CN114802421B - 一种同轴双电机线控转向系统及无转向盘智能汽车 - Google Patents

Abstract

一种同轴双电机线控转向系统，包括：动力转向电机、主副电机与蜗轮蜗杆减速机的连接结构、蜗轮蜗杆减速机、蜗轮蜗杆减速机与转向器的连接结构、齿轮齿条式转向器、转向车轮总成和控制系统。本发明采用一种无转向盘的线控转向系统，取消了复杂的转向机械结构减少了转向系统的零件数量从而使得整体结构更加紧凑，减少了占用空间；采用双电机的冗余控制形式，提高了整个线控转向系统的容错率；其零件的装配充分考虑了转向间隙的问题，并最大限度地消除了间隙，保证了转向的连续性、稳定性和可靠性；以中间输入齿轮齿条式转向器作为转向执行器，结构简单、紧凑，刚度大，转向灵敏。

Description

一种同轴双电机线控转向系统及无转向盘智能汽车

技术领域

本发明涉及智能汽车领域，具体的，涉及一种同轴双电机线控转向系统，属于车辆线控转向系统技术领域，具有同轴双电机架构，能够实现无手动机械转向输入。

背景技术

汽车转向系统的功用是保证车辆在任何工况下转动转向盘时有较理想的操纵稳定性，使汽车能够按照驾驶员的意愿控制汽车的行驶方向。在车辆转向系统的发展过程中，主要包括了纯机械转向、液压助力式转向、电控液压助力式转向、电动液压助力式转向以及线控转向五个阶段。直至目前，线控转向技术已然车辆转向行业中的研究热点和发展趋势。

线控转向系统与传统的转向系统在结构形式上差别明显，主要表现在线控转向系统取消了从转向盘到转向执行器之间的机械连接，通过控制单元对转向电机的电信号控制，驱动转向执行机构，从而带动车轮转动实现汽车的转向。这种方式可以有效减少传统机械结构的局限性。而且线控转向技术作为自动驾驶的一部分，在其控制方面易于与其他智能驾驶系统实现集成，有利于增提高汽车行驶安全、驾驶员操纵稳定、车辆行驶平顺。在汽车智能技术不断发展的今天，线控转向技术越来越被各大汽车厂商关注并攻关，成为智能驾驶汽车的标配。在执行方面，它能迅速响应转向命令，在空间布置方面，节省了转向柱的安装空间甚至可以隐藏转向盘而用遥控器代替，从而提高乘员的舒适性。因此，汽车线控转向是转向系统的技术革新和重大进步。

在现有技术中，申请号为CN201510776259.X，发明名称为“一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构”的中国专利申请公开了一种汽车线控转向系统的双电机同步驱动转向执行机构，旨在提高线控转向系统的转向执行的响应特性、寿命以及转向执行系统的结构冗余安全性和结构紧凑性。其包括：两个相同的转向电机、两个相同的蜗轮蜗杆减速器总成、扭矩转角传感器以及齿轮齿条式转向器总成。转向执行机构采用反向对称布置的双电机及蜗轮蜗杆减速器总成，两转向电机及与其装配的蜗轮蜗杆减速器啮合到齿轮齿条式转向器的齿条上，扭矩转角传感器嵌入到蜗轮蜗杆减速器总成内。

但该发明专利中的双电机布置于不同的减速机上，较为复杂，不利于安装和底盘的空间布置；在转向执行机构中缺少了对于零件之间间隙的调整和改进，长期使用后由于转向冲击而产生的间隙使得转向时存在较大安全隐患；成本高，稳定性能得不到明显改善。

申请号为CN202021296921.4，实用新型名称为“一种具有双电机冗余设计的电动辅助转向器”的中国专利申请公开了一种具有双电机冗余设计的电动辅助转向器。该电动辅助转向器包括驱动电机和减速机构，所述的减速机构包括蜗轮蜗杆传动机构，所述驱动电机的数量为两个，所述驱动电机的输出端通过电磁离合器与蜗杆的端部连接；所述的电磁离合器包括磁轭、动盘和连接法兰，所述的动盘与磁轭旋转活动连接；还包括设置在动盘与连接法兰之间的由铁磁性材料制成的摩擦片，所述的摩擦片与连接法兰同步转动；所述的摩擦片与连接法兰之间连接有弹簧。以上所述的电动辅助转向器，当出现某个驱动电机出现故障时，该驱动电机通过电磁离合器与蜗杆断开，另一驱动电机提高输出功率，从而保证转向系统正常工作。

但该方案中的转向系统还是建立在传统转向器的基础上增加了助力装置，所述助力装置为具有冗余设计的双电机结构，其双电机结构为非同轴，在空间布置上较为复杂；该结构为电动助力转向，其转向功能还是依靠传统的驾驶员操纵转向盘来实现，并非线控转向系统。

因此，如何实现双电机的线控转向控制，简化机械结构，提高机械零件的空间利用率成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种同轴双电机线控转向系统及无转向盘智能汽车，同轴双电机的冗余驱动结构，既保证线控转向系统的安全性、可靠性，无转向盘，大大减少转向系统机械结构占用的空间，可以适配完全无人驾驶汽车。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种同轴双电机线控转向系统，其特征在于，包括：

动力转向电机、主副电机与蜗轮蜗杆减速机的连接结构、蜗轮蜗杆减速机、蜗轮蜗杆减速机与转向器的连接结构、齿轮齿条式转向器、转向车轮总成和控制系统；

所述动力转向电机包括：主电机、副电机、非接触式位置传感器、主电机控制单元、副电机控制单元，其中主电机与副电机同轴方式；

所述动力转向电机的具体连接方式为：主电机控制单元上三相线位置与主电机三相线位置相合，电机控制单元壳体与电机壳体紧固连接；非接触式位置传感器安装于主电机壳体与主电机控制单元连接一侧的电机轴上；副电机控制单元上三相线位置与副电机三相线位置相合，电机控制单元壳体与电机壳体紧固连接，非接触式位置传感器安装于副电机壳体与副电机控制单元连接一侧的电机轴上；

所述主副电机与蜗轮蜗杆减速机连接结构包括：第一四爪套筒、第二四爪套筒、第一弹性橡胶块、第二弹性橡胶块、第一四爪输入轴、第二四爪输入轴、第一平键、第二平键、第一橡胶压块、第二橡胶压块、主电机安装板、副电机安装板、第一方形输入法兰和第二方形输入法兰，具体的：主电机输出轴上紧固装配有第一四爪套筒，第一四爪套筒与第一弹性橡胶块相连，第一弹性橡胶块与第一四爪输入轴相连，第一四爪输入轴上设有平键槽，第一平键装配入该键槽，该第一平键与下述蜗轮蜗杆减速机一侧蜗杆套筒的平键槽配合连接，第一橡胶压块为空心圆柱橡胶块，一端面为平面与第一四爪套筒顶部相合，另一端面为曲率较小的球面与蜗杆套筒轴孔底部相合；副电机输出轴上紧固装配有第二四爪套筒，第二四爪套筒与第二弹性橡胶块相连，第二弹性橡胶块与减速机的第二四爪输入轴相连，第二四爪输入轴上设有平键槽，第二平键装配入该键槽，该第二平键与下述蜗轮蜗杆减速机上另一侧蜗杆套筒的平键槽配合连接，第二橡胶压块为空心圆柱橡胶块，一端面为平面与第二四爪输入轴顶部相合，另一端面为曲率较小的球面与蜗杆套筒轴孔底部相合；

所述蜗轮蜗杆减速机包括：蜗轮套筒、蜗杆套筒、圆锥滚子轴承、深沟球轴承、减速机箱体、端盖、轴塞，其中，蜗杆套筒通过两个圆锥滚子轴承固定在减速机箱体内部，蜗杆套筒为对称结构，两端为相同的平键轴套筒，中间部分为蜗杆，蜗杆套筒蜗杆部分与蜗轮上的齿啮合，蜗轮轴线与蜗杆轴线垂直，蜗轮套筒通过两个深沟球轴承固定在减速机箱体内部，蜗轮套筒为对称结构，两端为相同的平键轴套筒，中部为蜗轮，蜗轮套筒中间为通孔；

所述减速机与转向器连接装置包括：四爪输出轴、第三平键、第三弹性橡胶块、四爪内花键套筒、紧定螺丝、固定安装板、轴塞，转向小齿轮轴，具体的：四爪输出轴上有键槽，第三平键装配入该键槽；装有第三平键的四爪输出轴与蜗轮套筒一侧键槽过渡配合连接，键与键槽之间为过盈配合连接，四爪输出轴的四爪部分与第三弹性橡胶块连接；第三弹性橡胶块与四爪内花键套筒的四爪部分相配合连接，四爪内花键套筒有花键的中间位置套筒壁上开贯通螺纹孔，两颗紧定螺丝分别从两侧装配入该螺纹孔，紧固四爪内花键套筒与转向小齿轮轴外花键中间凹槽部分防止上下窜动；

所述齿轮齿条式转向器包括：转向小齿轮轴、齿条、滚动轴承、轴承端盖、齿条支撑、弹簧、调整螺母、锁紧螺母、转向器壳体、防尘套、万向节、转向直拉杆、球头；具体的，转向器壳体上有个安装孔，用于转向器的安装固定，转向器壳体上齿条安装位置两端上设置凹槽，用于安装防尘套，转向小齿轮轴一端为外花键，另一端为齿轮，中间为轴承安装位置，通过滚动轴承安装在转向器壳体中，滚动轴承外侧设有轴承端盖安装在转向器壳体上进行密封，转向小齿轮轴齿轮部分与齿条相啮合，齿条与转向小齿轮轴的齿轮部分之间的间隙消除是采用齿条支撑实现的，齿条支撑与齿条背面相贴合，弹簧与齿条支撑相连接，调整螺母与弹簧相连接，通过旋进/出调整螺母实现齿条与转向小齿轮轴上齿轮部分之间的压紧，锁紧螺母与调整螺母相连接，用于保证调整螺母不松动；齿条与转向器壳体内壁为滑动轴承，齿条两端分别与两个万向节通过螺纹相连接，两个万向节分别与转向直拉杆通过螺纹连接，转向直拉杆分别与左、右两个球头相连接，两个球头分别与下述车轮总成上左、右两个羊角相连接；

所述转向车轮总成包括：前轮、羊角，左、右两个羊角分别安装于左、右前轮上；

控制系统包括远程控制单元、转向控制单元和转角传感器，当汽车需要转向时，远程控制单元发送转向指令给转向控制单元，转向控制单元接收转向信息后，计算出所需转矩，将转矩信号发送给主电机控制单元，主电机控制单元控制主电机输出转向执行扭矩，主电机开始工作；在转向控制单元判断出主电机或主电机控制单元运行过程中出现故障无法正常工作时，转向控制单元将计算出的所需转矩发送给副电机控制单元，副电机控制单元控制副电机输出转向执行扭矩，副电机开始工作。

可选的，主副电机与蜗轮蜗杆减速机的连接结构还包括：

主电机壳体与主电机安装板焊接固定，主电机安装板上有三个中心对称的定位销，用于与第一方形输入法兰外侧的圆形凹槽连接，保证电机轴线与减速机输入轴线相合，主电机安装板四个角分别有一个圆孔，与第一方形输入法兰外侧上的四个长圆孔通过四个内六角螺栓和盖型螺母固定连接，第一方形输入法兰内侧与减速机箱体上蜗杆套筒一侧通过六个内六角螺栓固连；副电机壳体与副电机安装板焊接固定，副电机安装板上有三个中心对称的定位销，用于与第二方形输入法兰外侧的圆形凹槽对中连接，副电机安装板四个角分别有一个圆孔，与第二方形输入法兰外侧上的四个长圆孔通过四个内六角螺栓和盖型螺母固定连接，第二方形输入法兰内侧与减速机箱体另一侧通过六个内六角螺栓固连。

可选的，所述减速机与转向器连接结构中，轴塞是一个端面带倒角的空心圆柱体，轴塞直径与四爪输出轴轴径相同，轴塞长度为直径的四分之一，轴塞与蜗轮套筒孔壁过盈配合，且轴塞无倒角的端面与蜗轮套筒端面保持相合；减速机箱体上安装轴塞的一侧端面上安装端盖，端盖与蜗轮套筒端面留有微小间隙，端盖与减速机箱体通过四个内六角螺栓连接。

可选的，所述减速机与转向器连接结构还包括：固定安装板的上圆形凹槽与减速机箱体的与齿轮齿条式转向器连接的一侧表面上的圆形凸台过渡配合，固定安装板与减速机箱体通过四个内六角螺栓固定连接，固定安装板的下圆形凹槽与下述转向器壳体之间间隙配合连接，上圆形凹槽与下圆形凹槽之间有凸台，用于转向器壳体限位，固定安装板的侧面各有两个通孔，通孔端部都有内螺纹，该螺纹孔用于与汽车的副车架连接固定。

可选的，第一四爪输入轴、第二四爪输入轴、第一橡胶压块、第二橡胶压块、四爪输出轴、轴塞均为空心圆柱，孔径不得超过轴径的二分之一。

可选的，所述主副电机与蜗轮蜗杆减速机连接结构中，第一橡胶压块的直径与第一四爪输入轴轴径相同，长度小于直径的四分之一，第二橡胶压块的直径与第二四爪输入轴轴径相同，长度小于直径的四分之一。

可选的，主电机和副电机中一个是高压电机、另外一个是低压电机，或者两个电机都是低压电机。

一种无转盘智能汽车，其特征在于，包括：

底盘、副车架以及根据上述的同轴双电机线控转向系统。

综上，本发明具有如下优点：

1.本发明采用一种无转向盘的线控转向系统，取消了复杂的转向机械结构减少了转向系统的零件数量从而使得整体结构更加紧凑，减少了占用空间。

2.采用双电机的冗余控制形式，提高了整个线控转向系统的容错率，当主电机发生故障失效时，副电机可以代替主电机继续转向，保障了行车安全。

3.零件装配中充分考虑了转向间隙的问题，并最大限度地消除了间隙，保证了转向的连续性、稳定性和可靠性。

4.采用中间输入齿轮齿条式转向器作为转向执行器，一方面结构简单、紧凑，体积小，便于布置，成本低廉，另一方面，刚度大，转向灵敏。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的同轴双电机线控转向系统的结构示意图；

图2是根据本发明具体实施例的同轴双电机线控转向系统的中间连接部的结构示意图；

图3是根据本发明具体实施例的主副电机与减速机连接结构的结构示意图；

图4是根据本发明具体实施例的蜗轮蜗杆减速机的结构示意图；

图5是根据本发明具体实施例的蜗轮蜗杆减速机与转向器连接结构的结构示意图；

图6是根据本发明具体实施例的齿轮齿条式转向器的结构示意图；

图7是根据本发明具体实施例的控制系统的原理图；

图8是根据本发明具体实施例的同轴双电机线控转向系统的传动路线图；

图9是根据本发明具体实施例的具有同轴双电机线控转向系统的无转向盘智能汽车的示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、主电机控制单元；2、主电机；3、主电机安装板；4、第一四爪套筒；5、第一弹性橡胶块；6、第一四爪输入轴；7、第一平键；8、第一橡胶压块；9、第一方形输入法兰；10、蜗轮蜗杆减速机箱体；11、端盖；12、蜗轮套筒；13、第二方形输入法兰；14、第二橡胶压块；15、第二四爪输入轴；16、第二弹性橡胶块；17、副电机安装板；18、副电机；19、非接触式位置传感器；20、副电机控制单元；21、第二平键；22、第二四爪套筒；23、蜗杆套筒；24、固定安装板；25、轴塞；26、四爪输出轴；27、第三平键；28、第三弹性橡胶块；29、四爪内花键套筒；30、紧定螺丝；31、转向小齿轮轴；32、羊角；33、球头；34、转向直拉杆；35、万向节；36、齿条；37、齿轮齿条式转向器壳体；38、前轮；39、圆锥滚子轴承；40、深沟球轴承；41、轴承端盖；42、滚动轴承；43、齿条支撑；44、锁紧螺母；45、调整螺母；46、弹簧；47、防尘套；100、同轴双电机线控转向系统结构；300、主副电机与减速机连接结构；400、蜗轮蜗杆减速机；500、减速机与转向器连接结构；600、齿轮齿条式转向器；701、远程控制单元；702、转向控制单元；703、前轮转角传感器；900、无转向盘智能汽车。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明主要在于：设置两个单独控制的转向电机，同轴双电机结构同时为转向系统提供助力，两转向电机同时工作，互相独立，满足未来完全无人驾驶汽车线控转向系统动力源冗余的功能安全需求；通过远程控制单元给出控制信号，实现无转向盘控制，满足未来完全无人驾驶汽车线控转向系统需要。

参见图1-图7，示出了根据本发明具体实施例的同轴双电机线控转向系统的整体以及各个子部件的结构示意图，图8示出了根据本发明具体实施例的同轴双电机线控转向系统的传动路线图。

一种同轴双电机线控转向系统100，包括：

动力转向电机、主副电机与蜗轮蜗杆减速机的连接结构300、蜗轮蜗杆减速机400、蜗轮蜗杆减速机与转向器的连接结构500、齿轮齿条式转向器600、转向车轮总成和控制系统700；

所述动力转向电机包括：主电机2、副电机18、非接触式位置传感器19、主电机控制单元1、副电机控制单元20，其中主电机2与副电机18同轴方式，转向系统正常工作时为主电机运行，当主电机非正常运转时，副电机代替主电机实现转向功能；

其中主、副电机大小尺寸完全相同，且与下述的蜗轮蜗杆减速机的装配方式完全一致；

所述动力转向电机的具体连接方式为：主电机控制单元1上三相线位置与主电机2三相线位置相合，电机控制单元壳体与电机壳体紧固连接；非接触式位置传感器(图中未示出)安装于主电机2壳体与主电机控制单元1连接一侧的电机轴上；副电机控制单元20上三相线位置与副电机18三相线位置相合，电机控制单元壳体与电机壳体紧固连接；非接触式位置传感器19安装于副电机18壳体与副电机控制单元20连接一侧的电机轴上，具体连接结构参考图1；

所述主副电机与蜗轮蜗杆减速机连接结构300包括：第一四爪套筒4、第二四爪套筒22、第一弹性橡胶块5、第二弹性橡胶块16、第一四爪输入轴6、第二四爪输入轴15、第一平键7、第二平键21、第一橡胶压块8、第二橡胶压块14、主电机安装板3、副电机安装板17、第一方形输入法兰9、第二方形输入法兰13；

其中，具体运动部件连接结构为：主电机2输出轴上紧固装配有第一四爪套筒4，第一四爪套筒4与第一弹性橡胶块5相连，第一弹性橡胶块5与第一四爪输入轴6相连，第一四爪输入轴6上设有平键槽，第一平键7装配入该键槽，该第一平键7与下述蜗轮蜗杆减速机一侧蜗杆套筒23的平键槽配合连接，第一橡胶压块8为空心圆柱橡胶块，一端面为平面与第一四爪套筒4顶部相合，另一端面为曲率较小的球面与蜗杆套筒23轴孔底部相合；副电机输出轴上紧固装配有第二四爪套筒22，第二四爪套筒22与第二弹性橡胶块16相连，第二弹性橡胶块16与减速机的第二四爪输入轴15相连，第二四爪输入轴15上设有平键槽，第二平键21装配入该键槽，该第二平键21与下述蜗轮蜗杆减速机上另一侧蜗杆套筒23的平键槽配合连接，第二橡胶压块14为空心圆柱橡胶块，一端面为平面与第二四爪输入轴15顶部相合，另一端面为曲率较小的球面与蜗杆套筒23轴孔底部相合。

参见图4，所述蜗轮蜗杆减速机400包括：蜗轮套筒12、蜗杆套筒23、圆锥滚子轴承39、深沟球轴承40、减速机箱体10、端盖11、轴塞25，其中，蜗杆套筒23通过两个圆锥滚子轴承39固定在减速机箱体10内部，蜗杆套筒23为对称结构，两端为相同的平键轴套筒，中间部分为蜗杆，蜗杆套筒23蜗杆部分与蜗轮上的齿啮合，蜗轮轴线与蜗杆轴线垂直，蜗轮套筒25通过两个深沟球轴承40固定在减速机箱体10内部，蜗轮套筒12为对称结构，两端为相同的平键轴套筒，中部为蜗轮，蜗轮套筒12中间为通孔。

参见图5，所述减速机与转向器连接装置500包括：四爪输出轴26、第三平键27、第三弹性橡胶块28、四爪内花键套筒29、紧定螺丝30、固定安装板24、轴塞25，转向小齿轮轴31，具体的：四爪输出轴26上有键槽，第三平键27装配入该键槽；装有第三平键27的四爪输出轴26与蜗轮套筒12一侧键槽过渡配合连接，键与键槽之间为过盈配合连接，四爪输出轴26的四爪部分与第三弹性橡胶块28连接；第三弹性橡胶块28与四爪内花键套筒29的四爪部分相配合连接，四爪内花键套筒29有花键的中间位置套筒壁上开贯通螺纹孔，两颗紧定螺丝30分别从两侧装配入该螺纹孔，紧固四爪内花键套筒29与转向小齿轮轴31外花键中间凹槽部分防止上下窜动。

所述齿轮齿条式转向器600包括：转向小齿轮轴31、齿条36、滚动轴承42、轴承端盖41、齿条支撑43、弹簧46、调整螺母45、锁紧螺母44、转向器壳体37、防尘套47、万向节35、转向直拉杆34、球头33；

其中，转向器壳体37上有3个安装孔，用于转向器的安装固定，转向器壳体37上齿条安装位置两端上设置凹槽，用于安装防尘套，转向小齿轮轴31一端为外花键，另一端为齿轮，中间为轴承安装位置，通过滚动轴承安装在转向器壳体37中，滚动轴承42外侧设有轴承端盖41安装在转向器壳体37上进行密封，转向小齿轮轴31齿轮部分与齿条36相啮合，齿条36与转向小齿轮轴31的齿轮部分之间的间隙消除是采用齿条支撑实现的，齿条支撑43与齿条36背面相贴合，弹簧46与齿条支撑43相连接，调整螺母45与弹簧46相连接，通过旋进/出调整螺母45实现齿条36与转向小齿轮轴31上齿轮部分之间的压紧，锁紧螺母44与调整螺母45相连接，用于保证调整螺母45不松动；齿条36与转向器壳体37内壁为滑动轴承，齿条36两端分别与两个万向节35通过螺纹相连接，两个万向节35分别与转向直拉杆34通过螺纹连接，转向直拉杆34分别与左、右两个球头33相连接，两个球头33分别与下述车轮总成上左、右两个羊角39相连接，具体结构参见图6。

所述转向车轮总成包括：前轮38、羊角32；左、右两个羊角32分别安装于左、右前轮38上，

参见图7，控制系统包括远程控制单元701、转向控制单元702和转角传感器703，当汽车需要转向时，驾驶员通过远程控制单元701发送转向指令给转向控制单元702，转向控制单元702接收转向信息后，通过控制算法计算出所需转矩，并通过CAN通信将转矩信号发送给主电机控制单元1，主电机控制单元1控制主电机2输出转向执行扭矩，主电机2开始工作；在转向控制单元702判断出主电机2或主电机控制单元1运行过程中出现故障无法正常工作时，转向控制单元702将计算出的所需转矩通过CAN通信将转矩信号发送给副电机控制单元20，副电机控制单元20控制副电机18输出转向执行扭矩，副电机18开始工作。在前轮38转向过程中，车轮处的转角传感器703采集车轮转角信息并发送给转向控制单元702，从而形成完整的反馈控制。

进一步的，所述减速机与转向器连接结构500中，轴塞25是一个只有一个端面带倒角的空心圆柱体，轴塞25直径与四爪输出轴26轴径相同，轴塞25长度为直径的四分之一，轴塞25与蜗轮套筒12孔壁过盈配合，且轴塞25无倒角的端面与蜗轮套筒12端面保持相合，其作用是对下述四爪输出轴26安装入蜗轮套筒12时轴向限位；减速机箱体10上安装轴塞25的一侧端面上安装端盖11，保证减速机箱体上传动轴部分的密封，端盖11与蜗轮套筒12端面留有微小间隙，避免造成端盖摩擦降低效率，端盖11与减速机箱体10通过四个内六角螺栓连接。

所述减速机与转向器连接结构500还包括：固定安装板24的上圆形凹槽与减速机箱体10的与齿轮齿条式转向器600连接的一侧表面上的圆形凸台过渡配合，保证轴线的对中，固定安装板24与减速机箱体10通过四个内六角螺栓固定连接，固定安装板24的下圆形凹槽与下述转向器壳体37之间间隙配合连接，上圆形凹槽与下圆形凹槽之间有凸台，用于转向器壳体37限位，固定安装板24的侧面各有两个通孔，通孔端部都有内螺纹，该螺纹孔用于与汽车的副车架连接固定。

本发明中，第一四爪输入轴6、第二四爪输入轴15、第一橡胶压块8、第二橡胶压块14、四爪输出轴26、轴塞25均为空心圆柱，孔径不得超过轴径的二分之一，其目的是减小旋转部件的转动惯量，提高线控转向系统的响应速度，同时保证旋转部件应有的强度、刚度。

其中，进一步优选的，所述主副电机与蜗轮蜗杆减速机连接结构中，第一橡胶压块8的直径与第一四爪输入轴6轴径相同，长度小于直径的四分之一，其用于给第一四爪输入轴6在安装入蜗杆套筒23时轴向限位，第二橡胶压块14的直径与第二四爪输入轴15轴径相同，长度小于直径的四分之一，其用于给第二四爪输入轴15在安装入蜗杆套筒23时轴向限位。

主副电机与蜗轮蜗杆减速机的连接结构300还包括：

主电机2壳体与主电机安装板3焊接固定，主电机安装板3上有三个中心对称的定位销，用于与第一方形输入法兰9外侧的圆形凹槽连接，保证电机轴线与减速机输入轴线相合，主电机2安装板四个角分别有一个圆孔，与第一方形输入法兰9外侧上的四个长圆孔通过四个内六角螺栓和盖型螺母固定连接，第一方形输入法兰9内侧与减速机箱体10上蜗杆套筒23一侧通过六个内六角螺栓固连；副电机18壳体与副电机安装板17焊接固定，副电机安装板17上有三个中心对称的定位销，用于与第二方形输入法兰13外侧的圆形凹槽对中连接，副电机安装板17四个角分别有一个圆孔，与第二方形输入法兰17外侧上的四个长圆孔通过四个内六角螺栓和盖型螺母固定连接，第二方形输入法兰13内侧与减速机箱体10另一侧通过六个内六角螺栓固连。

其中，主电机2与蜗轮蜗杆减速机的连接结构300如图3所示，副电机18与减速机运动部件连接方式完全相同。

从上述的描述中可以看出，在本发明中，传动过程及间隙问题的解决办法为：主电机2上的输出轴连接第一四爪套筒4带动第一四爪输入轴6，中间的第一弹性橡胶块5是为了保证传动过程平顺、减少冲击振动；第一四爪输入轴6上装配有第一平键7，第一平键7与蜗杆套筒23上的键槽过盈配合连接，避免传动过程中往复运动造成传动间隙的问题；蜗杆套筒23与蜗轮套筒12安装在减速机箱体10内部，蜗杆部分与蜗轮部分啮合紧密，无传动间隙，从而使蜗杆带动蜗轮，降低输出转速，增大输出转矩；蜗轮套筒12上有键槽，装配有第三平键27的四爪输出轴26通过第三平键27过盈装配于蜗轮套筒12内，避免传动过程中的往复运动造成传动间隙的问题；四爪输出轴26带动四爪内花键套筒29，中间的第三弹性橡胶块28是为了保证传动过程平顺、减少冲击振动；四爪内花键套筒29上的内花键部分与转向小齿轮轴31的外花键部分啮合，装配形式为过盈配合，保证传动无间隙问题；转向小齿轮轴31的齿轮部分与齿条36啮合，转向小齿轮轴31的转动带动齿条的横向位移，齿轮齿条的啮合间隙通过调整螺母45的旋紧保证的；齿条36的横向位移带动左右转向直拉杆34的运动，从而使连接在左、右转向直拉杆34另一端的左、右羊角32运动；由于羊角32与前轮38固定连接，前轮38绕各自主销旋转，因此拉动羊角32就会使得前轮38实现转向。

进一步的，本发明中主电机和副电机中一个是高压电机、另外一个是低压电机，或者两个电机都是低压电机。

通过这样的设置，高压电机使用车辆电池包供电，低压电机使用独立的电瓶如铅蓄电池供电，在某一电源故障情况下，另一电源仍可保证某一电机的转向控制效果；或者两个电机都使用独立的低压电源，更进一步保证转向电机的工作稳定性。这样的设置方式提高了转向系统的冗余性。

参见图9，本发明进一步公开了一种无转盘智能汽车900，包括：底盘、副车架以及本发明中同轴双电机线控转向系统。

综上，本发明具有如下优点：

1.本发明采用一种无转向盘的线控转向系统，取消了复杂的转向机械结构减少了转向系统的零件数量从而使得整体结构更加紧凑，减少了占用空间。

2.采用双电机的冗余控制形式，提高了整个线控转向系统的容错率，当主电机发生故障失效时，副电机可以代替主电机继续转向，保障了行车安全。

3.零件装配中充分考虑了转向间隙的问题，并最大限度地消除了间隙，保证了转向的连续性、稳定性和可靠性。

4.采用中间输入齿轮齿条式转向器作为转向执行器，一方面结构简单、紧凑，体积小，便于布置，成本低廉，另一方面，刚度大，转向灵敏。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (8)

1.一种同轴双电机线控转向系统，其特征在于，包括：

动力转向电机、主副电机与蜗轮蜗杆减速机连接机构、蜗轮蜗杆减速机、减速机与转向器连接机构、齿轮齿条式转向器、转向车轮总成和控制系统；

所述动力转向电机包括：主电机、副电机、非接触式位置传感器、主电机控制单元、副电机控制单元，其中主电机与副电机同轴方式；

所述动力转向电机的具体连接方式为：主电机控制单元上三相线位置与主电机三相线位置相合，电机控制单元壳体与电机壳体紧固连接；非接触式位置传感器安装于主电机壳体与主电机控制单元连接一侧的电机轴上；副电机控制单元上三相线位置与副电机三相线位置相合，电机控制单元壳体与电机壳体紧固连接，非接触式位置传感器安装于副电机壳体与副电机控制单元连接一侧的电机轴上；

所述主副电机与蜗轮蜗杆减速机连接机构包括：第一四爪套筒、第二四爪套筒、第一弹性橡胶块、第二弹性橡胶块、第一四爪输入轴、第二四爪输入轴、第一平键、第二平键、第一橡胶压块、第二橡胶压块、主电机安装板、副电机安装板、第一方形输入法兰和第二方形输入法兰，具体的：主电机输出轴上紧固装配有第一四爪套筒，第一四爪套筒与第一弹性橡胶块相连，第一弹性橡胶块与第一四爪输入轴相连，第一四爪输入轴上设有平键槽，第一平键装配入该键槽，该第一平键与下述蜗轮蜗杆减速机一侧蜗杆套筒的平键槽配合连接，第一橡胶压块为空心圆柱橡胶块，一端面为平面与第一四爪套筒顶部相合，另一端面为曲率较小的球面与蜗杆套筒轴孔底部相合；副电机输出轴上紧固装配有第二四爪套筒，第二四爪套筒与第二弹性橡胶块相连，第二弹性橡胶块与减速机的第二四爪输入轴相连，第二四爪输入轴上设有平键槽，第二平键装配入该键槽，该第二平键与下述蜗轮蜗杆减速机上另一侧蜗杆套筒的平键槽配合连接，第二橡胶压块为空心圆柱橡胶块，一端面为平面与第二四爪输入轴顶部相合，另一端面为曲率较小的球面与蜗杆套筒轴孔底部相合；

所述蜗轮蜗杆减速机包括：蜗轮套筒、蜗杆套筒、圆锥滚子轴承、深沟球轴承、减速机箱体、端盖、轴塞，其中，蜗杆套筒通过两个圆锥滚子轴承固定在减速机箱体内部，蜗杆套筒为对称结构，两端为相同的平键轴套筒，中间部分为蜗杆，蜗杆套筒蜗杆部分与蜗轮上的齿啮合，蜗轮轴线与蜗杆轴线垂直，蜗轮套筒通过两个深沟球轴承固定在减速机箱体内部，蜗轮套筒为对称结构，两端为相同的平键轴套筒，中部为蜗轮，蜗轮套筒中间为通孔；

所述减速机与转向器连接机构包括：四爪输出轴、第三平键、第三弹性橡胶块、四爪内花键套筒、紧定螺丝、固定安装板、轴塞，转向小齿轮轴，具体的：四爪输出轴上有键槽，第三平键装配入该键槽；装有第三平键的四爪输出轴与蜗轮套筒一侧键槽过渡配合连接，键与键槽之间为过盈配合连接，四爪输出轴的四爪部分与第三弹性橡胶块连接；第三弹性橡胶块与四爪内花键套筒的四爪部分相配合连接，四爪内花键套筒有花键的中间位置套筒壁上开贯通螺纹孔，两颗紧定螺丝分别从两侧装配入该螺纹孔，紧固四爪内花键套筒与转向小齿轮轴外花键中间凹槽部分防止上下窜动；

所述齿轮齿条式转向器包括：转向小齿轮轴、齿条、滚动轴承、轴承端盖、齿条支撑、弹簧、调整螺母、锁紧螺母、转向器壳体、防尘套、万向节、转向直拉杆、球头；具体的，转向器壳体上有个安装孔，用于转向器的安装固定，转向器壳体上齿条安装位置两端上设置凹槽，用于安装防尘套，转向小齿轮轴一端为外花键，另一端为齿轮，中间为轴承安装位置，通过滚动轴承安装在转向器壳体中，滚动轴承外侧设有轴承端盖安装在转向器壳体上进行密封，转向小齿轮轴齿轮部分与齿条相啮合，齿条与转向小齿轮轴的齿轮部分之间的间隙消除是采用齿条支撑实现的，齿条支撑与齿条背面相贴合，弹簧与齿条支撑相连接，调整螺母与弹簧相连接，通过旋进/出调整螺母实现齿条与转向小齿轮轴上齿轮部分之间的压紧，锁紧螺母与调整螺母相连接，用于保证调整螺母不松动；齿条与转向器壳体内壁为滑动轴承，齿条两端分别与两个万向节通过螺纹相连接，两个万向节分别与转向直拉杆通过螺纹连接，转向直拉杆分别与左、右两个球头相连接，两个球头分别与下述车轮总成上左、右两个羊角相连接；

所述转向车轮总成包括：前轮、羊角，左、右两个羊角分别安装于左、右前轮上；

控制系统包括远程控制单元、转向控制单元和转角传感器，当汽车需要转向时，远程控制单元发送转向指令给转向控制单元，转向控制单元接收转向信息后，计算出所需转矩，将转矩信号发送给主电机控制单元，主电机控制单元控制主电机输出转向执行扭矩，主电机开始工作；在转向控制单元判断出主电机或主电机控制单元运行过程中出现故障无法正常工作时，转向控制单元将计算出的所需转矩发送给副电机控制单元，副电机控制单元控制副电机输出转向执行扭矩，副电机开始工作。

2.根据权利要求1所述的同轴双电机线控转向系统，其特征在于，

主副电机与蜗轮蜗杆减速机连接机构还包括：

主电机壳体与主电机安装板焊接固定，主电机安装板上有三个中心对称的定位销，用于与第一方形输入法兰外侧的圆形凹槽连接，保证电机轴线与减速机输入轴线相合，主电机安装板四个角分别有一个圆孔，与第一方形输入法兰外侧上的四个长圆孔通过四个内六角螺栓和盖型螺母固定连接，第一方形输入法兰内侧与减速机箱体上蜗杆套筒一侧通过六个内六角螺栓固连；副电机壳体与副电机安装板焊接固定，副电机安装板上有三个中心对称的定位销，用于与第二方形输入法兰外侧的圆形凹槽对中连接，副电机安装板四个角分别有一个圆孔，与第二方形输入法兰外侧上的四个长圆孔通过四个内六角螺栓和盖型螺母固定连接，第二方形输入法兰内侧与减速机箱体另一侧通过六个内六角螺栓固连。

3.根据权利要求2所述的同轴双电机线控转向系统，其特征在于，

所述减速机与转向器连接机构中，轴塞是一个端面带倒角的空心圆柱体，轴塞直径与四爪输出轴轴径相同，轴塞长度为直径的四分之一，轴塞与蜗轮套筒孔壁过盈配合，且轴塞无倒角的端面与蜗轮套筒端面保持相合；减速机箱体上安装轴塞的一侧端面上安装端盖，端盖与蜗轮套筒端面留有微小间隙，端盖与减速机箱体通过四个内六角螺栓连接。

4.根据权利要求2所述的同轴双电机线控转向系统，其特征在于，

所述减速机与转向器连接机构还包括：固定安装板的上圆形凹槽与减速机箱体的与齿轮齿条式转向器连接的一侧表面上的圆形凸台过渡配合，固定安装板与减速机箱体通过四个内六角螺栓固定连接，固定安装板的下圆形凹槽与下述转向器壳体之间间隙配合连接，上圆形凹槽与下圆形凹槽之间有凸台，用于转向器壳体限位，固定安装板的侧面各有两个通孔，通孔端部都有内螺纹，该通孔用于与汽车的副车架连接固定。

5.根据权利要求2所述的同轴双电机线控转向系统，其特征在于，

第一四爪输入轴、第二四爪输入轴、第一橡胶压块、第二橡胶压块、四爪输出轴、轴塞均为空心圆柱，孔径不得超过轴径的二分之一。

6.根据权利要求2所述的同轴双电机线控转向系统，其特征在于，

所述主副电机与蜗轮蜗杆减速机连接机构中，第一橡胶压块的直径与第一四爪输入轴轴径相同，长度小于直径的四分之一，第二橡胶压块的直径与第二四爪输入轴轴径相同，长度小于直径的四分之一。

7.根据权利要求2所述的同轴双电机线控转向系统，其特征在于，

主电机和副电机中一个是高压电机、另外一个是低压电机，或者两个电机都是低压电机。

8.一种无转盘智能汽车，其特征在于，包括：

底盘、副车架以及根据权利要求1-7中任意一项所述的同轴双电机线控转向系统。

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