本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具體涉及一種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)及手感模擬裝置。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩通過管柱—中間軸傳遞，作用至轉(zhuǎn)向機(jī)的齒條，在齒條到達(dá)行程末端即實(shí)現(xiàn)了限位鎖止。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，由于取消了管柱與轉(zhuǎn)向機(jī)之間的機(jī)械連接，會(huì)導(dǎo)致方向盤可無圈數(shù)限制地旋轉(zhuǎn)，影響駕駛安全，因此需要在方向盤的旋轉(zhuǎn)角度增加角度鎖止機(jī)構(gòu)，此外，由于缺失中間軸作為機(jī)械連接，轉(zhuǎn)向阻力負(fù)載無法傳遞至方向盤，因此需要額外的手感模擬裝置產(chǎn)生扭矩，提供給駕駛員機(jī)械反饋。

2、線控用旋轉(zhuǎn)角度鎖止機(jī)構(gòu)的概念是已知的，行業(yè)中有如下解決方案：

3、方案一為齒輪傳動(dòng)式，采用多級(jí)齒輪或行星齒輪機(jī)構(gòu)，通過減速將多圈旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)化為較小的角度，末端設(shè)置觸碰面實(shí)現(xiàn)限位。該方案的弊端在于齒輪部位需要承受較高的扭矩負(fù)載，長期運(yùn)轉(zhuǎn)后齒面磨損會(huì)影響轉(zhuǎn)動(dòng)手感，且外包絡(luò)尺寸較大；

4、方案二為螺紋傳動(dòng)式，通過螺紋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，在直線方向進(jìn)行鎖止，或通過平面阿基米德螺線將多圈轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)為徑向位移，該方案的弊端在于末端位置容易自鎖，反轉(zhuǎn)時(shí)手感力矩較大；

5、方案三為套圈式，利用多層轉(zhuǎn)圈徑向或軸向串聯(lián)堆疊，實(shí)現(xiàn)增大轉(zhuǎn)動(dòng)鎖止角度范圍，該方案的弊端在于中間圈無可靠約束，受外部沖擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音；

6、方案四為間歇齒輪式，將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)減速，該方案的弊端在于從動(dòng)齒在自由位時(shí)需要約束，若與主動(dòng)齒增加自鎖特征，則在嚙合進(jìn)入或退出時(shí)對(duì)尺寸精度要求較高。

7、如上所述，行業(yè)內(nèi)主流的解決方案為兩種途徑：以是否含有傳動(dòng)比大于1的減速機(jī)構(gòu)作為區(qū)分。無減速機(jī)構(gòu)時(shí)，將多圈轉(zhuǎn)動(dòng)行程轉(zhuǎn)換到軸向或者徑向位移；有減速機(jī)構(gòu)，將多圈轉(zhuǎn)動(dòng)行程通過減速機(jī)構(gòu)，使鎖止位的角度行程減小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，包括殼體、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、滑動(dòng)塊和限位特征；所述從動(dòng)輪設(shè)置有小齒輪和凸輪，所述主動(dòng)輪設(shè)置有內(nèi)齒輪，內(nèi)齒輪與小齒輪形成齒輪副；

2、所述主動(dòng)輪由外部驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)繞第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述從動(dòng)輪由主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)繞第二轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述凸輪由小齒輪驅(qū)動(dòng)繞第二轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述凸輪與從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)具有相同的角速度；所述限位特征由主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)繞第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述限位特征與主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)具有相同的角速度；

3、所述滑動(dòng)塊具有鎖止端和弧形端，弧形端與凸輪接觸；當(dāng)弧形端接觸到凸輪的遠(yuǎn)休止位或近休止位時(shí)，所述限位特征與鎖止端貼合，形成鎖止位。

4、優(yōu)選地，在鎖止位處，所述限位特征的鎖止角度滿足θ′＝±(n*360°+θ1-t3/2)，其中θ′為鎖止角度，n為主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，θ1為限位特征初始相位角，t3為限位特征占用角度。

5、優(yōu)選地，所述凸輪的輪廓為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；所述凸輪、滑動(dòng)塊、主動(dòng)輪及限位特征相對(duì)于第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸的連線結(jié)構(gòu)對(duì)稱。

6、優(yōu)選地，所述殼體上端設(shè)有沉孔，底部設(shè)有定位柱及滑槽；所述主動(dòng)輪安裝于沉孔上，主動(dòng)輪設(shè)有導(dǎo)入孔，導(dǎo)入孔與主動(dòng)輪的外圓及沉孔的內(nèi)圓三者同軸線，該軸線為第一轉(zhuǎn)軸；外部驅(qū)動(dòng)軸與導(dǎo)入孔連接后帶動(dòng)主動(dòng)輪在沉孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)輪底部設(shè)有內(nèi)齒輪，所述內(nèi)齒輪下方設(shè)置限位特征；所述從動(dòng)輪中間設(shè)有孔，穿過定位柱后安裝在殼體的底面；所述從動(dòng)輪上方設(shè)有小齒輪，下方設(shè)有凸輪，小齒輪與凸輪同軸線，該軸線為第二轉(zhuǎn)軸；在定位柱上方固定設(shè)置卡簧對(duì)從動(dòng)輪進(jìn)行軸向限位，滑動(dòng)塊安裝在殼體底部，位于從動(dòng)輪側(cè)方，滑動(dòng)塊同時(shí)位于滑槽內(nèi)，可在滑槽內(nèi)作徑向運(yùn)動(dòng)。

7、優(yōu)選地，所述角度鎖止機(jī)構(gòu)還包括彈簧；所述彈簧安裝在殼體底部的沉槽內(nèi)，滑動(dòng)塊底部設(shè)有掛臺(tái)，滑動(dòng)塊作徑向向外運(yùn)動(dòng)時(shí)掛臺(tái)壓縮彈簧。

8、優(yōu)選地，所述滑動(dòng)塊的鎖止端和弧形端相接；當(dāng)凸輪的遠(yuǎn)休角中間位與滑動(dòng)塊的弧形端接觸時(shí)，滑動(dòng)塊處于徑向運(yùn)動(dòng)距離最遠(yuǎn)處，限位特征位于凸輪近休止角中心線上。

9、優(yōu)選地，所述滑動(dòng)塊的弧形端為圓柱體結(jié)構(gòu)，凸輪的輪廓為環(huán)槽式軌道，凸輪與弧形端組成凸輪副，在推程時(shí)凸輪內(nèi)輪廓施力，在回程時(shí)凸輪的外輪廓施力。

10、優(yōu)選地，所述滑槽位于殼體外側(cè)；所述滑動(dòng)塊的鎖止端和弧形端不相接；當(dāng)凸輪近休止角中間位與滑動(dòng)塊的弧形端接觸時(shí)，滑動(dòng)塊處于徑向運(yùn)動(dòng)距離最近處，限位特征位于凸輪遠(yuǎn)休止角中心線上。

11、優(yōu)選地，所述角度鎖止機(jī)構(gòu)包括軸承和齒輪軸；所述殼體下方安裝有軸承，齒輪軸穿過軸承繞第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；主動(dòng)輪安裝固定在齒輪軸上方，內(nèi)齒輪固定在主動(dòng)輪上；主動(dòng)輪上方設(shè)有卡簧，安裝在齒輪軸上；主動(dòng)輪與內(nèi)齒輪及齒輪軸具有相同軸線，且具有相同轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，該軸線為第一轉(zhuǎn)軸；所述殼體一側(cè)的底部設(shè)置有沉槽和滑槽，滑動(dòng)塊設(shè)置有掛臺(tái)和滑板，掛臺(tái)位于沉槽內(nèi)部，滑板位于滑槽底面滑動(dòng)，作徑向運(yùn)動(dòng)；主動(dòng)輪下方與滑板上方貼合；主動(dòng)輪上設(shè)有兩處限位特征；所述殼體上方還設(shè)有沉孔，從動(dòng)輪安裝在沉孔上，從動(dòng)輪上設(shè)有小齒輪和凸輪，凸輪為凸輪輪廓環(huán)槽狀，小齒輪與凸輪及從動(dòng)輪外圈同軸線，共同繞沉孔的軸線即轉(zhuǎn)動(dòng)，且具有相同的角速度，該軸線為第二轉(zhuǎn)軸。

12、優(yōu)選地，滑動(dòng)塊的弧形端為圓柱體形狀。

13、優(yōu)選地，在從動(dòng)輪上方還設(shè)有端蓋，端蓋固定在殼體內(nèi)，對(duì)從動(dòng)輪進(jìn)行軸向限位。

14、優(yōu)選地，當(dāng)凸輪的近休止點(diǎn)中間位與滑動(dòng)塊的弧形端接觸時(shí)，滑動(dòng)塊處于徑向運(yùn)動(dòng)距離最近處。

15、優(yōu)選地，所述角度鎖止機(jī)構(gòu)中主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、凸輪、滑動(dòng)塊和限位特征的參數(shù)的設(shè)計(jì)方法為：

16、步驟s1，根據(jù)包絡(luò)尺寸與最大承載轉(zhuǎn)矩約束確定主動(dòng)輪最大外徑及內(nèi)齒輪分度圓直徑；

17、步驟s2，設(shè)定齒輪副的齒數(shù)比；

18、步驟s3，設(shè)定凸輪的最大推程及運(yùn)動(dòng)角；

19、步驟s4，校核凸輪副的最大接觸壓力角是否自鎖，若不自鎖進(jìn)入步驟s5，若自鎖返回步驟s3，重新設(shè)定凸輪的最大推程及運(yùn)動(dòng)角；

20、步驟s5，進(jìn)行限位特征強(qiáng)度校核，若符合要求進(jìn)入步驟s6，若不符合要求返回步驟s3，重新設(shè)定凸輪的最大推程及運(yùn)動(dòng)角；

21、步驟s6，根據(jù)齒數(shù)比與滑動(dòng)塊的運(yùn)動(dòng)周期對(duì)角度鎖止機(jī)構(gòu)鎖止時(shí)的鎖止角度進(jìn)行校核，若鎖止角度滿足預(yù)設(shè)角度量程則結(jié)束，否則步驟s2，重新設(shè)定齒輪副的齒數(shù)比。

22、本發(fā)明還提供一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的手感模擬裝置，包括動(dòng)力單元、減速箱和角度鎖止機(jī)構(gòu)；所述角度鎖止機(jī)構(gòu)安裝在減速箱底部，所述動(dòng)力單元在內(nèi)部控制器指定下產(chǎn)生需要的扭矩，作用到齒輪軸上，齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向管柱連接，齒輪軸下端與角度鎖止機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪連接；所述角度鎖止機(jī)構(gòu)如前述。

23、本發(fā)明的機(jī)構(gòu)整體零件少；可設(shè)計(jì)為集成式和分體式結(jié)構(gòu)，作為分體式與手感模塊外接后即實(shí)現(xiàn)功能，簡單快捷；空載時(shí)機(jī)構(gòu)整體的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩及內(nèi)摩擦負(fù)載小，運(yùn)轉(zhuǎn)過程平穩(wěn)，對(duì)手感影響??；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與鎖止機(jī)構(gòu)作為兩部分，互不影響；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不承載，齒輪及凸輪副可設(shè)計(jì)為分體式，如塑料件，進(jìn)而降低成本；限位特征轉(zhuǎn)動(dòng)半徑大，承載能力好，可承受較大扭矩負(fù)載。

技術(shù)特征：

1.一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括殼體、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、滑動(dòng)塊和限位特征；所述從動(dòng)輪設(shè)置有小齒輪和凸輪，所述主動(dòng)輪設(shè)置有內(nèi)齒輪，內(nèi)齒輪與小齒輪形成齒輪副；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，在鎖止位處，所述限位特征的鎖止角度滿足θ′＝±(n*360°+θ1-t3/2)，其中θ′為鎖止角度，n為主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，θ1為限位特征初始相位角，t3為限位特征占用角度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述凸輪的輪廓為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；所述凸輪、滑動(dòng)塊、主動(dòng)輪及限位特征相對(duì)于第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸的連線結(jié)構(gòu)對(duì)稱。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述殼體上端設(shè)有沉孔，底部設(shè)有定位柱及滑槽；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述角度鎖止機(jī)構(gòu)還包括彈簧；所述彈簧安裝在殼體底部的沉槽內(nèi)，滑動(dòng)塊底部設(shè)有掛臺(tái)，滑動(dòng)塊作徑向向外運(yùn)動(dòng)時(shí)掛臺(tái)壓縮彈簧。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述滑動(dòng)塊的鎖止端和弧形端相接；當(dāng)凸輪的遠(yuǎn)休角中間位與滑動(dòng)塊的弧形端接觸時(shí)，滑動(dòng)塊處于徑向運(yùn)動(dòng)距離最遠(yuǎn)處，限位特征位于凸輪近休止角中心線上。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述滑動(dòng)塊的弧形端為圓柱體結(jié)構(gòu)，凸輪的輪廓為環(huán)槽式軌道，凸輪與弧形端組成凸輪副，在推程時(shí)凸輪內(nèi)輪廓施力，在回程時(shí)凸輪的外輪廓施力。

8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述滑槽位于殼體外側(cè)；所述滑動(dòng)塊的鎖止端和弧形端不相接；當(dāng)凸輪近休止角中間位與滑動(dòng)塊的弧形端接觸時(shí)，滑動(dòng)塊處于徑向運(yùn)動(dòng)距離最近處，限位特征位于凸輪遠(yuǎn)休止角中心線上。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述角度鎖止機(jī)構(gòu)包括軸承和齒輪軸；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，滑動(dòng)塊的弧形端為圓柱體形狀。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，在從動(dòng)輪上方還設(shè)有端蓋，端蓋固定在殼體內(nèi)，對(duì)從動(dòng)輪進(jìn)行軸向限位。

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)凸輪的近休止點(diǎn)中間位與滑動(dòng)塊的弧形端接觸時(shí)，滑動(dòng)塊處于徑向運(yùn)動(dòng)距離最近處。

13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述角度鎖止機(jī)構(gòu)中主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、凸輪、滑動(dòng)塊和限位特征的參數(shù)的設(shè)計(jì)方法為：

14.一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的手感模擬裝置，其特征在于，包括動(dòng)力單元、減速箱和角度鎖止機(jī)構(gòu)；所述角度鎖止機(jī)構(gòu)安裝在減速箱底部，所述動(dòng)力單元在內(nèi)部控制器指定下產(chǎn)生需要的扭矩，作用到齒輪軸上，齒輪軸上端與轉(zhuǎn)向管柱連接，齒輪軸下端與角度鎖止機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪連接；所述角度鎖止機(jī)構(gòu)為權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的角度鎖止機(jī)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角度鎖止機(jī)構(gòu)，包括殼體、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、滑動(dòng)塊和限位特征；所述從動(dòng)輪設(shè)置有小齒輪和凸輪，所述主動(dòng)輪設(shè)置有內(nèi)齒輪，內(nèi)齒輪與小齒輪形成齒輪副；所述主動(dòng)輪由外部驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)繞第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述從動(dòng)輪由主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)繞第二轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述凸輪由小齒輪驅(qū)動(dòng)繞第二轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述凸輪與從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)具有相同的角速度；所述限位特征由主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)繞第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述限位特征與主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)具有相同的角速度；所述滑動(dòng)塊具有鎖止端和弧形端，弧形端與凸輪接觸；當(dāng)弧形端接觸到凸輪的遠(yuǎn)休止位或近休止位時(shí)，所述限位特征與鎖止端貼合，形成鎖止位。

技術(shù)研發(fā)人員：胡少雄,姜卓,陳海明,錢結(jié)苗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：博世華域轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26