基于双电机行星齿轮结构的电动助力转向系统及方法与流程

本发明属于汽车转向技术领域，特别涉及一种基于双电机行星齿轮结构的电动助力转向系统及方法。

背景技术：

目前，商用车使用的助力转向系统多为液压助力转向系统，但是存在结构复杂、功率消耗大、易泄露、转向助力不易控制以及转向助力特性单一等诸多问题，与液压助力转向系统相比，电动助力转向系统具有助力特性可调、转向跟随性好、燃油消耗低和无污染等优点，因此在乘用车中得到广泛应用，由于商用车载重量大且在不同车速和不同载重量下所需转向力矩在很大范围内变化，特别是在汽车满载且低速行驶的工况下，汽车转向所需力矩极大，且受汽车用电池供电电压，安装尺寸等方面的限制，普通单电动助力转向系统的电机已不能满足此商用车对转向助力矩的要求。因此本发明提出一种双电机的电动助力转向系统，不但具有普通电动助力转向系统的优点，同时可实现容错控制，对汽车转向轻便性和安全性有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于双电机行星齿轮结构的电动助力转向系统及方法，以解决电动助力转向输出转矩过小，无法满足在商用车上应用的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于双电机行星齿轮结构的电动助力转向系统，包括方向盘、转矩耦合齿轮、第二助力电机齿轮、减速器、第一助力电机、第二助力电机、同步器、行星轮机构和第一助力电机齿轮；方向盘和减速器之间依次设置有第一转向轴和第二转向轴；第一助力电机的输出轴上设置有第一助力电机齿轮，第一助力电机齿轮通过连接轴与行星轮机构连接；第二助力电机的输出轴设置有转矩耦合齿轮，转矩耦合齿轮的一侧同轴设置有第二助力电机齿轮；第一助力电机齿轮和转矩耦合齿轮啮合；转矩耦合齿轮和第二助力电机齿轮之间设置有同步器；

行星轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈；太阳轮设置在齿圈的中心，行星轮啮合在太阳轮和齿圈之间，行星架设置在行星轮上；第一助力电机齿轮通过连接轴垂直连接于太阳轮的中心；第二助力电机齿轮与齿圈啮合；行星轮机构的齿圈与第二转向轴通过减速器并联耦合。

进一步的，电动助力转向系统还设置有控制模块；方向盘下方的第一转向轴上设置有转矩转角传感器；行星轮机构与减速器之间的连接轴上设置有第一电磁离合器，第一电磁离合器和减速器之间设置有过载保护器；第一助力电机齿轮与太阳轮之间的连接轴上设置有第二电磁离合器；第一助力电机齿轮与第一助力电机之间的连接轴上设置有第三电磁离合器。

进一步的，转矩转角传感器、第一电磁离合器、第二电磁离合器、第一助力电机、第二助力电机、同步器和第三电磁离合器均与控制模块连接，控制模块连接有车速传感器。

进一步的，过载保护器包括上连接盘柱、下连接盘柱和橡胶连接销；上连接盘柱和下连接盘柱为设置有若干通孔的盘，且同轴设置；上连接盘柱和下连接盘柱通过设置在通孔内的橡胶连接销连接；上连接盘柱的上表面通过连接轴与第一电磁离合器连接，下连接盘柱的下表面与减速器轴连接。

进一步的，第一转向轴和第二转向轴之间通过万向节连接。

进一步的，减速器连接有转向器，转向器的两端设置有车轮。

进一步的，同步器能够沿轴向移动，能够分别与转矩耦合齿轮和第二助力电机齿轮连接。

进一步的，一种基于双电机行星齿轮结构的电动助力转向系统的助力转向方法，所述双电机行星齿轮结构的电动助力转向系统包括方向盘、转矩耦合齿轮、第二助力电机齿轮、减速器、第一助力电机、第二助力电机、同步器、行星轮机构和第一助力电机齿轮；方向盘和减速器之间依次设置有第一转向轴和第二转向轴；第一助力电机的输出轴上设置有第一助力电机齿轮，第一助力电机齿轮通过连接轴与行星轮机构连接；第二助力电机的输出轴设置有转矩耦合齿轮，转矩耦合齿轮的一侧同轴设置有第二助力电机齿轮；第一助力电机齿轮和转矩耦合齿轮啮合；转矩耦合齿轮和第二助力电机齿轮之间的连接轴上设置有同步器；

行星轮机构包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈；太阳轮设置在齿圈的中心，行星轮啮合在太阳轮和齿圈之间，行星架设置在行星轮上；第一助力电机齿轮通过连接轴垂直连接于太阳轮的中心；第二助力电机齿轮与齿圈啮合；行星轮机构的齿圈与第二转向轴通过减速器并联耦合；

电动助力转向系统还设置有控制模块；方向盘下方的第一转向轴上设置有转矩转角传感器；行星轮机构与减速器之间的连接轴上设置有第一电磁离合器，第一电磁离合器和减速器之间设置有过载保护器；第一助力电机齿轮与太阳轮之间的连接轴上设置有第二电磁离合器；第一助力电机齿轮与第一助力电机之间的连接轴上设置有第三电磁离合器；

同步器能够沿轴向移动，能够分别与转矩耦合齿轮和第二助力电机齿轮连接；

所述基于双电机行星齿轮结构的电动助力转向系统的助力转向方法，包括以下步骤：

1)车速传感器采集的车速信号，方向盘转矩转角传感器采集的转角信号输出至控制模块，并与控制模块中存储的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线进行比较，得出方向盘应当具有的转向力矩；

2)控制模块将计算得到的方向盘应当具有的转向力矩与转矩转角传感器测出的方向盘转矩进行比较，得出助力电机应当输出的转矩；

3)控制模块对助力电机应当输出转矩进行判断，若助力电机应当输出的转矩大于第一助力电机、第二助力电机单独助力时的转矩，选择双电机耦合助力模式，此时控制模块控制第一助力电机、第二助力电机工作，第二电磁离合器、第三电磁离合器闭合，同步器位与转矩耦合齿轮结合；

若助力电机应当输出的转矩大于第二助力电机单独助力的转矩，则选择第一助力电机单独助力模式，此时，控制模块控制第一助力电机工作、第二助力电机关断，第二电磁离合器、第三电磁离合器闭合，同步器位于中间位置；

第二助力电机单独助力模式，分为两种模式；若助力电机应当输出的转矩大于第二助力电机单独助力模式一的最大转矩，则选择第二助力电机单独助力模式二，此时，控制模块控制第一助力电机关断、第二助力电机工作，第二电磁离合器、第三电磁离合器开启，同步器和第二助力电机齿轮结合；若助力电机应当输出的转矩小于等于第二助力电机单独助力模式一的最大转矩，则选择第二助力电机单独助力模式一，此时，控制模块控制第一助力电机关断、第二助力电机工作，第二电磁离合器闭合、第三电磁离合器开启，同步器和转矩耦合齿轮合。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明通过设置双电机行星齿轮结构，根据所需助力转矩的大小，可以实现灵活多变的助力模式，满足商用车辆大助力转矩的需求。当需求助力转矩相对较小时，根据条件不同选择第一助力电机单独助力模式、第二助力电机单独助力模式一和第二助力电机单独助力模式二；当需求助力转矩相对较大时，可以选择双电机耦合助力模式。本发明对于提高燃油经济性和驾驶员驾驶舒适性具有重要的作用。

本发明中，通过多个电磁离合器的配合使用，避免了电机之间互相拖动影响，避免造成功率浪费。

本发明中，通过设置减速器起到减速增扭的作用，进一步提高助力电机输出转矩；本发明通过设置过载保护器，当电机和控制模块故障，发生自动转向时，由于转矩过大，橡胶连接销将发生断裂，切断转矩传递，起到过载保护的作用。

本发明中，第一电磁离合器处于常闭状态，当电机出现故障时，第一电磁离合器开启，防止车辆自动转向发生重大事故，对系统起到保护作用。本发明包含过载保护器和第一电磁离合器的双重保护，保证电动助力转向故障下的转向可靠性。

附图说明

图1为本发明双电机电动助力转向系统的结构图；

图2a为过载保护器的结构图；

图2b上连接盘柱和下连接盘柱连接处的剖视图；

图3为本发明双电机电动助力转向系统的控制策略图。

其中：1、方向盘；2、转矩转角传感器；3、控制模块；4、万向节；5、转矩耦合齿轮；6、第二助力电机齿轮；7、齿圈；8、减速器；9、车轮；10、转向器；11、过载保护器；12、第一电磁离合器；13、行星架；14、太阳轮；15、行星轮；16、第二电磁离合器；17、第一助力电机齿轮；18、同步器；19、第二电磁离合器；20、第一助力电机；21、第二助力电机；22、第二转向轴；23、第一转向轴；24、上连接盘柱；25、下连接盘柱；26、橡胶连接销。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图3，一种基于双电机行星齿轮结构的电动助力转向系统，包括方向盘1、转矩耦合齿轮5、第二助力电机齿轮6、减速器8、第一助力电机20、第二助力电机21、同步器18、行星轮机构和第一助力电机齿轮17；方向盘1和减速器8之间依次设置有第一转向轴23和第二转向轴22；第一助力电机20的输出轴上设置有第一助力电机齿轮17，第一助力电机齿轮17通过连接轴与行星轮机构连接；第二助力电机21的输出轴设置有转矩耦合齿轮5，转矩耦合齿轮5的一侧同轴设置有第二助力电机齿轮6；第一助力电机齿轮17和转矩耦合齿轮5啮合；转矩耦合齿轮5和第二助力电机齿轮6之间设置有同步器18；

行星轮机构包括太阳轮14、行星轮15、行星架13和齿圈7；太阳轮14设置在齿圈7的中心，行星轮15啮合在太阳轮14和齿圈7之间，行星架13设置在行星轮15上；第一助力电机齿轮17通过连接轴垂直连接于太阳轮14的中心；第二助力电机齿轮6与齿圈7啮合；行星轮机构的齿圈7与第二转向轴22通过减速器8并联耦合。

电动助力转向系统还设置有控制模块3；方向盘1下方的第一转向轴23上设置有转矩转角传感器2；行星轮机构与减速器8之间的连接轴上设置有第一电磁离合器12，第一电磁离合器12和减速器8之间设置有过载保护器11；第一助力电机齿轮17与太阳轮14之间的连接轴上设置有第二电磁离合器16；第一助力电机齿轮17与第一助力电机20之间的连接轴上设置有第三电磁离合器19。

转矩转角传感器2、第一电磁离合器12、第二电磁离合器16、第一助力电机20、第二助力电机21、同步器18和第三电磁离合器19均与控制模块3连接，控制模块3连接有车速传感器。

过载保护器11包括上连接盘柱24、下连接盘柱26和橡胶连接销25；上连接盘柱24和下连接盘柱26为设置有若干通孔的盘，且同轴设置；上连接盘柱24和下连接盘柱26通过设置在通孔内的橡胶连接销25连接；上连接盘柱24的上表面通过连接轴与第一电磁离合器12连接，下连接盘柱26的下表面与减速器8轴连接。

第一转向轴23和第二转向轴22之间通过万向节4连接。

减速器8连接有转向器10，转向器10的两端设置有车轮9。

同步器能够沿轴向移动，能够分别与转矩耦合齿轮5和第二助力电机齿轮6连接。

本发明的工作原理如下：

1)车速传感器采集的车速信号，方向盘转矩转角传感器2采集的转角信号输出至控制模块3，并与控制模块3中存储的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线进行比较，得出方向盘应当具有的转向力矩；

2)控制模块3将计算得到的方向盘应当具有的转向力矩与转矩转角传感器2测出的方向盘转矩进行比较，得出助力电机应当输出的转矩；

3)控制模块3对助力电机应当输出转矩进行判断，若助力电机应当输出的转矩大于第一助力电机20、第二助力电机21单独助力时的转矩，选择双电机耦合助力模式，此时控制模块3控制第一助力电机20、第二助力电机21工作，第二电磁离合器16、第三电磁离合器19闭合，同步器位18与转矩耦合齿轮5结合；

若助力电机应当输出的转矩大于第二助力电机21单独助力的转矩，则选择第一助力电机20单独助力模式，此时，控制模块控制第一助力电机20工作、第二助力电机21关断，第二电磁离合器16、第三电磁离合器闭合19，同步器18位于中间位置；

第二助力电机21单独助力模式，分为两种模式；若助力电机应当输出的转矩大于第二助力电机21单独助力模式一的最大转矩，则选择第二助力电机21单独助力模式二，此时，控制模块控制第一助力电机20关断、第二助力电机21工作，第二电磁离合器16、第三电磁离合器19开启，同步器18和第二助力电机齿轮6结合；若助力电机应当输出的转矩小于等于第二助力电机21单独助力模式一的最大转矩，则选择第二助力电机21单独助力模式一，此时，控制模块控制第一助力电机20关断、第二助力电机21工作，第二电磁离合器16闭合、第三电磁离合器19开启，同步器18和转矩耦合齿轮5合。