一种转向操纵系统及车辆的制作方法

1.本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种转向操纵系统及车辆。


背景技术：

2.随着新的转向法规变更，取消了对全动力转向系统的匹配限制。由于全动力转向系统在转向性能(操纵性能、安全性能等)上显著优势，全动力转向系统会在商用车领域逐步推广应用。其中线控转向是全动力转向的主流技术方向，路感反馈装置是线控转向技术中核心技术和发展瓶颈。
3.现有车辆转向操纵机构主要采用机械管柱连接，方向盘与转向器之间使用转向管柱进行机械连接，需要占用相当的布置空间，同时限制了方向盘、转向机的布置位置，且机械结构传递动力时无法反向传递，进而导致无法实现路感反馈。


技术实现要素：

4.本发明的第一方面的一个目的是要提供一种转向操纵系统，解决现有技术中转向管柱因机械结构连接导致的布置空间大并且无法实现路感反馈的问题。
5.本发明的第一方面的另一个目的是解决现有技术中转向速比单一，操纵性能较差的问题。
6.本发明的第二方面的一个目的是提供一种包含有该转向操纵系统的车辆。
7.特别地，本发明提供一种转向操纵系统，包括方向盘组件、转向器以及动力传动机构，所述动力传动机构包括液压管和分别设置于所述液压管两端的第一传动机构和第二传动机构，其中：
8.所述第一传动机构包括传动连接的第一移动端和第一转动端，用于实现所述第一转动端的旋转运动与所述第一移动端的直线运动之间的相互转化，所述第一转动端与所述方向盘组件相连；
9.所述第二传动机构包括传动连接的第二移动端和第二转动端，用于实现所述第二转动端的旋转运动与所述第二移动端的直线运动之间的相互转化，所述第二转动端与所述转向器相连；和
10.所述液压管内部设置有液压油，所述第一移动端和所述第二移动端均包括与所述液压管配合的活塞缸，且分别设置于所述液压管的两端，以通过所述液压油传递动力。
11.可选地，所述液压管为软管。
12.可选地，所述转向操作系统还包括无极变速控制机构，所述无极变速控制机构的输入端与所述第二传动机构的所述第二转动端相连，所述无极变速控制机构的输出端与所述转向器的输入轴相连，所述无极变速控制机构的用于使所述第二传动机构的所述第二转动端的旋转运动通过所述无极变速控制机构变速后传递至所述输入轴。
13.可选地，所述转向操作系统还包括转角扭矩传感器和轮速传感器；
14.所述转角扭矩传感器用于检测所述方向盘的转矩信息和转角信息；
15.所述轮速传感器设置在车轮处，用于检测车辆的轮速信息，并根据所述轮速信息得到车速信息。
16.可选地，所述转向器为液压转向器，
17.所述转角扭矩传感器和所述轮速传感器均与所述无极变速控制机构连接，所述无极变速控制机构接收所述转矩信息、所述转角信息和所述车速信息；
18.其中，所述无极变速控制机构用于根据接收到的所述车速信息、所述转矩信息和所述转角信息得到所述转向操纵系统的速比信息，并根据所述速比信息实时调整所述转向操纵系统的速比后传递给所述液压转向器；
19.所述速比信息根据所述转矩信息、所述转角信息和所述车速信息标定得到。
20.可选地，所述转向器为电控液压转向器，所述电控液压转向器内部设置有转向电机；
21.所述转向操纵系统还包括转向控制处理器，所述转向控制处理器与所述电控液压转向器、无极变速控制机构、转角扭矩传感器和所述轮速传感器均连接，所述转向控制处理器用于接收所述转矩信息、所述转角信息和所述车速信息，并根据所述车速信息、所述转矩信息和所述转角信息得到所述转向操纵系统的速比信息和所述转向电机的输出信息；其中，所述输出信息包括电机转角信息和电机扭矩信息；
22.所述转向控制处理器用于将所述速比信息传递给所述无极变速控制机构，以使得所述无极变速控制机构根据所述速比信息实时调整所述转向操纵系统的速比后传递给所述电控液压转向器；
23.所述转向控制处理器用于将所述转向电机的所述输出信息传递给所述电控液压转向器，以使得所述电控液压转向器的所述转向电机根据所述输出信息调整转速和扭矩。
24.可选地，所述方向盘组件还包括方向盘和转向扭杆。
25.所述方向盘包括输出轴；和
26.所述转向扭杆设置在所述方向盘的输出轴和所述第一转动端之间，用于将所述方向盘的旋转运动传递给所述第一传动机构；
27.所述转角扭矩传感器设置在所述转向扭杆和所述方向盘的输出轴之间，用于检测所述方向盘的转矩信息和转角信息。
28.可选地，所述第一转动端和第二转动端均选自齿轮齿条机构或涡轮蜗杆机构；
29.所述第一移动端和所述第二移动端均包括活塞，所述活塞与所述第一转动端在所述活塞缸内移动以推动所述活塞缸内的液压油经所述液压管在两个所述活塞之间传递动力。特别地，本发明还提供一种车辆，该车辆包括上面所述的转向操纵系统。
30.可选地，所述第一传动机构包括：
31.第一齿轮，与所述转向扭杆连接；
32.与所述第一齿轮啮合第一齿条，所述第一齿条的两端分别设置有同时运动第一活塞和第二活塞；
33.第一活塞缸，设置在所述第一齿条的一端，所述第一活塞在所述第一活塞缸内移动；和
34.第二活塞缸，设置在所述第一齿条的一端，所述第二活塞在所述第二活塞缸内移动。
35.可选地，所述第二传动机构包括：
36.第二齿轮，与所述无极变速机构连接；
37.与所述第二齿轮啮合第二齿条，所述第二齿条的两端分别设置有同时运动第三活塞和第四活塞；
38.第三活塞缸，设置在所述第二齿条的一端，所述第三活塞在所述第三活塞缸内移动；和
39.第四活塞缸，设置在所述第二齿条的一端，所述第四活塞在所述第四活塞缸内移动。
40.可选地，所述液压管的数量为两个，其中一个所述液压管的两端分别连通第一活塞缸和第四活塞缸，另一个所述液压管的两端分别连通第二活塞缸和第四活塞缸。
41.本发明的转向操纵系统的动力传动机构通过可以让旋转运动与直线运动相互转化的第一传动机构和第二传动机构结合连接在第一传动机构和第二传动机构之间的液压管内的液压油来传递动力和系统力矩，取消了纯机械的运动连接，减少了布置空间要求，提升人机操纵布置空间，人机操纵性能好。此外，由于第一传递机构与第二传动机构之间的直线运动和旋转运动均可以相互转化，且通过液压油来传递动力，使得方向盘组件和转向器之间可以相互传递动力，实现方向盘力矩、转向器输入轴力矩的实时反馈，完成实时路感反馈。
42.本发明的液压管为软管，由于软管可以进行弯折等，因此可以随意调整整个转向操纵系统的部件位置，且在满足功能需求的情况下进行减小转向操纵系统的体积，降低转向操纵系统的质量。
43.本发明在第二传动机构与转向器之间设置有无极变速控制机构，使方向盘组件与转向器的输入轴间实现无极变速，从而实现多样性的转向速比。
44.根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
45.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
46.图1是根据本发明一个实施例的转向操纵系统的示意性结构图；
47.图2是根据本发明一个实施例的第一传动机构和第二传动机构通过液压管连接的示意性结构图；
48.图3是根据本发明另一个实施例的转向操纵系统的示意性结构图；
49.图4是根据本发明一个实施例的转向操纵系统的示意框图；
50.图5是根据本发明一个实施例的第一传动机构或第二传动机构的示意性结构图；
51.图6是根据本发明另一个实施例的转向操纵系统的示意框图。
具体实施方式
52.图1是根据本发明一个实施例的转向操纵系统的示意性结构图。图2是根据本发明
一个实施例的第一传动机构和第二传动机构通过液压管连接的示意性结构图。
53.具体地，本实施例提供一种转向操纵系统100，该转向操纵系统100可以包括方向盘组件10、转向器20以及二者之间的动力传动机构30。该动力传动机构30用于在方向盘组件10和转向器20之间传递动力。具体地，本实施例的动力传动机构30可以包括第一传动机构31、第二传动机构32和液压管33。其中，第一传动机构31可以包括传动连接的第一移动端311和第一转动端312，用于实现第一转动端312的旋转运动与第一移动端311的直线运动之间的相互转化，第一转动端312与方向盘组件10相连。第二传动机构32可以包括传动连接的第二移动端321和第二转动端322，用于实现第二转动端322的旋转运动与第二移动端321的直线运动之间的相互转化，第二转动端322与转向器20相连。液压管33内部设置有液压油，第一移动端311和第二移动端321均包括与液压管33配合的活塞缸，且分别设置于液压管33的两端，以通过液压油传递动力。
54.本实施例的转向操纵系统100的动力传动机构30通过可以让旋转运动与直线运动相互转化的第一传动机构31和第二传动机构32结合连接在第一传动机构31和第二传动机构32之间的液压管33内的液压油来传递动力和系统力矩，取消了纯机械的运动连接，减少了布置空间要求，提升人机操纵布置空间，人机操纵性能好。
55.此外，由于本实施例的液压管33的两侧均设置第一传动机构31和第二传动机构32，且第一传动机构31和第二传动机构32均包括移动端和转动端，两个传动机构的移动端通过液压油来传递动力，使得方向盘组件10和转向器20之间可以相互传递动力，实现方向盘力矩、转向器20输入轴力矩的实时反馈，完成实时路感反馈。解决了实时路感反馈的技术难题，解决了线控转向技术瓶颈，可以广泛应用于商用车领域线控转向系统。
56.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的液压管33为软管。由于软管可以进行弯折等，因此可以随意调整整个转向操纵系统100的部件位置，且在满足功能需求的情况下进行减小转向操纵系统100的体积，降低转向操纵系统100的质量。
57.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的转向操纵系统100还可以包括无极变速控制机构34，该无极变速控制机构34的输入端与第二传动机构32的第二转动端322相连、其输出端与转向器20的输入轴相连，以使得第二传动机构32的第二转动端322的旋转运动通过无极变速控制机构34变速后再传递至转向器20的输入轴。
58.本实施例中在第二传动机构32与转向器20之间设置有无极变速控制机构34，实现方向盘组件10与转向器20的输入轴间实现无极变速，从而实现多样性的转向速比。
59.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的转向操纵系统100还可以包括转角扭矩传感器35和轮速传感器36。转角扭矩传感器35用于检测方向盘的转矩信息和转角信息。轮速传感器36设置在车轮处，用于检测车辆的轮速信息，并根据轮速信息得到车速信息。
60.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的方向盘组件10还可以包括方向盘11和转向扭杆12。其中，方向盘11包括输出轴111。转向扭杆12设置在方向盘11的输出轴111和第一传动机构31的第一转动端312之间，用于将方向盘11的旋转运动传递给第一传动机构31。转角扭矩传感器35设置在转向扭杆12和方向盘11的输出轴111之间，用于检测方向盘11的转矩信息和转角信息。
61.图3是根据本发明另一个实施例的转向操纵系统的示意性结构图；作为本发明一个具体的实施例，本实施例的转向器20可以为液压转向器(如图1所示)和电动液压转向器
(如图3所示)。
62.图4是根据本发明一个实施例的转向操纵系统的示意框图；在一个实施例中，如图1和图4所示，当转向器20为液压转向器时，转角扭矩传感器35和轮速传感器36均与无极变速控制机构34连接，无极变速控制机构34接收转矩信息、转角信息和车速信息。其中，无极变速控制机构34用于根据接收到的车速信息、转矩信息和转角信息得到转向操纵系统100的速比信息，并根据速比信息实时调整转向操纵系统100的速比后传递给液压转向器。
63.速比信息根据转矩信息、转角信息和车速信息标定得到。
64.转向操纵系统100配置成方向盘11的旋转运动通过转向扭杆12传递至第二传动机构32的第一转动端312后，并经由第一移动端311转化为直线运动后由液压管33传递至第二移动端321，再由第二转动端322转化为旋转运动，从而带动转向器20旋转。
65.转向器20将接收到的路感激励转动传递至第二转动端322，并经由第二移动端321转化为直线运动后由液压管33传递至第一移动端311，再经由第一转动端312转化为旋转运动，从而使方向盘11接收到路感激励转动形成的反馈信息。
66.具体地，本实施例中的第一转动端312和第二转动端322均选自齿轮齿条机构或涡轮蜗杆机构。具体地，本实施例以第一传动机构31和第二传动机构32的转动端为齿轮齿条机构、移动端为活塞进行具体的说明。
67.图5是根据本发明一个实施例的第一传动机构或第二传动机构的示意性截面图；作为其中一个实施例，如图2和图5所示，所述第一传动机构31可以包括第一齿轮313、第一齿条314、第一活塞缸315和第二活塞缸316。其中，第一齿轮313与所述转向扭杆12连接。第一齿条314与所述第一齿轮313啮合，所述第一齿条314的两端分别设置有同时运动第一活塞317和第二活塞318。第一活塞缸315设置在所述第一齿条314的一端，所述第一活塞317在所述第一活塞缸315内移动。第二活塞缸316设置在所述第一齿条314的另一端，所述第二活塞318在所述第二活塞缸316内移动。
68.所述第二传动机构32可以包括第二齿轮323、第二齿条324、第三活塞缸325和第四活塞缸326。第二齿轮323与所述无极变速控制机构34连接。第二齿条324与所述第二齿轮323啮合，所述第二齿条324的两端分别设置有同时运动第三活塞327和第四活塞328。第三活塞缸325设置在所述第二齿条324的一端，所述第三活塞327在所述第三活塞缸325内移动。第四活塞缸326设置在所述第二齿条324的一端，所述第四活塞328在所述第四活塞缸326内移动。
69.所述液压管的数量为两个，分别为第一液压管331和第二液压管332，其中，第一液压管331的两端分别连通第一活塞缸315和第四活塞缸326，第二液压管332的两端分别连通第二活塞缸316和第四活塞缸326。
70.具体地，当转向器20为液压转向器时，方向盘11连接输出轴111，输出轴111与转向扭杆12连接，转角扭矩传感器35固定在转向扭矩和方向盘11的输出轴111之间。
71.第二传动机构32的第二齿轮323与无极变速控制机构34固联，无极变速控制机构34的输出端与转向器20输入轴相连。无极变速控制机构34分别接收轮速传感器36、转角扭矩传感器35输出的车轮转速信息、方向盘11转角信息和扭矩信息。
72.当方向盘11转动时，通过转向扭杆12带动第一齿轮313转动，第一齿条314在第一齿轮313的带动下平动，第一活塞317和第二活塞318可以跟随第一齿条314分别在第一活塞
缸315和第二活塞缸316内运动。当方向盘11转动带动第一齿条314向左平动时，此时第一活塞317和第二活塞318均向左推动，则第一活塞缸315内的液压油随着第一液压管331被挤压到第四活塞缸326内，第二齿条324也会向左运动。第三活塞缸325内的液压油也会被挤压随着第二液压管332进入到第二活塞缸316内部，进而推动第一齿条314向左运动。在第二齿条324运动时，第二齿轮323转动，进而带动无极变速控制机构34运动。
73.具体工作原理包括：
74.转向及回正功能：
75.驾驶员转动方向盘11，使转向扭杆12发生扭转，转角扭矩传感器35输出转矩信息和转角信息。
76.转向扭杆12带动第一传动机构31中的第一齿轮313转动，通过液压管中的液压油流入第二传动机构32中，推动第二传动机构32中的第二齿条324和第二齿轮运动。
77.无极变速控制机构34根据接收的车速信息、方向盘11转角信息和扭矩信息，实时控制、调整速比；
78.第二传动机构32中的第二齿轮323转动，通过无极变速控制机构34的变速后传递至转向器20的输入轴，使转向器20开始输出转向助力。
79.路感反馈功能：
80.道路激励通过转向杆系传递至转向器20的输入轴，输入轴通过无极变速机构变速后，带动第二传动机构32中的第二齿轮323转动，推动第二传动机构32中的第二齿条324、第三活塞327及第四活塞328运动。
81.第二传动机构32中的运动使液压油通过液压管33流入第一传动机构31中，推动第一传动机构31中的第一齿条314和第一齿轮313运动。
82.第一传动机构31中的第一齿轮313转动，通过转向扭杆12、方向盘11输入轴传递至方向盘11，使驾驶员感受到道路激励信息。
83.图6是根据本发明另一个实施例的转向操纵系统的示意框图。在另一个实施例中，如图3和图6所示，当转向器20为电控液压转向器时，该电控液压转向器20内可以包括转向电机。
84.本实施例的转向操纵系统100还可以包括转向控制处理器37，转向控制处理器37与电控液压转向器、无极变速控制机构34、转角扭矩传感器35和轮速传感器36均连接，转向控制处理器37用于接收转矩信息、转角信息和车速信息，并根据车速信息、转矩信息和转角信息得到转向操纵系统100的速比信息和转向电机的输出信息。其中，输出信息包括电机转角信息和电机扭矩信息。
85.本实施例中，速比信息根据转矩信息、转角信息和车速信息标定得到。输出信息根据转矩信息、转角信息和车速信息标定得到。
86.转向控制处理器37用于将速比信息传递给无极变速控制机构34，以使得无极变速控制机构34根据速比信息实时调整转向操纵系统100的速比后传递给电控液压转向器。
87.转向控制处理器37用于将转向电机的输出信息传递给电控液压转向器，以使得电控液压转向器的转向电机根据输出信息调整转速和扭矩。
88.转向操纵系统100配置成方向盘11的旋转运动通过转向扭杆12传递至第二传动机构32的第一转动端312后，并经由第一移动端311转化为直线运动后由液压管33传递至第二
移动端321，再由第二转动端322转化为旋转运动，从而带动转向器20旋转。
89.转向器20将接收到的路感激励转动传递至第二转动端322，并经由第二移动端321转化为直线运动后由液压管33传递至第一移动端311，再经由第一转动端312转化为旋转运动，从而使方向盘11接收到路感激励转动形成的反馈信息。
90.具体地，本实施例以第一传动机构31和第二传动机构32的转动端为齿轮齿条机构、移动端为活塞进行具体的说明。
91.具体地，当转向器20为电控液压转向器时，第一传动机构31和第二传动机构32的结构和运动原理与前面一致，在此不再赘述。
92.方向盘11连接输出轴111，输出轴111与转向扭杆12连接，转角扭矩传感器35固定在转向扭矩和方向盘11的输出轴111之间。第一传动机构31利用液压管33将动机传递至第二传动机构32。第二传动机构32的第二齿轮323与无极变速控制机构34固联，无极变速控制机构34的输出端与转向器20输入轴相连。转向控制处理器37分别接收轮速传感器36、转角扭矩传感器35输出的车轮转速信息、方向盘11转角信息和扭矩信息，输出系统速比信息至无极变速控制机构34，输出转向电机的输出信息至电控液压转向器。
93.具体工作原理包括：
94.转向及回正功能：
95.驾驶员转动方向盘11，使转向扭杆12发生扭转，转角扭矩传感器35输出转矩信息和转角信息。
96.转向扭杆12带动第一传动机构31中的第一齿轮313转动，通过液压管中的液压油流入第二传动机构32中，推动第二传动机构32中的第二齿条324和第二齿轮运动。
97.转向控制处理器37根据接收的车速信息、方向盘11转角信息和扭矩信息，实时输出需求速比信息、电控液压转向器中转向电机的输出信息。
98.无极变速控制机构34根据接收的速比信息实时控制、调整速比。
99.电控液压转向器根据接收的转向电机转角信息需求执行，并输出转向力矩。
100.路感反馈功能：
101.道路激励通过转向杆系传递至转向器20的输入轴，输入轴通过无极变速机构变速后，带动第二传动机构32中的第二齿轮323转动，推动第二传动机构32中的第二齿条324、第三活塞327及第四活塞328运动。
102.第二传动机构32中的运动使液压油通过液压管33流入第一传动机构31中，推动第一传动机构31中的第一齿条314和第一齿轮313运动。
103.第一传动机构31中的第一齿轮313转动，通过转向扭杆12、方向盘11输入轴传递至方向盘11，使驾驶员感受到道路激励信息。
104.作为本发明一个具体的实施例，本发明还提供一种车辆，该车辆可以包括上面所述的转向操纵系统100。
105.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。