CN101209692A - 一种用于汽车前照灯的旋转执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车前照灯的旋转执行器，其特征在于该输出轴设有输出轴齿轮，该输出轴齿轮通过传动齿轮组与步进电机连接，在外壳内还设有线路板，步进电机的输入端与线路板电路连接，在传动齿轮组上设有磁环，磁环与霍尔芯片相耦合，该霍尔芯片与线路板电路连接。本发明使用步进电机提供使灯具射灯单元旋转所需要的动力。步进电机动作后，通过传动一系列齿轮组的传动来改变与其相连的汽车前照灯射灯单元的角度，使射灯单元绕其输出轴转动，从而实现汽车前照灯的转弯照明，通过磁环和霍尔芯片的配合使用，可以判断旋转执行器运行是否正常，为旋转执行器的位置精度提供了保证。本发明的优点在于控制精度和传动可靠性高。

Description

一种用于汽车前照灯的旋转执行器

技术领域：

本发明涉及一种汽车前照灯的照射方向的控制装置，特别涉及一种用于汽车前照灯的旋转执行器。

背景技术：

汽车的前照灯都是固定在汽车前部的两边，当汽车夜间直行时，其灯光能够照射在前进方向的路面上，保证司机有良好的前方视线，但当汽车在弯道转弯时，前照灯的照射灯光却偏离了汽车的前进方向，致使司机看不清路面情况，给司机安全行驶带来困难，往往因此造成交通事故。这不仅会影响正常驾驶和运行，还会造成不应有的财产损失，甚至危及人身安全，尤其在山路或地理条件复杂的路段这一问题就更为突出了。现在有了一些能够随方向盘转向的而改变照射方向的前照灯，如有的是利用钢索进行传动，随方向盘的转动而将转动角传递给车辆前照灯，以控制车辆前照灯的左右转动给夜间安全运行提供了方便，但是它的整体传动结构复杂，不便于车辆上的布置，而且随着使用时间的延长，钢索的拉伸，车辆前照灯的照射角的随动性也变差，因此总体上存在结构复杂，跟踪效果较差的缺点。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种控制精度和传动可靠性更高的用于汽车前照灯的旋转执行器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于汽车前照灯的旋转执行器，包括外壳，外壳设有输出轴，其特征在于该输出轴设有输出轴齿轮，该输出轴齿轮通过传动齿轮组与步进电机连接，在外壳内还设有线路板，步进电机的输入端与线路板电路连接，传动齿轮组内设有磁环，磁环与霍尔芯片相耦合，该霍尔芯片与线路板电路连接。该传动齿轮组包括与输出轴齿轮啮合连接的第一中间齿轮，第一中间齿轮与第二中间齿轮固定连接，第二中间齿轮与第三中间齿轮啮合连接，第三中间齿轮与第四中间齿轮固定连接，第四中间齿轮与第五中间齿轮啮合连接，第五中间齿轮与步进电机的输出轴固定连接，磁环与第二中间齿轮连接，霍尔芯片设在磁环上方的线路板上。

本发明中线路板可以与车身ECU的LIN协议通信，根据灯光旋转角度的需要由线路板对其进行控制，迅速实现AFS***的灯光照射角度的调节，使用步进电机提供使灯具射灯单元旋转所需要的动力。步进电机动作后，通过传动一系列齿轮组的传动来改变与其相连的汽车前照灯射灯单元的角度，使射灯单元绕其输出轴转动，从而实现汽车前照灯的转弯照明。本发明的优点在于控制精度和传动可靠性高。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的正向***图

图3是本发明的反向***图

图4是本发明的工作原理图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

本发明涉及的是一种用于汽车前照灯自适应调光***AFS(AdaptiveFrontlighting System：AFS)的旋转执行器，它能实现与车身主电子控制单元(electronic control unit：ECU)的LIN协议通信，并根据车体传感器信号(通过车身主ECU)判断行车状态，计算在不同行车状态下前照灯射灯单元需要调整的角度，之后由旋转执行器根据车身主ECU发出的控制信号驱动步进电机。步进电机动作后，通过传动一系列齿轮组的传动来改变与其相连的汽车前照灯射灯单元的角度，使射灯单元绕其输出轴转动，从而实现汽车前照灯的转弯照明。本产品结构紧凑，功能强大，传动稳定，能提供汽车前照灯AFS***的灯光照射角度控制的要求，包括上下调光以及左右调光马达的控制。并且，本发明用于驱动的电机为步进电机，因此，旋转执行器也包括了步进电机的驱动，并且，旋转执行器内部通过一系列的齿轮传动，将步进电机的初始步距角转化为旋转执行器输出轴上的较小的步距角，使得本发明在满足调光速度要求的同时，得到了更高的控制精度以及传动可靠性。

图中示出了该旋转执行器的结构，该旋转执行器包括外壳1，外壳1设有输出轴2，其特征在于该输出轴2设有输出轴齿轮3，该输出轴齿轮3通过传动齿轮组与步进电机4连接，在外壳1内还设有线路板5，步进电机4的输入端与线路板5电路连接，传动齿轮组内设有磁环6，磁环6与霍尔芯片7相耦合，该霍尔芯片7与线路板5电路连接。该传动齿轮组包括与输出轴齿轮3啮合连接的第一中间齿轮8，第一中间齿轮8与第二中间齿轮9固定连接，第二中间齿轮9与第三中间齿轮10啮合连接，第三中间齿轮10与第四中间齿轮11固定连接，第四中间齿轮11与第五中间齿轮12啮合连接，第五中间齿轮12与步进电机4的输出轴固定连接，磁环6安装在第二中间齿轮9上，霍尔芯片7设在位于磁环6上方的线路板5上。

步进电机4动作后，通过一系列齿轮传动，在满足调光速度及调光所需扭矩的前提下，降低步进电机4走一步所得到的光形变化角度，可以使旋转执行器的控制精度更高。

通过一组霍尔传感器检测其运行后的位置。该霍尔传感器包括霍尔芯片7和磁环6，其中磁环6固定在传动机构中相对于输出轴的次级齿轮上，用以产生磁场，霍尔芯片7固定在线路板5上，用以感应磁场变化。该设计可以判断旋转执行器运行是否正常，为旋转执行器的位置精度提供了保证，同时，也可以提供故障报警所需的信号。

磁环6上面可以设计几个不对称分布的槽，方便磁环6的安装定位，同时，在随着传动齿轮转动时，可以输出一个变化的磁场。磁环6安装在第二中间齿轮9上，而不是安装在输出轴2上，可以使磁环6的转动角度增加，消除磁环6的磁场变化响应精度的影响。

输出轴2的头部加工成花键形式13，可以使旋转执行器在工作时的传动更可靠，同时，在输出轴2和射灯单元配合处增加一弹性簧片，可消除因加工误差引起的间隙。

在输出轴2的下部，安装了预紧弹簧15，可以提供旋转执行器的预紧力，并保证预紧弹簧15在旋转执行器工作时始终处于收缩状态，消除了传动齿轮加工误差及齿轮传动的间隙的影响，保证了旋转执行器的定位精度。外壳1设有外壳卡槽16，预紧弹簧15的一端固定在外壳卡槽16上，预紧弹簧15的另一端固定在设在输出轴2上的输出轴卡槽17上。旋转执行器分左右两个，分别采用左右对称的预紧弹簧，保证在旋转执行器的工作范围内，预紧弹簧均处于压缩状态，为旋转执行器在整个工作范围内提供预紧力；安装时，需要使用夹具将预紧弹簧15按压缩方向旋转转入输出轴卡槽17，使弹簧安装后即有预紧力。

外壳内设计有一固定弹簧的外壳卡槽16，外壳卡槽16有一定的宽度，可以使预紧弹簧15在一定范围内移动，通过外壳卡槽16可以看到预紧弹簧15。由于左右旋转执行器的输出轴2旋转方向不一致，为了使预紧弹簧15在整个工作范围内都能提供预紧力，因此，左右旋转执行器的预紧弹簧15分别采用左旋和右旋，旋转执行器安装好后，在预紧力的作用下，预紧弹簧15在外壳卡槽16中的位置也不相同，因此，可以根据外壳卡槽16中预紧弹簧15的位置，分辨左右侧的旋转执行器。同时，由于旋转执行器的传动齿轮上始终存在预紧力，因此，当发生齿轮失效(如断齿等情况)时，输出轴2总是能在预紧弹簧15的作用下，回到初始位置。

输出轴齿轮3为扇形齿轮，扇形的圆弧上设有齿，外壳1内还设有与该扇形齿轮相配合的定位挡块18。在旋转执行器安装后，需要确定其工作的初始位置，因此，在工作前，需要对其进行初始化动作，该定位挡块18即提供初始化定位的功能，在初始化时，先让旋转执行器动作，当输出轴齿轮3的侧边接触定位挡块18后，按照左右侧的不同，后退相应的角度，该位置即为旋转执行器的工作零位。由于旋转执行器有左右之分，在执行器工作时，左右侧的旋转角度不同，因此定位挡块18的位置也不同，为了节约成本，旋转执行器左右侧的外壳9相同，而改变旋转执行器输出轴2上的输出轴齿轮3位置，使齿轮3侧边与定位挡块12保持各自需要的角度。

外壳1由上下两部分组成，上下外壳1之间有一系列定位孔，可以保证上下外壳1配合安装时的精度；上下外壳1之间通过卡扣固定，固定方便可靠。

使用步进电机4提供使灯具射灯单元旋转所需要的动力。可以根据灯光旋转角度的需要由线路板5对其进行控制，迅速实现AFS***的灯光照射角度的调节。步进电机4的外壳设有卡爪14，该旋转执行器的外壳1设有与该卡爪14相配合的槽口，通过卡爪14与槽口的配合固定，使其生产过程中的安装更简单有效，定位精度更高。步进电机4通过其外壳上的卡爪与旋转执行器的外壳1经冲压后配合，步进电机4的引脚与线路板5焊接，避免了使用其他的接插件，降低了成本，同时也使产品的性能更加可靠；线路板5的安装固定是靠一些分布在外壳1上的定位热铆脚19、步进电机的引脚焊接及旋转执行器接插件20与线路板5的八个针脚21的焊接来实现的，增加了定位约束，对零件的加工精度要求更高，但能更好地保证旋转执行器地精度，从而使配对的霍尔传感器的输出反馈信号更为可靠，霍尔芯片7在PCB线路板5上，但引起磁场变化的磁环6安装在齿轮9上，同时也使旋转执行器的耐震动性能更好。

本发明采用了8针的接插件，同时在线路板上设计有两套步进电机的单独驱动，因此，在应用于AFS中时，只要通过一根LIN信号线发送处理信号，即可由本旋转执行器同时提供水平调光马达的驱动，减少了AFS中用于水平调光的驱动模块，大大节约了成本。接插件20的8根针脚11与外壳1一体注塑，保证了定位精度，使其在与接插件20对插侧的接头以及线路板5上焊孔的配合更好，便于实现生产线上的自动化安装。这8针引脚的功能定义为一根LIN信号线、一根+12V电源线、一根接地以及四根步进电机驱动信号线和一根空脚，空脚可用于以后进行功能上的补充(旋转执行器上的电机引脚在旋转执行器内部，与线路板焊接)。

通过这样的设计，可以实现与车身ECU的LIN协议通信，并根据车体传感器信号(通过车身ECU)判断行车状态，计算前照灯射灯单元的调整角度，并驱动步进电机。该设计可以使旋转执行器与车身ECU的信息交换更简单快捷，效率更高。通过一根LIN信号线控制，由一个旋转执行器同时驱动AFS功能实现需要的两个电机(用于上下调光的水平调光执行器以及用于弯道照明的旋转执行器的电机)，提高了控制的效率，节约了成本。

图4示出了本发明的工作原理：当车辆行车状态改变，需要改变汽车前照灯的照射角度时，车身ECU根据车身传感器的检测信号，通过车身LIN总线发送一个控制信号到旋转执行器，旋转执行器接收到该信号后，首先判断该信号是控制旋转执行器还是控制水平调光马达，如果该信号是控制水平调光步进电机，则PCB线路板上的MCU根据信号计算出对水平调光步进电机进行调整需要的脉冲数，并产生相应的脉冲，通过电机控制模块输出到水平调光步进电机；如果确认该信号是控制旋转执行器的，则根据霍尔传感器的输出信号判断旋转执行器输出轴的位置，计算当前位置与控制信号指定位置的位置差，计算步进电机需要运行的步数并且把模拟信号转换成驱动步进电机所需要的脉冲信号，驱动步进电机工作。以上过程都是在PCB线路板上完成，其核心为单片机。步进电机运行后，通过齿轮组传动，将步进电机的步距角(步进电机每走一步，步进电机的输出轴转过的角度)由15度转换到旋转执行器输出轴的0.1度，使旋转执行器的控制精度更高，并且，由于步进电机的转速取决于驱动频率，因此，只要在满足旋转执行器的输出扭矩的前提下，通过改变单片机输出脉冲信号的频率，就可以控制光线出射角度变化的快慢，使旋转执行器的动态响应性能更好；旋转执行器的位置反馈是通过一套霍尔传感器实现的。在与输出轴相连的次级齿轮(中间齿轮9)上，用胶水固定一形状不对称的磁环，这样，在旋转执行器动作时，就能通过齿轮的传动，带动该磁环转动，从而在其周围得到一个变化的磁场；线路板上的霍尔检测芯片可以根据该磁场的变化，产生一个变动的电信号反馈给单片机，单片机就能根据该信号的大小判断出旋转执行器输出轴所处的位置，进而可以判断旋转执行器是否正常工作。

显而易见，熟悉前照灯灯光控制技术的人在不违背本发明的精神或者不超出其范围的情况下可对本发明的旋转执行器作出种种修改和变形，包括PCB线路板设计、传动机构的设计、外壳与内部各元件的配合设计等等。因此，倘若对本发明的种种修改和变型处在所附的权利要求书及其等同物的范围内，则本发明包括这些修改和变型。

Claims (7)

1.一种用于汽车前照灯的旋转执行器，包括外壳，外壳设有输出轴，其特征在于该输出轴设有输出轴齿轮，该输出轴齿轮通过传动齿轮组与步进电机连接，在外壳内还设有线路板，步进电机的输入端与线路板电路连接，传动齿轮组内设有磁环，磁环与霍尔芯片相耦合，该霍尔芯片与线路板电路连接。

2.按权利要求1所述的用于汽车前照灯的旋转执行器，其特征在于该传动齿轮组包括与输出轴齿轮啮合连接的第一中间齿轮，第一中间齿轮与第二中间齿轮固定连接，第二中间齿轮与第三中间齿轮啮合连接，第三中间齿轮与第四中间齿轮固定连接，第四中间齿轮与第五中间齿轮啮合连接，第五中间齿轮与步进电机的输出轴固定连接，磁环与第二中间齿轮连接，霍尔芯片设在磁环上方的线路板上。

3.按权利要求1或2所述的用于汽车前照灯的旋转执行器，其特征在于输出轴的头部加工成花键的形式，在输出轴的下部设有预紧弹簧。

4.按权利要求3所述的用于汽车前照灯的旋转执行器，其特征在于外壳设有外壳卡槽，预紧弹簧的一端固定在外壳卡槽上，预紧弹簧的另一端固定在设在输出轴上的输出轴卡槽上。

5.按权利要求2所述的用于汽车前照灯的旋转执行器，其特征在于输出轴齿轮为扇形结构，扇形的圆弧设有与第一中间齿轮相啮合的齿，外壳内还设有与该扇形齿轮相配合的定位挡块。

6.按权利要求1所述的用于汽车前照灯的旋转执行器，其特征在于步进电机的外壳设有卡爪，该旋转执行器的外壳设有与该卡爪相配合的槽口。

7.按权利要求1所述的用于汽车前照灯的旋转执行器，其特征在于线路板与车身通过信号线连接。

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