CN208530685U - 一种智能辅助转向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能辅助转向系统，包含方向盘、转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、上转向柱、下转向柱、双行星齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、减速机构、齿轮齿条转向器、前轴、两个制动轮、第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、ECU、上转向柱电磁锁和行星架电磁锁。工作时，根据不同的工作模式及车辆状态，第一、第二电机发挥不同的功能。本实用新型能够实现自动转向和人为转向，拓展了转向系统的功能，改善驾驶员路感，提高了汽车的操纵稳定性。

Description

一种智能辅助转向系统

技术领域

本实用新型涉及汽车转向系统技术领域，特别是涉及一种智能辅助转向系统。

背景技术

随着科学技术的进步、生活水平进一步提高，对车辆的性能有了更高层次的要求，在满足传统驾驶的基础上，更多的关注车辆的智能化，如全自动泊车、智能驾驶、自适应巡航等功能。智能驾驶作为转向系统智能化控制的重要部分，可实现更加智能化的车辆驾驶方式。

在现有转向系统中，传统的机械转向系统无法实现助力转向和主动转向功能，液压助力转向、电动液压助力转向和电动助力转向仅可实现助力转向功能，主动转向系统只可实现主动转向功能，线控转向系统虽然可以实现助力转向和主动转向功能，但由于去除了机械结构，当系统出现故障时无法保证正常的转向功能，可靠性较差。上述助力转向结构只能在驾驶员转动方向盘时才会输出助力矩，智能化程度不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种智能辅助转向系统，通过安全锁的锁止和解锁，实现了人为转向与自动转向的模式切换。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种智能辅助转向系统，包含方向盘、转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、上转向柱、下转向柱、双行星齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、减速机构、齿轮齿条转向器、前轴、两个制动轮、第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、ECU、上转向柱电磁锁和行星架电磁锁；

所述双行星齿轮机构包含上齿圈、下齿圈、上太阳轮、下太阳轮、行星架、上行星轮组和下行星轮组，其中，上行星轮组、下行星轮组均设置在所述行星架上；上太阳轮通过上行星轮组和上齿圈的内圈啮合；下太阳轮通过下行星轮组和下齿圈的内圈啮合；上齿圈和汽车车架固连；

所述上转向柱一端和汽车的方向盘固定相连，另一端与双行星齿轮机构的上太阳轮同轴固连；

所述下转向柱一端与双行星齿轮机构的下太阳轮同轴固连，另一端通过所述齿轮齿条转向器和所述前轴相连；

所述前轴两端分别与汽车的左前轮、右前轮相连；

所述转角传感器设置在所述上转向柱上，用于获取方向盘的转角；

所述车速传感器和侧向加速度传感器均设置在汽车上，分别用于获取汽车的车速和侧向加速度；

所述涡轮蜗杆机构的输入端通过离合器与第二电机的输出轴相连，输出端与双行星齿轮机构下齿圈的外圈啮合；

所述第一电机的输出轴通过离合器与减速机构输入端相连，用于提供转向助力；

所述减速机构的输出端设置在所述下转向柱上；

所述上转向柱电磁锁用于根据ECU的命令锁定上转向柱使其不能转动、或根据ECU的命令松开上转向柱使其能够转动；

所述行星架电磁锁用于根据ECU的命令锁定双行星齿轮机构的行星架使其不能相对上双行星齿轮机构的太阳轮转动、或根据ECU的命令松开双行星齿轮机构的行星架使其能够相对上双行星齿轮机构的太阳轮转动；

所述ECU分别和转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、行星架电磁锁、上转向柱电磁锁电气相连，用于根据转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器测得数据以及接收到的工作模式控制第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、行星架电磁锁、上转向柱电磁锁工作。

作为本实用新型一种智能辅助转向系统进一步的优化方案，所述上转向柱电磁锁包含第一底座和第一限位块；

所述第一底座、第一限位块均和所述上转向柱固连，且第一底座设置在所述第一限位块的上方；

所述第一限位块上设有若干和所述上转向柱轴线平行的滑槽、滑槽内均设有滑块、滑块上均设有和其固连的电磁铁；

所述第一限位块上的电磁铁均通过弹簧和所述第一底座相连，且均和所述ECU电气相连；

所述第一限位块上的电磁铁在非工作状态时均位于所述双行星齿轮机构上齿圈的上方、和所述双行星齿轮机构的上齿圈不接触；工作时均吸附在所述双行星齿轮机构上齿圈表面，将所述上转向柱和所述双行星齿轮机构的上齿圈锁死，使得上转向柱不能相对双行星齿轮机构的上齿圈转动，进而限制了双行星齿轮机构的上太阳轮转动。

作为本实用新型一种智能辅助转向系统进一步的优化方案，所述行星架电磁锁包含第二底座和第二限位块；

所述第二底座、第二限位块均和所述双行星齿轮机构的行星架固连，且第二底座设置在所述第二限位块的下方；

所述第二限位块上设有若干和所述上转向柱轴线平行的滑槽、滑槽内均设有滑块、滑块上均设有和其固连的电磁铁；

所述第二限位块上的电磁铁均通过弹簧和所述第二底座相连，且均和所述ECU电气相连；

所述第二限位块上的电磁铁在非工作状态时均位于所述双行星齿轮机构上太阳轮的下方；工作时均吸附在所述双行星齿轮机构上太阳轮的下表面，将所述上转向柱和所述双行星齿轮机构的上太阳轮锁死，使得上转向柱不能相对双行星齿轮机构的上太阳轮转动。

本实用新型还公开了一种该智能辅助转向系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），车辆启动时，检测第二电机是否故障并将检测信息传递给ECU；

步骤2），当ECU接收到人为转向模式指令时：

步骤2.1），若第二电机故障：

步骤2.1.1），ECU控制第二离合器工作使得第二电机与蜗轮蜗杆机构分离、控制第一离合器工作使得第一电机与减速机构闭合、控制上转向柱电磁锁和行星架电磁锁处于松开状态；

步骤2.1.2），ECU根据转角传感器测得的方向盘转角和车速传感器测得的汽车车速计算汽车当前的横摆角速度；

步骤2. 1.3），ECU根据当前横摆角速度、汽车车速、方向盘转角和汽车侧向加速度计算当前汽车转向所需的助力；

步骤2. 1.4），ECU根据所需提供的助力产生第一电机的工作电流信号，控制第一电机工作；

步骤2.2），若第二电机正常：

步骤2.2.1），ECU控制第一离合器工作使得第一电机与减速机构闭合，控制第二离合器工作使得第二电机与蜗轮蜗杆机构闭合、控制上转向柱电磁锁和行星架电磁锁处于松开状态；

步骤2.2.2），ECU根据当前横摆角速度、汽车车速、方向盘转角和汽车侧向加速度计算当前汽车转向所需的助力，进而计算出所需提供的附加转角；

步骤2.2.3），ECU根据所需提供的转向助力产生相应第一电机、第二电机的工作电流信号，控制第一电机、第二电机工作；

步骤3），当ECU接收到自动转向模式指令时：

步骤3.1），若第二电机故障，ECU发出无法执行自动转向模式、只能执行人为转向模式的信号给驾驶员，并跳转执行步骤2）；

步骤3.2），若第二电机正常：

步骤3.2.1），ECU控制上转向柱电磁锁和行星架电磁锁处于锁定状态，将双行星齿轮机构的上太阳轮和行星架锁止；

步骤3.2.2），ECU根据转角传感器测得的方向盘转角、车速传感器测得的汽车车速、侧向加速度、横摆角速度计算当前状态下的转向阻力；

步骤3.2.3），ECU根据当前状态下的转向阻力大小计算出所需助力转矩的值；

步骤3.2.4），ECU通过所需助力转矩的数值计算出所需的目标电流；

步骤3.2.5），若目标电流小于等于第二电机的额定电流，ECU控制第一离合器使得第一电机与减速机构分离、控制第二离合器使得第二电机与蜗轮蜗杆机构闭合，并根据所需助力产生相应电流值传递给第二电机，控制第二电机工作；

步骤3.2.6），若目标电流大于第二电机的额定电流，ECU控制第一离合器使得第一电机与减速机构闭合、控制第二离合器使得第二电机与蜗轮蜗杆机构闭合，并根据所需助力产生相应第一电机、第二电机的工作电流信号，控制第一电机、第二电机工作，使得第二电机以其额定电流工作，超过部分由第一电机承担。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型可在自动转向和人为转向模式之间进行切换且具备容错功能。

在自动转向情况下可通过电磁锁锁止太阳轮、行星架安全锁锁止行星架，只保留第二电机进行工作，电子控制单元通过分析各类信号从而提供足够力矩实现安全自动驾驶，若转向阻力超过主动前轮转向系统助力电机所能提供的最大助力的90%，则启动电动助力转向系统的助力电机，两个电机按照1:1的功率进行工作，产生合适的助力进行转向行为，若未超过上述指标，则仅主动前轮转向系统助力电机参与工作为车辆提供转向助力。

在人为转向情况下，太阳轮电磁锁解锁太阳轮，行星架电磁锁解锁行星架，主动前轮转向系统通过离合器与减速机构相连为转向系统提供一个叠加转角，实现主动前轮转向功能，第一电机根据当前车辆状态通过减速机构的作用为驾驶员提供合适的转向助力矩，两套伺服电机及传动机构进行耦合控制，是系统高效协同工作，同时实现主动前轮转向和电动助力转向功能，拓展转向系统的功能，改善驾驶员路感，提高汽车的操纵稳定性。

当第二电机出现故障，ECU通过控制离合器令第二电机与减速机构分离，此时该转向系统变成传统的电动助力转向系统，电子控制单元通过分析各信号判断车辆当前状态从而控制第一电机为驾驶员提供合适的转向助力矩，具备容错功能，保证了车辆行驶过程中可进行正常转向。此系统作为电动助力转向系统和主动转向系统延伸而开发的新系统，智能程度更高、更加安全、适应力更强。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中上转向柱电磁锁的结构示意图；

图3是本实用新型控制方法的流程示意图。

图中，1-方向盘，2-上转向柱，3-转角传感器，4-横摆角速度传感器，5-侧向加速度传感器，6-车速传感器，7-ECU，8-上转向柱电磁锁，9-第一底座，10-上转向柱电磁锁的电磁铁，11-第一限位块，12-上齿圈，13-双行星齿轮机构，14-行星架电磁锁，15-行星架，16-下太阳轮，17-下齿圈，18-蜗轮蜗杆机构，19-故障检测装置，20-第二电机，21-行星架电磁锁的电磁铁，22-第一限位块，23-上太阳轮，24-下转向柱，25-第一电机，26-减速机构，27-齿轮齿条转向器，28-车轮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本实用新型公开了一种智能辅助转向系统，包含方向盘、转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、上转向柱、下转向柱、双行星齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、减速机构、齿轮齿条转向器、前轴、两个制动轮、第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、ECU、上转向柱电磁锁和行星架电磁锁；

所述双行星齿轮机构包含上齿圈、下齿圈、上太阳轮、下太阳轮、行星架、上行星轮组和下行星轮组，其中，上行星轮组、下行星轮组均设置在所述行星架上；上太阳轮通过上行星轮组和上齿圈的内圈啮合；下太阳轮通过下行星轮组和下齿圈的内圈啮合；上齿圈和汽车车架固连；

所述上转向柱一端和汽车的方向盘固定相连，另一端与双行星齿轮机构的上太阳轮同轴固连；

所述下转向柱一端与双行星齿轮机构的下太阳轮同轴固连，另一端通过所述齿轮齿条转向器和所述前轴相连；

所述前轴两端分别与汽车的左前轮、右前轮相连；

所述转角传感器设置在所述上转向柱上，用于获取方向盘的转角；

所述车速传感器和侧向加速度传感器均设置在汽车上，分别用于获取汽车的车速和侧向加速度；

所述涡轮蜗杆机构的输入端通过离合器与第二电机的输出轴相连，输出端与双行星齿轮机构下齿圈的外圈啮合；

所述第一电机的输出轴通过离合器与减速机构输入端相连，用于提供转向助力；

所述减速机构的输出端设置在所述下转向柱上；

所述上转向柱电磁锁用于根据ECU的命令锁定上转向柱使其不能转动、或根据ECU的命令松开上转向柱使其能够转动；

所述行星架电磁锁用于根据ECU的命令锁定双行星齿轮机构的行星架使其不能相对上双行星齿轮机构的太阳轮转动、或根据ECU的命令松开双行星齿轮机构的行星架使其能够相对上双行星齿轮机构的太阳轮转动；

所述ECU分别和转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、行星架电磁锁、上转向柱电磁锁电气相连，用于根据转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器测得数据以及接收到的工作模式控制第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、行星架电磁锁、上转向柱电磁锁工作。

如图2所示，所述上转向柱电磁锁包含第一底座和第一限位块；

所述第一底座、第一限位块均和所述上转向柱固连，且第一底座设置在所述第一限位块的上方；

所述第一限位块上设有若干和所述上转向柱轴线平行的滑槽、滑槽内均设有滑块、滑块上均设有和其固连的电磁铁；

所述第一限位块上的电磁铁均通过弹簧和所述第一底座相连，且均和所述ECU电气相连；

所述第一限位块上的电磁铁在非工作状态时均位于所述双行星齿轮机构上齿圈的上方、和所述双行星齿轮机构的上齿圈不接触；工作时均吸附在所述双行星齿轮机构上齿圈表面，将所述上转向柱和所述双行星齿轮机构的上齿圈锁死，使得上转向柱不能相对双行星齿轮机构的上齿圈转动，进而限制了双行星齿轮机构的上太阳轮转动。

所述行星架电磁锁包含第二底座和第二限位块；

所述第二底座、第二限位块均和所述双行星齿轮机构的行星架固连，且第二底座设置在所述第二限位块的下方；

所述第二限位块上设有若干和所述上转向柱轴线平行的滑槽、滑槽内均设有滑块、滑块上均设有和其固连的电磁铁；

所述第二限位块上的电磁铁均通过弹簧和所述第二底座相连，且均和所述ECU电气相连；

所述第二限位块上的电磁铁在非工作状态时均位于所述双行星齿轮机构上太阳轮的下方；工作时均吸附在所述双行星齿轮机构上太阳轮的下表面，将所述上转向柱和所述双行星齿轮机构的上太阳轮锁死，使得上转向柱不能相对双行星齿轮机构的上太阳轮转动。

如图3所示，本实用新型还公开了一种该智能辅助转向系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），车辆启动时，检测第二电机是否故障并将检测信息传递给ECU；

步骤2），当ECU接收到人为转向模式指令时：

步骤2.1），若第二电机故障：

步骤2.1.1），ECU控制第二离合器工作使得第二电机与蜗轮蜗杆机构分离、控制第一离合器工作使得第一电机与减速机构闭合、控制上转向柱电磁锁和行星架电磁锁处于松开状态；

步骤2.1.2），ECU根据转角传感器测得的方向盘转角和车速传感器测得的汽车车速计算汽车当前的横摆角速度；

步骤2. 1.3），ECU根据当前横摆角速度、汽车车速、方向盘转角和汽车侧向加速度计算当前汽车转向所需的助力；

步骤2. 1.4），ECU根据所需提供的助力产生第一电机的工作电流信号，控制第一电机工作；

步骤2.2），若第二电机正常：

步骤2.2.1），ECU控制第一离合器工作使得第一电机与减速机构闭合，控制第二离合器工作使得第二电机与蜗轮蜗杆机构闭合、控制上转向柱电磁锁和行星架电磁锁处于松开状态；

步骤2.2.2），ECU根据当前横摆角速度、汽车车速、方向盘转角和汽车侧向加速度计算当前汽车转向所需的助力，进而计算出所需提供的附加转角；

步骤2.2.3），ECU根据所需提供的转向助力产生相应第一电机、第二电机的工作电流信号，控制第一电机、第二电机工作；

步骤3），当ECU接收到自动转向模式指令时：

步骤3.1），若第二电机故障，ECU发出无法执行自动转向模式、只能执行人为转向模式的信号给驾驶员，并跳转执行步骤2）；

步骤3.2），若第二电机正常：

步骤3.2.1），ECU控制上转向柱电磁锁和行星架电磁锁处于锁定状态，将双行星齿轮机构的上太阳轮和行星架锁止；

步骤3.2.2），ECU根据转角传感器测得的方向盘转角、车速传感器测得的汽车车速、侧向加速度、横摆角速度计算当前状态下的转向阻力；

步骤3.2.3），ECU根据当前状态下的转向阻力大小计算出所需助力转矩的值；

步骤3.2.4），ECU通过所需助力转矩的数值计算出所需的目标电流；

步骤3.2.5），若目标电流小于等于第二电机的额定电流，ECU控制第一离合器使得第一电机与减速机构分离、控制第二离合器使得第二电机与蜗轮蜗杆机构闭合，并根据所需助力产生相应电流值传递给第二电机，控制第二电机工作；

步骤3.2.6），若目标电流大于第二电机的额定电流，ECU控制第一离合器使得第一电机与减速机构闭合、控制第二离合器使得第二电机与蜗轮蜗杆机构闭合，并根据所需助力产生相应第一电机、第二电机的工作电流信号，控制第一电机、第二电机工作，使得第二电机以其额定电流工作，超过部分由第一电机承担。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种智能辅助转向系统，其特征在于，包含方向盘、转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、上转向柱、下转向柱、双行星齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、减速机构、齿轮齿条转向器、前轴、两个制动轮、第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、ECU、上转向柱电磁锁和行星架电磁锁；

所述双行星齿轮机构包含上齿圈、下齿圈、上太阳轮、下太阳轮、行星架、上行星轮组和下行星轮组，其中，上行星轮组、下行星轮组均设置在所述行星架上；上太阳轮通过上行星轮组和上齿圈的内圈啮合；下太阳轮通过下行星轮组和下齿圈的内圈啮合；上齿圈和汽车车架固连；

所述上转向柱一端和汽车的方向盘固定相连，另一端与双行星齿轮机构的上太阳轮同轴固连；

所述下转向柱一端与双行星齿轮机构的下太阳轮同轴固连，另一端通过所述齿轮齿条转向器和所述前轴相连；

所述前轴两端分别与汽车的左前轮、右前轮相连；

所述转角传感器设置在所述上转向柱上，用于获取方向盘的转角；

所述车速传感器和侧向加速度传感器均设置在汽车上，分别用于获取汽车的车速和侧向加速度；

所述蜗轮蜗杆机构的输入端通过离合器与第二电机的输出轴相连，输出端与双行星齿轮机构下齿圈的外圈啮合；

所述第一电机的输出轴通过离合器与减速机构输入端相连，用于提供转向助力；

所述减速机构的输出端设置在所述下转向柱上；

所述上转向柱电磁锁用于根据ECU的命令锁定上转向柱使其不能转动、或根据ECU的命令松开上转向柱使其能够转动；

所述行星架电磁锁用于根据ECU的命令锁定双行星齿轮机构的行星架使其不能相对上双行星齿轮机构的太阳轮转动、或根据ECU的命令松开双行星齿轮机构的行星架使其能够相对上双行星齿轮机构的太阳轮转动；

所述ECU分别和转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器、第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、行星架电磁锁、上转向柱电磁锁电气相连，用于根据转角传感器、车速传感器、侧向加速度传感器测得数据以及接收到的工作模式控制第一离合器、第二离合器、第一电机、第二电机、行星架电磁锁、上转向柱电磁锁工作。

2.根据权利要求1所述的智能辅助转向系统，其特征在于，所述上转向柱电磁锁包含第一底座和第一限位块；

所述第一底座、第一限位块均和所述上转向柱固连，且第一底座设置在所述第一限位块的上方；

所述第一限位块上设有若干和所述上转向柱轴线平行的滑槽、滑槽内均设有滑块、滑块上均设有和其固连的电磁铁；

所述第一限位块上的电磁铁均通过弹簧和所述第一底座相连，且均和所述ECU电气相连；

所述第一限位块上的电磁铁在非工作状态时均位于所述双行星齿轮机构上齿圈的上方、和所述双行星齿轮机构的上齿圈不接触；工作时均吸附在所述双行星齿轮机构上齿圈表面，将所述上转向柱和所述双行星齿轮机构的上齿圈锁死，使得上转向柱不能相对双行星齿轮机构的上齿圈转动，进而限制了双行星齿轮机构的上太阳轮转动。

3.根据权利要求2所述的智能辅助转向系统，其特征在于，所述行星架电磁锁包含第二底座和第二限位块；

所述第二底座、第二限位块均和所述双行星齿轮机构的行星架固连，且第二底座设置在所述第二限位块的下方；

所述第二限位块上设有若干和所述上转向柱轴线平行的滑槽、滑槽内均设有滑块、滑块上均设有和其固连的电磁铁；

所述第二限位块上的电磁铁均通过弹簧和所述第二底座相连，且均和所述ECU电气相连；

所述第二限位块上的电磁铁在非工作状态时均位于所述双行星齿轮机构上太阳轮的下方；工作时均吸附在所述双行星齿轮机构上太阳轮的下表面，将所述上转向柱和所述双行星齿轮机构的上太阳轮锁死，使得上转向柱不能相对双行星齿轮机构的上太阳轮转动。