一种双电机驱动的电动转向装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及汽车转向技术领域，提供了一种双电机驱动的电动转向装置及其控制方法。包括：转矩转角传感器、锥齿轮副、行星摆线针轮减速器、主副双电机；转矩转角传感器组件与行星摆线针轮减速器通过锥齿轮副连接；所述行星摆线针轮减速器由前级行星齿轮减速机构和后级摆线针轮减速机构组成，双电机通过齿轮副与行星齿轮减速机的前级啮合，行星摆线针轮减速器的输出法兰与摇臂轴固连。所述控制方法在于双电机对目标转角的伺服控制、双电机同步控制。本发明专利技术的有益效果在于：采用双电机耦合的形式，实现系统的冗余备份，采用基于同步电流补偿的双电机转角伺服控制，在保证转向系统的控制精度的同时使其具备故障可操作性。制精度的同时使其具备故障可操作性。制精度的同时使其具备故障可操作性。

【技术实现步骤摘要】
一种双电机驱动的电动转向装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及汽车转向
，具体涉及一种双电机驱动的电动转向装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前商用车转向系统主要采用的是传统的液压助力转向系统，转向装置为循环球液压助力转向器，但是液压助力转向存在以下几个问题：助力特性固定，不能随车速进行实时调节；高速路感较差；能量损失严重；不能够满足商用车智能化发展的需求。
[0003]电动助力系统是由电机直接提供助力，能够有效解决液压助力转向系统存在的诸多问题。在CN1647994A中公开了一种名称为“循环球电动助力转向器”的专利技术专利，这种结构的助力转向器能起到一定的助力作用，近年来在轻卡上已经实现产品化。但是由于循环球电动助力转向器结构无法承受较大的扭矩，因此无法传递较大的扭矩，因此其还只是应用在小型汽车及轻型货车上，无法在重载商用车上使用。
[0004]当前，汽车产业的智能化发展正在不断加速，商用车的智能化发展对电动化转向系统的需求迫切。为了实现中重型商用车的纯电动化，需要克服传统电动助力的结构限制，寻找一种具有承载能力强、寿命长的转向执行机构。
[0005]为了克服中重型商用车较大的转向阻力矩，需要采用两个转向执行电机同时输出力矩，在运行过程中必然存在力矩纷争，使转向执行系统效率下降，加快其老化磨损。同时，在其中一个电机出现故障时，转向系统应快速完成故障诊断与故障重构，保留部分转向能力，防止危险的发生。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种双电机驱动的电动转向装置及其控制方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种双电机驱动的电动转向装置，包括：转矩转角传感器组件、锥齿轮副、行星摆线针轮减速器、双电机组件；所述转矩转角传感器组件与所述行星摆线针轮减速器通过所述锥齿轮副连接；其中，所述行星摆线针轮减速器由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成，所述双电机组件通过齿轮副与所述行星齿轮减速机的前级啮合传动，所述行星摆线针轮减速器的输出法兰与摇臂轴为一体；所述双电机组件输出的助力转矩与方向盘的手力矩叠加后经所述行星摆线针轮减速器输出到所述摇臂轴上，所述双电机组件中的转向控制器根据车速、负载转矩、方向盘的手转矩及转角信息控制所述双电机组件动作；所述双电机组件中的两个电机可单独工作或同时工作。
[0008]可选实施例中，所述转矩转角传感器组件设置有转向装置输入轴、扭杆、转矩转角传感器、锥齿轮副的第一锥齿轮；所述扭杆一端与所述转向装置输入轴通过圆柱销固定连接，所述扭杆的另一端通过花键的过盈配合与所述第一锥齿轮固定连接，所述转矩转角传
感器布置在所述转向装置输入轴与所述第一锥齿轮之间，所述转矩转角传感器的磁环部与所述转向装置输入轴连接，所述转矩转角传感器的转子部分与所述第一锥齿轮连接。
[0009]可选实施例中，所述转矩转角传感器组件还设置有转矩转角传感器端盖和第一端盖；所述转矩转角传感器的本体由第一端盖固定定位，所述转向装置输入轴上安装有一组第四深沟球轴承，所述第四深沟球轴承的外端与所述转矩转角传感器端盖上的轴承座连接；所述第一锥齿轮上安装有一组第三深沟球轴承，所述第三深沟球轴承的外端与所述第一端盖上的轴承座连接。
[0010]可选实施例中，所述行星摆线针轮减速器设置有行星齿轮副、摆线针轮减速器、主壳体及第二端盖；其中，所述第二端盖作为所述摇臂轴的支撑，所述第一端盖、主壳体、第二端盖依次通过螺栓连接。
[0011]可选实施例中，所述第一端盖设置有两个大通孔和法兰，所述双电机组件的第一电机、第二电机分别安装在两个所述大通孔的一侧端面法兰上，大通孔作为电机的安装止口；所述行星齿轮副包括一个行星齿轮太阳轮零件和三个结构相同的行星齿轮，所述行星齿轮太阳轮零件依次设置有第二锥齿轮、太阳轮大齿轮、太阳轮小齿轮；所述第二锥齿轮与所述转矩转角传感器总成中的第一锥齿轮啮合，所述第一锥齿轮的轴线与所述第二锥齿轮的轴线之间交角为 90
°
；所述太阳轮大齿轮与第一电机齿轮、第二电机齿轮同时啮合，所述太阳轮小齿轮与三个所述行星齿轮同时啮合。
[0012]可选实施例中，所述行星摆线针轮减速器设置有三个摆线曲柄轴、第一摆线齿轮、第二摆线齿轮和一个支撑法兰、输出法兰，三个所述行星齿轮分别通过花键连接三个所述摆线曲柄轴，三个所述摆线曲柄轴结构相同，每个所述摆线曲柄轴的两端均通过一对角接触滚子轴承支撑在所述输出法兰和支撑法兰上，三个所述摆线曲柄轴沿着所述输出法兰和支撑法兰的轴线均匀分布，彼此间隔120
°
。
[0013]可选实施例中，所述摆线曲柄轴的中间设置有两段相位相差180
°
的偏心轴颈，两段所述偏心轴颈分别通过第一曲柄轴承和第二曲柄轴承套在所述第一摆线齿轮及第二摆线齿轮上，所述第一摆线齿轮和第二摆线齿轮的边缘与针齿接触，所述针齿安装在所述主壳体上。
[0014]可选实施例中，所述输出法兰和支撑法兰通过螺钉固定连接，所述输出法兰和支撑法兰分别通过第一主轴承和第二主轴承支撑在所述主壳体上，形成轴向定位；所述行星摆线针轮减速器的输出法兰与所述摇臂轴设计为一体，所述摇臂轴通过轴承安装在第二端盖上。
[0015]可选实施例中，所述第一电机、第二电机的输出轴分别固定连接有第一电机齿轮、第二电机齿轮，所述转向控制器包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元与所述第一电机通信连接，所述第二控制单元与所述第二电机通信连接，所述第一控制单元和第二控制单元接收总线传来的车速、发动机转速信息，控制所述第一电机和第二电机实现转向系统的助力转向和主动转向功能。
[0016]另一方面.本专利技术实施例中还提供了一种如上所述的一种双电机驱动的电动转向装置的控制方法，包括：采用三闭环PID伺服控制策略跟随目标转向角，设计双电机全局快速终端滑模同步控制策略，监测电机的运行状态，快速完成故障下的系统重构；
[0017]所述的包含三闭环PID伺服控制策略和全局快速终端滑模同步控制策略的双电机
驱动的电动转向装置的控制方法步骤如下：
[0018]步骤1：建立双转向执行电机的运动微分方程和电学方程
[0019][0020][0021]式中：T
m1
＝K
t1
I
a1
,T
m2
＝K
t2
I
a2
，其中，T
m1
,T
m2
分别为两转向执行电机的电磁转矩，K
t1
,K
t2
为两电机的电磁转矩系数，I
a1
,I
a2
分别为两电机的电流；θ
m1
,θ
m2
分别为两电机的转角；J
m1
,J
m2
分别为两电机转子的转动惯量；B
m1
,B
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双电机驱动的电动转向装置，包括：转矩转角传感器组件(41)、锥齿轮副(42)、行星摆线针轮减速器(43)、双电机组件(44)；所述转矩转角传感器组件(41)与所述行星摆线针轮减速器(43)通过所述锥齿轮副(42)连接；其中，所述行星摆线针轮减速器(43)由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成，所述双电机组件(44)通过齿轮副与所述行星齿轮减速机的前级啮合传动，所述行星摆线针轮减速器(43)的输出法兰(13)与摇臂轴为一体；其特征在于，所述双电机组件(44)输出的助力转矩与方向盘的手力矩叠加后经所述行星摆线针轮减速器(43)输出到所述摇臂轴上，所述双电机组件(44)中的转向控制器根据车速、负载转矩、方向盘的手转矩及转角信息控制所述双电机组件(44)动作；所述双电机组件(44)中的两个电机可单独工作或同时工作。2.根据权利要求1所述的双电机驱动的电动转向装置，其特征在于，所述转矩转角传感器组件(41)设置有转向装置输入轴(36)、扭杆(37)、转矩转角传感器(34)、锥齿轮副(42)的第一锥齿轮(31)；所述扭杆(37)一端与所述转向装置输入轴(36)通过圆柱销(47)固定连接，所述扭杆(37)的另一端通过花键的过盈配合与所述第一锥齿轮(31)固定连接，所述转矩转角传感器(34)布置在所述转向装置输入轴(36)与所述第一锥齿轮(31)之间，所述转矩转角传感器(34)的磁环部与所述转向装置输入轴(36)连接，所述转矩转角传感器(34)的转子部分与所述第一锥齿轮(31)连接。3.根据权利要求1所述的双电机驱动的电动转向装置，其特征在于，所述转矩转角传感器组件(41)还设置有转矩转角传感器端盖(33)和第一端盖(1)；所述转矩转角传感器(34)的本体由第一端盖(1)固定定位，所述转向装置输入轴(36)上安装有一组第四深沟球轴承(35)，所述第四深沟球轴承(35) 的外端与所述转矩转角传感器端盖(33)上的轴承座连接；所述第一锥齿轮(31)上安装有一组第三深沟球轴承(32)，所述第三深沟球轴承(32)的外端与所述第一端盖(1)上的轴承座连接。4.根据权利要求1所述的双电机驱动的电动转向装置，其特征在于，所述行星摆线针轮减速器(43)设置有行星齿轮副(45)、摆线针轮减速器、主壳体(8)及第二端盖(16)；其中，所述第二端盖(16)作为所述摇臂轴的支撑，所述第一端盖(1)、主壳体(8)、第二端盖(16)依次通过螺栓连接。5.根据权利要求1所述的双电机驱动的电动转向装置，其特征在于，所述第一端盖(1)设置有两个大通孔和法兰，所述双电机组件(44)的第一电机(2)、第二电机(4)分别安装在两个所述大通孔的一侧端面法兰上，大通孔作为电机的安装止口；所述行星齿轮副(45)包括一个行星齿轮太阳轮零件(39)和三个结构相同的行星齿轮(46)，所述行星齿轮太阳轮零件(39)依次设置有第二锥齿轮、太阳轮大齿轮、太阳轮小齿轮；所述第二锥齿轮与所述转矩转角传感器总成(41)中的第一锥齿轮(31)啮合，所述第一锥齿轮(31)的轴线与所述第二锥齿轮的轴线之间交角为90
°
；所述太阳轮大齿轮与第一电机齿轮(3)、第二电机齿轮(5)同时啮合，所述太阳轮小齿轮与三个所述行星齿轮(46)同时啮合。6.根据权利要求1所述的双电机驱动的电动转向装置，其特征在于，所述行星摆线针轮减速器(43)设置有三个摆线曲柄轴(24)、第一摆线齿轮(22)、第二摆线齿轮(23)和一个支撑法兰(9)、输出法兰(13)，三个所述行星齿轮(46)分别通过花键连接三个所述摆线曲柄轴(24)，三个所述摆线曲柄轴(24)结构相同，每个所述摆线曲柄轴(24)的两端均通过一对角
接触滚子轴承(25)支撑在所述输出法兰(13)和支撑法兰(9)上，三个所述摆线曲柄轴(24)沿着所述输出法兰(13)和支撑法兰(9)的轴线均匀分布，彼此间隔120
°
。7.根据权利要求1所述的双电机驱动的电动转向装置，其特征在于，所述摆线曲柄轴(24)的中间设置有两段相位相差180
°
的偏心轴颈，两段所述偏心轴颈分别通过第一曲柄轴承(26)和第二曲柄轴承(28)套在所述第一摆线齿轮(22)及第二摆线齿轮(23)上，所述第一摆线齿轮(22)和第二摆线齿轮(23)的边缘与针齿(27)接触，所述针齿(27)安装在所述主壳体(8)上。8.根据权利要求1所述的双电机驱动的电动转向装置，其特征在于，所述输出法兰(13)和支撑法兰(9)通过螺钉(10)固定连接，所述输出法兰(13)和支撑法兰(9)分别通过第一主轴承(11)和第二主轴承(12)支撑在所述主壳体(8)上，形成轴向定位；所述行星摆线针轮减速器(43)的输出法兰(13)与所述摇臂轴设计为一体，所述摇臂轴通过轴承安装在第二端盖(16)上。...

【专利技术属性】
技术研发人员：施国标，王帅，桑冬岗，张洪泉，乔鹏飞，宋铭昊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：