本發(fā)明屬于汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙電機(jī)行星齒輪結(jié)構(gòu)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，商用車使用的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但是存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功率消耗大、易泄露、轉(zhuǎn)向助力不易控制以及轉(zhuǎn)向助力特性單一等諸多問(wèn)題，與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有助力特性可調(diào)、轉(zhuǎn)向跟隨性好、燃油消耗低和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，因此在乘用車中得到廣泛應(yīng)用，由于商用車載重量大且在不同車速和不同載重量下所需轉(zhuǎn)向力矩在很大范圍內(nèi)變化，特別是在汽車滿載且低速行駛的工況下，汽車轉(zhuǎn)向所需力矩極大，且受汽車用電池供電電壓，安裝尺寸等方面的限制，普通單電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電機(jī)已不能滿足此商用車對(duì)轉(zhuǎn)向助力矩的要求。因此本發(fā)明提出一種雙電機(jī)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，不但具有普通電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制，對(duì)汽車轉(zhuǎn)向輕便性和安全性有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙電機(jī)行星齒輪結(jié)構(gòu)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及方法，以解決電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向輸出轉(zhuǎn)矩過(guò)小，無(wú)法滿足在商用車上應(yīng)用的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于雙電機(jī)行星齒輪結(jié)構(gòu)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括方向盤、轉(zhuǎn)矩耦合齒輪、第二助力電機(jī)齒輪、減速器、第一助力電機(jī)、第二助力電機(jī)、同步器、行星輪機(jī)構(gòu)和第一助力電機(jī)齒輪；方向盤和減速器之間依次設(shè)置有第一轉(zhuǎn)向軸和第二轉(zhuǎn)向軸；第一助力電機(jī)的輸出軸上設(shè)置有第一助力電機(jī)齒輪，第一助力電機(jī)齒輪通過(guò)連接軸與行星輪機(jī)構(gòu)連接；第二助力電機(jī)的輸出軸設(shè)置有轉(zhuǎn)矩耦合齒輪，轉(zhuǎn)矩耦合齒輪的一側(cè)同軸設(shè)置有第二助力電機(jī)齒輪；第一助力電機(jī)齒輪和轉(zhuǎn)矩耦合齒輪嚙合；轉(zhuǎn)矩耦合齒輪和第二助力電機(jī)齒輪之間設(shè)置有同步器；

行星輪機(jī)構(gòu)包括太陽(yáng)輪、行星輪、行星架和齒圈；太陽(yáng)輪設(shè)置在齒圈的中心，行星輪嚙合在太陽(yáng)輪和齒圈之間，行星架設(shè)置在行星輪上；第一助力電機(jī)齒輪通過(guò)連接軸垂直連接于太陽(yáng)輪的中心；第二助力電機(jī)齒輪與齒圈嚙合；行星輪機(jī)構(gòu)的齒圈與第二轉(zhuǎn)向軸通過(guò)減速器并聯(lián)耦合。

進(jìn)一步的，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還設(shè)置有控制模塊；方向盤下方的第一轉(zhuǎn)向軸上設(shè)置有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器；行星輪機(jī)構(gòu)與減速器之間的連接軸上設(shè)置有第一電磁離合器，第一電磁離合器和減速器之間設(shè)置有過(guò)載保護(hù)器；第一助力電機(jī)齒輪與太陽(yáng)輪之間的連接軸上設(shè)置有第二電磁離合器；第一助力電機(jī)齒輪與第一助力電機(jī)之間的連接軸上設(shè)置有第三電磁離合器。

進(jìn)一步的，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、第一電磁離合器、第二電磁離合器、第一助力電機(jī)、第二助力電機(jī)、同步器和第三電磁離合器均與控制模塊連接，控制模塊連接有車速傳感器。

進(jìn)一步的，過(guò)載保護(hù)器包括上連接盤柱、下連接盤柱和橡膠連接銷；上連接盤柱和下連接盤柱為設(shè)置有若干通孔的盤，且同軸設(shè)置；上連接盤柱和下連接盤柱通過(guò)設(shè)置在通孔內(nèi)的橡膠連接銷連接；上連接盤柱的上表面通過(guò)連接軸與第一電磁離合器連接，下連接盤柱的下表面與減速器軸連接。

進(jìn)一步的，第一轉(zhuǎn)向軸和第二轉(zhuǎn)向軸之間通過(guò)萬(wàn)向節(jié)連接。

進(jìn)一步的，減速器連接有轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向器的兩端設(shè)置有車輪。

進(jìn)一步的，同步器能夠沿軸向移動(dòng)，能夠分別與轉(zhuǎn)矩耦合齒輪和第二助力電機(jī)齒輪連接。

進(jìn)一步的，一種基于雙電機(jī)行星齒輪結(jié)構(gòu)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向方法，所述雙電機(jī)行星齒輪結(jié)構(gòu)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括方向盤、轉(zhuǎn)矩耦合齒輪、第二助力電機(jī)齒輪、減速器、第一助力電機(jī)、第二助力電機(jī)、同步器、行星輪機(jī)構(gòu)和第一助力電機(jī)齒輪；方向盤和減速器之間依次設(shè)置有第一轉(zhuǎn)向軸和第二轉(zhuǎn)向軸；第一助力電機(jī)的輸出軸上設(shè)置有第一助力電機(jī)齒輪，第一助力電機(jī)齒輪通過(guò)連接軸與行星輪機(jī)構(gòu)連接；第二助力電機(jī)的輸出軸設(shè)置有轉(zhuǎn)矩耦合齒輪，轉(zhuǎn)矩耦合齒輪的一側(cè)同軸設(shè)置有第二助力電機(jī)齒輪；第一助力電機(jī)齒輪和轉(zhuǎn)矩耦合齒輪嚙合；轉(zhuǎn)矩耦合齒輪和第二助力電機(jī)齒輪之間的連接軸上設(shè)置有同步器；

行星輪機(jī)構(gòu)包括太陽(yáng)輪、行星輪、行星架和齒圈；太陽(yáng)輪設(shè)置在齒圈的中心，行星輪嚙合在太陽(yáng)輪和齒圈之間，行星架設(shè)置在行星輪上；第一助力電機(jī)齒輪通過(guò)連接軸垂直連接于太陽(yáng)輪的中心；第二助力電機(jī)齒輪與齒圈嚙合；行星輪機(jī)構(gòu)的齒圈與第二轉(zhuǎn)向軸通過(guò)減速器并聯(lián)耦合；

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還設(shè)置有控制模塊；方向盤下方的第一轉(zhuǎn)向軸上設(shè)置有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器；行星輪機(jī)構(gòu)與減速器之間的連接軸上設(shè)置有第一電磁離合器，第一電磁離合器和減速器之間設(shè)置有過(guò)載保護(hù)器；第一助力電機(jī)齒輪與太陽(yáng)輪之間的連接軸上設(shè)置有第二電磁離合器；第一助力電機(jī)齒輪與第一助力電機(jī)之間的連接軸上設(shè)置有第三電磁離合器；

同步器能夠沿軸向移動(dòng)，能夠分別與轉(zhuǎn)矩耦合齒輪和第二助力電機(jī)齒輪連接；

所述基于雙電機(jī)行星齒輪結(jié)構(gòu)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向方法，包括以下步驟：

1)車速傳感器采集的車速信號(hào)，方向盤轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器采集的轉(zhuǎn)角信號(hào)輸出至控制模塊，并與控制模塊中存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)向力矩、方向盤轉(zhuǎn)角和車速變化曲線進(jìn)行比較，得出方向盤應(yīng)當(dāng)具有的轉(zhuǎn)向力矩；

2)控制模塊將計(jì)算得到的方向盤應(yīng)當(dāng)具有的轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器測(cè)出的方向盤轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較，得出助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩；

3)控制模塊對(duì)助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行判斷，若助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩大于第一助力電機(jī)、第二助力電機(jī)單獨(dú)助力時(shí)的轉(zhuǎn)矩，選擇雙電機(jī)耦合助力模式，此時(shí)控制模塊控制第一助力電機(jī)、第二助力電機(jī)工作，第二電磁離合器、第三電磁離合器閉合，同步器位與轉(zhuǎn)矩耦合齒輪結(jié)合；

若助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩大于第二助力電機(jī)單獨(dú)助力的轉(zhuǎn)矩，則選擇第一助力電機(jī)單獨(dú)助力模式，此時(shí)，控制模塊控制第一助力電機(jī)工作、第二助力電機(jī)關(guān)斷，第二電磁離合器、第三電磁離合器閉合，同步器位于中間位置；

第二助力電機(jī)單獨(dú)助力模式，分為兩種模式；若助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩大于第二助力電機(jī)單獨(dú)助力模式一的最大轉(zhuǎn)矩，則選擇第二助力電機(jī)單獨(dú)助力模式二，此時(shí)，控制模塊控制第一助力電機(jī)關(guān)斷、第二助力電機(jī)工作，第二電磁離合器、第三電磁離合器開(kāi)啟，同步器和第二助力電機(jī)齒輪結(jié)合；若助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩小于等于第二助力電機(jī)單獨(dú)助力模式一的最大轉(zhuǎn)矩，則選擇第二助力電機(jī)單獨(dú)助力模式一，此時(shí)，控制模塊控制第一助力電機(jī)關(guān)斷、第二助力電機(jī)工作，第二電磁離合器閉合、第三電磁離合器開(kāi)啟，同步器和轉(zhuǎn)矩耦合齒輪合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明通過(guò)設(shè)置雙電機(jī)行星齒輪結(jié)構(gòu)，根據(jù)所需助力轉(zhuǎn)矩的大小，可以實(shí)現(xiàn)靈活多變的助力模式，滿足商用車輛大助力轉(zhuǎn)矩的需求。當(dāng)需求助力轉(zhuǎn)矩相對(duì)較小時(shí)，根據(jù)條件不同選擇第一助力電機(jī)單獨(dú)助力模式、第二助力電機(jī)單獨(dú)助力模式一和第二助力電機(jī)單獨(dú)助力模式二；當(dāng)需求助力轉(zhuǎn)矩相對(duì)較大時(shí)，可以選擇雙電機(jī)耦合助力模式。本發(fā)明對(duì)于提高燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛員駕駛舒適性具有重要的作用。

本發(fā)明中，通過(guò)多個(gè)電磁離合器的配合使用，避免了電機(jī)之間互相拖動(dòng)影響，避免造成功率浪費(fèi)。

本發(fā)明中，通過(guò)設(shè)置減速器起到減速增扭的作用，進(jìn)一步提高助力電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；本發(fā)明通過(guò)設(shè)置過(guò)載保護(hù)器，當(dāng)電機(jī)和控制模塊故障，發(fā)生自動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)，由于轉(zhuǎn)矩過(guò)大，橡膠連接銷將發(fā)生斷裂，切斷轉(zhuǎn)矩傳遞，起到過(guò)載保護(hù)的作用。

本發(fā)明中，第一電磁離合器處于常閉狀態(tài)，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，第一電磁離合器開(kāi)啟，防止車輛自動(dòng)轉(zhuǎn)向發(fā)生重大事故，對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)作用。本發(fā)明包含過(guò)載保護(hù)器和第一電磁離合器的雙重保護(hù)，保證電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向故障下的轉(zhuǎn)向可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明雙電機(jī)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2a為過(guò)載保護(hù)器的結(jié)構(gòu)圖；

圖2b上連接盤柱和下連接盤柱連接處的剖視圖；

圖3為本發(fā)明雙電機(jī)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制策略圖。

其中：1、方向盤；2、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器；3、控制模塊；4、萬(wàn)向節(jié)；5、轉(zhuǎn)矩耦合齒輪；6、第二助力電機(jī)齒輪；7、齒圈；8、減速器；9、車輪；10、轉(zhuǎn)向器；11、過(guò)載保護(hù)器；12、第一電磁離合器；13、行星架；14、太陽(yáng)輪；15、行星輪；16、第二電磁離合器；17、第一助力電機(jī)齒輪；18、同步器；19、第二電磁離合器；20、第一助力電機(jī)；21、第二助力電機(jī)；22、第二轉(zhuǎn)向軸；23、第一轉(zhuǎn)向軸；24、上連接盤柱；25、下連接盤柱；26、橡膠連接銷。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

請(qǐng)參閱圖1至圖3，一種基于雙電機(jī)行星齒輪結(jié)構(gòu)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括方向盤1、轉(zhuǎn)矩耦合齒輪5、第二助力電機(jī)齒輪6、減速器8、第一助力電機(jī)20、第二助力電機(jī)21、同步器18、行星輪機(jī)構(gòu)和第一助力電機(jī)齒輪17；方向盤1和減速器8之間依次設(shè)置有第一轉(zhuǎn)向軸23和第二轉(zhuǎn)向軸22；第一助力電機(jī)20的輸出軸上設(shè)置有第一助力電機(jī)齒輪17，第一助力電機(jī)齒輪17通過(guò)連接軸與行星輪機(jī)構(gòu)連接；第二助力電機(jī)21的輸出軸設(shè)置有轉(zhuǎn)矩耦合齒輪5，轉(zhuǎn)矩耦合齒輪5的一側(cè)同軸設(shè)置有第二助力電機(jī)齒輪6；第一助力電機(jī)齒輪17和轉(zhuǎn)矩耦合齒輪5嚙合；轉(zhuǎn)矩耦合齒輪5和第二助力電機(jī)齒輪6之間設(shè)置有同步器18；

行星輪機(jī)構(gòu)包括太陽(yáng)輪14、行星輪15、行星架13和齒圈7；太陽(yáng)輪14設(shè)置在齒圈7的中心，行星輪15嚙合在太陽(yáng)輪14和齒圈7之間，行星架13設(shè)置在行星輪15上；第一助力電機(jī)齒輪17通過(guò)連接軸垂直連接于太陽(yáng)輪14的中心；第二助力電機(jī)齒輪6與齒圈7嚙合；行星輪機(jī)構(gòu)的齒圈7與第二轉(zhuǎn)向軸22通過(guò)減速器8并聯(lián)耦合。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還設(shè)置有控制模塊3；方向盤1下方的第一轉(zhuǎn)向軸23上設(shè)置有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器2；行星輪機(jī)構(gòu)與減速器8之間的連接軸上設(shè)置有第一電磁離合器12，第一電磁離合器12和減速器8之間設(shè)置有過(guò)載保護(hù)器11；第一助力電機(jī)齒輪17與太陽(yáng)輪14之間的連接軸上設(shè)置有第二電磁離合器16；第一助力電機(jī)齒輪17與第一助力電機(jī)20之間的連接軸上設(shè)置有第三電磁離合器19。

轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器2、第一電磁離合器12、第二電磁離合器16、第一助力電機(jī)20、第二助力電機(jī)21、同步器18和第三電磁離合器19均與控制模塊3連接，控制模塊3連接有車速傳感器。

過(guò)載保護(hù)器11包括上連接盤柱24、下連接盤柱26和橡膠連接銷25；上連接盤柱24和下連接盤柱26為設(shè)置有若干通孔的盤，且同軸設(shè)置；上連接盤柱24和下連接盤柱26通過(guò)設(shè)置在通孔內(nèi)的橡膠連接銷25連接；上連接盤柱24的上表面通過(guò)連接軸與第一電磁離合器12連接，下連接盤柱26的下表面與減速器8軸連接。

第一轉(zhuǎn)向軸23和第二轉(zhuǎn)向軸22之間通過(guò)萬(wàn)向節(jié)4連接。

減速器8連接有轉(zhuǎn)向器10，轉(zhuǎn)向器10的兩端設(shè)置有車輪9。

同步器能夠沿軸向移動(dòng)，能夠分別與轉(zhuǎn)矩耦合齒輪5和第二助力電機(jī)齒輪6連接。

本發(fā)明的工作原理如下：

1)車速傳感器采集的車速信號(hào)，方向盤轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器2采集的轉(zhuǎn)角信號(hào)輸出至控制模塊3，并與控制模塊3中存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)向力矩、方向盤轉(zhuǎn)角和車速變化曲線進(jìn)行比較，得出方向盤應(yīng)當(dāng)具有的轉(zhuǎn)向力矩；

2)控制模塊3將計(jì)算得到的方向盤應(yīng)當(dāng)具有的轉(zhuǎn)向力矩與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器2測(cè)出的方向盤轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較，得出助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩；

3)控制模塊3對(duì)助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行判斷，若助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩大于第一助力電機(jī)20、第二助力電機(jī)21單獨(dú)助力時(shí)的轉(zhuǎn)矩，選擇雙電機(jī)耦合助力模式，此時(shí)控制模塊3控制第一助力電機(jī)20、第二助力電機(jī)21工作，第二電磁離合器16、第三電磁離合器19閉合，同步器位18與轉(zhuǎn)矩耦合齒輪5結(jié)合；

若助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩大于第二助力電機(jī)21單獨(dú)助力的轉(zhuǎn)矩，則選擇第一助力電機(jī)20單獨(dú)助力模式，此時(shí)，控制模塊控制第一助力電機(jī)20工作、第二助力電機(jī)21關(guān)斷，第二電磁離合器16、第三電磁離合器閉合19，同步器18位于中間位置；

第二助力電機(jī)21單獨(dú)助力模式，分為兩種模式；若助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩大于第二助力電機(jī)21單獨(dú)助力模式一的最大轉(zhuǎn)矩，則選擇第二助力電機(jī)21單獨(dú)助力模式二，此時(shí)，控制模塊控制第一助力電機(jī)20關(guān)斷、第二助力電機(jī)21工作，第二電磁離合器16、第三電磁離合器19開(kāi)啟，同步器18和第二助力電機(jī)齒輪6結(jié)合；若助力電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的轉(zhuǎn)矩小于等于第二助力電機(jī)21單獨(dú)助力模式一的最大轉(zhuǎn)矩，則選擇第二助力電機(jī)21單獨(dú)助力模式一，此時(shí)，控制模塊控制第一助力電機(jī)20關(guān)斷、第二助力電機(jī)21工作，第二電磁離合器16閉合、第三電磁離合器19開(kāi)啟，同步器18和轉(zhuǎn)矩耦合齒輪5合。