CN112776880A - 线控转向致动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆的线控转向致动系统，该系统包括：至少两个电动转向马达，每个电动转向马达包括转子(8a，8b)和定子(11a，11b)；车辆控制单元(VCU)，该车辆控制单元被配置为从输入转向装置接收转向命令；至少两个转向电子控制单元(ECU)，用于控制从至少两个电动转向马达输出的扭矩或转速。该系统进一步包括：滚珠丝杠(5)和配合的滚珠丝杠螺母(21)；以及容纳滚珠丝杠(5)和配合的滚珠丝杠螺母(21)的同心轴(7)，其中至少两个转子(8a，8b)适于将扭矩和转速传递到同心轴(7)，并且其中滚珠丝杠螺母(21)被机械地连接到同心轴(7)，以便将来自这些转子的旋转运动转换为该滚珠丝杠(5)的线性往复转向运动。

Description

线控转向致动系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的线控转向致动系统。

背景技术

在传统的转向系统中，液压或电气子系统提供动力辅助以支持驾驶员的转向输入。此外，驾驶员与转向器之间存在机械接口。通常，由于被附接在方向盘与转向器之间的转向部件可用的包装空间(packaging space)有限，因此车辆设计受到限制。

汽车线控转向系统可以消除方向盘与转向器之间的机械接口，从而使一些包装限制无效。但是，由于发生故障时立法系统的要求，对线控转向系统的要求比对常规转向系统的要求更具挑战性。因此，线控转向系统应被设计为在子部件中的一个或多个、控制器信号或电源发生故障时可操作，使得实现故障操作冗余。在当前的现有技术中，旨在实现上述冗余的解决方案通常需要许多部件，从而导致线控转向系统与常规系统一样庞大。

因此，需要一种将冗余与包装效率相结合的新型线控转向致动系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种线控转向致动系统，该线控转向致动系统提供冗余但需要的体积比之前的应用更小。本发明基于发明人的领悟，即通过提供一种具有滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母以及同心轴的构造，可以实现紧凑的解决方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于机动车辆的线控转向致动系统，所述系统包括：至少两个电动转向马达，每个电动转向马达包括转子和定子；车辆控制单元(VCU)，该车辆控制单元被配置为从输入转向装置接收转向命令；至少两个转向电子控制单元(ECU)，用于控制从所述至少两个电动转向马达输出的扭矩或转速；其特征在于，该系统进一步包括：滚珠丝杠和配合的滚珠丝杠螺母；以及容纳所述滚珠丝杠和配合的滚珠丝杠螺母的同心轴，其中所述至少两个转子适于将扭矩和转速传递到所述同心轴，并且其中所述滚珠丝杠螺母被机械地连接到所述同心轴，以便将来自这些转子的旋转运动转换为该滚珠丝杠的线性往复转向运动。

线控转向致动系统应被理解为一种这样的系统，其中来自比如方向盘或操纵杆等转向或控制装置的输入信号被完全地电传输到转向致动单元，即在转向或控制装置与转向致动单元之间没有机械连接。

在一些实施例中，机动车辆可以是电动车辆。

同心轴容纳滚珠丝杠应被理解为滚珠丝杠的至少一部分被布置成与同心轴机械接触。轴是同心的，这需要该轴围绕滚珠丝杠并且沿着该滚珠丝杠布置。另外，如本说明书稍后所示和所描述的，其他部件(例如，转子、滚珠丝杠螺母、以及轴承)也可以与同心轴同心地布置。

电动转向马达应被理解为用于向转向机构提供扭矩和转速的电动马达。

通过使同心轴容纳滚珠丝杠，至少两个电动转向马达直接作用在该同心轴上，实现更加紧凑的转向致动器。

根据一个实施例，该系统包括主轴承内圈，该主轴承内圈被压配合到该同心轴上。

根据一个实施例，该系统包括次轴承内圈，该次轴承内圈被压配合到该同心轴上。由此，轴承将使同心轴保持在适当的位置并且允许旋转，但避免径向运动。进一步，轴承由此可以通过快速装配方法来布置，而无需任何粘合剂或焊接。

根据一个实施例，输入控制或转向装置是与车辆控制单元(VCU)电连接的方向盘。

输入控制或转向装置电连接到车辆控制单元(VCU)，这意味着它们之间没有机械连接。

根据一个实施例，该至少两个电动转向马达的转子由转子套筒分隔开。

通过用转子套筒将定子分隔开，至少两个转子的操作保持独立并且处于恒定的距离。

根据一个实施例，该至少两个电动转向马达的定子由定子套筒分隔开。

通过用定子套筒将定子分隔开，至少两个定子的操作保持独立并且处于恒定的距离。

根据一个实施例，该系统包括滑动衬套，该滑动衬套适于使所述滚珠丝杠的纵向轴线在空间上固定，同时允许所述滚珠丝杠沿所述轴线运动。

滑动衬套使滚珠丝杠的纵向轴线固定，这需要滚珠丝杠不会围绕纵向轴线倾斜、旋转或以其他方式移动。

根据一个实施例，该系统包括至少一个温度传感器或至少一个滚珠丝杠中心位置传感器或至少一个电动转向马达位置传感器。通过为系统提供传感器，可以通过使用从传感器获得的信息来优化功能。根据本发明的第二方面，提供了一种用于在电动转向马达故障的情况下致动转向机构的方法，所述方法包括：提供线控转向致动系统；为每个电动转向马达的扭矩和转速输出设置值；检测第一电动转向马达的扭矩或转速输出的偏差；通过为第二电动转向马达的扭矩和转速输出设置新值来补偿所述第一电动转向马达的扭矩或转速输出的所述偏差。

通过使多于一个马达通过与连接到滚珠丝杠的同一同心轴机械地接合来致动同一转向机构，可以实现紧凑且冗余的线控转向系统。

根据一个实施例，所述至少两个电动转向马达是至少三个电动转向马达，并且其中，补偿所述第一电动转向马达的扭矩或转速输出的所述偏差包括为第二电动转向马达和第三电动转向马达的扭矩或转速输出设置新值。

通过增加系统中马达的数量，可以实现更高程度的冗余，从而使系统更加安全。

根据一个实施例，检测这些电动转向马达中的一个的扭矩和转速输出的偏差包括测量温度或滚珠丝杠中心位置或电动转向马达位置。

附图说明

参照附图，本发明的进一步细节和方面将从以下详细说明中变得清楚，在附图中：

图1是描述组装说明的分解视图；

图2是示出转向致动器的示意性构造的截面视图；

图3是描述控制方法的本发明的示意性功能框图。

具体实施方式

现在下文将参照附图对本发明进行更全面的描述，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以被实施为许多不同的形式并且不应被解释为限于在此提出的这些实施例；而是，为了彻底性和完整性提供这些实施例，并且要向技术接收人完整地传达本发明的范围。在整个本申请中，相同的附图标记指代相同的元件。

如图1至图2所示，故障操作线控转向致动器系统通常由附图标记1表示。

图1示出了线控转向致动器系统的分解视图。致动器1包括多个电动转向马达100a、100b，该多个电动转向马达是唯一的主要转向扭矩源。在此，分别示出了电动转向马达100a、100b的转子8a、8b和定子11a、11b。同心轴7是用于旋转件的连杆元件，该旋转件包括转子8a、8b、转子套筒9、主轴承6内圈、以及次轴承10内圈。滚珠丝杠螺母21具有其自身的螺纹，以固定至包含螺纹孔的同心轴7。转向机构2包括滚珠丝杠5和滚珠丝杠螺母21、主轴承6、同心轴7、转子8a、8b、转子套筒9、以及次轴承10。

在图中，零件以分解视图来展示，以便分别展示这些零件。如在图2中进一步展示的，这些零件的大小被确定并且适于被同心地布置以便形成紧凑的转向机构。

图2示出了图1中的所有部件，这些部件组合成紧凑的工作装置。转子8a、8b被压配合在同心轴7上，并且通过转子套筒9被轴向地分隔开，该转子套筒被压配合在转子8a、8b之间的同心轴7上。

主轴承6内圈和次轴承10内圈也从同心轴7的各端被压配合到同心轴7。

在该示例中，定子11a、11b通过定子套筒12的分隔被压配合到壳体13的内周，该定子套筒被压配合到定子11a、11b之间的壳体13。转向机构2通过将主轴承6外圈压配合到壳体13、并且通过使次轴承10外圈与壳体13之间过盈配合而被固定于壳体13中。主轴承6和次轴承10为转向机构2提供旋转支撑。滚珠丝杠5是主要机械转向机构元件、由单独设置的或在齿轮箱壳体13中的滑动衬套16支撑，从而能够在轴向方向上往复运动。转向机构2和滚珠丝杠5应被对准，使得转子8a、8b在操作期间不应接触定子11a、11b。

多个转向电子控制单元(SECU)14a、14b被附接在盖15中，并且盖15通过螺钉被附接到壳体13。使用多个电源连接器和多个信号连接器，以便使故障操作致动器封装在盖15内部。SECU 14a、14b经由连接到电动转向马达100a、100b的缆线而被连接到电动转向马达定子11a、11b。

转向致动器1进一步包括滚珠丝杠位置传感器19a、19b，电动转向马达温度传感器17a、17b，滚珠丝杠中心位置传感器18、以及电动转向马达位置传感器20a、20b。SECU 14a、14b还具有计算电动转向马达100a、100b的温度和转子位置的能力，但是为了增加系统的冗余度，温度传感器17a、17b被用于每个电动转向马达，以测量来自定子11a、11b的温度。基于SECU 14a、14b的温度计算精度，温度传感器17a、17b是可选元件。由于电动转向马达100a、100b与滚珠丝杠5之间的运动比由其设计的物理几何形状限定，所以SECU 14a、14b具有在任何时候和操作情况下计算电动转向马达100a、100b位置的能力。为了增加系统的冗余度，滚珠丝杠位置传感器19a、19b、滚珠丝杠中心位置传感器18、以及电动转向马达位置传感器20a、20b被安装在壳体13上。SECU 14a、14b具有用于所有专用传感器的机载端口。

图3展示了转向的示意性功能框图，示出了线控转向致动器。VCU经由通信总线将命令发送到SECU 14a、14b，该通信总线在板上具有信号连接器插座和电源连接器插座。SECU 14a、14b处理命令，并且通过三根缆线将所需的速度和电流信息发送到多个电动转向马达100a、100b。电动转向马达100a、100b转换电流并且将所产生的旋转扭矩(和速度)通过转子8a、8b传递到同心轴7(该同心轴利用主轴承6和次轴承10被安装到壳体13)。由于同心轴7被拧紧到滚珠丝杠上，因此扭矩传递是在没有任何损失的情况下执行的。

滚珠丝杠螺母21是转向致动器1中的旋转接头元件，该滚珠丝杠螺母以期望的速度和扭矩旋转而没有任何横向运动。通过滚珠丝杠5的工作原理的作用，旋转扭矩被转换成作用在滚珠丝杠5上的横向力。滚珠丝杠5、齿条适配器2和转向拉杆1之间的固定附件确保将转向力中继至车轮，以使车辆转向。

转向致动器1是完全冗余的故障操作致动器。该系统具有多个电源，多个SECU14a、14b，多个通信总线和多个电源线。该系统还具有多个电动转向马达100a、100b，(多个)可选的滚珠丝杠位置传感器19a、19b，(多个)可选的电动转向马达温度传感器17a、17b，(多个)可选的滚珠丝杠中心位置传感器18，以及(多个)可选的电动转向马达位置传感器20a、20b。

根据全球汽车法规和工程最佳实践，在确定关键参数的尺寸时，通过采用足够的安全系数来提供比如滚珠丝杠、同心轴、转向拉杆等机械子部件的冗余。

虽然已经示出并描述了本发明的示例性实施例，但对于本领域技术人员而言清楚的是，可以做出本文中描述的本发明的许多改变和修改或变化。此外，在不背离本发明概念的范围的情况下，可以用不同方式组合上述不同实施例。因此，应理解，本发明的以上描述以及附图应被视为其非限制性示例，并且本发明的范围在所附专利权利要求中加以限定。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的线控转向致动系统，该系统包括：

-至少两个电动转向马达，每个电动转向马达包括转子(8a，8b)和定子(11a，11b)；

-车辆控制单元(VCU)，该车辆控制单元被配置为从输入转向装置接收转向命令；

-至少两个转向电子控制单元(ECU)，用于控制从所述至少两个电动转向马达输出的扭矩或转速；其特征在于，该系统进一步包括：

-滚珠丝杠(5)和配合的滚珠丝杠螺母(21)；以及

-容纳所述滚珠丝杠(5)和配合的滚珠丝杠螺母(21)的同心轴(7)，其中所述至少两个转子(8a，8b)适于将扭矩和转速传递到所述同心轴(7)，并且其中所述滚珠丝杠螺母(21)被机械地连接到所述同心轴(7)，以便将来自这些转子的旋转运动转换为该滚珠丝杠(5)的线性往复转向运动。

2.根据权利要求1所述的线控转向致动系统，包括主轴承内圈(6)，该主轴承内圈被压配合到该同心轴(7)上。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的线控转向致动系统，包括次轴承内圈(10)，该次轴承内圈被压配合到该同心轴(7)上。

4.根据任一前述权利要求所述的线控转向致动系统，其中，该输入转向装置是与该车辆控制单元(VCU)电连接的方向盘。

5.根据任一前述权利要求所述的线控转向致动系统，其中，该至少两个电动转向马达的所述转子(8a，8b)由转子套筒(9)分隔开。

6.根据任一前述权利要求所述的线控转向致动系统，其中，该至少两个电动转向马达的所述定子(11a，11b)由定子套筒(12)分隔开。

7.根据任一前述权利要求所述的线控转向致动系统，进一步包括滑动衬套(16)，该滑动衬套适于使所述滚珠丝杠(5)的纵向轴线在空间上固定，同时允许所述滚珠丝杠(5)沿所述轴线运动。

8.根据任一前述权利要求所述的线控转向致动系统，进一步包括至少一个温度传感器或至少一个滚珠丝杠中心位置传感器或至少一个电动转向马达位置传感器。

9.一种用于在电动转向马达故障的情况下致动转向机构的方法，所述方法包括：

-提供根据权利要求1所述的线控转向致动系统；

-为每个电动转向马达的扭矩和转速输出设置值；

-检测第一电动转向马达的扭矩或转速输出的偏差；

-通过为第二电动转向马达的扭矩和转速输出设置新值来补偿所述第一电动转向马达的扭矩或转速输出的所述偏差。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少两个电动转向马达是至少三个电动转向马达，并且其中，补偿所述第一电动转向马达的扭矩或转速输出的所述偏差包括为第二电动转向马达和第三电动转向马达的扭矩或转速输出设置新值。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，检测这些电动转向马达中的一个的扭矩和转速输出的偏差包括测量温度和/或滚珠丝杠位置和/或电动转向马达位置和/或电动转向马达输出扭矩。

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