CN103171611A - 电控可变传动比转向连接机构、具有该连接机构的车辆转向*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电控可变传动比转向连接机构，包括承载转向意图的转向角度下旋转动力的动力输入轴，输出旋转动力的动力输出轴，所述的动力输入轴与动力输出轴通过连接二者的传动机构传输动力，其特征在于所述的传动机构包括：轮径可调的主动轮，与动力输入轴同步转动连接；轮径可调的从动轮，与动力输出轴同步转动连接，并通过连接带与主动轮相连；轮径调整驱动机构，在控制单元的控制下对主动轮和从动轮的轮径进行调整以使连接带保证主动轮与从动轮之间的都给力传递。同时，本发明还提供了一种具有上述电控可变传动比连接机构的车辆转向***。本发明结构简单，成本低，易实现，同时设有故障检测处理***，可以保证车辆行驶时的安全。

Description

电控可变传动比转向连接机构、具有该连接机构的车辆转向***

技术领域

本发明涉及一种转向连接机构，尤其涉及一种电控可变传动比转向连接机构，同时本发明还涉及了一种具有该电控可变传动比转向连接机构的车辆转向***。

背景技术

随着车辆越来越多地进入到人们的生活中，消费者对车辆的安全性及操控的舒适性的要求不断提高，为了满足消费者日益增高的需要，各个汽车生产厂家投入了大量的人力及财力对车辆的安全性能及操控性能进行研发，迄今为止也诞生了大量的车辆安全及操控发明的新技术。其中，转向***作为操控性能中最为核心的***之一，同时也是车辆安全的重要因素之一，因此，对转向***的研发成为了各个汽车生产厂家最为重视的***研发。这其中就包括宝马生产厂家研发的以两组行星排实现转向角叠加的转向***，以及奥迪、丰田、日产等厂家采用的以谐波齿轮式减速机构实现转向角叠加的转向***，上述的两种转向***均是通过实现转向角的叠加来控制车辆的转向，即当车辆处于低速行驶驾驶员转动方向盘对车辆进行转向时，方向盘通过中间转向传动机构带动转向器驱动车辆转向，由于转向***的作用，其会产生一与方向盘旋转方向相同的转向角，实际输出给转向器的旋转角度是将方向盘的旋转角度与中间转向传动机构旋转角度的叠加角，因此，在车辆低速行驶时，驾驶员只需旋转方向盘一个小角度即可实现对车辆大角度的转向，减少转向力的需求，方便驾驶员的操作。

当车辆处于高速行驶，驾驶员旋转方向盘对车辆进行转向操作时，方向盘通过中间转向传动结构带动转向器驱动车辆转向，此时，由于中间转向传动机构的作用，会产生一与方向盘旋转方向相反的转向角，实际输出给转向器的旋转角度同样是将方向盘的旋转的角度与中间转向传动机构旋转角度的叠加角，因此，车辆在高速行驶时，驾驶员需要旋转一个大于其转向意图的转向角，才能保证车辆按照驾驶员的意图进行转向。这样能够保证车辆在高速行驶时的安全性。

上述的转向***虽然既能够满足客户需求的安全性和易操作性，但是由于采用双行星齿轮组的转向***结构复杂，加工困难，技术精度要求高，且成本也较高，运行时的噪音大；而采用谐波齿轮结构的转向***对材料及加工工艺的要求高，且同样存在成本高的问题，因此，现有的转型***不利于普及。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种电控可变传动比转向连接机构，能够实现对输入转向角度的缩放，应用到车辆上时，可以根据车辆的运行状况对车辆方向盘的转角进行相应的放大或缩小后再传送给转向器，保证车辆的操作性能及安全性能，同时结构简单，成本低，易实现。

为实现上述目的，本发明的电控可变传动比转向连接机构包括承载转向意图的转向角度下旋转动力的动力输入轴，输出旋转动力的动力输出轴，所述的动力输入轴与动力输出轴通过连接二者的传动机构传输动力，所述的传动机构包括：

轮径可调的主动轮，与动力输入轴同步转动连接；

轮径可调的从动轮，与动力输出轴同步转动连接，并通过连接带与主动轮相连；

轮径调整驱动机构，在控制单元的控制下对主动轮和从动轮的轮径进行调整以使连接带保证主动轮与从动轮之间的动力传递。

作为对本发明的限定：还包括传动机构失效时、将转向意图的转向角度下的旋转动力直接传递给动力输出轴的失效转动连接机构。

作为对本发明的进一步限定：所述的失效转动连接机构包括承载转向意图的转向角度下旋转动力、并将该旋转动力分别传递给动力输入轴和动力输出轴的分动动力传输机构、以及在控制单元的控制下将分动了传输机构与动力输出轴之间的动力传输切断或连接的故障离合器。

作为对本发明的更进一步限定：所述分动力传输机构包括同步转动固连在动力输出轴上的输入齿轮、同步转动固连在动力输入轴上的与输入齿轮啮合相连的输出齿轮，所述的故障离合器连接设置在输入齿轮与从动轮之间的动力输出轴上。

作为对本发明的另一种限定：所述的主动轮包括与动力输入轴同轴固连的主动固定锥轮，与主动固定锥轮相对设置的、在驱动机构的驱动下可在动力输入轴上滑动的主动活动锥轮；所述的从动轮包括与动力输出轴同轴固连的从动固定锥轮，与从动固定锥轮相对设置的、在驱动机构的驱动下可在动力输出轴上滑动的从动活动锥轮，所述的主动固定锥轮与主动活动锥轮的锥形面构成主动轮对连接带的支撑，所述的从动固定锥轮与从动活动锥轮的锥形面构成从动轮对连接带的支撑。

对于轮径调整驱动机构的限定：所述的轮径调整驱动机构包括在控制单元的控制下驱动主动活动锥轮沿动力输入轴朝向或远离主动固定锥轮移动的第一驱动机构，以及在控制单元的控制下驱动从动活动锥轮沿动力输出轴朝向或远离从动固定锥轮移动的第二驱动机构，所述的第一驱动机构输出的动力通过第一推杆传递给主动活动锥轮，第二驱动机构输出的动力通过第二推杆传递给从动活动锥轮。

作为对轮径调整机构的进一步限定：所述第一推杆与主动活动锥轮之间固定设有第一推力轴承，第二推杆与从动活动锥轮之间固定设有第二推力轴承。

本发明还提供了一种车辆电控可变传动比转向***，包括用于驾驶员操作的方向盘，所述方向盘通过转向传动轴连接用于承接方向盘转向意图的转向角度下的旋转输出动力的动力输入轴，动力输入轴通过电控可变传动比转向连接机构连接用于输出旋转动力的动力输出轴，所述动力输出轴与车辆转向执行机构转向固连，所述电控可变传动比转向连接结构具有上述所述的结构。

作为对车辆电控可变传动比转向***的限定；还包括用于检测电控可变传动比连接机构失效的检测机构，其将检测到的失效信号传送给控制单元；

用于提醒驾驶员电控可变传动比连接机构失效的报警机构，所其接收控制单元的发出的报警信号，发出声光报警。

作为对检测机构的限定：所述检测机构包括：

设于方向盘上的转角传感器，其检测方向盘的转向角度，并将检测到的转向角度传给与其相连的控制单元；

设于转向器上的角度累积传感器，其用于检测转向器的转向角度，并将每次的转向角度累积叠加，叠加后的结果传递给与其相连的控制单元；

以及设于轮径调整驱动机构上的电机位置传感器，用于检测第一驱动机构与第二驱动机构的位置信息，并将检测的信息传送给与其相连的控制单元。

采用如上技术方案，可以达到如下的技术效果：

本发明动力输入轴与动力输出轴之间通过轮径可调整才主动轮带动轮径可变的从动轮相连，从而将转向输入轴输入的转向意图传递给转向输出轴带动车辆进行转向，由于主动轮与从动轮的的轮径均可以在控制单元的控制下进行调整，因此可以调整动力输入端到动力输出端的传动比，即不同的主动轮轮径与不同的从动轮轮径所传送的比值也不同，通过此操作可以对调整车辆转向***的传动比，在不同的车辆运行状况下可选择不同的传动比，实现了客户对车辆安全性和可操作性的双重要求，且机构简单，成本低，利于广泛应用；

本发明还设有失效转动连接机构，当本发明中的电控可变传动比转向连接机构失效时，失效转动连接结构在控制单元的作用下直接将驾驶员输入的旋转动力传输给动力输出轴，进而可以控制车辆转向执行机构驱动车辆进行转向，保证转向***继续有效，进而可以避免意外事故的发生，保证车内乘客的人身安全；

此外，本发明提供的车辆电控可变传动比转向***还设置了检测该电控可变传动比连接机构失效的检测机构，以及该连接机构失效时发出声光报警的报警装置，因此，当该连接机构失效时，检测机构可以及时检测到失效信息，通过报警机构可以发出声光报警，提醒驾驶员该传动机构失效，驾驶员可以通过调整操作避免意外事故的发生，保证车内人员的人身安全。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2时本发明实施例一中第一驱动机构61的结构示意图；

图3是本发明实施例二的结构示意图；

图4是本发明实施例二中对电控可变传动比连接机构失效检测、报警的***原理框图；

图5是本发明实施例中车辆处于不同模式时，转向传动比与车速关系的曲线图。

图中：1、动力输入轴；2、动力输出轴；3、主动轮； 31、主动固定锥轮；32、主动活动锥轮；4、从动轮；41、从动固定锥轮；42、从动活动锥轮；5、连接带；6、故障离合器；7换向齿轮；71、输入齿轮；72、输出齿轮；81、第一驱动机构；82、第二驱动机构；91第一推杆；92、第二推杆；101、第一推力轴承；102、第二推力轴承；11、方向盘；12、转向传动轴；13、转向器；14、转角传感器；15、转角累积传感器；16、电机位置传感器；17、声光报警器。

具体实施方式

实施例一

本实施例涉及的一种电控可变传动比转向连接机构包括：承载转向意图的转向角度下旋转动力的动力输入轴1，输出旋转动力的动力输出轴2，所述的动力输入轴1与动力输出轴2通过连接二者的传动机构传输动力。其中，所述的传动机构包括：

轮径可调的主动轮3，与动力输入轴1同步转动连接，其结构如图1所示，包括：主动固定锥轮31，所述的主动固定锥轮31与动力输入轴1同轴固连，可随动力输入轴31的带动下与动力输入轴1同步转动；主动活动锥轮32，与主动固定锥轮31相对设置，即主动固定锥轮31的锥面与主动活动锥轮32的锥面相对设置，同时，主动活动锥轮32在驱动机构的驱动下可在动力输入轴1上滑动，以朝向或远离主动固定锥轮31移动。

轮径可调的从动轮4，与动力输出轴2同步转动连接，并通过连接带5与主动轮3相连，其结构如图1所示，包括：从动固定锥轮41，与动力输出轴2同轴固连，可与动力输出轴2同步转动，将动力输出给后续的执行机构；从动活动锥轮42，与从动固定锥轮41相对设置，即从动固定锥轮41的锥面与从动活动锥轮42的锥面相对设置，同时，从动活动锥轮42在驱动机构的驱动下可在动力输出轴2上滑动，以朝向或远离从动固定锥轮41移动。

为了令主动轮3接受的旋转动力传递给从动轮4，进而令动力输入轴1的旋转动力传递给动力输出轴2，所述的主动轮3与从动轮4之间通过连接带5进行动力传递，其中为了保证连接带5对动力的传递效果，本实施例中主动固定锥轮31与主动活动锥轮32的锥形面构成主动轮3对连接带5的支撑，从动固定锥轮41与从动活动锥轮42的锥形面构成从动轮4对连接带5的支撑。正是基于上述主动轮3与从动轮4对连接带5的支撑原理，以及主动固定锥轮31与主动活动锥轮32之间、从动固定锥轮41与从动活动锥轮42之间的位置关系，可以调整主动轮3与从动轮4之间的动力输出比。同时，从本实施例的结构以及强度方面考虑，连接带5采用钢带。

本实施例还包括轮径调整驱动机构，其可以在控制单元的控制下对主动轮3和从动轮4的轮径进行调整，以使连接带5始终与主动轮3与从动轮4贴合，保证主动轮3与从动轮4之间的动力传递。其结构如图2所示：包括第一驱动机构81，其在控制单元的控制下可以实现对主动活动锥轮31的驱动，以使主动活动锥轮32沿动力输入轴1朝向或远离主动固定锥轮31移动；第二驱动机构82，其在控制单元的控制下可以实现对从动活动锥轮42的驱动，以使从动活动锥轮42沿动力输出轴2朝向或远离从动固定锥轮41移动。为了令本实施例的结构更加简单，所述第一驱动机构81与第二驱动机构82采用同轴电机，且电机采用滚珠丝杠传动技术输出动力，分别驱动主动活动锥轮32与从动活动锥轮42，其具体结构为图2所示：所述的第一驱动机构81的电机转子81-1设有内螺纹，一根带有与内螺纹相啮合的外螺纹的第一推杆91设于电机转子81-1内，且所述的外螺纹与电机转子81-1的内螺纹之间设有循环球81-2，电机在运转时电机转子81-1旋转，通过循环球81-2带动第一推杆91旋转，进而令第一推杆91左右移动。第二驱动机构82的机构与上述第一驱动机构81的结构完全相同。

而在主动活动锥轮32上固设有第一推力轴承101，从动活动锥轮42上固设有第二推力轴承102，第一推杆91通过第一推力轴承101驱动主动活动锥轮32沿动力输入轴1移动；第二推杆92通过第二推力轴承102驱动从动活动锥轮42沿动力输出轴移动。

为了进一步完善本实施例，还包括失效转动连接机构，当传动机构失效时，所述的失效转动连接机构可以将转向意图的转向角度下的旋转动力直接传递给动力输出轴。其结构如图1所示，包括：分动动力传输机构，其可以承载转向意图的转向角度下旋转动力，并将该旋转动力分别传递给动力输入轴1和动力输出轴2。本实施例中的分动力传输机构采用换向齿轮7，其包括输入齿轮71与输出齿轮72，其中所述的输入齿轮71同步转动固连在动力输出轴2上，输出齿轮72同步转动固连在动力输入轴1上，并与输入齿轮71啮合相连。

所述失效转动连接机构还包括故障离合器6，其在控制单元的控制下可以将分动力传输机构与动力输出轴2之间的动力传输切断或连接。所述的故障离合器6连接设置在输入齿轮71与从动轮3之间的动力输出轴2上。

实施例二

本实施例涉及一种车辆电控可变传动比转向***，其结构如图3所示：包括用于驾驶员操作的方向盘11，所述方向盘11通过转向传动轴12连动力输入轴1，动力输入轴1通过实施例一中所述的电控可变传动比转向连接机构连接用于输出旋转动力的动力输出轴2，所述动力输出轴2与车辆转向器13转向固连。由于本实施例中所采用的电控可变传动比连接机构为实施例一中的结构，因此，再次不再赘述该连接机构的结构。

此外，本实施例为了还设置了连接机构失效时的检测报警***，其结构如图4所示，包括：失效的检测机构，用于检测电控可变传动比连接机构是否失效，并检测到的信号传送给控制单元。本实施例中的失效检测机构采用转向角传感器14、角度累积传感器15以及电机位置传感器16。

其中转向角传感器14固设于方向盘1上，角度累积传感器15固设于转向器13上，这两者配合用于检测主动轮3与从动轮4之间的连接带是否正常传送动力，一旦发生连接带断裂的情况，控制单元可以根据转角传感器14与角度累积传感器15检测到的信号判断出主动轮3与从动轮4之间的连接带是否断裂，具体检测为：当驾驶员旋转方向盘11时，角度传感器14可以感测到该旋转信息，并肩检测到的转角信息传送与其信号输出端相连的给控制单元；角度累积传感器15固设在转向器13的的小齿轮端，当驾驶员旋转方向盘1而带动转向器13转动时，其可以感测到转向器13的旋转的角度，并将每次感测的到旋转角度叠加，同时将叠加得到的信息传送给与其信号输出端相连的控制单元，控制单元不仅要同时接收到转角传感器14与角度累积传感器15共同传送的信息，同时每接收一次转角传感器14传递的角度信息时，角度累积传感器15传递的角度信息必须相对上一次传递的角度信息有累加才能判断锥轮钢带传动机构工作时正常的，一旦连接带5出现断裂的情况，控制单元接收到转角传感器14检测的信息，角度累积传感器15检测到的信息相对上一次的信息却没有累积，此时，控制单元判连接带5发生断裂。而电机位置传感器16用于检测电机的运行状态，并将检测到的信息传递给控制单元，一旦控制单元发现该信号异常时，判断电机出现故障。

所述检测报警***还包括用于提醒驾驶员电控可变传动比连接机构失效的报警机构，本实施例采用声光报警器17，一旦电机出现故障，或者连接带发生断裂，所述的声光报警器17就会接收控制单元的发出的报警信号，发出声光报警，提醒驾驶员电磁可变传动比连接机构发生故障，同时控制单元会发出信号给故障离合器6，令其闭合，直接将转向传动轴12的动力输出给动力输出轴2，令车辆的转向***继续有效，保证车内乘客的人身安全。

本实施例的车辆在运行时，可以将车辆的转向***分为三种模式：

（1）固定传动比模式：该模式下车速与传动比的关系如图5中的K1曲线所示：第一电机61与第二电机62分别驱动第一推杆71与第二推杆72调整为初始位置，即方向盘1与转向器14小齿轮输入端的传动比为1:1，随着车速的变化，传动比始终不变。

（2）舒适模式：该模式下车速与转向传动比的关系如图5中的K2曲线所示：控制单元根据选择的模式自动调整控制策略，控制单元将采集车速信号、方向盘11的转角信号、以及横摆角加速度信号进行分析，在控制单元内部存储有根据车速，方向盘转角、及横摆角加速度计算得到传动比的相应程序，因此，根据上述的信息，控制单元可以根据实际情况改变传动比，具体调节如下：车辆低速行驶时，需要较小的转向传动比才能令驾驶员的操作更为简便，转向更为灵活，此时第一驱动机构81与第二驱动机构82在控制单元的控制下，分别推动第一推杆91与第二推杆92，改变主动固定锥轮31与主动活动锥轮32、以及从动固定锥轮41与从动活动锥轮42之间的间隙，进而改变连接带5的滚动半径，令转向传动比随着车速的增大而增大，此过程中转向传动比的变化率也增大；

车辆中速行驶时，为了保证车辆的操纵轻便，转向传动比随车速的增大而增大。具体也是通过控制单元控制第一驱动机构81与第二驱动机构82，进而控制改变主动固定锥轮31与主动活动锥轮32、以及从动固定锥轮41与从动活动锥轮42之间的间隙来实现的，此过程中转向传动比的变化率开始减小；车辆中高速行驶时，为了保证车辆行驶的平稳性即安全性，随着转向传动比变化率的减小，车辆趋于平稳运行；

车辆在高速行驶时，为了保证车辆行驶的平稳性和安全性，在控制单元的控制下，转向比趋于平稳。

（3）运动模式：该模式下，车速与转向传动比的关系如图5中K3曲线所示：在车辆低速行驶时，为了令转向轻便灵活，所需要的转向传动比较小，此时控制单元控制电控可变传动比连接机构的传动比随车速的增大而增大，此过程中转向传动比的变化率不大；车辆中速行驶时，为了保证车辆操控的轻便性，在控制单元的控制下，转向传动比随车速的增大而增大，此过程中转向传动比的变化率也增大；当车辆中高速行驶时，为了保证车辆行驶的安全性和平稳性，转向传动比随车速的增大继续增大，且车辆趋于平稳运行；当车辆高速行驶时，为了保证车辆行驶的安全，转向传动比趋于平稳。

此外，从结构的简单以及成本的方面考虑，本实施例中以及实施例一中的控制单元均直接采用车辆ECU。

Claims (10)

1.一种电控可变传动比转向连接机构,包括承载转向意图的转向角度下旋转动力的动力输入轴（1），输出旋转动力的动力输出轴（2），所述的动力输入轴（1）与动力输出轴（2）通过连接二者的传动机构传输动力，其特征在于所述的传动机构包括：

轮径可调的主动轮（3），与动力输入轴（1）同步转动连接；

轮径可调的从动轮（4），与动力输出轴（2）同步转动连接，并通过连接带（5）与主动轮（3）相连；

轮径调整驱动机构，在控制单元的控制下对主动轮（3）和从动轮（4）的轮径进行调整以使连接带（5）保证主动轮（3）与从动轮（4）之间的动力传递。

2.根据权利要求1所述的电控可变传动比转向连接机构，其特征在于：还包括传动机构失效时、将转向意图的转向角度下的旋转动力直接传递给动力输出轴的失效转动连接机构。

3.根据权利要求2所述的电控可变传动比转向连接机构，其特征在于：所述的失效转动连接机构包括承载转向意图的转向角度下旋转动力、并将该旋转动力分别传递给动力输入轴（1）和动力输出轴（2）的分动动力传输机构、以及在控制单元的控制下将分动了传输机构与动力输出轴（2）之间的动力传输切断或连接的故障离合器（6）。

4.根据权利要求3所述的电控可变传动比转向连接机构，其特征在于：所述分动力传输机构包括同步转动固连在动力输出轴（2）上的输入齿轮（71）、同步转动固连在动力输入轴（1）上的与输入齿轮（71）啮合相连的输出齿轮（72），所述的故障离合器（6）连接设置在输入齿轮（71）与从动轮（4）之间的动力输出轴（2）上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电控可变传动比转向连接机构，其特征在于：所述的主动轮（3）包括与动力输入轴（1）同轴固连的主动固定锥轮（31），与主动固定锥轮（31）相对设置的、在驱动机构的驱动下可在动力输入轴（1）上滑动的主动活动锥轮（32）；所述的从动轮（4）包括与动力输出轴（2）同轴固连的从动固定锥轮（41），与从动固定锥（41）轮相对设置的、在驱动机构的驱动下可在动力输出轴（2）上滑动的从动活动锥轮（42），所述的主动固定锥轮（31）与主动活动锥轮（32）的锥形面构成主动轮（3）对连接带（5）的支撑，所述的从动固定锥轮（41）与从动活动锥轮（42）的锥形面构成从动轮（4）对连接带（5）的支撑。

6.根据权利要求5所述的电控可变传动比转向连接机构，其特征在于：所述的轮径调整驱动机构包括在控制单元的控制下驱动主动活动锥轮（32）沿动力输入轴（1）朝向或远离主动固定锥轮（31）移动的第一驱动机构（81），以及在控制单元的控制下驱动从动活动锥轮（42）沿动力输出轴（2）朝向或远离从动固定锥轮（41）移动的第二驱动机构（82），所述的第一驱动机构（81）输出的动力通过第一推杆（91）传递给主动活动锥轮（32），第二驱动机构（82）输出的动力通过第二推杆（92）传递给从动活动锥轮（42）。

7.根据权利要求6所述的电控可变传动比转向连接机构，其特征在于：所述第一推杆（91）与主动活动锥轮（32）之间固定设有第一推力轴承（101），第二推杆（92）与从动活动锥轮（42）之间固定设有第二推力轴承（102）。

8.一种车辆转向***，包括用于驾驶员操作的方向盘（11），所述方向盘（11）通过转向传动轴（12）连接用于承接方向盘（11）转向意图的转向角度下的旋转输出动力的动力输入轴（1），动力输入轴（1）通过电控可变传动比转向连接机构连接用于输出旋转动力的动力输出轴（2），所述动力输出轴（2）与车辆转向执行机构转向固连，其特征在于：所述电控可变传动比转向连接结构具有如权利要求1至7任一项所述的结构。

9.根据权利要求8所述的车辆转向***，其特征在于：还包括用于检测电控可变传动比连接机构失效的检测机构，其将检测到的失效信号传送给控制单元；

用于提醒驾驶员电控可变传动比连接机构失效的报警机构，所其接收控制单元的发出的报警信号，发出声光报警。

10.根据权利要求9所述的车辆转向***，其特征在于：所述检测机构包括：

设于方向盘（11）上的转角传感器（14），其检测方向盘（11）的转向角度，并将检测到的转向角度传给与其相连的控制单元；

设于转向器（13）上的角度累积传感器（15），其用于检测转向器（13）的转向角度，并将每次的转向角度累积叠加，叠加后的结果传递给与其相连的控制单元；

以及设于轮径调整驱动机构上的电机位置传感器（16），用于检测第一驱动机构（61）与第二驱动机构（62）的位置信息，并将检测的信息传送给与其相连的控制单元。

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