CN215154990U - 一种双电机线控冗余转向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双电机线控冗余转向系统，包括方向盘（1）、转向管柱（3）、转向轴（10）、转向横拉杆（7）；还包括C‑EPS转向系统和P‑EPS转向系统，转向管柱（3）和转向轴（10）之间还设有转向离合装置；C‑EPS转向系统包括第一控制器（204）、第一电机（205）、第一转角传感器（201）、第一扭矩传感器（202）、第一传动机构（203）；P‑EPS转向系统包括第二控制器（504）、第二电机（505）、第二转角传感器（501）、第二扭矩传感器（502）、第二传动机构（503）。本实用新型可工作在转向助力模式、主动转向模式及冗余控制模式下，具有结构简单、可靠性高、失效防护能力强的优点。

Description

一种双电机线控冗余转向系统

技术领域

本实用新型涉及汽车线控转向系统领域，尤其是涉及一种双电机线控冗余转向系统。

背景技术

电动助力转向(Electric Power Steering，简称EPS)技术是近十年来汽车转向领域的新技术，常见的电动助力转向系统主要有C-EPS(转向柱助力式)转向系统、P-EPS(齿轮助力式)转向系统、R-EPS(齿条助力式)转向系统。随着汽车电子的不断发展，人们对车辆的安全性和车辆操作稳定性的要求越来越高，线控转向系统成为目前国内转向行业的研究热点。常见EPS系统采用单电机方案，车辆方向盘与方向机之间通过传动装置连接。车辆方向控制与驾驶员操作不能解耦，导致车辆转向轮与路面的摩擦与震荡均可通过转向总成的传动装置传递到驾驶员手上，驾驶转向操作不舒适，且该非解耦装置给车辆转向控制带来困难。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于满足高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)的转向需求，提供一种可具备线控转向、冗余转向、转向可靠性高、安全性高的冗余转向系统。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种双电机线控冗余转向系统，包括方向盘、转向管柱以及用于与转向横拉杆传动配合的转向轴；所述双电机线控冗余转向系统还包括用于驱动所述转向管柱的C-EPS转向系统、用于驱动所述转向轴的P-EPS转向系统，所述转向管柱和所述转向轴之间还设有转向离合装置。

进一步地，所述C-EPS转向系统包括第一控制器、第一电机、设置在所述转向管柱上的第一转角传感器、第一扭矩传感器、用于所述第一电机和所述转向管柱之间传动配合的第一传动机构。

进一步地，所述P-EPS转向系统包括第二控制器、第二电机、设置在所述转向轴上的第二转角传感器、第二扭矩传感器、用于所述第二电机和所述转向轴之间传动配合的第二传动机构。

进一步地，所述转向离合装置包括行星齿轮组，所述行星齿轮组的输入端与所述转向管柱固定连接，输出端与所述转向轴固定连接。

更进一步地，所述行星齿轮组为双行星排齿轮组，其包括第一太阳轮、第一行星轮、行星架、第二太阳轮、第二行星轮、可转动地设置的内齿圈，所述第一行星轮分别与所述第一太阳轮和所述内齿圈啮合，所述第二行星轮分别与所述第二太阳轮和所述内齿圈啮合，所述第一行星轮与所述第二行星轮一一对应设置并同轴连接在所述行星架上；所述第一太阳轮作为输入端与所述转向管柱同轴固定连接，所述第二太阳轮作为输出端与所述转向轴同轴固定连接；所述转向离合装置还包括用于锁紧和松开所述内齿圈从而驱使所述转向离合装置结合和分离的松紧装置，用于驱动所述松紧装置的转向离合装置电机，以及用于控制所述离合装置电机的转向离合装置控制器。

再进一步地，所述松紧装置包括包覆在所述内齿圈外周的制动鼓、以及带动所述制动鼓锁紧和松开所述内齿圈的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠与所述转向离合装置电机相连。

进一步地，所述第一传动机构为蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮安装在所述转向管柱上，蜗杆与所述第一电机相连。

进一步地，所述第二传动机构为蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮安装在所述转向轴上，蜗杆与所述第二电机相连。

进一步地，所述转向轴与所述转向横拉杆通过齿轮齿条机构进行传动。

本实用新型采用双电机控制，其中C-EPS转向系统的一个电机提供驾驶员转向操作路感，P-EPS转向系统的另一个电机作为转向驱动，同时采用转向离合装置作为机械冗余，可实现线控转向和冗余转向的功能，转向可靠性和安全性更高，不仅使驾驶员操作与车辆转向控制解耦，而且提高了车辆操作的稳定性。

具体地，本实用新型双电机线控冗余转向系统其中的转向离合装置是常结合装置，车辆启动，C-EPS转向系统无故障，P-EPS转向系统无故障，该装置处于分离状态。C-EPS转向系统和P-EPS转向系统可独立控制，使得本实用新型可以在转向助力模式、主动转向模式和冗余控制模式下工作。

由于采用上述技术方案，本实用新型达到以下有益效果：

1.本实用新型的一种双电机线控冗余转向系统有相互独立且互为冗余的 C-EPS电动助力转向与P-EPS电动助力转向，可为高级驾驶辅助系统(ADAS) 和自动驾驶系统(ADS)等车辆的转向安全提供更高的保障；

2.本实用新型的一种双电机线控冗余转向系统，在正常驾驶时，C-EPS系统和P-EPS系统独立控制，C-EPS系统作为路感模拟，P-EPS系统作为驱动转向，丰富了驾驶员的操作路感，提高了车辆的控制稳定性。

3.本实用新型的一种双电机线控冗余转向系统，C-EPS转向系统和P-EPS 转向系统之间通过转向离合装置连接，在结构上保证了车辆转向系统的可靠性。

附图说明

图1是根据本实用新型的一种实施例的双电机线控冗余转向系统的简单结构示意图。

图2是实施例中的松紧装置的结构示意图。

附图中：1-方向盘；201-第一转角传感器；202-第一扭矩传感器；203-第一传动机构；204-第一控制器；205-第一电机；3-转向管柱；401-转向离合装置控制器；402-转向离合装置；501-第二转角传感器；502-第二扭矩传感器；503- 第二传动机构；504-第二控制器；505-第二电机；6-齿轮齿条机构；7-转向横拉杆；8-右前轮；9-左前轮；

4021-内齿圈；4022-制动鼓；4023-转向离合装置电机；4024-滚珠丝杠。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型，下面将结合实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所做的等效变化与修饰前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

参阅图1和2，本实施例提供一种双电机线控冗余转向系统，包括方向盘1、转向管柱3、用于与转向横拉杆7传动配合的转向轴10、用于驱动转向管柱3的 C-EPS转向系统、用于驱动转向轴10的P-EPS转向系统、连接在转向横拉杆7左右两端的左前轮8和右前轮9。转向管柱3和转向轴10之间还设有转向离合装置402。转向离合装置402是常结合装置，车辆启动，C-EPS转向系统无故障，P-EPS转向系统无故障，该装置处于分离状态。C-EPS转向系统和P-EPS转向系统可独立控制。

其中，所述C-EPS转向系统包括第一控制器204、第一电机205、设置在转向管柱3上的第一转角传感器201、第一扭矩传感器202、用于第一电机205和转向管柱3之间传动配合的第一传动机构203。第一转角传感器201、第一扭矩传感器202、第一传动机构203沿转向管柱3从上至下依次布置。本实施例中，第一传动机构203为蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮安装在所述转向管柱3上，蜗杆与第一电机205相连。

所述P-EPS转向系统包括第二控制器504、第二电机505、设置在转向轴10上的第二转角传感器501、第二扭矩传感器502、用于第二电机505和转向轴10之间传动配合的第二传动机构503。第二转角传感器501、第二传动机构503和第二扭矩传感器502沿转向轴10从上至下依次布置。本实施例中，第二传动机构503也采用蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮安装在所述转向轴10上，蜗杆与所述第二电机505相连。

转向轴10与转向横拉杆7之间通过齿轮齿条机构6传动配合。

需要说明的是，第一传动机构203和第二传动机构503不限于本实施例所述的蜗轮蜗杆传动机构，凡是可以将电机输出的扭矩传递至转向管柱3或者转向轴 10上的传动机构，譬如多级齿轮传动机构，均可以作为本实用新型传动机构的替代，因此都涵盖在本实用新型的范围之内。

所述转向离合装置包括行星齿轮组，所述行星齿轮组的输入端与转向管柱3 固定连接，输出端与转向轴10固定连接。更具体地，在本实施例中，所述行星齿轮组为双行星排齿轮组，其包括第一太阳轮、第一行星轮、行星架、第二太阳轮、第二行星轮、可转动地设置的内齿圈，所述第一行星轮分别与所述第一太阳轮和所述内齿圈啮合，所述第二行星轮分别与所述第二太阳轮和所述内齿圈啮合，所述第一行星轮与所述第二行星轮一一对应设置并同轴连接在所述行星架上；所述第一太阳轮作为输入端与所述转向管柱3同轴固定连接，所述第二太阳轮作为输出端与所述转向轴10同轴固定连接。

如图2所示，所述转向离合装置还包括用于锁紧和松开所述内齿圈4021从而驱使所述转向离合装置结合和分离的松紧装置，用于驱动所述松紧装置的转向离合装置电机4023，以及用于控制所述离合装置电机4023的转向离合装置控制器401。所述松紧装置包括包覆在所述内齿圈4021外周的制动鼓4022、以及带动所述制动鼓4022锁紧和松开所述内齿圈4021的滚珠丝杠4024，所述滚珠丝杠 4024与转向离合装置电机4023相连。

本实施例上述的双电机线控冗余转向系统，通过可独立控制的C-EPS转向系统和P-EPS转向系统，并通过转向离合装置402连接，应用于车辆中时，其可工作在转向助力模式、主动转向模式和冗余控制模式。以下分别对各工作模式详细说明。

转向助力模式：车辆处于人驾模式，车辆启动，当所述C-EPS转向系统与 P-EPS系统均无故障时，转向离合装置控制器401控制转向离合装置402断开， C-EPS转向系统的第一控制器204通过检测驾驶员转动方向盘1的角度，并将检测到的角度信息传递给P-EPS转向系统的第二控制器504，从而控制P-EPS 转向系统的第二电机505和第二传动机构503工作，带动齿轮齿条机构6和横向拉杆7动作，使右前轮8和左前轮9转动。同时，P-EPS转向系统的第二扭矩传感器502检测到路面对转向车轮的回正扭矩，并通过P-EPS转向系统的第二控制器504将回正力矩值传递给C-EPS转向系统的第一控制器204。C-EPS转向系统根据回正力矩大小，并结合车速和方向盘转角等信息，控制C-EPS转向系统的第一电机205和第一传动机构203工作，向驾驶员提供模拟路感。

主动转向模式：车辆处于自动驾驶模式，车辆启动，当所述C-EPS转向系统与P-EPS转向系统均无故障时，转向离合装置控制器401控制转向离合装置 402断开，C-EPS转向系统的第一控制器204和P-EPS转向系统的第二控制器 504接收车辆目标转角，并分别控制C-EPS转向系统的第一电机205和P-EPS 转向系统的第二电机505工作。其中C-EPS转向系统的第一电机205和第一传动机构203为驾驶员提供转向模拟路感。P-EPS转向电机205和P-EPS转向系统的第二传动机构503工作，带动齿轮齿条机构6和转向横拉杆7动作，带动右前轮8和左前轮9转动，实现车辆主动转向控制。

冗余控制模式：本实用新型中所述的C-EPS转向系统和P-EPS转向系统互为冗余。

(1)当所述P-EPS转向系统故障，C-EPS转向系统无故障时。车辆启动，转向离合装置控制器401控制转向离合装置402处于结合状态。如果车辆处于人工驾驶模式，C-EPS转向系统提供助力转向，P-EPS转向系统停止工作。此时，驾驶员转动方向盘，C-EPS转向系统的第一控制器204通过C-EPS转向系统的第一扭矩传感器202检测驾驶员转动方向盘的扭矩，并驱动第一电机205工作助力车辆转向。如果车辆处于自动驾驶，C-EPS转向系统提供主动转向，P-EPS 转向系统停止工作。此时，C-EPS转向系统的第一控制器204接收车辆目标转角，并驱动第一电机205工作，实现主动转向。

(2)当所述C-EPS转向系统故障，P-EPS转向系统无故障时。车辆启动，转向离合装置控制器401控制转向离合装置402处于结合状态。如果车辆处于人工驾驶模式，P-EPS转向系统提供助力转向，C-EPS转向系统停止工作。此时，驾驶员转动方向盘，P-EPS转向系统的第二控制器504通过第二扭矩传感器502 检测驾驶员转动方向盘的扭矩，并驱动第二电机505工作助力车辆转向。如果车辆处于自动驾驶，P-EPS转向系统提供主动转向，C-EPS转向系统停止工作。此时，P-EPS转向系统的第二控制器504接收车辆目标转角，并驱动第二电机505工作，实现主动转向。

(3)当所述C-EPS转向系统故障，P-EPS转向系统也故障时。如果车辆处于人工驾驶状态，车辆启动，P-EPS转向系统停止工作，C-EPS转向系统停止工作，转向离合装置402处于结合状态。此时，车辆转向系统处于机械备份，驾驶员转动方向盘1，带动齿轮齿条机构6和转向横向拉杆7动作，带动右前轮8和左前轮9 转动，进行车辆转向控制。所述C-EPS转向系统故障，P-EPS转向系统也故障时，系统无法进行主动转向控制。

综上所述，本实用新型结构简单、成本低、转向响应快；而且可靠性高、失效防护能力强；可满足智能驾驶与高级驾驶辅助功能的转向安全性使用要求。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施方式，并非用以限定本实用新型的保护范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本实用新型所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双电机线控冗余转向系统，其特征在于，包括方向盘（1）、转向管柱（3）以及用于与转向横拉杆（7）传动配合的转向轴（10）；所述双电机线控冗余转向系统还包括用于驱动所述转向管柱（3）的C-EPS转向系统、用于驱动所述转向轴（10）的P-EPS转向系统，所述转向管柱（3）和所述转向轴（10）之间还设有转向离合装置；其中：

所述C-EPS转向系统包括第一控制器（204）、第一电机（205）、设置在所述转向管柱（3）上的第一转角传感器（201）、第一扭矩传感器（202）、用于所述第一电机（205）和所述转向管柱（3）之间传动配合的第一传动机构（203）；

所述P-EPS转向系统包括第二控制器（504）、第二电机（505）、设置在所述转向轴（10）上的第二转角传感器（501）、第二扭矩传感器（502）、用于所述第二电机（505）和所述转向轴（10）之间传动配合的第二传动机构（503）。

2.根据权利要求1所述的双电机线控冗余转向系统，其特征在于，所述转向离合装置包括行星齿轮组，所述行星齿轮组的输入端与所述转向管柱（3）固定连接，输出端与所述转向轴（10）固定连接。

3.根据权利要求2所述的双电机线控冗余转向系统，其特征在于，所述行星齿轮组为双行星排齿轮组，其包括第一太阳轮、第一行星轮、行星架、第二太阳轮、第二行星轮、可转动地设置的内齿圈，所述第一行星轮分别与所述第一太阳轮和所述内齿圈啮合，所述第二行星轮分别与所述第二太阳轮和所述内齿圈啮合，所述第一行星轮与所述第二行星轮一一对应设置并同轴连接在所述行星架上；所述第一太阳轮作为输入端与所述转向管柱（3）同轴固定连接，所述第二太阳轮作为输出端与所述转向轴（10）同轴固定连接；所述转向离合装置轴还包括用于锁紧和松开所述内齿圈从而驱使所述转向离合装置结合和分离的松紧装置，用于驱动所述松紧装置的转向离合装置电机，以及用于控制所述离合装置电机的转向离合装置控制器。

4.根据权利要求3所述的双电机线控冗余转向系统，其特征在于，所述松紧装置包括包覆在所述内齿圈外周的制动鼓、以及带动所述制动鼓锁紧和松开所述内齿圈的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠与所述转向离合装置电机相连。

5.根据权利要求1所述的双电机线控冗余转向系统，其特征在于，所述第一传动机构（203）为蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮安装在所述转向管柱（3）上，蜗杆与所述第一电机（205）相连。

6.根据权利要求1所述的双电机线控冗余转向系统，其特征在于，所述第二传动机构（503）为蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮安装在所述转向轴（10）上，蜗杆与所述第二电机（505）相连。

7.根据权利要求1所述的双电机线控冗余转向系统，其特征在于，所述转向轴（10）与所述转向横拉杆（7）通过齿轮齿条机构（6）进行传动。

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