本發(fā)明屬于汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合型前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操控性能直接關(guān)系到汽車的主動(dòng)安全以及駕駛者的駕駛體驗(yàn)。傳統(tǒng)齒輪齒條轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向盤到前輪的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比是固定的。前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Active Front Steering System，AFS)可以根據(jù)車速改變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比，且當(dāng)駕駛者進(jìn)行過(guò)度操縱而導(dǎo)致車輛接近不穩(wěn)定區(qū)域時(shí)對(duì)前輪轉(zhuǎn)向角進(jìn)行主動(dòng)修正，以保持車輛穩(wěn)定行駛。

AFS系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)角疊加機(jī)構(gòu)，多用雙輸入單輸出減速器(行星齒輪、諧波減速器等)來(lái)實(shí)現(xiàn)。德國(guó)寶馬公司和ZF公司聯(lián)合開發(fā)的前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(AFS)主要由液壓助力齒輪齒條式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行星齒輪式變傳動(dòng)比執(zhí)行系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。奧迪動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角疊加的核心組件為諧波齒輪機(jī)構(gòu)。

裝有AFS的汽車，低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比小，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)?shù)少，轉(zhuǎn)向操縱方便(車輛出入庫(kù)時(shí)，轉(zhuǎn)向不用換手)；高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比大，轉(zhuǎn)向操縱更間接，從而提高高速行駛轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定性。

AFS是一種能夠主動(dòng)修正前輪轉(zhuǎn)向角，同時(shí)又具有較高可靠性的先進(jìn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但是，AFS的主動(dòng)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向干預(yù)需要駕駛員相應(yīng)的合作和配合。當(dāng)AFS進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)，其轉(zhuǎn)向盤會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，駕駛員不能松開轉(zhuǎn)向盤，否則AFS將不能驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向，而通過(guò)行星齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤反轉(zhuǎn)。并且當(dāng)AFS系統(tǒng)主動(dòng)控制時(shí)，也會(huì)影響傳到方向盤上的力矩，從而影響駕駛員的路感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種混合型前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)的方向盤和轉(zhuǎn)向輪之間具有實(shí)時(shí)可控的力傳遞特性和角傳遞特性，具有可變傳動(dòng)比控制、車輛穩(wěn)定性控制、路感和回正控制、自動(dòng)駕駛控制及人機(jī)共駕控制的功能，在系統(tǒng)失效時(shí)自動(dòng)恢復(fù)到機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)，完全滿足安全法規(guī)要求。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種混合型前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括：輸入軸、輸出軸、雙排行星齒輪、行星架、方向盤、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、路感力矩傳感器、路感電動(dòng)機(jī)、路感反饋蝸輪、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)、轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向器及電子控制單元；

所述雙排行星齒輪由同軸固定的第一行星齒輪和第二行星齒輪組成；

所述行星架為圓柱形殼體，在其外圓周面加工有周向齒；

所述路感電動(dòng)機(jī)的輸出軸固定有同軸的路感反饋電機(jī)蝸桿；

所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的輸出軸固定有同軸的轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿；

整體連接關(guān)系如下：輸入軸和輸出軸的一端均同軸安裝有齒輪，輸入軸的另一端安裝有方向盤，輸出軸的另一端安裝有轉(zhuǎn)向器；雙排行星齒輪通過(guò)軸承安裝在行星架內(nèi)，且雙排行星齒輪的第一行星齒輪與輸入軸端部的齒輪嚙合，雙排行星齒輪的第二行星齒輪與輸出軸端部的齒輪嚙合，從而將輸入軸和輸出軸同軸連接；

行星架上的周向齒與轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)上的轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿嚙合；路感反饋蝸輪固定在輸入軸上，并與路感電動(dòng)機(jī)上的路感反饋電機(jī)蝸桿嚙合；

方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和路感力矩傳感器安裝在輸入軸上，并位于方向盤與路感反饋蝸輪之間；轉(zhuǎn)角傳感器安裝在輸出軸上；

電子控制單元接收到方向盤轉(zhuǎn)角傳感器所檢測(cè)的輸入軸的轉(zhuǎn)向信息，并結(jié)合當(dāng)前的車速信息計(jì)算轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速后，對(duì)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制；電子控制單元接收到路感力矩傳感器所檢測(cè)的輸入軸的力矩信息和轉(zhuǎn)角傳感器所檢測(cè)的輸出軸轉(zhuǎn)角信息后，根據(jù)設(shè)定的路感控制策略，對(duì)路感電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制。

有益效果：(1)本發(fā)明通過(guò)混合傳動(dòng)單元和三個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)了角傳遞特性和力傳遞特性的可控，通過(guò)電子控制單元的控制可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的智能化；在輔助駕駛系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)通過(guò)混合傳動(dòng)單元主動(dòng)疊加一個(gè)轉(zhuǎn)向角度輸出到轉(zhuǎn)向器，使轉(zhuǎn)向器兩端的車輪保持在車道中間，實(shí)現(xiàn)智能駕駛輔助；在自動(dòng)駕駛工況，如自動(dòng)泊車時(shí)，路感模擬電機(jī)可施加力矩使輸入軸不動(dòng)，轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)通過(guò)混合傳動(dòng)系統(tǒng)控制車輪的轉(zhuǎn)向；該系統(tǒng)具有高可靠性，通用性，市場(chǎng)前景廣，方便應(yīng)用于普通乘用車和商用車。

(2)本發(fā)明的行星架上加工有周向齒，與轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)上的轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿嚙合；這樣，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)角傳遞特性的時(shí)實(shí)可控，達(dá)到變傳動(dòng)比、主動(dòng)干預(yù)轉(zhuǎn)向或人機(jī)智能共駕的功能。

(3)本發(fā)明在輸入軸上安裝的路感反饋蝸輪與路感模擬電機(jī)上的路感反饋電機(jī)蝸桿嚙合，路感模擬電機(jī)可對(duì)輸入軸施加控制力矩，從而控制方向盤力矩，產(chǎn)生一個(gè)理想的駕駛員路感，從而實(shí)現(xiàn)可控的力傳遞特性。

(4)當(dāng)行駛在不平路面時(shí)，本發(fā)明的電子控制單元根據(jù)輸出軸上的轉(zhuǎn)角傳感器的信號(hào)和路感力矩傳感的信號(hào)波動(dòng)做出不平路面的判斷，發(fā)送指令給路感模擬電機(jī)，產(chǎn)生反向力矩抵消駕駛員手上的振動(dòng)和沖擊；方向盤不會(huì)再因路面的劇烈變化而產(chǎn)生過(guò)度振動(dòng)，駕車員能更平穩(wěn)地把控方向盤，減輕了駕駛員的疲勞。

(5)本發(fā)明的蝸輪蝸桿的嚙合部分采用低摩擦材料和大導(dǎo)程角，使蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)具有一定的逆效率，不會(huì)自鎖，即使系統(tǒng)失效，仍然可通過(guò)機(jī)械連接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖2為本發(fā)明的混合傳動(dòng)單元工作原理圖。

其中，1-輸入軸，2-輸出軸，3-第一行星齒輪，4-第二行星齒輪，5-行星架，6-轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿，7-路感反饋蝸輪，8-路感反饋電機(jī)蝸桿，9-電子控制單元，10-方向盤，11-方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，12-路感力矩傳感器，13-路感電動(dòng)機(jī)，14-轉(zhuǎn)向器，15-轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)，16-轉(zhuǎn)角傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種混合型前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，參見(jiàn)附圖1和2，包括：輸入軸1、輸出軸2、雙排行星齒輪、行星架5、方向盤10、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器11、路感力矩傳感器12、路感電動(dòng)機(jī)13、路感反饋蝸輪7、轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15、轉(zhuǎn)角傳感器16、轉(zhuǎn)向器14及電子控制單元9；

所述雙排行星齒輪由同軸固定的第一行星齒輪3和第二行星齒輪4組成；

所述行星架5為圓柱形殼體，在其外圓周面加工有周向齒；

所述路感電動(dòng)機(jī)13的輸出軸固定有同軸的路感反饋電機(jī)蝸桿8；

所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15的輸出軸固定有同軸的轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿6；

所述路感反饋蝸輪7、行星架5的周向齒、路感反饋電機(jī)蝸桿8及轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿6均為大導(dǎo)程角，材料均采用低摩擦材料；

整體連接關(guān)系如下：輸入軸1和輸出軸2的一端均同軸安裝有齒輪，輸入軸1的另一端安裝有方向盤10，輸出軸2的另一端安裝有轉(zhuǎn)向器14；雙排行星齒輪通過(guò)軸承安裝在行星架5內(nèi)，且雙排行星齒輪的第一行星齒輪3與輸入軸1端部的齒輪嚙合，雙排行星齒輪的第二行星齒輪4與輸出軸2端部的齒輪嚙合，從而將輸入軸1和輸出軸2同軸連接；

行星架5上的周向齒與轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15上的轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿6嚙合；路感反饋蝸輪7固定在輸入軸1上，并與路感電動(dòng)機(jī)13上的路感反饋電機(jī)蝸桿8嚙合；

方向盤轉(zhuǎn)角傳感器11和路感力矩傳感器12安裝在輸入軸1上，并位于方向盤10與路感反饋蝸輪7之間；轉(zhuǎn)角傳感器16安裝在輸出軸2上；

電子控制單元9分別與方向盤轉(zhuǎn)角傳感器11、路感力矩傳感器12、轉(zhuǎn)角傳感器16、路感電動(dòng)機(jī)13及轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15電氣連接；即電子控制單元9接收方向盤轉(zhuǎn)角傳感器11、路感力矩傳感器12及轉(zhuǎn)角傳感器16的信息，并對(duì)所述信息進(jìn)行整理后，發(fā)送給路感電動(dòng)機(jī)13及轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15進(jìn)行控制；

其中，輸入軸1、輸出軸2、雙排行星齒輪、行星架5、路感反饋蝸輪7、路感電動(dòng)機(jī)13上的路感反饋電機(jī)蝸桿8及轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15上的轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿6組成了混合傳動(dòng)單元。

工作原理：駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤10操作汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，初始時(shí)，行星架5保持不動(dòng)時(shí)，輸入軸1帶動(dòng)其端部的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)與其嚙合的第一行星齒輪3進(jìn)行自轉(zhuǎn)，由于第一行星齒輪3與第二行星齒輪4同軸固定，因此，第二行星齒輪4也相同的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過(guò)輸出軸2端部的齒輪帶動(dòng)輸出軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器14轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器11檢測(cè)到輸入軸1的轉(zhuǎn)向信息后，將該轉(zhuǎn)向信息傳遞給電子控制單元9，電子控制單元9根據(jù)所述轉(zhuǎn)向信息并結(jié)合當(dāng)前的車速信息計(jì)算轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15的轉(zhuǎn)速后，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15按所計(jì)算的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15通過(guò)轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)蝸桿6帶動(dòng)行星架5轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)行星架5轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第一行星齒輪3和第二行星齒輪4以輸入軸1為中心進(jìn)行公轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)輸出軸2端部的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，即驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器14轉(zhuǎn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器14的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)為上述兩個(gè)方面的運(yùn)動(dòng)合成，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器14帶動(dòng)兩端的車輪偏轉(zhuǎn)設(shè)定的角度；

同時(shí)，電子控制單元9接收到路感力矩傳感器12所檢測(cè)的輸入軸1的力矩信息和轉(zhuǎn)角傳感器16所檢測(cè)的輸出軸2轉(zhuǎn)角信息后，根據(jù)設(shè)定的路感控制策略，對(duì)路感電動(dòng)機(jī)13進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制，即通過(guò)路感反饋蝸輪7帶動(dòng)輸入軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生助力力矩，使駕駛員操作輕便，路感清晰；當(dāng)行駛在不平路面時(shí)，電子控制單元8根據(jù)輸出軸2上的轉(zhuǎn)角傳感器16的信號(hào)和路感力矩傳感12的信號(hào)波動(dòng)做出不平路面的判斷，發(fā)送指令給路感電機(jī)13，路感電動(dòng)機(jī)13產(chǎn)生反向力矩抵消駕駛員手上的振動(dòng)和沖擊；

其中，混合傳動(dòng)單元的工作原理如下：

根據(jù)行星傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程，可得：

n₁-αn₂-(1-α)n₅＝0

式中，n₁為輸入軸1的轉(zhuǎn)速，n₂為輸出軸2的轉(zhuǎn)速，n₅為行星架5的轉(zhuǎn)速，α為輸入軸1和輸出軸2的轉(zhuǎn)速比；

整理后，得

$n_2=\frac{1}{\mathrm{\α}}{n}_1+(1-\frac{1}{\mathrm{\α}})n_5$

由上式可知，輸出軸2的轉(zhuǎn)速等于輸入軸1的轉(zhuǎn)速和行星架5的轉(zhuǎn)速的加權(quán)和，加權(quán)系數(shù)分別為和輸出軸2轉(zhuǎn)速的變化可以調(diào)節(jié)輸入軸1的轉(zhuǎn)速和行星架5的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)；

其中，輸入軸1和輸出軸2的轉(zhuǎn)速比α還等于在行星架5固定不動(dòng)時(shí)，輸入軸1的轉(zhuǎn)速n′₁與輸出軸2的轉(zhuǎn)速n′₂的比值，即

$\mathrm{\α}=\frac{n_1^{\′}}{n_2^{\′}}=\frac{z_3}{z_1}\×\frac{z_2}{z_4}$

式中，z₁為輸入軸1上的齒輪的齒數(shù)，z₂為輸出軸2上的齒輪的齒數(shù)，z₃為第一行星齒輪3的齒數(shù)，z₄為第二行星齒輪4的齒數(shù)。

當(dāng)系統(tǒng)失效(即電子控制單元9或轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15不工作)時(shí)，可通過(guò)鎖止機(jī)構(gòu)來(lái)鎖止行星架5，使其轉(zhuǎn)速為0，此時(shí)：

$n_2=\frac{1}{\mathrm{\α}}{n}_1$

為了使本發(fā)明的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比一致，可使得接近于1，但不能等于1(因?yàn)榇藭r(shí)輸出軸2的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)15的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān))。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。