專利名稱：車輛轉(zhuǎn)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛轉(zhuǎn)向裝置，在向方向盤輸入轉(zhuǎn)向動(dòng)作的情況下，利用該車輛轉(zhuǎn)向裝置，由齒輪-齒條轉(zhuǎn)向裝置中齒條軸的運(yùn)動(dòng)來轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向車輪，更具體來講，本發(fā)明涉及一種線控轉(zhuǎn)向(SBW)型車輛轉(zhuǎn)向裝置，其帶有一備用系統(tǒng)，該系統(tǒng)被布置在一操作部分或轉(zhuǎn)向輸入部分(含方向盤)與一轉(zhuǎn)向輸出部分(含齒輪-齒條轉(zhuǎn)向裝置)之間，其中，轉(zhuǎn)向輸出部分與轉(zhuǎn)向輪相連接，該車輛轉(zhuǎn)向裝置還包括一SBW控制器，該控制器可執(zhí)行(i)一種SBW工作模式，對在機(jī)械結(jié)構(gòu)上相互分開的轉(zhuǎn)向輸入部分和轉(zhuǎn)向輸出部分執(zhí)行SBW控制；以及(ii)在SBW系統(tǒng)失效的情況下執(zhí)行備用工作模式，在該模式中，轉(zhuǎn)向輸入部分和轉(zhuǎn)向輸出部分通過所述的備用系統(tǒng)在機(jī)械上相互連接起來。
背景技術(shù)：
近些年來，人們提出并研制了多種用在汽車上的SBW轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，施加到方向盤上的轉(zhuǎn)向反作用力矩(或轉(zhuǎn)向反作用力)以及轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)向角可被隨意地設(shè)定。這樣的車用SBW轉(zhuǎn)向裝置一般采用了一種機(jī)械備用系統(tǒng)，其位于柱軸的中段，在由于SBW系統(tǒng)失效而激活的備用工作模式(或失效保護(hù)工作模式)下，利用該機(jī)械備用系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上相互連接起來。在提高駕駛室布局設(shè)計(jì)的柔性、降低噪音、減小振動(dòng)輸入、以及消除正面碰撞時(shí)沖擊或撞擊作用等各個(gè)方面，采用纜索型備用機(jī)構(gòu)(柔性扭矩傳遞裝置)作為機(jī)械備用系統(tǒng)是非常有利的，其中，所述的振動(dòng)輸入是指從路面經(jīng)轉(zhuǎn)向輪傳遞到方向盤上的振動(dòng)。在第2002-225733號日本臨時(shí)專利文件(下文稱之為JP2002-225733)中公開了這樣一種帶有纜索型備用機(jī)構(gòu)的車用SBW轉(zhuǎn)向裝置。在JP2002-225733所公開的SBW轉(zhuǎn)向裝置中，通過接合一個(gè)布置在纜索備用結(jié)構(gòu)與連接著轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向輸出部分之間的離合器來實(shí)現(xiàn)備用工作模式。與JP2002-225733公開的SBW車用轉(zhuǎn)向裝置所采用的纜索型備用機(jī)構(gòu)類似，日本臨時(shí)專利文件第2003-165453號(下文稱之為JP2003-165453)公開了一種纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)，其采用柔性的扭矩傳遞裝置—例如波頓軟纜(Bowden)、而非轉(zhuǎn)向軸桿來連接方向盤和齒輪-齒條轉(zhuǎn)向齒輪箱，由此來提高駕駛室布局的靈活性。第2002-145098號日本臨時(shí)專利文件(下文稱為JP2002-145098)中提示了這樣的內(nèi)容采用能將轉(zhuǎn)向輸入部分和轉(zhuǎn)向輸出部分機(jī)械地連接起來的離合器，以便于在SBW系統(tǒng)失效的情況下啟動(dòng)備用模式或失效保護(hù)模式，該文件還教導(dǎo)了這樣的內(nèi)容采用一轉(zhuǎn)向反作用力矩致動(dòng)器，用于向方向盤施加一定的反作用力矩(或回饋力矩)；以及采用一種雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)齒輪-齒條轉(zhuǎn)向機(jī)裝置的主轉(zhuǎn)向致動(dòng)器和副轉(zhuǎn)向致動(dòng)器組成的。在JP2002-145098所公開的SBW轉(zhuǎn)向裝置中，用作備用機(jī)構(gòu)的離合器被設(shè)置在機(jī)械連接方向盤與齒輪-齒條轉(zhuǎn)向機(jī)裝置的轉(zhuǎn)向軸的中間部位。在SBW系統(tǒng)未出現(xiàn)故障的情況下，JP2002-145098所述SBW系統(tǒng)中設(shè)置的SBW控制器將分離開離合器，并對轉(zhuǎn)向反作用力矩致動(dòng)器和主副轉(zhuǎn)向致動(dòng)器都執(zhí)行控制。與此相反，在SBW系統(tǒng)失效的情況下，SBW控制器將離合器接合上，并在此條件下執(zhí)行備用工作模式(或失效保護(hù)工作模式)，從而利用除發(fā)生故障的致動(dòng)器之外其它工作正常的致動(dòng)器來產(chǎn)生轉(zhuǎn)向助動(dòng)力。
但是，JP2002-225733、JP2003-165453、以及JP2002-145098所公開的轉(zhuǎn)向裝置存在如下的缺點(diǎn)(A)在JP2002-225733、JP2003-165453以及JP2002-145098所公開的轉(zhuǎn)向裝置中，齒輪-齒條轉(zhuǎn)向機(jī)裝置是由單根剛性的轉(zhuǎn)向齒條軸組成的，因而，在轉(zhuǎn)向操作過程中，齒條軸右端的齒條行程與其左端的齒條行程是相等的。在如下的條件下在轉(zhuǎn)向操作過程中，左右兩轉(zhuǎn)向輪中第一者仍然具有一略微的轉(zhuǎn)角余量、但最大允許轉(zhuǎn)向角小于第一轉(zhuǎn)向輪的第二轉(zhuǎn)向輪已抵到其止擋上，由于齒條軸左右兩端的齒條行程是相同的，所以第一轉(zhuǎn)向輪將無法進(jìn)一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。這將不利地限制車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑。
另外，在采用由單根剛性齒條軸構(gòu)成的齒輪-齒條轉(zhuǎn)向機(jī)裝置的情況下，假定為確保一定的梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(Ackerman阿克曼)轉(zhuǎn)向比或阿克曼轉(zhuǎn)角δ(＝L/R)而確定出橫直拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間合適的相對位置安裝關(guān)系，其中，所述梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向比或轉(zhuǎn)向角僅被表達(dá)為軸距L與轉(zhuǎn)彎半徑R的比值(L/R)，且與車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑相關(guān)。轉(zhuǎn)向桿系的連接效率也能從橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的相對安裝位置關(guān)系唯一地確定出。如公知的那樣，可通過改變懸架的幾何參數(shù)在布局限度內(nèi)調(diào)整連接效率。但是，由于在布局上存在限制，僅通過改變懸架幾何參數(shù)很難顯著地提高或改善根據(jù)阿克曼轉(zhuǎn)角δ(＝L/R)、由桿系相對安裝位置關(guān)系所確定的連接效率。在轉(zhuǎn)向桿系的連接效率相對較低的情況下，必須要使用大尺寸的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。與此相反，假如為獲得較高的連接效率而確定出橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間合適的位置安裝關(guān)系，則很難保證所需的阿克曼轉(zhuǎn)角δ(＝L/R)。因而，在使用單根剛性齒條軸的情況下，希望能平衡這兩方面相互矛盾的需求，也就是說希望既能提高連接效率，也能實(shí)現(xiàn)所需的阿克曼轉(zhuǎn)角。
(B)在JP2002-225733所公開的轉(zhuǎn)向裝置中，纜索型備用機(jī)構(gòu)在機(jī)械上被永久性地連接到轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤上，此外，離合器被設(shè)置在纜索型備用機(jī)構(gòu)與連接著轉(zhuǎn)向車輪的齒條-齒輪轉(zhuǎn)向機(jī)裝置之間。在離合器分離開的備用工作模式中，如果從方向盤經(jīng)纜索型備用機(jī)構(gòu)和齒條-齒輪轉(zhuǎn)向機(jī)裝置向轉(zhuǎn)向車輪傳遞了過大的轉(zhuǎn)向力矩，則由于力矩過大，離合器趨于發(fā)生打滑。這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角不足，也就是說，實(shí)際轉(zhuǎn)角相比于所需轉(zhuǎn)角存在一定的負(fù)偏差。
另外，在JP2002-225733所公開的轉(zhuǎn)向裝置中，纜索型備用機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)向柱軸與方向盤永久地保持著連接，而與離合器是否被接合或分離無關(guān)。不論轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是處于SBW工作模式下、還是工作在備用模式下，該纜索型備用機(jī)構(gòu)的內(nèi)纜線都與方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)同步地、連續(xù)不斷地卷收或卷放，這將導(dǎo)致內(nèi)纜線與外套管之間的滑動(dòng)接觸增大，從而出現(xiàn)磨損加劇的不利情況。這將使備用系統(tǒng)的耐用性變差。在與方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)同步地、連續(xù)不斷地卷收或卷放的過程中，內(nèi)纜線與外套管之間的摩擦意味著會(huì)對方向盤的任何轉(zhuǎn)動(dòng)帶來摩擦阻力，換言之，這將增大轉(zhuǎn)向時(shí)的用力，從而使轉(zhuǎn)向手感惡化。
(C)如上所述，JP2002-145098啟示了采用雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)的方案，即采用主、副轉(zhuǎn)向致動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)單根用于轉(zhuǎn)向的剛性齒條軸。但是，JP2002-145098所描述的轉(zhuǎn)向裝置采用單套方向盤轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)來執(zhí)行SBW控制。換句話說，JP2002-145098未能提出采用雙套方向盤轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)的方案。因而，在單套方向盤轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，將無法借助于這唯一的一套方向盤傳感器系統(tǒng)來檢測方向盤的轉(zhuǎn)角。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，立即將離合器接合上，以啟用備用工作模式。由于上述的原因，會(huì)出現(xiàn)這樣的問題在發(fā)生了從SBW工作模式向備用工作模式的轉(zhuǎn)換之后，方向盤的中位與中性位置之間會(huì)出現(xiàn)差異，其中的中性位置對應(yīng)于一對轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的零度均值。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供這樣一種車輛轉(zhuǎn)向裝置其能使左右齒條軸部分在轉(zhuǎn)向操作過程中具有不同的齒條行程，因而對于結(jié)構(gòu)布局與常規(guī)轉(zhuǎn)向裝置基本上相同的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能進(jìn)一步地減小車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種車輛轉(zhuǎn)向裝置，其能對兩方面相互矛盾的需求進(jìn)行平衡，其中的兩方面需求是指提高轉(zhuǎn)向桿系的效率、以及達(dá)到所需的阿克曼轉(zhuǎn)向角(所需的梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)比)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種帶有備用機(jī)構(gòu)的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置，其能補(bǔ)償和消除備用工作模式中轉(zhuǎn)向輪實(shí)際轉(zhuǎn)向角與所需轉(zhuǎn)向角之間的偏差(或不足)，甚至在借助于備用系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分相互連接起來的離合器發(fā)生打滑的不利情況下，打滑現(xiàn)象的出現(xiàn)例如是由于所傳遞的力矩太大而超過了離合器的傳動(dòng)限度。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種帶有備用機(jī)構(gòu)的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置，其能從SBW工作模式變換到備用工作模式，同時(shí)還能保證這樣的條件即使在單套SBW控制系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)失效的情況下，方向盤中位與中位位置之間的差異也很小，其中的中位位置對應(yīng)于一對轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角的零度均值。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的以及本發(fā)明的其它目的，本申請?zhí)峁┝艘环N車輛轉(zhuǎn)向裝置，其包括一轉(zhuǎn)向輸入部分，其具有至少一個(gè)方向盤，轉(zhuǎn)向輸入量被施加到該方向盤上；一轉(zhuǎn)向輸出部分，其具有至少一根轉(zhuǎn)向齒條軸，并與左右兩轉(zhuǎn)向輪保持工作連接，以利用轉(zhuǎn)向齒條軸的運(yùn)動(dòng)對轉(zhuǎn)向輪執(zhí)行轉(zhuǎn)向，其中，轉(zhuǎn)向齒條軸的運(yùn)動(dòng)是由一基于轉(zhuǎn)向輸入量確定出的轉(zhuǎn)向力產(chǎn)生的，且該轉(zhuǎn)向力被直接或間接地傳遞給轉(zhuǎn)向齒條軸，轉(zhuǎn)向齒條軸被分割成左右兩段可動(dòng)的齒條軸部分，并具有一轉(zhuǎn)向角變換器，該變換器使得左右兩可動(dòng)齒條軸部分的左右齒條行程之間具有一差動(dòng)齒條行程量。
從下文參照附圖所作的描述，能清楚地理解本發(fā)明其它的目的和特征。


圖1是一系統(tǒng)圖，表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的一種實(shí)施方式，該轉(zhuǎn)向裝置具有一轉(zhuǎn)向角變換器，其能使左右齒條具有不同的齒條行程；圖2是一對比視圖，解釋了由該實(shí)施方式中能實(shí)現(xiàn)不同齒條行程的轉(zhuǎn)向裝置獲得的轉(zhuǎn)向角與由普通轉(zhuǎn)向裝置獲得的轉(zhuǎn)向角之間的差異，其中，對于普通的轉(zhuǎn)向裝置，齒條軸左右兩端具有相同的齒條行程；圖3中的解釋性視圖表示了一對節(jié)距可變的齒輪—齒條機(jī)構(gòu)的工作原理，該齒輪—齒條機(jī)構(gòu)被設(shè)置在該實(shí)施方式的轉(zhuǎn)向裝置中，用于獲得不同的齒條行程；圖4中的特征曲線表示了在根據(jù)該實(shí)施方式的、采用可變節(jié)距雙齒條設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向裝置中，操縱轉(zhuǎn)角與左右齒條行程差之間的關(guān)系；圖5中的系統(tǒng)圖表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的一種改型；圖6中的系統(tǒng)圖表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的另一種改型；圖7中的系統(tǒng)圖表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的又一種改型；
圖8是一詳細(xì)視圖，表示了用在圖7所示改型車輛轉(zhuǎn)向裝置中的、位于轉(zhuǎn)向輸入側(cè)的圓筒形卷輥；圖9中的詳細(xì)視圖表示了用在圖7所示改型車輛轉(zhuǎn)向裝置中的一對錐形卷輥，它們位于裝置的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)；圖10中的視圖表示了設(shè)定圖7所示改型車輛轉(zhuǎn)向裝置中兩錐形卷輥外徑時(shí)二者之間的關(guān)系；圖11中的特性曲線表示了設(shè)定圖7所示改型車輛轉(zhuǎn)向裝置中兩錐形卷輥上纏繞匝數(shù)時(shí)二者之間的關(guān)系；圖12中的示意圖只介紹了與纜索型備用機(jī)構(gòu)中兩錐形卷輥之間差動(dòng)有關(guān)的工作原理，該纜索型備用機(jī)構(gòu)可被應(yīng)用到圖7所示的改型車輛轉(zhuǎn)向裝置中；圖13A-13C是一些對比視圖，分別表示了齒條行程相等時(shí)的特性、齒條行程不同時(shí)的特性、以及在齒條的左向或右向行程中反置的不等齒條行程特性；圖14-18中的系統(tǒng)圖表示了另外的改型形式；圖19中的詳細(xì)視圖表示了帶有纜索型備用機(jī)構(gòu)的SBW車用轉(zhuǎn)向裝置的另一改型；圖20中的解釋性視圖表示了一種轉(zhuǎn)向連接桿系，在該連接桿系中，對阿克曼比值的考慮優(yōu)先于對連接桿系效率的考慮；圖21中的解釋性視圖表示了一種轉(zhuǎn)向連接桿系，在該連接桿系中，對連接桿系效率的考慮優(yōu)先于對阿克曼比值的考慮；圖22中的詳細(xì)視圖表示了另一種改型；圖23是預(yù)定的操縱轉(zhuǎn)角與阿克曼比之間的特征曲線；圖24是一預(yù)定的車速與阿克曼比特征曲線；圖25-28中的詳細(xì)系統(tǒng)圖表示了其它一些改型；圖29是一電磁離合器的縱向剖面圖，該離合器被用作接合或解除接合備用系統(tǒng)的后備功能所需的離合器裝置；圖30中的軸測圖表示了波頓軟纜的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，該波頓軟纜被應(yīng)用到纜索型備用機(jī)構(gòu)中；
圖31A是一種電磁機(jī)械式離合器的縱向剖面圖，該離合器被用作接合或解除接合備用系統(tǒng)的后備功能所需的離合器裝置；圖31B是沿圖31A中的Z-Z線對電磁機(jī)械離合器所作的橫向剖面圖；圖32中的詳細(xì)系統(tǒng)圖表示了具有纜索型備用機(jī)構(gòu)、一雙致動(dòng)器系統(tǒng)、一雙傳感器系統(tǒng)、以及一雙控制器系統(tǒng)的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的另一種改型；圖33中的縱向剖視圖表示了一種雙力矩傳感器系統(tǒng)；圖34是圖32所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的總體系統(tǒng)框圖；圖35中的流程圖表示了由轉(zhuǎn)向控制器中的故障診斷部分執(zhí)行的轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序，其中的轉(zhuǎn)向控制器被包含在圖32所示的改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中；圖36表示了由圖32所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制器的故障診斷部分執(zhí)行的反作用控制故障診斷程序；圖37表示了由圖32所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制器的故障診斷部分執(zhí)行的電動(dòng)機(jī)助力型動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS)控制故障診斷程序；圖38表示了從SBW模式向EPS模式轉(zhuǎn)換時(shí)的控制程序，該程序由圖32所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制器的故障診斷部分執(zhí)行；圖39中的詳細(xì)系統(tǒng)圖表示了SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的另一種改型，該轉(zhuǎn)向裝置具有一纜索型備用機(jī)構(gòu)、一雙致動(dòng)器系統(tǒng)、一雙傳感器系統(tǒng)、以及一雙控制器系統(tǒng)；圖40是圖39所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的總體系統(tǒng)框圖；圖41中的流程圖表示了由轉(zhuǎn)向控制器中的故障診斷部分執(zhí)行的轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序，其中的轉(zhuǎn)向控制器位于圖39所示的改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中；圖42表示了由圖39所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制器的故障診斷部分執(zhí)行的反作用控制故障診斷程序；
圖43表示了由圖39所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制器的故障診斷部分執(zhí)行的EPS控制故障診斷程序；圖44-圖46中的詳細(xì)視圖表示了另外的一些改型；圖47是圖46所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的總體系統(tǒng)框圖；圖48中的流程圖表示了由轉(zhuǎn)向控制器中的故障診斷部分執(zhí)行的轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序，其中的轉(zhuǎn)向控制器位于圖46所示的改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中；圖49表示了由圖46所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制器的故障診斷部分執(zhí)行的反作用控制故障診斷程序；以及圖50表示了由圖46所示改型SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制器的故障診斷部分執(zhí)行的EPS控制故障診斷程序。
具體實(shí)施例方式
下面參見附圖—尤其是參見圖1，利用一車輛線控轉(zhuǎn)向裝置(SBW)來舉例說明該實(shí)施方式的車輛轉(zhuǎn)向裝置，該線控轉(zhuǎn)向裝置中裝備有一反作用力矩致動(dòng)器(反作用力致動(dòng)器或回饋致動(dòng)器)2；一離合器裝置3；一纜索型備用機(jī)構(gòu)4，其具有三個(gè)卷輥4a、4b、4b；以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。應(yīng)當(dāng)指出的是該實(shí)施方式的車輛轉(zhuǎn)向裝置具有一套兩段分開式可變節(jié)距齒條/齒輪機(jī)構(gòu)，簡稱為可變節(jié)距的雙齒條機(jī)構(gòu)(見下文)，該機(jī)構(gòu)是由左右兩根可獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)的、變節(jié)距的齒條(變距齒條)6、6組成的，該機(jī)構(gòu)被用作轉(zhuǎn)向角轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(簡稱為轉(zhuǎn)向角變換器)，其允許左右兩齒條具有不同的行程。從圖1可看出，一第一柱軸7與方向盤1相連接，其作為轉(zhuǎn)向輸入部分中的一個(gè)部件。
回饋致動(dòng)器2被設(shè)置在第一柱軸7的中段。回饋致動(dòng)器2的作用在于在SBW系統(tǒng)正常工作模式(簡言之，SBW工作模式)下向方向盤1施加一定的回饋力矩或轉(zhuǎn)向反作用力矩。所施加的回饋力矩很重要的作用是再現(xiàn)虛擬的轉(zhuǎn)向反作用，轉(zhuǎn)向反作用與車輛的實(shí)際行駛狀態(tài)相關(guān)，駕駛員可通過方向盤1感覺到該回饋力矩?；仞佒聞?dòng)器2的工作響應(yīng)于電子控制單元19(常被簡稱為“ECU”，下文稱之為“轉(zhuǎn)向控制器”)發(fā)出的指令信號。也就是說，作用到回饋致動(dòng)器2上的轉(zhuǎn)向反作用力矩的大小和方向是根據(jù)轉(zhuǎn)向控制器19的指令信號確定出的。
離合器裝置3被布置在第一柱軸7與第二柱軸8之間。第二柱軸8與纜索型備用機(jī)構(gòu)4中位于轉(zhuǎn)向輸入側(cè)的卷輥4a相連接。在圖示的實(shí)施方式中，離合器裝置3是由一摩擦離合器構(gòu)成的，該離合器例如是一電磁離合器或電磁機(jī)械離合器。響應(yīng)于轉(zhuǎn)向控制器發(fā)出的指令信號，對離合器裝置3的接合/分離操作執(zhí)行電子控制。
纜索型備用機(jī)構(gòu)4作為SBW系統(tǒng)失效時(shí)的備用系統(tǒng)或失效保障系統(tǒng)。在SBW系統(tǒng)未發(fā)生故障的情況下—即當(dāng)SBW系統(tǒng)正常工作時(shí)，或換言之，在SBW控制模式下，轉(zhuǎn)向輸入部分或操縱部分(方向盤1)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上與轉(zhuǎn)向輸出部分(包含二分式齒條-齒輪轉(zhuǎn)向機(jī)裝置)機(jī)械地分開。在SBW系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，由轉(zhuǎn)向控制器將SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的工作模式從SBW工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)閭溆霉ぷ髂Ｊ?失效保護(hù)模式)。在備用工作模式下，離合器裝置3被從分離狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻雍蠣顟B(tài)，因此，在離合器裝置3處于接合狀態(tài)的情況下，經(jīng)過含變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(下文將詳細(xì)描述)的轉(zhuǎn)向輸出部分，由纜索型備用機(jī)構(gòu)4將方向盤1(轉(zhuǎn)向輸入部分)與轉(zhuǎn)向輪在機(jī)械上連接起來。從圖1可清楚地看出，纜索型備用機(jī)構(gòu)4被設(shè)置在第二柱軸8與一對齒輪軸9、9之間。纜索型備用機(jī)構(gòu)4是由轉(zhuǎn)向輸入側(cè)的卷輥4a、轉(zhuǎn)向輸出側(cè)的兩個(gè)卷輥4b、第一纜索4c和第二纜索4d以及第三纜索4e構(gòu)成的。轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥4a為圓筒狀，且被固定地連接到第二柱軸8上。轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥4b、4b也為圓筒狀，它們分別被固定連接到兩齒輪軸9、9上。轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥4a通過第一纜索4c與兩轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥4b中的第一者相互連接起來。另外，轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥4a還通過第二纜索4d與第二個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥4b相互連接起來。此外，兩轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥4b、4b還利用第三纜索4e相互連接起來。在圖示的實(shí)施方式中，每一纜索4c、4d、4e都是由波頓軟纜構(gòu)成的，這種纜索是由一外套管和一內(nèi)纜線構(gòu)成的，內(nèi)纜線可滑動(dòng)地容納在外套管內(nèi)。各個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5都被設(shè)置在所對應(yīng)的齒輪軸9、9的中間部分處。在圖示的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5是由一DC(直流)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的。可選則地，一個(gè)AC電機(jī)也可用作轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。在SBW工作模式下(或在SBW系統(tǒng)未發(fā)生故障的SBW控制過程中)，每個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5都按照一定方式從轉(zhuǎn)向控制器接收指令信號，以便于能響應(yīng)于指令信號正確地驅(qū)動(dòng)左右兩齒輪軸9。在圖1所示的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，采用了變節(jié)距的雙齒條機(jī)構(gòu)。具體而言，一根轉(zhuǎn)向齒條軸10被分割成兩段可動(dòng)的齒條軸部分—即左可動(dòng)齒條軸部分10a和右可動(dòng)齒條軸部分10b。在左、右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上制出可變齒條6、6的兩個(gè)齒牙部分6a、6a，并使得左、右兩可變齒條6、6上齒牙部分的最外側(cè)端具有最小的齒輪節(jié)距，而最內(nèi)側(cè)端的齒輪節(jié)距卻最大，齒輪節(jié)距從最內(nèi)側(cè)端部向最外側(cè)端逐漸地減小。也就是說，左右兩變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括(i)一位于變距齒條上的齒牙部分6a，其齒輪節(jié)距從最內(nèi)側(cè)端向最外側(cè)端逐漸地減??；以及(ii)一位于齒輪上的齒牙部分6b，其被制在齒輪軸9的下端部上，并與所對應(yīng)的變距齒條齒牙部分6a相嚙合。采用上述的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(6、6)，當(dāng)分別與左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b的外側(cè)端相連的左右兩轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，可在左右兩齒條之間形成一齒條行程差(參見圖3和圖4)。也就是說，變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(兩變距齒條6)起到了轉(zhuǎn)向角變換器的作用，在轉(zhuǎn)向操作過程中，該變換器能使左右齒條的行程之間出現(xiàn)行程差。圖1所示變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)中變距齒條上齒牙部分6a的齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地減小，通過采用這樣的機(jī)構(gòu)，使左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a、10b的行程與相同齒輪軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系是非對稱的，換言之，對于齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a、10b產(chǎn)生的行程是不同的(差動(dòng)運(yùn)動(dòng))。
圖2表示出了由本實(shí)施方式中利用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)的車輛轉(zhuǎn)向裝置所獲得的轉(zhuǎn)向角、與利用定節(jié)距單齒條機(jī)構(gòu)的常規(guī)轉(zhuǎn)向裝置所獲得轉(zhuǎn)向角之間的差異。從圖2中的對比視圖可看出，在采用定節(jié)距單齒條機(jī)構(gòu)的情況下，當(dāng)右轉(zhuǎn)向輪抵接到其限位止擋上時(shí)，左轉(zhuǎn)向輪(參見圖2中A所指的車輪)也被停止在一定位置上，該位置對應(yīng)于相同的轉(zhuǎn)角位置，但并不等于左轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際限位位置。換言之，甚至在左轉(zhuǎn)向輪還具有一定轉(zhuǎn)向角余量、從而尚未達(dá)到左轉(zhuǎn)向輪實(shí)際限位位置的情況下，由于右轉(zhuǎn)向輪與止擋抵接到一起，左轉(zhuǎn)向輪(見圖2中標(biāo)記為A的左側(cè)轉(zhuǎn)向輪)也不利地停止了轉(zhuǎn)向。與上述情況相反，對于圖1所示實(shí)施方式中變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)的情況，通過采用相互分開的左、右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b、且使變距齒條6、6的齒牙部分為變節(jié)距設(shè)計(jì)，實(shí)施方式中的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置可在左右兩齒條行程之間形成差異。從圖2中A所指代左轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角與圖2中B所指代左轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角的對比可領(lǐng)會(huì)到在本實(shí)施方式中采用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向裝置中，能進(jìn)一步地增大其轉(zhuǎn)向角余量使其大于右轉(zhuǎn)向輪的左轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角，直至達(dá)到左轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際限位位置為止(參見圖2中標(biāo)注為B的、轉(zhuǎn)向角相對增大的左轉(zhuǎn)向輪)。因此，當(dāng)右轉(zhuǎn)向輪已達(dá)到其限位停止位置、從而已實(shí)現(xiàn)其最大允許轉(zhuǎn)角時(shí)，左轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角能變得大于右轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角。這就使得內(nèi)側(cè)車輪所遵循軌跡的半徑小于外側(cè)車輪的半徑，且兩轉(zhuǎn)向輪的滾動(dòng)軌跡圓在幾何上接近于同心。也就是說，兩軌跡圓的中心幾乎在同一位置點(diǎn)上。這就意味著車輛轉(zhuǎn)彎半徑的減小。因而，無需改變機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)布局和幾何形狀，就可有效地減小其最小轉(zhuǎn)彎半徑。
如上文討論的那樣，在圖1-3所示實(shí)施方式中車輛轉(zhuǎn)向裝置的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)向齒條軸10被分割成兩個(gè)軸段部分—即左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b，且在兩可動(dòng)齒條軸部分10a、10b上制出變距齒條6、6的變節(jié)距齒牙部分，這樣，在左右兩齒輪軸9輸入運(yùn)動(dòng)的大小和轉(zhuǎn)動(dòng)方向都相同的情況下，左可動(dòng)齒條軸部分10a基于左齒輪軸9輸入運(yùn)動(dòng)而輸出的運(yùn)動(dòng)(齒條行程)與右可動(dòng)齒條軸部分10b基于右齒輪軸9輸入運(yùn)動(dòng)而輸出的運(yùn)動(dòng)是不同的。
如公知的那樣，在具有定節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)的普通二分式獨(dú)立齒條-齒輪系統(tǒng)的情況下，為了使相互分開的左右齒條軸部分之間產(chǎn)生行程差，必須要對左側(cè)的齒條-齒輪機(jī)構(gòu)和右側(cè)的齒條-齒輪機(jī)構(gòu)執(zhí)行獨(dú)立控制。在這種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，為了保證左右齒條具有不同的行程，左齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)必須被設(shè)定為不同于右齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。
在另一方面，在圖1-3所示實(shí)施方式的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置所采用的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)的情況下，從圖3可最為清楚地看出，在兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上分別制出變距齒條6、6的變節(jié)距齒牙部分，這樣，使兩齒輪軸9、9以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)不同的齒條行程。這就消除了對左右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)執(zhí)行獨(dú)立控制的必要性，且避免了采用復(fù)雜系統(tǒng)的必要性。也就是說，通過采用圖1-3所示的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，可使整套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的構(gòu)造得以簡化。
下面參見圖4，圖中表示的是特征曲線，該特征曲線與相同操縱轉(zhuǎn)角條件下左右齒條行程絕對值之間的差值有關(guān)。此處，操縱轉(zhuǎn)角被看作等于從方向盤1或每個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5向齒輪軸9輸入的轉(zhuǎn)向量。在圖4所示的特征圖線中，其中一齒條的行程用實(shí)線表示(該行程對應(yīng)于圖2、3中與右轉(zhuǎn)向輪相關(guān)的右可動(dòng)齒條軸部分10b的右齒條行程，該行程是在向左轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)生的，即該齒條軸部分在轉(zhuǎn)彎時(shí)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)而縮回時(shí)的行程)，而另一齒條行程則用虛線表示(該行程對應(yīng)于在向左轉(zhuǎn)彎時(shí)圖2、3中與左轉(zhuǎn)向輪相關(guān)的左可動(dòng)齒條軸部分10a的左齒條行程，即該另一齒條軸部分在轉(zhuǎn)彎時(shí)向外側(cè)移動(dòng)而伸出時(shí)的行程)。從圖4中的特征曲線可看出，按照圖1-3所示實(shí)施方式中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置所采用的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，通過采用相互分開的左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b，并采用變距齒條6、6的變節(jié)距齒牙部分，就可以使左右齒條對于相同的操縱轉(zhuǎn)角(即對于齒輪軸相同的運(yùn)動(dòng)量)產(chǎn)生不同的行程?？赏ㄟ^按照一定的方式對左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b上的變節(jié)距齒牙部分6a、6a進(jìn)行機(jī)加工，來自由地設(shè)定圖4中虛線所示的左齒條行程(向外伸出的齒條軸部分的行程)相對于操縱轉(zhuǎn)角的變化率(或梯度)、以及圖4中實(shí)線所示的右齒條行程(向內(nèi)縮回的齒條軸部分的行程)相對于操縱轉(zhuǎn)角的變化率(或梯度)(可參見圖4中圓圈區(qū)域內(nèi)齒條行程相對于操縱轉(zhuǎn)角的變化率)，由此可獲得理想的轉(zhuǎn)向輸入/齒條行程差特征曲線。如上所述，在圖1-3所示的實(shí)施方式中，變距齒條6、6的變節(jié)距齒牙部分被分別制在左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上，以使每個(gè)獨(dú)立可變齒條6的齒牙部分的最外端具有最小的齒輪節(jié)距，并使每個(gè)獨(dú)立變距齒條6上齒牙部分的最內(nèi)端具有最大的齒輪節(jié)距，且齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地變小。為了獲得與圖4中齒條差動(dòng)行程特征曲線相反的、操縱轉(zhuǎn)角/齒條行程差之間關(guān)系逆反的特征曲線，可分別在左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b上機(jī)加工出變距齒條6的變節(jié)距齒牙部分、并使得兩變距齒條6齒牙部分的最外端具有最大的齒輪節(jié)距，而最內(nèi)端的齒輪節(jié)距卻最小，且齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地增大，其中，圖4中的特征曲線說明的是對于相同的操縱轉(zhuǎn)角、如何使左齒條行程(向外伸出的齒條軸部分的行程)大于右齒條行程(向內(nèi)縮回的齒條軸部分的行程)的情況。
在該實(shí)施方式的線控(SBW)車輛轉(zhuǎn)向裝置中，設(shè)置了作為機(jī)械備用系統(tǒng)(或機(jī)械失效保護(hù)系統(tǒng))的纜索型備用機(jī)構(gòu)，纜索型備用機(jī)構(gòu)4具有某些優(yōu)點(diǎn)。也就是說，纜索4c、4d、以及4e能被自由地進(jìn)行布置，且易于安裝，而不會(huì)與汽車上的其它結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉，同時(shí)還能確保與非SBW系統(tǒng)具有相同的轉(zhuǎn)向功能，在非SBW型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，方向盤通過一柱軸或轉(zhuǎn)向軸與齒條/齒輪轉(zhuǎn)向機(jī)裝置直接相連。
當(dāng)SBW系統(tǒng)工作正常時(shí)，也就是說，在SBW系統(tǒng)不出現(xiàn)故障的情況下—換言之，在SBW工作模式下，離合器裝置3是分離開的。在出現(xiàn)轉(zhuǎn)向輸入時(shí)—即當(dāng)向方向盤1施加轉(zhuǎn)向力矩時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器至少檢測出方向盤1的轉(zhuǎn)角，并根據(jù)檢測到的方向盤轉(zhuǎn)角計(jì)算出一個(gè)指令信號值，該信號被輸出給左右兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5。而后，經(jīng)左齒輪軸9，從左轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5向左變距齒條6輸出一個(gè)與計(jì)算出的指令信號值相對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力矩。與此同時(shí)，從右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5經(jīng)右齒輪軸9向右變距齒條6輸出一個(gè)大小相等的驅(qū)動(dòng)力矩。如上文討論的那樣，在SBW工作模式中，由于離合器裝置3是分離開的，所以轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)和轉(zhuǎn)向輸出部分(變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu))在機(jī)械上是相互分開的。因而，在SBW工作模式中，在執(zhí)行SBW控制的同時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器還對回饋致動(dòng)器2執(zhí)行轉(zhuǎn)向反作用力矩控制，以使得回饋致動(dòng)器2能根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)向力矩再現(xiàn)一個(gè)虛擬的轉(zhuǎn)向反作用力矩，由此可通過方向盤1以回饋的形式向駕駛員提供合適的自然轉(zhuǎn)向感覺。在圖1-3所示實(shí)施方式中SBW轉(zhuǎn)向裝置裝備有纜索型備用機(jī)構(gòu)的情況下，在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3。在采用單離合器的設(shè)計(jì)中，在轉(zhuǎn)向過程中，纜索型備用機(jī)構(gòu)4中的纜索4c、4d、4e以及卷輥4a、4b、4b的運(yùn)動(dòng)和拖動(dòng)始終與連接到轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向輸出部分的運(yùn)動(dòng)同步。
與此相反，當(dāng)SBW系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，也就是說，當(dāng)SBW系統(tǒng)失效時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器將SBW工作模式切換為備用工作模式。在備用工作模式中，離合器3被接合上，因而，由駕駛員施加到方向盤1上的轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作就經(jīng)第一柱軸7和離合器裝置3傳遞給纜索型備用機(jī)構(gòu)4，再經(jīng)左右齒輪軸9、9傳遞給對應(yīng)的變距齒條6、6。在另一方面，從路面輸入給左右轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向阻力被從左右變距齒條傳遞到方向盤1，傳遞路線與轉(zhuǎn)向力矩的傳遞路線相反，因而使駕駛員產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)向力感，該轉(zhuǎn)向感基本上對應(yīng)于經(jīng)方向盤傳來的轉(zhuǎn)向阻力(回饋力矩)。
如上文討論的那樣，不論SBW系統(tǒng)是否正?；蚴?，當(dāng)方向盤1轉(zhuǎn)動(dòng)所需角度時(shí)，利用左右兩變節(jié)距齒條軸部分10a和10b互不相同的運(yùn)動(dòng)，使左右轉(zhuǎn)向輪相互獨(dú)立地轉(zhuǎn)向。在該實(shí)施方式的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，假定在SBW系統(tǒng)工作模式下，可自由地隨意設(shè)定(見圖4)轉(zhuǎn)向角特征曲線(該特征曲線包含當(dāng)在向前直行狀態(tài)下轉(zhuǎn)向時(shí)，方向盤運(yùn)動(dòng)與左轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；以及當(dāng)在向前直行狀態(tài)下轉(zhuǎn)向時(shí)，方向盤運(yùn)動(dòng)與右轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系)。另外，即使在備用工作模式下，借助于變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，也能確保有效地減小車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑。
在圖1所示實(shí)施方式的轉(zhuǎn)向裝置中，兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5之間相互分開預(yù)定的距離，且被安裝在合適的位置上。其中的原因在于備用系統(tǒng)中所用纜索4c、4d、4e的剛性通常較低，因而，要利用分開設(shè)置的兩個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5來提高剛性。
圖1-3中實(shí)施方式的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有如下的(1)-(3)方面效果(1)在該SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，施加到方向盤1上的轉(zhuǎn)向輸入被直接或間接地傳遞給轉(zhuǎn)向齒條軸10，然后再利用轉(zhuǎn)向齒條軸受轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作作用而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)對左右轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向齒條軸10被分割成左右兩段可動(dòng)的齒條軸部分10a和10b。另外，設(shè)置了轉(zhuǎn)向角變換器，以便于在對左右轉(zhuǎn)向輪執(zhí)行轉(zhuǎn)向時(shí)，使左右齒條具有不同的行程。利用轉(zhuǎn)向角變換器在轉(zhuǎn)向工作過程中具有的、使左右行程差異化的功能，可進(jìn)一步減小最小轉(zhuǎn)向半徑(在機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)布局與幾何參數(shù)保持不變的情況下)。
(2)上述討論的轉(zhuǎn)向角變換器是由左右兩變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)6a、6b；6a、6b構(gòu)成的，每一齒條-齒輪機(jī)構(gòu)都包括(i)一變距齒條6，其具有一變節(jié)距的齒牙部分6a，該齒牙部分被制在左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的對應(yīng)之一上；以及(ii)制在對應(yīng)齒輪軸9、9下端上的齒輪齒牙部分6b。另外，左右變距齒條的齒牙部分6a、6a的尺寸被制成能使左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b相對于兩齒條軸9、9相同的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生不同的行程。因而，盡管變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)較為簡單(左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b相互分開，并制出左右兩變距齒條6、6)，但在轉(zhuǎn)向操作過程中能使左右齒條容易地實(shí)現(xiàn)不同的行程。
(3)作為用于將轉(zhuǎn)向輸入部分(含方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(含左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b)在機(jī)械上相互連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械型備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有三個(gè)卷輥4a、4b、4b的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。另外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其被用作機(jī)械備用系統(tǒng)中的一個(gè)部件，該裝置被布置在轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式下該離合器裝置接合上。此外，還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了左右兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5，兩致動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的齒條軸部分10a和10b。在離合器裝置3分離開的SBW工作模式中，通過向左右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5發(fā)送相同的指令，就能確保左右齒條具有不同的行程。此外，通過將左右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5相互分開，可提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛性。在由于SBW系統(tǒng)失效而啟用的備用工作模式下，利用轉(zhuǎn)向角變換器可使左右齒條產(chǎn)生不同的行程，由此能有效地減小車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑。
下面參見圖5，圖中表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的第一種改型。為了避免纜索型備用機(jī)構(gòu)4的耐用性降低的問題，圖5中的第一改型采用了雙離合器設(shè)計(jì)，其中，備用機(jī)構(gòu)4耐用性的降低是由于對于圖1所示的單離合器結(jié)構(gòu)、在轉(zhuǎn)向輸出部分運(yùn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)纜索和卷輥始終在同步地運(yùn)動(dòng)，而這樣的情況是不利的。詳細(xì)來講，從圖5可清楚地看出，以一定的方式設(shè)置了兩個(gè)離合器裝置3、3，以便于將纜索型備用機(jī)構(gòu)4夾置在二者之間，左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b由同一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5驅(qū)動(dòng)。在圖5所示第一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，作為用于將轉(zhuǎn)向輸入部分(含方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(含變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a、10b，每一齒條軸部分具有一變距齒條6)在機(jī)械上相互連接起來的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有兩個(gè)卷輥的纜索型備用機(jī)構(gòu)4，其中的兩個(gè)卷輥即為轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥4a和轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥4b。兩離合器裝置3、3分別被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分之間，這兩個(gè)部分還將纜索型備用機(jī)構(gòu)4夾置在二者之間。在轉(zhuǎn)向輸出部分中只設(shè)置了一個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5，用于驅(qū)動(dòng)左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b。下方的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)離合器裝置3被間置在齒輪軸11與左齒輪軸9之間。如圖5所示，齒輪軸11的一端與轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥4b固定連接。由一兩端上制有左右兩齒條部分12a、12a的可動(dòng)連接軸12構(gòu)成一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)用于在SBW工作模式下的轉(zhuǎn)向操作過程中對右齒輪軸9進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其與受單個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器5驅(qū)動(dòng)的左齒輪軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)同步地進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，左右兩齒輪軸9、9的上端上制有齒輪部分9a、9a，齒輪部分9a與連接軸上對應(yīng)的齒條部分12a保持嚙合。盡管未在圖中清楚地表示出，但在圖5所示第一改型的轉(zhuǎn)向裝置中，連接軸12上左右兩齒條部分12a、12a的齒牙為相同的尺寸，從而形成了定節(jié)距結(jié)構(gòu)，據(jù)此，在向左齒輪軸輸入轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，右齒輪軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向均與左齒輪軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)同步且相同。圖5所示第一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的其它結(jié)構(gòu)均與圖1-3實(shí)施方式相同。因而，為了簡化本文的描述，在對圖5所示第一改型進(jìn)行介紹時(shí)，采用與圖1-3中實(shí)施方式相同的標(biāo)號來指代第一改型中對應(yīng)的同種元件，且由于上文對這些附圖標(biāo)號的描述是很清楚的，所以略去對這些內(nèi)容的重復(fù)描述。下面將詳細(xì)介紹圖5所示第一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的工作過程和優(yōu)點(diǎn)。
按照與圖1-3實(shí)施方式中轉(zhuǎn)向裝置相同的方式，對于圖5所示第一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置3、3，不論轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是工作在SBW工作模式下、還是工作在備用工作模式下，都能保證獲得最小的轉(zhuǎn)彎半徑。另外，在SBW工作模式中，纜索型備用機(jī)構(gòu)4借助于均處于分離狀態(tài)的兩離合器裝置、與轉(zhuǎn)向輸入部分和輸出部分徹底脫離機(jī)械連接，由此可防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4中的纜索和卷輥由于被轉(zhuǎn)向輸入部分和輸出部分的至少之一始終同步地拖動(dòng)著而出現(xiàn)的不利情況。這將能避免諸如纜線磨損、外套管磨損、纜索型備用機(jī)構(gòu)4耐用性降低等的問題。另外，兩齒條軸9、9的上端利用高剛性的連接軸12、而非圖1中的第三纜索4e實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。采用高剛性的連接軸12能消除設(shè)置雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器結(jié)構(gòu)(5-5)的必要性，從而有助于提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛性。因而，在圖5所示的第一改型中，只采用了左側(cè)的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5，卻取消了右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。作為替代方案，為了提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性和剛性以形成雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)，除了與左齒輪軸相連接的左轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5之外，還可在右齒輪軸的中段處設(shè)置右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。
除了由圖1-3所示實(shí)施方式的轉(zhuǎn)向裝置所實(shí)現(xiàn)的效果(1)-(2)之外，圖5所示第一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有如下的第(4)方面效果。
(4)在圖5所示第一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，作為用于將轉(zhuǎn)向輸入部分(含方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(含變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a、10b)在機(jī)械上相互連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有兩個(gè)卷輥的纜索型備用機(jī)構(gòu)4，其中的兩卷輥即為轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥4a和轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥4b。在對應(yīng)的轉(zhuǎn)向輸入部分和輸出部分中設(shè)置了兩離合器裝置3、3，轉(zhuǎn)向輸入部分與輸出部分之間夾置著纜索型備用機(jī)構(gòu)4。另外，在轉(zhuǎn)向輸出部分其中一齒輪軸9的中段處設(shè)置了單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5，該致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b(兩部分借助于連接軸12和一對齒輪軸9在機(jī)械上相互連接起來)，使兩齒條軸部分的運(yùn)動(dòng)與所述齒輪軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)同步。在兩離合器裝置3都被分離開的SBW工作模式中，必然能有效地防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4中的纜索和卷輥與轉(zhuǎn)向輸入部分和輸出部分至少之一的運(yùn)動(dòng)同步地受到拖動(dòng)，從而能提高纜索型備用機(jī)構(gòu)4的耐用性。另外，采用單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5將有助于簡化SBW轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而能降低制造成本。
下面參見圖6，圖中表示了第二種改型的車輛轉(zhuǎn)向裝置。如上文所述，在圖1-3的實(shí)施方式和圖5的第一改型中，由兩相互分開的變距齒條6、6構(gòu)成的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)被應(yīng)用到SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中、或與SBW轉(zhuǎn)向裝置相結(jié)合。作為備選方案，在圖6所示的第二改型中，變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)被應(yīng)用到普通的轉(zhuǎn)向桿系直接連接型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，這樣的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用了單根剛性的柱軸7，轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)通過該柱軸7與連接著轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向輸出部分直接相連。在圖6所示的第二改型中，采用了單根剛性的柱軸7?？衫糜扇f向接頭連接起來的主副柱軸來取代此單根剛性柱軸7。更具體來講，如圖6所示，在第二改型的轉(zhuǎn)向裝置中，其上端與方向盤1固定連接的柱軸7被與一齒輪軸9(圖6第二改型中的左齒輪軸)制為一體。其中一齒輪軸9(左齒輪軸)通過連接軸12與另一齒輪軸9(右齒輪軸)實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接，其中的連接軸12具有左右兩個(gè)定節(jié)距的齒條部分12a。左右兩齒輪軸9具有各自的齒輪部分9a，齒輪部分與連接軸12上對應(yīng)的齒條部分9a相互嚙合。由于圖6第二改型的轉(zhuǎn)向裝置采用的是直接連接型轉(zhuǎn)向桿系，所以無須設(shè)置回饋致動(dòng)器2，也沒有太大的必要設(shè)置轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5，直接連接型轉(zhuǎn)向桿系使轉(zhuǎn)向輸入部分(含方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(含左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b)之間永久保持著機(jī)械力矩的傳遞關(guān)系。與圖5所示第一改型的方式相同，在圖6所示第二改型的轉(zhuǎn)向桿系直接連接型轉(zhuǎn)向裝置中，連接軸12上左右兩齒條部分12a、12a的齒牙為相同的尺寸，從而形成了定節(jié)距齒條結(jié)構(gòu)，按照這樣的結(jié)構(gòu)，在向左齒輪軸9輸入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的情況下，右齒輪軸9能與左齒輪軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)同步地、以相同的速度和方向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖6所示第二改型中轉(zhuǎn)向桿系直接連接型轉(zhuǎn)向裝置的其它結(jié)構(gòu)與圖1-3所示實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同。在轉(zhuǎn)向操作過程中，由駕駛員向方向盤1施加的轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)柱軸7、左齒輪軸9傳遞給左變距齒條6，與此同時(shí)，還經(jīng)柱軸7、連接軸12、以及右齒輪軸9傳遞給右變距齒條6。在另一方面，從路面輸入到左右轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向阻力則經(jīng)過左右變距齒條和柱軸7傳遞到方向盤1上，該力矩的傳遞路線與轉(zhuǎn)向輸入力矩的傳動(dòng)方向相反，由此使駕駛員從方向盤上感覺到一定的轉(zhuǎn)向感，該轉(zhuǎn)向感基本上對應(yīng)著轉(zhuǎn)向阻力(回饋力矩)。對于圖6所示第二改型的上述轉(zhuǎn)向裝置，變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(兩變距齒條6、6)與轉(zhuǎn)向桿系直接連接型車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相結(jié)合，而不是應(yīng)用到SBW車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，在向方向盤1輸入轉(zhuǎn)向動(dòng)作的情況下，右齒輪軸9與左齒輪軸9的轉(zhuǎn)動(dòng)同步地、以相同的速度和方向轉(zhuǎn)動(dòng)。從涉及第一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的圖5中的系統(tǒng)圖、以及涉及第二改型的轉(zhuǎn)向桿系直接連接型轉(zhuǎn)向裝置的圖6可認(rèn)識到，上文討論的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)可被應(yīng)用到這樣的機(jī)構(gòu)中大小和方向相同的輸入轉(zhuǎn)動(dòng)能被同時(shí)傳遞給與兩相互分開的左右齒條軸部分10a、10b相對應(yīng)的兩齒輪軸9、9。
與圖1-4所示實(shí)施方式的、可隨意設(shè)定轉(zhuǎn)向角特征曲線的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置相反，圖6所示第二改型的轉(zhuǎn)向桿系直接連接型轉(zhuǎn)向裝置不能自由地設(shè)定轉(zhuǎn)向角特征曲線，但結(jié)構(gòu)更為簡單(其中的特征曲線包含當(dāng)在向前直行狀態(tài)下轉(zhuǎn)向時(shí)，方向盤運(yùn)動(dòng)與左轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；以及當(dāng)在向前直行狀態(tài)下轉(zhuǎn)向時(shí)，方向盤運(yùn)動(dòng)與右轉(zhuǎn)向輪運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系)。采用圖6所示第二改型中結(jié)構(gòu)更為簡化的轉(zhuǎn)向裝置，可簡單地實(shí)現(xiàn)車輛最小轉(zhuǎn)彎半徑的減小。在圖6所示第二改型的轉(zhuǎn)向裝置中，采用連接軸12作為使左右齒輪軸9、9同步轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，左右兩齒輪軸9、9分別與制在左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上的變距齒條部分6a、6a相嚙合。也可不采用連接軸12，而是采用纜索、鏈條、皮帶等纏繞型連接器。如上文討論的那樣，為了形成一種設(shè)置有變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)的更為簡單的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將圖6第二改型的轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)成不帶有任何的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。作為替代方案，為了向駕駛員提供轉(zhuǎn)向助動(dòng)力矩或助動(dòng)力、以減輕駕駛員必須要向方向盤1施加的轉(zhuǎn)向力，可增設(shè)一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，作為轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)，該助力機(jī)構(gòu)例如是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)或液壓轉(zhuǎn)向助力機(jī)構(gòu)。
除了圖1-3所示實(shí)施方式的轉(zhuǎn)向裝置所能獲得的效果(1)-(2)之外，圖6所示第二改型中、相對較為簡單的轉(zhuǎn)向桿系直接連接型車輛轉(zhuǎn)向裝置具有如下的效果(5)。
(5)圖6所示第二改型的車輛轉(zhuǎn)向裝置采用了直接連接的轉(zhuǎn)向桿系，在該桿系中，上端與方向盤1相連接的柱軸7被與左右兩齒輪軸9、9中的之一制為一體，此外，其中一齒輪軸(左齒輪軸)通過連接軸12與另一齒輪軸(右齒輪軸)實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接，連接軸12具有左右兩齒條部分12a、12a。如從圖6中的第二改型可領(lǐng)會(huì)到的那樣—也就是說，變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(兩變距齒條6、6)與直接連接型轉(zhuǎn)向桿系的結(jié)合將能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b)之間永久性的機(jī)械力矩傳遞關(guān)系，并能實(shí)現(xiàn)左右齒條軸9、9之間的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，為了有效地減小車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑，可在裝備有轉(zhuǎn)向軸的普通轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上容易地應(yīng)用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向輸入部分和輸出部分通過一轉(zhuǎn)向柱軸直接連接起來。
下面參見圖7，圖中表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的第三種改型，相對于圖1-3實(shí)施方式中采用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置，該轉(zhuǎn)向裝置略有改動(dòng)。作為使左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b在轉(zhuǎn)向過程中產(chǎn)生不同行程的轉(zhuǎn)向角變換器，圖7的第三改型中的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置采用了一對截頭錐或平頂錐形狀的、位于轉(zhuǎn)向輸出側(cè)的錐形卷輥4b′、4b′，而不是采用兩變距齒條6、6。
也就是說，如圖7所示，第三改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向角變換器是由左右兩截頭錐形卷輥4b′、4b′(作為下文描述的纜索型備用機(jī)構(gòu)4的組成部件)構(gòu)成的，兩卷輥4b′、4b′與對應(yīng)齒輪軸9、9的上端固定連接。在圖7所示第三改型的轉(zhuǎn)向裝置中，雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)(用作行程齒條行程變換器)與一個(gè)定節(jié)距的雙齒條機(jī)構(gòu)相結(jié)合，其中的雙齒條機(jī)構(gòu)包括左右兩根相互分開的定節(jié)距齒條6′、6′。圖7所示第三改型的纜索型備用機(jī)構(gòu)4是由轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、轉(zhuǎn)向輸出側(cè)錐形卷輥4b′、4b′、以及三條纜索4c-4e構(gòu)成的。裝備有錐形卷輥的纜索型備用機(jī)構(gòu)4被設(shè)計(jì)成這樣纜索4c和4e纏繞到左錐形卷輥4b′上時(shí)的直徑隨左齒條的行程而改變，而纜索4d和4e纏繞到右錐形卷輥4b′上時(shí)的直徑隨右齒條的行程進(jìn)行改變。不難理解通過利用圖7所示的定節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，對于齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b的行程將不存在差異，其中，制在兩定節(jié)距齒條6′的定距齒條部分6a′上的齒牙為相同的尺寸。如下文詳細(xì)描述的那樣，通過采用由雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)構(gòu)成的轉(zhuǎn)向角變換器，圖7第三改型中的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置利用左右兩齒輪軸9、9之間不同的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了不同的齒條行程，換言之，可在纜索型備用機(jī)構(gòu)4的左右錐形卷輥4b′、4b′之間實(shí)現(xiàn)速度差，其中，雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)錐縮方向相反的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)錐形卷輥4b′。
更詳細(xì)來講，圖7第三改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置與圖1-3實(shí)施方式中轉(zhuǎn)向裝置的區(qū)別在于用兩個(gè)錐形卷輥4b′、4b′取代轉(zhuǎn)向輸出側(cè)的圓筒形卷輥4b、4b，且用定節(jié)距的雙齒條機(jī)構(gòu)(定節(jié)距齒條6′、6′)取代變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(變距齒條6、6)。圖7所示第三改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的其它結(jié)構(gòu)與圖1-3中實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同。
從圖8到圖12可清楚地看出，第一纜索4c的一端被固定連接到轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a的下端上，而第二纜索4d的一端被固定連接到轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a的上端上。從圖12中的解釋性視圖可看出，第一纜索4c和第二纜索4d被纏繞到卷輥4a上的螺旋形或螺線形纜索槽中，兩螺旋槽剛好類似于互逆的螺線。具體來講，在圓筒形卷輥4a的俯視圖中，第二纜索4d按照順時(shí)針方向、從固定連接于卷輥4a上端上的第二纜索端纏繞到卷輥4a上，第一纜索4c則按照逆時(shí)針方向、從固定到卷輥4a下端上的一第一纜索固定端纏繞到卷輥4a上。從圖9可看出，錐形卷輥4b′和4b′的軸線是相互平行的，且左右錐形卷輥4b′、4b′的錐形方向是相反的，另外，左側(cè)錐形卷輥4b′與右側(cè)錐形卷輥4b′的形狀和尺寸是相同的。從圖9和圖12可清楚地看出，第一纜索4c被纏繞到左錐形卷輥4b′的下半部分上，以使得第一纜索4c的另一端固定地連接到左錐形卷輥4b′下方的小徑端上。按照類似的方式，第二纜索4d被纏繞到右錐形卷輥4b′的上半部分上，以使得第二纜索4d的另一端固定地連接到右錐形卷輥4b′上部的小徑端上。在另一方面，對于兩錐形卷輥4b′、4b′之間的第三纜索4e，其一纏繞/松卷纜索部分被纏繞到左錐形卷輥4b′的上半錐形部分上，從而將第三纜索4e的一端固定地連接到左錐形卷輥4b′上方的大徑端上，而第三纜索4e上另一相反的纏繞/松卷纜索部分則被纏繞到右錐形卷輥4b′的下半錐形部分上，從而將第三纜索4e的另一端固定地連接到右錐形卷輥4b′下方的大徑端上。如圖10所示，假定在同樣的軸向高度處、用同一平面對左右兩錐形卷輥4b′、4b′執(zhí)行水平剖切，將左右錐形卷輥4b′、4b′的外徑設(shè)計(jì)成這樣使得左右兩錐形卷輥4b′、4b′在同一軸向面內(nèi)的直徑之和為常數(shù)，其中，所述軸向高度是從左錐形卷輥4b′小直徑的下端或從右錐形卷輥4b′大直徑的下端進(jìn)行測量的。也就是說，假如將左錐形卷輥4b′最上方大直徑截面的直徑定義為“d2”，左錐形卷輥4b′中間截面的直徑定義為“d0”，并將左錐形卷輥4b′最下方小直徑截面的直徑定義為“d1”，則將右錐形卷輥4b′最上方小直徑截面的直徑、中間截面直徑、以及最下方大徑截面的直徑則分別為“d1”“d0”“d2”。用不等式d1＜d0＜d2來表達(dá)各個(gè)直徑d1、d0以及d2之間的關(guān)系。換言之，第一纜索4c在與左定節(jié)距齒條6′相連的左錐形卷輥4b′上的有效纏繞直徑與第二纜索4d在與右定節(jié)距齒條6′相連的右錐形卷輥4b′上的有效纏繞直徑的和為常數(shù)。如圖11所示，采用第三實(shí)施方式的雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)，就可使左右兩錐形卷輥4b′、4b′的運(yùn)動(dòng)變得不同，換言之，各自上端部與對應(yīng)錐形卷輥4b′、4b′的中心軸線固定連接的左右兩齒輪軸9的轉(zhuǎn)速是不同的，其中，雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)是由形狀和尺寸均相同、但在軸向上的錐縮方向相反的左右兩個(gè)錐形卷輥4b′、4b′構(gòu)成的。
事實(shí)上，從圖11所示的卷輥速度特征曲線可領(lǐng)會(huì)到在圖7第三實(shí)施方式的轉(zhuǎn)向裝置中，左右錐形卷輥4b′、4b′的速度特性被設(shè)定為不論處于任何轉(zhuǎn)向位置，左右錐形卷輥4b′、4b′的轉(zhuǎn)速和都等于一個(gè)常數(shù)。也就是說，假如將左錐形卷輥4b′的速度設(shè)定為“n1”，用“n2”代表右錐形卷輥4b′的速度，用“n0”代表中間位置上相同的錐形卷輥的轉(zhuǎn)速，則不論處于任何轉(zhuǎn)向位置上，等式n1+n2＝n0*2都始終成立，其中的轉(zhuǎn)向位置例如是向右的最大轉(zhuǎn)彎位置、向左的最大轉(zhuǎn)彎位置或中間位置。
參見圖12，圖中表示了與雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)中兩錐形卷輥4b′、4b′的不同運(yùn)動(dòng)相對應(yīng)的工作原理，在圖7所示第三改型的轉(zhuǎn)向裝置中，該雙錐形卷輥被用作轉(zhuǎn)向角變換器。
如圖12所示，在向右轉(zhuǎn)向的過程中，轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a在順時(shí)針方向上轉(zhuǎn)動(dòng)一給定的角度，該角度對應(yīng)于方向盤的運(yùn)動(dòng)量。在圓筒形卷輥4a順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，第一纜索4c的一個(gè)纏繞/松卷部分被從左側(cè)的錐形卷輥4b′上松卷下來，而其另一個(gè)相反的纏繞/松卷部分則被纏繞到轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a上。此動(dòng)作的結(jié)果是在第一纜索4c從左側(cè)錐形卷輥4b′上松卷下來的過程中，其從左側(cè)錐形卷輥4b′上松卷下來時(shí)的有效直徑趨于逐漸減小。在另一方面，第一纜索4c纏繞到圓筒形卷輥4a上的有效直徑則保持為恒定的卷輥直徑，與執(zhí)行纏繞操作或松卷操作無關(guān)。第一纜索4c有效直徑的逐漸減小意味著左側(cè)錐形卷輥4b′的轉(zhuǎn)速會(huì)增大。與上述情況相反，第二纜索4d的一個(gè)纏繞/松卷部分被從轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a上松卷下來，而其另一個(gè)相反的纏繞/松卷部分則被纏繞到右側(cè)的錐形卷輥4b′上。此動(dòng)作的結(jié)果是第二纜索4d在纏繞到右側(cè)錐形卷輥上的過程中，其在右側(cè)錐形卷輥4b′上的有效直徑趨于逐漸增大。另一方面，第二纜索4d在圓筒形卷輥4a上的有效直徑則恒定地保持為卷輥的直徑，與纏繞操作或松卷操作無關(guān)。第二纜索4d有效直徑的逐漸減小意味著右側(cè)錐形卷輥4b′的轉(zhuǎn)速會(huì)減小。在另一方面，在左右兩錐形卷輥4b′、4b′之間延伸的第三纜索4e則起到了轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)件的作用，用于將兩錐形卷輥4b′、4b′的轉(zhuǎn)動(dòng)在機(jī)械上相互聯(lián)系起來，同時(shí)始終滿足或保持著由公式n1+n2＝2×n0限定的速度關(guān)系，不受轉(zhuǎn)向位置的影響。提供圖12中的解釋性視圖只是為了說明裝備有纜索型備用機(jī)構(gòu)4的雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)的工作原理，且將纜索纏繞到纜索型備用機(jī)構(gòu)中各個(gè)相應(yīng)卷輥上的方法只是一種舉例，可以理解纜索型備用機(jī)構(gòu)4中卷輥和纜索的實(shí)際布局可被適當(dāng)?shù)馗膭?dòng)。舉例來講，在實(shí)際應(yīng)用中，可將圖7所示第三改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置備用機(jī)構(gòu)的卷輥—纜索布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為能產(chǎn)生圖13B所示的第一齒條行程差動(dòng)特性，在該特性關(guān)系中，向外伸出的齒條軸部分具有相對較大的齒條行程，換言之，向內(nèi)伸的齒條軸部分的行程則較小。不難理解通過改變螺旋纜槽之間的螺距、逆反兩錐形卷輥的錐縮方向、改變纏繞/松卷方向、和/或改變各個(gè)錐形卷輥的錐面相對其軸線的傾斜角，能適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或改變齒條行程的差動(dòng)特性。例如，通過將兩錐形卷輥倒置，就能獲得圖13C所示的第二齒條行程差動(dòng)特性(一種逆反的齒條行程差動(dòng)特性)，在該特性條件下，向內(nèi)側(cè)伸的齒條軸部分的行程較大，換言之，外伸齒條軸部分的行程則較小。另外，通過改變螺旋纜槽之間的螺距，可改變齒條行程相對于操縱轉(zhuǎn)角的變化率。
對于圖7所示第三改型中的上述結(jié)構(gòu)一也就是說，在雙卷輥機(jī)構(gòu)(在相反方向上錐縮的兩錐形卷輥4b′、4b′)與定節(jié)距的雙齒條機(jī)構(gòu)(兩定距齒條6′、6′)相結(jié)合的情況下，如圖13B清楚表示的那樣，在向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b中向外側(cè)延伸的第一齒條軸部分的齒條行程將變得大于向內(nèi)側(cè)縮回的第二齒條軸部分的行程。相反情況，假如左右錐形卷輥4b′在軸向上結(jié)構(gòu)是相反的，也就是說，將左右錐形卷輥4b′、4b′互換(參見圖15和18中的左右錐形卷輥4b′、4b′，這兩個(gè)附圖表示了將要在下文介紹的第五和第八改型)，這種錐形卷輥4b′、4b′倒置的SBW車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)表現(xiàn)出如圖13C所示的、相反的不同的齒條行程特性，在向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，向外延伸移動(dòng)的第一可動(dòng)齒條軸部分的行程將變?yōu)樾∮谙騼?nèi)回縮移動(dòng)的第二可動(dòng)齒條軸部分的行程。如果用與轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥4a類似的圓筒形卷輥來取代轉(zhuǎn)向輸出側(cè)錐形卷輥4b′、4b′。在此情況下，如圖13A所示，在向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，向外側(cè)延伸移動(dòng)的第一可動(dòng)齒條軸部分的行程與向內(nèi)側(cè)縮回的第二齒條軸部分的行程相等，從而保證了左右齒條之間運(yùn)動(dòng)的同步性，左右齒條之間不會(huì)發(fā)生差動(dòng)。
除了圖1-3所示實(shí)施方式中轉(zhuǎn)向裝置獲得的效果(1)之外，圖7所示第三改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(6)-(7)。
(6)轉(zhuǎn)向角變換器是由雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)構(gòu)成的，該機(jī)構(gòu)包括左右兩個(gè)截頂錐形卷輥4b′、4b′，兩卷輥分別固定連接到對應(yīng)齒輪軸9、9的上端上，從而使纏繞在錐形卷輥4b′、4b′上的第一、第二纜索4c和4d的有效直徑隨左右兩齒條-齒輪機(jī)構(gòu)(定節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，其包括左右兩相互分開的定節(jié)距齒條6′、6′)的齒條行程而變化，以使得左右齒輪軸之間產(chǎn)生差動(dòng)運(yùn)動(dòng)。通過將轉(zhuǎn)向輸出側(cè)左右兩卷輥的形狀從圓筒形簡單地改變?yōu)榻仨斿F形，就能形成相對較為簡單的雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)，由此，利用雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)(在相反方向上錐縮的、且具有相同形狀和尺寸的左右兩錐形卷輥4b′、4b′)使兩齒輪軸9、9產(chǎn)生的差動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可使左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a、10b具有不同的行程。
(7)作為用于將轉(zhuǎn)向輸入部分(包括方向盤1)與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了這樣的纜索型備用機(jī)構(gòu)4其具有一個(gè)屬于轉(zhuǎn)向輸入側(cè)的圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)屬于轉(zhuǎn)向輸出側(cè)的截頂錐形卷輥4b′。另外還設(shè)置了一個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了左右兩個(gè)用于驅(qū)動(dòng)對應(yīng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5。還設(shè)置了左右兩套定節(jié)距齒條/齒輪機(jī)構(gòu)(定節(jié)距齒條/齒輪機(jī)構(gòu)包括定節(jié)距的齒條6′、6′，兩齒條的齒牙部分6a′被制在相互分開的兩齒條軸部分10a、10b上)，從而，對于相同的齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b之間不會(huì)產(chǎn)生差動(dòng)齒條行程。因而，在由SBW系統(tǒng)失效而啟用的備用工作模式下，離合器裝置3保持接合狀態(tài)，此時(shí)可利用轉(zhuǎn)向角變換器(雙錐形卷輥機(jī)構(gòu))來使左右齒條產(chǎn)生行程差，進(jìn)而能有效地減小車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑。
下面參見圖14，圖中表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的第四種改型。為了使向外伸出的第一齒條軸部分的齒條行程能相對于向內(nèi)縮回的第二齒條軸部分的行程進(jìn)一步地增大，將變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(兩變距齒條6、6)與雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)(兩錐形卷輥4b′、4b′)組合起來，下文將對此進(jìn)行詳細(xì)描述。在圖14所示的第四改型中，離合器裝置3是由一摩擦離合器構(gòu)成的，該離合器例如是電磁離合器或電磁機(jī)械離合器。在圖14所示第四改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了這樣的纜索型備用機(jī)構(gòu)4其具有一個(gè)屬于轉(zhuǎn)向輸入側(cè)的圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)屬于轉(zhuǎn)向輸出側(cè)的錐形卷輥4b′。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了左右兩個(gè)用于驅(qū)動(dòng)對應(yīng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5。兩變距齒條6、6的齒牙部分被制在左和右可移動(dòng)齒條軸部分10a、10b上，并使得左右兩變距齒條6、6上齒牙部分的最外端具有最小的齒輪節(jié)距，而左右兩變距齒條6、6的左右兩變距齒條6齒牙部分的最內(nèi)端則具有最大的齒輪節(jié)距，且齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地縮小。也就是說，圖14所示第四改型與圖7所示第三改型略有區(qū)別，區(qū)別在于在圖7所示第三改型的轉(zhuǎn)向裝置中，采用定節(jié)距的雙齒條機(jī)構(gòu)與雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)相結(jié)合，而在圖14所示第四改型的轉(zhuǎn)向裝置中，采用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)與雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)相結(jié)合。下面詳細(xì)介紹圖14所示第四改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的工作過程。
按照與圖1-3所示實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)向裝置相同的方式，通過采用包括變距齒條部分6a的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，可使左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b中向外伸出的第一齒條軸部分的行程變大，而向內(nèi)回縮的第二齒條軸部分的行程則變小，從而可在左右兩齒條的行程之間實(shí)現(xiàn)差異，其中，齒條部分6a的齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地減小。在離合器裝置3分離開的SBW工作模式下，圖14所示第四改型中的轉(zhuǎn)向裝置可利用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(兩變距齒條6、6)實(shí)現(xiàn)不同齒條行程的功能。
在另一方面，在離合器裝置3接合著的備用工作模式下，使左右兩齒輪軸9具有不同轉(zhuǎn)速的雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)(左右兩錐形卷輥4b′、4b′)實(shí)現(xiàn)了差動(dòng)運(yùn)動(dòng)的功能，因此，該功能可實(shí)現(xiàn)兩齒條行程差異化的功能即向外伸出的第一可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程變大，而向內(nèi)縮回的第二齒條軸部分的行程變小。與此同時(shí)，能借助于變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)另外的齒條行程差異化功能，該機(jī)構(gòu)能使左右齒條具有不同的行程。因而，利用由雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)差異化功能(使齒條行程不同的功能)、與由變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的附加的齒條行程差異化功能的倍增作用，可使向外伸出的第一齒條軸部分的行程顯著地增大或增倍。換言之，在備用工作模式中，利用兩種齒條行程差異化功能之間的倍增作用，能顯著地減小向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的行程。
除了圖1-3所示實(shí)施方式中轉(zhuǎn)向裝置獲得的效果(1)、以及圖7所示第三改型中轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(6)之外，圖14所示第四改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(8)。
(8)作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了這樣的纜索型備用機(jī)構(gòu)4其具有一個(gè)屬于轉(zhuǎn)向輸入側(cè)的圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)屬于轉(zhuǎn)向輸出側(cè)的截頂錐形卷輥4b′、4b′。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)對應(yīng)齒條軸10a和10b的左右兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5。還設(shè)置了左右兩變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)(變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，其包括兩變距齒條6、6，齒條的齒牙部分6a、6a被制在相互分開的對應(yīng)齒條軸部分10a或10b上)，從而，對于兩齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)，左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b的行程是不同的，此外，齒條的齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐步地減小。與采用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)或雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)作為轉(zhuǎn)向角變換器的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置相比，圖14第四改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置既采用了能實(shí)現(xiàn)圖4所示齒條行程差異化特征曲線的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)、也采用了能實(shí)現(xiàn)圖13B所示行程差異化特征曲線的雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)，以它們作為轉(zhuǎn)向角變換器，向外伸出的第一齒條軸部分的行程得以顯著地增大或倍增。也就是說，向外伸出的、行程較大的齒條軸部分的行程與向內(nèi)縮回的、行程較小的齒條軸部分的行程具有很大的差值。
下面參見圖15，圖中表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的第五種改型。為了使向內(nèi)縮回的第二齒條軸部分的行程相比于向外伸出的第一齒條軸部分的行程進(jìn)一步地增大，如下文詳細(xì)介紹的那樣，將變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(變距齒條6、6)與雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)(兩錐形卷輥4b′、4b′)組合起來。在圖15所示第五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有一轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)錐形卷輥4b′、4b′的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)對應(yīng)齒條軸10a和10b的左右兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5。為了實(shí)現(xiàn)與圖14第四改型中轉(zhuǎn)向裝置的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的齒條行程差異化特征曲線相反的特征曲線，按照這樣的方式在左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a、10b上制出變距齒條6、6的齒牙部分以使得左右變距齒條6、6上齒牙部分的最外端具有最大的齒輪節(jié)距，而最內(nèi)端具有最小的齒輪節(jié)距，且齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地增大。因而，與圖14所示第四改型中轉(zhuǎn)向裝置的、齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸減小的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)相比，圖15所示第五改型中轉(zhuǎn)向裝置的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)表現(xiàn)出相反的齒條行程差異化特性，即在向右或向左轉(zhuǎn)彎時(shí)，向外伸出的第一可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程變得小于向內(nèi)縮回的第二齒條軸部分的行程。與圖14所示第四改型的纜索型備用機(jī)構(gòu)4的雙錐形卷輥結(jié)構(gòu)相比，圖15所示第五改型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的兩錐形卷輥4b′、4b′在垂直方向上的位置都顛倒了，從而獲得了圖13C所示的、相反的齒條行程差異化特征曲線，在向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，向外伸出的第一可動(dòng)齒條軸部分的行程變得小于向內(nèi)縮回的第二齒條軸部分的行程，其中，圖14所示的纜索型備用機(jī)構(gòu)4能實(shí)現(xiàn)圖13B所示的差動(dòng)—即齒條行程差異化特征。也就是說，圖15第五改型與圖14第四改型的區(qū)別僅在于第五改型中轉(zhuǎn)向裝置的雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)具有相反的差動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式，即相反的齒條行程差異化特性(見圖13C)，此外，第五改型中轉(zhuǎn)向裝置的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)所具有的齒條行程差異化特性與第四改型中轉(zhuǎn)向裝置的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的齒條行程差異化特征相反。下面將詳細(xì)介紹圖15所示第五改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的工作原理。
通過采用包括變距齒條6、6的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，可使左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b中向外伸出的第一齒條軸部分的行程變小，而向內(nèi)回縮的第二齒條軸部分的行程則變大，從而可實(shí)現(xiàn)相反的行程差異化特性(見圖13C)，其中，變距齒條6、6上變節(jié)距齒條部分6a的齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸增大。在離合器裝置3被分離開的SBW工作模式下，圖15所示第五改型中的轉(zhuǎn)向裝置可利用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(兩變距齒條6、6)實(shí)現(xiàn)逆反的齒條行程差異化功能。
在離合器裝置3接合著的備用工作模式下，由雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)(左右兩錐形卷輥4b′、4b′)實(shí)現(xiàn)的差動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能使左右兩齒輪軸9、9具有不同轉(zhuǎn)速，因此，該功能可實(shí)現(xiàn)逆反的齒條行程差異化功能即向外伸出移動(dòng)的第一可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程變小，而向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的行程變大。與此同時(shí)，可借助于變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)另外的逆反齒條行程差異化功能。因而，利用由雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的逆反齒條行程差異化功能、與由變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的附加的逆反齒條行程差異化功能的倍增作用，可使向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的行程顯著地增大或倍增。換言之，在備用工作模式中，利用兩種逆反齒條行程差異化功能之間的倍增作用，能顯著地減小向外伸出的第一齒條軸部分的行程。
除了圖1-3所示實(shí)施方式中轉(zhuǎn)向裝置獲得的效果(1)、以及圖7所示第三改型中轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(6)之外，圖15所示第五改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(9)。
(9)作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有一個(gè)轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)截頂錐形卷輥4b′的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)對應(yīng)齒條軸10a和10b的左右兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。還設(shè)置了左右兩變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)(變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，其包括兩變距齒條6，齒條的齒牙部分6a被制在相互分開的對應(yīng)齒條軸部分10a或10b上)，從而，對于兩齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)，左右可動(dòng)齒條軸部分10a、10b的行程是不同的，此外，齒條的齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐步增大。與采用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)或雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)作為轉(zhuǎn)向角變換器的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置相比，圖15第五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置既采用了能實(shí)現(xiàn)與圖4所示齒條行程差異化特征曲線相反的特征曲線的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，也采用了能實(shí)現(xiàn)圖13C所示逆反行程差異化特征曲線的雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)，以它們作為轉(zhuǎn)向角變換器，向內(nèi)縮回的第二齒條軸部分的行程得以顯著地增大或倍增。也就是說，向內(nèi)縮回的、行程較大的齒條軸部分的行程與向外伸出的、行程較小的齒條軸部分的行程具有很大的差值。
下面參見圖16，圖中表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的第六種改型。為了簡化SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置，圖16所示第六改型的轉(zhuǎn)向裝置相對于圖7中的第三改型作了略微的改動(dòng)。具體而言，圖16所示第六改型的轉(zhuǎn)向裝置與圖7所示第三改型的轉(zhuǎn)向裝置的區(qū)別在于采用了單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)5，而非采用雙致動(dòng)器系統(tǒng)(5，5)。從圖7與圖16的對比可清楚地看出，在圖16所示第六改型的轉(zhuǎn)向裝置的情況下，取消了兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5中的右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。在圖16所示第六改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有一個(gè)轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)錐形卷輥4b′的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)左右兩齒條軸10a和10b的單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。按照這樣的方式在左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上制出定節(jié)距齒條6′的齒牙部分使得左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b對于齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)能產(chǎn)生相同的行程。下面將簡單地描述圖16所示第六改型中車輛轉(zhuǎn)向裝置的工作過程。
在轉(zhuǎn)彎過程中，當(dāng)方向盤1在離合器裝置3分離開的狀態(tài)下順指針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)置在左齒輪軸中間部位的左轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5按照SBW工作模式進(jìn)行工作。因而，由單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5直接驅(qū)動(dòng)左側(cè)的齒輪軸9，且右齒輪軸9也借助于左側(cè)的錐形卷輥4b′、第三纜索4e、以及右側(cè)錐形卷輥4b′由同一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。換言之，單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5產(chǎn)生的一部分力矩應(yīng)用到左齒輪軸9上，而其余部分的力矩則經(jīng)左側(cè)的錐形卷輥4b′、第三纜索4e、以及右側(cè)的錐形卷輥4b′施加給右齒輪軸9。
除了圖1-3所示實(shí)施方式中轉(zhuǎn)向裝置獲得的效果(1)、以及圖7所示第三改型中轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(6)之外，圖16所示第六改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(10)。
(10)作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有一個(gè)轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)截頂錐形卷輥4b′、4b′的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)左右兩齒條軸10a和10b的單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。按照一定的方式在左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上分別制出定節(jié)距齒條6′、6′的齒牙部分使得左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b對于齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)能產(chǎn)生相同的行程。因而，利用圖16所示的、從圖7第三改型轉(zhuǎn)向裝置簡化和改動(dòng)來的第六改型SBW的轉(zhuǎn)向裝置，可僅使用單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5來驅(qū)動(dòng)左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b。
下面參見圖17，圖中表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的第七種改型。為了簡化SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置，圖17所示第七改型的轉(zhuǎn)向裝置相對于圖14中的第四改型作了略微的改動(dòng)。具體而言，圖17所示第七改型的轉(zhuǎn)向裝置與圖14所示第四改型的轉(zhuǎn)向裝置的區(qū)別在于采用了單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)5，而非采用雙致動(dòng)器系統(tǒng)5、5。從圖14與圖17的對比可清楚地看出，對于圖17所示第七改型的轉(zhuǎn)向裝置，取消了兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5中的右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。在圖17所示第七改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有一個(gè)轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)錐形卷輥4b′的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)左右兩齒條軸10a和10b的單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。按照一定的方式在左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上制出變距齒條6的齒牙部分使得左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b對于齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)能產(chǎn)生不同的行程，且齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸減小。圖17所示第七改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的基本工作過程與圖14所示第四改型類似。在轉(zhuǎn)向力矩的傳動(dòng)方面，圖17所示第七改型的轉(zhuǎn)向裝置與由圖16中第六改型所實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向力矩傳動(dòng)路線相同。也就是說，在轉(zhuǎn)彎過程中，當(dāng)方向盤1在離合器裝置3分離開的狀態(tài)下順指針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)置在左齒輪軸中間部位的左轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5按照SBW工作模式進(jìn)行工作。因而，該單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力矩從轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5流向左齒輪軸9，還從轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5經(jīng)左側(cè)的錐形卷輥4b′、第三纜索4e、以及右側(cè)的錐形卷輥4b′流向右齒輪軸9。
除了圖1-3所示實(shí)施方式中轉(zhuǎn)向裝置獲得的效果(1)、以及圖7所示第三改型中轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(6)之外，圖17所示第七改型中的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(11)。
(11)作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有一個(gè)轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)截頂錐形卷輥4b′、4b′的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)左右兩齒條軸10a和10b的單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。按照一定的方式在左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上制出變距齒條6、6的齒牙部分使得左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b對于齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)能產(chǎn)生不同的齒條行程，且齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸減小。因而，利用圖17所示的、從圖14第四改型轉(zhuǎn)向裝置簡化和改動(dòng)來的第七改型SBW汽車轉(zhuǎn)向裝置，可僅使用單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5來驅(qū)動(dòng)左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b。
下面參見圖18，圖中表示了車輛轉(zhuǎn)向裝置的第八種改型。為了簡化SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置，圖18所示第八改型的轉(zhuǎn)向裝置相對于圖15中的第五改型作了略微的改動(dòng)。具體而言，圖18所示第八改型的轉(zhuǎn)向裝置與圖15所示第五改型的轉(zhuǎn)向裝置的區(qū)別在于采用了單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)5，而非采用雙致動(dòng)器系統(tǒng)5、5。從圖15與圖18的對比可清楚地看出，對于圖18所示第八改型的轉(zhuǎn)向裝置，取消了兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5、5中的右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。在圖18所示第八改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有一個(gè)轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)錐形卷輥4b′、4b′的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，在備用工作模式中，該離合器裝置接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)左右兩齒條軸10a和10b的單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。按照一定的方式在左右可動(dòng)齒條軸部分10a和10b上制出變距齒條6、6的齒牙部分使得左右變距齒條6齒牙部分的最外端具有最大的齒輪節(jié)距，左，右變距齒條6、6的齒牙部分的最內(nèi)端具有最小的齒輪節(jié)距，且齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸增大，因而實(shí)現(xiàn)了逆反的齒條行程差異化特性，即在向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，向外伸出移動(dòng)的第一可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程變得小于向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二可動(dòng)齒條軸部分的行程。另外，圖18所示第八改型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的兩錐形卷輥4b′、4b′在垂直方向上的位置都顛倒了，以獲得圖13C所示的、逆反的齒條行程差異化特征曲線，從而在向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)、向外伸出移動(dòng)的第一可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程變得小于向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的行程。圖18所示第八改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的基本工作過程與圖15所示第五改型類似。在轉(zhuǎn)向力矩的傳動(dòng)方面，圖18所示第八改型的轉(zhuǎn)向裝置與由圖16-17中第六、第七改型所實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向力矩傳動(dòng)路線相同。由于上文的描述對此已作了很清楚的描述，此處將略去對圖18所示第八改型的轉(zhuǎn)向裝置所實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向力矩流動(dòng)路線的詳細(xì)描述。
除了圖1-3所示實(shí)施方式中轉(zhuǎn)向裝置獲得的效果(1)、以及圖7所示第三改型中轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(6)之外，圖18所示第八改型中的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(12)。
(12)作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了具有一個(gè)轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥4a、以及兩個(gè)轉(zhuǎn)向輸出側(cè)截頂錐形卷輥4b′、4b′的纜索型備用機(jī)構(gòu)4。此外，還設(shè)置了單個(gè)離合器裝置3，其位于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一柱軸7與第二柱軸8之間，該離合器裝置在備用工作模式時(shí)接合。另外還在轉(zhuǎn)向輸出部分中設(shè)置了用于驅(qū)動(dòng)左右兩齒條軸10a和10b的單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5。還設(shè)置了左右兩套變節(jié)距齒條/齒輪機(jī)構(gòu)(變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，其包括兩變距齒條6、6，齒條的齒牙部分6a、6a被制在相互分開的齒條軸部分10a和10b上)，使得左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b對于齒輪軸相同的轉(zhuǎn)動(dòng)能產(chǎn)生不同的行程，且齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸增大。與采用變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)或雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)作為轉(zhuǎn)向角變換器的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置相比，圖18第八改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置既采用了能實(shí)現(xiàn)與圖4所示齒條行程差異化特征曲線相反的特征曲線的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)，也采用了能實(shí)現(xiàn)圖13C所示逆反行程差異化特征曲線的雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)，并以它們作為轉(zhuǎn)向角變換器，向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的行程得以顯著地增大或倍增。也就是說，向內(nèi)縮回的、行程較大的齒條軸部分的行程與向外伸出的、行程較小的齒條軸部分的行程具有很大的差值。另外，利用圖18所示的、從圖15第五改型轉(zhuǎn)向裝置簡化和改動(dòng)來的第八改型SBW汽車轉(zhuǎn)向裝置，可僅使用單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5來驅(qū)動(dòng)左右兩可動(dòng)齒條軸部分10a和10b。
在上述的實(shí)施方式(圖1-3)和各種改型(圖5-18)中，至少采用了變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(兩段分開的變距齒條6、6)和雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)(兩錐縮方向相反的錐形卷輥4b′)中的之一作為轉(zhuǎn)向角變換器。也可采用能使左右兩相互分開的可動(dòng)齒條軸部分產(chǎn)生不同運(yùn)動(dòng)(或不同行程)的其它類型差動(dòng)機(jī)構(gòu)作為轉(zhuǎn)向角變換器。在上述的實(shí)施方式(圖1-3)和各種改型(圖5-18)中，由變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)(兩段分開的變距齒條6、6)和雙錐形卷輥機(jī)構(gòu)(兩錐縮方向相反的錐形卷輥4b′、4b′)中的至少之一構(gòu)成的轉(zhuǎn)向角變換器被應(yīng)用到線控型(SBW)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或轉(zhuǎn)向桿系直接連接型系統(tǒng)中。作為備選方案，這樣的轉(zhuǎn)向角變換器也可被應(yīng)用到其它類型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，例如應(yīng)用到四輪轉(zhuǎn)向型(4WS)系統(tǒng)或裝備有可變轉(zhuǎn)向比機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。
下面參見圖19、22以及25-28，這些附圖表示了其它一些采用了SBW系統(tǒng)和纜索型備用機(jī)構(gòu)的改型。圖19、22以及25-28所示各種改型轉(zhuǎn)向裝置的基本結(jié)構(gòu)類似于圖1實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)向裝置。因而，為了簡化描述，在對這些附圖所示改型的轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行介紹時(shí)，用于指代圖1實(shí)施方式中元件的標(biāo)號將被用來指代這些附圖所示各種改型轉(zhuǎn)向裝置中所采用的對應(yīng)元件，且由于上文的描述已經(jīng)非常清楚，所以此處略去對這些標(biāo)號的詳細(xì)描述。在圖19、22以及圖25-28所示改型的轉(zhuǎn)向裝置中，增加字母“L”來指代那些布置在車輛左手側(cè)的部件，而字母“R”則指代那些布置在車輛右手側(cè)的部件。
在圖19所示第九種改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，作為用于將包括方向盤1的轉(zhuǎn)向輸入部分與具有左右兩段分開齒條6L、6R的轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來、以實(shí)現(xiàn)失效保護(hù)或安全備用的機(jī)械備用系統(tǒng)，設(shè)置了纜索型備用機(jī)構(gòu)4，其具有三個(gè)卷輥4P—即一個(gè)位于轉(zhuǎn)向輸入側(cè)的圓筒形卷輥、以及兩個(gè)位于轉(zhuǎn)向輸出側(cè)的圓筒形卷輥，且設(shè)置了波頓軟纜來將這三個(gè)卷輥相互連接起來。左右齒條6L、6R被可滑動(dòng)地設(shè)置在轉(zhuǎn)向齒條管20中，并使兩齒條6L、6R能相互獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。在左齒輪軸9的中間部位設(shè)置一第一離合器裝置3A，其位于纜索型備用機(jī)構(gòu)4中轉(zhuǎn)向輸出側(cè)左卷輥與第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A(左轉(zhuǎn)向致動(dòng)器)之間。在右齒輪軸9的中間部位設(shè)置了一第二離合器裝置3B，其被布置在纜索型備用機(jī)構(gòu)4中轉(zhuǎn)向輸出側(cè)右卷輥與第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B(右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器)之間。在柱軸7上連接了一個(gè)第一回饋致動(dòng)器2A。一方向盤角度傳感器(或操縱角傳感器)21也被連接到柱軸7上，用于檢測出一個(gè)與方向盤的運(yùn)動(dòng)(施加到方向盤1上的轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作)相對應(yīng)的方向盤轉(zhuǎn)角(操縱轉(zhuǎn)角θH)。在左齒輪軸9L上連接了一個(gè)左轉(zhuǎn)向角傳感器22A，其通過檢測出左齒輪軸9L的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來確定出左轉(zhuǎn)向輪16L的轉(zhuǎn)向角θS，而連接在右齒輪軸9R上的右轉(zhuǎn)向角傳感器22B則通過檢測右齒輪軸9R的轉(zhuǎn)數(shù)而確定出右轉(zhuǎn)向輪16R的轉(zhuǎn)向角。作為轉(zhuǎn)角傳感器—即方向盤角度傳感器21、左轉(zhuǎn)向角傳感器22A、以及右轉(zhuǎn)向角傳感器22B，分解器(Resolver)適于用來檢測柱軸7、左齒輪軸9L以及右齒輪軸8R的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。也可采用一旋轉(zhuǎn)編碼器來取代解析器，以此作為轉(zhuǎn)角傳感器。還設(shè)置了一個(gè)車速傳感器24。車速傳感器24告知兩轉(zhuǎn)向控制器19A和19B當(dāng)前的車速，并產(chǎn)生一個(gè)代表車速的信號。如下文將要描述的那樣，回饋致動(dòng)器2A、第一和第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B、以及第一和第二離合器裝置3A和3B都由第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A(ECU1)和19B(ECU2)進(jìn)行控制。第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B通常都包括一微計(jì)算機(jī)。第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B的構(gòu)造是相同的。每個(gè)轉(zhuǎn)向控制器都包括一輸入/輸出接口(I/O)、存儲(chǔ)器(RAM，ROM)、以及一微處理器或中央處理單元(CPU)。轉(zhuǎn)向控制器的輸入/輸出接口(I/O)從發(fā)動(dòng)機(jī)/車輛的各個(gè)傳感器接收輸入信息，其中的傳感器也就是指方向盤角度傳感器21、左右轉(zhuǎn)向角傳感器22A和22B、以及車速傳感器24。在該轉(zhuǎn)向控制器內(nèi)，中央處理單元(CPU)對由I/O接口從上述各個(gè)傳感器輸入的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行訪問。轉(zhuǎn)向控制器中的CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制程序，并能執(zhí)行必要的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果—即計(jì)算出的輸出信號由轉(zhuǎn)向控制器的輸出接口電路傳送向各個(gè)輸出級—即相關(guān)的離合器裝置和致動(dòng)器。在圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，第一轉(zhuǎn)向控制器19A用于控制第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和第一離合器裝置3A。第二轉(zhuǎn)向控制器19B則用于控制第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B和第二離合器裝置3B。第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B都被用來控制回饋致動(dòng)器2A。在圖19所示的第九改型中，兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B以及回饋致動(dòng)器2A都是由單轉(zhuǎn)子、單定子電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的。
從圖23所示的、有關(guān)預(yù)定操縱轉(zhuǎn)角與阿克曼比值的特征曲線可看出，當(dāng)由方向盤角度傳感器21檢測到的操縱轉(zhuǎn)角數(shù)值處于預(yù)定的小角度范圍、或方向盤順時(shí)針/逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)處于預(yù)定小范圍內(nèi)時(shí)，第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B進(jìn)行工作而使兩離合器裝置3A和3B接合，在所述預(yù)定范圍內(nèi)，操縱轉(zhuǎn)角小于或等于一預(yù)定上限值、并大于或等于一預(yù)定的下限值，其中，下限值的絕對值與上限值相等。在左右兩離合器裝置3A和3B相接合的情況下，左右兩齒條6L和6R同步運(yùn)動(dòng)，二者之間不存在任何行程差，就如同左右兩齒條在機(jī)械上相互連接在一起。與此相反，當(dāng)操縱轉(zhuǎn)角處于預(yù)定的大轉(zhuǎn)角范圍或方向盤在順時(shí)針/逆時(shí)針方向上的運(yùn)動(dòng)達(dá)到預(yù)定大范圍內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器19A和19B進(jìn)行工作而使對應(yīng)的離合器裝置3A和3B分離開，其中，在所述大范圍內(nèi)，操縱轉(zhuǎn)角大于所述的預(yù)定上限值、或小于預(yù)定的下限值。在左右兩離合器裝置3A和3B分離開的狀態(tài)下，由兩轉(zhuǎn)向控制器19A和19B按照一定的方式對左右兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B執(zhí)行獨(dú)立控制，以使得左右兩齒條6L和6R產(chǎn)生不同的行程(差動(dòng)行程)，由此來保證合適的阿克曼比(或合適的阿克曼轉(zhuǎn)向角)。
從圖24所示的、關(guān)于車速與阿克曼比值之間關(guān)系的預(yù)定特征曲線可看出，當(dāng)由車速傳感器24檢測到的車速值處于預(yù)定的高速范圍內(nèi)時(shí)，第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B進(jìn)行工作而使兩離合器裝置3A和3B接合，在所述高速范圍內(nèi)，車速大于一預(yù)定的上限值(對應(yīng)于車輛前進(jìn)時(shí)預(yù)定的正閾值)、或小于一預(yù)定的下限值(對應(yīng)于車輛倒車時(shí)預(yù)定的負(fù)閾值)，其中，下限值的絕對值與上限值相等。在左右兩離合器裝置3A和3B相接合的情況下，左右兩齒條6L和6R同步運(yùn)動(dòng)，二者之間不存在任何行程差，就如同左右兩齒條在機(jī)械上相互連接在一起。與此相反，當(dāng)車速處于預(yù)定的低速范圍內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器19A和19B進(jìn)行工作而使對應(yīng)的離合器裝置3A和3B分離開，其中，在所述低速范圍內(nèi)，車速小于或等于預(yù)定的上限值、或大于或等于預(yù)定的下限值。在左右兩離合器裝置3A和3B分離開的狀態(tài)下，由兩轉(zhuǎn)向控制器19A和19B按照一定的方式對左右兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B執(zhí)行獨(dú)立控制，以使得左右兩齒條6L和6R產(chǎn)生不同的行程(差動(dòng)行程)，由此來保證合適的阿克曼比(或合適的阿克曼轉(zhuǎn)向角)。
從圖19所示的轉(zhuǎn)向桿系結(jié)構(gòu)布局可看出，在圖19所示第九改型的轉(zhuǎn)向桿系中，基于提高連接效率的目的確定出左橫拉桿25與左轉(zhuǎn)向節(jié)臂26之間的相對安裝位置、以及右橫拉桿25與右轉(zhuǎn)向節(jié)臂26之間的相對安裝位置。也就是說，左橫拉桿25、連接到左齒條最外端的銷桿、左轉(zhuǎn)向節(jié)臂26、連接到前橋27左端上的銷桿基本上是按照直角關(guān)系進(jìn)行布置的，且利用銷桿相互連接起來。按照類似的方式，右橫拉桿13、連接到右齒條最外端的銷桿、右轉(zhuǎn)向節(jié)臂26、連接到前橋27右端上的銷桿基本上是按照直角關(guān)系進(jìn)行布置的，且利用銷桿相互連接起來。
在采用波頓軟纜(而非轉(zhuǎn)向軸)、且齒輪/齒條轉(zhuǎn)向機(jī)裝置由單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸構(gòu)成的普通纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)中，假如如圖20所示那樣將左橫拉桿25與左轉(zhuǎn)向節(jié)臂26之間相對安裝位置、以及右橫拉桿25與右轉(zhuǎn)向節(jié)臂26之間的相對安裝位置確定為可保證阿克曼比或阿克曼轉(zhuǎn)向角δ(＝L/R)，其中，該指標(biāo)僅被表達(dá)為軸距L與轉(zhuǎn)彎半徑R的比值L/R，該數(shù)值與車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑相關(guān)。在此情況下，還能基于阿克曼轉(zhuǎn)向角δ(＝L/R)、利用橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的相對安裝位置關(guān)系唯一地確定出轉(zhuǎn)向桿系的連接效率。在結(jié)構(gòu)布局的限度內(nèi)，可通過改變懸架的幾何參數(shù)來調(diào)整該連接效率。但是，由于受到結(jié)構(gòu)布局的限制，很難僅通過改變懸架幾何參數(shù)充分地提高連接效率。連接效率相對較低的轉(zhuǎn)向桿系需要使用大型的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。
與上述情況相反，在采用波頓軟纜(而非轉(zhuǎn)向軸)、且齒輪/齒條轉(zhuǎn)向機(jī)裝置由單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸構(gòu)成的普通纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)中，假如如圖21所示那樣將橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的相對安裝位置確定為適于達(dá)到較高的連接效率。在此情況下，將很難獲得理想的阿克曼比值。
在另一方面，在圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，在第一和第二離合器裝置3A和3B分別響應(yīng)于轉(zhuǎn)向控制器19A和19B發(fā)出的指令信號而接合的情況下，左右齒條6L和6R實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，兩者之間不存在行程差，就如同左右齒條6L和6R在機(jī)械上相互連接起來而形成單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸一樣，而且，圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有了纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)的功能。與此相反，在第一、第二離合器裝置3A和3B分別響應(yīng)于轉(zhuǎn)向控制器19A和19B發(fā)出的指令信號而分離的情況下，左右齒條6L和6R由驅(qū)動(dòng)著兩齒輪軸9A、9B的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5B獨(dú)立地控制著。因而，即使是在優(yōu)先考慮連接效率而非阿克曼比值L/R的情況下確定出了轉(zhuǎn)向桿系的布局—即橫拉桿與轉(zhuǎn)向節(jié)臂之間的相對位置關(guān)系，也能利用由獨(dú)立控制的左右齒條6L、6R實(shí)現(xiàn)的行程差使左右兩轉(zhuǎn)向輪之間具有較大的轉(zhuǎn)角差。如上文討論的那樣，利用由獨(dú)立控制的左右齒條6L、6R實(shí)現(xiàn)的齒條行程差，可在相互矛盾的兩方面需求之間達(dá)到折衷平衡，也就是說，既能提高連接效率、也能達(dá)到所需的阿克曼比值L/R。
如上所討論的那樣，在離合器裝置3A、3B均接合著的情況下，左右齒條6L、6R實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，不存在行程差，就如同左右齒條6L和6R在機(jī)械上相互連接起來而形成單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸一樣，而且，圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有了纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)的功能。在此條件下(離合器裝置3A、3B接合著)，施加到方向盤1上的轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)纜索型備用機(jī)構(gòu)4、通過左右齒條6L和6R傳遞給左右兩轉(zhuǎn)向輪16L、16R。
為了傳遞力矩，圖19所示的纜索型備用機(jī)構(gòu)4由三個(gè)卷輥4P組成，一第一波頓軟纜4C將轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥與轉(zhuǎn)向輸出側(cè)左卷輥連接起來，一第二波頓軟纜4C將轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥與轉(zhuǎn)向輸出側(cè)右卷輥連接起來，一第三波頓軟纜4C在左右兩轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥之間延伸，作為用于將左右兩卷輥的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在機(jī)械上相互聯(lián)系起來的運(yùn)動(dòng)連接件。作為備選方案，如圖22所示，為了傳遞力矩，可由四個(gè)卷輥4P來構(gòu)成纜索型備用機(jī)構(gòu)4，兩條波頓軟纜4C連接在轉(zhuǎn)向輸入側(cè)第一卷輥與轉(zhuǎn)向輸出側(cè)左卷輥之間，另兩條波頓軟纜4C連接在轉(zhuǎn)向輸入側(cè)第二卷輥與轉(zhuǎn)向輸出側(cè)右卷輥之間。在降低制造成本和結(jié)構(gòu)簡化方面，圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中帶有纜索型備用機(jī)構(gòu)4的三卷輥結(jié)構(gòu)要優(yōu)于圖22所示第十改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中帶有纜索型備用機(jī)構(gòu)4的四卷輥結(jié)構(gòu)。
當(dāng)由方向盤角度傳感器21檢測到的操縱轉(zhuǎn)角在圖23所示的操縱轉(zhuǎn)角/阿克曼比值之間預(yù)定特征曲線中處于預(yù)定的小操縱轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)時(shí)，沒有必要使左右兩轉(zhuǎn)向輪16L、16R之間產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)角差，換言之，左右齒條6L和6R之間無需具有大的行程差。因而，在預(yù)定的小操縱轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，離合器3A、3B接合，從而，左右齒條6L、6R實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，不存在行程差，就如同左右齒條6L和6R在機(jī)械上相互連接起來而形成單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸一樣，而且，圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有了纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)的功能，同時(shí)，施加到方向盤1上的轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)纜索型備用機(jī)構(gòu)4、通過左右齒條6L和6R傳遞給左右兩轉(zhuǎn)向輪16L、16R。
與此相反，當(dāng)操縱轉(zhuǎn)角在圖23所示的操縱轉(zhuǎn)角/阿克曼比值之間預(yù)定特征曲線中處于預(yù)定的大操縱轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)時(shí)，必須要使左右兩轉(zhuǎn)向輪16L與16R之間產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)角差，換言之，左右齒條6L和6R之間需要有大的行程差。因而，在預(yù)定的大操縱轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，離合器3A、3B被分離開，以便于使方向盤1與左右齒條6L、6R在機(jī)械上分離開，且利用兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B對左右齒條執(zhí)行獨(dú)立控制，以使得左右轉(zhuǎn)向輪16L和16R之間出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)角差，由此，利用左右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的獨(dú)立控制而保證了合適的阿克曼比值。
如果由車速傳感器24檢測到的車速在圖24所示的車速/阿克曼比值之間預(yù)定特征曲線中處于預(yù)定的高速范圍內(nèi)，則沒有必要使左右兩轉(zhuǎn)向輪16L、16R之間產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)角差，換言之，左右齒條6L和6R之間無需具有大的行程差。因而，在預(yù)定的高速范圍內(nèi)，離合器3A、3B接合，從而，左右齒條6L、6R實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，不存在行程差，就如同左右齒條6L和6R在機(jī)械上相互連接起來而形成單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸一樣，而且，圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有了纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)的功能，同時(shí)，施加到方向盤1上的轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)纜索型備用機(jī)構(gòu)4、通過左右齒條6L和6R傳遞給左右兩轉(zhuǎn)向輪16L、16R。
與此相反，如果車速在圖24所示的車速/阿克曼比值之間預(yù)定特征曲線中處于預(yù)定的低速范圍內(nèi)時(shí)，則必須要使左右兩轉(zhuǎn)向輪16L與16R之間產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)角差，換言之，左右齒條6L和6R之間需要有大的行程差。因而，在預(yù)定的低速范圍內(nèi)，離合器3A、3B被分離開，以便于使方向盤1與左右齒條6L、6R在機(jī)械上分離開，且利用兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B對左右齒條執(zhí)行獨(dú)立控制，以使得左右轉(zhuǎn)向輪16L和16R之間出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)角差，由此，利用左右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的獨(dú)立控制而保證了合適的阿克曼比值。
在圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，第一和第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B、第一和第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B、以及兩段分開的齒條6L和6R相互配合而形成了一個(gè)轉(zhuǎn)向角變換器，在對左右轉(zhuǎn)向輪執(zhí)行轉(zhuǎn)向時(shí)，該變換器能使左右齒條6L和6R產(chǎn)生不同的齒條行程。利用該轉(zhuǎn)向角變換器在轉(zhuǎn)向過程中的齒條行程差異化功能，可在相互矛盾的兩方面需求之間達(dá)到折衷平衡，也就是說，既能提高連接效率、也能達(dá)到所需的阿克曼比值L/R。不難理解由第一和第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B、第一和第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B、以及兩段分開的齒條6L和6R構(gòu)成的第一轉(zhuǎn)向角變換器還可與一由變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)構(gòu)成的第二轉(zhuǎn)向角變換器相組合，其中的變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)是由左右兩變距齒條6L和6R組成的。在此情況下，能獲得范圍更為寬廣的齒條行程差變化特征曲線，由此能更為有效地平衡兩方面相互矛盾的需求，也就是說，既能提高連接效率、也能達(dá)到所需的阿克曼比值L/R。
圖19所示第九改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有如下的效果(13)-(16)。
(13)在該SBW轉(zhuǎn)向裝置中，施加到方向盤1上的轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作經(jīng)纜索型備用機(jī)構(gòu)4在備用工作模式下直接傳遞到轉(zhuǎn)向齒條軸，或者在SBW工作模式下，間接地傳遞到轉(zhuǎn)向齒條軸，然后再由轉(zhuǎn)向齒條軸在轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)對左右轉(zhuǎn)向輪執(zhí)行轉(zhuǎn)向，且轉(zhuǎn)向齒條軸被分割成左右兩段可動(dòng)的齒條6L和6R。纜索型備用機(jī)構(gòu)4被設(shè)計(jì)成具有三個(gè)卷輥4P的機(jī)械備用機(jī)構(gòu)，其中的三個(gè)卷輥4P即一個(gè)與柱軸7相連接的轉(zhuǎn)向輸入側(cè)圓筒形卷輥、以及兩個(gè)固定連接到左右兩齒輪軸9L和9R上端的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)圓筒形卷輥，其中的齒輪軸與兩齒條6L和6R保持嚙合關(guān)系，波頓軟纜4C將三個(gè)卷輥相互連接起來。在左齒輪軸9L的中間部位設(shè)置了第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A，用于驅(qū)動(dòng)左齒輪軸9L，進(jìn)而產(chǎn)生左齒條行程，而第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B則被設(shè)置在右齒輪軸9R的中間部位，用于驅(qū)動(dòng)右齒輪軸9R，以產(chǎn)生右齒條行程。在左齒輪軸9L的中部設(shè)置第一離合器3A，該離合器裝置位于纜索型備用機(jī)構(gòu)4的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)左卷輥與第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A之間，第二離合器裝置3B被設(shè)置在右齒輪軸9R的中部，且位于纜索型備用機(jī)構(gòu)4的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)右卷輥與第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B之間。通過在離合器裝置3A、3B分離開的情況下對經(jīng)左右齒輪軸9L和9R與兩齒條6L和6R相連的第一、第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B執(zhí)行獨(dú)立控制，可借助于左右齒條6L和6R不同的行程使左右轉(zhuǎn)向輪16L、16R具有不同的轉(zhuǎn)向角，從而能協(xié)調(diào)和平衡兩方面相互矛盾的要求，也就是說，既能提高連接效率、也能達(dá)到所需的阿克曼比值L/R。
(14)在柱軸7上連接了用于檢測方向盤角度(操縱轉(zhuǎn)角)的方向盤角度傳感器(或操縱轉(zhuǎn)角傳感器)21。當(dāng)由方向盤角度傳感器21檢測到的操縱轉(zhuǎn)角處于預(yù)定的小操縱轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)時(shí)，離合器裝置3A、3B接合上，使得左右兩齒條6L、6R之間無齒條行程差地同步運(yùn)動(dòng)，就如同左右齒條6L、6R在機(jī)械上相互連接起來而形成單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸一樣。與此相反，當(dāng)操縱轉(zhuǎn)角處于預(yù)定的大操縱轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)時(shí)，離合器裝置3A和3B均分離開，使得方向盤1在機(jī)械上與左右兩齒條6L和6R脫開，并利用兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5B對左右齒條獨(dú)立地執(zhí)行控制，從而使左右轉(zhuǎn)向輪16L、16R之間產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)角差，因此，利用第一、第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B的獨(dú)立控制確保了合適的阿克曼比。還設(shè)置了用于對第一、第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5B執(zhí)行上述獨(dú)立控制的第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B。因而，可協(xié)調(diào)和平衡兩方面相互矛盾的要求，也就是說，在預(yù)定的小操縱轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)很高的連接效率，在預(yù)定的大操縱轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)能達(dá)到很高的阿克曼比值。
(15)設(shè)置了用于檢測車速的車速傳感器24。如果由車速傳感器24檢測到的車速在預(yù)定的高速范圍內(nèi)，離合器3A、3B接合，從而，左右齒條6L、6R實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)，不存在行程差，就如同左右齒條6L和6R在機(jī)械上相互連接起來而形成單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸一樣，與此相反，如果車速在預(yù)定的低速范圍內(nèi)時(shí)，離合器3A、3B被分離開，以便于使方向盤1與左右齒條6L、6R在機(jī)械上分離開，且利用兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5B對左右齒條執(zhí)行獨(dú)立控制，以使得左右轉(zhuǎn)向輪16L和16R之間出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)角差，由此，利用左右轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的獨(dú)立控制而保證了合適的阿克曼比值。還設(shè)置了用于對第一、第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5B執(zhí)行上述獨(dú)立控制的第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B。因而，可協(xié)調(diào)和平衡兩方面相互矛盾的要求，也就是說，在高速轉(zhuǎn)彎時(shí)能實(shí)現(xiàn)很高的連接效率，在低速轉(zhuǎn)彎時(shí)能達(dá)到很高的阿克曼比值。
(16)在左齒輪軸9L的中部設(shè)置第一離合器3A，該離合器裝置位于纜索型備用機(jī)構(gòu)4的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)左卷輥與第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A之間，而第二離合器裝置3B被設(shè)置在右齒輪軸9R的中部，且位于纜索型備用機(jī)構(gòu)4的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)右卷輥與第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B之間。因而，在離合器裝置3A和3B被分離開的SBW工作模式中，必然能有效地防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索和卷輥與轉(zhuǎn)向輸出部分(兩段分開的轉(zhuǎn)向齒條軸)的移動(dòng)而同步地移動(dòng)和拖動(dòng)。因而，在離合器裝置3A、3B分離開的SBW工作模式下，可利用轉(zhuǎn)向控制器5A、5B對與左齒條6L相連的轉(zhuǎn)向桿系部分、以及與右齒條6R相連的轉(zhuǎn)向桿系部分執(zhí)行更為精確的獨(dú)立控制。
下面參見圖25，圖中表示了SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的第十一種改型。在圖25所示第十一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，第一、第二離合器裝置3A、3B的安裝位置相對于圖19所示第九改型的轉(zhuǎn)向裝置略有改動(dòng)。如圖25所示，第一離合器裝置3A被設(shè)置在左右兩齒輪軸9L、9R之一的中部，且位于固定連接到該齒輪軸上端的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥(左卷輥)與第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A之間。第二離合器裝置3B被設(shè)置在柱軸7的中部，且位于纜索型備用機(jī)構(gòu)4的轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥與轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)之間。圖25所示第十一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的其余結(jié)構(gòu)與圖19中第九改型相同。圖25所示第十一改型中轉(zhuǎn)向裝置的工作過程如下。
在第一、第二離合器3A、3B響應(yīng)于兩轉(zhuǎn)向控制器19A、19B的指令信號均處于分離狀態(tài)的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤1時(shí)，纜索型備用機(jī)構(gòu)4中的纜索和卷輥僅由右轉(zhuǎn)向輪16R移動(dòng)和拖動(dòng)。在此條件下，可防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索和卷輥受轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)而同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而可防止駕駛員的轉(zhuǎn)向感受由于波頓軟纜外套管與內(nèi)纜線之間的摩擦拖動(dòng)或摩擦阻力而惡化。
除了圖19所示第九改型的轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(13)-(16)之外，圖25所示第十一改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(17)。
(17)第一離合器裝置3A被設(shè)置在左右兩齒輪軸9L、9R之一的中部，且位于固定連接到該齒輪軸上端的轉(zhuǎn)向輸出側(cè)卷輥(左卷輥)與第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A之間。第二離合器裝置3B被設(shè)置在柱軸7的中部，且位于纜索型備用機(jī)構(gòu)4的轉(zhuǎn)向輸入側(cè)卷輥與轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)之間。因而，在離合器3A、3B被分離開的轉(zhuǎn)向操作中，可獲得良好的轉(zhuǎn)向感受。
下面參見圖26，圖中表示了SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的第十二種改型。在圖26所示第十二種改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，為使左齒條6L產(chǎn)生行程而設(shè)置了第一對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5C，并為使右齒條61R產(chǎn)生行程而設(shè)置了第二對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B、5D。具體來講，如圖26所示，第一對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5C被設(shè)置在左齒輪軸9L的中部，而第二對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B、5D被設(shè)置在右齒輪軸9R的中部。在圖26所示第十二改型的轉(zhuǎn)向裝置中，為每一齒條設(shè)置了兩個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。作為替代方案，可為每一齒條設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。
在柱軸7的中部設(shè)置了一對反饋致動(dòng)器2A、2B。在離合器裝置3A、3B分離開的SBW工作模式下，如果轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5B、5C、5D中的任一個(gè)失效；或當(dāng)?shù)谝粚D(zhuǎn)向致動(dòng)器(5A、5C)中之一、或第二對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(5B、5D)中之一發(fā)生故障，第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A、19B能利用除失效致動(dòng)器之外的其它工作正常的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，直到使左右齒條6L、6R達(dá)到中位為止，之后，在齒條達(dá)到中位之后，第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B立即就通過將離合器裝置3A和3B相接合而將SBW工作模式切換為備用工作模式(或失效保護(hù)工作模式)。在圖26所示第十二改型的轉(zhuǎn)向裝置中，第一轉(zhuǎn)向控制器19A被用來控制第一反饋致動(dòng)器2A、第一離合器裝置3A、以及第一對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(5A、5C)。第二轉(zhuǎn)向控制器19B被用來控制第二回饋致動(dòng)器2B、第二離合器裝置3B、以及第二對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(5B、5D)。也就是說，圖26所示第十二改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置實(shí)現(xiàn)了雙回饋致動(dòng)器及轉(zhuǎn)向致動(dòng)器控制系統(tǒng)(簡言之，雙致動(dòng)器控制系統(tǒng))。圖26所示第十二改型的其余結(jié)構(gòu)與圖19所示第九改型的結(jié)構(gòu)相同。圖26所示第十二改型中轉(zhuǎn)向裝置的工作過程如下。
圖26所示第十二改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置采用了雙回饋致動(dòng)器系統(tǒng)，并為每一齒條設(shè)置了雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)，且具有雙致動(dòng)器控制系統(tǒng)。因而，在離合器裝置3A、3B分離開的SBW工作模式下，即使轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5B、5C、5D中的任一失效；或第一對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(5A、5C)中之一、或第二對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(5B、5D)中之一發(fā)生故障，可利用除失效致動(dòng)器之外其它工作正常的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，直到使左右齒條6L、6R達(dá)到預(yù)定的中位為止。因而，沒有必要在SBW系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)立即就接合上離合器裝置3A、3B。在SBW系統(tǒng)發(fā)生失效(致動(dòng)器失效)之后，第一、第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器19A和19B繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，直至使齒條達(dá)到預(yù)定的中位為止，其中的中位基本上對應(yīng)于轉(zhuǎn)向輪對(16L、16R)的零平均轉(zhuǎn)角位置。當(dāng)齒條到達(dá)預(yù)定的中位之后，第一、第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器19A、19B通過接合上離合器裝置3A和3B而將SBW工作模式切換為備用工作模式，由此使左右齒條6L、6R無行程差地同步運(yùn)動(dòng)，就如同兩齒條6L、6R被機(jī)械地連接到一起而形成單根剛性的轉(zhuǎn)向齒條軸一樣，而且，圖26所示第十二改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置在此時(shí)具有了纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)的功能。假如在轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A-5D中任一發(fā)生故障的情況下立即就接合上離合器裝置3A和3B，則左右兩轉(zhuǎn)向輪16L和16R在接近預(yù)定的齒條中位時(shí)發(fā)生不必要的前束角(toe-angle)改變的趨勢就會(huì)增大。
除了圖19所示第九改型的轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(13)-(16)之外，圖26所示第十二改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(18)-(19)。
(18)為了為每一齒條設(shè)置雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)，在左齒輪軸9L的中部設(shè)置了第一對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A和5C，并在右齒輪軸9R的中部設(shè)置了第二對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B和5D。因而，在SBW工作模式下，即使轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A 5D中的任一失效；或第一對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5C中之一、或第二對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B、5D中之一發(fā)生故障，也能保持對轉(zhuǎn)向角的控制功能。
(19)在離合器裝置3A、3B分離開的SBW工作模式中，當(dāng)與左齒輪軸9L相連的第一組轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、5C)、以及與右齒輪軸9R相連的第二組轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B、5D)中的任一；或當(dāng)?shù)谝唤M轉(zhuǎn)向致動(dòng)器中任一、或第二組轉(zhuǎn)向致動(dòng)器中任一發(fā)生故障時(shí)，第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A、19B能利用除失效致動(dòng)器之外的其它工作正常的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，直到使左右齒條6L、6R達(dá)到預(yù)定的中位為止。之后，在齒條達(dá)到預(yù)定中位之后，第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B立即就通過將離合器裝置3A和3B相接合而切換為備用工作模式(或失效保護(hù)工作模式)。這樣，通過禁止執(zhí)行從SBW工作模式向備用工作模式進(jìn)行切換—直到齒條達(dá)到預(yù)定的中位為止，可防止左右轉(zhuǎn)向輪16L、16R的前束角在齒條預(yù)定中位的附近發(fā)生不利改變。
下面參見圖27，圖中表示了SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的第十三改型。如下文將要描述的那樣，在SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置在離合器裝置3A、3B處于分離狀態(tài)的條件下處于SBW工作模式的情況中，即使第一、第二轉(zhuǎn)向控制器中任一、或第一和第二轉(zhuǎn)向控制器的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路任一發(fā)生故障，圖27所示第十三改型的轉(zhuǎn)向裝置也能繼續(xù)按照SBW工作模式執(zhí)行致動(dòng)器控制。如圖27所示，圖27所示第十三改型的轉(zhuǎn)向裝置采用了雙致動(dòng)器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B，且第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B的指令信號電路或驅(qū)動(dòng)信號電路還采用了所謂的對角線分割型布局結(jié)構(gòu)—即X型分割布局。第一轉(zhuǎn)向控制器19A被用來控制與左齒輪軸9L相連的、用于驅(qū)動(dòng)左齒條6L的第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A，并用來控制與右齒輪軸9R相連的、用于驅(qū)動(dòng)右齒條6R的第四轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5D。在另一方面，第二轉(zhuǎn)向控制器19B被用來控制與右齒輪軸9R相連的、用于驅(qū)動(dòng)右齒條6R的第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B，并用來控制與左齒輪軸9L相連的、用于驅(qū)動(dòng)左齒條6L的第三轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5C。圖27所示第十三改型的其余結(jié)構(gòu)與圖26所示第十二改型的結(jié)構(gòu)相同。圖27所示第十三改型中的轉(zhuǎn)向裝置的工作過程如下。
圖27所示第十三改型中的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的雙致動(dòng)器控制系統(tǒng)采用了其指令信號電路或驅(qū)動(dòng)信號電路呈現(xiàn)對角線分割型布局結(jié)構(gòu)(X型分割布局)的第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B，在該布局結(jié)構(gòu)中，第一轉(zhuǎn)向控制器19A的輸出接口經(jīng)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路與連接著左齒輪軸9L的第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、以及連接著右齒輪軸9R的第四轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5D相連，而第二轉(zhuǎn)向控制器19B的輸出接口經(jīng)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路與連接著右齒輪軸9R的第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B、以及連接著左齒輪軸9L的第三轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5C相連。為了簡化本文的描述。略去了驅(qū)動(dòng)電路。利用第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B中對角線分割型布局(X分割布局)的指令信號電路，在離合器裝置3A、3B處于分離狀態(tài)的SBW工作模式中，即使第一、第二轉(zhuǎn)向控制器中任一、或第一和第二轉(zhuǎn)向控制器的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路任一發(fā)生故障，也無須在SBW系統(tǒng)發(fā)生故障后立即接合上離合器裝置3A和3B，因而能在之后繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式(致動(dòng)器控制模式)，在該模式中，轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(含左右兩段分割開的齒條6L和6R)在機(jī)械上脫開。
除了圖19所示第九改型的轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(13)-(16)之外，圖27所示第十三改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(20)。
(20)SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的雙致動(dòng)器控制系統(tǒng)采用了其指令信號電路呈現(xiàn)對角線分割型布局結(jié)構(gòu)(X型分割布局)的第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B，在該布局結(jié)構(gòu)中，第一轉(zhuǎn)向控制器19A與連接著左齒輪軸9L的第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5A、以及連接著右齒輪軸9R的第四轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5D相連，而第二轉(zhuǎn)向控制器19B與連接著右齒輪軸9R的第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5B、以及連接著左齒輪軸9L的第三轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5C相連。利用第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B中對角線分割型布局(X分割布局)的指令信號電路，在離合器裝置3A、3B處于分離狀態(tài)的SBW工作模式中，即使第一、第二轉(zhuǎn)向控制器中任一、或第一和第二轉(zhuǎn)向控制器的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路任一發(fā)生故障，也能繼續(xù)執(zhí)行致動(dòng)器控制模式(SBW工作模式)，在該模式中，轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(含左右兩段分割開的齒條6L和6R)在機(jī)械上脫開。
下面參見圖28，圖中表示了SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的第十四種改型。如下文介紹的那樣，圖28所示第十四改型的轉(zhuǎn)向裝置采用一種轉(zhuǎn)向致動(dòng)器單元，在外觀上，該單元表現(xiàn)為單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，但卻具有雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的功能。如圖28所示，分別連接到齒輪軸9L和9R上的第一、第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器單元5A和5B都是由一種單轉(zhuǎn)子、雙定子電機(jī)構(gòu)成的，這種電機(jī)的單個(gè)轉(zhuǎn)子可由兩個(gè)定子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。從圖28的系統(tǒng)圖可看出，圖28所示第十四改型的轉(zhuǎn)向裝置采用了一個(gè)回饋致動(dòng)器單元，該單元在外觀上表現(xiàn)為單個(gè)回饋致動(dòng)器，但卻具有雙回饋致動(dòng)器的功能。也就是說，連接到柱軸7上的回饋致動(dòng)器單元2A也是由單轉(zhuǎn)子、雙定子電機(jī)構(gòu)成的，該電機(jī)的單個(gè)轉(zhuǎn)子可由兩個(gè)定子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圖28所示第十四改型的其余結(jié)構(gòu)與圖19中第九改型相同。圖28所示第十四改型中轉(zhuǎn)向裝置的工作過程如下。
在圖28所示第十四改型的轉(zhuǎn)向裝置中，使用了一種單轉(zhuǎn)子、雙定子電機(jī)，以此作為轉(zhuǎn)向致動(dòng)器和回饋致動(dòng)器。與采用兩臺單轉(zhuǎn)子/單定子電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)相比，能實(shí)現(xiàn)雙致動(dòng)器功能的單轉(zhuǎn)子、雙定子電機(jī)在結(jié)構(gòu)上較為簡單，且在減少電動(dòng)機(jī)零件數(shù)、減少電機(jī)軸和齒輪軸9連接部件的數(shù)目、降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總制造成本、以及實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的電動(dòng)機(jī)扭矩?fù)p失小的雙致動(dòng)器系統(tǒng)方面具有優(yōu)勢，其中，在單轉(zhuǎn)子/單定子電動(dòng)機(jī)中，由一個(gè)定子來驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)子。
除了圖19所示第九改型的轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(13)-(16)之外，圖28所示第十四改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(21)。
(21)使用了一種單轉(zhuǎn)子、雙定子的電機(jī)作為左右齒輪軸9L、9R的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，由此實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、成本低、重量輕、尺寸小的雙致動(dòng)器系統(tǒng)，且該雙致動(dòng)器系統(tǒng)的電機(jī)扭矩?fù)p失被降低了。
下面參見圖29，圖中表示了一種電磁離合器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，該離合器被用作使圖1所示實(shí)施方式以及圖5、7、14-18所示改型中SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的纜索型備用機(jī)構(gòu)4接合(使能)或分離開(使不能)備用功能的離合器裝置3中的摩擦離合器。從圖29可清楚地看出，構(gòu)成摩擦離合器裝置的電磁離合器具有利用摩擦力矩傳遞轉(zhuǎn)向扭矩的功能。返回去參見圖1、7、14-18，在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間設(shè)置了單個(gè)摩擦離合器裝置3(或第一摩擦離合器3)，其剛好位于第一柱軸7與第二柱軸8之間。應(yīng)當(dāng)指出的是所傳遞力矩的限度或臨界傳遞力矩被設(shè)定為小于一預(yù)定的屈服力矩，在該屈服力矩上，纜索型備用機(jī)構(gòu)4達(dá)到其屈服點(diǎn)，其中，在所述力矩限度之上，摩擦離合器裝置開始在離合器保持接合的狀態(tài)下發(fā)生打滑。該摩擦離合器裝置是由電磁離合器裝置構(gòu)成的，在點(diǎn)火開關(guān)被關(guān)閉的條件下，該摩擦離合器裝置保持為接合狀態(tài)。如果點(diǎn)火開關(guān)被轉(zhuǎn)到ON位置，轉(zhuǎn)向控制器19處理器的離合器控制部分向該電磁離合器輸出一個(gè)指令信號，以使其分離開。而后，假如處理器判斷出SBW車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作正常，則離合器控制部分就保持電磁離合器的分離狀態(tài)。與此相反，在SBW系統(tǒng)失效的情況下，離合器控制部分進(jìn)行工作而使電磁離合器接合，由此將SBW工作模式切換到備用工作模式。
從圖29中電磁離合器(其被用作離合器裝置3中的摩擦離合器)的縱向剖面圖可見，該電磁離合器3是由一軸套3a、一帶有凸緣的轉(zhuǎn)子3b、一帶有凸緣的銜鐵輪轂3c、一基本上為環(huán)形的片彈簧或基本為圓環(huán)形的盤彈簧3d、一銜鐵3e、一電磁線圈3f、以及一磁軛體3g構(gòu)成。軸套3a被固定地連接到第二柱軸8上。帶有凸緣的轉(zhuǎn)子3b被安裝到軸套3a的外周面上，并通過軸套3a安裝到第二柱軸8上。帶有凸緣的銜鐵輪轂3c被相對于帶凸緣的轉(zhuǎn)子3b的軸線(換言之，第二柱軸8的軸線)同軸地布置，且利用花鍵連接到第一柱軸7上?；緸榄h(huán)形的片彈簧3d的內(nèi)周基部被鉚接或銷釘連接到銜鐵輪轂3c的凸緣部分上。基本為環(huán)形的片彈簧3d具有多個(gè)橋接部分，這些部分從片彈簧的內(nèi)周基部沿徑向向外側(cè)延伸。銜鐵3e通過片彈簧3d固定地連接到銜鐵輪轂3c的凸緣部分上，且位于銜鐵輪轂3c凸緣部分外周部的外側(cè)。實(shí)際情況中，銜鐵3e被鉚接或銷釘連接到片彈簧3d外周部的自由端上。電磁線圈3f被設(shè)置在轉(zhuǎn)子3b的外周面上。磁軛體3g被設(shè)計(jì)成能容納著電磁線圈3f，并被一柱殼體或磁軛體安裝支架(圖中未示出)支撐著。銜鐵5e的左側(cè)表面與轉(zhuǎn)子3d凸緣部分的吸引表面(右側(cè)側(cè)壁)被布置成相互正對著。采用具有上述機(jī)構(gòu)的電磁離合器，當(dāng)向電磁線圈3f施加勵(lì)磁電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一磁通Φ。利用由所產(chǎn)生磁通Φ帶來的吸引力，銜鐵5e克服著片彈簧3d的彈性偏置力而被吸引向轉(zhuǎn)子3b凸緣部分上的吸引表面(右側(cè)壁面)，從而可使銜鐵5e的左側(cè)壁面與帶凸緣的轉(zhuǎn)子3b的吸引表面(右側(cè)壁面)相貼觸。在被吸引到一起的情況下，第一柱軸和第二柱軸7、8(即離合器的輸入、輸出軸)相互連接起來，以便于實(shí)現(xiàn)力矩的傳遞。與此相反，當(dāng)未向電磁線圈3f施加勵(lì)磁電流、因而未產(chǎn)生磁通Φ時(shí)，在片彈簧3d的偏置力作用下，銜鐵5e與轉(zhuǎn)子3b凸緣部分的吸引表面(右側(cè)壁面)分離開。如公知的那樣，通過改變或調(diào)整電磁線圈3f所產(chǎn)生磁通Φ的大小—即吸引力的大小，能容易地將電磁離合器傳遞力矩的能力隨意設(shè)定為一個(gè)合適的力矩值。
下面參照圖30，圖中表示了波頓軟纜(4c、4d、4d、4c)的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。從圖30可清楚地看出，波頓軟纜主要是由一內(nèi)纜線40i和一外套管40m構(gòu)成的。外套管40m是由一襯管401、多條金屬絲41、一帶狀/條狀或長條形的金屬材料42、以及管狀外層或外覆材料43構(gòu)成。襯管401的橫截面為環(huán)形，其是用低摩擦的合成樹脂管材制成的。金屬絲41在襯管401的圓周方向上等距布置，且被安裝到襯管401的外周表面上，且相互接觸，以使得兩相鄰金屬絲的外周面在它們的縱長方向上為相互線接觸的關(guān)系。以預(yù)定的束緊力矩將條帶形金屬材料42螺旋地纏繞到基本為圓筒形的金屬絲陣列的外周面上，其中的金屬絲陣列是由多條金屬絲41構(gòu)成的。管狀的外覆材料43被用于覆蓋螺旋形纏繞的條帶狀金屬材料42的外周面上。在另一方面，內(nèi)纜線40i可滑動(dòng)地插入或布置到外套管40m的襯管401中。盡管未在圖30中清楚地表示出，但內(nèi)纜線40i是由成股鋼絲制成的成股鋼纜構(gòu)成的，例如為不銹鋼絲股或鋁絲股。從上文可領(lǐng)會(huì)到作為外套管組成部件的多條金屬絲41具有支撐和承受拉伸載荷的作用，其中的拉伸載荷作用在外套管的軸向或縱向上，從而能有效地防止外套管出現(xiàn)不利的延伸變形。螺旋形纏繞的條帶狀金屬材料42實(shí)際上具有這樣的作用在內(nèi)纜線40i被布置為彎曲狀態(tài)時(shí)，有效地阻止在圓周方向上等距排列的金屬絲41相互散開。并且，以預(yù)定的束緊力矩、螺旋纏繞在基本為圓筒形的金屬絲陣列外周面上的條帶狀金屬材料42，使外套管能產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膹澢\(yùn)動(dòng)—即允許其具有適當(dāng)?shù)娜嵝裕渲校饘俳z陣列是由金屬絲構(gòu)成的。
如上所述，在所示實(shí)施方式的SBW轉(zhuǎn)向裝置中，所傳遞力矩的限度、或臨界傳動(dòng)力矩被設(shè)定為小于一預(yù)定的屈服扭矩，在該屈服扭矩上，纜索型備用機(jī)構(gòu)4達(dá)到其屈服點(diǎn)，另外，在高于臨界傳動(dòng)力矩的情況下，處于接合狀態(tài)的離合器裝置3將開始發(fā)生打滑，因而會(huì)使離合器裝置3出現(xiàn)不利的滑差率。換言之，離合器裝置3預(yù)定的力矩傳遞能力被設(shè)定為小于內(nèi)纜線40i的軸向屈服點(diǎn)(屈服點(diǎn)應(yīng)力或軸向屈服強(qiáng)度)、以及外套管40m的軸向屈服點(diǎn)(屈服應(yīng)力或軸向屈服強(qiáng)度)二者中的小值。下文將描述圖示實(shí)施方式中采用離合器裝置3的SBW轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)點(diǎn)、以及在轉(zhuǎn)向輸出部分(齒輪/齒條轉(zhuǎn)向機(jī))與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間設(shè)置有離合器裝置3的SBW轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)點(diǎn)，其中，離合器裝置3具有上文提到的預(yù)定的力矩能力，該離合器裝置被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間。
如公知的那樣，纜索型備用機(jī)構(gòu)4的最大纜索行程是有限的。對于采用了離合器裝置3、且該離合器裝置被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出部分(齒條/齒輪轉(zhuǎn)向機(jī))與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間的SBW車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，假如在離合器裝置3被接合以啟動(dòng)備用工作模式之后，在方向盤1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于所傳遞力矩太大(外力過大)而使離合器發(fā)生了不利的打滑，則由于纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索行程是有限的、且離合器發(fā)生打滑，在轉(zhuǎn)向方向上的轉(zhuǎn)向角趨于不利地減小。換言之，在轉(zhuǎn)向輸出部分與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間發(fā)生離合器打滑的情況下，纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索行程相對于與轉(zhuǎn)向角相關(guān)的轉(zhuǎn)向齒條行程變?yōu)椴蛔?。因而，由于離合器打滑，無法在轉(zhuǎn)向方向上獲得足夠的轉(zhuǎn)向角。為了避免這樣的問題，考慮到需要另外一段在發(fā)生轉(zhuǎn)向輸入過大時(shí)足以吸收離合器打滑量的纜索行程，所以必須要將纜索型備用機(jī)構(gòu)4的最大纜索行程設(shè)定為一個(gè)相對較長的行程。為了實(shí)現(xiàn)這種相對較長的纜索行程，必須要將離合器裝置3的力矩傳遞能力設(shè)定為相對較高的數(shù)值水平。這將導(dǎo)致另一個(gè)問題離合器裝置3的尺寸變大。而且，增大力矩傳遞能力—即增大臨界傳遞力矩的設(shè)計(jì)將意味著纜索型備用機(jī)構(gòu)4中波頓軟纜的耐用性會(huì)變差。在離合器裝置3被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出部分與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間的安裝結(jié)構(gòu)中(見圖19)，不論離合器裝置3是否接合，纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索和卷輥都始終被方向盤1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)拖動(dòng)著同步地運(yùn)動(dòng)。在這樣的情況下，內(nèi)纜線40i與外套管40m發(fā)生滑動(dòng)接觸的趨勢就會(huì)增大，從而不利地加劇磨損，進(jìn)而顯著縮短纜索型備用機(jī)構(gòu)4的壽命。此外，在與方向盤1的轉(zhuǎn)動(dòng)同步進(jìn)行的、連續(xù)不斷的卷收/卷放操作中，內(nèi)纜線40i與外套管40m之間的摩擦作用意味著對方向盤的任何移動(dòng)都施加摩擦阻力，也就是說增大了轉(zhuǎn)向時(shí)的用力，使轉(zhuǎn)向感惡化。
與此相反，在所示實(shí)施方式的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，所采用的離合器裝置3具有上文提到的預(yù)定力矩能力，且被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間(見圖1)，在此情況下，即使在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間發(fā)生了離合器打滑，轉(zhuǎn)向輸出部分(齒條/齒輪轉(zhuǎn)向機(jī))與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間正確的相對相位關(guān)系也能得到保持，因而不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索行程相對于與轉(zhuǎn)向角相關(guān)的齒條行程是不足的。設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間的離合器裝置3的安裝設(shè)計(jì)消除了由于離合器打滑而出現(xiàn)兩轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角不足的問題。
在向內(nèi)纜線40i施加拉伸載荷的過程中，外套管40m將受到壓縮載荷的作用。相反情況，當(dāng)向內(nèi)纜線40i施加壓縮載荷時(shí)，外套管40m趨于受到拉伸負(fù)載。不難理解在波頓軟纜被彎曲地進(jìn)行布置和安裝的情況下，外套管40m的外彎曲部分會(huì)受到拉伸載荷的作用，而其內(nèi)彎曲部分則會(huì)受到壓縮載荷的作用。在同時(shí)施加上述兩種拉伸載荷或兩種壓縮載荷的情況下，條帶狀金屬材料42趨于發(fā)生很大的變形、受到很大的應(yīng)力。條帶形金屬材料42的這種大變形將導(dǎo)致外套管40m出現(xiàn)尖銳的彎曲、彎折或不利的彎曲部分，從而會(huì)阻礙或阻止內(nèi)纜線40i在外套管襯管內(nèi)平順地滑動(dòng)。
如上所述，在所示實(shí)施方式的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，所采用的離合器裝置3具有上文提到的預(yù)定力矩能力，且被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間(見圖1)，在此情況下，離合器裝置3預(yù)定的力矩傳遞能力被設(shè)定為小于內(nèi)纜線40i的軸向屈服點(diǎn)(屈服點(diǎn)應(yīng)力)、以及外套管40m的軸向屈服點(diǎn)(屈服點(diǎn)應(yīng)力)二者中的小值。通過將離合器裝置3預(yù)定的力矩傳遞能力設(shè)定為小于內(nèi)纜線40i的軸向屈服點(diǎn)與外套管40m的軸向屈服點(diǎn)二者中的小值，可防止內(nèi)纜線40i在離合器裝置3接合著的備用工作模式中產(chǎn)生永久變形，因而可保證內(nèi)纜線40i在外套管襯套內(nèi)的平順滑動(dòng)。并且，在離合器裝置3被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間的安裝設(shè)計(jì)中，在離合器裝置3分離開的SBW工作模式中，可防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索和卷輥被方向盤1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)拖動(dòng)而同步地運(yùn)動(dòng)，由此可避免纜索型備用機(jī)構(gòu)4的耐用性下降，并能防止駕駛員的轉(zhuǎn)向感受由于受到波頓軟纜外套管40m與內(nèi)纜線40i之間摩擦拖滯或阻力作用而惡化。
返回來參見圖5，圖中所示的雙離合器設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)離合器裝置3、3，它們用于接合或脫開SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中纜索型備用機(jī)構(gòu)4的備用功能。如圖5所示，在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間設(shè)置了第一離合器裝置3，確切來講，該離合器裝置被設(shè)置在第一、第二柱軸7、8之間。在另一方面，在轉(zhuǎn)向輸出部分(分別與兩轉(zhuǎn)向輪相連的齒條/齒輪機(jī)構(gòu))與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間設(shè)置了第二離合器裝置3。需要指出的是在圖5所示的上述雙離合器3，3設(shè)計(jì)中，一第一力矩傳遞限度被設(shè)定為小于一第二力矩傳遞限度，其中，在第一、第二摩擦離合器裝置3、3均接合著的接合狀態(tài)中，在高于第一力矩傳遞限度時(shí)，第一摩擦離合器裝置開始發(fā)生打滑，在高于第二力矩傳遞限度時(shí)，第二摩擦離合器裝置開始打滑。更具體來講，第二摩擦離合器裝置的預(yù)定力矩傳遞能力被設(shè)定為大于第一摩擦離合器裝置的預(yù)定力矩傳遞能力與另一力矩值的和，其中，另一力矩值對應(yīng)于纜索型備用機(jī)構(gòu)4中波頓軟纜內(nèi)纜線40i與外套管40m之間的摩擦阻力。另外，第一摩擦離合器裝置預(yù)定的力矩傳遞能力被設(shè)定為小于內(nèi)纜線40i的軸向屈服點(diǎn)(屈服點(diǎn)應(yīng)力或軸向屈服強(qiáng)度)、以及外套管40m的軸向屈服點(diǎn)(屈服應(yīng)力或軸向屈服強(qiáng)度)二者中的小值。設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出部分(分別與兩轉(zhuǎn)向輪相連的齒條/齒輪機(jī)構(gòu))與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間的第二摩擦離合器裝置的構(gòu)造與設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間的上述第一摩擦離合器裝置3完全相同。上文討論的雙離合器設(shè)計(jì)(見圖5)具有如下的優(yōu)點(diǎn)。
在第一、第二離合器裝置3均接合著的備用工作模式中，如果向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加了太大的傳動(dòng)力矩(過大的外力)，則在第二摩擦離合器裝置發(fā)生滑動(dòng)之前，第一摩擦離合器裝置開始打滑，原因在于第一摩擦離合器裝置的第一力矩傳遞限度被設(shè)定為小于第二摩擦離合器裝置的第二力矩傳遞限度。這種將第一力矩傳遞限度設(shè)定為小于第二力矩傳遞限度的設(shè)計(jì)具有防止設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出部分與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間的第二摩擦離合器裝置在備用工作模式中發(fā)生打滑的功能。因而，即使在第一摩擦離合器裝置發(fā)生打滑的情況下，也能保持轉(zhuǎn)向輸出部分(齒條/齒輪轉(zhuǎn)向機(jī))與纜索型備用機(jī)構(gòu)4之間正確的相位，纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索行程不會(huì)相對于與轉(zhuǎn)向角相關(guān)的轉(zhuǎn)向齒條行程出現(xiàn)不足。與此相反，在第一、第二摩擦離合器裝置均分離開的SBW工作模式下，纜索型備用機(jī)構(gòu)4與轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)和轉(zhuǎn)向輸出部分(與兩轉(zhuǎn)向輪相連的齒條/齒輪機(jī)構(gòu))在機(jī)械上完全分離開，因而可保持靜態(tài)不動(dòng)。從而，在SBW工作模式中，事實(shí)上必然能防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4中的纜索和卷輥被轉(zhuǎn)向輸入部分和輸出部分中至少之一拖動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，由此提高了纜索型備用機(jī)構(gòu)4的耐用性。
下面參見圖31A和圖31B，圖中表示了一種電磁機(jī)械離合器50的詳細(xì)構(gòu)造，該離合器被作為離合器裝置3的摩擦離合器，取代了圖29所示的電磁離合器。如圖31A-31B所示，構(gòu)成了所述摩擦離合器裝置的電磁機(jī)械離合器50是一電磁鐵和一雙向滾柱離合器的組合離合器單元。在該電磁機(jī)械型離合器50中，通過對施加給電磁鐵的勵(lì)磁電流執(zhí)行斷通控制，可容易地在一滾柱離合器驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(滾柱離合器傳動(dòng)狀態(tài)或滾柱離合器互鎖狀態(tài))與一滾柱離合器自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。從圖31A可清楚地看出，電磁機(jī)械離合器50是由一內(nèi)座圈50a、一轉(zhuǎn)子50b、一外座圈50c、多個(gè)滾柱50d、一個(gè)保持架50e、一電磁線圈50f、一銜鐵50g、以及一轉(zhuǎn)換彈簧50h構(gòu)成的。內(nèi)座圈50a與一離合器輸出軸(第二柱軸8)用花鍵連接起來，并具有多邊形的外周壁面(八邊形的外周壁面)。轉(zhuǎn)子50b相對于內(nèi)座圈50a的軸線同軸地設(shè)置，且固定地連接到一離合器輸入軸(第一柱軸7)上。外座圈50c被設(shè)計(jì)成包罩著內(nèi)座圈50a的外周面，并具有大體為圓筒形的內(nèi)周表面，且可與轉(zhuǎn)子50b相接合。滾柱50d被夾置在內(nèi)座圈50a與外座圈50c之間。保持架50e保持著各個(gè)滾柱50d，同時(shí)允許這些滾柱50d繞各自的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并使得各個(gè)滾柱50d在圓周方向上等間距排列。電磁線圈50f被安裝在轉(zhuǎn)子50b的環(huán)形空間內(nèi)。銜鐵50g和轉(zhuǎn)子50b在軸向上相互正對著。轉(zhuǎn)換彈簧50h被夾置在銜鐵50g與保持架50e之間。對于具有上述構(gòu)造的電磁機(jī)械離合器50，當(dāng)向電磁線圈50f施加勵(lì)磁電流時(shí)，銜鐵50g被轉(zhuǎn)子50b的吸引力表面所吸引而與其接觸，這樣就限制了保持架50e的運(yùn)動(dòng)，結(jié)果就是電磁機(jī)械離合器50被從滾柱可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到滾柱離合器驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(滾柱離合器互鎖狀態(tài))，這樣就能把動(dòng)力從離合器輸入軸傳到輸出軸，或反向傳動(dòng)。在傳動(dòng)過程中(在傳遞力矩時(shí))，如果從當(dāng)前向電磁線圈50f通電的狀態(tài)向不向電磁線圈50f供電的狀態(tài)過渡時(shí)，銜鐵50g與轉(zhuǎn)子50b的吸引表面脫離接觸，因而，保持架50e不受約束，結(jié)果就是，電磁機(jī)械離合器50可自動(dòng)地轉(zhuǎn)換為滾柱可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，與此同時(shí)，此時(shí)經(jīng)該機(jī)械離合器傳遞的力矩非常小。在該方式中，滾柱離合器驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(滾柱離合器互鎖狀態(tài))與滾柱離合器自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)之間的切換是非常平穩(wěn)的。與相同尺寸的電磁離合器相比，該電磁機(jī)械離合器具有相對較高的力矩傳遞能力。也就是說，通過采用電磁機(jī)械離合器，可使摩擦離合器的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)緊湊，同時(shí)還保持了所要求的力矩傳遞能力。如上文討論的那樣，被用作離合器裝置3中摩擦離合器的電磁離合器和電磁機(jī)械離合器都能啟動(dòng)或停止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的備用功能。作為替代方案，也可用其它類型的離合器來作為離合器裝置3，用于啟用或停止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的備用功能。舉例來講，可采用爪形離合器作為離合器裝置3。
下面參見圖32、39和44-46，圖中表示了其它一些改型，這些改型都采用了SBW系統(tǒng)、纜索備用機(jī)構(gòu)、雙致動(dòng)器系統(tǒng)、雙傳感器系統(tǒng)、以及雙控制器系統(tǒng)。為了簡化文中的描述，圖32、39以及44-46所示各改型中裝備有纜索型備用機(jī)構(gòu)的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置都由一單齒條機(jī)構(gòu)例示，該單齒條機(jī)構(gòu)是由定節(jié)距的單根剛性轉(zhuǎn)向齒條軸構(gòu)成的。作為替代方案，這些附圖中各種改型的、裝備有纜索型備用機(jī)構(gòu)的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置都被與兩分式變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)(作為轉(zhuǎn)向角變換器)相結(jié)合。另外，為了簡化描述，這些附圖所示改型的、安裝有纜索型備用機(jī)構(gòu)的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置都采用了雙致動(dòng)器系統(tǒng)、雙傳感器系統(tǒng)、以及雙控制器系統(tǒng)，以便于具有失效保護(hù)功能。作為替代方案，為了提高失效保護(hù)的性能，這些附圖所示改型中的、裝備有纜索型備用機(jī)構(gòu)的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置可采用比雙致動(dòng)器系統(tǒng)更高級的多致動(dòng)器系統(tǒng)、比雙傳感器系統(tǒng)更高級的多傳感器系統(tǒng)、以及比雙控制系統(tǒng)更為高級的多控制系統(tǒng)。圖32、39、以及44-46所示改型轉(zhuǎn)向裝置的基本構(gòu)造與圖19、22、以及25-28所示改型類似。在對圖32、39、以及44-46所示改型的轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行介紹時(shí)，為了簡化描述，用與圖19、22、25-28相同的標(biāo)號來指代圖32、39、44-46中那些相同的元件，且由于上文的描述已很清楚，此處略去對這些標(biāo)號的詳細(xì)介紹。
如下文詳細(xì)描述的那樣，圖32所示第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有雙力矩傳感器系統(tǒng)30、30；60、60、雙致動(dòng)器系統(tǒng)5、5、以及雙控制器系統(tǒng)19、19。如圖32所示，第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置是由一反作用控制系統(tǒng)、一備用系統(tǒng)、一轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)、以及一轉(zhuǎn)向控制單元(轉(zhuǎn)向控制器)構(gòu)成的。反作用控制系統(tǒng)是由方向盤角度(操縱轉(zhuǎn)角)傳感器21、一編碼器2e、一對力矩傳感器30、霍爾集成電路2h、以及回饋致動(dòng)器2(反作用電機(jī))構(gòu)成的。方向盤角度(操縱轉(zhuǎn)角)傳感器21被連接到第一柱軸7上，第一柱軸7將纜索型備用機(jī)構(gòu)4與方向盤1連接起來。從圖32可清楚地看出，方向盤角度傳感器21被布置在方向盤1與一對力矩傳感器30之間，其安裝方式使其能檢測與方向盤運(yùn)動(dòng)量相對應(yīng)的方向盤角度(操縱轉(zhuǎn)角)，而不會(huì)受到雙力矩傳感器系統(tǒng)30、30中組成部件扭力桿TB的扭轉(zhuǎn)角度的影響。在圖32所示的轉(zhuǎn)向裝置中，采用一絕對值角度解析器(簡稱為絕對解析器)作為方向盤角度傳感器21。圖32所示第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置為反作用控制系統(tǒng)、或轉(zhuǎn)向輸入系統(tǒng)、或轉(zhuǎn)向輸入部分設(shè)置了雙力矩傳感器系統(tǒng)。力矩傳感器對30、30被設(shè)置在方向盤角度傳感器21與回饋致動(dòng)器(反作用電機(jī))2之間，用于檢測施加到方向盤1上的轉(zhuǎn)向輸入力矩。雙力矩傳感器系統(tǒng)是由第一力矩傳感器30A和第二力矩傳感器30B構(gòu)成的。
下面參見圖33，圖中表示了雙力矩傳感器系統(tǒng)30、30的縱向剖面結(jié)構(gòu)。從圖33的剖面圖可看出，雙力矩傳感器系統(tǒng)30、30是由軸向延伸的扭力桿TB、第一軸部分31(對應(yīng)于第一轉(zhuǎn)向柱7)、一第二軸部分32、一第一磁性體33、一第二磁性體34、一第三磁性體35、以及一電磁線圈36構(gòu)成的。第一軸部分31(第一柱軸7)與扭力桿的一端相連接，且相對于扭力桿的軸線同軸地設(shè)置著。第二軸部分32與扭力桿的另一端相連接，且相對于扭力桿的軸線同軸地設(shè)置著。第一磁性體33被固定連接到第一軸部分31上，且被分割成兩個(gè)磁性體部分33。第二磁性體34被固定連接到第二軸部分32的外周面上。電磁線圈36是由第一線圈部分和第二線圈部分36、36構(gòu)成的，并被設(shè)置在第一磁性體部分33的外側(cè)，以使得第一、第二線圈部分36能與對應(yīng)的第一磁性體部分33正對，且與第二磁性體34正對。第三磁性體35被分割成兩個(gè)磁性體部分35，每個(gè)磁性體部分35都覆蓋或包封著第一、第二線圈部分36中的對應(yīng)部分。第一、第二、以及第三磁性體33、34、35與電磁線圈36相配合而形成一磁路。在向扭力桿施加扭矩的情況下，第一、第二磁性體33和34之間會(huì)產(chǎn)生相對位移，因而會(huì)改變磁路的感抗。結(jié)果就是，可利用基于感抗變化的輸出信號而檢測出所施加的力矩。
反作用電機(jī)起到了回饋致動(dòng)器2(反作用力致動(dòng)器)的作用，該致動(dòng)器的作用在于在執(zhí)行SBW工作模式的過程中(在SBW控制過程中)，向方向盤1施加一個(gè)回饋力矩或轉(zhuǎn)向反作用力矩。在圖32所示的轉(zhuǎn)向裝置中，反作用電機(jī)是由一臺單定子、單轉(zhuǎn)子的電機(jī)構(gòu)成的，該電機(jī)的轉(zhuǎn)軸即為第一柱軸7。反作用電機(jī)2的電機(jī)殼體被固定地連接、安裝到車體上。實(shí)際情況中，采用無電刷電機(jī)作為反作用電機(jī)。由于采用了無電刷電機(jī)，所以要增設(shè)編碼器2e和霍爾集成電路2h。也可僅利用霍爾集成電路2h來產(chǎn)生電機(jī)扭矩，但在僅由霍爾IC2h形成的電機(jī)扭矩中，出現(xiàn)非常細(xì)微扭矩波動(dòng)的趨勢會(huì)增大，因而會(huì)影響經(jīng)方向盤1傳遞的轉(zhuǎn)向反饋感。為了有效地減少僅由霍爾IC2h產(chǎn)生的電機(jī)扭矩中非常細(xì)微的扭矩的不良波動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)精確而平順的高精度反作用控制，從而經(jīng)方向盤1向駕駛員提供自然而合適的轉(zhuǎn)向反饋感，還在第一柱軸7上設(shè)置了編碼器2e。在圖32所示的轉(zhuǎn)向裝置中，添加了編碼器2e。也可采用一分解器(解析器)來取代編碼器。
備用系統(tǒng)是由纜索型轉(zhuǎn)向柱(纜索型備用機(jī)構(gòu)4)以及離合器裝置3組成的，該系統(tǒng)能啟用或終止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的備用功能。如圖32所示，離合器裝置3被設(shè)置在第一柱軸7與第二柱軸8之間。離合器裝置3是由一摩擦離合器構(gòu)成的，該離合器例如是圖29所示的電磁離合器或圖31A-31B所示的電磁機(jī)械離合器。
轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)是由一編碼器5e、轉(zhuǎn)向角傳感器22、一對力矩傳感器60、一霍爾IC 5h、一對轉(zhuǎn)向電機(jī)(一對轉(zhuǎn)向致動(dòng)器)5、一轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69、以及轉(zhuǎn)向輪16構(gòu)成的。轉(zhuǎn)向角傳感器22被連接到齒輪軸9的上端部(圖32中右端部)上，圖32所示第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置還為轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)設(shè)置了雙力矩傳感器系統(tǒng)。在齒輪軸9下端部(圖32中左端部)與齒輪齒牙部分附近之間設(shè)置了一對力矩傳感器系統(tǒng)60、60，用于檢測由轉(zhuǎn)向輪16的轉(zhuǎn)向動(dòng)作而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力矩。在圖32所示的轉(zhuǎn)向裝置中，采用一絕對值角度解析器(簡稱為絕對解析器)來作為轉(zhuǎn)向角傳感器22，其基于感抗的變化來檢測所施加的力矩。按照這種方式，通過將轉(zhuǎn)向角傳感器22設(shè)置在齒輪軸9的纜索型備用機(jī)構(gòu)一側(cè)、并將一對力矩傳感器60設(shè)置在齒輪軸9的轉(zhuǎn)向齒條-齒輪機(jī)構(gòu)一側(cè)，就可利用連接在齒輪軸上端上的轉(zhuǎn)向角傳感器22檢測出轉(zhuǎn)向角，而不會(huì)受到雙力矩傳感器系統(tǒng)60、60組成部件扭力桿TB扭轉(zhuǎn)角的影響。
每個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)都作為轉(zhuǎn)向致動(dòng)器5，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向角傳感器22與力矩傳感器對60、60之間，且被布置在齒輪軸9的中部，具有在轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中向齒輪軸施加轉(zhuǎn)向力矩的作用。在圖32所示的轉(zhuǎn)向裝置中，轉(zhuǎn)向電機(jī)是由一雙定子、單轉(zhuǎn)子的電機(jī)構(gòu)成的，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子可由兩定子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。單轉(zhuǎn)子、雙定子電機(jī)能形成雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)，也就是說，能形成第一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(或第一轉(zhuǎn)向電機(jī))5A和第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(或第二轉(zhuǎn)向電機(jī))5B。事實(shí)上，用一無電刷電機(jī)作為雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)系統(tǒng)中的單轉(zhuǎn)子、雙定子電機(jī)。按照由無電刷電機(jī)構(gòu)成反作用電機(jī)類似的方式，由于采用無電刷電機(jī)作為雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)中的單轉(zhuǎn)子、雙定子電機(jī)，所以增加了編碼器5e和霍爾IC 5h。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69是由如下部件構(gòu)成的在轉(zhuǎn)向齒條管20中滑動(dòng)設(shè)置的齒條軸10，其具有與齒輪軸9上齒輪齒牙部分相嚙合的齒條齒牙部分；左右兩橫拉桿25，它們利用銷桿連接到齒條軸10的兩端上；左轉(zhuǎn)向節(jié)臂26，其一端被連接到左橫拉桿上，另一端連接到左轉(zhuǎn)向輪上；以及右轉(zhuǎn)向節(jié)臂26，其一端與右橫拉桿相連，另一端與右轉(zhuǎn)向輪相連。
在圖32所示第十五改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中，還采用了雙轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由兩控制器構(gòu)成的—即第一轉(zhuǎn)向控制器19A(ECU1)和第二轉(zhuǎn)向控制器19B(ECU2)，兩控制器都能執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，兩控制器的供電電源(即第一車用電池1和第二車用電池2)是相互獨(dú)立的。
參見圖34，圖中表示了雙控制器系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖，該雙控制器系統(tǒng)包括第一和第二轉(zhuǎn)向控制器19A、19B。第一和第二轉(zhuǎn)向控制器19A、19B的結(jié)構(gòu)是相同的。為了簡明，圖中僅表示出了第一轉(zhuǎn)向控制器19A中詳細(xì)的算術(shù)和邏輯部分。從圖34的系統(tǒng)框圖可看出，第一轉(zhuǎn)向控制器19A的輸入/輸出接口(I/O)從反作用控制系統(tǒng)的傳感器—即方向盤角度傳感器21、編碼器2e、力矩傳感器對30、30、霍爾IC 2h、以及轉(zhuǎn)向輸出部分的傳感器(即編碼器5e、轉(zhuǎn)向角傳感器22、力矩傳感器對60-60、以及霍爾IC 5h)接收輸入信息。如圖34中清楚地示出的，第一轉(zhuǎn)向控制器19A包括一個(gè)故障診斷部分19a。圖32-38所示第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障診斷部分19a執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，也就是說，執(zhí)行圖35中的轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序、圖36中的反作用控制故障診斷程序、圖37中的電動(dòng)機(jī)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS)控制故障診斷程序、圖38中的SBW向EPS模式轉(zhuǎn)換控制程序，其中，SBW-EPS過渡控制程序是指對從SBW工作模式(離合器裝置3分開時(shí)執(zhí)行SBW控制)向電動(dòng)機(jī)助力動(dòng)力轉(zhuǎn)向EPS工作模式(離合器裝置3接合著的EPS控制)過渡的過程進(jìn)行診斷。
除了故障診斷部分19a之外，第一轉(zhuǎn)向控制器19A還包括一反作用指令運(yùn)算部分19b、一反作用電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分19c、一反作用控制系統(tǒng)電流傳感器19d、一轉(zhuǎn)向輸出指令幾何計(jì)算部分19e、一轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分19f、一對轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)電流傳感器19g(確切來講，應(yīng)當(dāng)是第一、第二轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的電流傳感器19g1和19g2)、以及一控制器診斷部分19h。為了在相互之間執(zhí)行通信，第一轉(zhuǎn)向控制器19A與第二轉(zhuǎn)向控制器19B通過雙向通訊鏈路19LINK互通。如下文所采用的描述方式，第一、第二轉(zhuǎn)向控制器19A和19B被統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)向控制器19。
參見圖35，圖中表示了由轉(zhuǎn)向控制器19中的故障診斷部分19a執(zhí)行的轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序。
在步驟S1中，從反作用控制系統(tǒng)的各個(gè)傳感器和轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的各個(gè)傳感器讀取所需的輸入數(shù)據(jù)。而后，程序從步驟S1平行地進(jìn)行到步驟S2、S4、S6、S8、S10以及S12。
在步驟S2中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)中的方向盤角度傳感器21輸出的信號值是否正常。如果步驟S2的結(jié)論是肯定的(YES)，則程序從步驟S2進(jìn)行到步驟S14。與此相反，如果步驟S2的答案是否定的(NO)，則程序從步驟S2進(jìn)行到步驟S3。
在步驟S3中，基于這樣的診斷結(jié)果從方向盤角度傳感器21輸出的數(shù)值是非正常的，響應(yīng)于反作用控制系統(tǒng)中編碼器2e的輸出信號，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S4中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)的編碼器2e輸出的信號值是否正常。如果步驟S4的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S4進(jìn)行到步驟S14。相反情況，如果步驟S4的答案是否定的，程序從步驟S4進(jìn)行到步驟S5。
在步驟S5中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)編碼器2e輸出的數(shù)值是非正常的，響應(yīng)于反作用控制系統(tǒng)中方向盤角度傳感器21的輸出信號，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S6中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向角傳感器22輸出的信號值是否正常。如果步驟S6的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S6進(jìn)行到步驟S14。相反情況，如果步驟S6的答案是否定的，程序從步驟S6進(jìn)行到步驟S7。
在步驟S7中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向角傳感器22輸出的數(shù)值是非正常的，響應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中編碼器5e的輸出信號，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S8中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的編碼器5e輸出的信號值是否正常。如果步驟S8的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S8進(jìn)行到步驟S14。反之，如果步驟S8的答案是否定的，程序從步驟S8進(jìn)行到步驟S9。
在步驟S9中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)編碼器5e輸出的數(shù)值是非正常的，響應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向角傳感器22的輸出信號，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S10中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第一電流傳感器19g1輸出的信號值是否正常。如果步驟S10的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S10進(jìn)行到步驟S14。相反情況，如果步驟S10的答案是否定的，程序從步驟S10進(jìn)行到步驟S11。
在步驟S11中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第一電流傳感器19g1輸出的數(shù)值是非正常的，僅利用轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中的第二轉(zhuǎn)向電機(jī)5B(認(rèn)為其是正常工作的電機(jī))，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S12中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第二電流傳感器19g2輸出的信號值是否正常。如果步驟S12的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S12進(jìn)行到步驟S14。相反情況，如果步驟S12的答案是否定的，程序從步驟S12進(jìn)行到步驟S13。
在步驟S13中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第二電流傳感器19g2輸出的數(shù)值是非正常的，僅利用轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中的第一轉(zhuǎn)向電機(jī)5A(認(rèn)為其是正常工作的電機(jī))，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S14中，在步驟S2、S4、S6、S8、S10、以及S12中的判斷結(jié)果均為肯定的情況下，繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，然后，程序返回到步驟S1。
參見圖36，圖中表示了由轉(zhuǎn)向控制器19的故障診斷部分19a執(zhí)行的反作用控制故障診斷程序。
在步驟S21中，從反作用控制系統(tǒng)的各個(gè)傳感器和轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的各個(gè)傳感器讀取所需的輸入數(shù)據(jù)。而后，程序從步驟S21平行地進(jìn)行到步驟S22、S24、S26、以及S28。
在步驟S22中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第一力矩傳感器60A輸出的信號值是否正常。如果步驟S22的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S22進(jìn)行到步驟S30。反之，如果步驟S22的答案是否定的，程序從步驟S22進(jìn)行到步驟S23。
在步驟S23中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第一力矩傳感器60A輸出的數(shù)值是非正常的，響應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中第二力矩傳感器60B的輸出信號，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S24中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第二力矩傳感器60B輸出的信號值是否正常。如果步驟S24的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S24進(jìn)行到步驟S30。反之，如果步驟S24的答案是否定的，程序從步驟S24進(jìn)行到步驟S25。
在步驟S25中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第二力矩傳感器60B輸出的數(shù)值是非正常的，響應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中第一力矩傳感器60A的輸出信號，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S26中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)的電流傳感器19g輸出的信號值是否正常。如果步驟S26的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S26進(jìn)行到步驟S30。反之，如果步驟S26的答案是否定的，程序從步驟S26進(jìn)行到步驟S27。
在步驟S27中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)的電流傳感器19g輸出的數(shù)值是非正常的，終止反作用控制的執(zhí)行。
在步驟S28中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)的編碼器2e輸出的信號值是否正常。如果步驟S28的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S28進(jìn)行到步驟S30。反之，如果步驟S28的答案是否定的，程序從步驟S28進(jìn)行到步驟S29。
在步驟S29中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)的編碼器2e輸出的數(shù)值是非正常的，僅由反作用控制系統(tǒng)的霍爾IC 2h驅(qū)動(dòng)反作用電機(jī)2。而后，程序從步驟S29返回到步驟S21。
在步驟S30中，在步驟S22、S24、S26、以及S28中的判斷結(jié)果均為肯定的情況下，繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，然后，程序從步驟S30返回到步驟S21。
參見圖37，圖中表示了由轉(zhuǎn)向控制器19的故障診斷部分19a執(zhí)行的EPS控制故障診斷程序。當(dāng)EPS控制(EPS工作模式)被啟動(dòng)之后，立即執(zhí)行EPS控制故障診斷程序。
在步驟S31中，從反作用控制系統(tǒng)的各個(gè)傳感器和轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的各個(gè)傳感器讀取所需的輸入數(shù)據(jù)。而后，程序從步驟S31平行地進(jìn)行到步驟S32、S34、S36、S39、以及S41。
在步驟S32中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)的第一力矩傳感器30A輸出的信號值是否正常。如果步驟S32的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S32進(jìn)行到步驟S43。反之，如果步驟S32的答案是否定的，程序從步驟S32進(jìn)行到步驟S33。
在步驟S33中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)的第一力矩傳感器30A輸出的數(shù)值是非正常的，終止執(zhí)行EPS控制(EPS工作模式)。
在步驟S34中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)的第二力矩傳感器30B輸出的信號值是否正常。如果步驟S34的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S34進(jìn)行到步驟S43。反之，如果步驟S34的答案是否定的，程序從步驟S34進(jìn)行到步驟S35。
在步驟S35中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)的第二力矩傳感器30B輸出的數(shù)值是非正常的，終止執(zhí)行EPS控制(EPS工作模式)。
在步驟S36中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第一電流傳感器19g1輸出的信號值是否正常。如果步驟S36的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S36進(jìn)行到步驟S43。反之，如果步驟S36的答案是否定的，程序從步驟S36進(jìn)行到步驟S37或S38。
在步驟S37中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第一電流傳感器19g1輸出的數(shù)值是非正常的，停用第一轉(zhuǎn)向電機(jī)5A。
在步驟S38中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第一電流傳感器19g1或第二電流傳感器19g2輸出的數(shù)值是非正常的，終止EPS控制(EPS工作模式)。
在步驟S39中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第二電流傳感器19g2輸出的信號值是否正常。如果步驟S39的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S39進(jìn)行到步驟S43。反之，如果步驟S39的答案是否定的，程序從步驟S39進(jìn)行到步驟S38或S40。
在步驟S40中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第二電流傳感器19g2輸出的數(shù)值是非正常的，停用第二轉(zhuǎn)向電機(jī)5B。
在步驟S41中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的編碼器5e輸出的信號值是否正常。如果步驟S41的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S41進(jìn)行到步驟S43。反之，如果步驟S41的答案是否定的，程序從步驟S41進(jìn)行到步驟S42。
在步驟S42中，終止執(zhí)行EPS控制。
在步驟S43中，在步驟S32、S34、S36、S39以及S41中的判斷結(jié)果均為肯定的情況下，繼續(xù)執(zhí)行EPS工作模式，然后，程序從步驟S43返回到步驟S31。
參見圖38，圖中表示了由轉(zhuǎn)向控制器19的故障診斷部分19a執(zhí)行的從SBW模式到EPS模式過渡控制程序。如果在圖35所示轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序中、或在圖36所示反作用控制故障診斷程序中發(fā)生了從SBW工作模式向EPS工作模式轉(zhuǎn)換的情況—也就是說在圖35和圖36中用符號“※”標(biāo)出的可能發(fā)生從SBW到EPS過渡的每一階段內(nèi)，都要執(zhí)行圖38所示的、從SBW模式向EPS模式過渡的控制程序(步驟S51-S56)。
在步驟S51中，從反作用控制系統(tǒng)的各個(gè)傳感器和轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的各個(gè)傳感器讀取所需的輸入數(shù)據(jù)。而后，程序從步驟S51進(jìn)行到步驟S52。
在步驟S52中，執(zhí)行檢查以判斷由方向盤角度傳感器21檢測到的操縱轉(zhuǎn)角的θH的絕對值|θH|是否小于或等于一預(yù)定臨界值α。預(yù)定閾值α是指操縱轉(zhuǎn)角是否處于中位的臨界值，也就是說，該閾值是一個(gè)用于判斷所檢測的操縱轉(zhuǎn)角是否處于預(yù)定小角度范圍內(nèi)的判據(jù)，所述預(yù)定小角度范圍基本上對應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)的中位位置。如果步驟S52的結(jié)論是肯定的，也就是說，在|θH|≤α的情況下，程序從步驟S52進(jìn)行到步驟S54。與此相反，如果步驟S52的結(jié)論是否定的，也就是說，在|θH|＞α的情況下，程序從步驟S52進(jìn)行到步驟S53。
在步驟S53中，基于這樣的結(jié)論由方向盤角度傳感器21檢測到的操縱轉(zhuǎn)角θH絕對值|θH|大于預(yù)定的閾值α，從而，檢測到的操縱轉(zhuǎn)角處于預(yù)定的小角度范圍之外，而該小角度范圍基本上對應(yīng)著轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)的中位，使離合器裝置3保持分離狀態(tài)，并繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，然后，程序從步驟S53進(jìn)行到步驟S51。
在步驟S54中，執(zhí)行檢查以判斷由轉(zhuǎn)向角傳感器22檢測到的轉(zhuǎn)向角的θS的絕對值|θS|是否小于或等于一預(yù)定閾值β。預(yù)定閾值β是指轉(zhuǎn)向角處于中位的臨界值，也就是說，該臨界值是一個(gè)用于判斷所檢測的轉(zhuǎn)向角是否處于預(yù)定小角度范圍內(nèi)的判據(jù)，所述預(yù)定小角度范圍基本上對應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)的中位位置。如果步驟S54的結(jié)論是肯定的，也就是說，在|θS|≤β的情況下，程序從步驟S54進(jìn)行到步驟S56。與此相反，如果步驟S54的結(jié)論是否定的，也就是說，在|θS|＞β的情況下，程序從步驟S54進(jìn)行到步驟S55。
在步驟S55中，基于這樣的結(jié)論由轉(zhuǎn)向角傳感器22檢測到的轉(zhuǎn)向角θS絕對值|θS|大于預(yù)定的閾值β，從而，檢測到的轉(zhuǎn)向角處于預(yù)定的小角度范圍之外，而該小角度范圍基本上對應(yīng)著轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)的中位，在離合器裝置3保持分離狀態(tài)的情況下，并繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，然后，程序從步驟S55進(jìn)行到步驟S51。
在步驟S56中，基于這樣的結(jié)論步驟S52中由|θH|≤α定義的條件得以滿足，因而檢測得到的操縱轉(zhuǎn)角θH處于預(yù)定的小角度范圍內(nèi)，而該小角度范圍基本上對應(yīng)著轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)的中位；此外，步驟S54中|θS|≤β限定的條件得以滿足，因而檢測得到的轉(zhuǎn)向角θS處于預(yù)定的小角度范圍之外，而該小角度范圍基本上對應(yīng)著轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)的中位，轉(zhuǎn)向控制器19進(jìn)行工作而終止SBW工作模式，并接合離合器裝置3來啟動(dòng)EPS控制。
下面將詳細(xì)描述JP2002-145098所公開SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的缺點(diǎn)、以及圖32-38所示第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)點(diǎn)。
JP 2002-145098所公開的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置裝備有雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)和單方向盤角度傳感器系統(tǒng)，該裝置具有如下的缺點(diǎn)。
首先，在執(zhí)行SBW控制的過程中，當(dāng)SBW系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)—例如當(dāng)雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)的主轉(zhuǎn)向致動(dòng)器或副轉(zhuǎn)向致動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，控制器立即就分離開或停止執(zhí)行變比轉(zhuǎn)向(VGR)功能，而且，通過控制雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)中正常工作的致動(dòng)器，強(qiáng)制調(diào)整轉(zhuǎn)向輪的定位，以使方向盤轉(zhuǎn)角與車輪轉(zhuǎn)向角具有合適的關(guān)系，從而，在方向盤中位與對應(yīng)于轉(zhuǎn)向車輪零平均轉(zhuǎn)向角的中位之間的相位差很小。按照這種方式，在轉(zhuǎn)向致動(dòng)器發(fā)生故障的情況下，利用正常工作的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，立即對轉(zhuǎn)向車輪中位相對于方向盤中位的相位執(zhí)行強(qiáng)制調(diào)整。由于利用未發(fā)生故障的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器對相位執(zhí)行了強(qiáng)制調(diào)整，這樣的趨勢就增大了車輛實(shí)際行駛路線偏離駕駛員的預(yù)期行駛路線。由于這一原因，車輛就可能出現(xiàn)從當(dāng)前車道發(fā)生偏移的不利情況。
其次，JP2002-145098的轉(zhuǎn)向裝置采用了單套方向盤角度傳感器系統(tǒng)。在單套方向盤角度傳感器系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，將無法利用該單套系統(tǒng)檢測出方向盤的角度。因而，在方向盤角度傳感器系統(tǒng)發(fā)生故障后，需要立即接合離合器裝置以啟動(dòng)備用工作模式。這將導(dǎo)致問題的出現(xiàn)在剛剛過渡到備用工作模式之后，方向盤中位與對應(yīng)于轉(zhuǎn)向輪零平均轉(zhuǎn)向角的中位存在差異。
第三，在JP2002-145098的轉(zhuǎn)向裝置中，當(dāng)SBW系統(tǒng)在SBW控制過程中發(fā)生故障時(shí)，控制器進(jìn)行工作而將離合器接合上，而不論車輛是在直線行駛、還是通過彎道，而且停止回饋致動(dòng)器(反作用電機(jī))。當(dāng)離合器接合上時(shí)，轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤)與轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向齒條-齒輪機(jī)構(gòu))在機(jī)械上相互連接起來，然后，借助于正常工作的致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電機(jī)助力的動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS)功能，其中，正常工作的致動(dòng)器例如是未發(fā)生故障的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器或回饋致動(dòng)器，此時(shí)，其作為產(chǎn)生轉(zhuǎn)向助動(dòng)力的動(dòng)力源。事實(shí)上，適合于SBW控制的致動(dòng)器指令信號的大小與適合于EPS控制的致動(dòng)器指令信號的大小是不同的。并且，在備用工作模式中，在轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分通過備用系統(tǒng)在機(jī)械上相互連接起來的過程中，反作用力可從轉(zhuǎn)向輪經(jīng)備用系統(tǒng)傳遞給方向盤。假如在這樣的條件下從SBW工作模式變換到EPS工作模式為致動(dòng)器產(chǎn)生了一個(gè)指令信號，從轉(zhuǎn)向輪輸入到轉(zhuǎn)向輸出部分(齒條-齒輪機(jī)構(gòu))的反作用力在拐彎過程中相對較大，則就可能發(fā)生這樣的情況致動(dòng)器的指令信號值出現(xiàn)快速改變，與此同時(shí)，相對較大的反作用力從轉(zhuǎn)向輪經(jīng)備用系統(tǒng)傳遞到方向盤上。在此情況下，能被駕駛員從方向盤上感覺到的轉(zhuǎn)向反作用力矩變化是很大的，從而會(huì)使操作感惡化。
第四，在主副轉(zhuǎn)向致動(dòng)器以及回饋致動(dòng)器(反作用致動(dòng)器)中，如果是回饋致動(dòng)器失效，則控制器停止回饋致動(dòng)器的功能，而后再停用VGR功能，且利用正常工作的致動(dòng)器對方向盤中位與轉(zhuǎn)向輪零平均轉(zhuǎn)向角對應(yīng)的中位之間的相位差進(jìn)行調(diào)整。之后，接合上離合器來啟動(dòng)備用功能。假定在拐彎過程中回饋致動(dòng)器發(fā)生故障，則反作用力就趨于暫時(shí)減小。而后，一旦離合器被接合上之后，反作用力就從轉(zhuǎn)向輪經(jīng)備用系統(tǒng)傳遞到方向盤上，因而，反作用力再次增大。這會(huì)使駕駛員感到不適。
與上述情況相反，在圖32-38所示第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置中，采用了雙致動(dòng)器系統(tǒng)或更高級別的致動(dòng)器系統(tǒng)(例如三系統(tǒng))、雙傳感器系統(tǒng)或更高級別的傳感器系統(tǒng)(例如三系統(tǒng))、雙控制器系統(tǒng)或更高級別(例如三系統(tǒng))的控制器系統(tǒng)，在多系統(tǒng)中的其中一個(gè)組成系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，其它未發(fā)生故障的致動(dòng)器能繼續(xù)執(zhí)行SBW控制。按照類似的方式，當(dāng)多傳感器系統(tǒng)中的其中一系統(tǒng)失效時(shí)，可由其余的傳感器繼續(xù)執(zhí)行SBW控制。當(dāng)多控制器系統(tǒng)中的某一控制器19A或19B發(fā)生故障時(shí)，可由未發(fā)生故障的控制器繼續(xù)執(zhí)行SBW控制。因而，能將離合器裝置3接合上，并切換到備用工作模式，同時(shí)，利用未發(fā)生故障的系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)反復(fù)執(zhí)行SBW工作模式(包括相位調(diào)整)，可避免轉(zhuǎn)向輸入部分的中位與轉(zhuǎn)向輸出部分的中位出現(xiàn)相位差。舉例來講，如果反作用控制系統(tǒng)中的方向盤角度傳感器21處于失效狀態(tài)(或工作狀態(tài)不正常)，則圖35中的程序就從步驟S1經(jīng)步驟S2進(jìn)行到步驟S3。由于在步驟S3中執(zhí)行了SBW到EPS的過渡，圖38中的子程序就從步驟S51經(jīng)步驟S52進(jìn)行到S53，或從步驟S51經(jīng)步驟S52和54進(jìn)行到步驟S55。這種可被標(biāo)為S51→S52→S53→S51或S51→S52→S54→S55→S51的閉環(huán)過程反復(fù)執(zhí)行，從而，利用了反作用控制系統(tǒng)中編碼器2e的信號輸出(該編碼器能取代反作用控制系統(tǒng)中的方向盤角度傳感器21，檢測出方向盤角度—操縱轉(zhuǎn)角θH)，在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行了SBW工作模式(SBW控制)。而后，一旦步驟S52中|θH|≤α定義的條件與步驟S54中|θS|≤β限定的條件得以滿足，圖38中的子程序就從步驟S54進(jìn)行到步驟S56。在步驟S56，SBW控制被終止，同時(shí)將離合器裝置3接合上，然后，利用兩轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5啟動(dòng)EPS控制，其中，轉(zhuǎn)向電機(jī)5作為產(chǎn)生轉(zhuǎn)向助動(dòng)力的動(dòng)力源。與反作用控制系統(tǒng)的方向盤角度傳感器21輸出的信號值不正常的情況(見步驟S2到步驟S3)類似，在執(zhí)行轉(zhuǎn)向控制過程中，(i)在反作用控制系統(tǒng)編碼器2e輸出信號值不正常的情況下(見圖35中程序的步驟S4到S5)；(ii)在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)轉(zhuǎn)向角傳感器22的信號輸出值不正常的情況下(見步驟S6到步驟S7)；(iii)在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)編碼器5e的信號輸出值不正常的情況下(見步驟S8到步驟S9)；(iv)在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第一電流傳感器19g1的信號輸出值不正常的情況下(見步驟S10到步驟S11)；以及(v)在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第二電流傳感器19g2的信號輸出值不正常的情況下(見步驟S12到步驟S13)，按照圖38所示的SBW EPS過渡控制程序，利用工作正常的系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行SBW控制，直到滿足條件|θH|≤α和|θS|≤β為止。而后，在由|θH|≤α和|θS|≤β限定的條件下，接合上離合器裝置3，以完成SBW向EPS的過渡。按照類似的方式，在執(zhí)行反作用控制的過程中，(vi)在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第一力矩傳感器60A輸出信號值不正常的情況下(圖36所示程序中的步驟S22到S23)；以及(vii)在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的第二力矩傳感器60B輸出信號值不正常的情況下(步驟S24到S25)，按照圖38所示的SBW EPS過渡控制程序，利用工作正常的系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行SBW控制，直到滿足條件|θH|≤α和|θS|≤β為止。而后，在由|θH|≤α和|θS|≤β限定的條件下，接合上離合器裝置3，以完成SBW向EPS的過渡。也就是說，圖32-38所示第十五改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置被設(shè)計(jì)成在由|θH|≤α和|θS|≤β限定的條件均得到滿足的情況下，才完成從SBW工作模式向EPS工作模式的轉(zhuǎn)換，即使系統(tǒng)發(fā)生了故障，也在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行SBW控制。通過在系統(tǒng)發(fā)生故障之后仍然執(zhí)行SBW控制，可實(shí)現(xiàn)平滑而自然的SBW-EPS過渡。因而，圖32-38所示第十五改型的轉(zhuǎn)向裝置消除了在系統(tǒng)發(fā)生故障后立即用未出現(xiàn)故障的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器對轉(zhuǎn)向車輪的中位相對于方向盤中位執(zhí)行強(qiáng)制相位調(diào)整的必要性，而且有助于減小車輛實(shí)際行駛路線與駕駛員預(yù)期路線之間的偏差。此外，從由|θH|≤α和|θS|≤β限定的條件(圖38中的步驟S52和S54)可看出，當(dāng)檢測到的操縱轉(zhuǎn)角θH處于預(yù)定的小角度范圍內(nèi)時(shí)(|θH|≤α)，該范圍基本上對應(yīng)著轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)的中位；以及當(dāng)檢測到的操縱轉(zhuǎn)角θS處于預(yù)定的小角度范圍內(nèi)時(shí)(|θS|≤β)，該范圍基本上對應(yīng)著轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)的中位，換言之，基本上在直行過程中時(shí)，甚至在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置能利用多系統(tǒng)架構(gòu)中未發(fā)生故障的系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行SBW控制，并使得備用系統(tǒng)的離合器裝置3接合。一般情況下，在基本向前直行的過程中，不論轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是工作在SBW模式、還是工作在EPS模式下，致動(dòng)器指令信號值非常低，從轉(zhuǎn)向輪16、16輸入的反作用力也很小。因而，允許離合器在|θH|≤α和|θS|≤β條件下接合將有助于減小SBW-EPS過渡過程中轉(zhuǎn)向力的改變，進(jìn)而防止轉(zhuǎn)向操作感惡化。
圖32-38所示第十五改型的SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置具有如下的效果(22)-(28)。
(22)該SBW車輛轉(zhuǎn)向裝置包括一接收轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作的轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)、和一與轉(zhuǎn)向輪16相連以執(zhí)行轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)、以及一轉(zhuǎn)向控制器，轉(zhuǎn)向控制器基于輸入到轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)的轉(zhuǎn)向輸入量產(chǎn)生出指令信號，并在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)在機(jī)械上相互分離開的條件下，響應(yīng)于指令信號對轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)執(zhí)行控制，致動(dòng)器系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、以及轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都被設(shè)置成響應(yīng)于指令信號對轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)執(zhí)行控制，這些系統(tǒng)都是由高于雙系統(tǒng)構(gòu)架的多系統(tǒng)構(gòu)架組成的。另外，在轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)之間設(shè)置了機(jī)械備用系統(tǒng)，用于經(jīng)機(jī)械備用系統(tǒng)將轉(zhuǎn)向輸入量從轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)變換到轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)。采用這樣的設(shè)計(jì)，即使多系統(tǒng)構(gòu)架的SBW系統(tǒng)的第一控制系統(tǒng)發(fā)生故障，也能利用未發(fā)生故障的其它控制系統(tǒng)在第一控制系統(tǒng)失效之后，通過繼續(xù)執(zhí)行SBW工作模式，在方向盤1中位與轉(zhuǎn)向輪16、16零轉(zhuǎn)向角相應(yīng)的中位之間無相位差的條件下切換到備用工作模式。
(23)當(dāng)多系統(tǒng)架構(gòu)中的第一控制系統(tǒng)失效時(shí)，多轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)的控制器19進(jìn)行工作利用未發(fā)生故障的控制系統(tǒng)(除失效的第一控制系統(tǒng)之外)繼續(xù)執(zhí)行SBW模式，直到轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)的位置變?yōu)榻咏谄渲形?，因而符合第一條件|θH|≤α，而且使轉(zhuǎn)向輸出部分(轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)69)的位置變?yōu)榻咏谄渲形?，因而滿足第二條件|θS|≤β。在第一、第二條件都滿足時(shí)，控制器立即工作而使作為機(jī)械備用系統(tǒng)組成部件的離合器裝置3接合，由此開始從SBW工作模式向備用工作模式(或EPS工作模式)執(zhí)行轉(zhuǎn)換。尤其在車輛基本上直線前行的過程中(在該過程中，兩條件|θH|≤α和|θS|≤β都能滿足)，當(dāng)從SBW控制向備用控制過渡時(shí)，轉(zhuǎn)向力的變化很小，可避免轉(zhuǎn)向駕駛感的惡化。
(24)在備用工作模式中，控制器19利用轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5執(zhí)行電動(dòng)機(jī)助力的動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制(EPS)。因而，在工作模式變換到備用工作模式之后，可有效地減小駕駛員執(zhí)行轉(zhuǎn)向的用力或作用到方向盤1上的轉(zhuǎn)向力。
(25)反作用控制系統(tǒng)的方向盤角度傳感器(操縱轉(zhuǎn)角傳感器)21被設(shè)置在方向盤1與反作用控制系統(tǒng)的力矩傳感器系統(tǒng)30、30之間。因而，可精確地檢測與方向盤運(yùn)動(dòng)量對應(yīng)的方向盤轉(zhuǎn)角θH，而不會(huì)受到作為反作用控制系統(tǒng)中力矩傳感器系統(tǒng)30、30組成部件的扭力桿TB的扭轉(zhuǎn)角的影響。
(26)用于檢測轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向角θS的傳感器22被設(shè)置在機(jī)械備用系統(tǒng)4與轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)的力矩傳感器系統(tǒng)60、60之間。因而，可精確地檢測轉(zhuǎn)向角θS，而不會(huì)受到轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中力矩傳感器系統(tǒng)60、60組成部件的扭力桿TB的扭轉(zhuǎn)角的影響。
(27)反作用控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中的致動(dòng)器—即反作用電機(jī)2、轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5都是由無電刷電機(jī)構(gòu)成的。可采用反作用控制系統(tǒng)中、用于執(zhí)行反作用控制的編碼器2e和用于執(zhí)行轉(zhuǎn)向控制的轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)編碼器5e來檢測方向盤角度θH(操縱轉(zhuǎn)角)和轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角θS。因而，可利用單方向盤角度傳感器21與反作用控制系統(tǒng)中編碼器2e的組合來實(shí)現(xiàn)或達(dá)到雙方向盤角度傳感器系統(tǒng)，并能利用單方向盤角度傳感器22與轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)編碼器5e的組合來實(shí)現(xiàn)或獲得雙轉(zhuǎn)向角傳感器系統(tǒng)。換言之，無需利用兩個(gè)方向盤角度傳感器21、21來形成雙方向盤轉(zhuǎn)角傳感器系統(tǒng)，也無需采用兩個(gè)轉(zhuǎn)向角傳感器22來形成雙轉(zhuǎn)向角傳感器系統(tǒng)。
(28)由兩轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5構(gòu)成的上述的雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的。與采用兩臺單轉(zhuǎn)子單定子、且轉(zhuǎn)子由單定子驅(qū)動(dòng)的電機(jī)相比，單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、電機(jī)部件數(shù)目少，連接電機(jī)軸和齒輪軸9的部件數(shù)目少，從而能降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總制造成本，并形成便宜、輕質(zhì)、尺寸小、且電機(jī)扭矩?fù)p失小的雙致動(dòng)器系統(tǒng)。
下面參見圖39-43，圖中表示了第十六改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置。圖39-43所示第十六改型SBW轉(zhuǎn)向裝置與圖32-38所示第十五改型的區(qū)別在于在第十六改型中，雙反作用致動(dòng)器系統(tǒng)(反作用電機(jī)2、2)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的，且構(gòu)成雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向電機(jī)5是由單轉(zhuǎn)子、單定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的。從圖39可清楚地看出，機(jī)械備用系統(tǒng)中的離合器裝置3被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)一側(cè)，并被連接到齒輪軸上端上。由于采用無電刷電機(jī)作為轉(zhuǎn)向電機(jī)14、14，在單轉(zhuǎn)子、單定子無電刷電機(jī)5、5上分別設(shè)置了編碼器5e、5e。采用編碼器5e、5e就消除了設(shè)置轉(zhuǎn)向角傳感器22的必要性。因而，在圖39所示的第十六改型的轉(zhuǎn)向裝置中，取消了轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向角傳感器22。如所討論的那樣，在第十六改型中，反作用電機(jī)系統(tǒng)、以及轉(zhuǎn)向電機(jī)系統(tǒng)都被制為雙致動(dòng)器系統(tǒng)。為此，還設(shè)置了一對反作用控制系統(tǒng)電流傳感器19d、19d(確切來講，第一、第二反作用控制系統(tǒng)的電流傳感器19d1和19d2)。圖39所示第十六改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的其余結(jié)構(gòu)與圖32-圖38第十五改型的結(jié)構(gòu)相同。因而，在對圖39-43所示第十六改型進(jìn)行描述時(shí)，為了簡化描述，用與圖32-38中相同的標(biāo)號指代對應(yīng)的元件，且由于上文的描述很清楚，略去對這些相同標(biāo)號的介紹。圖39-43所示第十六改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中的故障診斷部分19a執(zhí)行多種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，即執(zhí)行圖41中的轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序、圖42中的反作用控制故障診斷程序、圖43中的EPS控制故障診斷程序、圖38中的SBW向EPS模式轉(zhuǎn)換控制程序。下面將簡要介紹圖39-43所示第十六改型的轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、反作用控制系統(tǒng)、EPS控制系統(tǒng)的工作。
圖41中步驟S1-S5和步驟S10-S14、圖42中步驟S21-S25和S28-S30、圖43中步驟S31-S40和S42-S43中的邏輯、算術(shù)運(yùn)算與圖35-37中對應(yīng)步驟相同，圖35-37中步驟是由圖32所示第十五改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的故障診斷部分19a執(zhí)行的。因而，由于上文的描述很清楚，此處略去對相同步驟S1-S5、S10-S14、、S21-S25、S28-S40、S42-S43的描述。只對不同的步驟S6′、S7′、S8′、S9′、S26′、S27′、S26″、S27″、S41′、S41″進(jìn)行詳細(xì)描述。
在圖41所示轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序的步驟S6′中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第一編碼器5e1輸出的信號值是否正常。如果步驟S6′的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S6′進(jìn)行到步驟S14。反之，如果步驟S6′的答案是否定的，程序從步驟S6′進(jìn)行到步驟S7′。
在步驟S7′中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第一編碼器5e1輸出的數(shù)值是非正常的，響應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中一第二編碼器5e2的輸出信號，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S8′中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第二編碼器5e2輸出的信號值是否正常。如果步驟S8′的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S8′進(jìn)行到步驟S14。反之，如果步驟S8′的答案是否定的，程序從步驟S8′進(jìn)行到步驟S9′。
在步驟S9′中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第二編碼器5e2輸出的數(shù)值是非正常的，響應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中第一編碼器5e1的輸出信號，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在圖42所示反作用控制故障診斷程序的步驟S26′中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)第一電流傳感器19d1輸出的信號值是否正常。如果步驟S26′的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S26′進(jìn)行到步驟S30。反之，如果步驟S26′的答案是否定的，程序從步驟S26′進(jìn)行到步驟S27′。
在步驟S27′中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)第一電流傳感器19d1輸出的數(shù)值是非正常的，僅由反作用控制系統(tǒng)中反作用電機(jī)第二定子(認(rèn)為是工作正常的電機(jī))來繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
步驟S26″中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)第二電流傳感器19d2輸出的信號值是否正常。如果步驟S26″的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S26″進(jìn)行到步驟S30。反之，如果步驟S26″的答案是否定的，程序從步驟S26″進(jìn)行到步驟S27″。
在步驟S27″中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)第二電流傳感器19d2輸出的數(shù)值是非正常的，僅由反作用控制系統(tǒng)中反作用電機(jī)第一定子(認(rèn)為是工作正常的電機(jī))來繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在圖43所示EPS控制故障診斷程序的步驟S41′中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第一編碼器5e1輸出的信號值是否正常。如果步驟S41′的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S41′進(jìn)行到步驟S43。反之，如果步驟S41′的答案是否定的，程序從步驟S41′進(jìn)行到步驟S42。
在圖43所示EPS控制故障診斷程序的步驟S41″中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第二編碼器5e2輸出的信號值是否正常。如果步驟S41″的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S41″進(jìn)行到步驟S43。反之，如果步驟S41″的答案是否定的，程序從步驟S41″進(jìn)行到步驟S42。
在圖39-43所示第十六改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中，如果在圖41所示轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序中、或在圖42所示反作用控制故障診斷程序中發(fā)生了從SBW工作模式向EPS工作模式轉(zhuǎn)換的情況—也就是說在圖41和圖42中用符號“※”標(biāo)出的可能發(fā)生從SBW到EPS過渡的每一階段內(nèi)，都要執(zhí)行圖38所示的、從SBW模式向EPS模式過渡的控制程序(步驟S51-S56)。
除了圖32-38所示第十五改型的轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(22)-(26)之外，圖39-43所示第十六改型的轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(29)。
(29)由反作用電機(jī)2構(gòu)成的上述雙反作用致動(dòng)器系統(tǒng)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的。與兩臺單轉(zhuǎn)子、單定子的電機(jī)相比(該電機(jī)的轉(zhuǎn)子由單個(gè)定子驅(qū)動(dòng))，單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、電機(jī)部件數(shù)目少、連接電機(jī)軸和柱軸7的部件數(shù)目少，從而能降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總制造成本，并形成便宜、輕質(zhì)、尺寸小、且電機(jī)扭矩?fù)p失小的雙致動(dòng)器系統(tǒng)。
下面參見圖44，圖中表示了第十七改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置，在第十七改型中，雙反作用致動(dòng)器系統(tǒng)(反作用電機(jī)2、2)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的，且雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)(轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5)也是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的。從圖44可清楚地看出，機(jī)械備用系統(tǒng)中的離合器裝置3被設(shè)置在反作用控制系統(tǒng)一側(cè)，并被設(shè)置在第一、第二柱軸7、8之間。圖44所示第十七改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的其余結(jié)構(gòu)與圖32-38第十五改型的結(jié)構(gòu)相同。由圖44所示第十七改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中的故障診斷部分19a執(zhí)行的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算與圖39-43第十六改型中執(zhí)行的相同。因而上文已作了清楚的描述，此處略去對圖44所示第十七改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、反作用控制系統(tǒng)、EPS控制系統(tǒng)的詳細(xì)描述。
除了圖32-38所示第十五改型的轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(22)-(27)之外，圖44所示第十七改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(30)。
(30)由轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5構(gòu)成的上述雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的。另外，由反作用電機(jī)2、2構(gòu)成的上述雙反作用致動(dòng)器系統(tǒng)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的。與兩臺單轉(zhuǎn)子、單定子的電機(jī)相比(該電機(jī)的轉(zhuǎn)子由單個(gè)定子驅(qū)動(dòng))，單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、電機(jī)部件數(shù)目少、連接電機(jī)軸和其它軸(柱軸7或齒輪軸9)的部件數(shù)目少，從而能降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總制造成本，并形成便宜、輕質(zhì)、尺寸小、且電機(jī)扭矩?fù)p失小的雙致動(dòng)器系統(tǒng)。另外，機(jī)械備用系統(tǒng)是由纜索型備用機(jī)構(gòu)4和離合器裝置3構(gòu)成的。離合器裝置3被設(shè)置在反作用控制系統(tǒng)一側(cè)，且位于轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)與纜索備用機(jī)構(gòu)4之間。因而，在離合器3分離開的SBW工作模式中，可防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索和卷輥受方向盤1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的拖動(dòng)而同步運(yùn)動(dòng)，由此可防止由于在波頓軟纜的外套管與內(nèi)纜線之間存在摩擦阻力而使纜索型備用機(jī)構(gòu)4的耐用性變差，并使轉(zhuǎn)向操作手感變差。
下面參見圖45，圖中表示了第十八改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置，在第十八改型的轉(zhuǎn)向裝置中，雙反作用致動(dòng)器系統(tǒng)(反作用電機(jī)2、2)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的，且雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)(轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5)也是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的，但機(jī)械備用系統(tǒng)的離合器裝置3被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)一側(cè)，且位于齒輪軸9的中部。圖45所示第十八改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的其余結(jié)構(gòu)與圖32-38第十五改型的結(jié)構(gòu)相同。由圖45所示第十八改型SBW轉(zhuǎn)向裝置中的故障診斷部分19a執(zhí)行的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算與圖39-43第十六改型中執(zhí)行的相同。因而，由于上文已作了清楚的描述，此處略去對圖45所示第十八改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、反作用控制系統(tǒng)、EPS控制系統(tǒng)的詳細(xì)描述。
除了圖32-38所示第十五改型的轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(22)-(27)之外，圖45所示第十八改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(31)。
(31)由轉(zhuǎn)向電機(jī)5構(gòu)成的上述雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的。另外，由反作用電機(jī)2、2構(gòu)成的上述雙反作用致動(dòng)器系統(tǒng)是由單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)構(gòu)成的。與兩臺單轉(zhuǎn)子、單定子的電機(jī)相比(該電機(jī)的轉(zhuǎn)子由單個(gè)定子驅(qū)動(dòng))，單轉(zhuǎn)子、雙定子無電刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、電機(jī)部件數(shù)目少、連接電機(jī)軸和其它軸(柱軸7或齒輪軸9)的部件數(shù)目少，從而能降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總制造成本，并形成便宜、輕質(zhì)、尺寸小、且電機(jī)扭矩?fù)p失小的雙致動(dòng)器系統(tǒng)。另外，機(jī)械備用系統(tǒng)是由纜索型備用機(jī)構(gòu)4和離合器裝置3構(gòu)成的。離合器裝置3被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)一側(cè)，且位于齒輪軸9的中部。因而，在離合器3分離開的SBW工作模式中，可防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索和卷輥受轉(zhuǎn)向輸出部分的拖動(dòng)(即轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向動(dòng)作)而同步運(yùn)動(dòng)，由此可防止纜索型備用機(jī)構(gòu)4的耐用性變差。
下面參見圖46-50，圖中表示了第十九改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置。從圖46-47可清楚地看出，在圖46-50所示第十九改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中，反作用控制系統(tǒng)中和轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中的致動(dòng)器—即反作用電機(jī)2和轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5是由帶有電刷的直流電機(jī)(DC)構(gòu)成的。與此相反，第十五(圖32-38)、第十六(圖39-43)、第十七(圖44)、第十八(圖45)改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置都采用無電刷電機(jī)作為致動(dòng)器。更具體來講，如圖46-47所示，由反作用電機(jī)2、2構(gòu)成的反作用致動(dòng)器系統(tǒng)是由帶有電刷的雙轉(zhuǎn)子、單定子直流電機(jī)構(gòu)成的。在反作用控制系統(tǒng)中設(shè)置了兩方向盤角度傳感器21、21，而不是采用任何編碼器。與圖32-38所示第十五改型的離合器安裝結(jié)構(gòu)相反，機(jī)械備用系統(tǒng)的離合器裝置3被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)一側(cè)。構(gòu)成雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)的兩轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5都是單定子、單轉(zhuǎn)子的帶電刷直流電機(jī)。在轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中設(shè)置了兩轉(zhuǎn)向角傳感器22、22，它們被連接到齒輪軸9軸向延伸的前端部上，而不是采用編碼器。由于設(shè)置了雙反作用電機(jī)系統(tǒng)(反作用電機(jī)2、2)，所以設(shè)置了兩反作用控制系統(tǒng)電流傳感器19d、19d(確切來講，第一、第二反作用控制系統(tǒng)中的電流傳感器19d1、19d2)。圖46-50所示第十九改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的其余結(jié)構(gòu)與圖32-38第十五改型的結(jié)構(gòu)相同。因而，在對圖46-50所示第十九改型進(jìn)行描述時(shí)，為了簡化描述，用與圖32-38中相同的標(biāo)號指代對應(yīng)的元件，且由于上文的描述很清楚，略去對這些標(biāo)號、元件的介紹。圖46-50所示第十九改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中的故障診斷部分19a執(zhí)行多種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，即執(zhí)行圖48中的轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序、圖49中的反作用控制故障診斷程序、圖50中的EPS控制故障診斷程序、圖38中的SBW向EPS模式轉(zhuǎn)換控制程序。下面將簡要介紹圖46-50所示第十九改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、反作用控制系統(tǒng)、EPS控制系統(tǒng)的工作。
圖48中步驟S1和步驟S10-S14、圖49中步驟S21-S25和S30、圖50中步驟S31-S40和S43中的邏輯、算術(shù)運(yùn)算與圖35-37中對應(yīng)步驟相同，圖35-37中步驟是由圖32所示第十五改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的故障診斷部分19a執(zhí)行的。另外，圖49中步驟S26′、S26″、S27′、S27″中的邏輯、算術(shù)運(yùn)算與圖42中對應(yīng)步驟相同，圖42中步驟是由圖39所示第十六改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置的故障診斷部分19a執(zhí)行的。因而，由于上文的描述很清楚，此處略去對相同步驟S1、S10-S14、S21-S25、S30-S40、S43、S26′、S26″、S27′、S27″的描述。只對不同的步驟S2′、S3′、S4′、S5′、S6″、S7″、S8″、S9″進(jìn)行詳細(xì)描述。
在圖48所示轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序的步驟S2′中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)第一方向盤角度傳感器21A輸出的信號值是否正常。如果步驟S2′的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S2′進(jìn)行到步驟S14。反之，如果步驟S2′的答案是否定的，程序從步驟S2′進(jìn)行到步驟S3′。
在步驟S3′中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)第一方向盤角度傳感器21A輸出的數(shù)值是非正常的，由反作用控制系統(tǒng)中一第二方向盤角度傳感器21B，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S4′中，執(zhí)行檢查以判斷從反作用控制系統(tǒng)第二方向盤角度傳感器21B輸出的信號值是否正常。如果步驟S4′的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S4′進(jìn)行到步驟S14。反之，如果步驟S4′的答案是否定的，程序從步驟S4′進(jìn)行到步驟S5′。
在步驟S5′中，基于這樣的診斷結(jié)果從反作用控制系統(tǒng)第二方向盤角度傳感器21B輸出的數(shù)值是非正常的，由反作用控制系統(tǒng)中第一方向盤角度傳感器21A，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在步驟S6″中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第一轉(zhuǎn)向角傳感器22A輸出的信號值是否正常。如果步驟S6″的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S6″進(jìn)行到步驟S14。反之，如果步驟S6″的結(jié)論是否定的，程序從步驟S6″進(jìn)行到步驟S7″。
在步驟S7″中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第一轉(zhuǎn)向角傳感器22A輸出的數(shù)值是非正常的，利用轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中第二轉(zhuǎn)向角傳感器22B來繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
步驟S8″中，執(zhí)行檢查以判斷從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第二轉(zhuǎn)向角傳感器22B輸出的信號值是否正常。如果步驟S8″的結(jié)論是肯定的，程序從步驟S8″進(jìn)行到步驟S14。反之，如果步驟S8″的結(jié)論是否定的，程序從步驟S8″進(jìn)行到步驟S9″。
在步驟S9″中，基于這樣的診斷結(jié)果從轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)第二轉(zhuǎn)向角傳感器22B輸出的數(shù)值是非正常的，利用轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)中第一轉(zhuǎn)向角傳感器22A來繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間的SBW工作模式，離合器裝置3保持分離狀態(tài)。而后，轉(zhuǎn)向控制器19的處理器進(jìn)行工作而將離合器裝置3接合，從而從SBW工作模式切換到EPS工作模式。
在圖46-50所示第十九改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中，如果在圖48所示轉(zhuǎn)向控制故障診斷程序中、或在圖49所示反作用控制故障診斷程序中發(fā)生了從SBW工作模式向EPS工作模式轉(zhuǎn)換的情況—也就是說在圖48和圖49中用符號“※”標(biāo)出的可能發(fā)生從SBW到EPS過渡的每一階段內(nèi)，都要執(zhí)行圖38所示的、從SBW模式向EPS模式過渡的控制程序(步驟S51-S56)。
除了圖32-38所示第十五改型的轉(zhuǎn)向裝置所獲得的效果(22)-(25)之外，圖46-50所示第十九改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置還具有如下的效果(32)-(33)。
(32)由轉(zhuǎn)向電機(jī)5、5構(gòu)成的上述雙轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)是由一對雙轉(zhuǎn)子、單定子帶電刷的直流電機(jī)構(gòu)成的。另外，由反作用電機(jī)2構(gòu)成的上述雙反作用致動(dòng)器系統(tǒng)是由帶電刷的直流電機(jī)構(gòu)成的。在采用直流電機(jī)的情況下，可通過直接從直流電源(汽車電瓶)輸送直流電來產(chǎn)生反作用力矩(反饋力矩)和轉(zhuǎn)向力矩，而無需使用將直流電從直流電源中轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?AC)的DC-AC變換器。
(33)由反作用電機(jī)2、2構(gòu)成的上述雙反作用致動(dòng)器系統(tǒng)是由一雙轉(zhuǎn)子、單定子帶電刷直流電機(jī)構(gòu)成的。與兩臺單轉(zhuǎn)子、單定子的電機(jī)相比(該電機(jī)的轉(zhuǎn)子由單個(gè)定子驅(qū)動(dòng))，雙轉(zhuǎn)子、單定子帶電刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、電機(jī)部件數(shù)目少、連接電機(jī)軸和柱軸7的部件數(shù)目少，從而能降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總制造成本，并形成便宜、輕質(zhì)、尺寸小、且電機(jī)扭矩?fù)p失小的雙致動(dòng)器系統(tǒng)。
在圖32-50各改型的SBW轉(zhuǎn)向裝置中，機(jī)械備用系統(tǒng)的離合器裝置3被設(shè)置在反作用控制系統(tǒng)或轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)一側(cè)。作為備選方案，機(jī)械備用系統(tǒng)的兩離合器裝置3、3也可被分別設(shè)置在反作用控制系統(tǒng)一側(cè)和轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)一側(cè)，從而能完全避免纜索型備用機(jī)構(gòu)4的纜索和卷輥在離合器裝置3、3被分離開的備用工作模式中、受轉(zhuǎn)向輸入部分(方向盤1)以及連接著轉(zhuǎn)向輪16、16的轉(zhuǎn)向輸出部分的拖動(dòng)而同步運(yùn)動(dòng)。
第2003-344520(在2003年10月2日提交)號、第2003-344839(在2003年10月2日提交)、第2003-395960(在2003年11月26日提交)、以及第2003-344519(在2003年10月2日提交)號日本專利申請所公開的全部內(nèi)容都被結(jié)合到本申請中作為參考資料。
盡管上文對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但可以理解本發(fā)明并不僅限于執(zhí)行特定的實(shí)施方式和描述，在不偏離本發(fā)明保護(hù)范圍或設(shè)計(jì)思想的前提下，可作出多種形式的改動(dòng)和變型，其中，本發(fā)明的范圍或設(shè)計(jì)思想由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種車輛轉(zhuǎn)向裝置，其包括一轉(zhuǎn)向輸入部分，其至少具有一個(gè)方向盤，轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作被施加到該方向盤上；一轉(zhuǎn)向輸出部分，其具有至少一根轉(zhuǎn)向齒條軸，并與左右轉(zhuǎn)向輪保持工作連接，以利用轉(zhuǎn)向齒條軸的運(yùn)動(dòng)對轉(zhuǎn)向輪執(zhí)行轉(zhuǎn)向，其中，轉(zhuǎn)向齒條軸的運(yùn)動(dòng)是由一基于轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作確定出的轉(zhuǎn)向力產(chǎn)生的，且該轉(zhuǎn)向力被直接或間接地傳遞給轉(zhuǎn)向齒條軸轉(zhuǎn)向齒條軸被分割成左右可動(dòng)的齒條軸部分；以及一轉(zhuǎn)向角變換器，該變換器使得左右可動(dòng)齒條軸部分的左右齒條行程之間具有一差動(dòng)齒條行程量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)向角變換器包括(i)一變節(jié)距的左齒條-齒輪機(jī)構(gòu)，其包括一具有一左變節(jié)距齒條齒牙部分的左變距齒條，該齒條齒牙部分被制在左可動(dòng)齒條軸部分上；以及一左齒輪軸，其具有一左齒輪齒牙部分，該齒牙部分與左變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；以及(ii)一變節(jié)距的右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)，其包括一具有一右變節(jié)距齒條齒牙部分的右變距齒條，該齒條齒牙部分被制在右可動(dòng)齒條軸部分上；以及一右齒輪軸，其具有一右齒輪齒牙部分，該齒牙部分與右變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合，其中，左右變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)相互配合而使左右可動(dòng)齒條軸部分能對于相同的齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同的齒條行程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一線控轉(zhuǎn)向(SBW)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤與轉(zhuǎn)向輸出部分的轉(zhuǎn)向齒條軸在機(jī)械上分開，且響應(yīng)于一基于轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作確定出的指令信號使轉(zhuǎn)向齒條軸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)；一機(jī)械備用系統(tǒng)，其能將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來，該機(jī)械備用系統(tǒng)包括(i)一纜索型備用機(jī)構(gòu)，其具有三個(gè)圓筒形的卷輥；以及(ii)一離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分一側(cè)；以及SBW系統(tǒng)包括兩個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，它們響應(yīng)于所述指令信號對相應(yīng)的可動(dòng)齒條軸部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一線控轉(zhuǎn)向(SBW)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤與轉(zhuǎn)向輸出部分的轉(zhuǎn)向齒條軸在機(jī)械上分開，且響應(yīng)于一基于轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作確定出的指令信號使轉(zhuǎn)向齒條軸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)；一機(jī)械備用系統(tǒng)，其能將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來，該機(jī)械備用系統(tǒng)包括(i)一纜索型備用機(jī)構(gòu)，其具有二個(gè)圓筒形的卷輥；(ii)一第一離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分一側(cè)；和(iii)一第二離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸出部分一側(cè)；以及SBW系統(tǒng)包括單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，其響應(yīng)于所述指令信號對左右可動(dòng)齒條軸部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一套直接連接的轉(zhuǎn)向桿系，其包括(i)一柱軸，其與方向盤(1)固定連接，并與左右齒輪軸中的第一者制為一體；(ii)一可動(dòng)的連接軸，其將第一、第二齒輪軸在機(jī)械上相互連接到一起；(iii)一第一定節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)，具有一第一定節(jié)距齒條，所述齒條具有第一定節(jié)距的齒條齒牙部分，齒條齒牙部分被制在可動(dòng)的連接軸上，第一齒輪軸上具有第一齒輪齒牙部分，其與第一定節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；以及(iv)一第二定節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)，具有一第二定節(jié)距齒條，所述齒條具有第二定節(jié)距的齒條齒牙部分，齒條齒牙部分被制在可動(dòng)的連接軸上，且第二齒輪軸上具有第二齒輪齒牙部分，其與第二定節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合，其中，柱軸、可動(dòng)連接軸、以及第一和第二定節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)相互配合而將轉(zhuǎn)向力從方向盤經(jīng)直接連接的轉(zhuǎn)向桿系直接傳遞給左右可動(dòng)齒條軸部分的每一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向角變換器包括(i)一屬于纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)的左截頂錐形卷輥，其與左齒條-齒輪機(jī)構(gòu)相連，并與一左齒輪軸同軸地固定連接，以使得一纏繞在該左錐形卷輥上的纜索的有效直徑根據(jù)左可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程而變化；以及(ii)一屬于纜索型轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)的右截頂錐形卷輥，其與右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)相連，并與一右齒輪軸同軸地固定連接，以使得一纏繞在該右錐形卷輥上的纜索的有效直徑根據(jù)右可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程而變化，且纏繞在左錐形卷輥上的纜索的有效直徑與纏繞在右錐形卷輥上的纜索的有效直徑之和為常數(shù)；其中，左右錐形卷輥相互配合而使左右齒輪軸產(chǎn)生差動(dòng)，由此使左右可動(dòng)齒條軸部分具有不同的齒條行程。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一線控轉(zhuǎn)向(SBW)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤與轉(zhuǎn)向輸出部分的轉(zhuǎn)向齒條軸在機(jī)械上分開，且響應(yīng)于一基于轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作確定出的指令信號使轉(zhuǎn)向齒條軸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)；一機(jī)械備用系統(tǒng)，其能將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來，該機(jī)械備用系統(tǒng)包括(i)一纜索型備用機(jī)構(gòu)，其具有一圓筒形的卷輥和左右錐形卷輥；以及(ii)一離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分一側(cè)；以及SBW系統(tǒng)包括兩個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，它們響應(yīng)于所述指令信號對相應(yīng)可動(dòng)齒條軸部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，其中，左齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一左定節(jié)距齒條，具有一左定節(jié)距齒條齒牙部分，所述齒條齒牙部分被制在左可動(dòng)齒條軸部分上，帶有左齒輪齒牙部分的左齒輪軸與左定節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合，右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一右定節(jié)距齒條，所述齒條具有一右定節(jié)距齒條齒牙部分，其被制在右可動(dòng)齒條軸部分上，帶有右齒輪齒牙部分的右齒輪軸與右定節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；以及其中，左右定節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)相互配合而實(shí)現(xiàn)了這樣的齒條行程特征曲線對于相同的齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，左右可動(dòng)齒條軸部分之間不產(chǎn)生齒條行程差，左右錐形卷輥相互配合而使左右齒輪軸產(chǎn)生差動(dòng)，由此使得左右可動(dòng)齒條軸部分之間出現(xiàn)不同的齒條行程。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一線控轉(zhuǎn)向(SBW)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤與轉(zhuǎn)向輸出部分的轉(zhuǎn)向齒條軸在機(jī)械上分開，且響應(yīng)于一基于轉(zhuǎn)向輸入量確定出的指令信號使轉(zhuǎn)向齒條軸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)；一機(jī)械備用系統(tǒng)，其能將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來，該機(jī)械備用系統(tǒng)包括(i)一纜索型備用機(jī)構(gòu)，其具有一圓筒形的卷輥和左右兩錐形卷輥；以及(ii)一離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分一側(cè)上；以及SBW系統(tǒng)包括兩個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，它們響應(yīng)于所述指令信號對相應(yīng)的可動(dòng)齒條軸部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，其中，左齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一左變節(jié)距齒條齒牙部分的左變距齒條，該齒條齒牙部分被制在左可動(dòng)齒條軸部分上，且其齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地減?。灰约白簖X輪軸，其具有一左齒輪齒牙部分，該齒牙部分與左變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；以及右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一右變節(jié)距齒條齒牙部分的右變距齒條，該齒條齒牙部分被制在右可動(dòng)齒條軸部分上，且其齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地減小；以及右齒輪軸，其具有一右齒輪齒牙部分，該齒牙部分與右變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；其中，左右變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)相互配合而實(shí)現(xiàn)了一種齒條行程差異化特征曲線，使得左右可動(dòng)齒條軸部分中向外伸出移動(dòng)的第一者的齒條行程在轉(zhuǎn)向操作過程中變得大于向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的齒條行程。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)，在該系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤與轉(zhuǎn)向輸出部分的轉(zhuǎn)向齒條軸在機(jī)械上分開，且響應(yīng)于一基于轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作確定出的指令信號使轉(zhuǎn)向齒條軸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)；一機(jī)械備用系統(tǒng)，其能將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來，該機(jī)械備用系統(tǒng)包括(i)一纜索型備用機(jī)構(gòu)，其具有一圓筒形的卷輥和左右錐形卷輥；以及(ii)一離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分一側(cè)；以及SBW系統(tǒng)包括兩個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，它們響應(yīng)于所述指令信號對相應(yīng)的可動(dòng)齒條軸部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，其中，左齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一左變節(jié)距齒條齒牙部分的左變距齒條，該齒條齒牙部分被制在左可動(dòng)齒條軸部分上，且其齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地增大；以及左齒輪軸，其具有一左齒輪齒牙部分，該齒牙部分與左變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；以及右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一右變節(jié)距齒條齒牙部分的右變距齒條，該齒條齒牙部分被制在右可動(dòng)齒條軸部分上，且其齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地增大；以及右齒輪軸，其具有一右齒輪齒牙部分，該齒牙部分與右變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；其中，左右變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)相互配合而實(shí)現(xiàn)了逆反的齒條行程差異化特征曲線，使得左右可動(dòng)齒條軸部分中向外伸出移動(dòng)的第一者的齒條行程在轉(zhuǎn)向操作過程中變得小于向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的齒條行程。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一線控轉(zhuǎn)向(SBW)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤與轉(zhuǎn)向輸出部分的轉(zhuǎn)向齒條軸在機(jī)械上分開，且響應(yīng)于一基于轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作確定出的指令信號使轉(zhuǎn)向齒條軸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)；一機(jī)械備用系統(tǒng)，其能將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來，該機(jī)械備用系統(tǒng)包括(i)一纜索型備用機(jī)構(gòu)，其具有一圓筒形的卷輥和左右錐形卷輥；以及(ii)一離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分一側(cè)；以及SBW系統(tǒng)包括單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，它響應(yīng)于所述指令信號對左右可動(dòng)齒條軸部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，其中，左齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一左定節(jié)距齒條齒牙部分的左定節(jié)距齒條，該齒條齒牙部分被制在左可動(dòng)齒條軸部分上；以及左齒輪軸，其具有一左齒輪齒牙部分，該齒牙部分與左定節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；以及右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一右定節(jié)距齒條齒牙部分的右定節(jié)距齒條，該齒條齒牙部分被制在右可動(dòng)齒條軸部分上；以及右齒輪軸，其具有一右齒輪齒牙部分，該齒牙部分與右定節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；其中，左右定節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)相互配合而實(shí)現(xiàn)了一種齒條行程特征曲線對于相同的齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，左右可動(dòng)齒條軸部分之間不產(chǎn)生行程差，左右錐形卷輥相互配合而使左右齒輪軸產(chǎn)生差動(dòng)，由此使得左右可動(dòng)齒條軸部分之間出現(xiàn)行程差。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一線控轉(zhuǎn)向(SBW)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤與轉(zhuǎn)向輸出部分的轉(zhuǎn)向齒條軸在機(jī)械上分開，且響應(yīng)于一基于轉(zhuǎn)向輸入量確定出的指令信號使轉(zhuǎn)向齒條軸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)；一機(jī)械備用系統(tǒng)，其能將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來，該機(jī)械備用系統(tǒng)包括(i)一纜索型備用機(jī)構(gòu)，其具有一圓筒形的卷輥和左右錐形卷輥；以及(ii)一離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分一側(cè)；以及SBW系統(tǒng)包括單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，其響應(yīng)于所述指令信號對左右可動(dòng)齒條軸部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，其中，左齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一左變節(jié)距齒條齒牙部分的左變距齒條，該齒條齒牙部分被制在左可動(dòng)齒條軸部分上，且其齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地減?。灰约白簖X輪軸，其具有一左齒輪齒牙部分，該齒牙部分與左變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；以及右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一右變節(jié)距齒條齒牙部分的右變距齒條，該齒條齒牙部分被制在右可動(dòng)齒條軸部分上，且其齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地減?。灰约坝引X輪軸，其具有一右齒輪齒牙部分，該齒牙部分與右變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；其中，左右變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)與左右錐形卷輥相互配合而實(shí)現(xiàn)了一種倍增的齒條行程差異化特征曲線，使得左右可動(dòng)齒條軸部分中向外伸出移動(dòng)的第一者的齒條行程在轉(zhuǎn)向操作過程中變得大于向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的齒條行程。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一線控轉(zhuǎn)向(SBW)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)向輸入部分的方向盤與轉(zhuǎn)向輸出部分的轉(zhuǎn)向齒條軸在機(jī)械上分開，且響應(yīng)于一基于轉(zhuǎn)向輸入量確定出的指令信號使轉(zhuǎn)向齒條軸產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)；一機(jī)械備用系統(tǒng)，其能將轉(zhuǎn)向輸入部分與轉(zhuǎn)向輸出部分在機(jī)械上連接起來，該機(jī)械備用系統(tǒng)包括(i)一纜索型備用機(jī)構(gòu)，其具有一圓筒形的卷輥和左右錐形卷輥；以及(ii)一離合器裝置，其被設(shè)置在轉(zhuǎn)向輸入部分一側(cè)；以及SBW系統(tǒng)包括單個(gè)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，其響應(yīng)于所述指令信號對左右可動(dòng)齒條軸部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，其中，左齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一左變節(jié)距齒條齒牙部分的左變距齒條，該齒條齒牙部分被制在左可動(dòng)齒條軸部分上，且其齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地增大；以及左齒輪軸，其具有一左齒輪齒牙部分，該齒牙部分與左變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；以及右齒條-齒輪機(jī)構(gòu)包括一具有一右變節(jié)距齒條齒牙部分的右變距齒條，該齒條齒牙部分被制在右可動(dòng)齒條軸部分上，且其齒輪節(jié)距從最內(nèi)端向最外端逐漸地增大；以及右齒輪軸，其具有一右齒輪齒牙部分，該齒牙部分與右變節(jié)距齒條齒牙部分相嚙合；其中，左右變節(jié)距齒條-齒輪機(jī)構(gòu)與左右錐形卷輥相互配合而實(shí)現(xiàn)了一種倍增的逆反齒條行程差異化特征曲線，使得左右可動(dòng)齒條軸部分中向外伸出移動(dòng)的第一者的齒條行程在轉(zhuǎn)向操作過程中變得小于向內(nèi)縮回移動(dòng)的第二齒條軸部分的齒條行程。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其還包括一方向盤角度傳感器，其對方向盤的角度進(jìn)行檢測；一轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)，其能根據(jù)檢測到的方向盤角度選擇性地接合或分開離合器裝置；當(dāng)方向盤角度處于一預(yù)定的方向盤角度范圍內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)使離合器裝置接合，以使左右可動(dòng)齒條軸部分沒有左右可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程差地同步運(yùn)動(dòng)；以及當(dāng)方向盤角度位于預(yù)定的方向盤角度范圍之外時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)將離合器裝置分離開，以便于獨(dú)立地控制兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，使左右可動(dòng)齒條軸部分之間產(chǎn)生行程差，由此實(shí)現(xiàn)所需的阿克曼轉(zhuǎn)向比。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一車速傳感器，其對車輛的速度進(jìn)行檢測；一轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)，其能根據(jù)檢測到的車速選擇性地接合或分開離合器裝置；當(dāng)車速在一預(yù)定的速度范圍之外時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)使離合器裝置接合，以使左右可動(dòng)齒條軸部分沒有左右可動(dòng)齒條軸部分的齒條行程差地同步運(yùn)動(dòng)；以及當(dāng)車速位于預(yù)定的速度范圍內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)將離合器裝置分離開，以便于彼此獨(dú)立地控制兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，使左右可動(dòng)齒條軸部分之間產(chǎn)生行程差，由此實(shí)現(xiàn)所需的阿克曼轉(zhuǎn)向比。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向輸入部分的離合器裝置包括一摩擦離合器，其被設(shè)置在方向盤與纜索型備用機(jī)構(gòu)之間；以及摩擦離合器預(yù)定的力矩傳遞能力被設(shè)定為小于纜索型備用機(jī)構(gòu)的內(nèi)纜線軸向屈服點(diǎn)與外套管軸向屈服點(diǎn)的小者。
16.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向輸入部分的第一離合器裝置包括一第一摩擦離合器，其被設(shè)置在方向盤與纜索型備用機(jī)構(gòu)之間，轉(zhuǎn)向輸出部分的第二離合器裝置包括一第二摩擦離合器，其被設(shè)置在纜索型備用機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向齒條軸之間；以及一第一力矩傳遞限度被設(shè)定為小于一第二力矩傳遞限度，在第一、第二摩擦離合器均接合著的狀態(tài)下，當(dāng)傳遞的力矩超過第一限度時(shí)，第一摩擦離合器開始打滑，當(dāng)超過第二限度時(shí)，第二摩擦離合器開始打滑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于第一摩擦離合器預(yù)定的力矩傳遞能力被設(shè)定為小于纜索型備用機(jī)構(gòu)的內(nèi)纜線軸向屈服點(diǎn)與外套管軸向屈服點(diǎn)的小者。
18.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于一致動(dòng)器系統(tǒng)、一傳感器系統(tǒng)、以及一轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)都包括高于雙系統(tǒng)架構(gòu)的多系統(tǒng)架構(gòu)，這些系統(tǒng)都被用來響應(yīng)于指令信號對轉(zhuǎn)向輸出部分執(zhí)行控制。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于當(dāng)多系統(tǒng)架構(gòu)的SBW系統(tǒng)的第一控制系統(tǒng)失效時(shí)，除失效第一控制系統(tǒng)之外的其它正常工作的無故障控制系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間SBW操作模式，直到滿足一預(yù)定條件為止轉(zhuǎn)向輸入部分所處的位置基本上對應(yīng)于轉(zhuǎn)向輸入部分的中位，且轉(zhuǎn)向輸出部分所處的位置基本上對應(yīng)于其中位，然后，只有當(dāng)預(yù)定的條件得到滿足的情況下，控制系統(tǒng)通過接合機(jī)械備用系統(tǒng)中的離合器裝置而將SBW工作模式切換為備用工作模式。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于在備用工作模式下，未失效的控制系統(tǒng)執(zhí)行由電動(dòng)機(jī)助力的動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制(EPS)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一第一力矩傳感器系統(tǒng)，其對施加到方向盤上的轉(zhuǎn)向力矩進(jìn)行檢測；以及一方向盤角度傳感器，其對方向盤的角度進(jìn)行檢測，且被設(shè)置在方向盤與第一力矩傳感器系統(tǒng)之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向控制器系統(tǒng)包括一第一轉(zhuǎn)向控制器和一第二轉(zhuǎn)向控制器；致動(dòng)器系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)包括與左齒輪軸工作連接的兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器、和與右齒輪軸工作連接的兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器；第一、第二轉(zhuǎn)向控制器包括一按對角線分割型結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局的指令信號電路，使得第一轉(zhuǎn)向控制器被用來控制與左齒輪軸工作連接的兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器中的第一者，以驅(qū)動(dòng)左齒條，還被用來控制與右齒輪軸工作連接的兩轉(zhuǎn)向致動(dòng)器中的第一者，以驅(qū)動(dòng)右齒條；并使得第二轉(zhuǎn)向控制器被用來控制與左齒輪軸工作連接的第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，以驅(qū)動(dòng)左齒條，還被用來控制與右齒輪軸工作連接的第二轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，以驅(qū)動(dòng)右齒條。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于還包括一第二力矩傳感器系統(tǒng)，其對由轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向動(dòng)作而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力矩進(jìn)行檢測；以及一轉(zhuǎn)向角傳感器，其檢測轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角，且被設(shè)置在機(jī)械備用系統(tǒng)與第二力矩傳感器系統(tǒng)之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向輸入部分包括一反作用控制系統(tǒng)，其具有一反作用致動(dòng)器系統(tǒng)，該反作用致動(dòng)器系統(tǒng)可復(fù)現(xiàn)一個(gè)虛擬的轉(zhuǎn)向反作用力矩，該反作用力矩作用在方向盤上；轉(zhuǎn)向輸出部分包括一轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)，其具有一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)，利用該致動(dòng)器系統(tǒng)來對轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向；反作用致動(dòng)器系統(tǒng)包括反作用電機(jī)，每一反作用電機(jī)都包括一無刷電機(jī)；以及轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)，每個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)都包括一無刷電機(jī)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)包括一單轉(zhuǎn)子、雙定子的無刷電機(jī)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于反作用電動(dòng)機(jī)包括一單轉(zhuǎn)子、雙定子的無刷電機(jī)。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)和反作用電動(dòng)機(jī)都包括一單轉(zhuǎn)子、雙定子的無刷電機(jī)；以及離合器裝置被設(shè)置在反作用控制系統(tǒng)與纜索型備用機(jī)構(gòu)之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)和反作用電動(dòng)機(jī)都包括一單轉(zhuǎn)子、雙定子的無刷電機(jī)；以及離合器裝置被設(shè)置在纜索型備用機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于轉(zhuǎn)向輸入部分包括一反作用控制系統(tǒng)，其具有一反作用致動(dòng)器系統(tǒng)，該致動(dòng)器系統(tǒng)可復(fù)現(xiàn)一個(gè)虛擬的轉(zhuǎn)向反作用力矩，該反作用力矩作用在方向盤上；轉(zhuǎn)向輸出部分包括一轉(zhuǎn)向輸出系統(tǒng)，其具有一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)，利用該致動(dòng)器系統(tǒng)來對轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向；反作用致動(dòng)器系統(tǒng)包括反作用電機(jī)，每一反作用電機(jī)都包括一安裝有電刷的直流電機(jī)；以及轉(zhuǎn)向致動(dòng)器系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向電機(jī)，每個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)都包括一安裝有電刷的直流電機(jī)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于反作用電機(jī)包括一雙轉(zhuǎn)子單定子的、裝備有電刷的直流電機(jī)。
31.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于離合器裝置包括一電磁離合器，其能利用由磁通產(chǎn)生的吸引力將離合器的輸入軸與輸出軸相互連接起來，其中的磁通是通過向一電磁線圈施加勵(lì)磁電流而形成的。
32.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于離合器裝置包括一電磁機(jī)械離合器，其是一電磁鐵與一雙向滾柱離合器的組合離合器單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車輛轉(zhuǎn)向裝置，其包括一轉(zhuǎn)向輸入部分，其至少具有一個(gè)方向盤，轉(zhuǎn)向輸入動(dòng)作被施加到該方向盤上；一轉(zhuǎn)向輸出部分，其具有至少一根轉(zhuǎn)向齒條軸，并與左右兩轉(zhuǎn)向輪保持工作連接，以利用轉(zhuǎn)向齒條軸的運(yùn)動(dòng)對轉(zhuǎn)向輪執(zhí)行轉(zhuǎn)向，其中，轉(zhuǎn)向齒條軸的運(yùn)動(dòng)是由一基于轉(zhuǎn)向輸入量確定出的轉(zhuǎn)向力產(chǎn)生的，且該轉(zhuǎn)向力被直接或間接地傳遞給轉(zhuǎn)向齒條軸。轉(zhuǎn)向齒條軸被分割成左右兩段可動(dòng)的齒條軸部分。還設(shè)置了一個(gè)轉(zhuǎn)向角變換器，該變換器使得左右兩可動(dòng)齒條軸部分的左右齒條行程之間具有一差動(dòng)行程量。轉(zhuǎn)向角變換器是由變節(jié)距雙齒條機(jī)構(gòu)和纜索型備用機(jī)構(gòu)中雙錐形卷輥結(jié)構(gòu)的至少之一構(gòu)成的。
文檔編號B62D7/12GK1603192SQ20041008326
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者原一男, 久保川范規(guī), 小園井徹也, 江口孝彰, 下光喜代崇, 小野仁 申請人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社