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原文传递一种乘用车电机驱动复合线控转向系统及转向控制方法

专利名称：	一种乘用车电机驱动复合线控转向系统及转向控制方法
摘要：	本发明公开了一种乘用车电机驱动复合线控转向系统及转向控制方法，所述系统中，路感电机连接路感电机减速机构后与安装有扭矩转角传感器的转向主动轴相连，方向盘依次连接转向主动轴、扭转杆、上传动轴和电磁离合器，转向执行电机减速机构中，第一蜗轮安装在与下传动轴相连的转向齿轮轴上，第一蜗杆两端分别与转向执行电机相连；转向器中转向小齿轮与第一蜗轮同轴固连，齿条两端分别连接转向轮，ECU分别与扭矩转角传感器、路感电机、电磁离合器和转向执行电机信号连接，所述方法包括常规转向控制方法、失效备份转向控制方法和机械转向控制方法。本发明在系统电元件失效的情况下仍能保证顺利完成转向动作，大大提高了转向系统的安全性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	李静;范天昕;刘文;吴桐;孟令帅;何闫
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910879199.2
公开号：	CN110435756A
代理机构：	长春吉大专利代理有限责任公司
代理人：	刘程程
分类号：	B62D5/04(2006.01);B;B62;B62D;B62D5
申请人地址：	130012吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种乘用车电机驱动复合线控转向系统，其特征在于：由方向盘单元(Ⅰ)、电子控制单元(Ⅱ)和转向执行单元(Ⅲ)组成；所述方向盘单元(Ⅰ)由方向盘(60)、扭矩转角传感器(31)、路感电机(29)、路感电机减速机构(C)、电磁离合器(37)、转向主动轴(32)、扭转杆(33)、上传动轴(34)和下传动轴(63)组成；路感电机(29)连接路感电机减速机构C后与转向主动轴(32)相连，扭矩转角传感器(31)安装在转向主动轴(32)上，转向主动轴(32)上端连接方向盘(60)，转向主动轴(32)下端通过扭转杆(33)与上传动轴(34)上端相连，上传动轴(34)下端通过第一转向万向节(42)与电磁离合器(37)一端相连，电磁离合器(37)另一端通过第二转向万向节(43)与下传动轴(63)相连；所述转向执行单元(Ⅲ)由转向轮(61)、第一转向执行电机(23)、第二转向执行电机(45)、转向执行电机减速机构(A)、转向器(B)和减速转向壳体组成；转向执行电机减速机构(A)为蜗轮蜗杆式减速机构，所述转向执行电机减速机构(A)中，第一蜗轮(17)安装在转向齿轮轴(15)上，转向齿轮轴(15)通过第三转向万向节(64)与下传动轴(63)相连，第一蜗杆(8)两端分别与第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)相连，第一蜗轮(17)和第一蜗杆(8)相啮合；转向器(B)为齿轮齿条式转向器，转向器(B)中的转向小齿轮(59)与第一蜗轮(17)同轴固连，齿条(3)两端分别连接转向轮(61)，转向小齿轮(59)和齿条(3)相啮合；所述电子控制单元(Ⅱ)中，ECU分别与扭矩转角传感器(31)、路感电机(29)、电磁离合器(37)、第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)信号连接。 2.如权利要求1所述一种乘用车电机驱动复合线控转向系统，其特征在于：所述转向执行单元(Ⅲ)还包括角位移传感器(19)和齿条位移传感器(44)；所述角位移传感器(19)安装在转向齿轮轴(15)上，齿条位移传感器(44)安装在与齿条(3)相对应的位置上；所述齿条位移传感器(44)和角位移传感器(19)分别与ECU信号连接。 3.如权利要求1所述一种乘用车电机驱动复合线控转向系统，其特征在于：所述路感电机减速机构(C)采用蜗轮蜗杆式减速机构，由减速器上壳体(30)、第二蜗轮(35)、减速器下壳体(36)、第二蜗杆(38)和第一联轴器(41)组成；所述路感电机(29)固定安装在减速器下壳体(36)上，路感电机(29)的输出端通过第一联轴器(41)与第二蜗杆(38)的一端同轴连接，所述第二蜗杆(38)两端通过深沟球轴承安装在减速器下壳体(36)内侧壁上，所述第二蜗轮(35)与第二蜗杆(38)啮合连接，第二蜗轮(35)同轴安装在上传动轴(34)上，上传动轴(34)一端深沟球轴承安装在减速器下壳体(36)内侧壁上，上传动轴(34)另一端通过深沟球轴承安装在减速器上壳体(30)内侧壁上；减速器上壳体(30)与减速器下壳体(36)通过螺栓固定连接组成减速器壳体。 4.如权利要求1所述一种乘用车电机驱动复合线控转向系统，其特征在于：所述转向器B由转向齿条箱桶(2)、齿条(3)、齿条衬套套管(4)、齿条套衬(5)、O型密封圈(6)、钢丝挡圈(7)、锁紧螺母(9)、调整螺塞(10)、螺旋弹簧(11)、齿条支撑座(12)、垫片(13)、滚针轴承(14)、转向齿轮轴(15)、转向小齿轮(59)、第一深沟球轴承(16)、第二深沟球轴承(18)和唇形密封圈(20)组成；所述转向齿条箱桶(2)外壁与减速转向下壳体(1)内壁固连，齿条衬套(5)套装在齿条衬套套管(4)内，齿条衬套(5)的两端外侧通过钢丝挡圈(7)卡接固定在齿条衬套(5)内侧壁上，所述齿条衬套(5)套装在齿条(3)的外侧，齿条(3)通过齿条衬套(5)支撑，且在齿条(3)与齿条衬套(5)之间的间隙通过O型密封圈(6)密封；所述转向小齿轮(59)同轴一体加工在转向齿轮轴(15)的前端，转向齿轮轴(15)的前端通过滚针轴承(14)安装在减速转向壳体内侧壁上，转向齿轮轴(15)的中部同轴安装有第一蜗轮(17)，转向齿轮轴(15)的中部通过第一深沟球轴承(16)旋转支撑安装在减速转向壳体内侧壁上，转向齿轮轴(15)的后端通过第二深沟球轴承(18)安装在减速转向上壳体(21)内侧壁上，且唇形密封圈(20)安装在转向齿轮轴(15)后端外侧与减速转向壳体内侧壁之间实现密封；所述齿条(3)通过齿条支撑座(12)支撑安装在减速转向壳体内，垫片(13)设置在齿条(3)与齿条支撑(12)之间，调整螺塞(10)螺纹连接在齿条支撑座(12)下方的减速转向壳体侧壁上，螺旋弹簧(11)两端分别安装在齿条支撑座(12)底面弹簧安装槽和调整螺塞(10)顶面弹簧安装槽内，所述锁紧螺母(9)与调整螺塞(10)下端的外螺纹配合，通过调整调整螺塞(10)在减速转向壳体内旋入的轴向距离，调整齿条支撑座(12)上齿条(3)与转向小齿轮(59)的啮合位置，并通过锁紧螺母(9)将调整螺塞(10)固定锁紧在减速转向壳体上。 5.如权利要求4所述一种乘用车电机驱动复合线控转向系统，其特征在于：所述减速转向下壳体(1)由下壳体主体(101)、下壳体耳板(102)和下壳体齿条筒(103)组成，其中，下壳体主体(101)的外沿端面上设有连接孔，用于与减速转向上壳体(21)对接固定组成减速转向壳体；下壳体耳板(102)有两个，对称设置于下壳体主体(101)的两侧，分别用于与第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)的电机壳体固定连接；下壳体齿条筒(103)位于下壳体主体(101)下端，下壳体齿条筒(103)的内壁与转向齿条箱桶(2)的外壁固连，以实现对内部齿条(3)的支撑安装，在下壳体齿条筒(103)的底部侧壁上开有安装孔，用于安装调整螺塞(10)。 6.如权利要求1所述一种乘用车电机驱动复合线控转向系统，其特征在于：所述转向主动轴(32)下端套装在扭转杆(33)上端外侧，且转向主动轴(32)与扭转杆(33)沿径向留有间隙，所述上传动轴(34)上端套装在扭转杆(33)下端外侧，且上传动轴(34)与扭转杆(33)沿径向留有间隙，在转向主动轴(32)与扭转杆(33)以及上传动轴(34)与扭转杆(33)之间的间隙中注入有塑料形成塑料销钉，实现转向主动轴(32)的扭矩通过扭转杆(33)同步传递至上传动轴(34)。 7.如权利要求1所述一种乘用车电机驱动复合线控转向系统的转向控制方法，其特征在于：所述转向控制方法包括常规转向控制方法、失效备份转向控制方法和机械转向控制方法，具体过程分别如下：所述常规转向控制方法的具体工作过程如下：在常规转向工况下，驾驶员转动方向盘(60)，发出转向操作信号，扭矩转角传感器(31)检测方向盘(60)的扭矩转角信号，并将采集到的方向盘(60)扭矩转角信号发送至ECU，ECU接收到相应的方向盘(60)扭矩转角信号经处理后输出执行电机运行控制信号，并将执行电机运行控制信号分别发送至第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)，控制第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)分别向外输出转向轮转向驱动转矩，且使第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)分别承担50％的转向轮转向驱动转矩，第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)输出的转向轮转向驱动转矩同时传输至转向执行电机减速机构(A)，所述转向执行电机减速机构(A)和转向器(B)中，第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)的输出端同时驱动第一蜗杆(8)旋转，第一蜗杆(8)带动第一蜗轮(17)转动，进而带动转向齿轮轴(15)旋转，转向齿轮轴(15)末端的转向小齿轮(59)随转向齿轮轴(15)同步旋转，在转向小齿轮(59)的驱动下，齿条(3)沿直线运动控制两端的转向轮(61)摆动，实现常规转向过程；在常规转向工况下，ECU控制电磁离合器分离，使方向盘单元(Ⅰ)与转向执行单元(Ⅲ)之间无机械连接；所述失效备份转向控制方法的具体工作过程如下：当第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)中仅有一个为有效工作的转向执行电机时，转向系统进入失效备份转向工况，此时，驾驶员转动方向盘(60)，发出转向操作信号，扭矩转角传感器(31)检测方向盘(60)的扭矩转角信号，并将采集到的方向盘(60)扭矩转角信号发送至ECU，ECU接收到相应的方向盘(60)扭矩转角信号经处理后输出执行电机运行控制信号，并将执行电机运行控制信号发送至有效工作的转向执行电机，由有效工作的转向执行电机输出转向轮转向驱动转矩，有效工作的转向执行电机输出的转向轮转向驱动转矩传输至转向执行电机减速机构(A)，所述转向执行电机减速机构(A)和转向器(B)中，有效工作的转向执行电机的输出端驱动第一蜗杆(8)旋转，第一蜗杆(8)带动第一蜗轮(17)转动，进而带动转向齿轮轴(15)旋转，转向齿轮轴(15)末端的转向小齿轮(59)随转向齿轮轴(15)同步旋转，在转向小齿轮(59)的驱动下，齿条(3)沿直线运动控制两端的转向轮(61)摆动，实现失效备份转向过程；在失效备份转向工况下，ECU控制电磁离合器分离，使方向盘单元(Ⅰ)与转向执行单元(Ⅲ)之间无机械连接；所述机械转向控制方法的具体工作过程如下：当第一转向执行电机(23)和第二转向执行电机(45)均无法工作时，转向系统进入机械转向工况，此时，ECU控制使电磁离合器(37)结合，方向盘单元(Ⅰ)与转向执行单元(Ⅲ)之间，由方向盘(60)、转向主动轴(32)、扭转杆(33)和上传动轴(34)依次连接组成的方向盘转向杆系通过电磁离合器(37)与转向执行电机减速机构(A)的转向齿轮轴(15)机械连接，驾驶员操作方向盘(60)转动向外输出转向轮转向驱动转矩，转向轮转向驱动转矩经方向盘转向杆系传递至转向齿轮轴(15)，所述转向器(B)中，转向齿轮轴(15)末端的转向小齿轮(59)随转向齿轮轴(15)同步旋转，在转向小齿轮(59)的驱动下，齿条(3)沿直线运动控制两端的转向轮(61)摆动，实现机械转向过程。 8.如权利要求7所述一种乘用车电机驱动复合线控转向系统，其特征在于：在常规转向工况和失效备份转向工况下，当ECU输出执行电机运行控制信号时，除通过扭矩转角传感器(31)直接检测方向盘(60)的扭矩转角信号，进而获得方向盘的转向信号外，还通过角位移传感器(19)检测转向齿轮轴(15)的旋转角度信号，间接获得转向轮的实际转向信号，通过齿条位移传感器(44)检测齿条(3)的位移信号，间接获得转向轮的实际转向信号，EAC通过齿条位移传感器(44)和和角位移传感器(19)采集的信号间接获得转向轮的实际转向状态，并根据扭矩转角传感器(31)检测到的方向盘(60)的实际转向输入，修正输出的执行电机运行控制信号，实现对转向轮(61)的实际转向输出进行修正。 9.如权利要求7所述一种乘用车电机驱动复合线控转向系统，其特征在于：在常规转向工况和失效备份转向工况下，ECU对接收到的路面信息进行处理，输出路感电机运行控制信号，将路感电机运行控制信号发送至路感电机(29)，控制路感电机(29)向外输出路感模拟转矩，控制路感电机(29)输出的路感模拟转矩传输至路感电机减速机构(C)，所述路感电机减速机构(C)中，控制路感电机(29)的输出端驱动第二蜗杆(38)旋转，第二蜗杆(38)带动第二蜗轮(35)转动，进而带动上传动轴(34)旋转，并依次带动扭转杆(33)、转向主动轴(32)和方向盘(60)转动，最终通过路感模拟转矩表现出的路面模拟信号通过方向盘(60)反馈至驾驶员，实现路感模拟。
所属类别：	发明专利