CN111833716A - 一种机械冗余式线控转向教学机构的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机械冗余式线控转向教学机构的控制方法，通过控制多片式电磁离合器的开合控制转向柱的扭矩传递，通过控制蜗轮蜗杆减速器旋转方向和行星齿轮减速的输入输出模式实现电子助力转向、线控驾驶员转向、线控无人驾驶转向和故障冗余转向四种功能。本发明控制扭矩传感器、转向角传感器、助力转向电机和转向执行电机的工作状态，实现转向助力扭矩补偿、线控转向角跟随和路感扭矩反馈三种闭环控制，本发明采用的冗余式的控制方法可以为智能网联汽车转向系统的研发升级提供技术参考。

Description

一种机械冗余式线控转向教学机构的控制方法

技术领域

本发明涉及智能网联汽车线控转向教学领域，尤其涉及一种能够模拟量产车助力转向功能、智能驾驶和无人驾驶情况下线控转向功能以及车辆转向故障模式下机械驱动转向功能的冗余式线控转向系统教学机构的控制方法。

背景技术

伴随着新能源汽车的推广和智能网联汽车技术的发展，汽车转向系统的智能化程度要求越来越高。线控转向系统凭借质量小、结构简单、控制便利等优势成为车辆研究的热点，英菲尼迪Q50最先安装线控转向系统，但存在路感反馈丢失等问题。线控转向系统要求必须具备智能网联汽车线控转向功能，其次可模拟当前车辆电子助力转向功能，另外，还可模拟电机、传感器等电气元件失效情况下的安全冗余功能。

申请号为CN20181312177.3的中国专利公开了“一种汽车转向系统试验台”，该发明采用传统机械结构、电控转向机构和线控转向叠加的方式构建系统。但该发明单纯依靠离合器控制转向柱之间的通断，无法保证汽车电路系统故障下所有电器元件均断电时转向系统的工作。

申请号为CN201910107498.4的中国专利公开了“一种具有冗余机构的车用线控转向装置及控制方法”，该发明考虑了线控系统电控和机械传动的冗余技术。但该发明过于依靠电气系统控制离合器通断和助力转向电机的工作，无法保证汽车电路系统故障下所有电器元件均断电时转向系统的工作。

申请号为CN201711173069.4的中国专利公开了“线控转向的转向系统”，该发明立足于量产技术角度，通过离合器通断完成电子助力转向和线控转向。但该发明无法保证汽车电路系统故障下所有电器元件均断电时转向系统的工作。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种机械冗余式线控转向教学机构的控制方法，通过简单机构组合模拟电子助力转向功能、智能网联线控转向功能和故障模式下机械转向功能，能够满足电子助力转向系统的执行要求，又可以实现线控转向功能，同时还可以保证电路故障情况下机械驱动转向功能，作为中高职院校汽修专业线控转向课程教具。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种机械冗余式线控转向教学机构的控制方法，包括电子助力转向模式、线控驾驶员操控模式、线控无人驾驶模式和故障模式，四种工作模式分别包括以下步骤：

所述的电子助力转向模式包括以下控制步骤：

转向控制器与扭矩传感器、转向助力电机、转向执行电机以及多片式离合器分别通过控制线连接，所述的转向控制器与一台整车控制器相连，转向控制器接收整车控制器输出的电子助力转向模式的信号并向多片式离合器输出吸合信号使多片式离合器处于吸合状态，驾驶员操控通过花键连接在转向柱顶端的方向盘进行左右转向动作，通过与方向盘连接的转向柱将左右转向动作传递给固定在转向柱底部的太阳轮，所述的太阳轮通过啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮转动，行星齿轮带动行星轮支架同步同向转动，与行星轮支架通过平键连接的扭矩传感器测量行星轮支架的输出扭矩，并且继续将转动传递至与扭矩传感器通过平键连接的多片式离合器；所述的多片式离合器将转动传递给与多片式离合器通过平键同竖直轴线连接的离合器轴套；所述的离合器轴套的转动传递给与离合器轴套通过花键连接的转向驱动齿轮，所述的转向驱动齿轮通过啮合驱动转向从动齿轮在水平面内转动，所述的转向从动齿轮带动后端与转向从动齿轮固定相连的主驱动臂在水平面内左右转动，所述的主驱动臂带动一端通过前销轴固定在主驱动臂最前端的阿克曼摆臂在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘角度；在扭矩传感器测量行星轮支架输出扭矩的同时，转向控制器控制转向助力电机旋转，与转向助力电机的转动轴固接的蜗杆与蜗轮齿圈外壁上的外齿啮合使得蜗轮齿圈沿与所述的方向盘转动方向相反的方向在水平面内转动，进行第一次转向助力，具体过程为：

所述的蜗轮齿圈通过内齿啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮转动，行星齿轮带动行星轮支架同步同向转动，扭矩传感器继续将转动传递至多片式离合器；所述的多片式离合器将转动传递给离合器轴套；所述的离合器轴套的转动传递给转向驱动齿轮以补偿增大驾驶员输出的转向力矩；

在进行第一次转向助力的同时进行第二次转向助力，具体过程为：

轴线沿竖直方向设置的转向执行电机接收转向控制器的信号启动并带动固定在转向执行电机输出轴上的电机主动齿轮在水平面内转动，所述的电机主动齿轮与电机从动齿轮啮合配合带动电机从动齿轮在水平面内转动，电机从动齿轮带动后端与电机从动齿轮固定相连的一个副驱动臂在水平面内摆动，副驱动臂带动一根左右两端分别与副驱动臂和主驱动臂通过销轴转动连接且沿水平方向设置的阿克曼驱动梁跟随副驱动臂在水平面内平移，转向执行电机输出的力矩通过所述的阿克曼驱动梁再次作用在主驱动臂上，所述的转向执行电机与转向驱动齿轮同向转动从而对驾驶员输出的转向力矩冗余补偿，通过转向助力电机和转向执行电机的冗余式动作补偿转向力矩；

所述的线控驾驶员操控模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的线控驾驶员操控模式信号并向多片式离合器输出断开信号使多片式离合器处于断开状态；驾驶员操控方向盘进行左右转向动作，方向盘带动固定在转向柱上且轴线沿竖直方向设置的测量齿轮转动，测量齿轮带动与测量齿轮啮合配合的编码器齿轮在水平面内转动，所述的编码器齿轮固定在编码器上，通过编码器采集所述方向盘的转动方向、转动角度和转动速度；转向控制器接收到编码器输出的转向角度信息后，控制转向助力电机旋转，与转向助力电机的转动轴固接的蜗杆与蜗轮齿圈外壁上的外齿啮合使得蜗轮齿圈沿与所述的方向盘转动方向相同的方向在水平面内转动，所述的蜗轮齿圈通过内齿啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮转动，行星齿轮带动行星轮支架同步同向转动，扭矩传感器无测量数据输出；与所述的三个行星齿轮啮合的太阳轮受到行星齿轮驱动，与方向盘转动相反的方向转动；

在转向控制器根据编码器输出的转向角度控制转向助力电机旋转的同时，转向控制器控制转向执行电机与方向盘同向同步转动，转向执行电机带动电机主动齿轮在水平面内转动，所述的电机主动齿轮与电机从动齿轮啮合配合带动电机从动齿轮在水平面内转动，电机从动齿轮带动后端与电机从动齿轮固定相连的副驱动臂在水平面内摆动，所述的副驱动臂通过阿克曼驱动梁带动主驱动臂动作，所述的主驱动臂通过带动阿克曼摆臂在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘角度；

所述的线控无人驾驶模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的线控无人驾驶模式信号并向多片式离合器以及转向助力电机输出断开信号，并使多片式离合器处于断开状态；

所述的转向助力电机处于断电状态以完成蜗轮齿圈的自锁，所述的转向执行电机通过控制线接收转向控制器启动信号进行转向动作，所述的电机主动齿轮与电机从动齿轮啮合配合带动电机从动齿轮在水平面内转动，电机从动齿轮带动副驱动臂在水平面内摆动，所述的副驱动臂通过阿克曼驱动梁带动主驱动臂动作，所述的主驱动臂通过带动阿克曼摆臂在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘角度；

所述的故障模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的故障模式信号，转向控制器向多片式离合器、转向助力电机、转向执行电机、编码器和扭矩传感器输出断电信号，多片式离合器处于断电吸合状态，所述的转向助力电机处于断电状态，所述的驱动蜗杆对蜗轮齿圈进行自锁；

驾驶员操控方向盘进行左右转向动作，通过与方向盘连接的转向柱将左右转向动作传递给固定在转向柱底部的太阳轮，所述的太阳轮通过啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮转动，行星齿轮带动行星轮支架同步同向转动；所述的行星轮支架通过扭矩传感器将转动传递至多片式离合器；所述的多片式离合器将转动通过离合器轴套传递给转向驱动齿轮，所述的转向驱动齿轮通过啮合驱动转向从动齿轮，所述的转向从动齿轮带动与转向从动齿轮固定相连的主驱动臂沿水平方向左右摆动，所述的主驱动臂通过带动阿克曼摆臂在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘角度。

本发明具有的有益效果是：本发明采用行星齿轮和蜗轮蜗杆组合式的减速结构，可实现电子助力转向模式下驾驶员转向力矩的补偿和线控驾驶员操控模式下转向力矩的反馈模拟，同时，在故障模式下太阳齿轮驱动行星齿轮的形式降低了驾驶员的输入力矩，保证了故障模式下的驾驶安全；本发明采用多片式离合器的开合模拟线控模式下转向柱的断开和电子助力转向模式下转向柱的连接，转向驱动电机可分别作为转向执行和转向助力的动力源，降低了系统的复杂程度，提高了电气元件的复用性。

附图说明

图1为实现本发明一种机械冗余式线控转向教学机构的控制方法采用的机构的立体图；

图2-1为图1所示的线控转向教学机构复合式减速器去掉减速器保护盖的立体图；

图2-2为图2-1所示的复合式减速器侧视图；

图2-3为图1所示的复合式减速器俯视图；

图2-4为图2-3所示的复合式减速器A-A方向剖切视图；

图3为图2-3所示的复合式减速器的蜗轮齿圈A-A方向剖切视图；

图4为图1所示的线控转向教学机构的转向驱动机构俯视图；

图4-1为图4所示的线控转向教学机构的主驱动臂B-B方向剖切视图；

图4-2为图4所示的线控转向教学机构的副驱动臂C-C方向剖切视图。

附图中，各标号代表的零部件列表如下：

1、转向柱；2、太阳轮；3、行星齿轮；4、行星轮支架；5、蜗轮齿圈；6、减速器保护盖；7、减速器轴承；8、蜗杆；9、联轴器；10、转向助力电机；11、助力电机法兰；12、转向主动齿轮；13、转向从动齿轮；14、主驱动臂；15、阿克曼驱动梁；16、阿克曼摆臂；17、副驱动臂；18、电机主动齿轮；19、电机从动齿轮；20、转向执行电机；21、转向电机法兰；22、编码器；23、扭矩传感器；24、多片式离合器；25、轮毂刹车盘；26、下支撑臂；27、刹车盘底座；28、行星轮轴承；29、支撑框体；30、测量齿轮；31、编码器齿轮；32、编码器法兰；33、方向盘；34、离合器轴套；35、上支撑臂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。

本发明主要用于中高职院校线控转向系统的机构教学，通过机构和电机的配合模拟智能网联汽车的电子助力转向功能、线控转向功能和机械传动转向功能。

如附图所示本发明一种机械冗余式线控转向教学机构的控制方法，包括电子助力转向模式、线控驾驶员操控模式、线控无人驾驶模式和故障模式，四种工作模式分别包括以下步骤：

所述的电子助力转向模式包括以下控制步骤：

转向控制器与扭矩传感器23、转向助力电机10、转向执行电机20以及多片式离合器24分别通过控制线连接，所述的转向控制器与一台整车控制器相连，转向控制器接收整车控制器输出的电子助力转向模式的信号并向多片式离合器24输出吸合信号使多片式离合器24处于吸合状态。驾驶员操控通过花键连接在转向柱1顶端的方向盘33进行左右转向动作，通过与方向盘33连接的转向柱1将左右转向动作传递给固定在转向柱底部的太阳轮2，所述的太阳轮2通过啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮3转动，行星齿轮带动行星轮支架4同步同向转动，与行星轮支架4通过平键连接的扭矩传感器23测量行星轮支架4的输出扭矩，并且继续将转动传递至与扭矩传感器23通过平键连接的多片式离合器24；所述的多片式离合器24将转动传递给与多片式离合器24通过平键同竖直轴线连接的离合器轴套34；所述的离合器轴套34的转动传递给与离合器轴套34通过花键连接的转向驱动齿轮12，所述的转向驱动齿轮12通过啮合驱动转向从动齿轮13在水平面内转动，所述的转向从动齿轮13带动后端与转向从动齿轮13固定相连的主驱动臂14在水平面内左右转动，所述的主驱动臂14带动一端通过前销轴固定在主驱动臂14最前端的阿克曼摆臂16在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘25角度；在扭矩传感器23测量行星轮支架4输出扭矩的同时，转向控制器采集扭矩传感器的扭矩信号并传递给助力转向电机10以控制转向助力电机10旋转，与转向助力电机10的转动轴固接的蜗杆8与蜗轮齿圈5外壁上的外齿啮合使得蜗轮齿圈5沿与所述的方向盘33转动方向相反的方向在水平面内转动，进行第一次转向助力，蜗轮齿圈5-行星轮3-行星轮支架4-扭矩传感器23-多片离合器24-离合器轴套34-转向驱动齿轮12-转向从动齿轮13-主驱动臂14-阿克曼摆臂16，具体过程为：

所述的蜗轮齿圈5通过内齿啮合驱动三个均匀环绕太阳轮2安装的行星齿轮3转动，行星齿轮3带动行星轮支架4同步同向转动，扭矩传感器23继续将转动传递至多片式离合器24；所述的多片式离合器24将转动传递给离合器轴套34；所述的离合器轴套34的转动传递给转向驱动齿轮12以补偿增大驾驶员输出的转向力矩。

在进行第一次转向助力的同时进行第二次转向助力，转向执行电机20-电机主动齿轮18-电机从动齿轮19-副驱动臂17-阿克曼驱动梁15-主驱动臂14-阿克曼摆臂16，具体过程为：

轴线沿竖直方向设置的转向执行电机20接收转向控制器的信号启动并带动固定在转向执行电机输出轴上的电机主动齿轮18在水平面内转动，所述的电机主动齿轮18与电机从动齿轮19啮合配合带动电机从动齿轮19在水平面内转动，电机从动齿轮19带动后端与电机从动齿轮19固定相连的一个副驱动臂17在水平面内摆动，副驱动臂17带动一根左右两端分别与副驱动臂17和主驱动臂14通过销轴转动连接且沿水平方向设置的阿克曼驱动梁15跟随副驱动臂17在水平面内平移，转向执行电机输出的力矩通过所述的阿克曼驱动梁15再次作用在主驱动臂14上，所述的转向执行电机20与转向驱动齿轮12同向转动从而对驾驶员输出的转向力矩冗余补偿。通过转向助力电机10和转向执行电机20的冗余式动作补偿转向力矩，以降低驾驶员转向的费力感，提高驾驶舒适性。

所述的线控驾驶员操控模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的线控驾驶员操控模式信号并向多片式离合器24输出断开信号使多片式离合器24处于断开状态。驾驶员操控方向盘33进行左右转向动作，方向盘33带动固定在转向柱1上且轴线沿竖直方向设置的测量齿轮30转动，测量齿轮30带动与测量齿轮30啮合配合的编码器齿轮31在水平面内转动，所述的编码器齿轮31固定在编码器22上，通过编码器22采集所述方向盘33的转动方向、转动角度和转动速度。转向控制器接收到编码器22输出的转向角度信息后，控制转向助力电机10旋转，与转向助力电机10的转动轴固接的蜗杆8与蜗轮齿圈5外壁上的外齿啮合使得蜗轮齿圈5沿与所述的方向盘33转动方向相同的方向在水平面内转动，所述的蜗轮齿圈5通过内齿啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮3转动，行星齿轮3带动行星轮支架4同步同向转动，扭矩传感器23无测量数据输出。与所述的三个行星齿轮3啮合的太阳轮2受到行星齿轮3驱动，与方向盘33转动相反的方向转动，从而反馈给驾驶员合适的路感力矩。

在转向控制器根据编码器22输出的转向角度控制转向助力电机10旋转的同时，转向控制器控制转向执行电机20与方向盘33同向同步转动，转向执行电机20带动电机主动齿轮18在水平面内转动，所述的电机主动齿轮18与电机从动齿轮19啮合配合带动电机从动齿轮19在水平面内转动，电机从动齿轮19带动后端与电机从动齿轮19固定相连的副驱动臂17在水平面内摆动，所述的副驱动臂17通过阿克曼驱动梁15带动主驱动臂14动作，所述的主驱动臂14通过带动阿克曼摆臂16在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘25角度；线控驾驶员操控模式下，所述的转向助力电机10带动所述的蜗轮齿圈5与所述的方向盘33转动方向相同，以模拟驾驶路感并通过所述的转向柱1、方向盘33反馈给驾驶员。

所述的线控无人驾驶模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的线控无人驾驶模式信号并向多片式离合器24以及转向助力电机10输出断开信号，并使多片式离合器24处于断开状态。

所述的转向助力电机10处于断电状态以完成蜗轮齿圈5的自锁，所述的转向执行电机20通过控制线接收转向控制器启动信号进行转向动作，所述的电机主动齿轮18与电机从动齿轮19啮合配合带动电机从动齿轮19在水平面内转动，电机从动齿轮19带动副驱动臂17在水平面内摆动，所述的副驱动臂17通过阿克曼驱动梁15带动主驱动臂动作，所述的主驱动臂14通过带动阿克曼摆臂16在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘25角度；线控驾驶员操控模式下，驾驶员与所述的方向盘33无接触，仅有转向执行电机20动作，以完成轮毂刹车盘25的实际转向驱动。

所述的故障模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的故障模式信号，转向控制器向多片式离合器24、转向助力电机10、转向执行电机20、编码器22和扭矩传感器23输出断电信号，多片式离合器24处于断电吸合状态。所述的转向助力电机10处于断电状态，所述的驱动蜗杆8对蜗轮齿圈5进行自锁。

驾驶员操控方向盘33进行左右转向动作，通过与方向盘连接的转向柱1将左右转向动作传递给固定在转向柱底部的太阳轮2，所述的太阳轮2通过啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮3转动，行星齿轮带动行星轮支架4同步同向转动；所述的行星轮支架4通过扭矩传感器23将转动传递至多片式离合器24；所述的多片式离合器24将转动通过离合器轴套34传递给转向驱动齿轮12，所述的转向驱动齿轮12通过啮合驱动转向从动齿轮13，所述的转向从动齿轮13带动与转向从动齿轮13固定相连的主驱动臂14沿水平方向左右摆动，所述的主驱动臂14通过带动阿克曼摆臂16在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘25角度；故障模式下，所述的转向助力电机10和所述的转向执行电机20均处于断电状态，通过所述的太阳轮2驱动所述的行星齿轮3实现降转速、增力矩的目的，从而减小驾驶员的转向力矩以保证故障模式下的安全驾驶。

为实现本发明方法采用的一种机械冗余式线控转向教学机构，包括：

复合式减速器，所述的复合减速器包括沿竖直方向设置的转向柱1，所述的转向柱的底部固定在太阳轮2的中心孔内，环绕所述的太阳轮2均匀安装有三个行星齿轮3，所述的三个行星齿轮3与太阳轮2啮合配合且行星齿轮3互不接触。在每个行星齿轮3的底壁中间沿竖直方向设置有输出轴，每一根所述的输出轴分别与一个行星轮轴承28内圈过盈配合，三个所述的行星轮轴承28外圈分别安装在行星轮支架4上的轴承安装孔内并与轴承安装孔过盈配合。一个蜗轮齿圈5套在三个行星齿轮3外且通过蜗轮齿圈5内壁上的内齿与三个行星齿轮3的外齿啮合配合，所述的蜗轮齿圈5外壁上的外齿与一个轴线沿水平方向设置的蜗杆8啮合配合，所述的蜗杆8与蜗轮齿圈5的接触点与蜗轮齿圈5的中心点的连线与蜗杆8轴线在同平面内且彼此垂直布置。所述的蜗杆8一端通过滚珠轴承与支撑框体29连接，所述蜗杆8的另一端通过联轴器9与转向助力电机10的转动轴固接，所述的转向助力电机10通过助力电机法兰11固定在支撑框体29上。

位于所述的行星齿轮3上方的转向柱1穿过一个筒形减速器保护盖6的中间阶梯孔设置，在所述的中间阶梯孔的下孔内安装有一个减速器轴承7，所述的减速器轴承7的内圈套在转向柱1上并且减速器轴承的底部通过转向柱1上的轴肩定位。所述的筒形减速器保护盖6的侧壁支撑在蜗轮齿圈5顶壁上并且两者之间通过螺栓固定。在位于所述的筒形减速器保护盖6上方的转向柱1上固定有一个轴线沿竖直方向设置的测量齿轮30，测量齿轮30与转向柱1平键连接并通过底壁支撑在转向柱1上实现轴向定位。所述的测量齿轮30与编码器齿轮31轮齿啮合，所述的编码器齿轮31固定在编码器22上，所述的编码器22通过编码器法兰32固定在支撑框体29上，所述的转向柱顶端通过花键与方向盘33固连。

在所述的行星轮支架4的底壁中间设置沿竖直方向有连接轴，所述的连接轴通过滚珠轴承转动连接在支撑框体29上并且所述的连接轴穿过支撑框体29的下部与一个扭矩传感器23上端通过平键同竖直轴线连接，扭矩传感器23下端与多片式离合器输入轴通过平键同竖直轴线连接。所述的多片式离合器24输出端通过平键与离合器轴套34上端同竖直轴线连接。

转向驱动机构，所述的转向驱动机构包括转向主动齿轮12，在所述的转向主动齿轮12顶面中间设置有沿竖直方向的齿轮轴，所述的齿轮轴的上端与离合器轴套34下端的花键孔通过花键连接，所述的转向主动齿轮12的齿轮轴的上侧通过滚珠轴承固定在支撑框体29上。

所述的转向主动齿轮12与转向从动齿轮13啮合配合，所述的转向从动齿轮13通过花键孔与设置在主驱动臂14后端顶壁上的花键轴配合相连，设置在所述的主驱动臂14后端底壁上的轴通过滚珠轴承转动连接在支撑框体29上。一个轴线沿竖直方向设置的转向执行电机20通过转向电机法兰21固定在支撑框体29上，所述的转向执行电机20的输出轴与电机主动齿轮18通过平键过盈配合连接，所述的电机主动齿轮18与电机从动齿轮19啮合配合，设置在副驱动臂17后端顶壁的一个轴与电机从动齿轮19固定相连，设置在所述的副驱动臂17后端底壁上的轴通过滚珠轴承转动连接在支撑框体29上。所述的主驱动臂14和副驱动臂17左右间隔设置，在所述的主驱动臂14和副驱动臂17前部分别开有多个呈线性阵列设置的通孔，一根沿水平方向设置的阿克曼驱动梁15的右端通过穿过主驱动臂14上设定位置的通孔的右销轴与主驱动臂14的前端旋转连接并且左端通过穿过副驱动臂17上设定位置的通孔的左销轴与副驱动臂17前端旋转连接。所述的副驱动臂17与主驱动臂14、电机从动齿轮与转向从动齿轮关于阿克曼驱动梁15的中间竖直平面镜像左右对称布置。所述的阿克曼驱动梁15的中间竖直平面与阿克曼驱动梁15的中心轴线垂直。

一根阿克曼摆臂16一端通过前销轴固定在所述主驱动臂14的最前端，另一端与沿竖直方向设置的轮毂刹车盘25的上端通过后销轴转动连接，系统未启动时，通过阿克曼摆臂16中心轴线的中间竖直平面与通过前销轴和右轴销竖直中心线的主驱动臂14中间竖直平面的夹角成顺时针30°。

转角演示机构，所述的转角演示机构包括沿水平方向上下间隔设置的上支撑臂35和下支撑臂26，所述的下支撑臂26和上支撑臂35的其中一端焊接固定在刹车盘底座27上，下支撑臂26和上支撑臂35另一端通过连接销轴与轮毂刹车盘25的下端和上端的连接轴转动相连，当主驱动臂14与阿克曼驱动梁15彼此垂直位置时，所述的轮毂刹车盘25与阿克曼驱动梁15彼此垂直。所述的轮毂刹车盘25能够围绕轮毂刹车盘25的连接轴所在的轴线左右转动。轮毂刹车盘25为现有结构，刹车盘底座27水平放置于试验台上。

所述的支撑框体29是根据所述的各部分零部件支撑要求焊接加工的框体，主要用于线控转向机构的支撑和加固。

本装置在使用过程中，一个转向控制器与编码器22、扭矩传感器23、转向助力电机10、转向执行电机20以及多片式离合器24分别通过控制线连接，所述的转向控制器接收编码器22输出的转角信号和扭矩传感器23输出的扭矩信号并将转角信号和扭矩信号输出给转向助力电机10和转向执行电机20。所述的转向控制器与一台整车控制器相连以接收整车控制器输出的教学机构的工作模式信号，从而控制多片式离合器24的开合。

Claims (1)

1.一种机械冗余式线控转向教学机构的控制方法，其特征在于：包括电子助力转向模式、线控驾驶员操控模式、线控无人驾驶模式和故障模式，四种工作模式分别包括以下步骤：

所述的电子助力转向模式包括以下控制步骤：

转向控制器与扭矩传感器(23)、转向助力电机(10)、转向执行电机(20)以及多片式离合器(24)分别通过控制线连接，所述的转向控制器与一台整车控制器相连，转向控制器接收整车控制器输出的电子助力转向模式的信号并向多片式离合器输出吸合信号使多片式离合器处于吸合状态，驾驶员操控通过花键连接在转向柱(1)顶端的方向盘(33)进行左右转向动作，通过与方向盘连接的转向柱将左右转向动作传递给固定在转向柱底部的太阳轮(2)，所述的太阳轮通过啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮(3)转动，行星齿轮带动行星轮支架(4)同步同向转动，与行星轮支架(4)通过平键连接的扭矩传感器(23)测量行星轮支架的输出扭矩，并且继续将转动传递至与扭矩传感器(23)通过平键连接的多片式离合器(24)；所述的多片式离合器(24)将转动传递给与多片式离合器通过平键同竖直轴线连接的离合器轴套(34)；所述的离合器轴套的转动传递给与离合器轴套通过花键连接的转向驱动齿轮(12)，所述的转向驱动齿轮通过啮合驱动转向从动齿轮(13)在水平面内转动，所述的转向从动齿轮带动后端与转向从动齿轮固定相连的主驱动臂(14)在水平面内左右转动，所述的主驱动臂带动一端通过前销轴固定在主驱动臂最前端的阿克曼摆臂(16)在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘(25)角度；在扭矩传感器测量行星轮支架输出扭矩的同时，转向控制器采集扭矩传感器的扭矩信号并传递给助力转向电机10以控制转向助力电机10旋转，与转向助力电机的转动轴固接的蜗杆(8)与蜗轮齿圈(5)外壁上的外齿啮合使得蜗轮齿圈沿与所述的方向盘(33)转动方向相反的方向在水平面内转动，进行第一次转向助力，具体过程为：

所述的蜗轮齿圈(5)通过内齿啮合驱动三个均匀环绕太阳轮(2)安装的行星齿轮(3)转动，行星齿轮带动行星轮支架(4)同步同向转动，扭矩传感器(23)继续将转动传递至多片式离合器(24)；所述的多片式离合器将转动传递给离合器轴套(34)；所述的离合器轴套的转动传递给转向驱动齿轮(12)以补偿增大驾驶员输出的转向力矩；

在进行第一次转向助力的同时进行第二次转向助力，具体过程为：

轴线沿竖直方向设置的转向执行电机(20)接收转向控制器的信号启动并带动固定在转向执行电机输出轴上的电机主动齿轮(18)在水平面内转动，所述的电机主动齿轮与电机从动齿轮(19)啮合配合带动电机从动齿轮在水平面内转动，电机从动齿轮带动后端与电机从动齿轮固定相连的一个副驱动臂(17)在水平面内摆动，副驱动臂带动一根左右两端分别与副驱动臂和主驱动臂(14)通过销轴转动连接且沿水平方向设置的阿克曼驱动梁(15)跟随副驱动臂在水平面内平移，转向执行电机输出的力矩通过所述的阿克曼驱动梁再次作用在主驱动臂上，所述的转向执行电机(20)与转向驱动齿轮(12)同向转动从而对驾驶员输出的转向力矩冗余补偿，通过转向助力电机(10)和转向执行电机(20)的冗余式动作补偿转向力矩；

所述的线控驾驶员操控模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的线控驾驶员操控模式信号并向多片式离合器(24)输出断开信号使多片式离合器处于断开状态；驾驶员操控方向盘(33)进行左右转向动作，方向盘带动固定在转向柱(1)上且轴线沿竖直方向设置的测量齿轮(30)转动，测量齿轮带动与测量齿轮啮合配合的编码器齿轮(31)在水平面内转动，所述的编码器齿轮固定在编码器(22)上，通过编码器采集所述方向盘(33)的转动方向、转动角度和转动速度；转向控制器接收到编码器输出的转向角度信息后，控制转向助力电机(10)旋转，与转向助力电机的转动轴固接的蜗杆(8)与蜗轮齿圈(5)外壁上的外齿啮合使得蜗轮齿圈沿与所述的方向盘转动方向相同的方向在水平面内转动，所述的蜗轮齿圈(5)通过内齿啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮(3)转动，行星齿轮带动行星轮支架(4)同步同向转动，扭矩传感器(23)无测量数据输出；与所述的三个行星齿轮(3)啮合的太阳轮(2)受到行星齿轮驱动，与方向盘转动相反的方向转动；

在转向控制器根据编码器(22)输出的转向角度控制转向助力电机(10)旋转的同时，转向控制器控制转向执行电机(20)与方向盘(33)同向同步转动，转向执行电机带动电机主动齿轮(18)在水平面内转动，所述的电机主动齿轮与电机从动齿轮(19)啮合配合带动电机从动齿轮在水平面内转动，电机从动齿轮带动后端与电机从动齿轮固定相连的副驱动臂(17)在水平面内摆动，所述的副驱动臂通过阿克曼驱动梁(15)带动主驱动臂(14)动作，所述的主驱动臂(14)通过带动阿克曼摆臂(16)在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘(25)角度；

所述的线控无人驾驶模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的线控无人驾驶模式信号并向多片式离合器(24)以及转向助力电机(10)输出断开信号，并使多片式离合器处于断开状态；

所述的转向助力电机(10)处于断电状态以完成蜗轮齿圈(5)的自锁，所述的转向执行电机(20)通过控制线接收转向控制器启动信号进行转向动作，所述的电机主动齿轮(18)与电机从动齿轮(19)啮合配合带动电机从动齿轮在水平面内转动，电机从动齿轮带动副驱动臂(17)在水平面内摆动，所述的副驱动臂通过阿克曼驱动梁(15)带动主驱动臂动作，所述的主驱动臂(14)通过带动阿克曼摆臂(16)在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘(25)角度；

所述的故障模式包括以下控制步骤：

转向控制器接收整车控制器输出的故障模式信号，转向控制器向多片式离合器(24)、转向助力电机(10)、转向执行电机(20)、编码器(22)和扭矩传感器(23)输出断电信号，多片式离合器(24)处于断电吸合状态，所述的转向助力电机(10)处于断电状态，所述的驱动蜗杆(8)对蜗轮齿圈(5)进行自锁；

驾驶员操控方向盘(33)进行左右转向动作，通过与方向盘连接的转向柱(1)将左右转向动作传递给固定在转向柱底部的太阳轮(2)，所述的太阳轮通过啮合驱动三个均匀环绕太阳轮安装的行星齿轮转动，行星齿轮带动行星轮支架(4)同步同向转动；所述的行星轮支架(4)通过扭矩传感器(23)将转动传递至多片式离合器(24)；所述的多片式离合器将转动通过离合器轴套(34)传递给转向驱动齿轮(12)，所述的转向驱动齿轮通过啮合驱动转向从动齿轮(13)，所述的转向从动齿轮带动与转向从动齿轮固定相连的主驱动臂(14)沿水平方向左右摆动，所述的主驱动臂通过带动阿克曼摆臂(16)在水平面内摆动以控制轮毂刹车盘(25)角度。

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