一种基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法，主电机和辅助电机通过轴‑固定齿轮单元耦合转矩，转矩耦合后通过行星齿轮单元的行星架输出；行星架输出轴通过转矩耦合器与第二转向轴并联；转矩耦合器将转矩输出至转向器；转向盘转矩转角传感器的输出端、主电机的控制端、辅助电机的控制端、电磁离合器的控制端连接控制器。本发明专利技术通过设置两台由行星齿轮单元和轴‑固定齿轮单元相连的助力电机，根据车速信号和转向盘转矩信号，由控制器控制单电机单独助力或者主、辅电机共同输出转矩，满足商用车等对较大助力转矩的要求，并且提高商用车的燃油经济性，降低运输成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法
本专利技术属于助力转向
，具体涉及一种基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法。
技术介绍
现有的电动助力转向系统安全性、可靠性较高，转向特性曲线较理想。同时，由于采用直流电机，不需发动机提供高压油，整车燃油经济性较好。但是，受汽车用电池供电电压、安装尺寸等因素的限制，电动助力转向系统输出转矩较小，无法满足商用车转向助力的要求，目前应用领域仍局限于乘用车和轻型商用车。因此，从燃油经济性来看，采用大输出转矩的电动助力转向系统对于提高商用车的燃油经济性、降低运输成本具有积极意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法，以解决电动助力转向系统输出转矩较小，无法满足商用车需求的问题。本专利技术采用以下技术方案：一种基于同步器的双电机电动助力转向系统，包括转向盘、转矩耦合器、转向器、双电机和控制器，双电机通过轴-固定齿轮单元耦合转矩后通过行星齿轮单元行星架的输出轴与转矩耦合器连接，转向盘通过转矩耦合器与行星架的输出轴并联连接，转矩耦合器将转矩输出至转向器，双电机的控制端分别与控制器连接，控制器根据车速信号和转向盘转矩信号控制双电机输出转矩实现助力转向。具体的，行星齿轮单元包括设置在齿圈中心的太阳轮、行星轮和行星架，行星轮啮合在太阳轮与齿圈之间，行星架设置在行星轮上，行星架通过行星轮、太阳轮、齿圈与双电机连接。进一步的，双电机包括主电机和辅助电机，主电机为空心轴电机，与太阳轮连接，太阳轮经行星轮与行星架的输出轴连接；辅助电机通过辅助电机齿轮与同步器结合套连接，经同步器结合套与太阳轮或齿圈连接，齿圈通过行星轮与行星架的输出轴连接。进一步的，同步器结合套经转速耦合齿轮与齿圈连接，或经转矩耦合齿轮与主电机齿轮连接，太阳轮和主电机齿轮均与主电机的输出轴连接。更进一步的，转矩耦合齿轮上安装有第一制动器，齿圈上安装有第二制动器。具体的，行星架的输出轴经减速机构与转矩耦合器连接，减速机构与转矩耦合器之间设置有电磁离合器，电磁离合器的控制端与控制器连接。具体的，转向盘依次经第一转向轴和第二转向轴与转矩耦合器连接，转矩耦合器经第三转向轴与转向器连接，第一转向轴上安装有与控制器连接的转向盘转矩转角传感器。本专利技术的另一个技术特征是，一种基于同步器的双电机电动助力转向系统的转向控制方法，包括以下步骤：S1、采集车速信号、侧向加速度信号和转角信号并发送给控制器，确定转向盘具有的转向力矩；S2、控制器将步骤S1结果与转向盘转矩转角传感器采集的转向盘转矩进行运算，得出助力电机的输出转矩；S3、控制器对助力电机输出的转矩进行判断；如果助力电机应当输出的转矩小于或等于主电机的最大输出转矩，控制器关闭辅助电机，同步器结合套处于中间位置，控制器控制主电机的输出转矩，完成转向助力；如果助力电机应当输出的转矩大于主电机的最大输出转矩，控制器开启辅助电机，同步器结合套处于左端，主电机、辅助电机的转矩通过转矩耦合齿轮实现耦合并由行星架输出，完成转向助力。具体的，步骤S1中，车速传感器采集的车速信号、加速度传感器测得的侧向加速度信号和转向盘转矩转角传感器采集的转角信号输出至控制器，并与控制器中存储的驾驶员平均偏好的转向力矩随侧向加速度和车速变化的特性曲线进行比对，得出转向盘具有的转向力矩。具体的，步骤S3中，当主电机故障时，控制器关闭主电机，并开启辅助电机，同步器结合套处于右端，第一制动器结合，第二制动器分离，控制器控制辅助电机单独输出助力转矩；当助力转向系统出现故障时，控制器控制断开电磁离合器，防止发生自动转向。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种基于同步器的双电机电动助力转向系统，通过设置两台由行星齿轮单元和轴-固定齿轮单元相连的助力电机，根据车速信号和转向盘转矩信号，由控制器控制单电机单独助力或者主、辅电机共同输出转矩，满足商用车等对较大助力转矩的需求，采用大输出转矩的电动助力转向系统对于提高商用车的燃油经济性、降低运行成本具有积极意义。进一步的，主电机采用空心轴的形式，行星架输出轴设置在主电机轴的内部以实现助力转矩的输出，还节省了部分布置空间。进一步的，中间轴上布置有同步器，从而辅助电机可以实现不同的连接形式。当同步器结合套处于左端时，辅助电机与转矩耦合齿轮连接，进而通过转矩耦合齿轮与主电机齿轮啮合连接到太阳轮；当结合套处于右端时，辅助电机与转速耦合齿轮连接，进而与齿圈相连。进一步的，辅助电机也可以单独助力，当主电机故障时，控制器关闭主电机并开启辅助电机，同步器结合套处于右端，控制器控制辅助电机单独输出助力转矩。进一步的，转矩耦合齿轮上安装有第一制动器，齿圈上安装有第二制动器，两个制动器用来控制行星齿轮单元的自由度，实现不同的助力模式。主电机单独助力时，同步器结合套处于中间位置，第一制动器分离，第二制动器结合；辅助电机单独助力时，同步器结合套处于右端，第一制动器结合，第二制动器分离；主、辅助电机共同助力时，同步器结合套处于左端，第一制动器分离，第二制动器结合。进一步的，在行星架输出端设置电磁离合器，用于保护系统，当电机出现异常情况时，自动切断电磁离合器，使转向变为手动转向，防止车辆自动转向造成重大事故，保证转向的可靠性。进一步的，通过设置减速机构起到减速增扭的作用，降低电机转速，并且增大助力电机的输出转矩。本专利技术还提供了一种基于同步器的双电机电动助力转向系统的助力转向方法，车速传感器采集的车速信号、加速度传感器测得的侧向加速度信号和转向盘转矩转角传感器采集的转角信号输出至控制器，并与控制器中存储的我国驾驶员平均所偏好的转向力矩、侧向加速度和车速的变化曲线进行比对，得出转向盘应当具有的转向力矩；然后，将转向盘应当具有的转向力矩与转向盘转矩传感器采集的转向盘转矩进行运算，得出助力电机应当输出的转矩；接着，对助力电机应当输出的转矩进行判断，如果助力电机应当输出的转矩小于或等于主电机的最大输出转矩，控制器关闭辅助电机，同步器结合套处于中间位置，控制器控制主电机的输出转矩，完成转向助力；如果助力电机应当输出的转矩大于主电机的最大输出转矩，控制器开启辅助电机，同步器结合套处于左端，主、辅电机的转矩通过转矩耦合齿轮实现耦合并由行星架输出，完成转向助力。综上所述，本专利技术通过设置两台由行星齿轮单元和轴-固定齿轮单元相连的助力电机，根据车速信号和转向盘转矩信号，由控制器控制单电机单独助力或者主、辅电机共同输出转矩，满足商用车等对较大助力转矩的要求，同时提高商用车的燃油经济性，降低运输成本。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术双电机电动助力转向系统的结构简图；图2为本专利技术双电机电动助力转向系统的助力转向方法步骤简图；图3为我国驾驶员平均所偏好的转向力矩随侧向加速度和车速变化的关系曲线图。其中：1.转向盘；2.第一转向轴；3.转向盘转矩转角传感器；4.第二转向轴；5.转矩耦合器；6.第三转向轴；7.转向器；8.控制器；9.主电机；10.主电机齿轮；11.太阳轮；12.行星轮；13.齿圈；14.行星架；15.辅助电机；16.辅助电机齿轮；17.转速耦合齿轮；18.同步器结合套；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步器的双电机电动助力转向系统，其特征在于，包括转向盘(1)、转矩耦合器(5)、转向器(7)、双电机和控制器(8)，双电机通过轴‑固定齿轮单元耦合转矩后通过行星齿轮单元行星架(14)的输出轴与转矩耦合器(5)连接，转向盘(1)通过转矩耦合器(5)与行星架(14)的输出轴并联连接，转矩耦合器(5)将转矩输出至转向器(7)，双电机的控制端分别与控制器(8)连接，控制器(8)根据车速信号和转向盘转矩信号控制双电机输出转矩实现助力转向。

【技术特征摘要】
1.一种基于同步器的双电机电动助力转向系统，其特征在于，包括转向盘(1)、转矩耦合器(5)、转向器(7)、双电机和控制器(8)，双电机通过轴-固定齿轮单元耦合转矩后通过行星齿轮单元行星架(14)的输出轴与转矩耦合器(5)连接，转向盘(1)通过转矩耦合器(5)与行星架(14)的输出轴并联连接，转矩耦合器(5)将转矩输出至转向器(7)，双电机的控制端分别与控制器(8)连接，控制器(8)根据车速信号和转向盘转矩信号控制双电机输出转矩实现助力转向。2.根据权利要求1所述的基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法，其特征在于，行星齿轮单元包括设置在齿圈(13)中心的太阳轮(11)、行星轮(12)和行星架(14)，行星轮(12)啮合在太阳轮(11)与齿圈(13)之间，行星架(14)设置在行星轮(12)上，行星架(14)通过行星轮(12)、太阳轮(11)、齿圈(13)与双电机连接。3.根据权利要求2所述的基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法，其特征在于，双电机包括主电机(9)和辅助电机(15)，主电机(9)为空心轴电机，与太阳轮(11)连接，太阳轮(11)经行星轮(12)与行星架(14)的输出轴连接；辅助电机(15)通过辅助电机齿轮(16)与同步器结合套(18)连接，经同步器结合套(18)与太阳轮(11)或齿圈(13)连接，齿圈(13)通过行星轮(12)与行星架(14)的输出轴连接。4.根据权利要求3所述的基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法，其特征在于，同步器结合套(18)经转速耦合齿轮(17)与齿圈(13)连接，或经转矩耦合齿轮(19)与主电机齿轮(10)连接，太阳轮(11)和主电机齿轮(10)均与主电机(9)的输出轴连接。5.根据权利要求4所述的基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法，其特征在于，转矩耦合齿轮(19)上安装有第一制动器(22)，齿圈(13)上安装有第二制动器(23)。6.根据权利要求1所述的基于同步器的双电机电动助力转向系统及其方法，其特征在于，行星架(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耀华，何杰，南友飞，冯乾隆，张洋森，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61