本發(fā)明屬機(jī)械工程領(lǐng)域，具體涉及一種帶液壓鎖止機(jī)構(gòu)的左右輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向裝置。

背景技術(shù)：

伴隨汽車智能化和電動化的趨勢，汽車傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)發(fā)生改變，左右車輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)形式的汽車中，特別適用于分布式驅(qū)動電動汽車，這種車輛能夠?qū)崿F(xiàn)四輪獨(dú)立驅(qū)動，具有很高的控制自由度，通過合理的控制算法可以提高汽車的安全性、動力性和穩(wěn)定性，因此得到廣泛的研究。分布式驅(qū)動電動汽車結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上，每個車輪配有一個輪轂/輪邊驅(qū)動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以采用傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，也可以采用獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，從而通過四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向獨(dú)立驅(qū)動實(shí)現(xiàn)對汽車運(yùn)動的更好控制。

專利CN 205075885 U中，轉(zhuǎn)向電機(jī)垂直布置于車輪上方，雖然能滿足四輪獨(dú)立驅(qū)動，并且改善轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)，但左右車輪沒有鎖止機(jī)構(gòu)，一旦某個轉(zhuǎn)向電機(jī)出現(xiàn)故障，將無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。專利CN 205113422 U中，通過卡槽和卡齒的接合來實(shí)現(xiàn)由獨(dú)立轉(zhuǎn)向到整體轉(zhuǎn)向的切換，但接合過程不夠平順，響應(yīng)較慢，影響駕駛感覺，并且由于缺乏自鎖機(jī)構(gòu)以及和方向盤的機(jī)械連接，在外界干擾下不利于行駛方向的保持，抗干擾性較差。

左右輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向?yàn)槠嚨目刂茙砗艽蟮撵`活性，通過分別修正左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角，減少輪胎磨損，改善汽車行駛穩(wěn)定性，然而仍有一些技術(shù)性問題需要解決。轉(zhuǎn)向電機(jī)抵抗外界干擾能力較差，需要采用特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)或者逆效率較高的傳動裝置，在一些特定工況下，需要左右轉(zhuǎn)向輪由獨(dú)立運(yùn)動切換成整體運(yùn)動，由于左右輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了方向盤和轉(zhuǎn)向橫拉桿的機(jī)械連接，因此當(dāng)一側(cè)轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)生故障時，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無法正常工作，因此需要對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的容錯能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決背景技術(shù)中提出的問題，本發(fā)明提出了一種可控液壓鎖止式左右輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，旨在獨(dú)立控制左右轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動的同時，能在特定工況下通過液壓鎖止機(jī)構(gòu)使左右轉(zhuǎn)向輪通過機(jī)械連接一起運(yùn)動，適用于傳統(tǒng)的轎車，混合動力汽車，電動汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，然而，從系統(tǒng)布置和設(shè)計(jì)初衷來考慮，本裝置主要適用于四輪獨(dú)立驅(qū)動獨(dú)立轉(zhuǎn)向的分布式電動車輛。

應(yīng)用本發(fā)明所提供的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過左右輪的獨(dú)立轉(zhuǎn)向，可以滿足汽車特殊轉(zhuǎn)向工況的要求，比如原地轉(zhuǎn)向，并且可以通過電機(jī)的精確控制，在原有轉(zhuǎn)向梯形的基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn)向輪的位置進(jìn)行修正，減少輪胎的磨損，在轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)生故障時通過液壓裝置對左右齒條進(jìn)行鎖死，采用冗余設(shè)計(jì)提高系統(tǒng)的工作可靠性，并且電子液壓控制響應(yīng)快，滿足汽車快速響應(yīng)的需求。

本發(fā)明所提供的裝置功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，液壓鎖止機(jī)構(gòu)，電子控制單元，主要包括轉(zhuǎn)向電機(jī)，蝸輪蝸桿減速器，齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)，液壓缸，電磁閥，轉(zhuǎn)向橫拉桿，電磁離合器，電機(jī)以及電磁閥控制器。

該機(jī)構(gòu)的左右轉(zhuǎn)向電機(jī)1、6分別固定在助力機(jī)構(gòu)殼體9上，左右轉(zhuǎn)向電機(jī)1、6的輸出軸分別通過聯(lián)軸器與蝸桿7相連，蝸輪8和齒輪12軸線在一條直線上并通過電磁離合器20相連，通過軸承固定在助力機(jī)構(gòu)殼體9上，左右轉(zhuǎn)向電機(jī)動力流經(jīng)蝸桿7、蝸輪8、齒輪12帶動左右齒條19、10平移，所述左右齒條19、10外端分別通過球鉸鏈Ⅰ18a和球鉸鏈Ⅳ18d與左右轉(zhuǎn)向橫拉桿17、11相連，所述左右齒條19、10內(nèi)端分別通過球鉸鏈Ⅱ18b和球鉸鏈Ⅲ18c與活塞桿4a和液壓缸4的缸筒4b相連，所述助力機(jī)構(gòu)殼體9和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接底板16固定在副車架上；

所述液壓缸4的左右腔油液出口與電控液壓閥3相連，電控液壓閥3的另一端與固定在車身上的儲油室5相連，所述電控液壓閥3由電控液壓閥控制器14控制通斷實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向輪獨(dú)立運(yùn)動和整體運(yùn)動；

所述左右轉(zhuǎn)向電機(jī)1、6的左右轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器15、13以及電控液壓閥控制器14通過CAN總線通信。

所述殼體9和底板16之間裝有橡膠襯套，以減少外界對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的沖擊。

所述蝸輪8和齒輪12軸線在一條直線上，并通過電磁離合器20的分離和接合實(shí)現(xiàn)二者一起轉(zhuǎn)動和獨(dú)立轉(zhuǎn)動。

所述球鉸鏈Ⅰ18a、球鉸鏈Ⅱ18b、球鉸鏈Ⅲ18c、球鉸鏈Ⅳ18d和左右齒條19、10處有潤滑劑，在球鉸鏈Ⅰ18a、球鉸鏈Ⅱ18b、球鉸鏈Ⅲ18c、球鉸鏈Ⅳ18d和左右齒條19、10處以及助力機(jī)構(gòu)殼體9和左右齒條19、10連接處配有防塵罩2。

方向盤轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，以及車速信息由傳感器發(fā)送到CAN總線上，左右轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器15、13以及電控液壓閥控制器14從CAN總線上接收到對應(yīng)的報文從而發(fā)出相應(yīng)的指令，控制左右轉(zhuǎn)向電機(jī)1、6轉(zhuǎn)動和電控液壓閥3、電磁離合器20動作。

本發(fā)明上述方案與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相比具有以下技術(shù)效果：

車輛行駛過程中，轉(zhuǎn)向輪會受到路面的干擾，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中駕駛員會通過握緊方向盤來抵抗路面的干擾，而本發(fā)明中由于取消了齒輪齒條和方向盤之間的機(jī)械連接，如果轉(zhuǎn)向電機(jī)處采用普通的齒輪減速機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向輪會在外界的干擾下改變原來的位置，由于電機(jī)控制中存在的滯后性和超調(diào)，即使通過對電機(jī)力矩調(diào)節(jié)使轉(zhuǎn)向輪回到預(yù)期位置，也會造成轉(zhuǎn)向輪在外界干擾下不斷擺動，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，這在汽車設(shè)計(jì)中是不允許的，因此，要在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中采用自鎖裝置，從而使外界的干擾不會對轉(zhuǎn)向輪的位置產(chǎn)生大的影響。從這方面考慮，在轉(zhuǎn)向電機(jī)處采用蝸輪蝸桿減速裝置，蝸桿的螺旋角一般較小，很容易產(chǎn)生自鎖，并且蝸輪蝸桿的減速比較大，有利于減少電機(jī)的尺寸，傳動平穩(wěn)，噪音低。提高駕駛舒適性。但這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的逆效率低，車輪無法自動回正，因此回正過程需要轉(zhuǎn)向電機(jī)的參與。

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)向梯形控制左右轉(zhuǎn)向車輪的相對位置關(guān)系，這轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計(jì)是一種折衷的設(shè)計(jì)，不能保證左右轉(zhuǎn)向輪任意時刻都繞同一個圓心運(yùn)動，而左右輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以分別控制左右輪的轉(zhuǎn)角，保證左右轉(zhuǎn)向輪更好地協(xié)調(diào)運(yùn)動，減少輪胎磨損。

當(dāng)主動改變某個轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角時，地面對輪胎的作用力也會發(fā)生相應(yīng)的改變，汽車的轉(zhuǎn)彎軌跡也會發(fā)生相應(yīng)的改變，因此左右輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向可以對汽車軌跡進(jìn)行修正，當(dāng)汽車發(fā)生緊急情況，比如失去方向穩(wěn)定性時，可以和ESP結(jié)合起來，提高汽車行駛安全性。

助力機(jī)構(gòu)殼體機(jī)構(gòu)通過橡膠襯套和連接底板相連，橡膠襯套可以減少路面干擾對轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的沖擊，液壓缸和齒條之間通過球鉸鏈連接，防止左右齒條相對位置發(fā)生變化時對液壓缸產(chǎn)生額外的力和力矩。

當(dāng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要由獨(dú)立運(yùn)動切換為整體運(yùn)動時，比如一側(cè)轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)生故障時，電控液壓閥通電，液壓缸左右兩腔沒有液體流通，左右齒條一起運(yùn)動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供裝置的示意圖；

圖2是本發(fā)明所提供裝置的蝸輪處傳動軸示意圖；

圖3是本發(fā)明所提供裝置鎖止時液壓系統(tǒng)的示意圖。

上述圖中編號所對應(yīng)的零部件名稱為：

1—左轉(zhuǎn)向電機(jī)，2—防塵罩，3—電控液壓閥，4—液壓缸，4a—活塞桿，4b—缸筒，5—儲油室，6—右轉(zhuǎn)向電機(jī)，7—蝸桿，8—蝸輪，9—助力機(jī)構(gòu)殼體，10—右齒條，11—右轉(zhuǎn)向橫拉桿，12—齒輪，13—右轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器，14—電控液壓閥控制器，15—左轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器，16—轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接底板，17—左轉(zhuǎn)向橫拉桿，18a—球鉸鏈Ⅰ，18b—球鉸鏈Ⅱ，18c—球鉸鏈Ⅲ，18d—球鉸鏈Ⅳ，19—左齒條，20—電磁離合器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體內(nèi)容及實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

參閱圖1、圖2。圖為本發(fā)明所提供機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案，包括左轉(zhuǎn)向電機(jī)1，防塵罩2，電控液壓閥3，液壓缸4，活塞桿4a，缸筒4b，儲油室5，右轉(zhuǎn)向電機(jī)6，蝸桿7，蝸輪8，助力機(jī)構(gòu)殼體9，右齒條10，右轉(zhuǎn)向橫拉桿11，齒輪12，右轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器13，電控液壓閥控制器14，左轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器15，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接底板16，左轉(zhuǎn)向橫拉桿17，球鉸鏈，左齒條19，電磁離合器20。

參閱圖1、圖2。左右轉(zhuǎn)向電機(jī)1、6固定在助力機(jī)構(gòu)殼體9上，蝸輪8和齒輪12通過電磁離合器20相連，通過軸承固定在助力機(jī)構(gòu)殼體9上，電機(jī)動力流經(jīng)蝸桿7、蝸輪8和齒輪12帶動左右齒條19、10平移，左齒條19左端通過球鉸鏈18a與左轉(zhuǎn)向橫拉桿17相連，右端通過球鉸鏈18b與活塞桿4a相連，右齒條10左端通過球鉸鏈18c與液壓缸4的缸筒4b相連，右端通過球鉸鏈18d和右轉(zhuǎn)向橫拉桿11相連，球鉸鏈增加系統(tǒng)運(yùn)動的自由度，防止車輪跳動和轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生運(yùn)動干涉，助力機(jī)構(gòu)殼體9和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接底板16之間裝有橡膠襯套，從而減少外界對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的沖擊，通過電控液壓閥3的通斷來控制實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向輪獨(dú)立運(yùn)動和整體運(yùn)動，整套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接底板16固定在副車架上。

在電控液壓閥3不通電時，參閱圖1所示，液壓缸4的左右腔和儲油室5相連，活塞桿4a可以相對缸筒4b自由運(yùn)動，左右齒條19、10可以相對運(yùn)動，從而左右車輪可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立轉(zhuǎn)向。電控液壓閥3通電時，在電磁力的作用下，克服彈簧阻力，電控液壓閥3達(dá)到圖3所示的工作狀態(tài)，此時液壓缸4左右腔以及儲油室5相互之間沒有液體流動，活塞桿4a相對缸筒4b靜止，左右齒條19、10沒有相對位移，左右轉(zhuǎn)向輪由獨(dú)立運(yùn)動切換為整體運(yùn)動。當(dāng)左右轉(zhuǎn)向輪需要從整體運(yùn)動切換為獨(dú)立運(yùn)動時，電控液壓閥3斷電，在回位彈簧的作用下，液壓閥恢復(fù)到圖1所示的工作狀態(tài)。

參閱圖1，在一般工況下，電控液壓閥3不通電，在汽車直線行駛時，由于蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的自鎖性，在外界的干擾下，汽車依然具有保持直線行駛的能力。

參閱圖1，在汽車轉(zhuǎn)彎時，電控液壓閥3不通電，左右轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器15、13從CAN總線上接收車速以及方向盤傳來的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩等信號，根據(jù)事先制定的控制算法，算出左右轉(zhuǎn)向電機(jī)1、6轉(zhuǎn)過的角度，對左右轉(zhuǎn)向電機(jī)1、6進(jìn)行位置控制，使其轉(zhuǎn)過相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過蝸桿7帶動蝸輪8轉(zhuǎn)動，此時電磁離合器20處于接合狀態(tài)，蝸輪8帶動齒輪12轉(zhuǎn)動，齒輪帶動齒條做直線運(yùn)動，通過活塞桿4a和缸筒4b相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)左右齒條19、10有不同的位移，左右齒條19、10分別帶動左右轉(zhuǎn)向橫拉桿17、11運(yùn)動，轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)相連，轉(zhuǎn)向節(jié)帶動轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動。

在汽車轉(zhuǎn)彎時，左右轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器15、13從CAN總線上接收方向盤轉(zhuǎn)角、車速等信息，在原有的轉(zhuǎn)向梯形的幾何結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，考慮輪胎的側(cè)偏特性，通過分別調(diào)整左右轉(zhuǎn)向車輪轉(zhuǎn)角，盡量保證二者運(yùn)動軌跡的圓心重合，從而減少輪胎的磨損。

當(dāng)汽車遇到緊急工況時，比如緊急避障、過度轉(zhuǎn)向造成汽車橫擺角速度急劇增加，駕駛員失去對汽車的控制時，左右轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器15、13通過從CAN總線接收到的汽車橫擺角速度、車速等信息，判斷異常情況的發(fā)生，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)角，從而對汽車行駛軌跡的修正，和ESP結(jié)合起來，提高汽車的主動安全性能。

當(dāng)汽車需要特殊的轉(zhuǎn)向工況時，比如原地轉(zhuǎn)向、前軸后軸共同轉(zhuǎn)向時，控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的控制策略控制轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)角即可。

參閱圖2、圖3，當(dāng)一側(cè)的轉(zhuǎn)向電機(jī)發(fā)生故障時，由于蝸輪蝸桿傳動的自鎖性，齒條不能通過齒輪12、蝸輪8帶動蝸桿7轉(zhuǎn)動，此時發(fā)生故障一側(cè)電磁離合器20斷開，同時電控液壓閥3通電，左右齒條19、10鎖止在一起，由未發(fā)生故障的轉(zhuǎn)向電機(jī)帶動左右轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動。

綜上，本發(fā)明所提供裝置可實(shí)現(xiàn)左右輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向，并且可在特定的工況下實(shí)現(xiàn)鎖止，整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很好的可控性和工作可靠性。