CN115214769A - 电动转向装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电动转向装置及车辆，电动转向装置包括电动转向器、电动推杆、第一转向摇臂、第二转向摇臂、第三转向摇臂、第一转向执行机构和第二转向执行机构；电动转向器与车辆的方向控制设备连接，检测方向控制设备被操作的方式，生成转向控制指令；或电动转向器接收转向指令；电动转向器和电动推杆控制器与车辆的底盘域控制器分别电连接。电动转向器响应于转向控制指令，通过第一转向摇臂驱动第二转向杆带动第一转向轴转动；以及电动推杆控制器响应于转向控制指令，驱动电机执行驱动指令，通过第三转向摇臂驱动推杆带动第一转向杆，使第二转向轴转动。本申请简化了系统结构，通过冗余结构设置，提升了转向控制安全性，降低了整车能耗。

Description

电动转向装置及车辆

技术领域

本申请涉及一种商用车辆中的电动转向装置，尤其涉及一种电动转向装置及车辆。

背景技术

为了满足商用汽车的整车承载及通过性，目前出现了双前轴转向系统。目前，商用车双前轴转向系统普遍采用“循环球式液压转向器+助力油缸+液压转向泵+液压管路+机械杆系”的方式实现动力的传递，借助液压系统提供转向助力，实现对车辆的转向控制。液压系统虽然能够提供稳定的压力传导机制，但由于液压系统需要设置油泵、管路等液压元件，这将导致液压系统结构较为复杂，占用空间较大。同时液压系统易泄漏、液压油易被污染、即使不转向，油泵也一直工作的固有特点导致能耗高，低温工作性差，故障点较多，环保性差，转向系统可靠性难以进一步提升。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请的目的在于提供一种电动转向装置及车辆，采用电动转向器取代循环球式液压转向器，使用电动推杆取代液压助力油缸，系统结构简洁且无污染，同时降低了整车能耗。

根据本申请的第一方面，提供一种电动转向装置，所述电动转向装置包括电动转向器、电动推杆、第一转向摇臂、第二转向摇臂、第三转向摇臂、第一转向执行机构和第二转向执行机构；所述电动转向器与车辆的方向控制设备连接，检测所述方向控制设备被操作的方式，基于所述被操作的方式生成转向控制指令；或接收车辆处于自动驾驶状态下的转向指令；所述电动推杆包括推杆座体，以及设置于所述推杆座体中的驱动电机、电动推杆控制器和推杆，所述推杆座体铰接固定于所述车辆上；所述电动转向器和所述电动推杆控制器与所述车辆的底盘域控制器分别电连接；

所述第一转向执行机构包括第一转向杆，所述第一转向杆的第一端与所述第三转向摇臂铰接，所述第一转向杆的第二端与所述车辆的第二转向轴连接；所述推杆的自由端与所述第三转向摇臂铰接；

所述第二转向执行机构包括第二转向杆、第一传动杆和第二传动杆，所述第二传动杆的第一端与所述第三转向摇臂铰接，所述第二传动杆的第二端与所述第二转向摇臂铰接，所述第一传动杆的第一端与所述第二转向摇臂铰接；所述第一转向杆的第二端与所述第一转向摇臂铰接；所述第二转向杆的第一端与所述第一转向摇臂铰接，所述第二转向杆的第二端与所述车辆的第一转向轴连接；所述第一转向摇臂连接于所述电动转向器上；

所述电动转向器生成所述转向控制指令后，通过所述底盘域控制器向所述电动推杆控制器转发所述转向控制指令；所述电动转向器响应于所述转向控制指令，通过所述第一转向摇臂驱动所述第二转向杆带动所述第一转向轴转动；以及所述电动推杆控制器响应于所述转向控制指令，向所述驱动电机发送驱动指令，所述驱动电机执行所述驱动指令，通过所述第三转向摇臂驱动所述推杆带动所述第一转向杆，使所述第二转向轴转动。

优选地，所述电动转向装置还包括第一驱动电源和第二驱动电源，所述第一驱动电源与所述电动转向器电连接，用于向所述电动转向器提供工作电源；所述第二驱动电源与所述驱动电机电连接，用于向所述驱动电机提供工作电源。

优选地，在所述车辆处于自动驾驶状态的情况下，所述底盘域控制器基于外部传感器的检测信号，生成转向控制指令，并将所述转向控制指令分别向所述电动转向器和所述电动推杆控制器发送；

所述电动转向器响应于所述转向控制指令，通过所述第一转向摇臂驱动所述第二转向杆带动所述第一转向轴转动；以及所述电动推杆控制器响应于所述转向控制指令，向所述驱动电机发送驱动指令，所述驱动电机执行所述驱动指令，通过所述第三转向摇臂驱动所述推杆带动所述第一转向杆，使所述第二转向轴转动。

优选地，在所述电动推杆控制器和/或所述驱动电机故障的情况下，所述电动转向器响应于所述转向控制指令，通过所述第一转向摇臂驱动所述第二转向杆带动所述第一转向轴转动；所述电动转向器带动所述第一转向摇臂，同时驱动所述第一传动杆、所述第二传动杆以及所述第三转向摇臂，带动所述第一转向杆使所述第二转向轴转动。

优选地，在所述电动转向器故障的情况下，所述驱动电机响应于所述驱动指令，通过所述第三转向摇臂驱动所述推杆带动所述第一转向杆，使所述第二转向轴转动；同时所述第三转向摇臂带动所述第二传动杆、所述第二转向摇臂一并运动，并通过所述第一传动杆驱动所述第一转向摇臂，使所述第二转向杆驱动所述第一转向轴转动。

优选地，所述电动推杆还包括减速齿轮，所述推杆通过所述减速齿轮与所述驱动电机连接。

优选地，所述电动转向器还包括扭矩传感器和/或角度传感器，所述扭矩传感器和/或所述角度传感器与所述底盘域控制器电连接；

所述电动转向器通过所述扭矩传感器和/或所述角度传感器检测所述方向控制设备被操作的方式，并生成转向控制指令。

根据本申请的第二方面，提供一种车辆，所述车辆上安装有所述的电动转向装置。

本申请中，通过将车辆中的转向装置设置为电动方式，以纯电动的转向装置替代之前的液压转向系统，电动转向装置大量节约了元器件，使整体体积更小，即使设置多个转向装置，也不会占用车辆较大的空间。本申请的电动转向装置通过设置冗余的结构，保证了车辆中转向执行的可靠性。本申请的电动转向装置取消了液压转向泵及连接管路、液压油罐、支架等零部件，简化了系统结构，且无污染、重量轻；车辆无需转向时助力电机不工作，降低了整车能耗。

附图说明

图1是本申请实施例提供的电动转向装置的装备结构示意图；

图2是本申请实施例提供的电动转向装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向（旋转90度或其它取向）并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

图1是本申请实施例提供的电动转向装置的装备结构示意图，图2是本申请实施例提供的电动转向装置的结构示意图，如图1、图2所示，本申请实施例提供的电动转向装置主要装备于车辆的底盘域，即将本申请实施例的电动转向装置装备于车辆的车架上。本申请实施例的电动转向装置包括电动转向器1、电动推杆2、第一转向摇臂3、第二转向摇臂4、第三转向摇臂5、第一转向执行机构和第二转向执行机构；所述电动转向器1与车辆的方向控制设备8连接，所述电动转向器1能够检测所述方向控制设备8被操作的方式，基于所述被操作的方式生成转向控制指令；这里，所述方向控制设备8被操作是指车辆驾乘人员根据实际道路的交通状况进行逆时针或顺时针的旋转操作，或者，所述方向控制设备8保持当前的状态。本申请实施例中，或所述电动转向器1也可以接收车辆处于自动驾驶状态下的转向指令，控制车辆执行相应的转向。

本申请实施例的电动推杆2包括推杆座体22，设置于所述推杆座体22中的驱动电机、电动推杆控制器和推杆21，所述推杆座体22通过支架23固定于所述车辆的车架上；所述电动转向器1和所述电动推杆控制器与所述车辆的底盘域控制器分别电连接。

本申请实施例中，所述第一转向执行机构包括第一转向杆61，所述第一转向杆61的第一端与所述第三转向摇臂5铰接，所述第一转向杆61的第二端与所述车辆的第二转向轴7连接；所述推杆21的自由端与所述第三转向摇臂5铰接；第三转向摇臂5包括悬臂结构，悬臂结构通过第三转轴51固定铰接于车辆的车架上，悬臂结构与第三转轴51之间铰接。第二转向轴7固定铰接于车辆车架上，其两侧安装有车辆的轮端总成。

本申请实施例中，所述第二转向执行机构包括第二转向杆71、第一传动杆72和第二传动杆73，所述第二传动杆73的第一端与所述第三转向摇臂5铰接，所述第二传动杆73的第二端与所述第二转向摇臂4铰接，所述第一传动杆72的第一端与所述第二转向摇臂4铰接；所述第一转向杆71的第二端与所述第一转向摇臂3铰接；所述第二转向杆71的第一端与所述第一转向摇臂3铰接，所述第二转向杆71的第二端与所述车辆的第一转向轴9连接；所述第一转向摇臂3通过转轴铰接于所述电动转向器1上。第一转向轴9固定于车辆车架上，其两侧安装有车辆的前轮端总成。第二转向摇臂4包括悬臂结构和第二转轴41，第二转轴41固定于车辆的车架上，第二转向摇臂4的悬臂结构铰接于第二转轴41上。

所述电动转向器1生成所述转向控制指令后，通过所述底盘域控制器向所述电动推杆控制器转发所述转向控制指令；所述电动转向器1响应于所述转向控制指令，通过所述第一转向摇臂3驱动所述第二转向杆71带动所述第一转向轴9转动；以及所述电动推杆控制器响应于所述转向控制指令，向所述驱动电机发送驱动指令，所述驱动电机执行所述驱动指令，通过所述第三转向摇臂5驱动所述推杆21带动所述第一转向杆61，使所述第二转向轴7转动。本申请实施例中，所述电动转向器1和电动推杆控制器同步执行转向控制指令，同时驱动第二转向杆71和第一转向杆61，使第二转向轴7和第一转向轴9同时转动相应的角度，实现对车辆的转向控制。

本申请实施例中，所述电动转向装置还包括第一驱动电源和第二驱动电源，所述第一驱动电源与所述电动转向器1电连接，用于向所述电动转向器1提供工作电源；所述第二驱动电源与所述电动推杆2的驱动电机电连接，用于向所述电动推杆2提供工作电源。本申请实施例中，为了保证第一转向执行机构和第二转向执行机构能够被冗余执行，以保证电动转向装置对车辆的有效控制，本申请实施例分别为电动转向器1和驱动电机分别提供工作电源，保证其机构的执行独立性，即使其中一个发生故障，也能保障第一转向执行机构和/或第二转向执行机构能够被执行，使车辆能够被控制。

本申请实施例中，在所述车辆处于自动驾驶状态的情况下，所述底盘域控制器基于外部传感器的检测信号，生成转向控制指令，并将所述转向控制指令分别向所述电动转向器1和所述电动推杆控制器发送；所述电动转向器1响应于所述转向控制指令，通过所述第一转向摇臂3驱动所述第二转向杆71带动所述第一转向轴9转动；以及所述电动推杆控制器响应于所述转向控制指令，向所述驱动电机发送驱动指令，所述驱动电机执行所述驱动指令，通过所述第三转向摇臂5驱动所述推杆带动所述第一转向杆61，使所述第二转向轴7转动。

本申请实施例中，在所述电动推杆控制器和/或所述驱动电机故障的情况下，所述电动转向器1能够响应于所述转向控制指令，通过所述第一转向摇臂3驱动所述第二转向杆71带动所述第一转向轴9转动；所述电动转向器1带动所述第一转向摇臂3，同时驱动所述第一传动杆72、第二转向摇臂4、所述第二传动杆73以及所述第三转向摇臂5，带动所述第一转向杆61使所述第二转向轴7转动。

本申请实施例中，在所述电动转向器1故障的情况下，所述驱动电机响应于电动推杆控制器的所述驱动指令，通过所述第三转向摇臂5驱动所述推杆带动所述第一转向杆61，使所述第二转向轴7转动；同时所述第三转向摇臂5带动所述第二传动杆73、所述第二转向摇臂4一并运动，并通过所述第一传动杆72驱动所述第一转向摇臂3，使所述第二转向杆71驱动所述第一转向轴9转动。

本申请实施例中，作为一种实现方式，所述电动推杆还包括减速齿轮，所述推杆通过所述减速齿轮与所述驱动电机连接。

本申请实施例中，作为一种实现方式，所述电动转向器1还包括扭矩传感器和/或角度传感器，所述扭矩传感器和/或所述角度传感器与所述底盘域控制器电连接；

所述电动转向器1通过所述扭矩传感器和/或所述角度传感器检测所述方向控制设备8被操作的方式，并生成转向控制指令。

本申请实施例中，电动转向器1可以采用扭矩较大的电动转向器，电动转向器1及电动推杆2中均包含相应的处理器以作为控制器使用，且电动转向器1及电动推杆2中均设置有驱动电机，以向第一转向执行机构和第二转向执行机构分别提供相应的扭矩，使第二转向轴7和第一转向轴9带动轮端总成执行相应的转向。本申请实施例中，在车辆处于有人驾驶模式下的情况下，通过集成在电动转向器1上的扭矩传感器/角度传感器识别驾驶员的驾驶意图，传递给底盘域控制器，经过处理后按照预置的转向策略控制转向器及电动推杆进行对应的转向动作，可实现转向主动回正、随速助力等功能；在无人驾驶模式下，通过接收无人驾驶控制器/域控制器发出的转向指令，控制执行机构进行对应的转向动作，这样既满足了商用车智能驾驶的需求，也实现转向角度的精准伺服控制，转向系统实现电动化、智能化，使装载了本申请实施例的电动转向装置支持智能转向、辅助驾驶等功能。

本申请实施例中，通过在电动转向装置中设置第一转向执行机构和第二转向执行机构，两个转向执行机构之间通过传动杆实现机械连接，保证在一个执行机构失效的情况下，另一个执行机构通过传动杆的机械杆系连接仍可保证正常转向；本申请实施例中，电动转向器1的电源为可以为电压为12V/24V的低压电，电动推杆2采用整车高压电系或48V/72V的DCDC电源。通过为电动转向器1和电动推杆2设置不同的供能来源，保证本申请实施例的电动转向装置的冗余效果。任何一个出现故障，不影响车辆的转向控制。

本申请实施例的电动转向装置，采用第一转向执行机构和第二转向执行机构协同转向控制的策略，以电动转向器为控制核心，底盘域控制器检测到方向盘转角及角加速度信号，以扭矩控制为接口，实现对电动推杆的实时控制，达到第一转向执行机构和第二转向执行机构的协同助力、协同动作，从而实现了主动回正、随速助力等功能，本申请实施例的电动转向装置获得了良好的整车转向安全性能及操纵稳定性能。

本申请实施例中，电动转向器和电动推杆控制器中执行转向控制指令的程序也设置为相同或设置为同步转向的匹配程序，以保证电动转向器和电动推杆控制器中转向策略的冗余备份，保证车辆的转向控制相一致。作为一种实现方式，电动转向器和电动推杆控制器中的相关硬件如芯片及存储器等也可以设置为相同的配置。

本申请实施例还记载了一种车辆，所述车辆上安装有前述实施例的电动转向装置。这里，车辆包括载货汽车如箱式货车、封闭货车、重型卡车等，车辆也可以包括电动载货汽车。车辆也可以是商务车、普通驾乘车辆等。

本领域技术人员应当理解，本申请实施例的电动转向装置也适用于传统的汽油柴油能耗车辆，也适用于氢能源车辆等。

应理解，说明书通篇中提到的“在本申请实施例”或“在一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本申请实施例”或“在一些实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电动转向装置，其特征在于，所述电动转向装置包括电动转向器、电动推杆、第一转向摇臂、第二转向摇臂、第三转向摇臂、第一转向执行机构和第二转向执行机构；所述电动转向器与车辆的方向控制设备连接，检测所述方向控制设备被操作的方式，基于所述被操作的方式生成转向控制指令；或接收车辆处于自动驾驶状态下的转向指令；所述电动推杆包括推杆座体，以及设置于所述推杆座体中的驱动电机、电动推杆控制器和推杆，所述推杆座体铰接固定于所述车辆上；所述电动转向器和所述电动推杆控制器与所述车辆的底盘域控制器分别电连接；

所述第一转向执行机构包括第一转向杆，所述第一转向杆的第一端与所述第三转向摇臂铰接，所述第一转向杆的第二端与所述车辆的第二转向轴连接；所述推杆的自由端与所述第三转向摇臂铰接；

所述第二转向执行机构包括第二转向杆、第一传动杆和第二传动杆，所述第二传动杆的第一端与所述第三转向摇臂铰接，所述第二传动杆的第二端与所述第二转向摇臂铰接，所述第一传动杆的第一端与所述第二转向摇臂铰接；所述第一转向杆的第二端与所述第一转向摇臂铰接；所述第二转向杆的第一端与所述第一转向摇臂铰接，所述第二转向杆的第二端与所述车辆的第一转向轴连接；所述第一转向摇臂连接于所述电动转向器上；

所述电动转向器生成所述转向控制指令后，通过所述底盘域控制器向所述电动推杆控制器转发所述转向控制指令；所述电动转向器响应于所述转向控制指令，通过所述第一转向摇臂驱动所述第二转向杆带动所述第一转向轴转动；以及所述电动推杆控制器响应于所述转向控制指令，向所述驱动电机发送驱动指令，所述驱动电机执行所述驱动指令，通过所述第三转向摇臂驱动所述推杆带动所述第一转向杆，使所述第二转向轴转动。

2.根据权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于，所述电动转向装置还包括第一驱动电源和第二驱动电源，所述第一驱动电源与所述电动转向器电连接，用于向所述电动转向器提供工作电源；所述第二驱动电源与所述驱动电机电连接，用于向所述驱动电机提供工作电源。

3.根据权利要求1所述的电动转向装置，其特征在于，在所述车辆处于自动驾驶状态的情况下，所述底盘域控制器基于外部传感器的检测信号，生成转向控制指令，并将所述转向控制指令分别向所述电动转向器和所述电动推杆控制器发送。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电动转向装置，其特征在于，在所述电动推杆控制器和/或所述驱动电机故障的情况下，所述电动转向器响应于所述转向控制指令，通过所述第一转向摇臂驱动所述第二转向杆带动所述第一转向轴转动；所述电动转向器带动所述第一转向摇臂，同时驱动所述第一传动杆、所述第二传动杆以及所述第三转向摇臂，带动所述第一转向杆使所述第二转向轴转动。

5.根据权利要求1至3任一项所述的电动转向装置，其特征在于，在所述电动转向器故障的情况下，所述驱动电机响应于所述驱动指令，通过所述第三转向摇臂驱动所述推杆带动所述第一转向杆，使所述第二转向轴转动；同时所述第三转向摇臂带动所述第二传动杆、所述第二转向摇臂一并运动，并通过所述第一传动杆驱动所述第一转向摇臂，使所述第二转向杆驱动所述第一转向轴转动。

6.根据权利要求1至3任一项所述的电动转向装置，其特征在于，所述电动推杆还包括减速齿轮，所述推杆通过所述减速齿轮与所述驱动电机连接。

7.根据权利要求1至3任一项所述的电动转向装置，其特征在于，所述电动转向器还包括扭矩传感器和/或角度传感器，所述扭矩传感器和/或所述角度传感器与所述底盘域控制器电连接；

所述电动转向器通过所述扭矩传感器和/或所述角度传感器检测所述方向控制设备被操作的方式，并生成转向控制指令。

8.一种车辆，其特征在于，所述车辆上安装有权利要求1至7任一项所述的电动转向装置。

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