| 专利名称： | 一种用于线传转向系统的双驱动转向机构 | ||
| 专利名称(英文)： | A dual drive steering mechanism used for a wire transmission steering system | ||
| 专利号： | CN201510616112.4 | 申请时间： | 20150924 |
| 公开号： | CN105313954A | 公开时间： | 20160210 |
| 申请人： | 清华大学 | ||
| 申请地址： | 100084 北京市海淀区清华园1号 | ||
| 发明人： | 连小珉; 蔡智凯 | ||
| 分类号： | B62D5/04 | 主分类号： | B62D5/04 |
| 代理机构： | 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 | 代理人： | 廖元秋 |
| 摘要： | 本发明涉及一种用于线传转向系统的双驱动转向机构，属于汽车设备结构设计领域，该机构包括两路转向电机驱动机构、蜗轮蜗杆减速机构、传感器单元及固定安装机构；其中，两路电机驱动机构安装在固定安装机构的箱体中，其末端的蜗杆与蜗轮减速机构的蜗轮配合传动；蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮通过传动杆与固定安装机构的小齿轮串联，并通过轴系部件安装在固定安装机构的箱体中；传感器单元安装在固定安装机构箱体盖上，传感器单元传动杆的花键与蜗轮蜗杆减速机构的减速机构传动杆串联。本发明在正常工作情况下通过双电机并联耦合驱动转向机构进行，当一路转向电机驱动机构故障时，另一路将继续工作，以保证转向操作的安全可靠进行。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention provides a dual drive steering mechanism used for a wire transmission steering system and belongs to the field of structural design of vehicle equipment. The mechanism comprises a two-way steering motor driving mechanism, a worm gear and worm speed reduction mechanism, a sensor unit and a fixing installing mechanism. The two-way steering motor driving mechanism is installed in a box body of the fixing installing mechanism and a worm at the tail end of the two-way steering motor driving mechanism is in matching transmission with a worm gear of the worm gear and worm speed reduction mechanism; the worm gear of the worm gear and worm speed reduction mechanism is connected with a pinion of the fixing installing mechanism in series through a transmission rod and the worm gear and worm speed reduction mechanism is installed in the box body of the fixing installing mechanism through shaft parts; the sensor unit is installed on a box body cover of the fixing installing mechanism; a spline of a transmission rod of the sensor unit is connected with a speed reduction mechanism transmission rod of the worm gear and worm speed reduction mechanism in series. Under normal working conditions, double motors are connected in parallel and coupled to drive the steering mechanism to operate; when one way of the steering motor driving mechanism breaks down, the other way can work continuously, so that the safety and the reliability of the steering operation are guaranteed. | ||
1.一种用于线传转向系统的双驱动转向机构，其特征在于，该机构包括两路转向电 机驱动机构、蜗轮蜗杆减速机构、传感器单元及固定安装机构；其中，两路电机驱动机构 的轴系部件安装在固定安装机构的箱体中，两路电机驱动机构末端的蜗杆与蜗轮减速机构 的蜗轮配合传动；蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮通过减速机构的传动杆与固定安装机构的齿轮 齿条转向器小齿轮串联，并通过由套筒、轴承组成的轴系部件安装在固定安装机构的箱体 中；传感器单元安装在固定安装机构箱体盖上，传感器单元传动杆的花键与蜗轮蜗杆减速 机构的减速机构传动杆串联。
2.如权利要求1所述转向机构，其特征在于，所述固定安装机构包括箱体、箱体盖、 箱体安装板、箱体安装盘以及齿轮齿条转向器及其上的小齿轮，箱体通过箱体安装板和箱 体安装盘与齿轮齿条转向器外壳螺栓连接，齿轮齿条转向器上的小齿轮与蜗轮蜗杆减速机 构的减速机构传动杆通过花键连接传动；箱体与箱体盖作为两路转向驱动机构及蜗轮蜗杆 减速机构的安装部件，箱体盖与传感器单元通过螺栓连接；该固定安装机构与汽车转向系 的齿轮齿条转向器相连，并把整个双驱动转向机构的各部分整合在一起。
3.如权利要求2所述转向机构，其特征在于，所述两路转向电机驱动机构包括由驱 动短轴(1‐3)、第一驱动电机(1‐71)、第一传动齿轮(1‐41)及与固定安装机构的箱体连 接的第一对轴承(1‐21、1‐61)、第一轴端挡圈(1‐11)、第一套筒(1‐51)构成一路转向电 机驱动机构；由驱动长轴(1‐8)、第二驱动电机(1‐72)、第二传动齿轮(1‐42)及与固定安装 机构的箱体连接的第二对轴承(1‐22、1‐62、1‐9)、第二轴端挡圈1‐12、第二套筒(1‐5) 构成第二路转向电机驱动机构；其中，驱动短轴及驱动长轴与各自轴上的驱动电机通过梅 花联轴器相连接，与传动齿轮分别通过键连接，两路转向电机驱动机构通过相互配合的一 对传动齿轮啮合传动；驱动短轴及驱动长轴通过各自的套筒及轴承及轴端挡圈在固定安装 机构的箱体中安装定位；驱动长轴中后段的蜗杆与蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮啮合传动。
4.如权利要求3所述转向机构，其特征在于，所述的蜗轮蜗杆减速机构包括蜗轮、 减速机构传动杆，上连接套筒、下连接套筒、与固定安装机构的箱体连接的轴承；其中蜗 轮与两路转向电机驱动机构的驱动长轴中后段的蜗杆啮合传动，蜗轮与减速机构传动杆通 过花键连接传动，减速机构传动杆下端通过内花键与固定安装机构的齿轮齿条转向器的小 齿轮配合传动，上端通过内花键与传感器单元的传动杆配合传动；蜗轮蜗杆减速机构依次 通过轴承、下连接套筒、蜗轮、减速机构传动杆、上连接套筒、轴承安装在固定安装机构 的箱体中，传感器单元箱体通过螺栓安装在固定安装机构的箱体盖上。
5.如权利要求3所述转向机构，其特征在于，所述的传感器单元包括：两个相同的 转角传感器、传感器单元箱体、传感器单元箱体盖，传感器安装板、传感器单元传动杆及 轴承；整个传感器单元通过传感器单元传动杆的外花键与蜗轮蜗杆减速机构的减速机构传 动杆的内花键配合传动；传感器单元传动杆通过轴承安装在传感器单元箱体中；转角传感 器内圈与传感器单元传动杆连接，转角传感器外壳通过传感器安装板固定在传感器单元箱 体内。
1.一种用于线传转向系统的双驱动转向机构，其特征在于，该机构包括两路转向电 机驱动机构、蜗轮蜗杆减速机构、传感器单元及固定安装机构；其中，两路电机驱动机构 的轴系部件安装在固定安装机构的箱体中，两路电机驱动机构末端的蜗杆与蜗轮减速机构 的蜗轮配合传动；蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮通过减速机构的传动杆与固定安装机构的齿轮 齿条转向器小齿轮串联，并通过由套筒、轴承组成的轴系部件安装在固定安装机构的箱体 中；传感器单元安装在固定安装机构箱体盖上，传感器单元传动杆的花键与蜗轮蜗杆减速 机构的减速机构传动杆串联。
2.如权利要求1所述转向机构，其特征在于，所述固定安装机构包括箱体、箱体盖、 箱体安装板、箱体安装盘以及齿轮齿条转向器及其上的小齿轮，箱体通过箱体安装板和箱 体安装盘与齿轮齿条转向器外壳螺栓连接，齿轮齿条转向器上的小齿轮与蜗轮蜗杆减速机 构的减速机构传动杆通过花键连接传动；箱体与箱体盖作为两路转向驱动机构及蜗轮蜗杆 减速机构的安装部件，箱体盖与传感器单元通过螺栓连接；该固定安装机构与汽车转向系 的齿轮齿条转向器相连，并把整个双驱动转向机构的各部分整合在一起。
3.如权利要求2所述转向机构，其特征在于，所述两路转向电机驱动机构包括由驱 动短轴(1‐3)、第一驱动电机(1‐71)、第一传动齿轮(1‐41)及与固定安装机构的箱体连 接的第一对轴承(1‐21、1‐61)、第一轴端挡圈(1‐11)、第一套筒(1‐51)构成一路转向电 机驱动机构；由驱动长轴(1‐8)、第二驱动电机(1‐72)、第二传动齿轮(1‐42)及与固定安装 机构的箱体连接的第二对轴承(1‐22、1‐62、1‐9)、第二轴端挡圈1‐12、第二套筒(1‐5) 构成第二路转向电机驱动机构；其中，驱动短轴及驱动长轴与各自轴上的驱动电机通过梅 花联轴器相连接，与传动齿轮分别通过键连接，两路转向电机驱动机构通过相互配合的一 对传动齿轮啮合传动；驱动短轴及驱动长轴通过各自的套筒及轴承及轴端挡圈在固定安装 机构的箱体中安装定位；驱动长轴中后段的蜗杆与蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮啮合传动。
4.如权利要求3所述转向机构，其特征在于，所述的蜗轮蜗杆减速机构包括蜗轮、 减速机构传动杆，上连接套筒、下连接套筒、与固定安装机构的箱体连接的轴承；其中蜗 轮与两路转向电机驱动机构的驱动长轴中后段的蜗杆啮合传动，蜗轮与减速机构传动杆通 过花键连接传动，减速机构传动杆下端通过内花键与固定安装机构的齿轮齿条转向器的小 齿轮配合传动，上端通过内花键与传感器单元的传动杆配合传动；蜗轮蜗杆减速机构依次 通过轴承、下连接套筒、蜗轮、减速机构传动杆、上连接套筒、轴承安装在固定安装机构 的箱体中，传感器单元箱体通过螺栓安装在固定安装机构的箱体盖上。
5.如权利要求3所述转向机构，其特征在于，所述的传感器单元包括：两个相同的 转角传感器、传感器单元箱体、传感器单元箱体盖，传感器安装板、传感器单元传动杆及 轴承；整个传感器单元通过传感器单元传动杆的外花键与蜗轮蜗杆减速机构的减速机构传 动杆的内花键配合传动；传感器单元传动杆通过轴承安装在传感器单元箱体中；转角传感 器内圈与传感器单元传动杆连接，转角传感器外壳通过传感器安装板固定在传感器单元箱 体内。
翻译：技术领域
本发明属于汽车设备结构设计领域，特别涉及一种用于线传转向系统的由双电机驱动 的转向机构，为具有余度冗余的线传转向系统提供可靠的转向驱动力。
背景技术
线传转向系统较传统的机械式转向系统而言，取消了方向盘与转向器之间的机械连接， 通过电信号进行转向驱动。这一改变能够提高汽车的操纵稳定性、被动安全性以及乘坐的 舒适性，使得汽车在高速低速下都可以具有较好的转向特性。然而相比于传统的机械式转 向系统，线传转向系统用电信号取代了机械连接，用电机驱动转向器执行转向操作，由于 电气系统的可靠性远不及机械系统，线传转向系统可靠性将大大降低。
在线传转向系统中，方向盘、转角传感器、回正电机及控制器构成方向机，驱动转向 机构、齿轮齿条转向器、转角传感器及控制器构成转向机。方向机与转向机协作以完成转 向操作。其中，由驱动转向机构驱动的转向机主要具有以下作用：1.接收来自方向机的目 标转角信号，驱动电机执行转向操作；2.通过转角传感器测得齿轮齿条转向器小齿轮的实 际转角，进行反馈控制；3.通过转向电机电流衡量转向的回正力矩，回传方向机。对于单 电机驱动的单余度转向机构来说，一旦电机或者控制器、传感器等电气设备发生损坏，整 个线传转向系统将进入瘫痪状态，行驶中的汽车会因此发生安全事故。故需要通过余度冗 余的手段提高线传转向系统的安全可靠性。
将原有的机械式转向机构作为备用，一旦线传转向机构发生故障就切换为传统转向模 式，这是提高转向系统安全可靠性的一个措施。但是这样大大提高了转向系统的成本及安 装空间，也使得线传转向系统的一些优势不复存在。相比之下。双余度转向机构能在单余 度发生故障时采用另一余度进行工作，大大提高了转向系统的安全可靠性。在双余度转向 机构中往往用双电机驱动的转向机构来执行转向操作。但是目前的双驱动转向机构存在着 以下问题：1.结构复杂，体积较大，成本较高；2.采用了电磁阀等电子设备作为余度切换 的部件，一旦电磁阀发生故障，将无法进行余度切换，实际上并没有提升整个系统的安全 可靠性。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计了一种用于线传转向系统的双驱动 转向机构，对目前的双驱动转向机构进行改进，该结构在正常工作情况下通过双电机并联 耦合驱动转向机构进行，当一路转向电机驱动机构故障时，另一路将继续工作，以保证转 向操作的安全可靠进行。
本发明的双驱动转向机构功能执行部分主要由两路转向电机驱动机构、蜗轮蜗杆减速 机构与传感器单元构成。每一路转向电机驱动机构均由转向电机、驱动轴、传动齿轮及轴 承、轴端挡圈等轴系部件构成，两路转向电机驱动机构通过传动齿轮啮合，共同传递转向 驱动力。各路的转向电机均有各自的控制器进行控制，以达到余度冗余的需要。转向电机 驱动机构与蜗轮蜗杆减速机构串联，以减小传递到蜗轮上的减速，同时增大传递到蜗轮上 的扭矩，蜗轮与齿轮齿条转向器上的小齿轮通过轴系部件串联，以将电机的驱动力传递到 小齿轮上，从而驱动转向器执行转向操作。此外，小齿轮的转角信息还通过传感器单元传 递到两个相同并且串联的转角传感器，从而能够确保将转角信息反馈给控制器。
本发明的双驱动转向机构分为两种工作模式。在正常工作情况下，由两路电机驱动机 构通过传动齿轮将电机输出的驱动力并联耦合以驱动转向机构执行转向操作，这是双驱动 转向机构的双驱动工作模式；而当一路驱动机构发生故障时，整个转向机构仅由一路无故 障的转向电机驱动机构提供驱动力，系统仍能正常执行转向操作，这是双驱动转向机构的 单驱动工作模式。这样使得线传转向系统在出现单路电气故障时仍能正常工作，大大提高 了其工作的安全可靠性。
本发明具有以下优点：相比于单余度的线传转向机构，其在单一故障下仍能正常工作， 提高了线传转向系统的安全可靠性；相比于其他具有双余度或多余度的线传转向机构，其 原理与结构简单，且单余度与双余度工作模式切换没有用到多余的电气系统，能够真正保 障系统的余度冗余，且整套双驱动转向机构可以作为总成连接到一般转向系统的齿轮齿条 转向器上，无需对转向器进行加工改造。
附图说明
图1为本发明的双驱动转向机构的立体示意图。
图2为对应于图1的结构纵向剖面图。
图3为对应于图1的双驱动转向机构的俯视剖面图。
图4为对应于图2的双驱动转向机构的正视局部剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
本发明的用于线传转向系统的双驱动转向机构主要包括两路转向电机驱动机构1、蜗 轮蜗杆减速机构2、传感器单元3及固定安装机构4；如图1及图2所示。其中，两路电 机驱动机构1通过两路电机驱动机构1末端的蜗杆与蜗轮减速机构2的蜗轮配合传动，通 过轴系部件安装在固定安装机构4的箱体中；蜗轮蜗杆减速机构2的蜗轮通过减速机构传 动杆与固定安装机构4的齿轮齿条转向器5上的小齿轮串联，并通过由套筒、轴承组成的 轴系部件安装在固定安装机构4的箱体中，箱体盖对轴系上部进行定位；传感器单元3通 过传感器单元传动杆的花键与蜗轮蜗杆减速机构2的减速机构传动杆串联，并作为一个独 立的箱体安装在箱体盖上。各部分具体结构分别说明如下：
本发明的固定安装机构4的组成如图2所示，该机构包括箱体4‐2、箱体盖4‐1、箱体 安装板4‐3、箱体安装盘4‐4以及图1与图2所示的齿轮齿条转向器5及其上的小齿轮，箱 体4‐1通过箱体安装板4‐3和箱体安装盘4‐4与齿轮齿条转向器5外壳螺栓连接，齿轮齿条 转向器5上的小齿轮与蜗轮蜗杆减速机构2的减速机构传动杆2‐4通过花键连接传动。箱 体4‐1与箱体盖4‐2作为两路转向驱动机构1及蜗轮蜗杆减速机构2的安装部件，箱体盖 4‐2则与传感器单元3通过螺栓连接。
整个双驱动转向机构通过固定安装机构4与汽车转向系的齿轮齿条转向器5相连，并 把整个双驱动转向机构的各部分整合在一起。
本发明的的两路转向电机驱动机构1的组成如图3所示，包括由驱动短轴1‐3、驱动 电机1‐71、传动齿轮1‐41及与固定安装机构4的箱体4‐2连接的轴承1‐21、1‐61、轴端挡 圈1‐11、套筒1‐51构成一路转向电机驱动机构；由驱动长轴1‐8、驱动电机1‐72、传动齿 轮1‐42及与固定安装机构4的箱体4‐2连接的轴承1‐22、1‐62、1‐9、轴端挡圈1‐12、套筒 1‐52构成第二路转向电机驱动机构；其中，驱动短轴1‐3及驱动长轴1‐8与各自轴上的驱 动电机1‐71、1‐72通过梅花联轴器相连接，与传动齿轮1‐41、1‐42分别通过键连接，两路 转向电机驱动机构通过相互配合的一对传动齿轮1‐41、1‐42啮合传动；驱动短轴1‐3通过 轴左端的套筒1‐51及轴承1‐61和轴右端的轴承1‐21及轴端挡圈1‐11在固定安装机构4的 箱体4‐2中安装定位；驱动长轴1‐8通过轴左端的套筒1‐52及轴承1‐62和轴中段的轴承 1‐22及轴端挡圈1‐12以及轴右端的轴承1‐9及端盖在固定安装机构4的箱体4‐2中安装定 位。驱动长轴中后段的蜗杆与蜗轮蜗杆减速机构2的蜗轮啮合传动。
本发明的蜗轮蜗杆减速机构2的组成如图4所示，该机构包括蜗轮2‐3、减速机构传 动杆2‐4，上连接套筒2‐5、下连接套筒2‐2、与固定安装机构4的箱体4‐2连接的轴承2‐1 和2‐6。其中蜗轮2‐3与两路转向电机驱动机构1的驱动长轴1‐8中后段的蜗杆啮合传动， 蜗轮2‐3与减速机构传动杆2‐4通过花键连接传动，减速机构传动杆2‐4下端通过内花键与 齿轮齿条转向器5的小齿轮配合传动，上端通过内花键与传感器单元3传动杆配合传动， 上连接套筒2‐5与下连接套筒2‐2起轴上部件连接固定的作用。蜗轮蜗杆减速机构2依次 通过轴承2‐1、下连接套筒2‐2、蜗轮2‐3、减速机构传动杆2‐4、上连接套筒2‐5、轴承2‐6 安装在固定安装机构4的箱体4‐2中，其中轴承2‐1嵌入箱体下部开孔，作为蜗轮蜗杆减 速机构2轴系的下部定位；轴承2‐6嵌入箱体盖4‐1的开孔，作为蜗轮蜗杆减速机构2轴 系的上部定位。
本发明的传感器单元3的组成如图4所示，包括：两个相同的转角传感器3‐7和3‐8、 传感器单元箱体3‐2、传感器单元箱体盖3‐3，传感器安装板3‐6、传感器单元传动杆3‐4 及轴承3‐1与3‐5。整个传感器单元3通过传感器单元传动杆3‐4的外花键与蜗轮蜗杆减速 机构2的减速机构传动杆2‐4的内花键配合传动。传感器单元传动杆3‐4通过轴承3‐1与 3‐5安装在传感器单元箱体3‐2中，上端通过传感器单元箱体盖3‐3进行定位。转角传感器 内圈与传感器单元传动杆3‐4连接，转角传感器外壳通过传感器安装板3‐6及传感器单元 箱体3‐2上的开槽固定在传感器单元箱体3‐2内。传感器单元3为独立箱体结构，通过螺 栓安装在固定安装机构4的箱体盖4‐1上。
本发明的双驱动转向机构在工作传动时，动力由驱动电机1‐7发出，经过转向电机驱 动机构1将两路驱动电机动力耦合后传递到第二路转向电机驱动机构的中后段的蜗杆上， 再通过蜗轮蜗杆减速机构2经减速后传递到蜗轮2‐3。蜗轮2‐3的动力经减速机构传动杆 2‐4，一则直接连接到齿轮齿条转向器5的小齿轮上，从而带动齿轮齿条转向器5进行转向 操作，二则通过传感器单元3的传感器单元传动杆3‐4，传递到转角传感器3‐7和3‐8的内 圈，从而测得同轴连接的齿轮齿条转向器5上的小齿轮的转角，用以线传转向系统转向机 的控制。
在线传转向系统中，在正常转向状态时，由两个控制器分别控制两个转向电机驱动相 应的驱动轴，通过控制使得两轴保持相同的转速，共同驱动蜗杆转动，再经蜗轮蜗杆减速 后将动力传递给齿轮齿条转向器的小齿轮，从而驱动转向，这是双驱动转向机构的双驱动 工作模式。当一路驱动发生故障时，该路电机将停止转动，控制器控制另一路驱动执行转 向操作，相应反拖故障的该路驱动，转向操作仍能正常进行，这是双驱动转向机构的单驱 动工作模式。通过这样的驱动工作模式，使得线传转向系统在无故障及单故障情况下均能 正常工作，从而保证汽车在转向过程中的安全可靠性。
