一种用于线控转向的故障应急装置的制作方法

本实用新型涉及汽车的线控转向系统领域，具体涉及一种用于线控转向的故障应急装置，特别适用于轿车的线控转向系统。

背景技术：

作为汽车的主要性能之一，转向性能直接影响到汽车的操纵稳定性，对汽车的安全行驶至关重要。因操纵力矩大、转向传动比固定、角传递特性无法改变、转向响应需提前操作等因素，传统机械转向系统(ms)逐渐被淘汰。液压助力转向系统（hps）、电控液压助力转向系统（echps）、电动液压助力转向系统（ehps）解决了传统机械转向系统的不足之处，兼顾了操纵轻便性、稳定性，但其结构复杂、成本高、维修困难、方向盘路感差。

线控转向系统利用电控系统进行转向，突破了传统机械转向系统的限制，使得汽车转向的力传递特性、角度传递特性具有更大的设计空间，易于与自动驾驶的其它子系统(如感知、动力、底盘等)匹配，继而改善了汽车的主动安全性能、驾驶特性和操纵性，提高了驾驶员的路感舒适性，但该系统的安全性、工作稳定性能较差。为解决该问题，英菲尼迪q50车型仍保留传统的机械转向柱管结构，其转向离合器在故障发生后通过连接转向器、转向柱管来实现应急转向，但该结构较为复杂、转向效率低。日本精工试制了“双连杆臂式线控转向系统（dpass）”，其通过两个马达的旋转力直接驱动前轮转向臂来操纵转向轮，但转向功能在电机发生故障后丧失。

针对上述问题，部分学者在液压机械备份和双电机冗余备份方面提出了新的故障应急措施，比如陈祖金等人提出了一种线控液压汽车转向系统机械备份装置（专利号cn208134429u）。该装置包括蜗轮蜗杆结构，通过连接蜗杆、复合液压缸将转向盘的旋转运动转化为复合液压缸内油液运动，并进一步转化为转向横拉杆的横向运动，继而实现转向，但转向盘的转动速度慢，使得液压装置响应速度慢，且产生的液压力较小。陈国钰等人提出了一种双电机冗余线控转向装置（专利号cn207747931u）。该装置将路感电机作为备份电机，其在正常工况下断开电磁离合器并通过电机提供路感，在发生故障后连接电磁离合器，使得路感电机反转，继而驱动转向器提供转向助力，但该装置结构复杂、成本高、空间布置困难。

因此，现有线控转向系统的故障应急系统存在局限性，尚未兼顾结构、成本、空间布置等问题，亟需新的技术方案来解决相关问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于线控转向的故障应急装置，可在正常工况下独立控制左转向轮、右转向轮协同转向，提高转向效率；发生故障后可通过连接左转向横拉杆、右转向横拉杆来实现左转向轮、右转向轮同步转向，确保安全性。

为此，本实用新型的技术方案为：一种用于线控转向的故障应急装置，其特征在于：包括电控单元总成、转向液压机构、应急连接机构、左支撑臂、右支撑臂，

所述应急连接机构包括左液压缸通油口、右液压缸通油口、中间液压缸通油口、左转向横拉杆、右转向横拉杆、左侧上壳体、右侧上壳体、下壳体、左顶块、右顶块、中间顶块、中间顶块回位弹簧、中间活塞、中间顶块左滑道、中间顶块右滑道、左液压缸、右液压缸、中间液压缸，其中：

左侧上壳体、右侧上壳体固定在下壳体上，并与下壳体围合成应急连接机构安装腔，

左液压缸、右液压缸具有相同的结构，包括内缸筒和外缸筒，内缸筒和外缸筒的一端与壳体固定连接，形成环形腔体的封闭端、另一端开口，内缸筒的筒腔构成转向横拉杆的导向安装腔，环形腔体构成液压缸液压腔，液压缸液压腔内设置有顶块，顶块为与环形腔体相适应的管状结构，顶块与内缸筒、外缸筒通过密封圈滑动配合连接，左液压缸通油口、右液压缸通油口分别设在环形腔体的密封端；

左液压缸、右液压缸分别从左侧上壳体的右侧、右侧上壳体的左侧向应急连接机构安装腔内部延伸，左转向横拉杆和右转向横拉杆分别从左液压缸、右液压缸的导向安装腔中反向穿出，左转向横拉杆和右转向横拉杆的内侧端部设有直径大于顶块的凸台，左转向横拉杆和右转向横拉杆的两个凸台间设有间隙，且左转向横拉杆、右转向横拉杆与左液压缸、右液压缸的导向安装腔之间通过二者之间的周向限定结构限制周向扭动；

中间液压缸包括一端封闭的缸筒，缸筒内设有中间活塞，中间活塞与中间液压缸之间设有密封装置并滑动配合，中间液压缸通油口设在缸筒封闭的一端；

中间液压缸从下壳体的下方正对着左转向横拉杆和右转向横拉杆两个凸台的间隙处沿竖直方向延伸至应急连接机构安装腔内，中间活塞的上方设有所述中间顶块，中间顶块的上部与左转向横拉杆和右转向横拉杆的凸台相接触的面为锥面或圆弧面，中间顶块的宽度与左转向横拉杆和右转向横拉杆之间的间隙相适应，中间顶块的下端与中间顶块回位弹簧相连，中间顶块回位弹簧的另一端固定在下壳体上，中间顶块与中间顶块左滑道、中间顶块右滑道滑动连接，中间顶块在中间液压缸的作用下沿中间顶块左滑道、中间顶块右滑道向上移动至左转向横拉杆和右转向横拉杆两个凸台的间隙处；所述中间顶块左滑道与左侧上壳体固定连接，中间顶块右滑道与右侧上壳体固定连接；

所述左转向横拉杆与前桥之间通过左支撑臂连接，左支撑臂的一端与左转向横拉杆滑动连接、另一端与前桥之间固定连接；所述右转向横拉杆与前桥之间通过右支撑臂连接，右支撑臂的一端与右转向横拉杆滑动连接、另一端与前桥之间固定连接。

所述电控单元总成由左转向电机电控单元、备用电控单元、主控电控单元、右转向电机电控单元、左侧电机备用连接线路、右侧电机备用连接线路构成，其中：

备用电控单元包括故障检测模块、处理模块、电机控制模块；

备用电控单元与左转向电机电控单元、备用电控单元与主控电控单元、主控电控单元与右转向电机电控单元均采用can总线并联连接，备用电控单元通过左侧电机备用连接线路与左转向电机电控单元连接，备用电控单元通过右侧电机备用连接线路与右转向电机电控单元连接。

所述转向液压机构包括转向储油箱、转向油泵、转向主油缸、中间油路电磁阀、回油支路电磁阀、右油路电磁阀、左油路电磁阀、左油路、右油路、中间油路、回油支路，其中：

左油路、右油路上分别设有所述左油路电磁阀、右油路电磁阀，回油支路上设有所述回油支路电磁阀，所述中间油路上设有所述中间油路电磁阀，

转向储油箱与转向油泵、转向油泵与转向主油缸均通过单根油管固定连接，

转向主油缸通过中间油路与应急连接机构的中间液压缸相连，中间油路分别通过左油路、右油路与应急连接机构的左液压缸、右液压缸相连，中间油路通过回油支路与转向储油箱相连。

所述故障应急装置的控制方法：

正常工况下，备用电控单元的故障检测模块运行，处理模块和电机控制模块处于休眠状态；

故障发生后，处理模块接收到故障信号后发出指令，屏蔽左转向电机电控单元、右转向电机电控单元，控制应急连接机构将左转向横拉杆、右转向横拉杆连为一体，并由备用电控单元的电机控制模块控制正常的电机驱动转向；线控转向故障指示灯进行故障指示，且故障信号以故障码的形式储存在汽车备用电控单元中。

作为优选，所述左转向横拉杆、右转向横拉杆与左液压缸、右液压缸的导向安装腔之间的周向限定结构为：左转向横拉杆外周轴向设有左转向横拉杆花键，左液压缸的导向安装腔内壁设有与左转向横拉杆花键相对应的左液压缸内缸筒花键，从而限制左转向横拉杆与左液压缸之间的周向扭动；右转向横拉杆外周轴向设有右转向横拉杆花键，右液压缸的导向安装腔内壁设有与右转向横拉杆花键相对应的右液压缸内缸筒花键，从而限制右转向横拉杆与右液压缸之间的周向扭动。

有益效果：通过采用以上技术方案，本实用新型提供的一种用于线控转向的故障应急装置具有：

1.本实用新型设计的应急连接装置装配简单，且结构本身紧凑，占用空间小，易于布置；

2.本故障应急装置在发生故障后可由双电机独立线控转向切换到左转向横拉杆、右转向横拉杆固定连接的同步转向模式，提高了线控转向系统的安全性；

3.所述左转向横拉杆、右转向横拉杆与左液压缸、右液压缸的导向安装腔之间采用花键的周向限定结构，在保证滑动连接的情况下，有效防止周转扭动，保证正常使用。

附图说明

图1是带有故障应急装置的线控转向系统的整体结构示意图。

图2是图1中电控单元总成1的局部放大示意图。

图3是图1中转向液压机构2的局部放大示意图。

图4是图1中应急连接机构3的整体示意图。

图5是图1中应急连接机构3的整体主剖示意图。

图6是图5中应急连接机构3的a-a截面左视图。

图7是图5中应急连接机构3的d-d截面右视图。

图8是图5中应急连接机构3中b的局部放大视图。

图9是图5中应急连接机构3中c的局部放大视图。

图中所示：电控单元总成1，转向液压机构2，应急连接机构3，左转向电机电控单元1-1，备用电控单元1-2，主控电控单元1-3，右转向电机电控单元1-4，左侧电机备用连接线路1-5，右侧电机备用连接线路1-6，转向储油箱2-1，转向油泵2-2，转向主油缸2-3，中间油路电磁阀2-4，回油支路电磁阀2-5，右油路电磁阀2-6，左油路电磁阀2-7，左油路2-8，右油路2-9，中间油路2-10，回油支路2-11，左液压缸通油口3-1，右液压缸通油口3-2，中间液压缸通油口3-3，左转向横拉杆3-4a，右转向横拉杆3-4b，左侧上壳体3-5a，右侧上壳体3-5b，下壳体3-5c，左顶块3-6a，右顶块3-6b，中间顶块3-6c，第一密封圈3-7a，第二密封圈3-7b，第三密封圈3-7c，第四密封圈3-8a，第五密封圈3-8b，中间顶块回位弹簧3-9，中间活塞3-10，中间顶块左滑道3-11a，中间顶块右滑道3-11b，左转向横拉杆花键3-12a，右转向横拉杆花键3-12b，左液压缸3-13，左液压缸外缸筒3-13a，左液压缸内缸筒3-13b，左液压缸内缸筒花键3-13c，左液压缸液压腔3-13d，右液压缸3-14，右液压缸外缸筒3-14a，右液压缸内缸筒3-14b，右液压缸内缸筒花键3-14c，右液压缸液压腔3-14d，中间液压缸3-15，左支撑臂4-1，右支撑臂4-2，前桥5，左转向电机6-1，右转向电机6-2，左转向轮7-1，右转向轮7-2。

具体实施方式

本实用新型如图1至图9所示：

一种用于线控转向的故障应急装置，包括电控单元总成1、转向液压机构2、应急连接机构3、左支撑臂4-1、右支撑臂4-2。

所述电控单元总成1包括左转向电机电控单元1-1、备用电控单元1-2、主控电控单元1-3、右转向电机电控单元1-4、左侧电机备用连接线路1-5、右侧电机备用连接线路1-6，其中：

所述备用电控单元1-2包括故障检测模块、处理模块、电机控制模块。

所述转向液压机构2包括转向储油箱2-1、转向油泵2-2、转向主油缸2-3、中间油路电磁阀2-4、回油支路电磁阀2-5、右油路电磁阀2-6、左油路电磁阀2-7、左油路2-8、右油路2-9、中间油路2-10、回油支路2-11。

所述应急连接机构3包括左液压缸通油口3-1、右液压缸通油口3-2、中间液压缸通油口3-3、左转向横拉杆3-4a、右转向横拉杆3-4b、左侧上壳体3-5a、右侧上壳体3-5b、下壳体3-5c、左顶块3-6a、右顶块3-6b、中间顶块3-6c、第一密封圈3-7a、第二密封圈3-7b、第三密封圈3-7c、第四密封圈3-8a、第五密封圈3-8b、中间顶块回位弹簧3-9、中间活塞3-10、中间顶块左滑道3-11a、中间顶块右滑道3-11b、左转向横拉杆花键3-12a、右转向横拉杆花键3-12b、左液压缸3-13、左液压缸外缸筒3-13a、左液压缸内缸筒3-13b、左液压缸内缸筒花键3-13c、左液压缸液压腔3-13d、右液压缸3-14、右液压缸外缸筒3-14a、右液压缸内缸筒3-14b、右液压缸内缸筒花键3-14c、右液压缸液压腔3-14d、中间液压缸3-15。

图1、图2所示，备用电控单元1-2与左转向电机电控单元1-1、备用电控单元1-2与主控电控单元1-3、主控电控单元1-3与右转向电机电控单元1-4均通过can总线并联连接，备用电控单元1-2通过左侧电机备用连接线路1-5与左转向电机电控单元1-1连接，备用电控单元1-2通过右侧电机备用连接线路1-6与右转向电机电控单元1-4连接，确保故障应急装置在发生故障后正常工作。

图1、图3、图5、图8、图9所示，转向储油箱2-1与转向油泵2-2、转向油泵2-2与转向主油缸2-3均通过单根油管固定连接；应急连接机构3的中间液压缸3-15通过中间油路2-10与转向主油缸2-3相连，应急连接机构3的左液压缸3-13通过左油路2-8与中间油路2-10相连，应急连接机构3的右液压缸3-14通过右油路2-9与中间油路2-10相连，转向储油箱2-1通过回油支路2-11与中间油路2-10相连。左油路2-8上设有左油路电磁阀2-7，右油路2-9上设有右油路电磁阀2-6，回油支路2-11上设有回油支路电磁阀2-5，中间油路2-10上设有中间油路电磁阀2-4。

图1、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示：左侧上壳体3-5a、右侧上壳体3-5b均与下壳体3-5c固定连接，并与下壳体3-5c围合成应急连接机构安装腔，左液压缸3-13、右液压缸3-14具有相同的结构，左液压缸3-13包括左液压缸外缸筒3-13a、左液压缸内缸筒3-13b，左液压缸外缸筒3-13a、左液压缸内缸筒3-13b的一端与壳体固定连接，形成环形腔体的封闭端，另一端开口，左液压缸内缸筒3-13b的筒腔构成左转向横拉杆3-4a的导向安装腔，环形腔体构成左液压缸液压腔3-13d，左液压缸液压腔3-13d内设置有左顶块3-6a，左顶块3-6a为与环形腔体相适应的筒状结构，左顶块3-6a与左液压缸的左液压缸外缸筒3-13a、左液压缸内缸筒3-13b之间分别设有第一密封圈3-7a和第四密封圈3-8a，并与密封圈间滑动配合连接，左液压缸通油口3-1设在环形腔体的密封端；右液压缸3-14包括右液压缸外缸筒3-14a、右液压缸内缸筒3-14b，右液压缸外缸筒3-14a、右液压缸内缸筒3-14b的一端与壳体固定连接，形成环形腔体的封闭端，另一端开口，右液压缸内缸筒3-14b的筒腔构成右转向横拉杆3-4b的导向安装腔，环形腔体构成右液压缸液压腔3-14d，右液压缸液压腔3-14d内设置有右顶块3-6b，右顶块3-6b为与环形腔体相适应的筒状结构，右顶块3-6b与右液压缸的右液压缸外缸筒3-14a、右液压缸内缸筒3-14b之间分别设有第二密封圈3-7b和第五密封圈3-8b，并与密封圈间滑动配合连接，右液压缸3-14通油口3-2分别设在环形腔体的密封端；

左液压缸3-13、右液压缸3-14分别从左侧上壳体3-5a的右侧、右侧上壳体3-5b的左侧向应急连接机构安装腔内部延伸，左顶块3-6a设置在左液压缸液压腔3-13d内，右顶块3-6b设置在右液压缸液压腔3-14d内，左转向横拉杆3-4a和右转向横拉杆3-4b分别从左液压缸3-13、右液压缸3-14的导向安装腔中反向穿出，左转向横拉杆3-4a和右转向横拉杆3-4b的内侧端部设有直径大于顶块的凸台，左转向横拉杆3-4a和右转向横拉杆3-4b的两个凸台间设有间隙，且左转向横拉杆3-4a、右转向横拉杆3-4b与左液压缸3-13、右液压缸3-14的导向安装腔之间通过二者之间的周向限定结构限制周向扭动；

中间液压缸3-15包括一端封闭的缸筒，缸筒内设有中间活塞3-10，中间活塞3-10与中间液压缸3-15之间设有第三密封圈3-7c并滑动配合，中间液压缸通油口3-3设在缸筒封闭的一端；

中间液压缸3-15从下壳体3-5c的下方正对着左转向横拉杆3-4a和右转向横拉杆3-4b两个凸台的间隙处沿竖直方向延伸至应急连接机构安装腔内，中间活塞3-10的上方设有中间顶块3-6c，中间顶块3-6c的上部与左转向横拉杆3-4a、右转向横拉杆3-4b的凸台相接触的面为圆弧面（锥面或圆弧面可避免中间顶块3-6c被左转向横拉杆3-4a或右转向横拉杆3-4b挡住而无法向上运动），中间顶块3-6c的下部为长方体结构，中间顶块3-6c的宽度与左转向横拉杆3-4a和右转向横拉杆3-4b之间的间隙相适应，中间顶块3-6c的下端与中间顶块回位弹簧3-9的上端相连接，中间顶块回位弹簧3-9的下端固定在下壳体3-5c内壁上，中间顶块3-6c与中间顶块左滑道3-11a、中间顶块右滑道3-11b滑动连接，中间顶块3-6c中间液压缸3-15的作用下沿中间顶块左滑道3-11a、中间顶块右滑道3-11b向上移动至左转向横拉杆3-4a和右转向横拉杆3-4b两个凸台的间隙处；所述中间顶块左滑道3-11a与左侧上壳体3-5a固定连接，中间顶块右滑道3-11b与右侧上壳体3-5b固定连接；

左转向横拉杆3-4a与前桥5之间通过左支撑臂4-1连接，左支撑臂4-1的一端与左转向横拉杆3-4a滑动连接、另一端与前桥5之间固定连接；所述右转向横拉杆3-4b与前桥5之间通过右支撑臂4-2连接，右支撑臂4-2的一端与右转向横拉杆3-4b滑动连接、另一端与前桥5之间固定连接；

左转向横拉杆3-4a的左端通过转向节臂与左转向轮7-1连接，左转向横拉杆3-4a上设有齿条，齿条与设在左转向电机6-1上的齿轮啮合，左转向电机6-1固定在前桥5上；右转向横拉杆3-4b的右端通过转向节臂与右转向轮7-2连接，右转向横拉杆3-4b上设有齿条，齿条与设在右转向电机6-2上的齿轮啮合，右转向电机6-2固定在前桥5上。

所述故障应急装置的控制方法：

正常工况下，备用电控单元1-2的故障检测模块运行，处理模块和电机控制模块处于休眠状态；

故障发生后，处理模块接收到故障信号后发出指令，屏蔽左转向电机电控单元1-1、右转向电机电控单元1-4，控制应急连接机构3将左转向横拉杆3-4a、右转向横拉杆3-4b连为一体，并由备用电控单元1-2的电机控制模块控制正常的电机驱动转向；线控转向故障指示灯进行故障指示，且故障信号以故障码的形式储存在汽车备用电控单元1-2中。

本实用新型的具体工作原理：

正常工况下，备用电控单元1-2的故障检测模块处于工作状态，处理模块和电机控制模块处于休眠状态，转向油泵2-2不工作，中间油路电磁阀2-4、回油支路电磁阀2-5、右油路电磁阀2-6、左油路电磁阀2-7均处于关闭状态，应急连接机构3不工作，左转向横拉杆3-4a、右转向横拉杆3-4b分别在左转向电机电控单元1-1、右转向电机电控单元1-4的控制下工作，实现正常的线控转向功能。

任意一侧转向电机发生故障后，备用电控单元1-2的故障检测模块发出故障信号，处理模块接收故障信号后，屏蔽左转向电机电控单元1-1、右转向电机电控单元1-4，开启备用电控单元1-2的电机控制模块，并发出信号启动转向液压机构2，转向油泵2-2将转向储油箱2-1中的油液经过单根油管泵入转向主油缸2-3。转向主油缸2-3的油压达到预设值后，中间油路电磁阀2-4在备用电控单元1-2的控制下开启，转向主油缸2-3中的油液通过中间油路2-10进入中间液压缸3-15，推动中间活塞3-10、中间顶块3-6c向上运动。

左转向电机6-1发生故障、右转向电机6-2正常工作，使得左转向轮7-1未受到左转向电机6-1控制、右转向轮7-2受到右转向电机6-2控制。

右转向轮7-2右转，右转向横拉杆3-4b向左横向运动，推动中间顶块3-6c、左转向横拉杆3-4a向左横向运动，确保左转向轮7-1右转。中间顶块3-6c停止后，左油路电磁阀2-7、右油路电磁阀2-6同时开启，转向主油缸2-3中的油液分别通过左油路2-8、右油路2-9进入左液压缸3-13、右液压缸3-14，推动左顶块3-6a和右顶块3-6b相向运动。左顶块3-6a与左转向横拉杆3-4a的凸台、右顶块3-6b与右转向横拉杆3-4b的凸台都接触后，应急连接完成；

右转向轮7-2左转，右转向横拉杆3-4b向右横向运动。中间顶块3-6c停止后，左油路电磁阀2-7、右油路电磁阀2-6同时开启，转向主油缸2-3中的油液分别通过左油路2-8、右油路2-9进入左液压缸3-13、右液压缸3-14，推动左顶块3-6a和右顶块3-6b相向运动。右顶块3-6b与右转向横拉杆3-4b的凸台接触后，右侧上壳体3-5b、左侧上壳体3-5a、左顶块3-6a、左转向横拉杆3-4a在油压的作用下均向右横向运动，确保左转向轮7-1向左转向。中间顶块3-6c与左转向横拉杆3-4a的凸台、右转向横拉杆3-4b的凸台都接触后，应急连接完成。

右转向电机6-2发生故障、左转向电机6-1正常工作，使得右转向轮7-2未受到右转向电机6-2控制、左转向轮7-1受到左转向电机6-1控制。

左转向轮7-1左转，左转向横拉杆3-4a向右横向运动，推动中间顶块3-6c、右转向横拉杆3-4b向右横向运动，确保右转向轮7-2左转。中间顶块3-6c停止后，左油路电磁阀2-7、右油路电磁阀2-6同时开启，转向主油缸2-3中的油液分别通过左油路2-8、右油路2-9进入左液压缸3-13、右液压缸3-14，推动左顶块3-6a和右顶块3-6b相向运动。左顶块3-6a与左转向横拉杆3-4a的凸台、右顶块3-6b与右转向横拉杆3-4b的凸台都接触后，应急连接完成；

左转向轮7-1右转，左转向横拉杆3-4a向左横向运动。中间顶块3-6c停止后，左油路电磁阀2-7、右油路电磁阀2-6同时开启，转向主油缸2-3中的油液分别通过左油路2-8、右油路2-9进入左液压缸3-13、右液压缸3-14，推动左顶块3-6a和右顶块3-6b相向运动。左顶块3-6a与左转向横拉杆3-4a的凸台接触后，左侧上壳体3-5a、右侧上壳体3-5b、右顶块3-6b、右转向横拉杆3-4b在油压的作用下均向左横向运动，确保右转向轮7-2向右转向。中间顶块3-6c与左转向横拉杆3-4a的凸台、右转向横拉杆3-4b的凸台都接触后，应急连接完成。

应急连接完成后，中间油路电磁阀2-4、左油路电磁阀2-7、右油路电磁阀2-6均关闭，中间油路2-10、左油路2-8、右油路2-9中的油压保持不变，转向油泵2-2停止工作，由备用电控单元1-2的电机控制模块控制正常工作的电机驱动转向，实现应急转向。

维修过程中，回油支路电磁阀2-5、右油路电磁阀2-6、左油路电磁阀2-7开启，中间油路电磁阀2-4关闭，左液压缸3-13、右液压缸3-14、中间液压缸3-15的油液在油压作用下经回油支路电磁阀2-5回流至转向储油箱2-1。

以上所述仅为本实用新型的较优实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则和精神范围之内所作的任何修改、同等替换、改进等，均属于本实用新型的保护范围。