三倍冗余度的汽车电转向机构制造技术

车辆的转向机构系统，包括：能转向的转向轮１；方向盘２０；用于变换转向轮的转向角度的电致动器３，该电致动器３有三个并行工作的电动机３１、３２、３３；三个并行运行的控制器６１、６２、６３，每一该控制器分别形成用于所述转向角度的电控制通路的一部分；分别接收三个电信号之一的各电通路的控制器，各该控制器分别被连接到一个位置传感器，并且驱动一台电动机，以设置所述转向角度，各电动机传送的扭矩在正常运行中被叠加在一起；一条用于三个电控制通路的互联总线８；以及用于检测一个电通路状态相对其它两个的偏差的装置，用以在发生偏差时发出故障警报，并且保持在降低等级模式下运行。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及机动车辆的转向机构。具体地说，它涉及一种在转向轮和方向盘之间没有任何机械联接的电转向机构系统，为简单起见，以下称为“电转向机构”。该种类型的转向常被称为“导线转向”(steerby wire)。该技术的特点之一是能很好地与电子线路相适应，优点是使愈加复杂的反馈控制系统成为可能，以便转向轮的转向不仅可由手动控制，而且还可由安全系统监控。例如，设置转向轮的角度时，不仅考虑到车辆驾驶员指示，而且也考虑到所测得的车辆动态参数。因此，电转向机构为控制车辆的稳定性开辟了更宽广的空间。例如，当前，仅使用一个车轮的制动器的、应用矫正的横摆运动的用于矫正车辆方向的自动系统，其改变成电控制以实现车辆的各种功能，使得改变车辆不同转向轮的转向角度来矫正车辆的路线成为可能。然而，像制动器一样，车辆转向机构是保证安全的一个基本的、至关重要的功能部件。因此，为了替代目前几乎普遍应用在所有公路车辆中的有助力或没有助力的机械转向机构，电转向机构最基本的一点，就是要极其的可靠。这就是电系统通常设计成是冗余的的原因，因为考虑到一旦发生故障时，要能避免严重的后果。然而归根到底还必须要求冗余系统所增加的复杂程度，不会导致有碍安全性能改进的故障成为可能。冗余原则是某些元件的三倍为基础，这些元件即位置传感器，电动机，所需的控制器，以及连接所述不同元件的电线。这使得生成三个并行运行的控制通路成为可能。更具体地说，三个控制通路同时运行(虽然不同软件不是必需同样地使用)，并且导致相同的动作，只要没有反常。该冗余，也称主动性(active)，使得能够以高度的可靠性确定出三个通路中的哪一个是有故障的，并且使得能够在没有显著降低等级的条件以两个控制通路继续工作，至少到车辆，尤其是其乘客转到安全之处为止。本专利技术的车辆转向机构系统包括至少一个能转向的转向轮；用于实施变换方向的操纵装置，该装置传送三个电信号，都载有相同的有关需要变换方向的信息；用于各转向轮的电致动器，用于改变转向轮的转向角度，所述电致动器包括基准端和可相对基准端转移的控制端，该电致动器适当地连接到转向轮，致动器有三台并行工作的电动机，以相对基准端转移控制端。三个供各电致动器用的位置传感器，用于探测控制端对基准端的相对位置；三个并行运行的控制器，每一控制器形成用于所述转向角度的电控制通路的一部分，接收三个电信号之一的每一电通路的控制器分别被连接到一个位置传感器，并且驱动一台电动机，以设置所述转向角度，各电动机传送的扭矩在正常运行中被叠加在一起；至少一条用于三个电控制通路的互联总线；用于检测一个电通路状态相对其它两个的偏差的装置，从而在发生偏差时，变换到以降低等级的模式运行。可以看到转向轮1A和电致动器3A，该电致动器一方面被连接到车辆11的车身或底盘，另一方面被连接到连杆10AvG，该连杆10AvG自身连接到控制杆12AvG，形成车轮固定(未示出)的一部分，以控制转向轮1AvG的转向角度。专门设计的电致动器3A，可以有其它用处(例如，可用于另一电转向机构系统)，因而包括至少三个并行动作的电动机(有关电动机，请参见31、32和33及以下图2到图5的说明)，各电动机有其自己的电连接611(和662，662，分别地)，与其它电动机相独立，并且把该电动机连接到特定的、与驱动同一致动器的其它电动机的控制器不同的控制器。中央处理器6使得可能控制转向轮的转向。转向轮的数量是任意的。可以看到一组线65AvG，其将中央处理器6连接到包括转向轮1AvG和致动器3AvG的组群。为不使附图内容过于庞杂，省略了将中央处理器6连接到其它组群(也未示出)的组线，包括转向轮及其致动器。有三个控制通路。实际上，为进一步减少故障的可能性，各致动器3通过三个完全独立的组线或缆线(一个控制通路一个)电连接到中央处理器6，其路径也是尽可能地分开。按照惯例，数字编号在表示各组群的元件时使用，但不涉及其具体位置，而附带有指示车辆上相应位置的字母的同一数字编号，在表示用在具体转向轮的元件时使用。在本说明书以及附图之中，字母AvG表示前-左位置，字母AvD表示前-右位置，字母ArG表示后-左位置，字母ArD表示后-右位置。本专利技术的转向机构系统用于有数个转向轮的车辆，其优点在于各控制器驱动各转向轮致动器的一台电动机，各控制器使得可以为各转向轮选择设置适当的转向角度，该角度随着至少是所述车辆上的转向轮位置、车辆速度以及需要变换的方向而变化。可以看出，转向轮的数量是任意的。例如，可以控制单根转向轴的两个转向轮。在此情况下，转向轴有两个元件组群，各组群包括一个转向轮和一个致动器。作为变化，可在转向轴和转向轮之间设有机械联接，如转向齿条，并且后者的滑动可由单个致动器3控制。一般地说，可以安装任意个数的该元件组群。例如，四轮客车可被设置为所有四个车轮都是转向轮，并且各由其自己的致动器操纵。该方案被选作用于详细说明本专利技术的实施例。现在参照图2至图5，可以看出，各致动器3设有用作机械基准的机壳40，和相对基准端线性位移的连杆41。在所述实施方案中，连杆41可相对机壳40移动。可以看到三个用来移动致动器的回转电动机31、32和33。三个回转电动机31、32和33并行地动作在旋转螺杆53上。螺杆53的旋转运动转变成连杆41的线性位移，详情下述。出于安全运行的考虑，各电动机的尺寸被设计成使其自身能够传输所需要的扭矩。然而，在正常模式的操作下，需要的扭矩分配在三个电动机的各个之间，这样能够各电动机所受的应力及热，从而延长其使用寿命，改进了电动机的可靠性。电动机的旋转运动通过螺杆/螺母系统转变成线性运动。电动机31、32和33的各输出轴310、320和330分别设有均与齿轮52相啮合的小啮轮311、321和331。壳体56包覆着连杆41。壳体56的端部形成有在连杆41滑动时引导它的轴承。齿轮52被锁固在轴上。该轴一侧设有螺杆53。该轴一侧安装在滚动轴承51上，另一侧设在与连杆41一体的轴承上。滚动轴承51的外壳固定到电致动器的机壳40上。螺母54与螺杆53相啮合。壳体56固定到机壳40上。保护用的波纹管一侧装在电动机机壳40上，另一侧装在连杆41上。从图4中，可以看到，各小啮轮311、321和331以星形绕齿轮52配置，互相相对恒定地错开120°。当然，这仅是一个非限制性的设计方案。特别是，三个电动机也可以并排地配置，且同心地配置连杆，以及驱动连杆的螺杆/螺母。在图3和图5中，可以看到连杆41有突起410，与壳体56上挖空的槽560相啮合。这样，连杆41绕其轴的转动被锁住。因此，螺杆53的旋转运动通过沿螺杆53移动的螺母54，而转变成线性移动。图2和图3都示出了位置传感器71、72和73，用于确定控制端的转移，换句话说是连杆41相对基准端的转移。位置传感器71的主体710固定到壳体56，以及致动器3的机壳40。滑动器711固定到连杆41上，并且因此能随其移动。与位置传感器71类似两个传感器，即位置传感器72和73，被结合到相同元件74上。各位置传感器71、72和73各形成不同电通路的一部分。中央处理器6包括三个控制器61、62和63(见附图说明图1)，并行运行，且在正常工作模式下同时运行，并且，在降低等级以下的工作模式中明显地显示出来(换句本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆转向系统，其特征在于：包括 至少一个能转向的转向轮（１）； 用于实施变换方向的操作装置（２），其传送三个电信号，这些信号都载有相同的有关需要变换方向的信息； 用于每一转向轮以改变该转向轮的转向角度的电致动器（３），所述电致动器包括基准端和可相对基准端转移的控制端，所述电致动器适当地连接到所述转向轮（１），所述致动器设有三个并行工作的电动机（３１、３２、３３），以相对所述基准端转移所述控制端； 用于各电致动器（３）的三个位置传感器（７１、７２、７３），用于探测所述控制端对所述基准端的相对位置； 三个并行运行的控制器（６１、６２、６３），各形成用于所述转向角度的电控制通路的一部分，接收三个电信号之一的每一电通路的所述控制器被连接到一个位置传感器，并且驱动一台电动机，以设置所述转向角度，各电动机传送的扭矩在正常运行中被叠加在一起； 至少一条用于所述三个电控制通路的互联总线（８）； 用于检测一个电通路状态相对其它两个偏差的装置，从而如果发生偏差，变换到以降低等级的模式运行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D洛朗，JJ沙罗多，P瓦雷纳，
申请(专利权)人：米其林创意开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]