CN109204451A - 一种双电机电动助力转向系统及其助力转向方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机电动助力转向系统及其助力转向方法，系统中转向盘下方连接第一转向轴，第一转向轴通过万向节连接第二转向轴；转向盘转矩转角传感器设置在转向盘下方，用来检测作用在转向盘上的转矩和转向盘转角信号；主电机和辅助电机同轴，通过联轴器连接；主电机的输出端与第二转向轴通过转矩耦合器并联；转矩耦合器的输出端通过第三转向轴连接转向器。本发明通过设置两台同轴且通过联轴器连接的助力电机，根据所需助力转矩的大小，控制主电机和辅助电机始终各自承担一半的助力电流，同时输出转矩，满足商用车等对较大转矩的需求，同时提高商用车的燃油经济性，降低运输成本。

Description

一种双电机电动助力转向系统及其助力转向方法

技术领域

本发明属于助力转向系统技术领域，具体涉及一种双电机电动助力转向系统及其助力转向方法。

背景技术

现有的电动助力转向系统安全性、可靠性较高，转向特性曲线较理想。同时，由于采用直流电机，不需发动机提供高压油，整车燃油经济性较好。但是，受车用电池供电电压、安装尺寸等方面的限制，电动助力转向系统输出转矩较小，无法满足商用车转向助力的要求，目前应用领域仍局限于乘用车和轻型商用车。

因此，从燃油经济性来看，采用大输出转矩的电动助力转向系统对于提高商用车的燃油经济性、降低运输成本具有积极意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种双电机电动助力转向系统及其助力转向方法，以解决电动助力转向系统输出转矩过小，无法满足商用车需求的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种双电机电动助力转向系统，包括转向盘、转矩耦合器、转向器、减速机构、双电机和控制器，转向盘通过转向轴与转矩耦合器的输入端连接，转矩耦合器的输入端并联连接有电磁离合器，电磁离合器经减速机构与双电机连接，转向盘和转矩耦合器之间设置有转向盘转矩转角传感器，双电机之间通过联轴器同轴连接；双电机、电磁离合器的控制端和转向盘转矩转角传感器的输出端分别与控制器连接，电磁离合器与转向轴通过转矩耦合器进行转矩耦合，合并后的转矩作用于转向器实现车辆转向。

具体的，转向轴包括第一转向轴、第二转向轴和第三转向轴，第一转向轴位于转向盘的下方，一端与转向盘连接，另一端通过万向节与第二转向轴的一端连接；第二转向轴的另一端与转矩耦合器的输入端连接，转矩耦合器的输出端通过第三转向轴连接转向器。

具体的，电磁离合器与减速机构之间设置有过载保护器，减速机构的输出端与过载保护器连接；过载保护器的输出端与电磁离合器的一端连接。

进一步的，过载保护器包括上法兰盘和下法兰盘；上法兰盘与减速机构的输出端连接，下法兰盘与电磁离合器的一端连接。

进一步的，上法兰盘和下法兰盘上分别对应开有四对孔，通过橡胶连接销连接。

具体的，双电机包括主电机和辅助电机，主电机和辅助电机通过联轴器同轴连接。

进一步的，主电机的输出端连接减速机构的输入端，主电机的控制端和辅助电机的控制端分别与控制器连接。

一种双电机电动助力转向系统的助力转向方法，包括以下步骤：

S1、采集车速信号和转角信号并发送给控制器，确定转向盘具有的转向力矩；

S2、控制器将步骤S1结果与转矩转角传感器采集的转向盘转矩进行运算，得出助力电机的输出转矩；

S3、控制器对助力电机应当输出的转矩平均分配，控制主电机和辅助电机同时助力，各自承担一半的输出转矩，完成转向助力。

具体的，当电机和控制器出现故障，发生自动转向时，橡胶连接销断裂，起过载保护作用。

具体的，当助力转向系统出现故障时，由控制器控制，断开电磁离合器，防止车辆发生自动转向；电磁离合器的输出端通过转矩耦合器与第二转向轴并联，将耦合后的转向力矩输出到转向器，实现助力转向过程。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种双电机电动助力转向系统，通过设置两台通过联轴器相连的助力电机，根据所需助力转矩的大小，控制两台助力电机同时输出转矩，满足商用车等对较大转矩的需求，采用大输出转矩的电动助力转向系统对于提高商用车的燃油经济性、降低运输成本具有积极意义，通过设置减速机构起到减速增扭的作用，进一步增大助力电机输出转矩。

进一步的，设置电磁离合器起到保护作用，当电机出现故障时，电磁离合器断开，防止车辆自动转向造成重大事故；此电磁离合器为常闭状态。

进一步的，设置过载保护器，当电机和控制器出现故障，发生自动转向时，由于转矩过大，橡胶连接销会产生断裂，切断转矩的传递，起到过载保护的作用，本发明含有过载保护器和电磁离合器的双重保护，保证电动助力转向系统发生故障时的转向可靠性。

进一步的，过载保护器包括上法兰盘和下法兰盘；上法兰盘和下法兰盘中开有四对相对应的孔，且通过橡胶连接销连接；当电机和控制器出现故障，工作转矩超过系统允许的最大转矩时，橡胶连接销会发生断裂，从而使传动自动停止，起到过载保护的作用。

本发明还提供了双电机电动助力转向系统的助力转向方法：车速传感器采集的车速信号和转向盘转矩转角传感器采集的转角信号输出至控制器，由控制器根据车速、转向盘转角计算出侧向加速度，并与控制器中存储的驾驶员平均所偏好的转向力矩、侧向加速度和车速的变化曲线进行比对，得出转向盘应当具有的转向力矩；然后，与转矩转角传感器采集的转向盘转矩进行运算，得出助力电机应当输出的转矩；控制器对助力电机应当输出的转矩平均分配，控制主电机和辅助电机同时助力，各自承担一半的输出转矩，完成转向助力。

进一步的，设置过载保护器，当电机和控制器出现故障，发生自动转向时，由于转矩过大，橡胶连接销会产生断裂，切断转矩的传递，起到过载保护的作用。

进一步的，设置电磁离合器，当电机出现故障时，断开电磁离合器，防止车辆自动转向造成重大事故，起到保护作用，此时仍可使用机械转向。

综上所述，本发明通过设置两台同轴且通过联轴器连接的助力电机，根据所需助力转矩的大小，控制主电机和辅助电机始终各自承担一半的助力电流，同时输出转矩，满足商用车等对较大转矩的需求，同时提高商用车的燃油经济性，降低运输成本。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明双电机电动助力转向系统的结构简图；

图2为本发明过载保护器结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为俯视图；

图3为本发明双电机电动助力转向系统的控制策略图；

图4为我国驾驶员平均所偏好的转向力矩、侧向加速度和车速的变化曲线图。

其中：1.转向盘；2.第一转向轴；3.转向盘转矩转角传感器；4.减速机构；5.第二转向轴；6.转矩耦合器；7.第三转向轴；8.转向器；9.控制器；10.主电机；11.联轴器；12.辅助电机；13.过载保护器；14.电磁离合器；15.过载保护器上法兰盘；16.过载保护器下法兰盘；17.橡胶连接销。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了一种双电机电动助力转向系统，包括转向盘1、第一转向轴2、转向盘转矩转角传感器3、减速机构4、第二转向轴5、转矩耦合器6、转向器8、控制器9、主电机10、联轴器11、辅助电机12、过载保护器13和电磁离合器14。

转向盘1通过转向轴与转向器8连接，转向盘1与转向器8之间设置转向盘转矩转角传感器3和转矩耦合器6，辅助电机12通过联轴器11与主电机10连接，主电机10的输出端与减速机构4连接，减速机构4的输出端通过转矩耦合器6与第二转向轴5连接，转向盘转矩转角传感器3的输出端、电磁离合器14的控制端和主、辅电机的控制端分别与控制器9连接。

转向轴包括第一转向轴2、第二转向轴5和第三转向轴7，第一转向轴2位于转向盘1的下方，一端与转向盘1连接，另一端通过万向节连接第二转向轴5的一端；第二转向轴5的另一端与转矩耦合器6的输入端连接，转矩耦合器6的输出端通过第三转向轴7连接转向器8，从而实现转向功能；

转向盘转矩转角传感器3设置在转向盘1下方，用来检测作用在转向盘1上的转矩和转角信号，转向盘转矩转角传感器3的输出端连接控制器9；

主电机10和辅助电机12通过联轴器11同轴连接，主电机10的输出端连接减速机构4的输入端，减速机构用来降低电机转速，增大输出转矩，主电机10的控制端和辅助电机12的控制端与控制器9连接；

减速机构4与转矩耦合器6之间依次设置有过载保护器13和电磁离合器14，减速机构4的输出端连接过载保护器13；过载保护器13的输出端连接电磁离合器14的一端；电磁离合器14的另一端与第二转向轴5通过转矩耦合器6并联，电磁离合器14的控制端连接控制器9。

请参阅图2(a)和(b)，过载保护器13包括上法兰盘15和下法兰盘16；上法兰盘15和下法兰盘16中开有四对相对应的孔，通过橡胶连接销17连接，上法兰盘15连接减速机构4的输出端，下法兰盘16连接电磁离合器14的一端。电磁离合器14的另一端与第二转向轴5通过转矩耦合器6实现转矩耦合，耦合后的转矩作用于转向器8，实现车辆转向。

请参阅图3，本发明一种双电机电动助力转向系统的助力转向方法，包括以下步骤：

S1、采集车速信号和转角信号并发送给控制器9，确定转向盘具有的转向力矩；

车速传感器采集的车速信号和转向盘转矩转角传感器3采集的转角信号输出至控制器9，由控制器9根据车速、转向盘转角计算出侧向加速度，并与控制器9中存储的驾驶员平均所偏好的转向力矩、侧向加速度和车速的变化曲线进行比对，得出转向盘应当具有的转向力矩；

S2、控制器9将步骤S1结果与转矩转角传感器3采集的转向盘转矩进行运算，得出助力电机应当输出的转矩；

控制器9将得出的转向盘应当具有的转向力矩与转矩转角传感器3采集的转向盘转矩进行运算，得出助力电机应当输出的转矩；

S3、控制器9对助力电机应当输出的转矩平均分配，控制主电机10和辅助电机12同时助力，始终各自承担一半的输出转矩，完成转向助力。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当电机和控制器9出现故障，发生自动转向时，由于转矩过大，橡胶连接销17会产生断裂，切断转矩的传递，使电动助力转向失效，起到过载保护的作用。

当助力转向系统出现故障时，由控制器9控制，断开电磁离合器14，防止发生自动转向；电磁离合器14的输出端通过转矩耦合器6与第二转向轴5并联，将耦合后的转向力矩输出到转向器8，实现助力转向过程。

控制器9根据车速信号、转向盘转角信号，计算得到车辆侧向加速度，并比对控制器9中存储的转向力矩、侧向加速度和车速的变化曲线(以吉林大学国家重点实验室利用开放型驾驶模拟器得出的驾驶员平均所偏好的转向力矩、侧向加速度和车速的变化曲线为例，如图4所示)控制两助力电机转矩；此外可以通过实验得出不同车速下的驾驶员偏好的转向力矩与侧向加速度的变化曲线来控制主电机10和辅助电机12的输出转矩。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双电机电动助力转向系统，其特征在于，包括转向盘(1)、转矩耦合器(6)、转向器(8)、减速机构(4)、双电机和控制器(9)，转向盘(1)通过转向轴与转矩耦合器(6)的输入端连接，转矩耦合器(6)的输入端并联连接有电磁离合器(14)，电磁离合器(14)经减速机构(4)与双电机连接，转向盘(1)和转矩耦合器(6)之间设置有转向盘转矩转角传感器(3)，双电机之间通过联轴器(11)同轴连接；双电机、电磁离合器(14)的控制端和转向盘转矩转角传感器(3)的输出端分别与控制器(9)连接，电磁离合器(14)与转向轴通过转矩耦合器(6)进行转矩耦合，合并后的转矩作用于转向器(8)实现车辆转向。

2.根据权利要求1所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，转向轴包括第一转向轴(2)、第二转向轴(5)和第三转向轴(7)，第一转向轴(2)位于转向盘(1)的下方，一端与转向盘(1)连接，另一端通过万向节与第二转向轴(5)的一端连接；第二转向轴(5)的另一端与转矩耦合器(6)的输入端连接，转矩耦合器(6)的输出端通过第三转向轴(7)连接转向器(8)。

3.根据权利要求1所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，电磁离合器(14)与减速机构(4)之间设置有过载保护器(13)，减速机构(4)的输出端与过载保护器(13)连接；过载保护器(13)的输出端与电磁离合器(14)的一端连接。

4.根据权利要求3所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，过载保护器(13)包括上法兰盘(15)和下法兰盘(16)；上法兰盘(15)与减速机构(4)的输出端连接，下法兰盘(16)与电磁离合器(14)的一端连接。

5.根据权利要求4所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，上法兰盘(15)和下法兰盘(16)上分别对应开有四对孔，通过橡胶连接销(17)连接。

6.根据权利要求1所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，双电机包括主电机(10)和辅助电机(12)，主电机(10)和辅助电机(12)通过联轴器(11)同轴连接。

7.根据权利要求6所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，主电机(10)的输出端连接减速机构(4)的输入端，主电机(10)的控制端和辅助电机(12)的控制端分别与控制器(9)连接。

8.一种如权利要求1所述双电机电动助力转向系统的助力转向方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集车速信号和转角信号并发送给控制器(9)，确定转向盘具有的转向力矩；

S2、控制器(9)将步骤S1结果与转矩转角传感器(3)采集的转向盘转矩进行运算，得出助力电机的输出转矩；

S3、控制器(9)对助力电机应当输出的转矩平均分配，控制主电机(10)和辅助电机(12)同时助力，各自承担一半的输出转矩，完成转向助力。

9.根据权利要求8所述的一种双电机电动助力转向系统的助力转向方法，其特征在于，当电机和控制器(9)出现故障，发生自动转向时，橡胶连接销(17)断裂，起过载保护作用。

10.根据权利要求8所述的一种双电机电动助力转向系统的助力转向方法，其特征在于，当助力转向系统出现故障时，由控制器(9)控制，断开电磁离合器(14)，防止车辆发生自动转向；电磁离合器(14)的输出端通过转矩耦合器(6)与第二转向轴(5)并联，将耦合后的转向力矩输出到转向器(8)，实现助力转向过程。