CN211869502U - 一种适用于线控转向系统的方向盘装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于线控转向系统的方向盘装置，包括：方向柱和设置在所述方向柱上的方向盘、编码器、带座轴承、力矩传感器和联轴器，所述编码器设置在方向盘上方，方向盘的转矩信号通过编码器采集，所述编码器链接一ECU组件，将采集的方向盘转矩信号传输给ECU组件。通过编码器和检测方向盘转动的角度来实现判断驾驶员的转向意图，变成数字信号输入到ECU组件，ECU组件对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向汽车的转向电机和力矩电机发送命令，控制转向电机转到要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图，实现车轮的转向，具有较高的市场价值。

Description

一种适用于线控转向系统的方向盘装置

技术领域

本实用新型涉及一种方向盘装置，具体涉及一种适用于线控转向系统的方向盘装置，属于汽车转向系统领域。

背景技术

汽车转向系统大致分成手动转向系统、助力转向系统以及线控转向系统。手动转向系统是一种单一利用机械传动机构将驾驶员的转向力矩传递给车轮，再将车轮的回正力矩传递给驾驶员的方案，这种系统由于采用单一机械传动的方式，结构尺寸和重量都较大，结构较复杂，发生机械故障的概率较高。线控转向系统是一种采用中央处理单元、传感器、集成电路以及电缆等组件代替单一机械传动机构，将驾驶员的转向力矩转换成电信号，通过中央处理单元校正后产生执行指令，利用转向电机及其传动机构驱动车轮转动，再将车轮的回正力矩转换成电信号，通过中央处理单元校正后产生回正指令，利用回正电机及其传动机构将回正信息传递给驾驶员的方案，这种系统采用单一的电信号模拟方式来承担驾驶员和车轮之间的信息传递任务，简化了整个转向系统的结构，使得其尺寸明显缩小，重量显著减轻，同时便于安装维护，但是也存在一些问题，其一是系统可靠性问题，方向盘与转向车轮之间没有直接的机械连接，完全依靠电子和电器元件来工作，一旦电控系统出现故障，车辆将处于失控的状态。电子部件对工况的要求明显高于机械部件，这就带来了适应性问题，即上述系统是否能够适应各种行驶工况，比如温度和湿度的变化，以及电路腐蚀老化等问题。其二是动力源的问题，线控转向方案采用执行电机带动车轮转向，采用回正电机带动方向盘回正，这种方式对电机和电源提出了较高的要求，目前普遍采用的电源是蓄电池，这样两套电机就需要两套蓄电池，不仅占用了较大的空间，而且结构复杂度提高，安装和能耗成本随之提高。

申请号为2016200939851的中国实用新型专利公布了一种转向模式可调的汽车转向系统，包括控制装置，以及方向盘、与方向盘传动连接的转向轴、和与转向轴传动连接的转向横拉杆，还包括：第一离合机构，其串接于所述转向轴上，并因所述控制装置的控制信号而动作、以将所述方向盘与所述转向横拉杆间传动导通；第二离合机构，其设于所述第一离合机构与所述转向横拉杆之间的所述转向轴上；动力模块，其传动连接于所述第二离合机构上，在所述控制装置的控制信号下，所述第二离合机构动作而将所述动力模块与所述转向轴传动导通。本实用新型所述的转向模式可调的汽车转向系统，解决了现有三种转向模式不能随用户需求互相转换调节的问题。

近年来，汽车开始采用线控转向技术，线控转向系统（Steer-By-Wire，即SBW）由于取消了方向盘和转向轮之间的机械连接，完全摆脱了传统转向系统的各种限制，不但可以自由设计汽车的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间，是汽车转向系统的重大革新。线控转向是目前转向方面最为先进和前沿的技术之一，是未来转向系统的一个发展方向。

其中关于方向盘装置，在最初的机械转向系统中，当转向轴负荷较大时，仅靠驾驶员的体力作为转向动力，就会存在转向沉重的弊端；鉴于上述弊端，电动助力转向系统就应运而生，电动助力转向系统在机械转向系统的基础上，增加信号传感器、电子控制单元，最后利用电动机提供合适的转向助力，但电动助力转向系统的转向盘与转向轴之间同样存在机械连接，就会出现转向轻而不灵的问题；如何断开机械连接，使转向系统轻而灵，线控转向系统就能解决该问题，但仅线控转向系统，一旦发生故障，转向系统就不能有效的进行操作，安全问题就会显现。鉴于任意一种转向系统均存在优缺点，那如何使三种转向模式能随用户需求互相转换调节就成为要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种新型的适用于线控转向系统的方向盘装置。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种适用于线控转向系统的方向盘装置，包括：方向柱和设置在所述方向柱上的方向盘、编码器、带座轴承、力矩传感器和联轴器，所述编码器设置在方向盘上方，方向盘的转矩信号通过编码器采集，所述编码器链接一ECU组件，将采集的方向盘转矩信号传输给ECU组件。

优选地，前述联轴器上设置有一个减速器。

再优选地，前述减速器上设置有一个产生驱动转矩的力矩电机。通过力矩电机产生驱动转矩，作为动力源。

进一步优选地，前述联轴器为连接方向柱和减速器的联轴器，通过联轴器传递回正力矩，并且可以用来来微系统缓冲和减振，并提高轴系动态性能。

再进一步优选地，前述ECU组件与所述力矩电机连接，控制力矩电机旋转，产生方向盘的回正力矩。

且，前述带座轴承上设置有底座，将方向盘装置固定在车身上，为整个方向盘装置提供支撑。

本实用新型的有益之处在于：

（1）本实用新型的一种适用于线控转向系统的方向盘装置，可以将驾驶员的转向意图传递给主控制器，进而可以使ECU组件来控制液压转向模块运作，同时反馈给方向盘装置回正力矩，给驾驶员提供相应的路感信息；

（2）本实用新型的一种适用于线控转向系统的方向盘装置，力矩传感器则用来检测路感电机的输出转矩，对电机转矩形成闭环控制，结构简单，操作简便，具有很高的市场价值；

（3）线控转向系统的方向盘装置取消了方向盘至转向轮之间的机械连接，结构紧凑、占用空间小、便于安装，驾驶室有更大的空间用于布置被动安全部件，减少了事故发生时对驾驶员的伤害。

附图说明

图1是本实用新型的一种适用于线控转向系统的方向盘装置结构图。

图中附图标记的含义：

1-方向盘，2-编码器，3-方向柱，4-带座轴承，5-力矩传感器，6-联轴器，7-减速器，8-力矩电机，9-ECU组件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实施例的一种适用于线控转向系统的方向盘装置，结合图1所示，其由方向柱3和设置在所述方向柱3上的方向盘1、编码器2、带座轴承4和力矩传感器5组成，编码器2设置在方向盘1上方，方向盘1的转矩信号通过编码器2采集，所述编码器2连接一ECU组件9，将采集的方向盘1转矩信号传输给ECU组件9。力矩传感器5上设置有一个联轴器6，联轴器6上设置有一个减速器7。减速器7上设置有一个产生驱动转矩的力矩电机8。通过力矩电机8产生回正力矩，作为动力源。联轴器6为连接方向柱3和减速器7的联轴器6，通过联轴器6传递回正力矩，并提高轴系动态性能。力矩传感器5设置在方向柱3上并组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该方向柱3受扭的电信号，即检测出线控转向系统中的路感电机的输出转矩。ECU组件9与所述力矩电机8连接，控制力矩电机8旋转，产生方向盘1的回正力矩。带座轴承4上设置有底座，将方向盘装置固定在车身上，为整个方向盘装置提供支撑。

在工作的工程中，当方向盘1转动时，编码器2将测量到的驾驶员转向意图转变成数字信号输入到ECU组件9，ECU组件9对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向汽车的转向电机和力矩电机8发送命令，控制转向电机转到要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图，实现车轮的转向，同时控制力矩电机8旋转，产生方向盘1的回正力矩，回正力矩经过减速器7减速，通过联轴器6传递给方向柱3，进而传递到方向盘1上，给驾驶员提供相应的路感信息。力矩传感器5则用来检测系统中的路感电机的输出转矩，通过对电机转矩形成闭环控制。

综上，本实用新型的方向盘装置是一种适用于线控转向系统的方向盘装置，整体结构简单，操作简便。通过编码器2和检测方向盘1转动的角度来实现判断驾驶员的转向意图，变成数字信号输入到ECU组件9，ECU组件9对采集的信号进行分析处理，判别汽车的运动状态，向汽车的转向电机和力矩电机8发送命令，控制转向电机转到要求的前轮转角，完成驾驶员的转向意图，实现车轮的转向，具有较高的市场价值。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适用于线控转向系统的方向盘装置，其特征在于，包括：方向柱和设置在所述方向柱上的方向盘、编码器、带座轴承、力矩传感器和联轴器，所述编码器设置在方向盘上方，方向盘的转矩信号通过编码器采集，所述编码器与一ECU组件连通，将采集的方向盘转矩信号传输给ECU组件。

2.根据权利要求1所述的一种适用于线控转向系统的方向盘装置，其特征在于，所述联轴器上连接有一个减速器。

3.根据权利要求2所述的一种适用于线控转向系统的方向盘装置，其特征在于，所述联轴器为连接方向柱和减速器的联轴器。

4.根据权利要求2所述的一种适用于线控转向系统的方向盘装置，其特征在于，所述减速器上连接有一个产生驱动转矩的力矩电机。

5.根据权利要求4所述的一种适用于线控转向系统的方向盘装置，其特征在于，所述ECU组件与所述力矩电机连通。

6.根据权利要求1所述的一种适用于线控转向系统的方向盘装置，其特征在于，所述带座轴承上设置有底座，将方向盘装置固定在车身上。

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