一种混合型线控转向系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混合型线控转向系统，属于线控转向技术领域，它包括：方向盘、路感电机、离合器、转向驱动机构、转向助力电机、转向器、输入轴、中间轴及输出轴；输入轴的一端与方向盘固定连接，另一端通过依次离合器、中间轴与转向驱动机构的第一行星齿轮啮合，转向驱动机构的第二行星齿轮与输出轴一端的输出齿轮啮合；输出轴另一端的齿轮与转向器的齿条啮合；输入轴、中间轴及输出轴通过离合器和转向驱动机构实现同轴连接；路感电机输出轴上的齿轮与固定于输入轴中部的路感齿轮啮合；转向助力电机的输出轴上的齿轮与转向器的齿条啮合；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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于线控转向
，具体涉及一种混合型线控转向系统。
技术介绍
智能化是未来汽车发展的方向。线控转向是转向系统智能化的主要解决方案。传统意义的线控转向起源于20世纪70年代美国宇航局在宇宙飞船应用的Fly-By-Wire(线传飞控技术)系统，目前，Fly-By-Wire系统已广泛应用在喷气式战斗机、部分民用飞机，以及船舶的操控系统中。传统意义的线控转向取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，主要由转向盘模块、转向机构模块和电子控制单元等三个主要部分，为了保证可靠性，在系统设计中大量引入了“冗余设计”的理念，比如：传感器的冗余、电机的冗余、车载电源系统的冗余等，这使得系统复杂，成本较高。将线控技术应用到车上，英菲尼迪是第一家，Nissan在英菲尼迪Q50安装了DAS线控主动转向系统，英文称为DirectAdaptiveSteering。这套线控转向系统的构成与传统转向系统结构类似，也是由方向盘、转向柱、转向机组成。不同之处在于它多了3组电子控制单元、方向盘后的转向动作回馈器、离合器、转向执行电机。DAS系统在正常运转时，跟传统的线控转向功能完全一样。比如可实现变传动比转向功能、驾驶员路感可控功能。DAS系统具有三组电子控制单元，互相起到备用功能，一组出现问题马上就会有备用系统发挥作用。如果三组全部出现故障，转向柱与转向机间的离合器会立即结合，恢复到与传统转向系统相同的结构，以保证正常驾驶。DAS线控转向系统功能基本完善，但控制系统复杂，路感模拟以及与其他系统的联合控制严重依赖于控制算法，用户反映该车“转向系统很智能，但路感不好”。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种混合型线控转向系统，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，具有可变传动比控制、车辆稳定性控制、路感和回正控制、自动驾驶控制、人机共驾控制等功能，在系统失效时自动恢复到机械转向状态，完全满足安全法规要求。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种混合型线控转向系统，包括：方向盘、输入轴转角传感器、路感电机、电子控制单元、离合器、转向驱动机构、输出轴转角传感器、扭矩传感器、转向助力电机、转向器、输入轴、中间轴及输出轴；电子控制单元包括路感电机控制器、转向驱动机构控制器和转向助力电机控制器，上述三个控制器之间通过总线相互连接；所述路感电机和转向助力电机的输出轴均固定有同轴的齿轮；所述转向器选用齿轮齿条转向器；所述转向驱动机构包括：双排行星齿轮、行星架及转向执行电机；所述双排行星齿轮由同轴固定的第一行星齿轮和第二行星齿轮组成；所述行星架为圆柱形壳体，在其外圆周面加工有周向齿；所述转向执行电机的输出轴固定有同轴的蜗杆；行星架外圆周的周向齿与转向执行电机上的蜗杆啮合；双排行星齿轮通过轴承安装在行星架内；整体连接关系如下：输入轴的一端与方向盘固定连接，另一端的花键齿与离合器的一端配合，离合器的另一端与中间轴一端的花键齿配合；中间轴另一端的输入齿轮与转向驱动机构的第一行星齿轮啮合，转向驱动机构的第二行星齿轮与输出轴一端的输出齿轮啮合；输出轴另一端的蜗杆与转向器的齿条啮合；输入轴、中间轴及输出轴通过离合器和转向驱动机构实现同轴连接；路感电机输出轴上的齿轮与固定于输入轴中部的路感齿轮啮合；转向助力电机的输出轴上的齿轮与转向器的齿条啮合；输入轴转角传感器安装在输入轴上，并位于方向盘和路感齿轮之间；输出轴转角传感器和扭矩传感器均安装在输出轴上；电子控制单元中的路感电机控制器接收来自输入轴转角传感器所检测的输入轴的转角信息，并根据该转角信息对路感电机的转速进行计算后，对路感电机的转动进行控制；转向驱动机构控制器接收来自输出轴转角传感器所检测的输出轴的转角的信息，并根据该转角信息对转向驱动机构的转向执行电机的转速进行计算后，对转向执行电机的转动进行控制；转向助力电机控制器接收来自扭矩传感器所检测的输出轴的扭矩信息，并根据该扭矩信息对转向助力电机的转速进行计算后，对转向助力电机的转动进行控制。进一步的，所述离合器包括壳体、固定齿圈、结合套及伺服驱动机构；所述固定齿圈的外圆周面上加工有花键齿；所述结合套的内圆周面加工有花键齿；其中，所述输入轴、中间轴、固定齿圈及结合套的花键齿均相同；固定齿圈固定在壳体内，输入轴的花键齿端穿过壳体的一端，并位于壳体内，中间轴的花键齿端穿过穿过壳体的另一端，并位于固定齿圈和输入轴之间，输入轴、中间轴及固定齿圈为同轴安装；结合套安装在壳体内，并通过伺服驱动机构的控制沿其轴向运动；当正常行驶时，结合套同时与中间轴和固定齿圈配合，使中间轴和固定齿圈同轴固定；当出现故障时，结合套同时与输入轴和中间轴配合，使输入轴和中间轴同轴固定。有益效果：(1)本专利技术通过线控主动转向和电动助力转向的结构来控制转向器两端的车轮转动，这两部分并联作用于齿条，具有相互备份作用，提高了可靠性，并具有快速响应的特点；当系统中路感电机失效时，通过离合器使系统变成具有电动助力的前轮主动转向系统，仍然具备主动控制功能；当系统中线控主动转向执行电机失效时，通过离合器使系统变成普通电动助力转向系统，具备一定的主动控制功能；当系统中转向助力电机失效时，通过离合器使系统恢复成机械式转向系统，路感电机可充当电动助力转向功能，主动转向执行电机可使系统具有主动转向功能；因此，本专利技术综合考虑了各种失效和保障措施，能达到ISO26262安全等级D级要求，且易于实现产业化。(2)本专利技术的电子控制单元包括路感电机控制器、转向驱动机构控制器和转向助力电机控制器；三个控制器之间通过高速总线连接，可以数据共享，相互监督和备份。(3)本专利技术的行星架的外圆周面加工有周向齿，与转向执行电机上的蜗杆啮合，通过控制转向执行电机的转动就可以实现角传递特性的时实可控，达到变传动比、主动干预转向的功能。(4)本专利技术的转向执行电机具有惯量小和响应快的特点，能够满足“转向轮的最大转向角速度不低于30°/s”的要求。附图说明图1为本专利技术的结构组成示意图。图2为本专利技术的转向驱动机构的结构示意图。图3为本专利技术的离合器的结构示意图。其中，1-方向盘，2-输入轴转角传感器，3-路感电机，4-电子控制单元，5-离合器，6-转向驱动机构，7-输出轴转角传感器，8-扭矩传感器，9-转向助力电机，10-转向器，11-输入轴，12-中间轴，13-输出轴，14-第一行星齿轮，15-第二行星齿轮，16-行星架，17-转向执行电机，18-路感齿轮，19-固定齿圈，20-结合套。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种混合型线控转向系统，参见附图1，包括：方向盘1、输入轴转角传感器2、路感电机3、电子控制单元4、离合器5、转向驱动机构6、输出轴转角传感器7、扭矩传感器8、转向助力电机9、转向器10、输入轴11、中间轴12及输出轴13；电子控制单元4包括路感电机控制器、转向驱动机构控制器和转向助力电机控制器；三个控制器之间采用FlexRay总线连接，以提高通信速度和可靠性，且分别设有用于与整车总线通讯的CAN总线接口；所述输入轴11的一端设有用于与方向盘1固定的连接结构，另一端加工有花键齿，中部固定有路感齿轮18；所述中间轴12的两端分别设有花键齿和输入齿轮；所述输出轴13的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合型线控转向系统，其特征在于，包括：方向盘(1)、输入轴转角传感器(2)、路感电机(3)、电子控制单元(4)、离合器(5)、转向驱动机构(6)、输出轴转角传感器(7)、扭矩传感器(8)、转向助力电机(9)、转向器(10)、输入轴(11)、中间轴(12)及输出轴(13)；电子控制单元(4)包括路感电机控制器、转向驱动机构控制器和转向助力电机控制器，上述三个控制器之间通过总线相互连接；所述路感电机(3)和转向助力电机(9)的输出轴均固定有同轴的齿轮；所述转向器(10)选用齿轮齿条转向器；所述转向驱动机构(6)包括：双排行星齿轮、行星架(16)及转向执行电机(17)；所述双排行星齿轮由同轴固定的第一行星齿轮(14)和第二行星齿轮(15)组成；所述行星架(16)为圆柱形壳体，在其外圆周面加工有周向齿；所述转向执行电机(17)的输出轴固定有同轴的蜗杆；行星架(16)外圆周的周向齿与转向执行电机(17)上的蜗杆啮合；双排行星齿轮通过轴承安装在行星架(16)内；整体连接关系如下：输入轴(11)的一端与方向盘(1)固定连接，另一端的花键齿与离合器(5)的一端配合，离合器(5)的另一端与中间轴(12)一端的花键齿配合；中间轴(12)另一端的输入齿轮与转向驱动机构(6)的第一行星齿轮(14)啮合，转向驱动机构(6)的第二行星齿轮(15)与输出轴(13)一端的输出齿轮啮合；输出轴(13)另一端的蜗杆与转向器(10)的齿条啮合；输入轴(11)、中间轴(12)及输出轴(13)通过离合器(5)和转向驱动机构(6)实现同轴连接；路感电机(3)输出轴上的齿轮与固定于输入轴(11)中部的路感齿轮(18)啮合；转向助力电机(9)的输出轴上的齿轮与转向器(10)的齿条啮合；输入轴转角传感器(2)安装在输入轴(11)上，并位于方向盘(1)和路感齿轮(18)之间；输出轴转角传感器(7)和扭矩传感器(8)均安装在输出轴(13)上；电子控制单元(4)中的路感电机控制器接收来自输入轴转角传感器(2)所检测的输入轴(11)的转角信息，并根据该转角信息对路感电机(3)的转速进行计算后，对路感电机(3)的转动进行控制；转向驱动机构控制器接收来自输出轴转角传感器(7)所检测的输出轴(13)的转角的信息，并根据该转角信息对转向驱动机构(6)的转向执行电机(17)的转速进行计算后，对转向执行电机(17)的转动进行控制；转向助力电机控制器接收来自扭矩传感器(8)所检测的输出轴(13)的扭矩信息，并根据该扭矩信息对转向助力电机(9)的转速进行计算后，对转向助力电机(9)的转动进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种混合型线控转向系统，其特征在于，包括：方向盘(1)、输入轴转角传感器(2)、路感电机(3)、电子控制单元(4)、离合器(5)、转向驱动机构(6)、输出轴转角传感器(7)、扭矩传感器(8)、转向助力电机(9)、转向器(10)、输入轴(11)、中间轴(12)及输出轴(13)；电子控制单元(4)包括路感电机控制器、转向驱动机构控制器和转向助力电机控制器，上述三个控制器之间通过总线相互连接；所述路感电机(3)和转向助力电机(9)的输出轴均固定有同轴的齿轮；所述转向器(10)选用齿轮齿条转向器；所述转向驱动机构(6)包括：双排行星齿轮、行星架(16)及转向执行电机(17)；所述双排行星齿轮由同轴固定的第一行星齿轮(14)和第二行星齿轮(15)组成；所述行星架(16)为圆柱形壳体，在其外圆周面加工有周向齿；所述转向执行电机(17)的输出轴固定有同轴的蜗杆；行星架(16)外圆周的周向齿与转向执行电机(17)上的蜗杆啮合；双排行星齿轮通过轴承安装在行星架(16)内；整体连接关系如下：输入轴(11)的一端与方向盘(1)固定连接，另一端的花键齿与离合器(5)的一端配合，离合器(5)的另一端与中间轴(12)一端的花键齿配合；中间轴(12)另一端的输入齿轮与转向驱动机构(6)的第一行星齿轮(14)啮合，转向驱动机构(6)的第二行星齿轮(15)与输出轴(13)一端的输出齿轮啮合；输出轴(13)另一端的蜗杆与转向器(10)的齿条啮合；输入轴(11)、中间轴(12)及输出轴(13)通过离合器(5)和转向驱动机构(6)实现同轴连接；路感电机(3)输出轴上的齿轮与固定于输入轴(11)中部的路感齿轮(18)啮合；转向助力电机(9)的输出轴上的齿轮与转向器(10)的齿条啮合；输入轴转角传感器(2)安装在输入轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，吴志成，韩振杨，王渊哲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11