一種適用於線控轉向汽車的轉向模式切換裝置的製作方法

2023-05-02 01:15:31

本實用新型涉及線控轉向汽車的主動安全，用於線控轉向汽車轉向的模式切換機構。

背景技術：
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線控轉向系統(steer-by-Wire System，簡稱SBW)是指：應用液壓或輔助電力，通過電信號而不是通過連接方向盤旋轉和車輪旋轉的機械結構來控制轉向的裝置。

所述線控轉向系統通常包括方向盤轉角傳感器、車輪轉向角傳感器、轉向制動器、電子控制單元(electronic control unit，簡稱ECU)。

當駕駛員轉動方向盤時，方向盤轉角傳感器及車輪轉角傳感器將其信號傳遞到電子控制單元，電子控制單元通過計算後控制轉向電機，從而實現車輪的轉向。

汽車線控轉向系統在結構上取消了方向盤與轉向車輪之間的機械連接，其最大特點為傳動比可變，因此可以通過制定合理的角傳動比控制策略使汽車實現較為理想的轉向，即汽車低速行駛時，轉向系統具有較小的傳動比，可提高汽車在低速時的轉向靈敏性；高速行駛時，轉向系統具有較大的傳動比，可防止轉向過於靈敏，從而提高汽車高速行駛時的穩定性。

然而，由於當前技術的不成熟或者製造工藝不夠完善等原因，導致電子控制單元產生對車輛行駛狀態的誤判或產生致命錯誤等，會對車輛的行駛安全性造成極大的威脅。

因此需要用一個備用(backup)離合器來防止這種上述威脅的產生。中國專利文獻資料公開了一種用於線控轉向的安全裝置[申請號：201510180876公開號：CN 105035157 A]該裝置在線控轉向模式下，輸入軸與輸出軸機械分離，在線控轉向產生致命錯誤時，輸入軸與輸出軸通過致動器實現扭矩從輸入軸到輸出軸的傳遞，從而解決線控轉向的致命錯誤。

然而，線控轉向出現誤差時，而電子控制單元對此無法做出判斷時，該安全裝置不會起作用，從而會增加駕駛員的駕駛負擔甚至發生危險。並且，輸入軸與輸出軸在線控轉向時完全分離，輸入軸與輸出軸之間容易產生相對位移或者在車輛抖動較為劇烈時導致致動器無法正常工作，從而可能導致線控轉向的致命錯誤無法解決。

技術實現要素：
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本實用新型的目的是針對上述問題，提供了一種適用於線控轉向汽車的轉向模式切換裝置，可以確保使一個簡單、緊湊、可靠的線控轉向的冗餘安全性，並且由於轉向模式可以自由的切換，因此可以適應不同駕駛員的駕駛習慣。

本實用新型通過下述技術方案實現：一種適用於線控轉向汽車的轉向模式切換裝置，其特徵在於包括轉向柱輸入軸、中間軸、輸出軸、輸入齒輪、旋板、常嚙合大齒輪、常嚙合小齒輪、輸出齒輪、結合套筒、結合套座、換擋撥叉。

其中，所述輸入軸與輸出軸通過圓柱滾子軸承連接，所述結合套筒通過其外外部圓周方向的開槽與換擋撥叉配合，所述輸入齒輪與旋轉板通過平鍵配合，所述常嚙合大齒輪通過鍵連接固定於中間軸上端，與輸入齒輪保持長嚙合狀態，所述常嚙合小齒輪通過鍵連接固定於中間軸下端，與輸出齒輪保持常嚙合狀態，所述結合套座通過鍵連接固定於輸入軸，其外邊緣有一個沿軸向的開槽，與結合套筒內平鍵相配合，所述旋轉板與輸入齒輪通過鍵連接相配合實現扭矩向輸入齒輪的傳遞且旋轉板上帶有一個角度傳感器，當電子控制單元判斷線控轉向出現故障需要切換轉向模式且旋轉板轉角與方向盤轉角相等時，通過電子控制單元控制換擋撥叉的上下移動，可實現轉向模式由線控轉向模式向機械轉向模式的切換，相比於使用位置檢測傳感器，使用角度傳感器能夠避免在方向盤與旋轉板相對轉角位360°或720°誤切換轉向模式。本裝置換擋撥叉的上下移動通過機械裝置傳動可通過機械裝置傳動手動控制。

由於採用以上技術方案，本實用新型具有如下顯著特點和有益效果：

1、輸入軸與輸出軸通過圓柱滾子軸承連接，可減小輸入軸與輸出軸在車輛在行駛過程中由於路面不平等狀況引起的振動，也可保證輸入軸與輸出軸之間不存在相對徑向位移，從而使得傳統轉向時輸入軸輸出軸扭矩傳遞更加平順。

2、通過結合套筒進行切換轉向模式，由於結合套筒與結合套座都在輸入軸上，因此模式切換會比較順暢、可靠，且可以在車況較惡劣的情況下切換轉向模式。

3、結合套筒的移動是通過控制換擋撥叉來實現，換擋撥叉既可由電子控制單元通過電磁繼電器控制，也可由駕駛員通過機械結構傳遞手動控制，一方面可以避免在電子控制單元出現誤判情況而導致無法切換為傳統轉向模式，從而保證安全的冗餘性，另一方面可以根據駕駛員的駕駛習慣自由切換轉向模式。

4、傳統轉向模式與線控轉向模式共用一個齒輪齒條機構將力從輸出軸傳遞到轉向橫拉杆上，一方面可以減小能量的浪費和減小線控轉向模式下的阻力，另一方面可以保證在傳統轉向模式長時間不使用時，也可保證在突發情況時該轉向模式也能夠正常使用。

附圖說明：

下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明：

圖1為本實用新型裝置的結構總圖。

圖2為本實用新型裝置中用於線控轉向的離合器裝置。

圖3為本實用新型裝置中的結合套座。

圖4為本實用新型裝置中的結合套筒。

圖5為本實用新型裝置中的旋轉板。

圖6為傳統轉向模式下的轉向離合器。

圖中1為方向盤、2為方向盤轉角傳感器、3為反饋電機、4為減速器、5為輸入軸、6為結合套座、7為換擋撥叉、8為結合套筒、9為常嚙合大齒輪、10為中間軸、11為常嚙合小齒輪、12為旋轉板、13為輸入齒輪、14為輸出齒輪、15為輸出軸、16為電子控制單元、17 為轉向電機、18為轉向電機減速器、19為車輪、20為轉向橫拉杆、21為圓柱齒輪、22為齒條、23為旋轉板轉角傳感器、24為圓柱滾子軸承。

具體實施方式：

下面結合附圖對本實用新型對具體實施方式做詳細介紹。

參閱圖2，輸入軸5與輸出軸15通過圓柱滾子軸承24連接，可減小輸入軸5與輸出軸 15在車輛行駛過程中由於路面不平引起的振動，也可保證輸入軸5與輸出軸15之間不存在相對徑向位移，從而保證扭矩傳遞的平滑與穩定。

常嚙合大齒輪9通過鍵連接固定於中間軸10上端，與輸入齒輪13保持長嚙合狀態，所述常嚙合小齒輪11通過鍵連接固定於中間軸10下端，與輸出齒輪14保持常嚙合狀態。

參閱圖2，圖3，結合套座6外部有一鍵槽，通過平鍵與輸入軸5配合，其外部沿軸向有一凹槽，凹槽、鍵槽與結合套座中心軸線夾角為180°，以平衡切向力。

參閱圖2，圖4，結合套筒8內部有一個平鍵，與結合套座6外部凹槽相配合，外部沿圓周方向有一個凹槽，用以與換擋撥叉7相配合。

參閱圖2，圖5，旋轉板12上端沿軸向開有一凹槽，並與上表面有一個倒角邊，為的是在切換為傳統轉向模式時，結合套筒8內的平鍵能夠較為順利的插入旋轉板12的凹槽內，旋轉板12下部圓柱外表面面沿軸向有一沿軸向的鍵槽，用於與輸入齒輪13相配合，旋轉板12 內安裝在輸入軸下端，在線控轉向模式下可與輸入軸5發生相對轉動。

參閱圖2，在線控轉向模式下，結合套筒8與旋轉板12沒有接觸，此時旋轉板12沒有收到扭矩，輸出軸15的扭矩由轉向電機17提供。

參閱圖6，當線控轉向出現錯誤時，方向盤轉角傳感器2測得的方向盤轉角與旋板轉角傳感器測23得的旋旋轉板轉角相等時，電子控制單元可通過電磁繼電器控制換擋撥叉7向下運動，使得結合套筒8與旋轉板12相配合，此時實現扭矩從輸入軸5經結合套座6、結合套筒 8、旋轉板12、輸入齒輪13、常嚙合大齒輪9、常嚙合小齒輪11、輸出齒輪14到輸出軸15 的傳遞，從而切換為傳統轉向模式。

另一方面，駕駛員可根據自己需求手動通過機械結構傳遞控制換擋撥片7的移動，轉向模式的切換，這一操作需在方向盤轉角為0情況下進行。

由於整個轉向模式切換所需機構均在輸入軸5上，因此可以保證換擋的平順性與可靠性。

最後說明的是，雖然以上對本實用新型結合附圖進行了描述說明,但是以上描述僅以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管對本實用新型進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換很多形式，而不脫離本實用新型的宗旨和範圍，均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍之中。