一种双电机冗余线控转向装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双电机冗余线控转向装置及其控制方法，包括电控单元ECU、扭矩传感器、电机、转向器齿条、转向器小齿轮、线控转向机构。该装置的电控单元ECU通过采集方向盘转角信号，判断驾驶员转向意图，当线控转向机构正常工作时，电磁离合器断开，电机起到提供路感的作用，滚柱丝杠转向机构完成转向指令；当线控转向机构故障时，电磁离合器合上，电机反转，转向器小齿轮和转向器齿条完成转向指令，起到提供转向助力的作用。本发明专利技术结构简洁，精确度高，工作可靠，滚柱丝杠转向机构能精确控制转向位移，同时该装置还可在线控转向机构失效时自动恢复到机械转向状态，完成转向指令。

A double motor redundant steer by wire device and its control method

The invention discloses a double motor redundant linear control steering device and its control method, including the electronic control unit ECU, the torque sensor, the motor, the steering gear rack, the steering gear and the line control steering mechanism. The electronic control unit ECU of the device determines the steering intention of the driver by collecting the steering angle signal of the steering wheel. When the line control steering mechanism works normally, the electromagnetic clutch disconnects, the motor plays the role of providing the sense of road, and the roller screw steering mechanism completes the steering instruction. When the line control steering machine is in fault, the electromagnetic clutch is closed and electric. The machine reverses, the steering gear pinion and the steering gear rack complete the steering command, providing the power of steering assistance. The invention has the advantages of simple structure, high accuracy and reliable work, and the roller screw steering mechanism can accurately control the steering displacement. At the same time, the device can automatically restore to the mechanical steering state and complete the steering instruction when the on-line control steering mechanism fails.

【技术实现步骤摘要】
一种双电机冗余线控转向装置及其控制方法
本专利技术涉及一种双电机冗余线控转向装置及其控制方法。
技术介绍
汽车智能化正在飞速发展，线控转向是汽车智能化发展过程中的关键环节。线控转向技术逐渐成熟，已经应用到各类车型中。线控转向系统一般具有容错功能，这需要大量精确的算法，导致线控转向系统硬件布置复杂，成本较高，硬件利用率低。为了解决上述系统容错功能复杂的问题，针对国内现有研究基础，其中北京理工大学的杨林、吴志成等专利技术的“一种混合型线控转向系统”(申请号201610989594.2)，该系统的方向盘和转向轮之间具有实时可控的力传递特性和角传递特性，在系统失效时自动恢复到机械转向状态。但是该系统控制系统复杂，冗余控制量过多，系统容错性提高的同时也加大了控制系统设计的难度。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种双电机冗余线控转向装置及其控制方法，结构简单，可提高汽车线控转向的稳定性。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种双电机冗余线控转向装置，其特征是，包括转向盘、转向管柱、减速器、电机、电控单元、转向器齿条、行星架和行星轮；所述减速器中包括同轴的大齿轮和小齿轮；所述减速器的小齿轮与电机同轴；所述转向管柱从上到下依次设置有转向盘、方向盘传感器、减速器的大齿轮、电磁离合器和转向器小齿轮；所述转向器小齿轮与转向器齿条啮合；所述转向器齿条的两侧均依次连接横拉杆和车轮；所述行星架采用左右对称结构，中间部分与转向器齿条配合，行星架的两端均呈齿轮状，分别与行星轮啮合；所述行星轮另一端均连接有电机；所述电控单元用于采集方向盘传感器的扭矩、转角信号，汽车车速，横摆角速度信号、转向器齿条的线控转向位移信号。前述的一种双电机冗余线控转向装置，其特征是，所述行星架采用工字型结构。前述的一种双电机冗余线控转向装置，其特征是，所述转向器齿条内侧设置有滚柱丝杠；所述行星架中间部分与滚柱丝杠配合连接。一种双电机冗余线控转向装置的控制方法，其特征是，所述电控单元根据采集方向盘传感器的扭矩、转角信号，汽车车速，横摆角速度信号，线控转向位移信号后进入下列模式：1)线控转向正常工作模式：电磁离合器断开，电机起到提供路感的作用；2)线控转向失效模式：电磁离合器闭合，电机起到提供转向助力的作用。前述的一种双电机冗余线控转向装置的控制方法，其特征是，所述线控转向正常工作模式具体内容为：电磁离合器断开，电机起到提供路感的作用；当电控单元采集方向盘传感器的扭矩、转角信号为左转时，电控单元发出指令，两个电机正转，两个行星齿轮转动，行星齿轮带动与之啮合的行星架转动，转向器齿条向左移动，带动两个横拉杆左转，两个车轮被横拉杆拉动，左转指令完成；当电控单元采集方向盘传感器的扭矩、转角信号为右转时，电控单元发出指令，两个电机反转，两个行星齿轮转动，行星齿轮带动与之啮合的行星架转动，转向器齿条向右移动，带动两个横拉杆右转，两个车轮被横拉杆拉动，右转指令完成。前述的一种双电机冗余线控转向装置的控制方法，其特征是，所述线控转向失效模式具体内容为：电磁离合器闭合，电机起到提供转向助力的作用；当电控单元采集方向盘传感器的扭矩、转角信号为左转时，电控单元发出指令，电机正转，通过减速器带动转向管柱转动，转向器小齿轮与转向管柱同向转动，转向器小齿轮带动转向器齿条向左移动，带动两个横拉杆左转，两个车轮被横拉杆拉动，左转指令完成；当电控单元采集方向盘传感器的扭矩、转角信号为右转时，电控单元发出指令，电机反转，通过减速器带动转向管柱转动，转向器小齿轮与转向管柱同向转动，转向器小齿轮带动转向器齿条向右移动，带动两个横拉杆右转，两个车轮被横拉杆拉动，右转指令完成。本专利技术所达到的有益效果：1)容错性高：本专利技术采用双电机冗余控制，同时辅有齿轮齿条转向器，工作稳定，容错性高；2)行驶稳定：本专利技术的线控转向过程平稳，提高汽车转向的稳定性；3)控制精确：本专利技术采用行星滚柱丝杠机构，可精确控制转向位移量，准确实现驾驶员转向意图；4)不影响驾驶意图：本专利技术装置工作时不改变驾驶员的意图，提高汽车的行驶稳定性。附图说明图1是本专利技术的双电机线控转向装置的示意图。图中附图标记的含义：1-转向盘，2-转向管柱，3-方向盘传感器，4-减速器，5-电机，6-电磁离合器，7-电控单元ECU，8-转向器小齿轮，9-转向器齿条，10-行星架，11-左行星轮，12-左电机，13-左横拉杆，14-左侧车轮，15-右行星轮，16-右电机，17-右横拉杆，18-右侧车轮，a-扭矩，b-转角，c-车速，d-横摆角速度，e-位移。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术涉及的一种双电机冗余线控转向装置，包括转向盘、转向管柱、减速器、电机、电控单元、转向器齿条、行星架和行星轮。减速器中包括同轴的大齿轮和小齿轮。减速器的小齿轮与电机同轴。本专利技术中采用的电机为路感/助力电机，功能上可以作为路感电机使用，也可以作为助力电机使用。转向管柱从上到下依次设置有转向盘、方向盘传感器、减速器的大齿轮、电磁离合器和转向器小齿轮。转向器小齿轮与转向器齿条啮合。转向器齿条的两侧均依次连接横拉杆和车轮。行星架采用左右对称结构，中间部分与转向器齿条配合，行星架的两端均呈齿轮状，分别与行星轮啮合。行星轮另一端均连接有电机。本实施例中，行星架采用工字型结构，转向器齿条内侧设置有滚柱丝杠，行星架中间部分与滚柱丝杠配合连接。电控单元用于采集方向盘传感器的扭矩、转角信号，汽车车速，横摆角速度信号、转向器齿条的线控转向位移信号后进入下列模式：1)线控转向正常工作模式：电磁离合器断开，电机起到提供路感的作用；2)线控转向失效模式：电磁离合器闭合，电机起到提供转向助力的作用。具体工作时，过程流程如下：1线控转向正常工作模式当电控单元ECU(7)采集方向盘传感器(3)的扭矩、转角信号为左转时，电控单元ECU(7)发出指令，电磁离合器(6)处于断开状态，电机(5)起到提供路感的作用，转向管柱(3)被电磁离合器(6)断开，转向器小齿轮(8)不转动，转向器齿条(9)不随转向器小齿轮(8)转动。电控单元ECU(7)发出指令，左电机(12)、右电机(16)正转，与左电机(12)连接的左行星齿轮(11)转动，与右电机(16)连接的右行星齿轮(15)转动，左右两端分别与左行星齿轮(11)、右行星齿轮(15)啮合的行星架(10)转动，行星架(10)与转向器齿条(9)为滚柱丝杠配合，转向器齿条(9)产生向左的位移，带动左横拉杆(13)、右横拉杆(17)左转，左侧车轮(14)、右侧车轮(18)被横拉杆拉动，同时电控单元ECU(7)采集转向器齿条(9)左向位移信号，实时调整电机转速与转角，完成左转指令。当电控单元ECU(7)采集方向盘传感器(3)的扭矩、转角信号为右转时，电控单元ECU(7)发出指令，电磁离合器(6)处于断开状态，电机(5)起到提供路感的作用，转向管柱(3)被电磁离合器(6)断开，转向器小齿轮(8)不转动，转向器齿条(9)不随转向器小齿轮(8)转动。电控单元ECU(7)发出指令，左电机(12)、右电机(16)反转，与左电机(12)连接的左行星齿轮(11)转动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电机冗余线控转向装置，其特征是，包括转向盘、转向管柱、减速器、电机、电控单元、转向器齿条、行星架和行星轮；所述减速器中包括同轴的大齿轮和小齿轮；所述减速器的小齿轮与电机同轴；所述转向管柱从上到下依次设置有转向盘、方向盘传感器、减速器的大齿轮、电磁离合器和转向器小齿轮；所述转向器小齿轮与转向器齿条啮合；所述转向器齿条的两侧均依次连接横拉杆和车轮；所述行星架采用左右对称结构，中间部分与转向器齿条配合，行星架的两端均呈齿轮状，分别与行星轮啮合；所述行星轮另一端均连接有电机；所述电控单元用于采集方向盘传感器的扭矩、转角信号，汽车车速，横摆角速度信号、转向器齿条的线控转向位移信号。

【技术特征摘要】
1.一种双电机冗余线控转向装置，其特征是，包括转向盘、转向管柱、减速器、电机、电控单元、转向器齿条、行星架和行星轮；所述减速器中包括同轴的大齿轮和小齿轮；所述减速器的小齿轮与电机同轴；所述转向管柱从上到下依次设置有转向盘、方向盘传感器、减速器的大齿轮、电磁离合器和转向器小齿轮；所述转向器小齿轮与转向器齿条啮合；所述转向器齿条的两侧均依次连接横拉杆和车轮；所述行星架采用左右对称结构，中间部分与转向器齿条配合，行星架的两端均呈齿轮状，分别与行星轮啮合；所述行星轮另一端均连接有电机；所述电控单元用于采集方向盘传感器的扭矩、转角信号，汽车车速，横摆角速度信号、转向器齿条的线控转向位移信号。2.根据权利要求1所述的一种双电机冗余线控转向装置，其特征是，所述行星架采用工字型结构。3.根据权利要求1所述的一种双电机冗余线控转向装置，其特征是，所述转向器齿条内侧设置有滚柱丝杠；所述行星架中间部分与滚柱丝杠配合连接。4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的双电机冗余线控转向装置的控制方法，其特征是，所述电控单元根据采集方向盘传感器的扭矩、转角信号，汽车车速，横摆角速度信号，线控转向位移信号后进入下列模式：1)线控转向正常工作模式：电磁离合器断开，电机起到提供路感的作用；2)线控转向失效模式：电磁离合器闭合，电机起到提供转向助力的作用。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国钰，严正华，金智林，李静轩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32