一种适用于线控转向汽车的转向模式切换装置的制作方法

本实用新型涉及线控转向汽车的主动安全，用于线控转向汽车转向的模式切换机构。

背景技术：
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线控转向系统(steer-by-Wire System，简称SBW)是指：应用液压或辅助电力，通过电信号而不是通过连接方向盘旋转和车轮旋转的机械结构来控制转向的装置。

所述线控转向系统通常包括方向盘转角传感器、车轮转向角传感器、转向制动器、电子控制单元(electronic control unit，简称ECU)。

当驾驶员转动方向盘时，方向盘转角传感器及车轮转角传感器将其信号传递到电子控制单元，电子控制单元通过计算后控制转向电机，从而实现车轮的转向。

汽车线控转向系统在结构上取消了方向盘与转向车轮之间的机械连接，其最大特点为传动比可变，因此可以通过制定合理的角传动比控制策略使汽车实现较为理想的转向，即汽车低速行驶时，转向系统具有较小的传动比，可提高汽车在低速时的转向灵敏性；高速行驶时，转向系统具有较大的传动比，可防止转向过于灵敏，从而提高汽车高速行驶时的稳定性。

然而，由于当前技术的不成熟或者制造工艺不够完善等原因，导致电子控制单元产生对车辆行驶状态的误判或产生致命错误等，会对车辆的行驶安全性造成极大的威胁。

因此需要用一个备用(backup)离合器来防止这种上述威胁的产生。中国专利文献资料公开了一种用于线控转向的安全装置[申请号：201510180876公开号：CN 105035157 A]该装置在线控转向模式下，输入轴与输出轴机械分离，在线控转向产生致命错误时，输入轴与输出轴通过致动器实现扭矩从输入轴到输出轴的传递，从而解决线控转向的致命错误。

然而，线控转向出现误差时，而电子控制单元对此无法做出判断时，该安全装置不会起作用，从而会增加驾驶员的驾驶负担甚至发生危险。并且，输入轴与输出轴在线控转向时完全分离，输入轴与输出轴之间容易产生相对位移或者在车辆抖动较为剧烈时导致致动器无法正常工作，从而可能导致线控转向的致命错误无法解决。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是针对上述问题，提供了一种适用于线控转向汽车的转向模式切换装置，可以确保使一个简单、紧凑、可靠的线控转向的冗余安全性，并且由于转向模式可以自由的切换，因此可以适应不同驾驶员的驾驶习惯。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种适用于线控转向汽车的转向模式切换装置，其特征在于包括转向柱输入轴、中间轴、输出轴、输入齿轮、旋板、常啮合大齿轮、常啮合小齿轮、输出齿轮、结合套筒、结合套座、换挡拨叉。

其中，所述输入轴与输出轴通过圆柱滚子轴承连接，所述结合套筒通过其外外部圆周方向的开槽与换挡拨叉配合，所述输入齿轮与旋转板通过平键配合，所述常啮合大齿轮通过键连接固定于中间轴上端，与输入齿轮保持长啮合状态，所述常啮合小齿轮通过键连接固定于中间轴下端，与输出齿轮保持常啮合状态，所述结合套座通过键连接固定于输入轴，其外边缘有一个沿轴向的开槽，与结合套筒内平键相配合，所述旋转板与输入齿轮通过键连接相配合实现扭矩向输入齿轮的传递且旋转板上带有一个角度传感器，当电子控制单元判断线控转向出现故障需要切换转向模式且旋转板转角与方向盘转角相等时，通过电子控制单元控制换挡拨叉的上下移动，可实现转向模式由线控转向模式向机械转向模式的切换，相比于使用位置检测传感器，使用角度传感器能够避免在方向盘与旋转板相对转角位360°或720°误切换转向模式。本装置换挡拨叉的上下移动通过机械装置传动可通过机械装置传动手动控制。

由于采用以上技术方案，本实用新型具有如下显著特点和有益效果：

1、输入轴与输出轴通过圆柱滚子轴承连接，可减小输入轴与输出轴在车辆在行驶过程中由于路面不平等状况引起的振动，也可保证输入轴与输出轴之间不存在相对径向位移，从而使得传统转向时输入轴输出轴扭矩传递更加平顺。

2、通过结合套筒进行切换转向模式，由于结合套筒与结合套座都在输入轴上，因此模式切换会比较顺畅、可靠，且可以在车况较恶劣的情况下切换转向模式。

3、结合套筒的移动是通过控制换挡拨叉来实现，换挡拨叉既可由电子控制单元通过电磁继电器控制，也可由驾驶员通过机械结构传递手动控制，一方面可以避免在电子控制单元出现误判情况而导致无法切换为传统转向模式，从而保证安全的冗余性，另一方面可以根据驾驶员的驾驶习惯自由切换转向模式。

4、传统转向模式与线控转向模式共用一个齿轮齿条机构将力从输出轴传递到转向横拉杆上，一方面可以减小能量的浪费和减小线控转向模式下的阻力，另一方面可以保证在传统转向模式长时间不使用时，也可保证在突发情况时该转向模式也能够正常使用。

附图说明：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型装置的结构总图。

图2为本实用新型装置中用于线控转向的离合器装置。

图3为本实用新型装置中的结合套座。

图4为本实用新型装置中的结合套筒。

图5为本实用新型装置中的旋转板。

图6为传统转向模式下的转向离合器。

图中1为方向盘、2为方向盘转角传感器、3为反馈电机、4为减速器、5为输入轴、6为结合套座、7为换挡拨叉、8为结合套筒、9为常啮合大齿轮、10为中间轴、11为常啮合小齿轮、12为旋转板、13为输入齿轮、14为输出齿轮、15为输出轴、16为电子控制单元、17 为转向电机、18为转向电机减速器、19为车轮、20为转向横拉杆、21为圆柱齿轮、22为齿条、23为旋转板转角传感器、24为圆柱滚子轴承。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型对具体实施方式做详细介绍。

参阅图2，输入轴5与输出轴15通过圆柱滚子轴承24连接，可减小输入轴5与输出轴 15在车辆行驶过程中由于路面不平引起的振动，也可保证输入轴5与输出轴15之间不存在相对径向位移，从而保证扭矩传递的平滑与稳定。

常啮合大齿轮9通过键连接固定于中间轴10上端，与输入齿轮13保持长啮合状态，所述常啮合小齿轮11通过键连接固定于中间轴10下端，与输出齿轮14保持常啮合状态。

参阅图2，图3，结合套座6外部有一键槽，通过平键与输入轴5配合，其外部沿轴向有一凹槽，凹槽、键槽与结合套座中心轴线夹角为180°，以平衡切向力。

参阅图2，图4，结合套筒8内部有一个平键，与结合套座6外部凹槽相配合，外部沿圆周方向有一个凹槽，用以与换挡拨叉7相配合。

参阅图2，图5，旋转板12上端沿轴向开有一凹槽，并与上表面有一个倒角边，为的是在切换为传统转向模式时，结合套筒8内的平键能够较为顺利的插入旋转板12的凹槽内，旋转板12下部圆柱外表面面沿轴向有一沿轴向的键槽，用于与输入齿轮13相配合，旋转板12 内安装在输入轴下端，在线控转向模式下可与输入轴5发生相对转动。

参阅图2，在线控转向模式下，结合套筒8与旋转板12没有接触，此时旋转板12没有收到扭矩，输出轴15的扭矩由转向电机17提供。

参阅图6，当线控转向出现错误时，方向盘转角传感器2测得的方向盘转角与旋板转角传感器测23得的旋旋转板转角相等时，电子控制单元可通过电磁继电器控制换挡拨叉7向下运动，使得结合套筒8与旋转板12相配合，此时实现扭矩从输入轴5经结合套座6、结合套筒 8、旋转板12、输入齿轮13、常啮合大齿轮9、常啮合小齿轮11、输出齿轮14到输出轴15 的传递，从而切换为传统转向模式。

另一方面，驾驶员可根据自己需求手动通过机械结构传递控制换挡拨片7的移动，转向模式的切换，这一操作需在方向盘转角为0情况下进行。

由于整个转向模式切换所需机构均在输入轴5上，因此可以保证换挡的平顺性与可靠性。

最后说明的是，虽然以上对本实用新型结合附图进行了描述说明,但是以上描述仅以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换很多形式，而不脱离本实用新型的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围之中。