CN211139449U - 伺服转向系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆技术领域，具体涉及一种伺服转向系统及车辆。本实用新型旨在解决现有车辆存在的转向系统的结构比较复杂，占用车辆内部空间的问题。为此目的，本实用新型提供的一种伺服转向系统及车辆，通过第二伺服控制器根据接收的第一伺服电机转动时的转角、转速、转向和电流信息控制第二伺服电机转动，进而第二伺服电机驱动车辆的转向轮转动。如此，第二伺服控制器只需要根据第一伺服电机转动时的相关参数来控制第二伺服电机，即可实现对转向轮的驱动控制，不仅减少了转向轴与转向轮之间的传动装置，节约了车辆的内部空间，而且进一步地减轻了转向轴控制转向轮所需的力。

Description

伺服转向系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，具体涉及一种伺服转向系统及车辆。

背景技术

电动助力转向系统(Electric Power Steering，缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统。目前很多汽车上都使用了电动助力转向系统，以协助驾驶员进行转向操作，从而减轻在泊车和低速行驶时驾驶员动作在方向盘上的操作力。

常见的一种电动助力转向系统主要由转向轴、扭矩传感器、转角传感器、车速传感器、电动机、减速器和电子控制单元(ECU)等组成。转向轴通过传动机构与转向轮连接，电动机与ECU通信连接，且电动机还通过减速器与转向轴传动连接。当驾驶员操纵方向盘转动转向轴实现车辆转向时，扭矩传感器、转角传感器将检测到的转向轴的扭矩、转角和转向反馈给ECU，车速传感器将监测到的车辆的行驶速度反馈给ECU，ECU根据转向轴的扭矩、转角和转向，以及车速控制电动机转动，从而对转向轴转动产生补助力。

但是，安装有上述电动助力转向系统的车辆在转向时，转向轮的转动实际上需要依靠转向轴的力矩和电动机的力矩的共同作用，造成现有的转向系统的结构比较复杂，占用车辆内部空间。

相应地，本领域需要一种新的伺服转向系统及车辆来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有车辆存在的转向系统的结构比较复杂，占用车辆内部空间的问题，本实用新型提供了一种伺服转向系统及车辆。

本实用新型提供的一种伺服转向系统，包括转向轴、第一伺服电机和第一伺服控制器，且所述第一伺服电机内置有第一伺服编码器；所述转向轴的一端与所述第一伺服电机的输出轴连接；所述第一伺服控制器与所述第一伺服电机连接并控制所述第一伺服电机的扭矩；所述伺服编码器接收所述第一伺服电机的转角、转速和转向的信息并反馈给所述第一伺服控制器；还包括第二伺服控制器和第二伺服电机；所述第二伺服控制器与所述第一伺服控制器连接并用于接收所述第一伺服电机转动时的电流信息，以及所述第一伺服电机的转角、转速和转向的信息；所述第二伺服控制器还与所述第二伺服电机连接并控制所述第二伺服电机转动；所述第二伺服电机用于驱动车辆的转向轮转动。

作为本实用新型提供的上述伺服转向系统的优选的技术方案，所述伺服转向系统还包括减速器，所述减速器的低速轴与所述转向轴连接，所述减速器的高速轴与所述第一伺服电机的输出轴连接。

作为本实用新型提供的上述伺服转向系统的优选的技术方案，所述伺服转向系统还包括轴套、第一轴承和第二轴承；所述轴套内的两端分别设置有所述第一轴承和所述第二轴承；所述转向轴用于连接所述第一伺服电机的一端依次穿过所述第一轴承和所述第二轴承，且所述转向轴固定连接在所述第一轴承和所述第二轴承的内圈上。

作为本实用新型提供的上述伺服转向系统的优选的技术方案，所述轴套远离所述第一伺服电机的一端形成有第一台阶孔，所述第一轴承固定设置在所述第一台阶孔的台阶面上。

作为本实用新型提供的上述伺服转向系统的优选的技术方案，所述伺服转向系统还包括密封挡圈；所述第一台阶孔远离所述第一伺服电机的一端还形成有同轴的第二台阶孔；所述密封挡圈固定设置在所述第二台阶孔的台阶面上，且所述密封挡圈与所述第一轴承抵接。

作为本实用新型提供的上述伺服转向系统的优选的技术方案，所述伺服转向系统还包括安装基座，所述安装基座上设置有通孔，所述第一伺服电机设置在所述安装基座的内部；所述转向轴穿过所述通孔与所述第一伺服电机连接。

作为本实用新型提供的上述伺服转向系统的优选的技术方案，所述轴套靠近所述第一伺服电机的一端形成沿远离轴线的方向延展的连接板，所述连接板上设置有多个第一安装孔；所述安装基座上设置有与所述第一安装孔相对应的多个第二安装孔；紧固件穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔将所述轴套和所述安装基座连接。

作为本实用新型提供的上述伺服转向系统的优选的技术方案，所述第一伺服电机为永磁同步电机。

作为本实用新型提供的上述伺服转向系统的优选的技术方案，所述伺服转向系统还包括方向盘；所述方向盘与所述转向轴远离所述第一伺服电机的一端连接。

此外，本实用新型还提供了一种车辆，包括如上所述的任一种伺服转向系统。

本实用新型提供的一种伺服转向系统及车辆，当转向轴带动第一伺服电机的输出轴转动时，伺服编码器接收第一伺服电机的转角、转速和转向的信息，同时第一伺服控制器与第一伺服电机之间的电流也会发生变化；第二伺服控制器根据接收的第一伺服电机转动时的转角、转速、转向和电流信息控制第二伺服电机转动，进而第二伺服电机驱动车辆的转向轮转动。如此，第二伺服控制器只需要根据第一伺服电机转动时的相关参数来控制第二伺服电机，即可实现对转向轮的驱动控制，不仅减少了转向轴与转向轮之间的传动装置，节约了车辆的内部空间，而且进一步地减轻了转向轴控制转向轮所需的力。

此外，本实用新型提供的一种伺服转向系统及车辆，转向轴穿过轴套与轴套两端的第一轴承和第二轴承连接，第一伺服电机设置在安装基座的内部，轴套的连接板与安装基座连接。如此，不仅实现了对转向轴的定位，还减轻了转向轴转动时的摩擦阻力，在转向轴转动时也比较省力。

附图说明

下面参照附图来描述本实用新型的伺服转向系统及车辆。附图中：

图1为本实施例的伺服转向系统的控制关系示意图；

图2为本实施例的伺服转向系统中控制台的装配图。

附图标记列表

1-安装基座；201-第一轴承；202-第二轴承；3-密封挡圈；41-方向盘；42-转向轴；43-转向轮；5-轴套；6-紧固件；7-第一伺服电机；71-输出轴；8-第一伺服控制器；81-第一伺服编码器；9-第二伺服电机；91-第二伺服编码器；10-第二伺服控制器。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了解决现有车辆存在的转向系统的结构比较复杂，占用汽车内部空间的问题，本实施例提供了一种伺服转向系统及车辆。

如图1所示，本实施例提供的一种伺服转向系统，包括转向轴42、第一伺服电机7和第一伺服控制器8，且所述第一伺服电机7内置有第一伺服编码器81；转向轴42的一端与第一伺服电机7的输出轴71连接；第一伺服控制器8与第一伺服电机7连接并控制第一伺服电机7的扭矩；第一伺服编码器81接收第一伺服电机7的转角、转速和转向的信息并反馈给第一伺服控制器8；还包括第二伺服控制器10和第二伺服电机9；第二伺服控制器10与第一伺服控制器8连接并用于接收第一伺服电机7转动时的电流信息，以及所述第一伺服电机的转角、转速和转向的信息；第二伺服控制器10还与第二伺服电机9连接并控制第二伺服电机9转动；第二伺服电机9用于驱动车辆的转向轮43转动。

示例性地，如图2所示，在车辆中转向轴42的上部还连接有方向盘41，驾驶员作用于方向盘41的转向力矩通过转向轴42进行传递。在本实施例中，转向轴42背离方向盘41的一端与第一伺服电机7的输出轴71连接。

每个型号的伺服电机的电流与转矩都有对应的关系，且在伺服电机的说明书中也均有记载，可以理解的是，第一伺服控制器8可以通过向第一伺服电机7发送脉冲电流来控制第一伺服电机7的转矩，并接收第一伺服电机7的转速、转角和转向变化数据。

根据伺服控制器控制伺服电机的原理，当第一伺服电机7通电时，由于定子和转子之间存在磁场，当外力作用在第一伺服电机7的输出轴71上来使第一伺服电机7的输出轴71转动时，第一伺服电机7上会产生转矩的变化，在第一伺服电机7内部的磁场作用下，第一伺服电机7和第一伺服控制器8之间的电流(或者伺服控制器中的电流环中的电流)也会发生变化，并且可以通过检测该电流变化来确定出第一伺服电机7的转矩。

在本实施例中，第一伺服控制器8的作用主要有两个：其一，在通常情况下，第一伺服控制器8与第一伺服电机7之间通电并使第一伺服电机7保持停转状态；其二，当转向轴42带动第一伺服电机7转动时，第一伺服电机7与第一伺服控制器8之间的电流会发生变化，并且变化的电流可以被第二伺服控制器10接收。如此，当第一伺服控制器8与第一伺服电机7之间通电并使第一伺服电机7保持停转状态时，方向盘41操纵转向轴42在带动第一伺服电机7的输出轴71转动时，会感觉到一定阻力，具有真实感。此外，第一伺服控制器8还可以通过设定参数来限制方向盘41的最大转角，以实现对方向盘41的限位功能。

第一伺服电机7中内置有第一伺服编码器81，当第一伺服电机7转动时，第一伺服编码器81能检测到第一伺服电机7发生的转角、转速和转向的信息并反馈给第一伺服控制器10。

第二伺服控制器10根据接收到的来自第一伺服控制器8的电流变化信息(或者第一伺服电机7的转矩变化信息)，以及第一伺服电机7发生的转角、转速和转向的信息，来控制第二伺服电机9转动。同第一伺服电机7类似，第二伺服电机9中也内置有第二伺服编码器91，用来将第二伺服电机9的转角、转速和转向的信息反馈给第二伺服控制器10，以实现对第二伺服电机的精确控制。

需要说明的是，第一伺服控制器8和第二伺服控制器10是基于伺服控制器与伺服电机的作用原理进行的功能上的划分，在实际中还可以通过将第一伺服控制器8和第二伺服控制器10的功能模块设置在一个电路板上，通过信号线进行连接来实现本实施例中说明的上述功能。

本实施例提供的一种伺服转向系统，当转向轴42带动第一伺服电机7的输出轴71转动时，第一伺服编码器81接收第一伺服电机7的转角、转速和转向的信息，同时第一伺服控制器8与第一伺服电机7之间的电流也会发生变化；第二伺服控制器10根据接收的第一伺服电机7转动时的转角、转速、转向和电流信息控制第二伺服电机9转动，进而第二伺服电机9驱动车辆的转向轮43转动。如此，第二伺服控制器10只需要根据第一伺服电机7转动时的相关参数来控制第二伺服电机9，即可实现对转向轮43的驱动控制，不仅减少了转向轴42与转向轮43之间的传动装置，节约了车辆的内部空间，而且进一步地减轻了转向轴42控制转向轮43所需的力。

作为本实施例提供的上述伺服转向系统的优选的实施方式，伺服转向系统还包括减速器，减速器的低速轴与转向轴42连接，减速器的高速轴与第一伺服电机7的输出轴71连接。

示例性地，通过将减速器的低速轴与转向轴42连接，减速器的高速轴与第一伺服电机7的输出轴71连接，从而可以将转向轴42的转角和转速进行放大，使得第二伺服控制器10可以更准确、容易地接收到第一伺服电机7的转矩、转角、转速和转向的信息。

如图2所示，作为本实施例提供的上述伺服转向系统的优选的实施方式，伺服转向系统还包括轴套5、第一轴承201和第二轴承202；轴套5内的两端分别设置有第一轴承201和第二轴承202；转向轴42用于连接第一伺服电机7的一端依次穿过第一轴承201和第二轴承202，且转向轴42固定连接在第一轴承201和第二轴承202的内圈上。

示例性地，本实施方式中，通过第一轴承201和第二轴承202将转向轴42在轴套5中进行定位，且转向轴42与第一轴承201和第二轴承202连接，使得转向轴42转动时的摩擦阻力较少，在转向轴42转动时也比较省力。

本实施例的伺服转向系统中，转向轴42不需要与车辆的转向轮43直接或间接连接，转向轴42主要支撑在第一轴承201和第二轴承202上，使得转向轴在转动时轻便、省力。

作为本实施例提供的上述伺服转向系统的优选的实施方式，轴套5远离第一伺服电机7的一端形成有第一台阶孔，第一轴承201固定设置在第一台阶孔的台阶面上。

示例性地，本实施方式进一步的对第一轴承201在轴套5中的设置方式进行了说明，可以理解的是，第一轴承201、轴套5和转向轴42同轴设置，第一轴承201的外圈的外侧可以与轴套5的内部过盈配合进行固定。

作为本实施例提供的上述伺服转向系统的优选的实施方式，伺服转向系统还包括密封挡圈3；第一台阶孔远离第一伺服电机7的一端还形成有同轴的第二台阶孔；密封挡圈3固定设置在第二台阶孔的台阶面上，且密封挡圈3与第一轴承201抵接。

示例性地，通过在相对于第一轴承201远离第一伺服电机7的一侧的第二台阶孔内设置密封挡圈3，以使轴套5与转向轴42之间密封，防止灰尘进入轴套5内影响轴承的使用性能和寿命。

作为本实施例提供的上述伺服转向系统的优选的实施方式，伺服转向系统还包括安装基座1，安装基座1上设置有通孔，第一伺服电机7设置在安装基座1的内部；转向轴42穿过通孔与第一伺服电机7连接。

示例性地，转向轴42的至少部分露出安装基座1的外部，转向轴42的另一部分伸入安装基座1中与第一伺服电机7连接。第一伺服电机7的机身通过与安装基座1可直接或间接固定连接，以固定设置在安装基座1内部。

作为本实施例提供的上述伺服转向系统的优选的实施方式，轴套5靠近第一伺服电机7的一端形成沿远离轴线的方向延展的连接板，连接板上设置有多个第一安装孔；安装基座1上设置有与第一安装孔相对应的多个第二安装孔；紧固件6穿过第一安装孔和第二安装孔将轴套5和安装基座1连接。

示例性地，通过螺栓或螺钉等紧固件6将轴套5与安装基座1固定连接，进而使转向轴42通过轴套5固定在安装基座1上，转向轴42伸入安装基座1内部并与安装基座1内部的第一伺服电机7连接。第一伺服电机7的机身与安装基座1相对固定。转向轴42通过第一轴承201和第二轴承202与轴套5和安装基座1转动连接，转向轴42与第一伺服电机7的输出轴71固定连接，从而转向轴42转动时可以使第一伺服电机7的输出轴71转动，引起第一伺服电机7中转角、转速、转向和电流的变化。

作为本实施例提供的上述伺服转向系统的优选的实施方式，第一伺服电机7为永磁同步电机。

示例性地，本实施方式中将第一伺服电机7优选为永磁同步电机，永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。

永磁同步电机既可以作发电机用也可以作电动机用。永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流，可将转子动能转化为电能，即可实现永磁同步电机作为发电机的功能。

此外，当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子在空间位置上相差120，所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子旋转磁场中受到电磁力作用运动，此时电能转化为动能，即可实现永磁同步电机作为电动机的功能。

在本实施例中，第一伺服电机7兼有发电机和电动机的功能，第一伺服电机7和第一伺服控制器8通电时，使第一伺服电机7内产生不转动的力矩时，第一伺服电机7即有电动机的作用；当转向轴42转动，使第一伺服电机7内部磁场发生变化时，第一伺服电机7即有发电机的作用。永磁同步电机可满足第一伺服电机7的上述使用要求。

作为本实施例提供的上述伺服转向系统的优选的实施方式，伺服转向系统还包括方向盘41；方向盘41与转向轴42远离第一伺服电机7的一端连接。

示例性地，与现有的车辆一样，转向轴42远离第一伺服电机7的一端还设置有方向盘41，通过方向盘41产生力矩带动转向轴42转动，起到省力和方便操作的作用。

需要指出的是，本实用新型的保护对象是转向轴42、第一伺服电机7和第一伺服控制器8，以及第二伺服控制器10和第二伺服电机9之间彼此交互的宏观架构，而不是这些部件或者其子模块的具体功能或操作，因此，在不违背这种宏观交互架构的前提下，本实施例的伺服转向系统内的具体组成部件可以根据需要进行调整和更换，调整和更换后的控制系统并没有偏离本实用新型的基本原理，因此也将落入本实用新型的保护范围之内。

此外，本实施例还提供了一种车辆，包括如上的任一种伺服转向系统。

示例性地，各种运输车其他机动车辆均可以使用上述说明的伺服转向系统，且本实用新型还要求保护使用了该伺服转向系统的车辆。

当然，上述可以替换的实施方式之间、以及可以替换的实施方式和优选的实施方式之间还可以交叉配合使用，从而组合出新的实施方式以适用于更加具体的应用场景。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本实用新型的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种伺服转向系统，其特征在于：

包括转向轴、第一伺服电机和第一伺服控制器，且所述第一伺服电机内置有第一伺服编码器；

所述转向轴的一端与所述第一伺服电机的输出轴连接；

所述第一伺服控制器与所述第一伺服电机连接并控制所述第一伺服电机的扭矩；所述伺服编码器接收所述第一伺服电机的转角、转速和转向的信息并反馈给所述第一伺服控制器；

还包括第二伺服控制器和第二伺服电机；

所述第二伺服控制器与所述第一伺服控制器连接并用于接收所述第一伺服电机转动时的电流信息，以及所述第一伺服电机的转角、转速和转向的信息；所述第二伺服控制器还与所述第二伺服电机连接并控制所述第二伺服电机转动；所述第二伺服电机用于驱动车辆的转向轮转动。

2.根据权利要求1所述的伺服转向系统，其特征在于：

还包括减速器，所述减速器的低速轴与所述转向轴连接，所述减速器的高速轴与所述第一伺服电机的输出轴连接。

3.根据权利要求1所述的伺服转向系统，其特征在于：

还包括轴套、第一轴承和第二轴承；

所述轴套内的两端分别设置有所述第一轴承和所述第二轴承；

所述转向轴用于连接所述第一伺服电机的一端依次穿过所述第一轴承和所述第二轴承，且所述转向轴固定连接在所述第一轴承和所述第二轴承的内圈上。

4.根据权利要求3所述的伺服转向系统，其特征在于：

所述轴套远离所述第一伺服电机的一端形成有第一台阶孔，所述第一轴承固定设置在所述第一台阶孔的台阶面上。

5.根据权利要求4所述的伺服转向系统，其特征在于：

还包括密封挡圈；

所述第一台阶孔远离所述第一伺服电机的一端还形成有同轴的第二台阶孔；

所述密封挡圈固定设置在所述第二台阶孔的台阶面上，且所述密封挡圈与所述第一轴承抵接。

6.根据权利要求3所述的伺服转向系统，其特征在于：

还包括安装基座，所述安装基座上设置有通孔，所述第一伺服电机设置在所述安装基座的内部；所述转向轴穿过所述通孔与所述第一伺服电机连接。

7.根据权利要求6所述的伺服转向系统，其特征在于：

所述轴套靠近所述第一伺服电机的一端形成沿远离轴线的方向延展的连接板，所述连接板上设置有多个第一安装孔；

所述安装基座上设置有与所述第一安装孔相对应的多个第二安装孔；

紧固件穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔将所述轴套和所述安装基座连接。

8.根据权利要求1所述的伺服转向系统，其特征在于：

所述第一伺服电机为永磁同步电机。

9.根据权利要求1所述的伺服转向系统，其特征在于：

还包括方向盘；

所述方向盘与所述转向轴远离所述第一伺服电机的一端连接。

10.一种车辆，其特征在于：

包括权利要求1至9中任一项所述的伺服转向系统。

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