本發明屬機械工程領域，具體涉及一種帶液壓鎖止機構的左右輪獨立轉向裝置。

背景技術：

伴隨汽車智能化和電動化的趨勢，汽車傳統的機械機構發生改變，左右車輪獨立轉向機構應運而生，這種轉向機構可應用于各種結構形式的汽車中，特別適用于分布式驅動電動汽車，這種車輛能夠實現四輪獨立驅動，具有很高的控制自由度，通過合理的控制算法可以提高汽車的安全性、動力性和穩定性，因此得到廣泛的研究。分布式驅動電動汽車結構實現上，每個車輪配有一個輪轂/輪邊驅動系統，轉向系統可以采用傳統的轉向機構，也可以采用獨立轉向機構，從而通過四輪獨立轉向獨立驅動實現對汽車運動的更好控制。

專利CN 205075885 U中，轉向電機垂直布置于車輪上方，雖然能滿足四輪獨立驅動，并且改善轉向機構的受力狀態，但左右車輪沒有鎖止機構，一旦某個轉向電機出現故障，將無法實現轉向功能。專利CN 205113422 U中，通過卡槽和卡齒的接合來實現由獨立轉向到整體轉向的切換，但接合過程不夠平順，響應較慢，影響駕駛感覺，并且由于缺乏自鎖機構以及和方向盤的機械連接，在外界干擾下不利于行駛方向的保持，抗干擾性較差。

左右輪獨立轉向為汽車的控制帶來很大的靈活性，通過分別修正左右轉向輪轉角，減少輪胎磨損，改善汽車行駛穩定性，然而仍有一些技術性問題需要解決。轉向電機抵抗外界干擾能力較差，需要采用特殊的機械結構或者逆效率較高的傳動裝置，在一些特定工況下，需要左右轉向輪由獨立運動切換成整體運動，由于左右輪獨立轉向系統取消了方向盤和轉向橫拉桿的機械連接，因此當一側轉向電機發生故障時，轉向系統無法正常工作，因此需要對轉向系統進行冗余設計，提高系統的容錯能力。

技術實現要素：

為解決背景技術中提出的問題，本發明提出了一種可控液壓鎖止式左右輪獨立轉向機構，旨在獨立控制左右轉向輪運動的同時，能在特定工況下通過液壓鎖止機構使左右轉向輪通過機械連接一起運動，適用于傳統的轎車，混合動力汽車，電動汽車的轉向系統，然而，從系統布置和設計初衷來考慮，本裝置主要適用于四輪獨立驅動獨立轉向的分布式電動車輛。

應用本發明所提供的轉向系統，通過左右輪的獨立轉向，可以滿足汽車特殊轉向工況的要求，比如原地轉向，并且可以通過電機的精確控制，在原有轉向梯形的基礎上，對轉向輪的位置進行修正，減少輪胎的磨損，在轉向電機發生故障時通過液壓裝置對左右齒條進行鎖死，采用冗余設計提高系統的工作可靠性，并且電子液壓控制響應快，滿足汽車快速響應的需求。

本發明所提供的裝置功能的實現主要依靠轉向助力機構，轉向傳動機構，液壓鎖止機構，電子控制單元，主要包括轉向電機，蝸輪蝸桿減速器，齒輪齒條傳動機構，液壓缸，電磁閥，轉向橫拉桿，電磁離合器，電機以及電磁閥控制器。

該機構的左右轉向電機1、6分別固定在助力機構殼體9上，左右轉向電機1、6的輸出軸分別通過聯軸器與蝸桿7相連，蝸輪8和齒輪12軸線在一條直線上并通過電磁離合器20相連，通過軸承固定在助力機構殼體9上，左右轉向電機動力流經蝸桿7、蝸輪8、齒輪12帶動左右齒條19、10平移，所述左右齒條19、10外端分別通過球鉸鏈Ⅰ18a和球鉸鏈Ⅳ18d與左右轉向橫拉桿17、11相連，所述左右齒條19、10內端分別通過球鉸鏈Ⅱ18b和球鉸鏈Ⅲ18c與活塞桿4a和液壓缸4的缸筒4b相連，所述助力機構殼體9和轉向機構連接底板16固定在副車架上；

所述液壓缸4的左右腔油液出口與電控液壓閥3相連，電控液壓閥3的另一端與固定在車身上的儲油室5相連，所述電控液壓閥3由電控液壓閥控制器14控制通斷實現左右轉向輪獨立運動和整體運動；

所述左右轉向電機1、6的左右轉向電機控制器15、13以及電控液壓閥控制器14通過CAN總線通信。

所述殼體9和底板16之間裝有橡膠襯套，以減少外界對轉向系統的沖擊。

所述蝸輪8和齒輪12軸線在一條直線上，并通過電磁離合器20的分離和接合實現二者一起轉動和獨立轉動。

所述球鉸鏈Ⅰ18a、球鉸鏈Ⅱ18b、球鉸鏈Ⅲ18c、球鉸鏈Ⅳ18d和左右齒條19、10處有潤滑劑，在球鉸鏈Ⅰ18a、球鉸鏈Ⅱ18b、球鉸鏈Ⅲ18c、球鉸鏈Ⅳ18d和左右齒條19、10處以及助力機構殼體9和左右齒條19、10連接處配有防塵罩2。

方向盤轉角，轉矩，以及車速信息由傳感器發送到CAN總線上，左右轉向電機控制器15、13以及電控液壓閥控制器14從CAN總線上接收到對應的報文從而發出相應的指令，控制左右轉向電機1、6轉動和電控液壓閥3、電磁離合器20動作。

本發明上述方案與傳統的轉向機構相比具有以下技術效果：

車輛行駛過程中，轉向輪會受到路面的干擾，傳統的轉向機構中駕駛員會通過握緊方向盤來抵抗路面的干擾，而本發明中由于取消了齒輪齒條和方向盤之間的機械連接，如果轉向電機處采用普通的齒輪減速機構，轉向輪會在外界的干擾下改變原來的位置，由于電機控制中存在的滯后性和超調，即使通過對電機力矩調節使轉向輪回到預期位置，也會造成轉向輪在外界干擾下不斷擺動，使系統不穩定，這在汽車設計中是不允許的，因此，要在轉向系統中采用自鎖裝置，從而使外界的干擾不會對轉向輪的位置產生大的影響。從這方面考慮，在轉向電機處采用蝸輪蝸桿減速裝置，蝸桿的螺旋角一般較小，很容易產生自鎖，并且蝸輪蝸桿的減速比較大，有利于減少電機的尺寸，傳動平穩，噪音低。提高駕駛舒適性。但這種結構系統的逆效率低，車輪無法自動回正，因此回正過程需要轉向電機的參與。

傳統的轉向機構通過轉向梯形控制左右轉向車輪的相對位置關系，這轉向梯形的設計是一種折衷的設計，不能保證左右轉向輪任意時刻都繞同一個圓心運動，而左右輪獨立轉向系統可以分別控制左右輪的轉角，保證左右轉向輪更好地協調運動，減少輪胎磨損。

當主動改變某個轉向輪轉角時，地面對輪胎的作用力也會發生相應的改變，汽車的轉彎軌跡也會發生相應的改變，因此左右輪獨立轉向可以對汽車軌跡進行修正，當汽車發生緊急情況，比如失去方向穩定性時，可以和ESP結合起來，提高汽車行駛安全性。

助力機構殼體機構通過橡膠襯套和連接底板相連，橡膠襯套可以減少路面干擾對轉向機構的沖擊，液壓缸和齒條之間通過球鉸鏈連接，防止左右齒條相對位置發生變化時對液壓缸產生額外的力和力矩。

當獨立轉向系統需要由獨立運動切換為整體運動時，比如一側轉向電機發生故障時，電控液壓閥通電，液壓缸左右兩腔沒有液體流通，左右齒條一起運動。

附圖說明

圖1是本發明所提供裝置的示意圖；

圖2是本發明所提供裝置的蝸輪處傳動軸示意圖；

圖3是本發明所提供裝置鎖止時液壓系統的示意圖。

上述圖中編號所對應的零部件名稱為：

1—左轉向電機，2—防塵罩，3—電控液壓閥，4—液壓缸，4a—活塞桿，4b—缸筒，5—儲油室，6—右轉向電機，7—蝸桿，8—蝸輪，9—助力機構殼體，10—右齒條，11—右轉向橫拉桿，12—齒輪，13—右轉向電機控制器，14—電控液壓閥控制器，15—左轉向電機控制器，16—轉向機構連接底板，17—左轉向橫拉桿，18a—球鉸鏈Ⅰ，18b—球鉸鏈Ⅱ，18c—球鉸鏈Ⅲ，18d—球鉸鏈Ⅳ，19—左齒條，20—電磁離合器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體內容及實施方式作進一步的說明。

參閱圖1、圖2。圖為本發明所提供機構的一種結構實現方案，包括左轉向電機1，防塵罩2，電控液壓閥3，液壓缸4，活塞桿4a，缸筒4b，儲油室5，右轉向電機6，蝸桿7，蝸輪8，助力機構殼體9，右齒條10，右轉向橫拉桿11，齒輪12，右轉向電機控制器13，電控液壓閥控制器14，左轉向電機控制器15，轉向機構連接底板16，左轉向橫拉桿17，球鉸鏈，左齒條19，電磁離合器20。

參閱圖1、圖2。左右轉向電機1、6固定在助力機構殼體9上，蝸輪8和齒輪12通過電磁離合器20相連，通過軸承固定在助力機構殼體9上，電機動力流經蝸桿7、蝸輪8和齒輪12帶動左右齒條19、10平移，左齒條19左端通過球鉸鏈18a與左轉向橫拉桿17相連，右端通過球鉸鏈18b與活塞桿4a相連，右齒條10左端通過球鉸鏈18c與液壓缸4的缸筒4b相連，右端通過球鉸鏈18d和右轉向橫拉桿11相連，球鉸鏈增加系統運動的自由度，防止車輪跳動和轉向時產生運動干涉，助力機構殼體9和轉向機構連接底板16之間裝有橡膠襯套，從而減少外界對轉向系統的沖擊，通過電控液壓閥3的通斷來控制實現左右轉向輪獨立運動和整體運動，整套轉向系統通過轉向機構連接底板16固定在副車架上。

在電控液壓閥3不通電時，參閱圖1所示，液壓缸4的左右腔和儲油室5相連，活塞桿4a可以相對缸筒4b自由運動，左右齒條19、10可以相對運動，從而左右車輪可實現獨立轉向。電控液壓閥3通電時，在電磁力的作用下，克服彈簧阻力，電控液壓閥3達到圖3所示的工作狀態，此時液壓缸4左右腔以及儲油室5相互之間沒有液體流動，活塞桿4a相對缸筒4b靜止，左右齒條19、10沒有相對位移，左右轉向輪由獨立運動切換為整體運動。當左右轉向輪需要從整體運動切換為獨立運動時，電控液壓閥3斷電，在回位彈簧的作用下，液壓閥恢復到圖1所示的工作狀態。

參閱圖1，在一般工況下，電控液壓閥3不通電，在汽車直線行駛時，由于蝸輪蝸桿機構的自鎖性，在外界的干擾下，汽車依然具有保持直線行駛的能力。

參閱圖1，在汽車轉彎時，電控液壓閥3不通電，左右轉向電機控制器15、13從CAN總線上接收車速以及方向盤傳來的轉角、轉矩等信號，根據事先制定的控制算法，算出左右轉向電機1、6轉過的角度，對左右轉向電機1、6進行位置控制，使其轉過相應的轉角，轉向電機通過蝸桿7帶動蝸輪8轉動，此時電磁離合器20處于接合狀態，蝸輪8帶動齒輪12轉動，齒輪帶動齒條做直線運動，通過活塞桿4a和缸筒4b相對運動，實現左右齒條19、10有不同的位移，左右齒條19、10分別帶動左右轉向橫拉桿17、11運動，轉向橫拉桿和轉向節相連，轉向節帶動轉向輪繞主銷轉動從而實現轉向運動。

在汽車轉彎時，左右轉向電機控制器15、13從CAN總線上接收方向盤轉角、車速等信息，在原有的轉向梯形的幾何結構基礎上，考慮輪胎的側偏特性，通過分別調整左右轉向車輪轉角，盡量保證二者運動軌跡的圓心重合，從而減少輪胎的磨損。

當汽車遇到緊急工況時，比如緊急避障、過度轉向造成汽車橫擺角速度急劇增加，駕駛員失去對汽車的控制時，左右轉向電機控制器15、13通過從CAN總線接收到的汽車橫擺角速度、車速等信息，判斷異常情況的發生，控制轉向電機的轉角，從而對汽車行駛軌跡的修正，和ESP結合起來，提高汽車的主動安全性能。

當汽車需要特殊的轉向工況時，比如原地轉向、前軸后軸共同轉向時，控制器根據預先設定好的控制策略控制轉向電機的轉角即可。

參閱圖2、圖3，當一側的轉向電機發生故障時，由于蝸輪蝸桿傳動的自鎖性，齒條不能通過齒輪12、蝸輪8帶動蝸桿7轉動，此時發生故障一側電磁離合器20斷開，同時電控液壓閥3通電，左右齒條19、10鎖止在一起，由未發生故障的轉向電機帶動左右轉向輪轉動。

綜上，本發明所提供裝置可實現左右輪獨立轉向，并且可在特定的工況下實現鎖止，整個轉向系統具有很好的可控性和工作可靠性。