CN108583679A - 一种基于角传动器的主动转向系统 - Google Patents

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杨林
吴志成
闫炳
王渊哲
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type

Abstract

本发明公开了一种基于角传动器的主动转向系统，属于汽车转向技术领域，所述角传动器包括：第一输入轴、主动锥齿轮、从动锥齿轮及输出轴，其特征在于，所述主动转向系统在角传动器的基础上，还包括：减速电机、第二输入轴及双排行星齿轮；第一输入轴的一端与方向盘同轴连接，另一端与主动锥齿轮同轴固定连接；从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合，并同轴固定连接在双排行星齿轮的行星架上；减速电机的输出轴通过第二输入轴与双排行星齿轮的一个太阳轮同轴固定连接，另一个太阳轮通过输出轴与汽车的两个车轮之间的连接杆上安装的电动助力转向器连接；本发明能够在角传动器的基础上实现主动转向功能，并通过控制减速电机的转动实现传动比的主动可调。

Description

一种基于角传动器的主动转向系统
技术领域
本发明属于汽车转向技术领域，具体涉及一种基于角传动器的主动转向系统。
背景技术
目前十米以上的商用车的转向器均为卧式，由于从方向盘至转向器的输入角度过大，不可能实现用一根转向柱将方向盘与转向器连接起来，所以通常的方法是在中间加一处角传动器来转换传动角度。角传动器相当于一个具有九十度动力传递功能的转向节，只起到改变动力传动方向的作用。
汽车传统的机械转向系统中，转向的传动比(所述传动比为与方向盘连接的输入轴与输出轴的转速比)是固定的。在低速时，转向不仅很费力，驾驶者还要大幅度转动方向盘；而在高速时，转向灵敏性增大，稳定性和安全性却随之下降。这就形成了不可避免的矛盾，因此如何改进优化传统的机械转向系统，以实现人们对汽车在低速转向时灵活性要求和高速时稳定性要求，成为当前汽车转向系统研究的核心问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于角传动器的主动转向系统，能够在角传动器的基础上实现主动转向功能，并通过控制减速电机的转动实现传动比的主动可调。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种基于角传动器的主动转向系统，所述角传动器包括：第一输入轴、主动锥齿轮、从动锥齿轮及输出轴，所述主动转向系统在角传动器的基础上，还包括：减速电机、第二输入轴及双排行星齿轮；
整体连接关系如下：第一输入轴的一端与方向盘同轴连接，另一端与主动锥齿轮同轴固定连接；从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合，并同轴固定连接在双排行星齿轮的行星架上；
减速电机的输出轴通过第二输入轴与双排行星齿轮的一个太阳轮同轴固定连接，另一个太阳轮通过输出轴与汽车的两个车轮之间的连接杆上安装的电动助力转向器连接。
进一步的，所述双排行星齿轮包括：第一行星轮、第二行星轮、第一太阳轮、第二太阳轮及行星架；两个以上第一行星轮沿周向均匀分布在第一太阳轮的外圆周，且每个第一行星轮分别与第一太阳轮外啮合，与行星架内啮合；两个以上第二行星轮沿周向均匀分布在第二太阳轮的外圆周，且每个第二行星轮分别与第二太阳轮外啮合，与行星架内啮合；第一太阳轮和第二太阳轮同轴分布，第一行星轮和第二行星轮一一对应同轴连接。
进一步的，还包括锁止机构；
第二输入轴的中部加工有锁止花键；当锁止机构与锁止花键配合时，对减速电机的输出轴的转动进行锁止；当锁止机构与锁止花键不接触时，不干涉减速电机的输出轴的转动。
有益效果：(1)本发明的双排行星齿轮和减速电机实现了传动比的主动可调，根据行驶状态，通过控制减速电机的转速来自动调整汽车转向的传动比，以完成独立于驾驶者的主动转向；在低速时，减速电机驱动输出轴转动的方向与驾驶者通过转动方向盘驱动输出轴转动的方向一致，传动比变小，能够提高转向的灵活性，还可以减小驾驶者的转向力；在高速时，减速电机驱动输出轴转动的方向与驾驶者通过转动方向盘驱动输出轴转动的方向相反，传动比增大，汽车的灵敏性降低，稳定性提高；因此，本发明具有高可靠性，通用性，市场前景广，普遍适用于使用角传动装置的商用车型上。
(2)本发明的锁止机构能够在所述主动转向系统失效时，将该系统自动恢复到传统的机械转向系统，完全满足安全法规要求。
(3)本发明在辅助驾驶系统中，如混合线控转向系统与车道保持系统联合控制时，减速电机通过混合线控转向系统主动叠加一个转速输出到转向车轮，使车辆保持在车道中间，实现智能驾驶辅助。
附图说明
图1为本发明的结构组成图。
其中，1-主动锥齿轮，2-第一行星轮，3-第二行星轮，4-从动锥齿轮，5-输出轴，6-第二输入轴，7-锁止花键，8-行星架，9-第一输入轴，10-第一太阳轮，11-第二太阳轮。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种基于角传动器的主动转向系统，参见附图1，所述角传动器包括：第一输入轴9、主动锥齿轮1、从动锥齿轮4及输出轴5；所述主动转向系统在角传动器的基础上，还包括：减速电机、第二输入轴6、双排行星齿轮及锁止机构；
所述双排行星齿轮由第一行星轮2、第二行星轮3、第一太阳轮10、第二太阳轮11和行星架8组成；两个以上第一行星轮2沿周向均匀分布在第一太阳轮10的外圆周，且每个第一行星轮2分别与第一太阳轮10外啮合，与行星架8内啮合；两个以上第二行星轮3沿周向均匀分布在第二太阳轮11的外圆周，且每个第二行星轮3分别与第二太阳轮11外啮合，与行星架8内啮合；第一太阳轮10和第二太阳轮11同轴分布，第一行星轮2和第二行星轮3一一对应同轴连接；整体连接关系如下：从动锥齿轮4同轴固定连接在双排行星齿轮的行星架8的一端；主动锥齿轮1与从动锥齿轮4啮合；
第一输入轴9的一端与方向盘同轴连接，另一端与主动锥齿轮1同轴固定连接；
第二输入轴6的一端与减速电机的输出轴连接，另一端与双排行星齿轮的第一太阳轮10同轴固定连接；
输出轴5的一端与双排行星齿轮的第二太阳轮11同轴固定连接，另一端与两个车轮之间的连接杆上安装的电动助力转向器连接；
第二输入轴6的中部加工有锁止花键7；当锁止机构与锁止花键7配合时，能够对减速电机的输出轴的转动进行锁止；当锁止机构与锁止花键7不接触时，不干涉减速电机的输出轴的转动。
工作原理：转动方向盘，通过第一输入轴9带动主动锥齿轮1转动，进而带动从动锥齿轮4及与其固连的行星架8转动；行星架8转动通过第二行星轮3带动第二太阳轮11及输出轴5转动；同时，控制减速电机转动，减速电机通过第二输入轴6带动双排行星齿轮的第一太阳轮10转动，进而顺序通过第一行星轮2、第二行星轮3及第二太阳轮11带动输出轴5转动；此时，输出轴5的转动由第一输入轴9和第二输入轴6复合驱动；
根据行星传动的运动方程，可知输出轴5的转速n5的计算公式如下：
式中，n6为第二输入轴6的转速(即减速电机的转速)，n4为与从动锥齿轮4固连的行星架8的转速(即第一输入轴9的转速)，α为当行星架8不动时的第二输入轴6与输出轴5的转速比，即其中，z2为第一行星轮2的齿数，z6为与第二输入轴6固连的第一太阳轮10的齿数，z5为与输出轴5固连的第二太阳轮11的齿数，z3为第二行星轮3的齿数；
由公式(1)可知，输出轴5的转速n5等于第二输入轴6转速(即减速电机的转速)和行星架8转速的加权和，加权系数分别为和由于转向系统的传动比为n4与n5的比值，通过控制第二输入轴6的转速n6，即可实现转向的传动比可调，达到主动干预转向或人机智能共驾的功能；
当该主动转向系统失效，即无法控制减速电机的转速时，可通过锁止机构来锁止第二输入轴6，使其转速为0，即n6＝0，此时，此时，若的取值趋近于0，所述转向系统的传动比与传统的机械转向系统(传统的机械转向系统的输出轴的转速n5＝第一输入轴9的转速n4)的传动比相同。
综上所述，以上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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于角传动器的主动转向系统，所述角传动器包括：第一输入轴(9)、主动锥齿轮(1)、从动锥齿轮(4)及输出轴(5)，其特征在于，所述主动转向系统在角传动器的基础上，还包括：减速电机、第二输入轴(6)及双排行星齿轮；
整体连接关系如下：第一输入轴(9)的一端与方向盘同轴连接，另一端与主动锥齿轮(1)同轴固定连接；从动锥齿轮(4)与主动锥齿轮(1)啮合，并同轴固定连接在双排行星齿轮的行星架上；
减速电机的输出轴通过第二输入轴(6)与双排行星齿轮的一个太阳轮同轴固定连接，另一个太阳轮通过输出轴(5)与汽车的两个车轮之间的连接杆上安装的电动助力转向器连接。
2.如权利要求1所述的一种基于角传动器的主动转向系统，其特征在于，所述双排行星齿轮包括：第一行星轮(2)、第二行星轮(3)、第一太阳轮(10)、第二太阳轮(11)及行星架(8)；两个以上第一行星轮(2)沿周向均匀分布在第一太阳轮(10)的外圆周，且每个第一行星轮(2)分别与第一太阳轮(10)外啮合，与行星架(8)内啮合；两个以上第二行星轮(3)沿周向均匀分布在第二太阳轮(11)的外圆周，且每个第二行星轮(3)分别与第二太阳轮(11)外啮合，与行星架(8)内啮合；第一太阳轮(10)和第二太阳轮(11)同轴分布，第一行星轮(2)和第二行星轮(3)一一对应同轴连接。
3.如权利要求1所述的一种基于角传动器的主动转向系统，其特征在于，还包括锁止机构；
第二输入轴(6)的中部加工有锁止花键(7)；当锁止机构与锁止花键(7)配合时，对减速电机的输出轴的转动进行锁止；当锁止机构与锁止花键(7)不接触时，不干涉减速电机的输出轴的转动。
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