CN115285209B - 一种全闭环转角控制的循环球电液转向器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全闭环转角控制的循环球电液转向器，包括电控一体机、侧端盖、壳体、连接阀体、箱体、上盖、齿条活塞、螺杆轴、输入轴、中间轴和花键轴；齿条活塞的下方设置有摇臂轴，摇臂轴的轴线与螺杆轴的轴线相垂直，螺杆轴与齿条活塞通过旋转滚道传动连接，螺杆轴与输入轴、中间轴与花键轴均通过扭杆连接，输入轴通过花键与中间轴连接。本发明在汽车转向时，液压助力部分和电机助力部分共同参与助力转向，电控一体机的控制器根据不同车速信号控制电机输出相应的转向助力，满足驾驶操控手力的舒适性；同时，对输入转角和输出转角进行全闭环控制，可有效提高转向角度控制的精准性以及驾驶的安全性。
Description
技术领域
本发明属于汽车转向技术领域，具体涉及一种全闭环转角控制的循环球电液转向器。
背景技术
近年来，随着车辆电动化、智能化的发展，为满足重型商用车车辆安全性和驾驶舒适性要求，发展起电液助力转向系统(EHPS)。但是在自动驾驶应用场景，对转向的转角精准控制、响应时间、车道保持等功能要求极高。
基于此，发明人认为有必要研发一种既可以满足重型商用车车辆安全性和驾驶舒适性要求，还可以增加对转向角度精准控制的转向器。
发明内容
本发明针对相关技术中存在的上述技术问题，提供一种在车辆转向过程中，由电机和液压助力共同工作，通过对输入端、输出端角度信号的收集及处理，可全闭环对车辆转向角度的精准控制，从而达到对车道保持的功能，并且提高无人驾驶时车辆行驶的安全等级的循环球电液转向器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种全闭环转角控制的循环球电液转向器，包括电控一体机，所述电控一体机包括电机和控制器，所述循环球电液转向器还包括依次密封连接的侧端盖、壳体、连接阀体、箱体和上盖，以及依次同轴布置的齿条活塞、螺杆轴、输入轴、中间轴和花键轴；所述齿条活塞的下方设置有与其啮合传递动力的摇臂轴，所述摇臂轴的轴线与螺杆轴的轴线相垂直，所述螺杆轴与齿条活塞通过旋转滚道传动连接，所述螺杆轴与输入轴、中间轴与花键轴均通过扭杆连接，所述输入轴通过花键与中间轴连接；
所述中间轴与箱体之间设置有第一深沟球轴承，所述箱体内设置有套环，所述套环与中间轴之间设置有第二深沟球轴承，所述上盖与花键轴之间设置有第三深沟球轴承；
所述中间轴与花键轴之间设置有第一传感器，所述摇臂轴和侧端盖之间设置有第二传感器，所述第一传感器与第二传感器均与控制器电连接；
所述中间轴上固定安装有涡轮；所述涡轮设置在第一深沟球轴承与第二深沟球轴承之间，且其下方设置有蜗杆；所述蜗杆与电机的电机轴相连，并与涡轮啮合传递动力。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述摇臂轴为直齿结构，且其通过偏心轴承连接壳体。
进一步，所述第一传感器的转子固定在中间轴上，定子固定在花键轴上。
进一步，所述第二传感器的定子固定在摇臂轴上，转子固定在侧端盖上。
本发明的有益效果是：车辆在转向过程时，本发明所述循环球电液转向器的电机助力和液压助力共同工作，输出转向助力。正常情况下，液压助力为主要的转向输出力，而电机助力主要是优化转向手力，降低驾驶疲劳度，提高驾驶舒适性。在液压系统失效时，电机助力通过蜗轮和蜗杆构成的减速机构、中间轴传递到螺杆轴，同时转向手力通过中间轴及输入轴也传递到螺杆轴，再通过循环球两级传动机构及转向执行机构，提供应急转向，以满足转向安全要求。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的整体结构示意图；
图2为本发明一种实施方式的摇臂轴与偏心轴承及第二传感器的连接示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、壳体；2、齿条活塞；3、螺杆轴；4、输入轴；5、中间轴；6、第一深沟球轴承；7、箱体；8、涡轮；9、第二深沟球轴承；10、套环；11、上盖；12、第一传感器；13、第三深沟球轴承；14、花键轴；15、电控一体机；16蜗杆；17、连接阀体；18、第二传感器；19、侧端盖；20、摇臂轴；21、偏心轴承。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语中“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，还可以是一体成型结构。对于本领域的普通技术人员，可以根据具体情况理解该类术语在本专利中的具体含义。
如图1和图2所示，本实施方式设计的一种全闭环转角控制的循环球电液转向器，包括循环球液压助力部分和电机助力部分。所述循环球液压助力部分包括壳体1、连接阀体17、齿条活塞2、螺杆轴3、输入轴4、摇臂轴20、第二传感器18、侧端盖19和偏心轴承21。所述电机助力部分包括箱体7、中间轴5、上盖11、涡轮8、蜗杆16、套环10、第一传感器12、花键轴14和电控一体机15。
所述连接阀体17的两端分别密封连接壳体1的上端和箱体7的下端，所述上盖11密封连接于箱体7的上端，所述侧端盖19密封连接于壳体1的侧端。所述齿条活塞2、螺杆轴3、输入轴4、中间轴5和花键轴14同轴设置。所述齿条活塞2与螺杆轴3通过旋转滚道传动连接。所述螺杆轴3与输入轴4、中间轴5与花键轴14均通过扭杆连接。所述输入轴4通过花键与中间轴5连接，并对中间轴5内花键齿进行塑料涂覆，以消除间隙。
所述摇臂轴20设置在齿条活塞2的下方并与齿条活塞2啮合传递动力，所述摇臂轴20的轴线与螺杆轴3的轴线相垂直。
通过齿条活塞2与螺杆轴3间的旋转滚道，将输入轴4和螺杆轴3的旋转运动转变为齿条活塞2的往复直线运动，继而利用齿条活塞2与摇臂轴20啮合传递动力，将齿条活塞2的往复直线运动变为摇臂轴20的转动。
所述中间轴5与箱体7之间设置有第一深沟球轴承6，所述套环10与中间轴5之间设置有第二深沟球轴承9，所述套环10的外圈与箱体7之间设置有油封。所述上盖11与花键轴14之间设置有第三深沟球轴承13，并有防尘油封进行密封。
所述电控一体机15包括电机和控制器。所述中间轴5与花键轴14之间设置有第一传感器12，所述摇臂轴20和侧端盖19之间设置有第二传感器18，所述第一传感器12与第二传感器18均与控制器电连接。
所述控制器同时接收、处理来自输入端和输出端的转角信号(第一传感器12和第二传感器18)，对转角全闭环控制，并以此控制电机的动作。
所述中间轴5上固定安装有涡轮8。所述涡轮8设置在第一深沟球轴承6与第二深沟球轴承9之间，且其下方设置有蜗杆16。所述蜗杆16与电机的电机轴相连，并与涡轮8啮合传递动力。
将本实施方式设计的循环球电液转向器应用于商业汽车上，在有人驾驶时，由液压助力和电机助力共同提供转向助力，可满足车辆安全性和驾驶舒适性要求，应急转向时的功能安全需求。在自动驾驶时，通过对输入端、输出端角度信号的收集及处理，可确保全闭环对车辆转向角度的精准控制，满足车辆无人驾驶时的行驶安全。
本实施方式所述循环球电液转向器采用贯通式阀结构，两侧有平面轴承支撑，螺杆轴3尾部通过不同组别的垫片以调整轴向间隙。
优选的，所述连接阀体17的两端分别通过螺栓固定在壳体1和箱体7上，所述上盖11通过螺栓固定在箱体7上，所述侧端盖19通过螺栓固定在壳体1上，且连接处均有油封进行密封。
优选的，所述摇臂轴20为直齿结构，且其通过偏心轴承21连接壳体1。即所述摇臂轴20与齿条活塞2的啮合间隙通过同时转动偏心轴承21来消除。
具体的，所述第一传感器12的转子固定在中间轴5上，定子固定在花键轴14上。所述第一传感器12与电控一体机15的控制器(ECU)通过导线连接。以便于对所述循环球电液转向器的输入端扭矩和转角信号进行实时监测，并将转角信号传输到电控一体机15的控制器。
具体的，所述第二传感器18的定子固定在摇臂轴20上，转子固定在侧端盖19上。所述第二传感器18与电控一体机15的控制器(ECU)通过导线连接。以便于对所述循环球电液转向器的输出端转角信号进行实时监测，并将转角信号传输到电控一体机15的控制器。
本实施方式所述循环球电液转向器可用于商业汽车，其工作原理如下：
当车辆需要转向操作时，驾驶员按需要方向转动转向盘，与转向盘相联结的花键轴14带动中间轴5及输入轴4转动。螺杆轴3与输入轴4的相对转动开启转向器控制阀，使转向器的液压提供转向助力；此时，安装在中间轴5与花键轴14之间的第一传感器12(转子和定子)将测得的扭矩和角度信号传递至电控一体机15的控制器(ECU)。同时，因液压提供转向助力，螺杆轴3随着转动，齿条活塞2发生直线位移，从而带动摇臂轴20产生一定转角，此时，安装在摇臂轴20与侧端盖19之间的第二传感器18(转子和定子)将测得的角度信号传递至电控一体机15的控制器(ECU)。控制器(ECU)结合控制策略，控制电机给出合适的助力，并通过涡轮8、蜗杆16构成的减速机构将该助力增大，然后通过中间轴5将增大后的助力和运动依次传递到螺杆轴3、齿条活塞2及摇臂轴20。所述第二传感器18测得的角度信号再次传递至电控一体机15的控制器(ECU)，从而实现转角的全闭环控制。
车辆在转向过程时，转向器由电机助力和液压助力共同工作，输出转向助力。正常情况下，液压助力为主要的转向输出力，而电机助力主要是优化转向手力，降低驾驶疲劳度，提高驾驶舒适性。在液压系统失效时，电机助力通过蜗轮8和蜗杆6构成的减速机构、中间轴5传递到螺杆轴3，同时转向手力通过中间轴及输入轴4也传递到螺杆轴3，再通过循环球两级传动机构及转向执行机构，提供应急转向，以满足转向安全要求。
所述电控一体机15的控制器(ECU)根据不同车速信号控制电机输出满足标定的力特性曲线要求的转向力，使转向手力在车辆高速时偏重，满足驾驶操控稳定性、路感清晰的要求；转向手力在车辆低速或原地转向时偏轻，满足驾驶轻便型、舒适性要求。也可降低一定油耗。
在车辆转向完成后，电控一体机15的控制器(ECU)根据输入端、输出端的转角信号，控制电机动作，提供车辆主动回正的作用力。
车辆正常行驶时，遇侧风使车辆偏航，电控一体机15的控制器(ECU)根据输入端、输出端的转角信号，控制电机动作，提供车辆车道保持的作用力。
在自动驾驶模式时，电控一体机15的控制器(ECU)根据输入端、输出端的转角信号，全闭环转角控制，满足车辆车道偏离辅助的智能驾驶要求。
本发明中未对具体结构做出描述的机构、组件和部件均为现有技术中已经存在的现有结构。可以从市面上直接购买得到。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种全闭环转角控制的循环球电液转向器，包括电控一体机(15)，所述电控一体机(15)包括电机和控制器，其特征在于，所述循环球电液转向器还包括依次密封连接的侧端盖(19)、壳体(1)、连接阀体(17)、箱体(7)和上盖(11)，以及依次同轴布置的齿条活塞(2)、螺杆轴(3)、输入轴(4)、中间轴(5)和花键轴(14)；所述齿条活塞(2)的下方设置有与其啮合传递动力的摇臂轴(20)，所述摇臂轴(20)的轴线与螺杆轴(3)的轴线相垂直，所述螺杆轴(3)与齿条活塞(2)通过旋转滚道传动连接，所述螺杆轴(3)与输入轴(4)、中间轴(5)与花键轴(14)均通过扭杆连接，所述输入轴(4)通过花键与中间轴(5)连接；
所述中间轴(5)与箱体(7)之间设置有第一深沟球轴承(6)，所述箱体(7)内设置有套环(10)，所述套环(10)与中间轴(5)之间设置有第二深沟球轴承(9)，所述上盖(11)与花键轴(14)之间设置有第三深沟球轴承(13)；
所述中间轴(5)与花键轴(14)之间设置有第一传感器(12)，所述摇臂轴(20)和侧端盖(19)之间设置有第二传感器(18)，所述第一传感器(12)与第二传感器(18)均与控制器电连接；
所述中间轴(5)上固定安装有涡轮(8)；所述涡轮(8)设置在第一深沟球轴承(6)与第二深沟球轴承(9)之间，且其下方设置有蜗杆(16)；所述蜗杆(16)与电机的电机轴相连，并与涡轮(8)啮合传递动力；
所述第一传感器(12)的转子固定在中间轴(5)上，定子固定在花键轴(14)上。
2.根据权利要求1所述的全闭环转角控制的循环球电液转向器，其特征在于，所述摇臂轴(20)为直齿结构，且其通过偏心轴承(21)连接壳体(1)。
3.根据权利要求1所述的全闭环转角控制的循环球电液转向器，其特征在于，所述第二传感器(18)的定子固定在摇臂轴(20)上，转子固定在侧端盖(19)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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