一种全解耦线控液压转向系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全解耦线控液压转向系统，属于汽车转向系统技术领域，本发明专利技术的目的是提供一套对电机性能要求较低，结构更为紧凑，能实现转向全解耦和失效保护的功能、具有主动转向快速、角度调节精确的线控转向系统；该系统由方向盘、转向管柱、解耦式转向模拟器、高压回油机构、齿轮助力机构、齿轮齿条转向机、左前车轮、右前车轮和电子控制单元组成；在解耦式转向模拟器中设置的动啮合齿轮可以选择性地与转向模拟器齿轮或转向柱啮合，同时配合齿轮助力机构所拥有的机械转向和液压转向两种方式，既实现了驾驶员与转向系统的全解耦，同时系统断电失效时，方向盘与转向车轮机械连接，保障了驾驶的安全性。

A Fully Decoupled Wire-controlled Hydraulic Steering System

【技术实现步骤摘要】
一种全解耦线控液压转向系统
本专利技术涉及一种全解耦线控液压转向系统，属于汽车转向系统

技术介绍
随着智能汽车的发展，传统EPS(电子助力转向)系统已经不能满足智能汽车对转向系统的新要求，主要体现在传统EPS是由人来主导，而智能汽车希望在考虑驾驶员意图的前提下综合考虑路面状况、车辆本身运行状态等多方面的信息来完成转向。另一方面，传统EPS系统无法实现驾驶员与转向系统的全解耦，故此时发生主动转向后方向盘会随着发生转动，造成驾驶员恐慌。因此，急需开发一套适用于智能汽车的全解耦线控转向系统。总结世界范围内各转向厂家及国内外学者的专利可发现，线控转向系统作为最新一代的转向系统，与传统转向系统相比，具有明显的技术优势也存在一定的问题。中国专利公布号为CN102085878A，公布日为2011年6月8日，专利技术名称为“线控转向装置”，申请人为现代自动车株式会社，该专利取消了方向盘与转向系统之间的机械连接，采用电机带动拉杆完成转向动作，该结构减少了路面的冲击、消除了碰撞时方向柱对驾驶员的伤害、增大了驾驶员腿部活动空间、提高了驾驶舒适度。但由于电子部件还没有达到机械部件那样可靠的程度，在电子部件出现故障后，系统无法完成最基本的转向功能，即无法保证电子转向系统的稳定可靠、安全工作，这也是电子转向系统目前最为突出的问题，也是阻挠线控转向系统普及的一个重要因素；因此开发一套具有失效保护功能的线控转向系统是目前迫切需要的。中国专利公布号为CN107150718A，公布日为2017年9月12日，专利技术名称为“多模式汽车线控转向系统”，申请人为吉林大学，该专利采用电机驱动滚珠丝杠机构带动液压系统实现了汽车多模式转向，解决了现有线控转向技术中的转向动力源单一、转向系统断电失效时安全性差、转向路感模拟不够逼真与转向精度不高的问题。但该系统的转向精度由两个电机决定，对电机的性能要求较高，故而电机成本较高，同时电机作为转向动力源其响应速度较慢，另一方面该系统的液压结构较为复杂，管路失效概率大。综上所述，故开发一套对电机性能要求较低，结构更为紧凑，能实现转向全解耦和失效保护的功能、具有主动转向快速、角度调节精确的线控转向系统，具有现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：第一，解决了传统EPS中电机噪声大、且无法实现智能汽车所需的转向全解耦的功能；第二，解决了部分线控转向系统中取消方向盘与转向车轮之间的机械连接致使系统断电失效时无法完成失效转向；第三，解决了部分线控转向系统采用电机作为线控转向动力源时，采用电机来控制转向系统的精度，对电机性能要求较高，成本亦较高的问题；第四，解决了部分线控转向系统采用液体或气体作为转向介质时执行机构结构复杂等问题。提出一种采用高压蓄能器作为转向动力源，采用高速开关电磁阀控制转向系统精度使汽车可以快速精准地完成转向动作的线控转向系统，该线控转向系统能实现驾驶员与转向系统的全解耦，具有失效保护的功能，对电机要求较低，成本较低，结构简单，集成度高。本专利技术所采用的技术方案具体如下：一种全解耦线控液压转向系统，该系统由方向盘1、转向管柱2、解耦式转向模拟器3、高压回油机构4、齿轮助力机构5、齿轮齿条转向机6、左前车轮7、右前车轮8和电子控制单元9组成。方向盘1的底部与转向管柱2的上端相连，解耦式转向模拟器3的上端与转向管柱2的下端相连，解耦式转向模拟器3的下端与齿轮助力机构5的上端活动连接。齿轮助力机构5的下端与齿轮齿条转向机6的上端连接，齿轮齿条转向机6的左右两端分别通过转向拉杆与左前车轮7和右前车轮8相连，齿轮齿条转向机6的上端为齿轮、下端为齿条，齿轮齿条转向机6可将齿轮助力机构5的从动轴42的旋转运动转化为齿条的直线运动。所述的解耦式转向模拟器3由转向模拟器电磁壳体10、连接螺钉11、橡胶垫片12、导线13、导线支架14、从动摩擦片橡胶垫15、从动摩擦片16、摩擦缸筒17、缓冲橡胶垫18、动啮合齿轮19、转向柱20、主动摩擦片橡胶垫21、主动摩擦片22、转向模拟器齿轮23、连接管24、电磁动铁25、回位弹簧26和电磁静铁27组成。其中，转向模拟器电磁壳体10为向上开口的套筒类零件，套筒开口端有与转向管柱2相连接的内螺纹，套筒底面上有同心通孔，在该同心通孔与转向模拟器电磁壳体10的内圆柱面之间有多个沿圆周均匀分布的小通孔；导线支架14为上下两端开口的套筒类零件，其外圆柱面上有较大的环形凹槽，该凹槽用来缠绕导线13；导线支架14的上下端面靠近外圆柱上分别有多个沿圆周均匀分布的小通孔，该小通孔穿过导线支架14外圆柱面上的环形凹槽；导线支架14的内圆柱面设有内齿；电磁静铁27为法兰盘类零件，电磁静铁27呈平头螺钉状，其螺钉帽在上，螺钉头在下，在靠近螺钉帽的外圆柱面附近有多个沿圆周均匀分布的小孔，孔内有内螺纹。电磁动铁25的外圆柱面上有与导线支架14的内齿相配合的外齿，电磁动铁25有同心通孔，通孔内壁上有与连接管24的外螺纹相配合的内螺纹。导线支架14的外圆柱面直径与转向模拟器电磁壳体10的内圆柱面直径相等，导线支架14和电磁静铁27完全置于转向模拟器电磁壳体10的筒内，且导线支架14下端面上的小通孔与转向模拟器电磁壳体10底部圆周小通孔对齐，通过连接螺钉11从转向模拟器电磁壳体10底部钉入将导线支架14和转向模拟器电磁壳体10固定在一起；电磁静铁27的螺钉帽下端面抵靠在导线支架14的上端面，导线支架14上端面上的小通孔与电磁静铁27螺钉帽上的小孔对齐，通过连接螺钉11从电磁静铁27螺钉帽上的小孔钉入，将电磁静铁27和导线支架14固定在一起，并通过橡胶垫片12紧固；电磁动铁25位于导线支架14的套筒内，导线支架14套筒内的内齿与电磁动铁25的外齿相配合。回位弹簧26位于导线支架14的套筒内，回位弹簧26的上端抵靠在电磁静铁27的下端面，回位弹簧26的下端抵靠在电磁动铁25的上端面；并通过橡胶垫片12紧固；摩擦缸筒17为上下开口的圆筒类零件，其内侧加工有环形凹槽；从动摩擦片16和主动摩擦片22为橡胶环状零件；从动摩擦片橡胶垫15为橡胶圆环类零件，其横截面两端呈现“弓”形，从动摩擦片橡胶垫15的外环嵌入到摩擦缸筒17内侧的环形凹槽内，从动摩擦片橡胶垫15的内环中嵌入从动摩擦片16；转向模拟器齿轮23为内齿轮，其外侧加工有环形凹槽；主动摩擦片橡胶垫21为橡胶圆环类零件，其横截面两端呈现“弓”形，主动摩擦片橡胶垫21的内环嵌入到转向模拟器齿轮23外侧的环形凹槽内，主动摩擦片橡胶垫21的外环中嵌入主动摩擦片22；转向模拟器齿轮23安装于摩擦缸筒17的筒内，使从动摩擦片16与主动摩擦片22形成一对摩擦副；缓冲橡胶垫18为圆环状，其横截面呈向圆心开口的“凹”形；动啮合齿轮19的外圆柱面上有外齿，动啮合齿轮19的内部有同心通孔，动啮合齿轮19的上端面上，在同心通孔与外齿之间有截面为“乚”形的环形凹槽，该凹槽用来放置缓冲橡胶垫18。转向柱20为向上开口的套筒类零件，套筒内圆柱面上有内齿；连接管24的外圆柱面上有与动啮合齿轮19和电磁动铁25的相配合的外螺纹。齿轮助力机构5由紧固螺栓35、齿轮助力机构上壳体36、高压腔进油孔37、主动轴38、密封环I39、压环I40、轴承I41、从动轴42、从动齿轮43、低压腔出油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全解耦线控液压转向系统，其特征在于，该系统由方向盘(1)、转向管柱(2)、解耦式转向模拟器(3)、高压回油机构(4)、齿轮助力机构(5)、齿轮齿条转向机(6)、左前车轮(7)、右前车轮(8)和电子控制单元(9)组成；方向盘(1)的底部与转向管柱(2)的上端相连，解耦式转向模拟器(3)的上端与转向管柱(2)的下端相连，解耦式转向模拟器(3)的下端与齿轮助力机构(5)的上端活动连接；齿轮助力机构(5)的下端与齿轮齿条转向机(6)的上端连接，齿轮齿条转向机(6)的左右两端分别通过转向拉杆与左前车轮(7)和右前车轮(8)相连，齿轮齿条转向机(6)的上端为齿轮、下端为齿条，齿轮齿条转向机(6)可将齿轮助力机构(5)的从动轴(42)的旋转运动转化为齿条的直线运动；高压回油机构(4)与齿轮助力机构(5)连接，使齿轮助力机构(5)的高压腔与低压腔之间的压力差保持恒定；电子控制单元(9)与解耦式转向模拟器(3)、高压回油机构(4)和齿轮助力机构(5)控制连接；其中，齿轮助力机构(5)由紧固螺栓(35)、齿轮助力机构上壳体(36)、高压腔进油孔(37)、主动轴(38)、密封环I(39)、压环I(40)、轴承I(41)、从动轴(42)、从动齿轮(43)、低压腔出油孔(44)、橡胶密封环I(45)、齿轮助力机构下壳体(46)、液压腔缸筒(47)、低压腔隔板(48)、压环II(49)、密封环II(50)、轴承II(51)、主动齿轮(52)、轴承III(53)、轴承IV(54)、高压腔隔板(55)、高压腔出液阀I(56)、低压腔进液阀I(57)、低压腔进液阀II(58)、高压腔出液阀II(59)、橡胶密封环III(60)和橡胶密封环II(61)组成；齿轮助力机构上壳体(36)为向下开口的盘类零件，其外轮廓由左右两个半径相同的半圆和中间的矩形相接组成，两个半圆的圆心和矩形的外心在同一直线上；齿轮助力机构上壳体(36)的盘形内轮廓与外轮廓形状一致，两个轮廓的圆心均重合，内轮廓尺寸略小；齿轮助力机构上壳体(36)在外轮廓与内轮廓之间均匀分布多个通孔，通孔内壁上有内螺纹；外轮廓左侧半圆圆心处有同心阶梯通孔，阶梯通孔上端半径大于下端半径；外轮廓右侧半圆圆心处有同心盲孔，该盲孔内径与阶梯通孔下端内径相同；沿着齿轮助力机构上壳体(36)的盘形内轮廓边缘有向下开口的环形凹槽；外轮廓左、右两侧半圆圆心处分别有向下开口的同心左半圆形凹槽和右半圆形凹槽，两个半圆形凹槽的端部均有延伸到盘形内轮廓边缘环形凹槽的直线凹槽；在盘形内轮廓边缘环形凹槽与同心左半圆形凹槽之间有一圆形小通孔，该通孔为高压腔进油孔(37)；在盘形内轮廓边缘环形凹槽与同心右半圆形凹槽之间也有一圆形小通孔，该通孔为低压腔出油孔(44)；所述的高压腔进油孔(37)、低压腔出油孔(44)和两个外轮廓的圆心在同一直线上；齿轮助力机构下壳体(46)为向上开口的盘类零件，其形状和尺寸均与齿轮助力机构上壳体(36)绕中心旋转180°后一致，唯一区别在于齿轮助力机构下壳体(46)在盘形内轮廓边缘环形凹槽与同心左、右半圆形凹槽之间不设置小通孔；齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)的外轮廓与内轮廓之间的通孔对齐，通过紧固螺栓(35)将齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)固定在一起；液压腔缸筒(47)为上下两端开口的钢筒类零件，其横截面轮廓形状与齿轮助力机构上壳体(36)中的盘形内轮廓一致，在左右两个半圆与矩形四个接口处有沿钢筒壁上下贯通并垂直分布的四个凹槽；液压腔缸筒(47)安装在齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)内轮廓边缘处的环形凹槽内，并通过橡胶密封环I(45)将液压腔缸筒(47)与齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)之间的接触面密封；橡胶密封环III(60)为条状橡胶类零件，其横截面呈“几”形，四个橡胶密封环III(60)分别放置于液压腔缸筒(47)内壁上的四个竖直凹槽内；低压腔隔板(48)为上下两端开口的钢筒类零件，其横截面为向左开口的半圆形，半圆形两侧开口端分别有向上和向下的直臂板，上下两端的直臂板中心处分别有一圆孔，该圆孔分别用于放置低压腔进液阀I(57)和低压腔进液阀II(58)；低压腔隔板(48)放置于齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)的向左开口的半圆形凹槽内，此时低压腔隔板(48)的上下两端直臂板分别恰好放置于液压腔缸筒(47)的已放置橡胶密封环III(60)的剩余两个竖直凹槽内，液压腔缸筒(47)的内壁与低压腔隔板(48)的外壁之间的区域为齿轮助力机构(5)的低压腔；通过两个橡胶密封环II(61)将低压腔隔板(48)与齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)之间密封；高压腔隔板(55)为上下两端开...

【技术特征摘要】
1.一种全解耦线控液压转向系统，其特征在于，该系统由方向盘(1)、转向管柱(2)、解耦式转向模拟器(3)、高压回油机构(4)、齿轮助力机构(5)、齿轮齿条转向机(6)、左前车轮(7)、右前车轮(8)和电子控制单元(9)组成；方向盘(1)的底部与转向管柱(2)的上端相连，解耦式转向模拟器(3)的上端与转向管柱(2)的下端相连，解耦式转向模拟器(3)的下端与齿轮助力机构(5)的上端活动连接；齿轮助力机构(5)的下端与齿轮齿条转向机(6)的上端连接，齿轮齿条转向机(6)的左右两端分别通过转向拉杆与左前车轮(7)和右前车轮(8)相连，齿轮齿条转向机(6)的上端为齿轮、下端为齿条，齿轮齿条转向机(6)可将齿轮助力机构(5)的从动轴(42)的旋转运动转化为齿条的直线运动；高压回油机构(4)与齿轮助力机构(5)连接，使齿轮助力机构(5)的高压腔与低压腔之间的压力差保持恒定；电子控制单元(9)与解耦式转向模拟器(3)、高压回油机构(4)和齿轮助力机构(5)控制连接；其中，齿轮助力机构(5)由紧固螺栓(35)、齿轮助力机构上壳体(36)、高压腔进油孔(37)、主动轴(38)、密封环I(39)、压环I(40)、轴承I(41)、从动轴(42)、从动齿轮(43)、低压腔出油孔(44)、橡胶密封环I(45)、齿轮助力机构下壳体(46)、液压腔缸筒(47)、低压腔隔板(48)、压环II(49)、密封环II(50)、轴承II(51)、主动齿轮(52)、轴承III(53)、轴承IV(54)、高压腔隔板(55)、高压腔出液阀I(56)、低压腔进液阀I(57)、低压腔进液阀II(58)、高压腔出液阀II(59)、橡胶密封环III(60)和橡胶密封环II(61)组成；齿轮助力机构上壳体(36)为向下开口的盘类零件，其外轮廓由左右两个半径相同的半圆和中间的矩形相接组成，两个半圆的圆心和矩形的外心在同一直线上；齿轮助力机构上壳体(36)的盘形内轮廓与外轮廓形状一致，两个轮廓的圆心均重合，内轮廓尺寸略小；齿轮助力机构上壳体(36)在外轮廓与内轮廓之间均匀分布多个通孔，通孔内壁上有内螺纹；外轮廓左侧半圆圆心处有同心阶梯通孔，阶梯通孔上端半径大于下端半径；外轮廓右侧半圆圆心处有同心盲孔，该盲孔内径与阶梯通孔下端内径相同；沿着齿轮助力机构上壳体(36)的盘形内轮廓边缘有向下开口的环形凹槽；外轮廓左、右两侧半圆圆心处分别有向下开口的同心左半圆形凹槽和右半圆形凹槽，两个半圆形凹槽的端部均有延伸到盘形内轮廓边缘环形凹槽的直线凹槽；在盘形内轮廓边缘环形凹槽与同心左半圆形凹槽之间有一圆形小通孔，该通孔为高压腔进油孔(37)；在盘形内轮廓边缘环形凹槽与同心右半圆形凹槽之间也有一圆形小通孔，该通孔为低压腔出油孔(44)；所述的高压腔进油孔(37)、低压腔出油孔(44)和两个外轮廓的圆心在同一直线上；齿轮助力机构下壳体(46)为向上开口的盘类零件，其形状和尺寸均与齿轮助力机构上壳体(36)绕中心旋转180°后一致，唯一区别在于齿轮助力机构下壳体(46)在盘形内轮廓边缘环形凹槽与同心左、右半圆形凹槽之间不设置小通孔；齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)的外轮廓与内轮廓之间的通孔对齐，通过紧固螺栓(35)将齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)固定在一起；液压腔缸筒(47)为上下两端开口的钢筒类零件，其横截面轮廓形状与齿轮助力机构上壳体(36)中的盘形内轮廓一致，在左右两个半圆与矩形四个接口处有沿钢筒壁上下贯通并垂直分布的四个凹槽；液压腔缸筒(47)安装在齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)内轮廓边缘处的环形凹槽内，并通过橡胶密封环I(45)将液压腔缸筒(47)与齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)之间的接触面密封；橡胶密封环III(60)为条状橡胶类零件，其横截面呈“几”形，四个橡胶密封环III(60)分别放置于液压腔缸筒(47)内壁上的四个竖直凹槽内；低压腔隔板(48)为上下两端开口的钢筒类零件，其横截面为向左开口的半圆形，半圆形两侧开口端分别有向上和向下的直臂板，上下两端的直臂板中心处分别有一圆孔，该圆孔分别用于放置低压腔进液阀I(57)和低压腔进液阀II(58)；低压腔隔板(48)放置于齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)的向左开口的半圆形凹槽内，此时低压腔隔板(48)的上下两端直臂板分别恰好放置于液压腔缸筒(47)的已放置橡胶密封环III(60)的剩余两个竖直凹槽内，液压腔缸筒(47)的内壁与低压腔隔板(48)的外壁之间的区域为齿轮助力机构(5)的低压腔；通过两个橡胶密封环II(61)将低压腔隔板(48)与齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)之间密封；高压腔隔板(55)为上下两端开口的钢筒类零件，其横截面为向右开口的半圆形，半圆形两侧开口端分别有向上和向下的直臂板，上下两端的直臂板中心处分别有一圆孔，该圆孔分别用于放置高压腔出液阀I(56)和高压腔出液阀II(59)；高压腔隔板(55)放置于齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)的向右开口的半圆形凹槽内，此时高压腔隔板(55)的上下两端直臂板分别恰好放置于液压腔缸筒(47)的已放置橡胶密封环III(60)的上下两个竖直凹槽内，液压腔缸筒(47)的内壁与高压腔隔板(55)的外壁之间的区域为齿轮助力机构(5)的高压腔，通过两个橡胶密封环II(61)将高压腔隔板(55)与齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)之间密封；高压腔出液阀I(56)和高压腔出液阀II(59)焊接在高压腔隔板(55)上下两端的直臂板上的中心圆孔内；轴承IV(54)放置于齿轮助力机构下壳体(46)的左侧圆形盲孔内，轴承IV(54)的外圆柱面紧靠盲孔内圆柱面；主动轴(38)为阶梯轴类零件，其分为两段，下段直径大于上段；主动轴(38)的下段外圆柱面紧靠轴承IV(54)的内圆柱面，主动齿轮(52)外圆柱面上有齿，中心有通孔；主动齿轮(52)的中心通孔套装在主动轴(38)上，轴向固定在齿轮助力机构上壳体(36)和齿轮助力机构下壳体(46)之间，轴承III(53)套装在从主...

【专利技术属性】
技术研发人员：管欣，张育宁，卢萍萍，雍文亮，詹军，段春光，金号，李彦锋，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22