CN114132375B - 电动转向助力系统及其助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动转向助力系统及其助力装置，助力装置包括：动力模块，包括第一动力组件，包括第一电机以及第一控制器；第二动力组件，包括第二电机以及第二控制器，第一控制器和所述第二控制器接收公共转向指令；同步模块，所述同步模块接收冗余信号，并根据所述冗余信号计算所述公共转向指令，将所述公共转向指令传输至所述第一控制器和所述第二控制器；辅助机械模块，包括：壳体，动力模块以及同步模块皆安装至壳体上；共用蜗轮，安装于壳体上；第一蜗杆，连接至第一电机，并与共用蜗轮啮合；第二蜗杆，连接至第二电机，并与共用蜗轮啮合，第二蜗杆平行于第一蜗杆。本发明使得第一动力组件和第二动力组件完全隔离，提高系统安全性。

Description

电动转向助力系统及其助力装置

技术领域

本发明涉及电动转向助力系统，尤其涉及一种电动转向助力系统及其助力装置。

背景技术

目前，越来越多的车辆需要转向冗余来保证自主驾驶性能。典型的冗余转向系统采用双逆变电机和双单片机结构。但这样的结构无法保证双逆变电机和双单片机结构的100％的电气隔离。目前，大多数电动助力转向系统共用采样电机(双绕线电机)的电机轴，而这样的方式对控制要求很高。同时，这样的方式，除了电气冗余外，没有充分考虑机械冗余。

因此，目前冗余转向系统成本相对较高，不利于低速应用。

发明内容

本发明为了克服上述相关技术存在的缺陷，提供一种电动转向助力系统及其助力装置，本文描述的技术方案至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本发明的一个方面，提供一种助力装置，包括：

动力模块，包括第一动力组件以及第二动力组件，所述第一动力组件包括第一电机以及第一控制器，所述第二动力组件包括第二电机以及第二控制器，所述第一控制器和所述第二控制器接收公共转向指令；

同步模块，与所述第一控制器和所述第二控制器通信连接，所述同步模块接收冗余信号，并根据所述冗余信号计算所述公共转向指令，所述同步模块将所述公共转向指令传输至所述第一控制器和所述第二控制器；

辅助机械模块，包括：

壳体，所述动力模块以及所述同步模块皆安装至所述壳体上；

共用蜗轮，安装于所述壳体上；

第一蜗杆，连接至所述第一电机，并与所述共用蜗轮啮合；

第二蜗杆，连接至所述第二电机，并与所述共用蜗轮啮合，所述第二蜗杆平行于所述第一蜗杆。

在本发明的一些实施例中，所述壳体包括相背的第一侧和第二侧，所述壳体的第一侧设置有第一凹槽，所述共用蜗轮和所述同步模块容置于所述第一凹槽内，所述共用蜗轮位于所述同步模块和所述第一凹槽的底壁之间。

在本发明的一些实施例中，所述助力装置还包括：

输出轴，所述壳体的第二侧设置有第一通孔，所述输出轴通过所述第一通孔连接至所述共用蜗轮，所述输出轴随所述共用蜗轮的旋转而旋转。

在本发明的一些实施例中，所述壳体还包括相背的第三侧和第四侧，所述壳体还设有自所述第三侧向第四侧延伸的第二通孔和第三通孔，所述第二通孔和第三通孔与所述第一凹槽联通，所述第二通孔供所述第一蜗杆穿过，所述第三通孔供所述第二蜗杆穿过。

在本发明的一些实施例中，所述第一电机和所述第二电机安装于所述壳体的第三侧和/或第四侧，所述第一电机的电机轴通过所述第二通孔连接所述第一蜗杆，所述第二电机的电机轴通过所述第三通孔连接所述第二蜗杆。

在本发明的一些实施例中，所述第一电机的电机轴与所述第二电机的电机轴之间的距离根据所述共用蜗轮的外径设置，且所述第一电机的电机轴至与所述共用蜗轮的轴心之间的距离等于述第二电机的电机轴至与所述共用蜗轮的轴心之间的距离。

在本发明的一些实施例中，所述壳体还包括相背的第五侧以及第六侧，所述第一控制器安装于所述壳体的第五侧，所述第二控制器安装于所述壳体的第六侧。

在本发明的一些实施例中，所述第一控制器包括第一电源连接器，所述第二控制器包括第二电源连接器。

在本发明的一些实施例中，所述同步模块包括第一信号连接器以及第二信号连接器以分别接收所述冗余信号。

根据本发明的又一方面，还提供一种电动转向助力系统，包括：

助力器，包括如上所述的助力装置；以及

转向器。

相比现有技术，本发明的优势至少包括：

本发明使动力模块包括独立的第一动力组件以及独立的第二动力组件，第一动力组件以及第二动力组件皆包括电机以及控制器，由此，第一动力组件以及第二动力组件可以独立运行和控制，从而降低控制成本；本发明通过同步模块接收冗余信号，并根据所述冗余信号计算所述公共转向指令，将所述公共转向指令传输至所述第一控制器和所述第二控制器，从而实现第一动力组件和第二动力组件的同步控制；本发明通过辅助机械模块实现动力模块、同步模块的安装，并使得动力模块的第一动力组件和第二动力组件的电机转动分别通过第一蜗杆和第二蜗杆传递到共用蜗轮，从而实现冗余助力的同时，实现稳定安装。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出了根据电动转向助力系统的示意图。

图2示出了根据本发明实施例的助力装置的立体图。

图3示出了根据本发明实施例的助力装置的主视图。

图4示出了根据本发明实施例的助力装置的侧视图。

图5示出了图4中的A-A截面图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此，实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

如本文使用的术语模块及子模块，指的是提供所描述的功能的、诸如专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或集群)和储存介质、组合逻辑电路和/或其它合适组件的一个或多个处理电路。可以理解，下面描述的子模块可以组合和/或进一步划分。

现在参考附图，其中，技术方案会参考具体实施例来描述，且不限于相同的实施例。图1示出了根据一种电动转向助力系统的示意图。电动转向助力系统例如可以包括方向盘110、转向轴120、转矩传感器130、助力器(例如包括助力电动机140及减速器150)、转向器160。

驾驶员操纵方向盘110转向时，转矩传感器120检测出驾驶员的转向力矩，车速传感器检测出汽车的行驶车速，助力电动机140的控制器根据转向力矩和汽车行驶车速确定助力电动机140的控制电流，并基于控制电流控制助力电动机140的转矩大小和转动方向，电机转矩经电机减速器150放大，作用于转向轴120上作为电机助力矩，方向盘110的转向力矩和助力器的电机助力矩共同作用在转向器160上，通过横向拉杆180驱动车轮170转动，实现转向功能。图1仅仅是示意性地得出电动转向助力系统，本发明并非以此为限制。

下面结合图2至图5描述本发明提供的助力装置。图2示出了根据本发明实施例的助力装置的立体图。图3示出了根据本发明实施例的助力装置的主视图。图4示出了根据本发明实施例的助力装置的侧视图。图5示出了图4中的A-A截面图。

助力装置包括动力模块、同步模块5以及辅助机械模块。动力模块包括第一动力组件以及第二动力组件。所述第一动力组件包括第一电机111以及第一控制器112。所述第二动力组件包括第二电机121以及第二控制器122。所述第一控制器112和所述第二控制器122接收公共转向指令，以控制第一电机111和第二电机121根据所述公共转向指令运转。具体而言，所述第一控制器112还包括第一电源连接器113，所述第二控制器122包括第二电源连接器123，由此，可以通过独立的第一电源连接器113和第二电源连接器123实现第一电机111和/或第二电机112的运转。第一电机111和第二电机121可以组合实现辅助扭矩。由此，两个动力组件100％电气隔离，以避免任何常见故障。任何动力组件故障都不应影响另一个动力组件。两个电机分开运行以避免相互之间发生影响，但该两个电机产生的扭矩通过辅助机械模块输出转向扭矩以响应自主驱动的需求。

同步模块5与所述第一控制器112和所述第二控制器122通信连接。具体而言，同步模块5可以所述第一控制器112和所述第二控制器122通过有线或无线的方式进行通信连接。所述同步模块5接收冗余信号，并根据所述冗余信号计算所述公共转向指令，所述同步模块将所述公共转向指令传输至所述第一控制器112和所述第二控制器122，实现同步指令传输，同时便于所述第一控制器112和所述第二控制器122控制第一电机111和第二电机121的运转。具体而言，所述同步模块5还可以包括第一信号连接器以及第二信号连接器以分别接收所述冗余信号，从而可以实现第一动力组件和第二动力组件的分别控制的同时，通过同步模块5实现信号同步和统一。

辅助机械模块包括壳体31、共用蜗轮33、第一蜗杆321以及第二蜗杆322。所述动力模块以及所述同步模块5皆安装至所述壳体上。共用蜗轮33安装于所述壳体上。第一蜗杆321连接至所述第一电机111，并与所述共用蜗轮33啮合。第二蜗杆322连接至所述第二电机121，并与所述共用蜗轮33啮合，所述第二蜗杆322平行于所述第一蜗杆321。在本实施例中，第一蜗杆321和第二蜗杆322相对于共用蜗轮33对称设置，从而便于涡杆的定位和旋转方向的校准。

在本发明的一些实施例中，所述壳体包括相背的第一侧311和第二侧312。所述壳体31的第一侧311设置有第一凹槽301。所述共用蜗轮33和所述同步模块5容置于所述第一凹槽301内。所述共用蜗轮33位于所述同步模块5和所述第一凹槽301的底壁之间，由此，可以实现助力装置的紧凑安装和小型化设置。

在上述实施例中，所述助力装置还包括输出轴4。所述壳体31的第二侧312设置有第一通孔304。所述输出轴4通过所述第一通孔304连接至所述共用蜗轮33，所述输出轴33随所述共用蜗轮33的旋转而旋转，从而实现扭矩的传递。

在上述实施例中，所述壳体31还包括相背的第三侧313和第四侧314，所述壳体31还设有自所述第三侧313向第四侧314延伸的第二通孔302和第三通孔303，所述第二通孔302和第三通孔304与所述第一凹槽301联通，所述第二通孔302供所述第一蜗杆321穿过，所述第三通孔303供所述第二蜗杆322穿过。由此，实现第一涡杆321和第二涡杆322的定位和安装。

在上述实施例中，所述第一电机111和所述第二电机112并列地安装于所述壳体31的第三侧313。所述第一电机111的电机轴1111通过所述第二通孔302连接所述第一蜗杆321，所述第二电机121的电机轴1211通过所述第三通孔302连接所述第二蜗杆322。由此，实现第一电机111和所述第二电机112的紧凑安装，便于助力装置的小型化的实现。

在上述实施例中，所述第一电机111的电机轴1111与所述第二电机121的电机轴1211平行，且所述第一电机111的电机轴1111与所述第二电机121的电机轴1211之间的距离根据所述共用蜗轮33的外径设置，以便于与所述第一电机111的电机轴1111耦合的第一蜗杆321以及与述第二电机121的电机轴1211耦合的第二涡杆322能够与共用蜗轮33啮合。所述第一电机111的电机轴1111至与所述共用蜗轮33的轴心之间的距离等于述第二电机121的电机轴1211至与所述共用蜗轮33的轴心之间的距离。由此，实现第一电机111和第二电机121的对称设置，从而便于涡杆的定位和旋转方向的校准。

上述实施例中，描述了第一电机111和第二电机121同侧并列布置的方案，本发明并非以此为限制。第一电机111和第二电机121可以按需灵活布置，例如，第一电机111和第二电机121可以相对布置(第一电机111和第二电机121呈180度夹角)；又例如，第一电机111和第二电机121可以按任意夹角进行布置。

在本发明的一些实施例中，所述壳体31还包括相背的第五侧315以及第六侧315，所述第一控制器112安装于所述壳体31的第五侧315，所述第二控制器122安装于所述壳体31的第六侧316。由于，避免第一控制器112和第二控制器122的安装对其它组件的影响。进一步地，在有线连接通信的场景中，上述安装方式使得第一动力组件的各部件位于共用蜗轮的同一侧，第二动力组件的各部件位于共用蜗轮的另一侧，便于连接线的连接，避免连接线相互交叉导致的信号影响；避免连接线所要连接的组件之间距离过远导致的连接线的浪费；避免连接线冗余产生的连接线纠缠等。

以上仅仅是示意性地描述本发明的多个实现方式，本发明并非以此为限制。

本发明使动力模块包括独立的第一动力组件以及独立的第二动力组件，第一动力组件以及第二动力组件皆包括电机以及控制器，由此，第一动力组件以及第二动力组件可以独立运行和控制，从而降低控制成本；本发明通过同步模块接收冗余信号，并根据所述冗余信号计算所述公共转向指令，将所述公共转向指令传输至所述第一控制器和所述第二控制器，从而实现第一动力组件和第二动力组件的同步控制；本发明通过辅助机械模块实现动力模块、同步模块的安装，并使得动力模块的第一动力组件和第二动力组件的电机转动分别通过第一蜗杆和第二蜗杆传递到共用蜗轮，从而实现冗余助力的同时，实现稳定安装。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (6)

1.一种助力装置，其特征在于，包括：

动力模块，包括第一动力组件以及第二动力组件，所述第一动力组件包括第一电机以及第一控制器，所述第二动力组件包括第二电机以及第二控制器，所述第一控制器和所述第二控制器接收公共转向指令；

同步模块，与所述第一控制器和所述第二控制器通信连接，所述同步模块接收冗余信号，并根据所述冗余信号计算所述公共转向指令，所述同步模块将所述公共转向指令传输至所述第一控制器和所述第二控制器，所述同步模块包括第一信号连接器以及第二信号连接器以分别接收所述冗余信号；

辅助机械模块，包括：

壳体，所述动力模块以及所述同步模块皆安装至所述壳体上；

共用蜗轮，安装于所述壳体上；

第一蜗杆，连接至所述第一电机，并与所述共用蜗轮啮合；

第二蜗杆，连接至所述第二电机，并与所述共用蜗轮啮合，所述第二蜗杆平行于所述第一蜗杆，

其中，所述壳体包括相背的第一侧和第二侧，所述壳体的第一侧设置有第一凹槽，所述共用蜗轮和所述同步模块容置于所述第一凹槽内，所述共用蜗轮位于所述同步模块和所述第一凹槽的底壁之间，

所述第一电机和所述第二电机并列安装于所述壳体的同侧，

其中，所述壳体还包括相背的第五侧以及第六侧，所述第一控制器安装于所述壳体的第五侧，所述第二控制器安装于所述壳体的第六侧，所述第一动力组件的各部件位于共用蜗轮的同一侧，所述第二动力组件的各部件位于共用蜗轮的另一侧，所述第一控制器包括第一电源连接器，所述第二控制器包括第二电源连接器，所述同步模块与所述第一控制器和所述第二控制器有线通信。

2.如权利要求1所述的助力装置，其特征在于，所述助力装置还包括：

输出轴，所述壳体的第二侧设置有第一通孔，所述输出轴通过所述第一通孔连接至所述共用蜗轮，所述输出轴随所述共用蜗轮的旋转而旋转。

3.如权利要求1所述的助力装置，其特征在于，所述壳体还包括相背的第三侧和第四侧，所述壳体还设有自所述第三侧向第四侧延伸的第二通孔和第三通孔，所述第二通孔和第三通孔与所述第一凹槽联通，所述第二通孔供所述第一蜗杆穿过，所述第三通孔供所述第二蜗杆穿过。

4.如权利要求3所述的助力装置，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机安装于所述壳体的第三侧和/或第四侧；

所述第一电机的电机轴通过所述第二通孔连接所述第一蜗杆，所述第二电机的电机轴通过所述第三通孔连接所述第二蜗杆。

5.如权利要求4所述的助力装置，其特征在于，所述第一电机的电机轴与所述第二电机的电机轴之间的距离根据所述共用蜗轮的外径设置，且所述第一电机的电机轴至与所述共用蜗轮的轴心之间的距离等于述第二电机的电机轴至与所述共用蜗轮的轴心之间的距离。

6.一种电动转向助力系统，其特征在于，包括：

助力器，包括如权利要求1至5任一项所述的助力装置；以及

转向器。

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