一种线控转向装置及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及汽车技术领域，尤其涉及一种线控转向装置及车辆。


背景技术：

2.在当前电动化、智能化日益快速发展的情况下，自动驾驶功能的配置是车辆总体的发展趋势，而线控转向系统作为转向的下一代核心技术，能够与l4/l5级别的自动驾驶更加深度融合，实现人机共驾，给整车带来更好的操控体验。
3.线控转向技术所具备最大的特点是布置灵活及高安全性，结合以上特点，当前线控转向技术的普遍方案为：蜗轮蜗杆传动结构的转向操纵机构、双电机方案的转向执行机构以及电磁离合器形式的连接机构，但上述方案存在一系列的缺点：转向操纵机构占用空间大、传动比高、控制精准度低、没有限位机构无法实现下电锁止、转向执行机构双电机占用空间大、电机协调控制复杂、同步性差、不具备产业化条件；电磁离合器结构在当前的电子电气架构下已经不具备使用价值。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种线控转向装置及车辆，具有布置空间小、控制精准度高、能实现转向盘的下电锁止、电机协调控制简单、同步性好的优点。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.第一方面，本实用新型实施例提供了一种线控转向装置，包括转向操纵机构，所述转向操纵机构包括：
7.转向输入轴，所述转向输入轴的一端连接有转向盘；
8.转向锁止单元，用于限定所述转向输入轴的旋转角度，所述转向锁止单元的一端与所述转向输入轴的另一端连接，所述转向锁止单元的另一端连接有扭杆；
9.转角转矩一体式传感器，所述转角转矩一体式传感器的一端与所述扭杆连接；
10.行星排减速机构，所述行星排减速机构的输出端连接所述转角转矩一体式传感器的另一端，所述行星排减速机构的输入端连接有六相双绕组转向操纵电机；
11.转向操纵机构控制器，所述转向操纵机构控制器与所述六相双绕组转向操纵电机为一体式结构，所述转角转矩一体式传感器与所述转向操纵机构控制器通讯连接。
12.优选地，所述转向锁止单元包括：
13.上壳体；
14.转向轴，设置于所述上壳体内，所述转向轴的两端分别设有上限位件和下限位件，且所述上限位件和所述下限位件均与所述上壳体的内侧壁转动连接；
15.滑动螺母，所述滑动螺母与所述转向轴螺接，且所述滑动螺母沿所述转向轴的轴向与所述上壳体的内侧壁滑动连接；
16.下壳体，所述转向轴设有下限位件的一端与所述下壳体连接，且所述下壳体与所述转向轴之间设有压溃调整件，所述扭杆与所述下壳体连接。
17.优选地，所述转向操纵机构还包括与车辆连接的安装支架和与所述安装支架连接的夹紧组件，所述夹紧组件能夹紧或松开所述下壳体。
18.优选地，所述行星排减速机构包括：
19.减速机壳体；
20.齿圈，固定安装于所述减速机壳体内；
21.行星轮，与所述齿圈啮合；
22.太阳轮，与所述行星轮啮合，所述太阳轮的输入端与所述六相双绕组转向操纵电机的输出轴连接；
23.行星排支架，与所述减速机壳体转动连接，所述行星轮和所述转角转矩一体式传感器均与所述行星排支架连接。
24.优选地，所述转角转矩一体式传感器通过第一通讯连接线和第二通讯连接线与所述转向操纵机构控制器通讯连接。
25.优选地，所述线控转向装置还包括转向执行机构和综合控制器，所述转向操纵机构控制器通过线控转向系统canfd总线和线控转向系统can总线与所述综合控制器通讯连接，所述转向执行机构通过线控转向系统canfd总线和线控转向系统can总线与所述综合控制器通讯连接。
26.优选地，所述转向执行机构包括：
27.转向执行机构控制器，其通过线控转向系统canfd总线和线控转向系统can总线与所述综合控制器通讯连接；
28.六相绕组转向执行电机，其与所述转向执行机构控制器为一体式结构；
29.齿条，所述齿条通过带传动组件与所述六相绕组转向执行电机连接；
30.齿轮输入轴，所述齿轮输入轴的一端与所述齿条连接，另一端连接有转角传感器，所述转角传感器与所述转向执行机构控制器通讯连接。
31.优选地，所述转角传感器通过第三通讯连接线和第四通讯连接线与所述转向执行机构控制器通讯连接。
32.优选地，所述综合控制器通过底盘canfd总线和底盘can总线分别与中央网关、车身稳定控制系统和智能刹车系统通讯连接。
33.第二方面，本实用新型实施例还提供了一种车辆，包括上述的线控转向装置。
34.本实用新型的有益效果：设置六相双绕组转向操纵电机控制转向输入轴，保证六相双绕组转向操纵电机在工作过程中不会失效，确保线控转向装置使用的安全性，使车辆正常转向；且六相双绕组转向操纵电机与转向输入轴同轴设置，控制精准度高，电机协调控制简单，同步性好；转向操纵机构控制器与六相双绕组转向操纵电机为一体式结构，使得线控转向装置的布置空间小；设置限定转向输入轴旋转角度的转向锁止单元，保证在下电状态下转向盘自由活动在一定范围内，防止转向输入轴旋转超预设范围。
附图说明
35.图1是本实用新型实施例提供的转向操纵机构的结构示意图；
36.图2是本实用新型实施例提供的转向操纵机构的爆炸结构图；
37.图3是本实用新型实施例提供的线控转向装置的架构图；
38.图4是本实用新型实施例提供的转向执行机构的结构示意图。
39.图中：
40.a、转向操纵机构；b、转向执行机构；c、转向锁止单元；
41.1、转向盘；2、转向输入轴；3、转角转矩一体式传感器；4、行星排减速机构；5、六相双绕组转向操纵电机；6、转向操纵机构控制器；7、转角传感器；8、齿轮输入轴；9、齿条；10、转向执行机构控制器；11、六相绕组转向执行电机；12、带传动组件；13、综合控制器；14、综合控制器终端电阻一；15、综合控制器终端电阻二；16、中央网关终端电阻一；17、中央网关终端电阻二；18、中央网关；19、车身稳定控制系统；20、智能刹车系统；21、第一通讯连接线；22、第二通讯连接线；23、转向操纵控制器网络节点一；24、转向操纵控制器网络节点二；25、转向执行控制器网络节点一；26、转向执行控制器网络节点二；27、综合控制器内部网络节点一；28、综合控制器内部网络节点二；29、线控转向系统canfd总线；30、线控转向系统can总线；31、第三通讯连接线；32、第四通讯连接线；33、综合控制器外部网络节点一；34、综合控制器外部网络节点二；35、底盘canfd总线；36、底盘can总线；37、底盘网络节点一；38、底盘网络节点二；39、底盘网络节点三；40、底盘网络节点四；41、底盘网络节点五；42、底盘网络节点六；43、上壳体；44、第一夹紧件；45、安装支架；46、传感器壳体；47、减速机壳体；48、支撑轴；49、第二夹紧件；50、调节手柄；51、扭杆；52、上支撑轴承；53、上限位件；54、滑动螺母；55、转向轴；56、下限位件；57、下支撑轴承；58、压溃调整件；59、下壳体；60、传感器支撑轴承；61、齿圈；62、行星排支架；63、行星排支架支撑轴承；64、行星轮；65、太阳轮；66、转角传感器盖；67、转角传感器壳体；68、转角传感器支撑轴承。
具体实施方式
42.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
44.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
45.如图1和图2所示，本实施例提供的线控转向装置包括转向操纵机构，转向操纵机构包括转向输入轴2、转向锁止单元c、转角转矩一体式传感器3、行星排减速机构4和转向操
纵机构控制器6。转向输入轴2的一端连接有转向盘1，转向锁止单元c用于限定转向输入轴2的旋转角度，转向锁止单元c的一端与转向输入轴2的另一端连接，转向锁止单元c的另一端连接有扭杆51；转角转矩一体式传感器3与转向操纵机构控制器6通讯连接，转角转矩一体式传感器3的一端与扭杆51连接，另一端与行星排减速机构4的输出端连接，行星排减速机构4的输入端连接有六相双绕组转向操纵电机5；转向操纵机构控制器6与六相双绕组转向操纵电机5为一体式结构。
46.本实施例提供的线控转向装置中设置六相双绕组转向操纵电机5控制转向输入轴2，六相双绕组转向操纵电机5是一个具有两个三相绕组的电机，两个三相绕组构成了六相绕组，通过双绕组的冗余设计，保证六相双绕组转向操纵电机5在工作过程中不会失效，确保线控转向装置使用的安全性，使车辆正常转向；且六相双绕组转向操纵电机5与转向输入轴2同轴设置，控制精准度高，电机协调控制简单，同步性好；转向操纵机构控制器6与六相双绕组转向操纵电机5为一体式结构，使得线控转向装置的布置空间小；设置限定转向输入轴2旋转角度的转向锁止单元c，保证在下电状态下转向盘1自由活动在一定范围内，防止转向输入轴2旋转超预设范围。
47.需要说明的是，六相双绕组转向操纵电机5还可以替换为十二相绕组的电机，同样能够实现上述的有益效果，在此不再赘述。
48.进一步地，转角转矩一体式传感器3用于采集转角信号及转矩信号，转角转矩一体式传感器3通过第一通讯连接线21和第二通讯连接线22实现与转向操纵机构控制器6之间的通讯连接，以传送采集到的转角信号和转矩信号。转角转矩一体式传感器3可输出四路转矩信号和两路转角信号，其中，转角信号为pwm格式的信号，转矩信号为sent格式的信号，通过设置同一信号的多路输出，可以供转向操纵机构a实现校验及冗余控制。
49.具体地，在本实施例中，转向锁止单元c包括上壳体43和转向轴55，转向轴55设置于上壳体43内，转向轴55的两端分别设有上限位件53和下限位件56，且上限位件53和下限位件56均与上壳体43的内壁转动连接，转向轴55上螺接有滑动螺母54，滑动螺母54能沿转向轴55的轴向与上壳体43的内侧壁滑动连接。在转动转向盘1时，转向轴55旋转，上限位件53和下限位件56随转向轴55相对上壳体43旋转，滑动螺母54会沿转向轴55的轴向移动，与上限位件53或下限位件56接触，阻止转向盘1继续旋转，限定了转向盘1旋转的圈数，起到了锁止的作用。转向盘1旋转的圈数与滑动螺母54在转向轴55上的移动距离有关，本实施例中，将转向盘1旋转限定在
±
720
°
范围内。转向锁止单元c还包括下壳体59，转向轴55设有下限位件56的一端与下壳体59连接，且下壳体59与转向轴55之间设有压溃调整件58，扭杆51与下壳体59连接，压溃调整件58起到了保证转向输入轴2溃缩行程的作用。压溃调整件58的结构为现有技术，在此不作具体限定。
50.进一步地，上限位件53和下限位件56分别通过上支撑轴承52和下支撑轴承57与上壳体43的内壁转动连接。
51.转向锁止单元c还包括与车辆连接的安装支架45和与安装支架45连接的夹紧组件，夹紧组件能夹紧或松开下壳体59。夹紧组件通过安装支架45与车辆连接，松开夹紧组件能调节转向操纵机构a的安装高度和角度，以适用不同驾驶者的驾驶需求。在本实施例中，夹紧组件包括第一夹紧件44和与第一夹紧件44活动连接的第二夹紧件49，第二夹紧件49上设有调节手柄50，调节手柄50通过支撑轴48与第二夹紧件49连接，旋转调节手柄50可以使
第二夹紧件49与第一夹紧件44连接以使夹紧组件夹紧下壳体59，或使第二夹紧件49与第一夹紧件44分离以使夹紧组件松开下壳体59。由于第一夹紧件44和第二夹紧件49的具体结构为现有技术，在此不再详细叙述。
52.在本实施例中，行星排减速机构4包括减速机壳体47，减速机壳体47内固定安装有齿圈61，行星轮64与齿圈61啮合，太阳轮65与行星轮64啮合，太阳轮65的输入端与六相双绕组转向操纵电机5的输出轴连接，行星排支架62与减速机壳体47转动连接，具体地，行星排支架62通过行星排支架支撑轴承63与减速机壳体47转动连接。行星轮64和转角转矩一体式传感器3分别与行星排支架62连接。本实施例中行星排减速机构4的减速比为9:1，设置行星排减速机构4实现了电机的减速增扭。
53.进一步地，转角转矩一体式传感器3安装于传感器壳体46中，且转角转矩一体式传感器3通过传感器支撑轴承60周向固定于传感器壳体46中。
54.如图3所示，在本实施例中，线控转向装置还包括转向执行机构b和综合控制器13。转向操纵机构控制器6通过线控转向系统canfd总线29和线控转向系统can总线30与综合控制器13通讯连接，实现了转向操纵机构a与综合控制器13之间的双路冗余通讯设计。具体地，转向操纵机构控制器6通过转向操纵控制器网络节点一23与线控转向系统canfd总线29连接，转向操纵控制器网络节点二24与线控转向系统can总线30连接，线控转向系统canfd总线29和与综合控制器13和线控转向系统can总线30分别通过综合控制器内部网络节点一27和综合控制器内部网络节点二28与综合控制器13连接，实现内部信息交互，信息交互的发送周期为2ms。设置两路信息相互校验及备份，实现综合控制器13控制转向操纵机构a线控转向功能指令。
55.转向执行机构b通过线控转向系统canfd总线29和线控转向系统can总线30与综合控制器13通讯连接，具体地，转向执行机构b包括转向执行机构控制器10，转向执行机构控制器10通过线控转向系统canfd总线29和线控转向系统can总线30与综合控制器13通讯连接，实现了转向执行机构b与综合控制器13之间的双路冗余通讯设计。进一步地，转向执行机构控制器10通过转向执行控制器网络节点一25与线控转向系统canfd总线29连接，转向执行控制器网络节点二26与线控转向系统can总线30连接，线控转向系统canfd总线29和线控转向系统can总线30分别通过综合控制器内部网络节点一27和综合控制器内部网络节点二28与综合控制器13连接，实现内部信息交互，信息交互的发送周期为2ms。设置两路信息相互校验及备份，实现综合控制器13控制转向执行机构b线控转向执行功能指令。
56.综合控制器13通过底盘canfd总线35和底盘can总线36分别与中央网关18、车身稳定控制系统19和智能刹车系统20通讯连接。具体地，综合控制器13通过综合控制器外部网络节点一33、综合控制器外部网络节点二34分别与底盘canfd总线35、底盘can总线36连接，底盘canfd总线35和底盘can总线36分别通过底盘网络节点一37和底盘网络节点二38与中央网关18连接，底盘canfd总线35和底盘can总线36分别通过底盘网络节点三39和底盘网络节点四40与车身稳定控制系统19连接，底盘canfd总线35和底盘can总线36分别通过底盘网络节点五41和底盘网络节点六42与智能刹车系统20连接，信息交互的发送周期为10ms，分别通过两路信息相互校验和备份，实现了综合控制器13接收整车信息交互、获取整车相关信息、驾驶员信息及其他环境信息等，完成线控转向功能。
57.进一步地，为保证整车信号稳定，分别在综合控制器13及中央网关18的两路通讯
中断设置综合控制器终端电阻一14、综合控制器终端电阻二15、中央网关终端电阻一16、中央网关终端电阻二17，上述终端电阻的阻值均为120欧姆。
58.如图4所示，在本实施例中，转向执行机构b还包括六相绕组转向执行电机11，六相绕组转向执行电机11与转向执行机构控制器10为一体式结构，使得转向执行机构b布置空间小。六相绕组转向执行电机11通过带传动组件12与齿条9连接，齿轮输入轴8的一端与齿条9连接，另一端连接有转角传感器7，转角传感器7与转向执行机构控制器10通讯连接。
59.进一步地，转角传感器7通过第三通讯连接线31和第四通讯连接线32与转向执行机构控制器10通讯连接。转角传感器7能够输出两路转角信号，分别传输给转向执行机构控制器10进行备份和校验，从而实现了转向执行机构b的转角信号冗余控制。
60.六相绕组转向执行电机11是一个具有两个三相绕组的电机，两个三相绕组的电机构成了六相绕组，通过双绕组的冗余设计，保证了电机在工作过程中不失效，从而保证了线控转向装置的安全性。六相绕组转向执行电机11还可以替换为十二相绕组的电机，同样能实现上述的有益效果，在此不再赘述。
61.再进一步地，转角传感器7通过转角传感器支撑轴承68安装于转角传感器壳体67内，转角传感器壳体67上盖设有转角传感器盖66，以使转角传感器7密封于转角传感器壳体67内，使转角传感器7不受损。
62.在本实用新型实施例中，通过将线控转向装置中的转向操纵机构控制器6、转向执行机构控制器10及综合控制器13的信息在三者自身内部进行处理，且使用can总线实现周期为2ms的通讯速率，大大提升通讯效率，同时由于仅仅将整车的需求的信号与整车进行交互，还降低了总线上的网络负载。
63.本实施例还提供了一种车辆，包括上述的线控转向装置，因此，本实用新型提供的车辆也具备上述实施例中所描述的有益效果，在此不再赘述。
64.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。