线控转向手感模拟装置的制作方法

1.本实用新型涉及汽车领域，特别是涉及一种线控转向手感模拟装置。


背景技术：

2.汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响汽车的操纵稳定性，它在车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件等方面起着重要的作用。如何合理地设计转向系统，使汽车具有良好的操纵性能，是设计人员的重要研究课题。在车辆高速化、驾驶人员非职业化、车流密集化的今天，针对更多不同水平的驾驶人群，汽车的易操纵性设计显得尤为重要。线控转向系统(steering
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by-wire，简称“sbw”)的发展，正迎合这种客观需求。它是继eps后发展起来的新一代转向系统，具有比eps操纵稳定性更好的特点，而且它在转向盘和转向轮之间不再采用机械连接，彻底摆脱传统转向系统所固有的限制，给驾驶员带来方便，同时提高了汽车的安全性。车辆线控转向技术是目前公认的车辆转向系统的终极解决方案。
3.车辆线控转向系统目前全球范围内未见规模量产案例。但随着智能驾驶技术的加速推进，车辆线控转向技术必将成为唯一规模化解决方案。
4.从目前欧盟、北美和中国设定的智能驾驶路线图来看，预期2025年全球80％车辆将实现l3等级以上的智能驾驶目标，其中50％以上的转向系统将是线控转向系统。
5.手感控制装置是线控转向系统重要的两大部件之一，另一部件为转向执行装置。目前阶段，手感控制装置的研发尚处于起步阶段，全球范围内均未见成熟、标准化、行业公认、和产业化的解决方案。国内和国际上总体来看，线控转向系统研发基本处于同一起步时点和同一技术能力。
6.手感控制装置的实现难点是在没有中间轴以下负载的条件下，在功能和性能上还原传统转向的角度变化、力矩变化。同时，由于失去中间轴及以下负载的连接，方向盘从有限角度的旋转运动变成无线角度的运动。如果其他设计不当，可能引起驾驶过程中轮胎转向和方向盘转向在角度、角速度以及力的传递上的线性失调。以及，在车辆下电过程中的误打方向盘，引入的上电后初始角度不同步，机械脱钩引起的下转向装置机械回正力没法反馈到方向盘上。


技术实现要素：

7.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
8.本实用新型要解决的技术问题是提供一种在不配置转向中间轴且没有外部助力的前提下，可以约束线控转向手感模拟装置的转角行程，实现转角确定性，并能模拟机械转向系统力矩特性的线控转向手感模拟装置。
9.为解决上述技术问题，本实用新型提供线控转向手感模拟装置，包括：
10.动力源，其输出轴上固定第一传动件；
11.第一传动件，其能传动第二传动件；
12.第二传动件，其固定在转向管柱上，其能传动第三传动件；
13.第三传动件，其两端分别固定有第一阻挡件和第二阻挡件；
14.第三阻挡件，其两侧分别面对第一弹性件一端和第二弹性件一端，其与动力源和转向管柱始终保持相对位置固定；
15.第一弹性件，其另一端面对第一阻挡件；
16.第二弹性件，其另一端面对第二阻挡件。
17.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，第一传动件和第二传动件之间以及第二传动件和第三传动件之间形成齿合，第一传动件、第二传动件和第三传动件之间的齿比决定自动力源输出轴到转向管柱的力的放大倍数、转速放大倍数，并确定转向管柱的转角范围。
18.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，第一阻挡件和第三阻挡件之间距离大于等于第一弹性件的自然长度；
19.第二阻挡件和第三阻挡件之间距离大于等于第二弹性件的自然长度。
20.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，第三阻挡件和第三传动件之间能相对移动。
21.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，还包括：
22.第四传动件，其与第三传动件并列布置，其两端也固定第一阻挡件和第二阻挡件，其能传动第二传动件；
23.其中，第一传动件，其能传动第三传动件；
24.第二传动件，其固定在转向管柱上；
25.第三传动件和第四传动件两端分别第一阻挡件和第二阻挡件。
26.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，第一传动件和第三传动件之间以及第二传动件和第四传动件之间形成齿合，第一传动件、第二传动件和、第三传动件和第四传动件之间的齿比决定自动力源输出轴到转向管柱的力的放大倍数、转速放大倍数，并确定转向管柱的转角范围。
27.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，第三阻挡件和第三传动件之间能相对移动，第三阻挡件和第四传动件之间能相对移动。
28.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，第三阻挡件几何中心位于第一传动件几何中心和第二传动件几何中心的连线上。
29.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，第一弹性件的自然长度等于第二弹性件的自然长度。
30.可选择的，进一步改进所述的线控转向手感模拟装置，第一弹性件和第二弹性件是自然长度和弹性系数相同的弹簧。
31.本实用新型的工作原理及技术效果说明如下：
32.1、本实用新型利用弹簧原理，在没有外力的状态下通过弹性件的弹力将转向管柱和第三阻挡件自动回复到行程的中间位置，当产生转角，一侧弹性件被压缩。示例性的，弹
性件以弹簧为例，根据弹簧力f＝σ
×
l(σ：弹性系数；l：弹簧变形量)的公式，转角和回复力线性变化，双压缩弹簧结构，实现了从中间位置小力矩线性增加到末端大力矩的变力矩过程，功能上模拟了机械转向系统的力矩特性，从而引入了传统转向机械运动的手感。
33.2、本实用新型通过第一传动件、第二传动件和第三传动件、第一阻挡件、第二阻挡件和第三阻挡件等结构将无限转角运动转变为有限转角运动；第一传动件、第二传动件和第三传动件共同确定了从电机和输出轴力的放大倍数，转速的放大倍数以及第二传动件(从动齿轮)的转角范围。将有限转角运动变为有限转角运动，机械模拟传统转向机末端，在现有阶段比采用电控模拟更安全，且结构简单，所以成本低；
34.在线控转向手感控制装置中，基于上述f＝σ
×
l公式，通过电机测量得到转角，再根据线角传动比得到齿条行程，从而可以得到弹簧形变，最后得到齿条力(手力)；反之，如果转向管柱上配置有扭矩传感器，可以得到齿条力，再从弹簧力公式得到齿条行程，最后得到管柱转角；
35.3、由于弹性件的存在，本实用新型可以在整车下电后，通过弹簧回复力来机械摆正方向盘，从而规避整车下电后误打方向盘导致的转角不确定性；
36.同时，弹性件的这种回复力很类似与机械转向的回正感，降低了电控回正的能量需求，软件策略的复杂度，以及调校的难度。
37.4、现有的转向限位机构只能限位，不能解决下电后误转向引入的上电后方向盘和轮胎转角不同步的问题；现有的转向限位机构没办法机械模拟传统有中间轴转向系统中方向盘上的机械转向力感；现有的转向限位机构也没有办法通过机械系统带来一定的方向盘自动返回中间位置的效果，需要完全通过外部能源控制方向盘转角和转速来实现，对转角和转速控制的复杂度、精度和能源需求提出了更高的要求。
38.本实用新型能通过齿轮、齿条、弹簧等成熟技术实现可靠的机械结构，比其他技术具更高的成熟度。且三项技术均为低复杂度技术，整合后相对复杂度仍旧偏低，提升了可靠性，且具备很好的经济性。
附图说明
39.本实用新型附图旨在示出根据本实用新型的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本实用新型附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本实用新型附图不应当被解释为限定或限制由根据本实用新型的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
40.图1是本实用新型第一实施例俯视图。
41.图2是本实用新型第一实施例左视图。
42.图3是本实用新型第二实施例俯视图。
43.图4是本实用新型第二实施例左视图。
44.附图标记说明
45.动力源1
46.第一传动件2
47.第二传动件3
48.转向管柱4
49.第三传动件5
50.第一阻挡件6
51.第二阻挡件7
52.第三阻挡件8
53.第一弹性件9
54.第二弹性件10
55.第四传动件11。
具体实施方式
56.以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本实用新型的其他优点与技术效果。本实用新型还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离实用新型总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实用新型下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。
57.第一实施例；
58.参考图1和图2所示，本实用新型提供一种线控转向手感模拟装置，包括：
59.动力源1，本实施例为电机，其输出轴上固定第一传动件2；
60.第一传动件2，本实施例为驱动齿轮，其能传动第二传动件3；
61.第二传动件3，本实施例为从动齿轮，其固定在转向管柱4上，其能传动第三传动件5；
62.第三传动件5，本实施例为齿条，其两端分别固定有第一阻挡件6和第二阻挡件7，第一阻挡件6和第二阻挡件7本实施例为阻挡板或阻挡块；
63.第三阻挡件8，本实施例为阻挡板或阻挡块，其两侧分别面对第一弹性件9一端和第二弹性件10一端，其与动力源1和转向管柱4始终保持相对位置固定；
64.第一弹性件9，本实施例为弹簧，其另一端面对第一阻挡件6；
65.第二弹性件10，本实施例为弹簧，其另一端面对第二阻挡件7；
66.需要说明的是，第一弹性件9与第一阻挡件6和第三阻挡件8并不固定，第二弹性件10与第二阻挡件7和第三阻挡件8也不固定。
67.其中，第一传动件和第二传动件之间以及第二传动件和第三传动件之间形成齿合，第一传动件、第二传动件和第三传动件之间的齿比决定自动力源输出轴到转向管柱的力的放大倍数、转速放大倍数，并确定转向管柱的转角范围。
68.第二实施例；
69.本实用新型提供一种线控转向手感模拟装置，其是在上述第一实施例基础上进行的进一步改进，相同部分不再赘述，其中：
70.第一阻挡件6和第三阻挡件7之间距离大于等于第一弹性件9的自然长度；
71.第二阻挡件7和第三阻挡件8之间距离大于等于第二弹性件10的自然长度。
72.其中，第三阻挡件8和第三传动件5之间能相对移动，即第三阻挡件8和第三传动件5不固定。
73.第三实施例；
74.参考图3和图4所示，本实用新型提供一种线控转向手感模拟装置，包括：
75.动力源1，本实施例为电机，其输出轴上固定第一传动件2；
76.第一传动件2，本实施例为驱动齿轮，其能传动第三传动件5；
77.第二传动件3，本实施例为从动齿轮，其固定在转向管柱4上；
78.第三传动件5，本实施例为齿条，其两端分别固定有第一阻挡件6和第二阻挡件7，第一阻挡件6和第二阻挡件7本实施例为阻挡板或阻挡块；
79.第四传动件11(由于角度问题图4中未标注)，其与第三传动5件并列布置，其两端也固定第一阻挡件6和第二阻挡件7，其能传动第二传动件3；
80.第三阻挡件8(由于角度问题图4中未标注)，本实施例为阻挡板或阻挡块，其两侧分别面对第一弹性件9一端和第二弹性件10一端，其与动力源1和转向管柱4始终保持相对位置固定；
81.第一弹性件9，本实施例为弹簧，其另一端面对第一阻挡件6；
82.第二弹性件10，本实施例为弹簧，其另一端面对第二阻挡件7；
83.需要说明的是，第一弹性件9与第一阻挡件6和第三阻挡件8并不固定，第二弹性件10与第二阻挡件7和第三阻挡件8也不固定。
84.其中，第一传动件和第三传动件之间以及第二传动件和第四传动件之间形成齿合，第一传动件、第二传动件和、第三传动件和第四传动件之间的齿比决定自动力源输出轴到转向管柱的力的放大倍数、转速放大倍数，并确定转向管柱的转角范围。
85.第四实施例；
86.本实用新型提供一种线控转向手感模拟装置，其是在上述第三实施例基础上进行的进一步改进，相同部分不再赘述，其中：
87.第一阻挡件6和第三阻挡件7之间距离大于等于第一弹性件9的自然长度；
88.第二阻挡件7和第三阻挡件8之间距离大于等于第二弹性件10的自然长度。
89.其中，第三阻挡件8和第三传动件5之间能相对移动，即第三阻挡件8和第三传动件5不固定。
90.进一步的改进，上述任意一实施例所述的线控转向手感模拟装置，第三阻挡件8几何中心位于第一传动件2几何中心和第二传动件3几何中心的连线上。
91.进一步的改进，上述任意一实施例所述的线控转向手感模拟装置，第一弹性件9的自然长度等于第二弹性件10的自然长度。
92.进一步的改进，上述任意一实施例所述的线控转向手感模拟装置，第一弹性件9和第二弹性件10是自然长度和弹性系数相同的弹簧。但并不限定弹簧的型制是否相同，例如
可以选择螺纹弹簧或板式弹簧等。
93.除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本实用新型所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
94.以上通过具体实施方式和实施例对本实用新型进行了详细的说明，但这些并非构成对本实用新型的限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。