CN109249984A - 用于线控转向系统的转向装置 - Google Patents

Abstract

用于线控转向系统的转向装置包括：驱动构件，与方向盘一起旋转并且具有从驱动构件突出的第一止动件；变速齿轮，接收来自驱动构件的旋转力，改变旋转速度，并输出改变后的旋转速度；和从动构件，接收从变速齿轮输出的旋转力，以与驱动构件的旋转速度不同的旋转速度旋转，并且具有第二止动件，第二止动件从从动构件突出并设置在第一止动件的旋转半径内。第二止动件在驱动构件的旋转期间在预定转向角度处与第一止动件接触。

Description

用于线控转向系统的转向装置

技术领域

本公开涉及一种用于线控转向(steer-by-wire)系统的转向装置，更具体地，涉及如下一种用于线控转向系统的转向装置，其通过使用与转向柱(column)一起旋转的两个旋转部件之间的传动比的差来限制方向盘的最大转向角度。

背景技术

线控转向系统是一种没有方向盘与车辆的驱动轮之间的机械联动装置的转向系统。该转向系统经由电子控制单元(ECU)接收方向盘旋转信号，并且根据方向盘旋转信号操作连接到驱动轮的转向电动机，从而使车辆转向。

由于线控转向系统消除了通常在传统转向系统中设置的机械联动装置，因此线控转向系统提供许多优点，例如增加转向系统的配置的布局灵活性，提高燃料效率，消除从车轮传递的干扰等。

线控转向系统也具有如下缺点：由于方向盘与驱动轮之间的机械断开，不能向驾驶员提供正确的转向反馈信息。

例如，传统的转向系统不需要产生方向盘反作用扭矩，因为它们具有诸如万向节等的机械联动装置，但是线控转向系统需要使用电动机等产生方向盘反作用扭矩或者恢复反作用扭矩，因为它们没有机械联动装置。

另外，通常当轮胎(即，车轮)无法进一步旋转超过旋转角度限制时，方向盘还可以进一步旋转。因此，需要限制车辆的方向盘的旋转。

因此，关于线控转向系统，需要限制方向盘的最大旋转角度的技术，并且近来已经提出能够机械地限制方向盘的最大旋转角度的各种机构。

然而，现有的线控转向系统仍然存在空间利用效率低的问题，因为分别设置了旋转限制机构和方向盘反作用扭矩产生机构。

前述内容仅意图帮助理解本公开的背景，而不意味着本公开落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

发明内容

已经考虑到现有技术中出现的上述问题做出了本公开，并且本公开的目的在于提供一种用于线控转向系统的转向装置，该装置通过使用与转向柱一起旋转的两个旋转部件之间的传动比差来限制方向盘的最大转向角度。

为了实现上述目的，本公开提供一种用于线控转向系统的转向装置，该转向装置包括：驱动构件，与方向盘的旋转一起旋转并且具有从驱动构件突出的第一止动件；变速齿轮，接收来自驱动构件的旋转力，改变旋转速度，并输出改变后的旋转速度；和从动构件，接收从变速齿轮输出的旋转力，以与驱动构件的旋转速度不同的旋转速度旋转，并且具有第二止动件，第二止动件从从动构件突出，并设置在第一止动件的旋转半径内。第二止动件在驱动构件的旋转期间在预定转向角度处与第一止动件接触。

变速齿轮可以包括：第一连接构件，以第一传动比与驱动构件啮合并且与驱动构件一起旋转；和第二连接构件，以与第一传动比不同的第二传动比与从动构件啮合，并与第一连接构件一起旋转。

驱动构件可以固定地安装到转向柱；从动构件可以可旋转地安装到转向柱，从动构件相对于转向柱执行相对旋转；连接轴可以可旋转地安装在转向柱的一侧；第一连接构件和第二连接构件可以固定到连接轴的两端部；并且第一连接构件和第二连接构件可以通过分别与驱动构件和从动构件外啮合而分别连接到驱动构件和从动构件。

驱动构件、从动构件、第一连接构件和第二连接构件可以分别是齿轮。

第一止动件可以被布置为面对从动构件；第二止动件可以被布置为面对驱动构件；并且第一止动件和第二止动件可以以相等的旋转半径旋转。

当方向盘停留在转向角中立位置时，第一止动件和第二止动件可以相对于转向柱的轴分别布置在相对两侧上。

转向装置可以进一步包括：第一感测构件，通过以预定传动比与驱动构件啮合而与驱动构件一起旋转，并且具有第一磁体，第一磁体被安装为使得磁场的位置根据第一感测构件的旋转方向而改变；第二感测构件，通过以与第一感测构件和驱动构件的传动比不同的预定传动比与从动构件啮合而与从动构件一起旋转，并且具有第二磁体，第二磁体被安装为使得磁场的位置根据第二感测构件的旋转方向而改变；第一霍尔传感器，根据第一感测构件的旋转来检测磁场的位置的改变；第二霍尔传感器，根据第二感测构件的旋转来检测磁场的位置的改变；和控制器，使用从第一霍尔传感器和第二霍尔传感器传输的信号来计算绝对旋转角度。

第一感测构件和第二感测构件可以通过与驱动构件外啮合而连接到驱动构件。

根据本发明的转向装置在与转向柱一起在相同方向上旋转的两个止动件之间产生旋转速度差，由此在特定转向角度处限制止动件的旋转。转向装置可以以这种方式机械地限制方向盘的最大转向角度。另外，由于转向角限制结构被设计为具有紧凑的尺寸，所以提高了采用转向装置的线控转向系统的空间利用效率，并且因此提高了车辆的适销性。

另外，由于使用在转向柱旋转期间以不同速度旋转的两个齿轮之间的旋转速度差来计算方向盘的绝对旋转角度，因此转向装置可以用作用于检测方向盘的角度的转向角传感器。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本公开的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1是示出根据本公开的一个实施例的转向装置的结构的图示，用于描述转向装置的驱动构件和从动构件的旋转运动；

图2是示出根据本公开的一个实施例的转向装置的绝对旋转角度计算机构的原理和结构的图示；

图3是示出在结构上限制转向角度的操作的图示，在其中，从动构件以比驱动构件更高的旋转速度旋转；

图4是示出在结构上限制转向角度的操作的图示，在其中，驱动构件以比从动构件更高的旋转速度旋转；以及

图5是示出磁场根据第一感测构件和第二感测构件之间的旋转速度差的改变的图示。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。

根据本公开的一个实施例，用于线控转向系统的转向装置包括驱动构件5、变速齿轮和从动构件13。

参考图1和图2，驱动构件5与方向盘1一起旋转，并且包括从其内表面向内突出的第一止动件5a。

变速齿轮接收从驱动构件5传递的旋转力，改变从驱动构件5传递的旋转速度，并输出改变后的旋转速度。

从动构件13接收从变速齿轮输出的旋转力，并且以与驱动构件5的旋转速度不同的旋转速度在与驱动构件5相同的方向上旋转。第二止动件13a被设置在第一止动件5a的旋转半径内。第二止动件13a从从动构件13的内表面向内突出。当驱动构件5旋转时，第二止动件13a通过在方向盘1的特定转向角度处与第一止动件5a接触来限制方向盘1的旋转。

也就是说，根据上述结构，当方向盘1从转向角中立位置向左或向右旋转时，驱动构件5也与方向盘1一起旋转。

然后，从动构件13也与驱动构件5一起旋转。在这种情况下，取决于变速齿轮的输入旋转速度与输出旋转速度之间的差，从动构件13以比驱动构件5的旋转速度快或慢的旋转速度来旋转。

例如，当从动构件13以比驱动构件5的旋转速度快的旋转速度来旋转时，从动构件13的第二止动件13a旋转得比驱动构件5的第一止动件5a快，并逐渐变得更靠近第一止动件5a。

因此，当方向盘1从转向角中立位置旋转特定转向角度(例如，540°)时，第二止动件13a可以追上第一止动件5a并且与之接触。因此，限制了第一止动件5a和第二止动件13a的旋转运动，并且相应地限制了驱动构件5和方向盘1的旋转运动。

为此，变速齿轮包括第一连接构件7和第二连接构件11，并且通过使用驱动构件5和第一连接构件7的传动比与从动构件13和第二连接构件11的传动比之间的传动比的差来在驱动构件5与从动构件13之间产生旋转速度差。

具体地，第一连接构件7和驱动构件5以预定传动比旋转。

第二连接构件11和第一连接构件7彼此一起旋转。第二连接构件11可以以与驱动构件5和第一连接构件7的传动比不同的传动比与从动构件13啮合。驱动构件5和第一连接构件7通过彼此外啮合而连接到彼此。从动构件13和第二连接构件11也通过彼此外啮合而连接到彼此。

例如，当驱动构件5和第一连接构件7以3:9的传动比彼此外啮合时，从动构件13和第二连接构件11可以以4:9的传动比彼此外啮合。

作为另一个示例，当驱动构件5和第一连接构件7以3:9的传动比外啮合时，从动构件13和第二连接构件11可以以2:9的传动比彼此外啮合。

下面将更详细地描述根据本公开的转向装置的结构。驱动构件5固定地安装在连接到方向盘1的下端的转向柱3上。驱动构件5和转向柱3彼此一起旋转。

从动构件13可旋转地安装在转向柱3上。从动构件13可相对于转向柱3旋转。为此，从动构件13经由轴承支承在转向柱3上。

连接轴9被设置为邻近转向柱3并且可相对于车体旋转。第一连接构件7固定到连接轴9的端部(在下文中称为第一端部)。第一连接构件7与驱动构件5外啮合。第二连接构件11固定到连接轴9的另一端部(在下文中称为第二端部)。第二连接构件11与从动构件13外啮合。

也就是说，当转向柱3与方向盘1一起旋转时，驱动构件5相应地旋转，并且与驱动构件5啮合的第一连接构件7也旋转。因此，第二连接构件11与第一连接构件7一起旋转，从而使与第二连接构件11啮合的从动构件13旋转。在这种情况下，由于驱动构件5和第一连接构件7的传动比与第二连接构件11和从动构件13的传动比之间的差异，从动构件13和驱动构件5在不同的旋转速度下旋转。

第一止动件5a被布置成面对从动构件13，并且第二止动件13a被布置成面对驱动构件5。第一止动件5a和第二止动件13a具有相等的旋转半径，使得第一止动件5a和第二止动件13a在驱动构件和从动构件的旋转期间彼此接触。

当方向盘1保持在转向角中立位置时，第一止动件5a和第二止动件13a相对于转向柱3的轴被分别布置在相对(opposite)两侧上，即布置成相对于彼此具有180°的角度相位。

借助该结构，在方向盘1从转向角中立位置向左或向右旋转的情况下，第一止动件5a和第二止动件13a在特定角度位置处彼此接触，从而限制方向盘1的旋转，在其中，特定角度位置可以是从转向角中立位置向左旋转540°角度的位置或者从转向角中立位置向右旋转540°角度的位置。

另外，根据本公开，通过使用归因于传动比差的旋转速度差，可以计算绝对旋转角度。因此，根据本公开的转向装置可以用作转向角传感器，由此获得方向盘的转向角度。

为此，根据本公开的转向装置可以进一步包括第一感测构件15、第二感测构件17、第一霍尔传感器19、第二霍尔传感器21以及控制器23。

参考图2和图5，第一感测构件15在驱动构件5和第一感测构件15以预定传动比啮合的状态下旋转。在这种情况下，驱动构件5和第一感测构件15彼此外啮合。

第一感测构件15可以装配有磁体15a，磁体15a被安装为使得磁场的位置根据第一感测构件15的旋转方向而改变。

第二感测构件17在驱动构件5和第二感测构件17以预定传动比啮合的状态下旋转。驱动构件5和第二感测构件17以与驱动构件5和第一感测构件15的传动比不同的传动比彼此啮合。驱动构件5和第二感测构件17也彼此外啮合。

第二感测构件17可以装配有磁体17a，磁体17a被安装为使得磁场的位置根据第二感测构件17的旋转方向而改变。

第一霍尔传感器19被安装在第一感测构件15的磁体15a附近，由此第一霍尔传感器19根据第一感测构件15的旋转来检测磁场的位置的改变。第二霍尔传感器21被安装在第二感测构件17的磁体17a附近，由此第二霍尔传感器21根据第二感测构件17的旋转来检测磁场的位置的改变。

控制器23可以使用从第一霍尔传感器19和第二霍尔传感器21传输的信号来计算方向盘1的绝对旋转角度。

也就是说，当驱动构件5旋转时，由于驱动构件5和第一感测构件15的传动比与驱动构件5和第二感测构件17的传动比之间的差，第一感测构件15和第二感测构件17以不同的旋转速度旋转。

出于该原因，第一感测构件15检测到磁场位置的改变的旋转角度与第二感测构件17检测到磁场位置的改变的旋转角度彼此不同。因此，可以通过计算因旋转角度之间的差而导致的信号差来获得方向盘1的绝对旋转角度。

在下文中，将描述根据本公开的用于限制方向盘1的转向角度的转向装置的操作。

图3示出被设计为使得从动构件13的旋转速度ωB比驱动构件5的旋转速度ωA快的转向装置的结构。驱动构件5和第一连接构件7以3:9的传动比彼此外啮合，并且从动构件13和第二连接构件11以4:9的传动比彼此外啮合。因此，根据本公开的转向装置被设计成在从转向角中立位置向左旋转或向右旋转的情况下将方向盘的转向角度限制为540°。为此，当方向盘位于转向角中立位置时，第一止动件5a和第二止动件13a被布置成相对于彼此具有180°的角度相位。

借助上述结构，当方向盘1旋转(例如，向右旋转)以用于使车辆转向时，驱动构件5相应地旋转，并且从动构件13以比驱动构件5的旋转速度快的旋转速度在与驱动构件5相同的方向上也旋转。

当方向盘1旋转直到驱动构件5旋转540°的角度时，由于驱动构件5与从动构件13之间的传动比差，从动构件13旋转720°的角度。此时，第二止动件13a与第一止动件5a接触。

也就是说，当第二止动件13a被第一止动件5a止动时，由于第二止动件13a被设计成以比第一止动件5a快的速度旋转，因此第一止动件5a无法进一步旋转。因此，限制了驱动构件5的旋转，并且相应地限制了方向盘1的转向旋转。

图4示出了被设计为使得驱动构件5的旋转速度ωA比从动构件13的旋转速度ωB快的结构。在这种结构中，驱动构件5和第一连接构件7以3:9的传动比彼此外啮合，并且从动构件13和第二连接构件11以2:9的传动比彼此外啮合。在从转向角中立位置向左转向或向右转向的情况下，由于最大转向角度被设定为限于540°，因此第一止动件5a和第二止动件13a被布置为当方向盘保持在转向角中立位置时，相对于彼此具有180°的角度相位。

借助该结构，当方向盘1旋转(例如，向右旋转)以用于使车辆转向时，驱动构件5相应地旋转，并且从动构件13以比驱动构件5的旋转速度慢的旋转速度在与驱动构件5相同的方向上也旋转。

当方向盘的转向旋转继续，直到驱动构件5旋转540°的角度时，由于传动比差，从动构件13旋转360°的角度。此时，第一止动件5a与第二止动件13a接触。

因此，当第一止动件5a被第二止动件13a止动时，由于第一止动件5a被设计成以比第二止动件13a快的速度旋转，因此第一止动件5a无法进一步旋转。因此，限制了驱动构件5的旋转，并且相应地限制了方向盘1的转向旋转。

如上所述，本公开通过使用传动比差使与转向柱3一起旋转的两个止动件以不同的旋转速度在相同方向上旋转，由此在特定转向角度处限制止动件旋转。以这种方式，机械地限制方向盘1的最大转向角度是可能的。此外，由于该转向角限制机构被构造为具有紧凑的尺寸，因此提高了线控转向系统的空间利用效率，从而可以提高车辆的适销性。

另外，由于在转向柱3的旋转期间使用在不同旋转速度下旋转的两个齿轮之间的旋转速度差来计算方向盘1的绝对旋转角度是可能的，因此根据本公开的转向装置可以用作用于检测方向盘1的转向角度的转向角传感器。

尽管为了说明的目的已经描述了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。

Claims (8)

1.一种用于线控转向系统的转向装置，所述转向装置包括：

驱动构件，与方向盘一起旋转并且具有从所述驱动构件突出的第一止动件；

变速齿轮，接收来自所述驱动构件的旋转力，改变旋转速度并输出改变后的旋转速度；和

从动构件，接收从所述变速齿轮输出的旋转力，以与所述驱动构件的旋转速度不同的旋转速度旋转，并且具有第二止动件，所述第二止动件从所述从动构件突出并设置在所述第一止动件的旋转半径内，

其中，所述第二止动件在所述驱动构件的旋转期间，在预定转向角度处与所述第一止动件接触。

2.根据权利要求1所述的转向装置，其中，所述变速齿轮包括：

第一连接构件，以第一传动比与所述驱动构件啮合，并与所述驱动构件一起旋转；和

第二连接构件，以与所述第一传动比不同的第二传动比与所述从动构件啮合，并与所述第一连接构件一起旋转。

3.根据权利要求2所述的转向装置，其中，所述驱动构件固定地安装到转向柱，

所述从动构件可旋转地安装到所述转向柱，所述从动构件相对于所述转向柱执行相对旋转，

连接轴可旋转地安装在所述转向柱的一侧，

所述第一连接构件和所述第二连接构件分别固定到所述连接轴的两端部，并且

所述第一连接构件和所述第二连接构件分别与所述驱动构件和所述从动构件外啮合。

4.根据权利要求3所述的转向装置，其中，所述驱动构件、所述从动构件、所述第一连接构件和所述第二连接构件是齿轮。

5.根据权利要求3所述的转向装置，其中，所述第一止动件面对所述从动构件，

所述第二止动件面对所述驱动构件，并且

所述第一止动件和所述第二止动件以相等的旋转半径旋转。

6.根据权利要求1所述的转向装置，其中，当所述方向盘停留在转向角中立位置时，所述第一止动件和所述第二止动件关于所述转向柱的轴互相对向地分别布置在两侧上。

7.根据权利要求1所述的转向装置，进一步包括：

第一感测构件，通过以预定传动比与所述驱动构件啮合而与所述驱动构件一起旋转，并且具有第一磁体，所述第一磁体被安装为使得第一磁场的位置根据所述第一感测构件的旋转方向而改变；

第二感测构件，通过以与所述第一感测构件和所述驱动构件的传动比不同的预定传动比与所述从动构件啮合而与所述从动构件一起旋转，并且具有第二磁体，所述第二磁体被安装为使得第二磁场的位置根据所述第二感测构件的旋转方向而改变；

第一霍尔传感器，根据所述第一感测构件的旋转来检测所述第一磁场的位置的改变；

第二霍尔传感器，根据所述第二感测构件的旋转来检测所述第二磁场的位置的改变；和

控制器，使用从所述第一霍尔传感器和所述第二霍尔传感器传输的信号来计算所述方向盘的绝对旋转角度。

8.根据权利要求7所述的转向装置，其中，所述第一感测构件和所述第二感测构件通过与所述驱动构件外啮合而连接到所述驱动构件。