一种具有冗余机构的车用线控转向装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有冗余机构的车用线控转向装置及其控制方法，该车用线控转向装置包括：转向操纵机构，转向执行机构，第一离合装置，第一离合装置设置在所述转向盘管柱后端，用于将转向操作机构与转向执行机构连接或断开；控制器，所述控制器控制转向操纵机构，转向执行机构。转向执行机构包括主电机、与所述主电机连接的齿条助力转向传动机构，辅电机、与所述辅电机连接的小齿轮电动助力传动机构，本发明专利技术通过转向执行机构与转向操纵机构的机械断开，以及转向执行机构的冗余设计来提高高等级自动驾驶用转向系统的可靠性，实现线控转向系统的高安全性设计。

A Vehicle Steering-by-Wire Device with Redundant Mechanism and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种具有冗余机构的车用线控转向装置及控制方法
本专利技术涉及一种车用线控转向装置及控制方法，具体涉及一种具有冗余机构的车用线控转向装置及控制方法，属于汽车转向系统领域。
技术介绍
汽车转向系统经历了从简单的机械式转向系统、液压助力转向系统，发展到目前正在广泛使用的电液助力转向系统和电动助力转向系统。转向系统的电动化降低了系统的能耗、改善了转向性能。在此基础上，为了进一步提高车辆的操纵稳定性、主动安全性和驾驶员舒适性，汽车技术的发展已经越来越趋于智能化。转向系统的智能化为汽车安全、辅助驾驶和自动驾驶车辆提供了基础，是汽车底盘集成控制和智能汽车的重要组成部分。线控转向系统与传统转向系统相比优势显著：转向盘不与转向器直接连接，车轮的抖动不会直接传递给驾驶员提高转向操纵舒适性；利用电信号控制车轮转向，更加便于和其它底盘系统进行集成控制；能实现主动转向控制，提高车辆操纵安全性；可以自由设计转向系统的角传递特性，通过设计理想的角传动比适应不同驾驶员的驾驶习惯等。当前线控转向系统是车辆研究的一个热点。线控转向系统由于缺少可靠的机械连接，要避免故障发生时丧失转向能力、驾驶员丧失路感就必须采用容错技术，需要提供一种高安全性线控转向系统。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种具有冗余机构的车用线控转向装置及控制方法，提高转向安全性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：具有冗余机构的车用线控转向装置，包括：转向操纵机构，所述转向操纵机构包括路感电机、第一蜗轮蜗杆减速机构、转向管柱、与转向管柱连接的转向盘、及用于检测所述转向盘转矩转角的第一转矩转角传感器，所述路感电机通过所述蜗轮蜗杆减速机构与所述转向管柱连接；转向执行机构，所述转向执行机构包括主电机、与所述主电机连接的第一传动机构、辅电机，与所述辅电机连接的第二传动机构，第二离合装置、第二转矩转角传感器及转向齿条；所述第二离合装置设在所述辅电机与所述第二传动机构间，用于所述辅电机与所述第二传动机构进行动力传递的连接或断开；所述第二转矩转角传感器设置在所述第二传动机构上，用于采集所述转向执行机构的转矩转角信号；所述第一传动机构与所述第二传动机构同时与所述转向齿条连接；第一离合装置，所述第一离合装置设置在所述转向盘管柱后端，用于将所述转向盘管柱与所述第二传动机构连接或断开；控制器，所述控制器与所述第一转矩转角传感器、所述第二转矩转角传感器、所述路感电机、所述主电机及所述辅电机连接。进一步，所述第一传动机构为滚珠丝杠机构，所述主电机的输出端刚性连接第一同步带轮，所述滚珠丝杠机构的螺母上刚性连接第二同步带轮，所述第一同步带轮和第二同步带轮通过传动带连接，所述滚珠丝杠机构的螺母的自由度被限定为仅存在转动自由度；所述滚珠丝杠机构的丝杠加工在转向齿条上。进一步，所述第二传动机构包括第二蜗轮蜗杆减速机构和齿轮齿条传动机构，所述辅电机的输出端与第二蜗轮蜗杆机构的输入端连接，所述第二离合器装置设置在所述辅电机的输出端；所述第二蜗轮蜗杆机构的输出端与所述齿轮齿条传动机构的齿轮传动连接；所述齿轮齿条传动机构的齿条加工在转向齿条上，所述转向齿条两端通过转向拉杆连接转向节臂。进一步，所述齿轮齿条传动机构的齿轮为斜齿轮，所述齿轮齿条传动机构的齿条为斜齿条。进一步，所述转向器力的传递部件包括转向齿条、及与所述转向齿条两端球铰接的转向拉杆且铰接处设置球铰套密封，两个所述转向拉杆的两端连接转向节臂。进一步，两个所述转向拉杆的端部均设置转向臂铰，通过所述转向臂铰分别与两个所述转向臂铰接；所述转向臂铰前设置前轮前束调节螺母，用于调节前轮前束。进一步，所述控制器包括路感控制器和执行控制器，均用于采集所述第一转矩转角传感器信号、所述第二转矩转角传感器信号、所述主电机电流信号、主电机控制器信号、辅电机控制器信号及汽车车速；所述路感控制器控制所述路感电机给驾驶员提供阻力实现路感模拟或控制所述路感电机为所述转向管柱转向提供助力；所述执行控制器控制所述主电机与所述辅电机的输出转矩。本专利技术还提供一种具有冗余机构的车用线控转向装置的控制方法，根据所述控制器采集的所述主电机与所述辅电机的控制器信号确定线控转向装置进入下列模式：(3)线控转向正常工作模式：所述第一离合器断开，由所述控制器控制所述路感电机给驾驶员提供阻力实现路感模拟；(4)线控转向失效时工作模式：所述第一离合器闭合，由所述控制器控制所述路感电机为所述转向管柱转向提供助力；所述线控转向正常工作模式下根据所述控制器采集所述第一转矩转角传感器信号、所述第二转矩转角传感器信号、所述路感电机电流信号及汽车车速确定线控转向装置进入下列模式：(1)转向负载正常时工作模式：所述第二离合装置断开，由所述控制器控制根据输出电流控制所述主电机输出转矩；(2)转向负载大时工作模式：所述第二离合装置闭合，由所述控制器根据输出电流控制所述主电机和所述辅电机同时输出转矩；(3)主电机失效时工作模式：所述第二离合装置闭合，由所述控制器根据输出电流控制所述辅电机输出转矩。进一步，所述控制器包括路感控制器和执行控制器；所述转向负载正常时工作模式具体为：所述第一离合装置和所述第二离合装置断开，所述路感电机输出力矩通过所述第一蜗轮蜗杆减速机构为所述转向盘输入力矩提供阻力矩，所述第一转矩转角传感器检测所述阻力矩的力矩与转角，将信息传递到所述执行控制器，所述执行控制器控制输出电流作用于所述主电机，所述主电机通过所述同步带将动力传递到所述滚珠丝杠机构的螺母，所述转向齿条在所述滚珠丝杠机构的螺母的作用下轴向移动，带动所述转向节臂转动，完成转向；所述转向负载大时工作模式具体为：所述第一离合装置断开，所述第二离合装置闭合，所述路感电机输出力矩通过所述第一蜗轮蜗杆减速机构为所述转向盘输入力矩提供阻力矩，所述第一转矩转角传感器检测所述阻力矩的力矩与转角，将信息传递到所述执行控制器，所述执行控制器控制输出电流作用于所述主电机，当作用于所述主电机的电流过大时，执行控制器控制输出电流同时作用于所述辅电机，所述辅电机的动力通过所述第二传动机构将动力传递到所述转向齿条，同时主电机的动力也传递到所述转向齿条，所述转向齿条带动转向节臂转动，完成转向；所述主电机失效时工作模式具体为：所述第一离合装置断开，所述第二离合装置闭合，所述路感电机输出力矩通过所述第一蜗轮蜗杆减速机构为所述转向盘输入力矩提供阻力矩，所述第一转矩转角传感器检测所述阻力矩的力矩与转角，将信息传递到所述执行控制器，所述执行控制器控制输出电流作用于所述辅电机，所述辅电机的动力通过所述第二传动机构将动力传递到所述转向齿条，所述转向齿条带动所述转向节臂转动，完成转向。进一步，所述控制器包括路感控制器和执行控制器；所述线控转向失效时工作模式：所述第一离合器闭合，当所述转向盘获得输入转向力矩及角度，所述第一转角转矩传感器采集所述输入转向盘的力矩及角度，并将信号传送至所述路感控制器，所述路感控制器根据所述信号控制所述路感电机转动，通过所述第一蜗轮蜗杆减速机构带动所述转向管柱转动继而为所述转向盘提供辅助力矩，辅助完成转向。本专利技术的有益效果为，本专利技术具有EPS(电动转向系统)所具有的优点，能在各种行驶工况下提供合适的助力，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有冗余机构的车用线控转向装置，其特征在于，包括：转向操纵机构，所述转向操纵机构包括路感电机、第一蜗轮蜗杆减速机构、转向管柱、与转向管柱连接的转向盘、及用于检测所述转向盘转矩转角的第一转矩转角传感器，所述路感电机通过所述蜗轮蜗杆减速机构与所述转向管柱连接；转向执行机构，所述转向执行机构包括主电机、与所述主电机连接的第一传动机构、辅电机，与所述辅电机连接的第二传动机构，第二离合装置、第二转矩转角传感器及转向齿条；所述第二离合装置设在所述辅电机与所述第二传动机构间，用于所述辅电机与所述第二传动机构进行动力传递的连接或断开；所述第二转矩转角传感器设置在所述第二传动机构上，用于采集所述转向执行机构的转矩转角信号；所述第一传动机构与所述第二传动机构同时与所述转向齿条连接；第一离合装置，所述第一离合装置设置在所述转向盘管柱后端，用于将所述转向盘管柱与所述第二传动机构连接或断开；控制器，所述控制器与所述第一转矩转角传感器、所述第二转矩转角传感器、所述路感电机、所述主电机及所述辅电机连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有冗余机构的车用线控转向装置，其特征在于，包括：转向操纵机构，所述转向操纵机构包括路感电机、第一蜗轮蜗杆减速机构、转向管柱、与转向管柱连接的转向盘、及用于检测所述转向盘转矩转角的第一转矩转角传感器，所述路感电机通过所述蜗轮蜗杆减速机构与所述转向管柱连接；转向执行机构，所述转向执行机构包括主电机、与所述主电机连接的第一传动机构、辅电机，与所述辅电机连接的第二传动机构，第二离合装置、第二转矩转角传感器及转向齿条；所述第二离合装置设在所述辅电机与所述第二传动机构间，用于所述辅电机与所述第二传动机构进行动力传递的连接或断开；所述第二转矩转角传感器设置在所述第二传动机构上，用于采集所述转向执行机构的转矩转角信号；所述第一传动机构与所述第二传动机构同时与所述转向齿条连接；第一离合装置，所述第一离合装置设置在所述转向盘管柱后端，用于将所述转向盘管柱与所述第二传动机构连接或断开；控制器，所述控制器与所述第一转矩转角传感器、所述第二转矩转角传感器、所述路感电机、所述主电机及所述辅电机连接。2.根据权利要求1所述的一种具有冗余机构的车用线控转向装置，其特征在于，所述第一传动机构为滚珠丝杠机构，所述主电机的输出端刚性连接第一同步带轮，所述滚珠丝杠机构的螺母上刚性连接第二同步带轮，所述第一同步带轮和第二同步带轮通过传动带连接，所述滚珠丝杠机构的螺母的自由度被限定为仅存在转动自由度；所述滚珠丝杠机构的丝杠结构加工在所述转向齿条上。3.根据权利要求1所述的一种具有冗余机构的车用线控转向装置，其特征在于，所述第二传动机构包括第二蜗轮蜗杆减速机构和齿轮齿条传动机构，所述辅电机的输出端与第二蜗轮蜗杆机构的输入端连接，所述第二离合器装置设置在所述辅电机的输出端；所述第二蜗轮蜗杆机构的输出端与所述齿轮齿条传动机构的齿轮刚性连接；所述齿轮齿条传动机构的齿条固定在转向齿条10上，所述转向齿条两端通过转向拉杆连接转向节臂。4.根据权利要求3所述的一种具有冗余机构的车用线控转向装置，其特征在于，所述齿轮齿条传动机构的齿轮为斜齿轮，所述齿轮齿条传动机构的齿条为斜齿条。5.根据权利要求3所述的一种具有冗余机构的车用线控转向装置，其特征在于，所述转向齿条包括中间轴、及与所述中间轴两端球铰接的短轴且铰接处设置球铰套密封，两个所述短轴的两端连接转向节臂。6.根据权利要求5所述的一种具有冗余机构的车用线控转向装置，其特征在于，两个所述短轴的端部均设置转向臂铰，通过所述转向臂铰分别与两个所述转向臂铰接；所述转向臂铰前设置前轮前束调节螺母，用于调节前轮前束。7.根据权利要求1至6任一项所述的一种具有冗余机构的车用线控转向装置，其特征在于，所述控制器包括路感控制器和执行控制器，均用于采集所述第一转矩转角传感器信号、所述第二转矩转角传感器信号、所述主电机电流信号、主电机控制器信号、辅电机控制器信号及汽车车速；所述路感控制器控制所述路感电机给驾驶员提供阻力实现路感模拟或控制所述路感电机为所述转向管柱转向提供助力；所述执行控制器控制所述主电机与所述辅电机的输出转矩。8.权利要求1-7任一项所述具有冗余机构的车用线控转向装置的控制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：施国标，王帅，王歆，鞠程赟，
申请(专利权)人：北京奥特尼克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11