CN112124416B - 一种带离合装置的带式电动转向系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带离合装置的带式电动转向系统及其控制方法，属于转向装置领域，包括：两个车轮总成、驱动转向总成、转向基体总成和角度传感器总成；所述转向基体总成包括：转向基体和两个转向臂；所述驱动转向总成包括：转向电力执行器、转向电力执行器轴、转向主动带轮、两根转向带和两个转向被动带轮；所述角度传感器总成包括：角度传感器、角度传感器带轮和角度传感器带。本发明提供一种带离合装置的同步带式电动转向系统，利用转向电力执行器通过同步带传动方式驱动转向轮绕转向主销旋转，可实现0～360°转向。此外该带离合装置的同步带式电动转向系统在结构设计上考虑了主销倾角，地面会向转向轮施加回正力矩。

Description

一种带离合装置的带式电动转向系统及其控制方法

技术领域

本发明公开了一种带离合装置的带式电动转向系统及其控制方法，属于转向装置领域。

背景技术

传统的转向系统为机械式控制，操作者通过对驾驶环境的判断来进行手动机械操作，进而实现转向，其性能好坏，直接影响了转向过程中的安全性能。随着技术研究的深入，转向系也为切合实际需求不断革新改良，经历了液压助力转向、电控液压助力转向、电动助力转向、线控转向系统。随着智能化的发展，线控转向的灵活布置方式、更快的响应速度、较易嵌入主动转向功能、可最大程度降低转向管柱对人伤害等独特优势，使其备受关注。线控转向控制的根本目标是在满足驾驶意图的同时提高主动安全性。其依托低功耗、高性能的ECU实时改变转向传动比，使底盘姿态控制更灵活、稳定性更高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的转向结构难以满足使用要求的问题，提出一种能够进行单独控制，适用性强、断电情况下仍具备转向功能的带离合装置的带式电动转向系统及其控制方法。

本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：

一种带离合装置的带式电动转向系统，包括：两个车轮总成、驱动转向总成、转向基体总成和角度传感器总成；

两个所述车轮总成结构相同且对称布置在转向基体总成两端，所述转向基体总成包括：转向基体和两个转向臂，所述两个转向臂的一端分别固定在所述转向基体一侧的两端上；

所述驱动转向总成包括：转向电力执行器、转向电力执行器轴、转向主动带轮、两根转向带和两个转向被动带轮，所述转向电力执行器设置在两个车轮总成之间，所述转向电力执行器轴一端与转向电力执行器连接且可旋转设置在转向总成基体上，所述转向主动带轮固定在转向电力执行器轴另一端，两个所述转向被动带轮分别固定在两个所述车轮总成顶部一端，所述两个转向被动带轮分别与转向主动带轮通过两根转向带传动连接；

所述角度传感器总成包括：角度传感器、角度传感器带轮和角度传感器带，所述角度传感器的主轴穿过转向总成基体并固定在其底部，所述角度传感器带轮固定在角度传感器的主轴上，所述角度传感器带轮与转向主动带轮通过角度传感器带传动连接。

所述车轮总成包括：转向轮、两个减震总成、转向连接件和转向主销，所述转向主销一端固定在所述转向连接件一侧中部，两个所述减震总成的一端分别固定在所述转向连接件另一侧两端，所述转向轮的两端可旋转设置在两个所述减震总成的另一端，所述转向臂一端固定在所述转向总成基体一端上，所述转向主销分别可旋转设置在转向总成基体和转向臂的一端上。

优选的是，两个所述减震总成为扭力梁式减震器、油气弹簧或弹簧减振器。

优选的是，所述转向主销轴线与地面垂直方向的夹角为3度。

优选的是，所述转向主动带轮、角度传感器带轮和两个转向被动带轮为齿形带轮，所述两根转向带和角度传感器带为同步齿形带。

优选的是，所述转向基体总成还包括：转向横梁，所述转向横梁两端分别与两个转向臂的中部连接。

一种带离合装置的带式电动转向系统控制方法，所述控制方法具体步骤如下：

步骤一：获取行驶速度和转向信号；

步骤二：通过所述行驶速度和转向信号确定转向角度和转向角速度；

步骤三：获取转向轮的角度及角速度；

步骤四：通过所述转向角度、转向角速度和转向轮的角度及角速度确定转向电力执行器参数。

本发明相对于现有而言具有的有益效果：

本发明的目的是为了提供一种带离合装置的同步带式电动转向系统，该带离合装置的同步带式电动转向系统利用转向电力执行器通过同步带传动方式驱动转向轮绕转向主销旋转，可实现0~360°转向。此外该带离合装置的同步带式电动转向系统在结构设计上考虑了主销倾角，在行驶过程中当转向轮发生偏转时，地面会向转向轮施加回正力矩。该离合装置结构简单，能够将转向轮与转向电力执行器结合/脱开，在断电情况下使其仍具备转向功能。最后系统设计有同步带调整机构，能够调整同步带的松紧程度，便于系统的装配与维修，同时能够改变系统的转向间隙。

附图说明

图1是本发明底盘总成主视图；

图2是本发明底盘总成仰视图；

图3是本发明底盘总成轴侧视图；

图4是本发明转向示意图；

图5是本发明电动转向总成主视图；

图6是本发明A处局部放大图；

图7是本发明电动转向总成俯视图；

图8是本发明电动转向总成仰视图；

图9是本发明电动转向总成爆炸图；

图10是本发明离合装置锁块轴侧视图；

图11是本发明转向被动同步带轮轴侧视图；

图12是本发明左侧转向主销轴侧视图；

图13是本发明转向系统控制流程图；

图中，1行驶轮、2车架、3电动转向总成、3-1转向轮、3-2减震总成、3-3转向连接件、3-4转向基体、3-5转向臂、3-6转向主销轴套、3-7转向主销轴承、3-8转向主销轴承套、3-9转向主销轴承端盖、3-10转向主销、3-11转向被动带轮、3-12离合装置锁紧螺钉、3-13离合装置锁块、3-14转向带、3-15角度传感器带轮、3-16角度传感器同步带、3-17角度传感器轴承端盖、3-18角度传感器轴套、3-19角度传感器轴承、3-20角度传感器、3-21转向主动带轮、3-22转向电力执行器轴承端盖、3-23转向电力执行器轴承、3-24转向电力执行器轴承套、3-25转向电力执行器轴、3-26转向电力执行器调整块、3-27转向电力执行器调整螺钉、3-28转向电力执行器、3-29转向横梁。

实施方式

以下根据附图1-13对本发明做进一步说明：

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。

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。

如图1-4所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种带离合装置的带式电动转向系统，其安装在车架2的一端上，车架2的另一端与本发明对应安装有行驶轮1，本发明包括：两个车轮总成、驱动转向总成、转向基体总成和角度传感器总成；接下来将逐一详细描述一下上面提到各组件的连接关系。

如图5-13所示，两个车轮总成结构相同且对称布置在转向基体总成两端，转向基体总成包括：转向基体3-4、转向横梁3-29和两个转向臂3-5，两个转向臂3-5的一端法兰连接分别固定在转向基体3-4两端上，转向横梁3-29两端分别通过螺栓与两个转向臂3-5的中部连接。

两个车轮总成以其中一个为例，其包括：转向轮3-1、两个减震总成3-2、转向连接件3-3和转向主销3-10，如图12所示，转向主销3-10一端通过螺栓固定在转向连接件3-3一侧中部，两个减震总成3-2的一端分别通过螺栓固定在转向连接件3-3另一侧两端，两个减震总成3-2为扭力梁式减震器、油气弹簧或弹簧减振器。其作用在于对转向轮3-1进行导向并传递转向力同时减小地面通过转向轮3-1传递的振动与冲击。转向轮3-1的两端通过滚动轴承可旋转安装在两个减震总成3-2的另一端，转向臂一端通过法兰固定在转向总成基体3-4一端上，转向主销轴承套3-8固定在转向总成基体3-4及转向臂3-5内，转向主销通过转向主销轴承3-7，转向主销轴套3-6回转支撑在转向主销轴承套3-8内，并且所述转向主销上具有螺纹孔以及按一定规律分布的若干键槽，如图11、12所示。所述转向主销轴承端盖3-9连接在转向主销轴承套3-8上，其作用在于调整转向主销轴承3-7间隙并限制转向主销的轴向运动，转向主销3-10轴线与地面垂直方向的夹角为3度如图2所示。

驱动转向总成包括：转向电力执行器3-28、转向电力执行器轴3-25、转向主动带轮3-21、两根转向带3-14和两个转向被动带轮3-11，转向电力执行器3-28安装在两个车轮总成之间，转向电力执行器轴3-25一端与转向电力执行器3-28连接，转向总成基体3-4上设有轴孔，转向电力执行器轴承套3-24通过螺栓固定在轴孔内，转向电力执行器轴3-25通过转向电力执行器轴承3-23可旋转在转向电力执行器轴承套3-24上，转向电力执行器轴承3-23通过转向电力执行器轴承端盖3-22封闭在转向电力执行器轴承套3-24内，转向主动带轮3-21固定在转向电力执行器轴3-25另一端，转向被动同步带轮3-11空套在转向主销上，并且所述转向被动同步带轮3-11上有与转向主销上按相同规律分布的键槽。

如图10所示，离合装置锁紧螺钉3-12与所述离合装置锁块3-13共同组成电动转向系统的离合装置。所述离合装置锁定螺钉3-12与转向主销螺纹孔配合，其作用在于通过螺纹传动压紧离合装置锁块3-13以及改变离合装置锁块3-13的轴向位置。所述离合装置锁块3-13上具有与转向主销按一定规律分布的若干连接键（如图8所示），其作用在于分离\结合转向被动同步带轮3-11与转向主销，在结合状态下转向主销与转向被动同步带轮3-11同步旋转，在分离状态下转向被动同步带轮3-11空套在转向主销上，其能够相对自由转动。两个转向被动带轮3-11分别与转向主动带轮3-21通过两根转向带3-14传动连接。

角度传感器总成包括：角度传感器3-20、角度传感器带轮3-15和角度传感器带3-16，角度传感器3-20的主轴通过角度传感器轴承3-19及角度传感器轴套3-18回转支撑在转向总成基体3-4上，角度传感器轴承端盖3-17固定在转向总成基3-4体上，其作用在于调整角度传感器轴承3-19间隙；角度传感器带轮3-15固定在角度传感器3-20的主轴上，角度传感器带轮3-15与转向主动带轮3-21通过角度传感器带3-16传动连接。转向主动带轮3-21、角度传感器带轮3-15和两个转向被动带轮3-11为齿形带轮，两根转向带3-14和角度传感器带3-16为同步齿形带。

上面介绍完本发明的机械结构，下面来介绍一下根据上面机械结构的一种带离合装置的带式电动转向系统控制方法，如图13所示，控制方法具体步骤如下：

步骤一：采集底盘的行驶速度；

步骤二：结合采集的行驶速度搭建底盘的动力学模型；

步骤三：采集转向信号；

步骤四：对转向信号进行滤波处理，去除棘波，对转向信号进行平滑处理；

步骤五：判断转向信号是否等于零，若转向信号等于零，程序转至步骤三；

步骤六：若转向信号不等于零，结合底盘动力学模型计算预期转向角度；

步骤七：结合底盘动力学模型计算预期转向角速度；

步骤八：采集转向轮当前的角度；

步骤九：采集转向轮当前的角速度；

步骤十：判断当前转向轮角度是否等于预期转向角度；

步骤十一：若当前转向轮角度等于预期转向角度，向转向电力执行器发送回正角度指令，使转向轮回正一个角度令同步带处于松弛状态，便于左右侧转向轮随路况随时调整，之后程序转至步骤一；

步骤十二：若当前转向轮角度不等于预期转向角度，判断当前转向轮角速度是否等于预期转向角速度，若当前转向轮角速度等于预期转向角速度执行步骤十五；

步骤十三：判断当前转向轮角速度是否大于预期转向角速度；

步骤十四：若当前转向轮角速度大于预期转向角速度向转向电力执行器发送减速指令，若当前转向轮角速度小于预期转向角速度向转向电力执行器发送加速指令；

步骤十五：向转向电力执行器发送预期转角指令，之后程序转至步骤八。

在具体实施过程中，电动转向总成3在与车架2装配之前，首先应通过转向电力执行器调整块3-26，转向电力执行器调整螺钉3-27调整同步带至合适的松紧程度。在行驶过程中，首先采集底盘的行驶速度，并建立底盘的动力学模型；之后采集操作者施加的转向信号并对转向信号进行滤波处理，去除棘波对转向信号进行平滑处理；之后判断转向信号是否等于零，若转向信号等于零，程序转至采集操作者施加的转向信号；若转向信号不等于零，结合底盘动力学模型计算预期转向角度；结合底盘动力学模型计算预期转向角速度；接着采集转向轮3-1当前的角度及角速度（由于转向电力执行器3-28在运动时会通过同步带传动带动角度传感器3-20同步运动，因此角度传感器3-20可以通过测量转向电力执行器3-28的转角及角速度进而计算出转向轮3-1的角度及角速度。）；接着判断当前转向轮角度是否等于预期转向角度；若当前转向轮角度等于预期转向角度，向转向电力执行器3-28发送回正角度指令，使转向轮3-1回正一个角度令同步带处于松弛状态，便于左右侧转向轮3-1随路况随时调整，之后程序转至采集行驶速度；若当前转向轮角度不等于预期转向角度，判断当前转向轮角速度是否等于预期转向角速度，若当前转向轮角速度等于预期转向角速度，向转向电力执行器3-28发送预期转角指令之后转至执行采集转向轮角度；若当前转向轮角速度不等于预期转向角速度，判断当前转向轮角速度是否大于预期转向角速度；若当前转向轮角速度大于预期转向角速度向转向电力执行器3-28发送减速指令，若当前转向轮角速度小于预期转向角速度向转向电力执行器3-28发送加速指令，之后向转向电力执行器3-28发送预期转角指令接着转至执行采集转向轮角度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种带离合装置的带式电动转向系统，其特征在于，包括：两个车轮总成、驱动转向总成、转向基体总成、角度传感器总成和离合装置总成；

两个所述车轮总成结构相同且对称布置在转向基体总成两端，所述转向基体总成包括：转向基体和两个转向臂，所述两个转向臂的一端分别固定在所述转向基体一侧的两端上；

所述驱动转向总成包括：转向电力执行器、转向电力执行器轴、转向主动带轮、两根转向带和两个转向被动带轮，所述转向电力执行器设置在两个车轮总成之间，所述转向电力执行器轴一端与转向电力执行器连接且可旋转设置在转向总成基体上，所述转向主动带轮固定在转向电力执行器轴另一端，两个所述转向被动带轮分别固定在两个所述车轮总成顶部一端，所述两个转向被动带轮分别与转向主动带轮通过两根转向带传动连接；

所述角度传感器总成包括：角度传感器、角度传感器带轮和角度传感器带，所述角度传感器的主轴穿过转向总成基体并固定在其底部，所述角度传感器带轮固定在角度传感器的主轴上，所述角度传感器带轮与转向主动带轮通过角度传感器带传动连接，所述车轮总成包括：转向轮、两个减震总成、转向连接件和转向主销，所述转向主销一端固定在所述转向连接件一侧中部，两个所述减震总成的一端分别固定在所述转向连接件另一侧两端，所述转向轮的两端可旋转设置在两个所述减震总成的另一端，所述转向臂一端固定在所述转向总成基体一端上，所述转向主销分别可旋转设置在转向总成基体和转向臂的一端；

所述离合装置总成包括：锁紧螺钉与离合装置锁块，所述锁紧螺钉与转向主销螺纹孔配合。

2.根据权利要求 1 所述的一种带离合装置的带式电动转向系统，其征在于，两个所述减震总成为扭力梁式减震器、油气弹簧或弹簧减振器。

3.根据权利要求 1 或 2 所述的一种带离合装置的带式电动转向系统，其特征在于，所述转向主销轴线与地面垂直方向的夹角为 3 度。

4.根据权利要求 3 所述的一种带离合装置的带式电动转向系统，其特征在于，所述转向主动带轮、角度传感器带轮和两个转向被动带轮为齿形带轮，所述两根转向带和角度传感器带为同步齿形带。

5.根据权利要求 4 所述的一种带离合装置的带式电动转向系统，其特征在于，所述转向基体总成还包括：转向横梁，所述转向横梁两端分别与两个转向臂的中部连接。

6.一种如权利要求 1—5 任一所述的带离合装置的带式电动转向系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法具体步骤如下：

步骤一：获取行驶速度和转向信号；

步骤二：通过所述行驶速度和转向信号确定转向角度和转向角速度；

步骤三：获取转向轮的角度及角速度；

步骤四：通过所述转向角度、转向角速度和转向轮的角度及角速度确

定转向电力执行器参数。