免车辆在不平路面上由于振动造成锥形传动轴与从动轴发生相对轴向位移而不能啮合；锥形传动轴与从动轴采用齿状凸起啮合，减少了啮合时可能有的打滑现象；整个装置主要元件只有主动轴、锥形传动轴和从动轴，安装空间小。
2)转向系统失效保护装置能在系统掉电状态和传感器故障两种状态下实现线控转向和机械转向的切换，提高线控转向车辆行驶安全性。
附图说明
图1为线控转向系统失效保护装置结构示意图；
图2为环形衔铁俯视平面图；
图3为车辆线控转向系统示意图；
图4为电磁线圈得电时线控转向系统失效保护装置结构示意图；
图5为电磁线圈失电时线控转向系统失效保护装置结构示意图。
图中：1.主动轴，2.从动轴，3.电磁线圈，4.弹性垫板，5.限位板，6.弹簧，7.环形衔铁，8.弹簧固定板，9.导向槽，10.锥形传动轴，11.齿状凸起A，12.齿状凸起B，20.转向系统失效保护装置，21.转向盘，22.电子开关，23.转向控制器，24.车载电源，25.转向电机，26.角度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本实施例的线控转向系统失效保护装置由主动轴1、从动轴2、电磁线圈3、限位板5、弹簧6、环形衔铁7、弹簧固定板8及锥形传动轴10构成，锥形传动轴10位于主动轴1和从动轴2之间，从动轴2的轴线安装时要求与主动轴1的轴线重合，锥形传动轴10可与线控转向系统中的转向执行机构相连，实现转向；锥形传动轴10下端设有若干个齿状凸起A11，从动轴2上端加工成V字状，且V字状内部设有若干个齿状凸起B12，齿状凸起A11与齿状凸起B12的个数相同，齿状凸起A11可以与齿状凸起B12啮合，从而实现锥形传动轴10和从动轴2啮合；主动轴1从上至下依次固定安装有电磁线圈3、限位板5(限位板5由非导磁性材料制成，用于防止环形衔铁7与电磁线圈3直接接触，限制环形衔铁7在主动轴1上运动的最大行程)和弹簧固定板8，限位板5下端固定安装弹性垫板4，防止限位板5与环形衔铁7刚性接触，起到缓冲的作用；限位板5下端的主动轴1上设有导向槽9，导向槽9内安装有环形衔铁7，环形衔铁7内环设有对称的两耳(图2)，安装时两耳恰好位于导向槽9内，环形衔铁7的两耳可以与锥形传动轴10焊接一起或用螺丝固定安装于导向槽9内，且环形衔铁7与锥形传动轴10顶端固定连接，环形衔铁7可在导向槽9内与锥形传动轴10一起沿着主动轴1轴向运动；环形衔铁7位于限位板5和弹簧固定板8之间，环形衔铁7和弹簧固定板8之间固定有两个弹簧6，弹簧6一端固定在弹簧固定板8上，弹簧6另一端固定在环形衔铁7上；电磁线圈3由车载电源24供电，电磁线圈3在通电情况下对环形衔铁7产生吸合力，当电磁线圈3失电时，主动轴1、锥形传动轴10、从动轴2啮合在一起，从动轴2跟随主动轴1一起旋转。
图3为车辆线控转向系统示意图，由转向系统失效保护装置20、转向盘21、电子开关22、转向控制器23、车载电源24、转向电机25及角度传感器26构成，转向盘21与主动轴1一端连接，主动轴1直接接受转向盘21传递过来的转矩，主动轴1另一端连接转向系统失效保护装置20一端，转向系统失效保护装置20另一端通过传动轴10与从动轴2连接，转向系统失效保护装置20还连有车载电源24、电子开关22，电子开关22与转向控制器23连接，转向控制器23还与转向电机25、角度传感器26相连，角度传感器26固定安装在主动轴1上。
以下分别对电磁线圈3得电和失电两种情况下车辆线控转向系统的工作情况进行说明：
当线控转向系统运行正常时，转向控制器23控制电子开关22闭合，车载电源24经过电子开关22给电磁线圈3供电，此时电磁线圈3得电，如图4所示，从图中可以看出，锥形传动轴10与环形衔铁7一起被电磁线圈3所产生的磁场力吸引，这时弹簧6被拉伸，环形衔铁7受到弹簧6向下的作用力，环形衔铁7与锥形传动轴10沿着导向槽9运动到弹性垫板4处，此时主动轴1和从动轴2处于完全脱离状态，车辆的转向由角度传感器26将转向盘21所转动的角度信号传送给转向控制器23，转向控制器23通过控制转向电机25完成车辆的正常转向，实现真正的线控转向。
当转向电机25故障或者由于其它传感器原因造成线控转向系统故障时，转向控制器23发出控制信号使电子开关22断开，此时电磁线圈3失电失去了对环形衔铁7的吸引，环形衔铁7与锥形传动轴10在弹簧6的拉力和两者自身重力作用下沿导向槽9运动，锥形传动轴10在下降过程中弹簧6对衔铁7的作用力一直向下；当锥形传动轴10运动到与从动轴2接触时，可能出现两种情况：一种是锥形传动轴10上的齿形凸起A11与从动轴2上的齿形凸起B12相接触，此时主动轴1只要有个很小的转矩，则锥形传动轴10与传动轴2啮合，此时主动轴1、锥形传动轴10、从动轴2连为一体，实现了线控转向到机械转向的切换；另一种情况是锥形传动轴10上的齿状凸起A11没有与从动轴2上的齿状凸起B12相对，则锥形传动轴10与传动轴2直接啮合，两种情况下锥形传动轴10与从动轴2啮合示意图如图5所示；当主动轴1、锥形传动轴10、从动轴2连为一体后，转向控制器23断电，失去对转向电机25的控制，操作者可以通过转向盘21直接操作转向执行机构，实现机械转向，避免在线控转向系统失灵时造成重大事故。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，应当理解，本发明并不限于这里所描述的实现方案，这些实现方案描述的目的在于帮助本领域中的技术人员实践本发明。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离本发明精神和范围的情况下进行进一步的改进和完善，因此本发明只受到本发明权利要求的内容和范围的限制，其意图涵盖所有包括在由所附权利要求所限定的本发明精神和范围内的备选方案和等同方案。

Claims (10)

1.一种线控转向系统失效保护装置，包括主动轴(1)和从动轴(2)，其特征在于，还包括位于主动轴(1)和从动轴(2)之间的锥形传动轴(10)，所述锥形传动轴(10)下端设有齿状凸起A(11)，所述从动轴(2)上端加工成V字状，且V字状内部设有齿状凸起B(12)，所述齿状凸起A(11)可以与齿状凸起B(12)啮合，从而实现锥形传动轴(10)和从动轴(2)啮合；所述主动轴(1)从上至下依次固定安装有电磁线圈(3)、限位板(5)和弹簧固定板(8)，所述限位板(5)下端的主动轴(1)上设有导向槽(9)，所述导向槽(9)内安装有环形衔铁(7)，且环形衔铁(7)与锥形传动轴(10)顶端固定连接，环形衔铁(7)可在导向槽(9)内与锥形传动轴(10)一起沿着主动轴(1)轴向运动；所述环形衔铁(7)位于限位板(5)和弹簧固定板(8)之间，所述弹簧固定板(8)固定弹簧(6)一端，所述弹簧(6)另一端固定在环形衔铁(7)上。
2.如权利要求1所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，所述限位板(5)下端固定安装弹性垫板(4)，防止限位板(5)与环形衔铁(7)刚性接触。
3.如权利要求1所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，所述环形衔铁(7)内环设有对称的两耳，安装时两耳恰好位于导向槽(9)内。
4.如权利要求3所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，所述环形衔铁(7)的两耳可以与锥形传动轴(10)焊接一起。
5.如权利要求3所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，所述环形衔铁(7)的两耳可以用螺丝固定安装于导向槽(9)内。
6.如权利要求1所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，安装时要求主动轴(1)的轴线与从动轴(2)的轴线重合。
7.如权利要求1所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，所述限位板(5)由非导磁性材料加工而成。
8.如权利要求1所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，所述电磁线圈(3)在通电情况下对环形衔铁(7)产生吸合力。
9.如权利要求1所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，当电磁线圈(3)失电时，主动轴(1)、锥形传动轴(10)、从动轴(2)采用机械连接到一起，从动轴(2)跟随主动轴(1)一起旋转。
10.如权利要求1所述的一种线控转向系统失效保护装置，其特征在于，所述限位板(5)用于防止环形衔铁(7)与电磁线圈(3)直接接触，限制环形衔铁(7)在主动轴(1)上运动的最大行程。
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