[发明专利]一种用于线控转向系统的转向盘总成

说明书

本发明公开了一种用于线控转向系统的转向盘总成，属于线控转向系统技术领域，包括方向盘、扭矩与转角传感器、阻尼器模块及力矩电机模块；扭矩与转角传感器测得方向盘的扭矩与转角；阻尼器模块用于给方向盘模拟阻尼力矩；利用滚珠丝杆副约束的转向轴和活塞构成活塞升降机构；阻尼调节机构通过调节节流通道截面积来改变方向盘的阻尼力矩；机械泄压机构的横移齿轮的正反转分别对应其在齿轮横移套筒上的进与退，最终右或左侧面与左或右泄压齿轮的侧面摩擦啮合，间接带动左或右泄压齿条开启泄压通道；本发明的转向盘总成，具备被动安全功能、容错性强等优点，实现了系统反映驾驶员转向意图并施加给方向盘合适力矩的功能。

技术领域

本发明属于线控转向系统技术领域，具体涉及一种容错性强用于线控转向系统的转向盘总成。

背景技术

随着汽车智能化的发展，汽车的线控技术得到了广泛的研究。线控技术(X-by-wire)源于飞机的控制系统，该技术中取消了传统的部件间机械连接，通过线缆或者其他方式实现控制指令的传输。汽车的线控系统包括线控驱动(Drive-by-Wire)、线控制动(Brake-by-Wire)、线控转向(Steer-by-Wire)等。其中汽车线控转向系统(Steer-By-Wire，简称SBW)由转向盘总成、转向执行总成和主控制器(ECU)三个主要部分以及其他辅助系统组成。转向盘总成包括方向盘、转角传感器、力矩传感器和力矩电机。转向盘总成的主要功能是将驾驶员的转向意图转换成数字信号，并传递给主控制器；同时接受主控制器送来的力矩信号，产生方向盘力矩，以提供给驾驶员相应的路感信息。转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。转向执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。相对于传统的转向系，线控转向中取消了方向盘和转向横拉杆的机械连接，方向盘转角通过电信号传递到转向执行电机。由于取消了转向传动轴，该系统有效优化了整车布置，避免正面碰撞时转向系统对驾驶员的二次伤害；而且隔绝了轮胎及底盘的震动，保证了驾驶的舒适性；此外工程师可以根据需要，排除机械连接的限制，灵活地实现转向系统转向比的参数化，很容易实现保证车辆低速时的转向轻便型和高速时的操纵稳定性。

在90年代，各大汽车厂商和零部件公司都对线控转向进行了深入研究，美国通用公司，德国宝马公司，日本丰田公司，法国雪铁龙等公司都开发了SBW概念车，在车展上吸引了广泛的关注。英菲尼迪Q50L线控转向车在2013年底特律车展上亮相，是全球第一款配有线控转向的量产车，开启了汽车驾控新时代。另外，博世华域转向在2018年9月路演的一辆奥迪车上搭载了完全取消了中间轴的线控产品，真正实现转向比的参数化，使驾驶更加舒适。除了各大汽车厂商，各大高校和研究所也对SBW展开研究，斯坦福大学的BalachandranA,Gerdes JC通过客观评估的方法，分析路感模型中各个因素的灵敏度，并通过试验车X1验证仿真结果。S.Asai和Kaufmann等人提出了基于转向执行电机的电流来计算路感力矩的方法，电机的电流和转矩成正比，而电机的转矩和路面的回正力矩相关，这样能够把路面的详细信息反馈回来。国内对线控转向的研究起步较晚，但近几年相关研究也取得了很大的进步。同济大学研发的“春晖三号”新能源车，该车在第六届上海国际工业博览会亮相，其采用了线控转向系统，并配备燃料电池等新型动力系统。

英菲尼迪Q50L线控转向车其实保留了传统的转向柱，通过离合器和方向盘连接，平时是断开的，在系统失效时，离合器结合，从而提高系统的稳定性，这样由于备用转向传动柱的存在，上文提到的线控转向的优势未能充分发挥出来。另外，英菲尼迪Q50L线控转向车的转向系统供应商KYB前后花了十多年时间进行设计与验证，但是不幸的是在其上市不到一年的时间内，线控转向系统就因为方向盘和车轮的转动角度存在差异而不得不大量召回。

以上现有线控转向系统存在的问题成为制约线控转向车型量产的棘手问题，因此能否研究出容错性强、系统稳定、经济性优良且路感真实的新型线控转向系统成为发展线控转向市场化的一个重要环节。

发明内容