CN210760114U - 一种转向切换控制系统及其转向总成 - Google Patents

Abstract

一种转向切换控制系统及其转向总成，包括系统控制器、水上推进系统转向装置、电磁离合器、电机总成和车身控制器；水上推进系统转向装置、电磁离合器、电机总成和车身控制器均连接到系统控制器；系统控制器用于控制电磁离合器开闭，系统控制器用于控制电机总成工作，以及控制水上推进系统转向装置转向；车身控制器采集到的车辆信息传递给系统控制器。本系统与传统的水陆两栖车转向系统相比，只采用一套方向盘系统操控转向，节省了驾驶室宝贵的安装空间。驾驶员通过操作转换开关，可快速实现陆地、水上及水陆结合区三种工况的转向切换。降低了系统的复杂程度，自动化程度高，操作便捷。

Description

一种转向切换控制系统及其转向总成

技术领域

本实用新型属于汽车转向设备技术领域，特别涉及一种转向切换控制系统及其转向总成。

背景技术

水陆两栖车辆是同时具有陆地车辆和水上船舶性能的一种特殊车辆，既可以在陆地行驶，又可以泛水浮渡。由于水陆两栖车辆具有“水上快速而隐蔽、陆上机动而灵活以及在水陆交界处所具有的独特通过性能”等特点，因而在民用和军事领域具有广泛的应用价值。

对于民用两栖车辆来说，一般更注重突出其陆地行驶性能，水上性能只作为辅助功能，从外形看，也更偏向于车辆。对于军用车辆，首先要达到较高的水上速度；其次是水上机动性好(灵活、转向半径小)；再者就是抗风浪能力要强，稳定性好，甚至能够在海上行驶。因此需要水陆两栖车具备高机动性、快速突击性以及较强的近海作战能力。

针对以上特点，必然要求水陆两栖车辆在转向系统方面能够独立实现陆地、水上及水陆结合区三种工况的操控。且在不同工况下能够快速可靠地切换，三种模式之间互不干扰。

对于重型车辆陆地转向多采用传统的液压转向系统，即驾驶员操控方向盘，通过转向传动装置控制液压转向机，进而控制转向轮实现转向。对于水上转向，驾驶员操控方向舵通过传动装置改变船尾舵机的方向或喷水推进装置的水流方向，控制船体的转向。两者的转向系统在原理、系统结构、总成布置、控制方式等方面都有很大差异。

目前，国内水陆两栖车辆多采用两套转向系统相互独立布置，独立操作的形式。陆地行驶时，操控方向盘实现转向；水上航行时，操控转向手柄实现转向。两套系统结构复杂，占用了驾驶室宝贵的空间。其功能效率及空间利用率不高。对于影响驾驶安全的转向而言，操作复杂，实用性差，难以快速准确实现转向切换功能，易出现安全问题，也不满足现代车辆电控化、智能化控制的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种转向切换控制系统及其转向总成，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种转向切换控制系统，包括系统控制器、水上推进系统转向装置、电磁离合器、电机总成和车身控制器；水上推进系统转向装置、电磁离合器、电机总成和车身控制器均连接到系统控制器；系统控制器用于控制电磁离合器开闭，系统控制器用于控制电机总成工作，以及控制水上推进系统转向装置转向；车身控制器采集到的车辆信息传递给系统控制器。

进一步的，电机总成包括电机驱动器、伺服电机、减速传动装置、角度传感器和扭矩传感器；电机驱动器连接伺服电机，伺服电机连接减速传动装置，减速传动装置设置在方向盘转动轴上，角度传感器采集的方向盘角度大小和扭矩传感器采集的方向盘扭矩大小由电机驱动器处理并通过CAN总线广播发送至系统控制器。

进一步的，系统控制器还连接有水路三模转换开关。

进一步的，一种基于转向切换控制系统的转向总成，包括方向盘转向轴、定位轴承、转向轴和液压转向器；方向盘转向轴的一端连接电磁离合器，电磁离合器连接定位轴承，定位轴承连接转向轴，转向轴连接液压转向器。

进一步的，伺服电机、角度传感器、扭矩传感器和减速传动装置集为一体安装在方向盘转向轴上；电机总成与驾驶室本体固定连接。

进一步的，定位轴承固定于驾驶室内外的过孔上；水陆三模转换开关为操控旋钮，安装于车辆仪表台。

进一步的，方向盘转向轴的另一端连接方向盘；电磁离合器采用定位牙嵌式电磁离合器安装于液压转向器输入轴前端，用于实现转向轴的断开与结合。

与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：

本实用新型设计时在传统液压转向助力系统的基础上增加定位牙嵌式电磁离合器 (以下简称离合器)和转向电机总成。离合器安装于液压转向机输入轴前端，转向电机总成安装于方向盘至离合器中间的转向轴上。系统控制器识别水陆三模转换开关状态，判断车辆处于哪种行驶工况，控制离合器实现转向轴的断开与结合。车辆在陆地和水陆结合区行驶时，离合器结合，回归传统车辆转向模式；水上航行时，离合器断开，根据方向盘转角控制水流方向实现水上转向。转向电机用于实现转向轴断开与结合时的零位校正，并为方向盘提供陆地行驶时的转向助力和水上行驶时的转向阻尼。实现驾驶员通过安装于仪表台的“水陆三模转换开关”实现三种工况下转向方式的手动切换。

本系统与传统的水陆两栖车转向系统相比，只采用一套方向盘系统操控转向，节省了驾驶室宝贵的安装空间。驾驶员通过操作转换开关，可快速实现陆地、水上及水陆结合区三种工况的转向切换。降低了系统的复杂程度，自动化程度高，操作便捷。

附图说明

图1为系统主要部件布置示意图；

图2为系统原理结构框图；

图中：系统控制器1、水陆三模转换开关2、水上推进系统转向装置3、电磁离合器4、转向电机总成5、车身控制器6、定位轴承7、方向盘转动轴8、方向盘9、转向轴10、液压转向器11、电机驱动器51、伺服电机52、减速传动装置53、角度传感器54、扭矩传感器55。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步说明：

请参阅图1和图2，一种转向切换控制系统，包括系统控制器1、水上推进系统转向装置3、电磁离合器4、电机总成5和车身控制器6；水上推进系统转向装置3、电磁离合器4、电机总成5和车身控制器6均连接到系统控制器1；系统控制器1用于控制电磁离合器4开闭，系统控制器1用于控制电机总成5工作，以及控制水上推进系统转向装置3 转向；车身控制器6采集到的车辆信息传递给系统控制器1。

电机总成5包括电机驱动器51、伺服电机52、减速传动装置53、角度传感器54和扭矩传感器55；电机驱动器51连接伺服电机52，伺服电机52连接减速传动装置53，减速传动装置53设置在方向盘转动轴上，角度传感器采集的方向盘角度大小和扭矩传感器采集的方向盘扭矩大小由电机驱动器处理并通过CAN总线广播发送至系统控制器1。

系统控制器1还连接有水路三模转换开关2。

一种基于转向切换控制系统的转向总成，包括方向盘转向轴8、定位轴承7、转向轴10和液压转向器11；方向盘转向轴8的一端连接电磁离合器4，电磁离合器4连接定位轴承7，定位轴承7连接转向轴10，转向轴10连接液压转向器11。

伺服电机、角度传感器、扭矩传感器和减速传动装置集为一体安装在方向盘转向轴8 上；电机总成5与驾驶室本体固定连接。

定位轴承7固定于驾驶室内外的过孔上；水陆三模转换开关2为操控旋钮，安装于车辆仪表台。

方向盘转向轴8的另一端连接方向盘9；电磁离合器4采用定位牙嵌式电磁离合器安装于液压转向器输入轴前端，用于实现转向轴的断开与结合。

本系统适用于重型车辆常规的液压助力转向系统，包括方向盘、转向轴、液压转向器及控制油路等部件。

本系统在原有转向结构的基础上，在液压转向器输入轴前端安装电磁离合器4，实现转向传动轴的断开与结合，该电磁离合器4常用于机械传动系统中，可在主动部分低速运转的情况下，使其与从动部分在一定位置结合，增加传递精度，满足定位和传递扭矩的目的。

本系统在方向盘至电磁离合器4中间的转向轴上安装转向电机总成5。转向电机总成5与驾驶室本体固定，转向轴与减速传动装置53相连。在电磁离合器4与转向器之间的传动轴上安装定位轴承7，定位轴承7固定于驾驶室内外的过孔上，保证密封性。定位轴承7既能保证防水性，又能固定电磁离合器4的从动部分，保证电磁离合器4结合与断开时的同轴度。

本系统在转向切换控制上，系统控制器1通过硬线采集水陆三模转换开关2状态，通过CAN总线采集车身控制器6发送的整车车速信息，通过CAN总线采集电机驱动器 51发送的方向盘角度和扭矩信息，通过硬线控制水上推进系统转向装置3及电磁离合器 4，通过CAN总线控制电机驱动器51进而控制伺服电机52。

车辆在陆-水转换工况时，系统控制器1控制电机驱动器51使方向盘转向零位，轮胎保持直行状态，然后控制电磁离合器4断开，即方向盘与液压转向器之间的联动脱开。系统控制器1通过驾驶员操控方向盘采集的转角传感器54转角大小，并根据一定比例控制喷水推进系统转向装置3改变喷水方向实现车辆在水面的转向。在此模式下，系统控制器1采集方向盘转角及航速信息，并结合陆地行驶时电机助力扭矩的特性，算出合适的控制扭矩，施加于转向电机，使车辆在水上航行与陆地行驶有相同的驾驶手感；

车辆在水-陆转换工况时，系统控制器1采集由电机驱动器51发送的方向盘转角大小，控制电机驱动器51使方向盘转向零位，然后控制电磁离合器4闭合，即方向盘与液压转向器处于联动状态，以回归传统陆地转向模式。此模式下，系统控制器1通过电机驱动器51处理的扭矩传感器55采集的方向盘扭矩大小，及车身控制器6采集的整车车速大小，控制电机驱动器51为车辆提供一定的转向助力功能，使车辆在低速转向时转向灵敏、轻便，高速转向时转向沉稳、不跑偏；在回正的情况下，提供回正力矩，确保低速回正及时，高速回正不超调。

系统控制器1判断安装于仪表台的水陆三模转换开关2状态，在陆地行驶及水陆结合区行驶时，结合电磁离合器回归传统转向模式；在水上航行时，断开电磁离合器，根据方向盘转角控制水流方向实现水上转向。

陆地行驶、水上航行及水陆结合区三种工况切换时，系统控制器1判断车速大小，方向盘转角速度大小，使电磁离合器在低速工况下结合与断开，确保系统切换的安全性。

Claims (7)

1.一种转向切换控制系统，其特征在于，包括系统控制器(1)、水上推进系统转向装置(3)、电磁离合器(4)、电机总成(5)和车身控制器(6)；水上推进系统转向装置(3)、电磁离合器(4)、电机总成(5)和车身控制器(6)均连接到系统控制器(1)；系统控制器(1)用于控制电磁离合器(4)开闭，系统控制器(1)用于控制电机总成(5)工作，以及控制水上推进系统转向装置(3)转向；车身控制器(6)采集到的车辆信息传递给系统控制器(1)。

2.根据权利要求1所述的一种转向切换控制系统，其特征在于，电机总成(5)包括电机驱动器(51)、伺服电机(52)、减速传动装置(53)、角度传感器(54)和扭矩传感器(55)；电机驱动器(51)连接伺服电机(52)，伺服电机(52)连接减速传动装置(53)，减速传动装置(53)设置在方向盘转动轴上，角度传感器采集的方向盘角度大小和扭矩传感器采集的方向盘扭矩大小由电机驱动器处理并通过CAN总线广播发送至系统控制器(1)。

3.根据权利要求1所述的一种转向切换控制系统，其特征在于，系统控制器(1)还连接有水路三模转换开关(2)。

4.一种基于转向切换控制系统的转向总成，其特征在于，基于权利要求1至3任意一项所述的转向切换控制系统，包括方向盘转向轴(8)、定位轴承(7)、转向轴(10)和液压转向器(11)；方向盘转向轴(8)的一端连接电磁离合器(4)，电磁离合器(4)连接定位轴承(7)，定位轴承(7)连接转向轴(10)，转向轴(10)连接液压转向器(11)。

5.根据权利要求4所述的一种基于转向切换控制系统的转向总成，其特征在于，伺服电机、角度传感器、扭矩传感器和减速传动装置集为一体安装在方向盘转向轴(8)上；电机总成(5)与驾驶室本体固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于转向切换控制系统的转向总成，其特征在于，定位轴承(7)固定于驾驶室内外的过孔上；水陆三模转换开关(2)为操控旋钮，安装于车辆仪表台。

7.根据权利要求4所述的一种基于转向切换控制系统的转向总成，其特征在于，方向盘转向轴(8)的另一端连接方向盘(9)；电磁离合器(4)采用定位牙嵌式电磁离合器安装于液压转向器输入轴前端，用于实现转向轴的断开与结合。

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