本發明涉及汽車的線控轉向系統，特別涉及到一種應用于線控轉向系統中的同軸式雙轉子電機及其自帶的線控轉向系統失效防護裝置和轉向控制方法。

背景技術：

傳統的汽車轉向系統中轉向盤和汽車車輪之間均為機械連接，這樣使得轉向系統角傳動比始終不變。此種固定的角傳動比不能兼顧到各種車速第二操縱穩定性或轉向靈活性的要求，并且固定不變的轉向傳動比不能解決轉向的“輕與靈”之間的矛盾，難以適應不同車速第二操縱穩定性的需要。所以可變傳動比轉向系統應運而生。

線控轉向(Steer by Wire，簡稱SBW)是一種實現了轉向盤轉角和車輪轉角解耦的新型可變傳動比轉向系統，由于其在結構第一已經斷開了轉向盤與轉向輪之間的機械連接，運用電控方式保證相互運動關系，所以轉向角傳動比可以隨車速改變，控制靈活，實現車輪轉角的實時控制。

為彌補駕駛員駕駛路感的需求，現有的線控轉向系統均是由路感電機實現路感模擬，執行轉向的電機驅動轉向，這樣轉向系統中布置了兩個電機，占用了大量空間的同時，留下安全隱患。一旦電子控制部分出現問題，即使電機仍舊正常，汽車的轉向便失去控制或路感異常。

本發明設計的同軸式雙轉子電機線控轉向系統及其失效防護裝置，替代傳統線控轉向采用兩個電機(一個路感模擬電機，一個驅動轉向電機)的方案，僅用一個特種電機(同軸式雙轉子電機)既可以實現路感的模擬又可以驅動轉向，因此極大的節省了空間，為操縱控制帶了便利。另外，目前線控轉向系統的失效保護措施多采用控制系統冗余設計，屬于基于電子的硬件保護措施。但是當線控轉向系統發生非控制失效時，比如電機故障或系統斷電，此時備用電控單元(ECU)無法起到應急作用，必將導致危險。因此本發明設計的同軸式雙轉子電機線控轉向系統還具有一套基于機械的失效防護裝置，以保證該線控轉向系統在非控制失效情況下的駕駛安全。

技術實現要素：

本發明目的是提供一種雙轉子電機線控轉向系統，實現電機輸出不同的轉矩并控制轉向執行機構進行轉向，從而實現多種轉向模式。

本發明還有一個目的是提供一種雙轉子電機線控轉向系統的失效防護裝置，當電機失效時，系統從線控轉向變為機械轉向，提高系統的安全性能。

本發明還有一個目的是提供雙轉子電機線控轉向系統的控制方法，控制線控轉向系統執行線控轉向、助力轉向和機械轉向等模式。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種雙轉子電機線控轉向系統及其失效防護裝置，包括：

轉向軸；

同軸式雙轉子電機，其包括：

第一轉子，其連接所述轉向軸；

第二轉子，其一端與所述第一轉子同軸排列并可旋轉的支撐在所述第一轉子上；

同步軸套，其套設在所述第一轉子和第二轉子的接合處，能夠沿著所述轉子的軸向移動，當同步軸套處于第一位置時，所述第一轉子和第二轉子同步轉動；當處于第二位置時，所述第一轉子和第二轉子相對獨立轉動；以及

轉向器，其接收所述第二轉子的另一端輸出的轉矩，用于執行轉向動作；

ECU，其電聯接連接同軸式雙轉子電機和同步軸套；

其中，第一模式，同步軸套在所述第二位置，第一轉子轉動并輸出路感反饋阻力轉矩，第二轉子轉動并輸出轉向轉矩；

第二模式時，所述同軸式雙轉子電機故障，同步軸套在所述第一位置，轉向軸施加的轉矩通過同步轉動的第一轉子和第二轉子驅動轉向器進行轉向；

第三模式時，所述第一轉子或第二轉子故障，同步軸套在所述第一位置，ECU控制同步轉動的第一轉子或第二轉子輸出助力轉矩，助力轉矩與轉向軸施加的轉矩相耦合從而驅動轉向器進行轉向。

優選的是，所述同步軸套為內齒圈，所述第一轉子和第二轉子的接合處分別開設與所述內齒圈嚙合的外齒。

優選的是，所述內齒圈上均布多個第一軸向通槽，所述第一軸向通槽的端面上開設第一梯形定位槽和第二梯形定位槽；

所述第一轉子的外齒上均布與所述第一軸向通槽數量相同的第二軸向通槽，所述第二軸向通槽的端面上開設圓柱孔，所述圓柱孔的內端面上開設小圓柱孔，所述小圓柱孔內布設彈簧；以及

滑塊，包括第一連接端和第二連接端，所述第一連接端伸入所述圓柱孔并抵靠在所述彈簧上，所述第二連接端伸出所述圓柱孔并能夠沿第一軸向通槽移動至卡和第一梯形定位槽或第二梯形定位槽；

當同步軸套沿軸向位移至第二位置，第二連接端滑入所述第一梯形定位槽，彈簧恢復形變，滑塊卡合在第一梯形定位槽和圓柱孔之間，同步軸套鎖定；

當同步軸套沿軸向位移至第一位置，第二連接端滑入所述第二梯形定位槽，彈簧恢復形變，滑塊卡合在第二梯形定位槽和圓柱孔之間，同步軸套鎖定。

優選的是，所述滑塊第二連接端為半球形，其滑入并卡合所述第一梯形定位槽或第二梯形定位槽，第一梯形定位槽和第二梯形定位槽的槽內傾斜角θ為：

其中，μ為滑塊與梯形定位槽接觸斜面的摩擦因數；F_彈max為彈簧壓縮量最大時的彈簧力；F為電磁線圈通電時作用在單個滑塊上的電磁力；F_彈min為彈簧壓縮量最小時的彈簧力；a為慣性力因子；G為同步軸套所受重力。

優選的是，所述雙轉子電機還包括：

第一外殼，其內容納空間用于布設所述第一轉子；

第一定子勵磁繞組，其固定在所述第一外殼的內表面上，用于通電時產生磁場；

第一轉子永磁體，其固定在所述第一轉子上并與所述第一定子勵磁繞組的位置相對應，用于在磁場下驅動所述第一轉子轉動；

第二外殼，其一端固定連接所述第一外殼的一端，用于布設所述第二轉子；

第二定子勵磁繞組，其固定在所述第二外殼的內表面上，用于通電時產生磁場；

第二轉子永磁體，其固定在所述第二轉子上并與所述第二定子勵磁繞組的位置相對應，用于在磁場下驅動所述第二轉子轉動。

優選的是，所述同軸式雙轉子電機還包括：

第一軸肩，其固定在第一轉子上，用于限定同步軸套位移至第二位置；

第二軸肩，其固定在第二轉子上，用于限定同步軸套位移至第一位置；

第一磁軛，其固定在所述第一外殼內并靠近第一軸肩；

第二磁軛，其固定在所述第二外殼內并靠近第二軸肩；

第一定子電磁線圈，其固定在所述第一磁軛內，用于通電產生吸引同步軸套位移的電磁吸引力；

第二定子電磁線圈，其固定在所述第二磁軛內，用于通電產生吸引同步軸套位移的電磁吸引力；

當第一定子電磁線圈通電，其吸引同步軸套脫離接合處并位移至貼合第一軸肩，所述第一轉子和第二轉子獨立轉動；

當第二定子電磁線圈通電，其吸引同步軸套位移至貼合第二軸肩并套設在接合處，第一轉子和第二轉子同步轉動。

優選的是，所述ECU通過4條線路連接所述同軸式雙轉子電機，其中，

第一線路為第一定子勵磁繞組供電線路，用于控制第一定子勵磁繞組的電流；

第二線路為第一定子電磁線圈的供電線路，用于控制第一定子電磁線圈通電和斷電；

第三線路為第二定子電磁線圈的供電線路，用于控制第二定子電磁線圈通電和斷電；

第四線路為第二定子勵磁繞組的供電線路，用于控制第二定子勵磁繞組的電流；

其中，所述第三線路中安裝電容器，當第三線路通電，其上電容器儲能，第二定子電磁線圈斷電；當第三線路斷電，電容器放電，所述第二定子電磁線圈通電，第一轉子和第二轉子同步轉動。

優選的是，還包括：

第一萬向節，其連接在所述轉向軸和第一轉子輸入端之間；

轉向器轉向軸，其輸出端連接所述轉向器；

第二萬向節，其輸入端連接所述第二轉子的輸出端，其輸出端連接轉向器轉向軸的輸入端；

轉角傳感器，其分別安裝在轉向軸和轉向器轉向軸上，用于監測轉向盤和轉向器的轉角；

轉矩傳感器，其分別安裝在轉向軸和轉向器轉向軸上，用于監測轉向盤和轉向器的轉距；

車速傳感器，用于監測車速；

其中，所述ECU連接轉角傳感器、轉矩傳感器和車速傳感器并接收轉角、轉矩和車速信號。

本發明的目的還可通過一種雙轉子電機線控轉向系統的控制方法來實現，包括：

ECU讀取同軸式雙轉子電機的整機自檢信號、第一轉子的第一自檢信號和第二轉子的第二自檢信號；

當整機自檢信號異常時，ECU執行所述第二模式；

當第一自檢信號或第二自檢信號異常時，ECU執行所述第三模式；

否則，ECU執行所述第一模式。

優選的是，所述第一模式包括：

ECU控制：

第三線路通電，第二線路斷電；同步軸套處于第二位置，所述第一轉子和第二轉子獨立轉動；

第一線路、第四線路通電，第一轉子輸出路感反饋阻力轉矩，第二轉子輸出轉向轉矩。

優選的是，所述第二模式包括：

ECU控制第一線路、第二線路、第三線路和第四線路斷電；同步軸套處于第一位置，所述第一轉子和第二轉子同步；

轉向軸施加的轉矩通過同步的第一轉子和第二轉子驅動轉向器進行轉向。

優選的是，所述第三模式包括：

ECU控制：

第三線路、第二線路斷電；同步軸套處于第二位置，所述第一轉子和第二轉子獨立轉動；

當第一自檢信號異常，第一線路斷電、第四線路通電，第二轉子輸出助力轉矩，助力轉矩與轉向軸施加的轉矩相耦合從而驅動轉向器進行轉向；

當第二自檢信號異常，第一線路通電、第四線路斷電，第一轉子輸出助力轉矩，助力轉矩與轉向軸施加的轉矩相耦合從而驅動轉向器進行轉向。

本發明至少包括以下有益效果：1、同軸式雙轉子電機線控轉向系統中采用的同軸式雙轉子電機，采用一個電機同時實現了具有路感模擬和驅動轉向的作用，同以往線控轉向系統中需要布置兩個電機相比，極大的節省了空間和成本；2、同軸式雙轉子電機線控轉向系統在轉向時通過勵磁控制，讓第一端電機模擬路感時產生的電磁再生制動力矩發出的電能供給下端的驅動轉向電機使用，從而實現功率閉環，能量利用效率高，更加節能；3、同軸式雙轉子電機線控轉向系統，有一套基于機械式的失效保護裝置，這比現有基于電子的硬件保護措施更加可靠，有效的保證了駕駛安全性；4、同軸式雙轉子電機線控轉向系統具備多種工作模式，除了正常的線控轉向模式以外，還可以在同軸式雙轉子電機單側故障時轉為電動助力轉向模式。此外當系統失效時或停車熄火時該系統可以轉為純機械式轉向。兼顧駕駛員需求、汽車行駛穩定性的同時保證了系統工作的可靠性；5、同軸式雙轉子電機線控轉向系統，電磁線圈只在控制同步軸套移動的瞬間通電，在轉向系統處于線控轉向狀態或者機械式轉向狀態時同步軸套都是通過自鎖機構固定，無需電磁線圈一直保持通電的狀態，這樣在汽車行駛過程中耗能減少，節約了能量。

本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本發明所述的同軸式雙轉子電機線控轉向系統及其失效防護裝置的組成和結構布置簡圖。

圖2為本發明所述的同軸式雙轉子電機線控轉向系統及其失效防護裝置中控制第三線路的結構簡圖。

圖3為本發明所述的同軸式雙轉子電機線控轉向系統及其失效防護裝置的同軸式雙轉子電機結構圖。

圖4為本發明所述的同軸式雙轉子電機的第一外殼的結構簡圖。

圖5為本發明所述的同軸式雙轉子電機的第二外殼的結構簡圖。

圖6為本發明所述的同軸式雙轉子電機中的第一轉子齒輪軸的俯視圖。

圖7為本發明所述的同軸式雙轉子電機中的滑塊結構示意圖。

圖8為本發明所述的同軸式雙轉子電機中的同步軸套的結構示意圖。

圖9為圖3中B區域局部放大圖。

圖10為本發明所述的同軸式雙轉子電機轉向系統處于機械式連接時的電機結構示意圖。

圖11為本發明所述的同軸式雙轉子電機線控轉向系統處于電動助力轉向模式下的助力特性曲線圖。

具體實施方式

結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

圖1-2示出了根據本發明的一種實現形式，參閱圖1，本發明所述的雙轉子電機線控轉向系統包括：轉向盤100、雙轉子電機200、轉向機構300、傳感器集成400和ECU，其中，轉向盤100包括轉向軸110和第一萬向節120，雙轉子電機200為同軸式電機，包括第一轉子210、第二轉子220和同步軸套230，轉向機構300包括第二萬向節310和轉向器320；傳感器集成400包括轉向盤轉角傳感器410、轉向盤轉矩傳感器420、轉向器轉角傳感器430和轉向器轉矩傳感器440和車速傳感器450。轉向盤100輸入駕駛人員的轉向轉矩和轉角，ECU接收傳感器集成400的信號并控制雙轉子電機200驅動轉向機構300執行轉向動作。

其中，第一轉子210和第二轉子220滑動接合，并在第一轉子210和第二轉子220的接合處套設同步軸套230，使所述第一轉子210和第二轉子220同步轉動；當同步軸套230沿軸向位移至脫離接合處，所述第一轉子210和第二轉子220獨立轉動；其中，所述第一轉子210的輸入端連接所述轉向軸110；以及轉向器320，其連接所述第二轉子220的輸出端，用于執行轉向動作；轉向盤轉角傳感器410和轉向盤轉矩傳感器420安裝在轉向軸110上，其信號輸出分別與ECU相連，將測出的轉向時轉向盤100的輸入轉矩信號和轉向盤轉角信號傳入ECU。雙轉子電機200的第二轉子220通過第二萬向節310與轉向器轉向軸連接，轉向器轉角傳感器430和轉向器轉矩傳感器440安裝在轉向器轉向軸上，其信號輸出分別與ECU相連，將測出的轉向時實際轉角信號和實際轉矩信號傳入ECU。轉向器轉向軸的末端是轉向器320，車速傳感器450信號輸出與ECU相連，將測出的車速信號傳入ECU，ECU對信號進行處理后并通過4條各自獨立的線路對同軸式雙轉子電機200進行控制，來完成轉向。其中，第一線路，用于控制第一轉子210形成路感反饋阻力轉矩，完成對路感的模擬；第二線路，用于控制同步軸套230沿軸向位移至脫離接合處，使第一轉子210和第二轉子220獨立轉動；第三線路，用于控制同步軸套230套設在接合處，使所述第一轉子210和第二轉子220同步轉動；第四線路，用于控制第二轉子220輸出轉向轉矩，驅動轉向器320進行轉向。

在另一實施例中，如圖4所示，所述雙轉子電機200還包括：第一外殼240為兩端開口的軸套結構，其內容納空間用于布設所述第一轉子210；第一定子勵磁繞組241對稱固定在所述第一外殼240的內表面上，在通電時產生磁場；第一轉子永磁體211固定在所述第一轉子210上，并與所述第一定子勵磁繞組241的位置相對應，用于在第一定子勵磁繞組241通電產生的磁場下驅動所述第一轉子210轉動，所述第一轉子永磁體211和第一定子勵磁繞組241之間留有縫隙，防止第一轉子210轉動時發生干涉；如圖5所示，第二外殼250為兩端開口的軸套結構，其一端通過螺栓固定連接所述第一外殼240一端，第二外殼250用于布設所述第二轉子220；第二定子勵磁繞組251對稱固定在所述第二外殼250的內表面上，用于通電時產生磁場；第二轉子永磁體221固定在所述第二轉子220上，并與所述第二定子勵磁繞組251的位置相對應，用于在磁場下驅動所述第二轉子220轉動，所述第二轉子永磁體221和第二定子勵磁繞組251之間留有縫隙，防止第二轉子220轉動時發生干涉。本實施例在機械結構上實現電磁力驅動第一轉子210和第二轉子220轉動。

在另一實施例中，如圖1所示，當ECU控制第一線路通電，所述第一定子勵磁繞組241通電，驅動第一轉子210轉動并輸出路感反饋阻力轉矩；當ECU控制第四線路通電，所述第二定子勵磁繞組251通電，驅動第二轉子220轉動并輸出轉向轉矩，驅動轉向器進行轉向。ECU通過電路控制第一轉子210和第二轉子220轉動，形成路感反饋阻力轉矩給駕駛人員，完成路感反饋；形成轉向轉矩，驅動轉向器320進行轉向。

在另一實施例中，如圖3所示，所述同軸式雙轉子電機200還包括：第一軸肩219、第二軸肩222、第一磁軛260、第二磁軛270。其中，所述第一磁軛260內固定有第一定子電磁線圈261，第二磁軛270內固定有第二定子電磁線圈271。

所述第一軸肩219為沿第一轉子210的徑向外凸環狀結構，固定在第一轉子210上靠近接合處的一側，所述第一軸肩219用于對同步軸套230進行限位，當同步軸套230向第一轉子210軸向位移，運動至被第一軸肩219阻擋而限定在貼合第一軸肩219的位置，此位置即為第二位置，如圖3所示的同步軸套230所處的位置。

所述第二軸肩222為沿第二轉子220的徑向外凸環狀結構，固定在第二轉子220上靠近接合處的一側，所述第二軸肩222用于對同軸軸套230進行限位，當同步軸套230向第二轉子220軸向位移，被第二軸肩222阻擋而限定在貼合第二軸肩222的位置，此位置即為第一位置，即如圖10所示的同步軸套230所處的位置。

第一磁軛260為環形軸肩結構，其軸肩結構外環固定在所述第一外殼240內壁上，所述第一轉子210從接合處延伸至穿過第一磁軛260的內環，其上第一軸肩219靠近第一磁軛260；其中，所述第一磁軛260內朝向第一軸肩219的端面上開設四個呈90度圓周均布的線圈孔，所述線圈孔內布設第一定子電磁線圈261。通電時，第一定子電磁線圈261產生電磁吸引力，吸引同步軸套230向第一轉子210的軸向位移，直至被第一軸肩219阻擋而限定在貼合第一軸肩219，即為第二位置。

第二磁軛270為環形軸肩結構，其軸肩結構外環固定在所述第二外殼250內壁上，所述第二轉子220從接合處延伸至穿過第二磁軛270的內環，其上第二軸肩222靠近第二磁軛270；其中，所述第二磁軛270內朝向第二軸肩222的端面上開設四個呈90度圓周均布的線圈孔，所述線圈孔內布設第二定子電磁線圈271。通電時，第二定子電磁線圈271產生電磁吸引力，吸引同步軸套230向第二轉子220軸向位移，直至被第二軸肩222阻擋而限定在貼合第二軸肩222，即為第一位置。

當汽車起動時，ECU檢測到汽車啟動信號時，則通過第二線路對四個第一定子電磁線圈261供電，使其產生電磁吸引力，作用于同步軸套230上，將其由圖10所示位置移動至圖3所示位置，使轉向系統斷開機械式連接，轉為正常線控轉向狀態，四個電磁線圈在短暫供電后斷電，同步軸套230由于自鎖固定于第一軸肩219處，使得第一轉子210、第二轉子220分離并獨立轉動，使其斷開機械連接。

在轉向系統處于正常的線控轉向工作狀態時，ECU對第三線路通電，由于電容的隔斷直流作用，第二定子電磁線圈271處于斷電狀態，沒有電磁引力。當ECU檢測到線控轉向系統故障需要啟用保護裝置恢復機械連接時，ECU對第三線路斷電，此時儲存于電容器中的電能則通過第三線路構成的回路對四個第二定子電磁線圈271實現短暫供電，產生電磁吸引力作用于同步軸套230上，將其由圖3所示的位置移動至圖10所示的位置，并將其鎖定在第二軸肩222處，第一轉子210和第二轉子220同步轉動，從而使得轉向系統恢復機械式連接，保證了駕駛安全性。當汽車熄火停車時，ECU對第三線路斷電，電容器對第二定子電磁線圈271供電，同步軸套230鎖定在第二軸肩222處，第一轉子210和第二轉子220同步轉動，使得轉向系統恢復機械式連接，熄火停車時實現方向盤的鎖定，保證原始對中位置。

本實施例示出了電磁線圈的通斷電的電路布設方式，實現電磁線圈通斷電，從而使磁力驅動第一轉子210和第二轉子220同步轉動或獨立轉動，滿足不同的轉向工作模式的要求。

在另一實施例中，所述ECU分別連接所述第一定子電磁線圈261、第二定子電磁線圈271、第一定子勵磁繞組241和第二定子勵磁繞組251，用于控制所述第一定子電磁線圈261、第二定子電磁線圈271、第一定子勵磁繞組241和第二定子勵磁繞組251的通電和斷電，精確利用磁力驅動第一轉子210、第二轉子220同步轉動或獨立轉動，實現雙轉子電機200的智能化控制，滿足多種轉向工作模式的需求。

在另一實施例中，如圖8所示，所述同步軸套230內開設內齒圈，所述第一轉子210和第二轉子220的接合處分別開設與所述內齒圈嚙合的外齒，當同步軸套230沿軸向移動，當其貼合在第一軸肩219上，即圖3所示的位置，第一轉子210和第二轉子220脫離，實現獨立轉動；當同步軸套230沿軸向移動至貼合在第二軸肩222上，即圖10所示的位置，同步軸套230套設在第一轉子210和第二轉子220的接合處，通過內齒圈和外齒的嚙合傳動，實現第一轉子210和第二轉子220的同步轉動，保證傳動效率和連接的穩定性。同時，為保證同步軸套230能夠在移動時順利與第二轉子220嚙合，將同步軸套230的內齒圈和第二轉子外齒接觸的一側端面231切為錐形，從而減小同步軸套230移動時與第二轉子220進入嚙合時的阻力和沖擊。

在另一實施例中，圖4-9示出了實現同步軸套230位移鎖定的機械結構形式，如圖8所示，所述同步軸套230的內齒圈上均布多個第一軸向通槽232，所述第一軸向通槽232的端面上開設第一梯形定位槽233和第二梯形定位槽234；如圖6所示，所述第一轉子210的外齒上均布與所述第一軸向通槽232相同數量的第二軸向通槽212，所述第二軸向通槽212的端面上開設圓柱孔213，所述圓柱孔213的內端面上開設小圓柱孔214，所述小圓柱孔214內布設彈簧215；圖7示出滑塊216，包括第一連接端216a和第二連接端216b，所述第一連接端216a伸入所述圓柱孔213并抵靠在所述彈簧215上，彈簧215受壓產生形變，所述第二連接端216b伸出所述圓柱孔213并能夠沿第一軸向通槽232移動至卡和第一梯形定位槽233或第二梯形定位槽234；當同步軸套230沿軸向位移至貼合所述第一軸肩219，第二連接端216b滑入所述第一梯形定位槽233，彈簧215恢復形變，如圖9所示，滑塊216卡合在第一梯形定位槽233和圓柱孔213之間，同步軸套230被鎖定停止軸向位移；當同步軸套230沿軸向位移至貼合所述第二軸肩222，第二連接端216b滑入所述第二梯形定位槽234，彈簧215恢復形變，滑塊216卡合在第二梯形定位槽234和圓柱孔213之間，同步軸套230被鎖定停止軸向位移。優選的是，所述第一軸向通槽232和第二軸向通槽212的數量均為3個，實現鎖定同步軸套停止軸向位移的目的。

在另一實施例中，所述滑塊216的第二連接端216b為半球形，其滑入并卡合所述第一梯形定位槽233或第二梯形定位槽234需滿足，如圖9所示，第一梯形定位槽233和第二梯形定位槽234的槽內傾斜角θ為：

其中，μ為滑塊與梯形定位槽接觸斜面的摩擦因數；F_彈max為彈簧壓縮量最大時的彈簧力(N)；F為電磁線圈通電時作用在單個滑塊上的電磁力(N)；F_彈min為彈簧壓縮量最小時的彈簧力(N)；a為慣性力因子(a＝1～1.5)；G為同步軸套所受重力(N)。

在另一實施例中，所述雙轉子電機200還包括：第一端蓋280，其開設第一中心通孔；第二端蓋290，其開設第二中心通孔；其中，第一端蓋280蓋合在所述第一外殼240上，所述第二端蓋290蓋合在所述第二外殼250上，所述第一端蓋280、第一外殼240、第二外殼250和第二端蓋290構成封閉式電機殼體；其中，所述第一端蓋280通過角接觸球軸承281支撐第一轉子210，并通過密封毛氈282密封第一端蓋280和第一轉子210之間的縫隙；所述第一轉子210的輸入端從第一中心通孔伸出至所述殼體外部連接轉向軸110；其中，所述第二端蓋290通過角接觸球軸承支撐第二轉子220，并通過密封毛氈密封第二端蓋290和第二轉子220之間的縫隙；第二轉子220的輸出端從第二中心通孔伸出至所述殼體外部連接轉向器320。

在另一實施例中，所述第一轉子210在接合處開設中心內孔，所述第二轉子220的接合端通過滾針軸承217支撐在所述第一轉子210的中心內孔中；推力銅片218，其布設在所述第一轉子210和第二轉子220接合的端面之間，用于分隔所述第一轉子210和第二轉子220，使第一轉子210和第二轉子220能夠相互獨立轉動。

在另一實施例中，雙轉子電機線控轉向系統還包括：第一萬向節120，其連接在所述轉向軸110和第一轉子210輸入端之間；轉向器轉向軸，其輸出端連接所述轉向器320；第二萬向節310，其輸入端連接所述第二轉子220的輸出端，其輸出端連接轉向器轉向軸的輸入端。

在另一實施例中，雙轉子電機線控轉向系統還包括：轉角傳感器，包括轉向盤轉角傳感器410和轉向器轉角傳感器430，轉向盤轉角傳感器410其分別安裝在轉向軸110和轉向器轉向軸上，用于監測轉向盤100和轉向器320的轉角；轉矩傳感器，包括轉向盤轉矩傳感器420和轉向器轉矩傳感器440，其分別安裝在轉向軸110和轉向器轉向軸上，用于監測轉向盤100和轉向器320的轉距；車速傳感器450，用于監測車速；其中，所述ECU連接轉角傳感器、轉矩傳感器和車速傳感器450并接收轉角、轉矩和車速信號。

本發明還包括一種同軸式雙轉子電機線控轉向系統的轉向控制方法，包括：ECU讀取同軸式雙轉子電機的整機自檢信號、第一轉子的第一自檢信號和第二轉子的第二自檢信號；當整機自檢信號異常時，ECU執行所述第二模式；當第一自檢信號或第二自檢信號異常時，ECU執行所述第三模式；否則，ECU執行所述第一模式。

本發明所述的同軸式雙轉子電機線控轉向系統及其失效防護裝置的工作原理，詳見表一：

表一 同軸式雙轉子電機線控轉向系統的工作模式匯總表

如表一所示，第一模式(即為線控轉向模式)時，所述同軸式雙轉子電機線控轉向系統正常工作時，第二線路斷電，第三線路通電，當駕駛員用轉向盤轉向時，ECU接收車速傳感器450測出的車速信號、轉向盤轉角傳感器410測出的轉向盤轉角信號和轉向盤轉矩傳感器420測出的轉向力矩信號，并根據上述信號計算出汽車作用在轉向器320上的驅動轉向力矩和轉向器中齒輪旋轉角度；將此轉矩和角度轉化為控制電信號，通過第四線路傳輸給第二定子勵磁繞組251，使同軸式雙轉子電機200的第二轉子220產生對應的轉矩與轉角實現轉向動作。當汽車低速行駛時，控制轉向角傳動比較小，轉向較為直接；汽車高速行駛時，控制轉向角傳動比較大，降低駕駛員緊急轉向導致的汽車失穩。同時ECU接收到由轉向器轉矩傳感器440測出的實際轉矩信號和轉向器轉角傳感器430測出的實際轉角信號，并根據車速傳感器450測出的車速信號計算出此時所需要模擬的路感轉矩大小，并將此轉矩大小轉化為相應的控制電信號通過第一線路傳輸給第一定子勵磁繞組241，使第一轉子210產生對應的電磁制動轉矩，給駕駛員轉向輸入能夠線性反映汽車車輪回正力矩大小的負載，完成對路感的模擬。以此控制方式完成對同軸式雙轉子電機200的控制，從而同時實現可變線控轉向過程和駕駛員路感模擬。

本發明更加有益的是還可以在轉向時通過勵磁控制，第一定子勵磁繞組241在模擬路感時產生電磁制動力矩，電磁制動力矩發出的電能供給第二定子勵磁繞組251，從而使第二轉子220驅動轉向器320實現轉向。該方案實現了功率閉環，提高了能量的利用效率。

所述同軸式雙轉子電機線控轉向系統正常工作時，同步軸套230的所處的位置如圖3所示的第二位置，同步軸套230僅與第一轉子210齒輪軸嚙合，不與第二轉子220齒輪軸接觸。處于圓柱孔213中的滑塊216由于彈簧215的彈力被壓在同步軸套230的第二梯形定位槽234中與之配合，使得同步軸套230實現自鎖，無法軸向移動。此時無需上定子電磁線圈通電，第一轉子210與第二轉子220始終斷開，同軸式雙轉子電機線控轉向系統便始終保持著線控轉向的過程，節約了電能。

第二模式(即失效防護模式)：當同軸式雙轉子電機線控轉向系統的ECU檢測到傳感器或同軸式雙轉子電機整機故障、線控轉向失效時，則會立刻斷開由第一線路和第四線路，并同時對第三線路斷電，此時第三線路電容器儲存的電能則通過第三線路構成的回路對四個第二定子電磁線圈271實現短暫供電，第二定子電磁線圈271產生電磁吸引力作用于同步軸套230上。由于設計的梯形定位槽的角度θ合適，則在電磁吸引力的作用下，滑塊216將會克服彈簧215的彈性力，壓縮彈簧215離開第二梯形定位槽234斜面，滑到第一軸向通槽232上，然后滑入第一梯形定位槽233，同時，同步軸套230移動到第二軸肩222處，即由圖3所示的第二位置移動至圖10所示的第一位置，并由滑塊216自鎖機構固定于第二軸肩222處，從而使得線控轉向系統恢復機械式連接，保證了駕駛安全性。

第三模式(即第一轉子或第二轉子助力轉向模式)：當同軸式雙轉子電機線控轉向系統的ECU檢測到同軸式雙轉子電機200上某側電氣故障時，例如第一定子勵磁繞組241故障，則會立刻斷開由第一線路進入第一定子勵磁繞組241的控制電流，并保持ECU通過第四線路對同軸式雙轉子電機第二定子勵磁繞組251的控制電流，使同軸式雙轉子電機單側工作在電動模式，充當電動助力轉向驅動電機。輸出的助力轉矩的大小由同軸式雙轉子電機第二定子勵磁繞組251的控制電流大小決定，該電流依據車速傳感器450采集的車速信號和轉向盤轉矩傳感器420采集的駕駛員輸入的轉矩信號根據事先標定好的助力特性曲線圖(如圖11所示)查表計算得到，并將助力特性曲線的網格交叉處的車速和方向盤轉角對應的助力電機繞組電流匯總于表二。

表二 助力特性曲線數據匯總表

此外，同時對第三線路斷電，此時儲存于電容器中的電能則通過第三線路構成的回路對四個電磁線圈實現短暫供電，產生電磁吸引力作用于同步軸套230上。由于設計的梯形定位槽的角度θ合適，則在電磁吸引力的作用下，滑塊216將會克服彈簧215的彈性力，壓縮彈簧215離開第二梯形定位槽234斜面，滑到第一軸向通槽232上，然后滑入第一梯形定位槽233，同時同步軸套230向第二移動到第二軸肩222處，即由圖3所示的第二位置移動至圖10所示的第一位置，并由滑塊自鎖機構固定于第二軸肩222處，從而使得轉向系統保持機械式連接，此時同軸式雙轉子電機充當電動助力轉向電機，該同軸式雙轉子電機線控轉向系統工作于電動助力轉向模式。

當具有所述同軸式雙轉子電機線控轉向系統的汽車熄火停車時，ECU斷開對第三線路的供電，此時儲存于電容器中的電能則通過第三線路構成的回路對四個第二定子電磁線圈271實現短暫供電，產生電磁吸引力作用于同步軸套230上，將其由圖3所示的位置移動至圖10所示的位置，并由滑塊自鎖機構固定于第二軸肩222，使轉向系統恢復機械式連接，實現熄火停車時方向盤的鎖定，保證初始對中位置。

當具有所述同軸式雙轉子電機線控轉向系統的線控轉向系統故障排除或汽車重新起動時，ECU恢復對第三線路的供電并同時對第二線路短暫供電，使得第一定子電磁線圈261產生電磁力，將同步軸套230重新由圖10的位置移動到圖3的位置，并由滑塊自鎖機構固定于第一軸肩219處，斷開第一轉子210與第二轉子220的機械連接，從而使得轉向系統恢復線控轉向模式，由于第三線路中電容器的儲能作用，此時對第三線路供電并不會消耗電能。

綜上所述，整個同軸式雙轉子電機線控轉向系統的工作模式如圖表1所示。所述同軸式雙轉子電機線控轉向系統不僅結構緊湊，控制方便，能量消耗小，更是在線控轉向系統故障時能有效的提供一種基于機械的故障保護措施，保證了駕駛的安全性。

盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本發明的領域。對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。