一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置

本发明涉及车辆工程智能底盘，尤其涉及一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置。

背景技术：

1、角模块结构是指集成了驱动功能、悬架功能、转向功能、制动功能的一体化模块总成。角模块总成有利于车辆线控化，智能化，将原先的机械传动结构变为电控。高度集成式的设计使得传统的转向系统极大程度被简化，直接由设置在角模块中的转向装置提供转向力矩，节约了传统转向传递线路的布置空间。但在现有的角模块转向装置中，存在体积过大、极端工况下易机械失效、电子设备失效、安装位置导致簧下质量过大等技术问题，因此提出本发明中的结构来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于：提供一种适用于角模块的转向装置，通过驱动电机输入力矩和基于圆柱齿轮减速和摆线针轮减速的大倾覆力矩承载减速机构减速增扭为角模块转向系统提供转向力矩并通过摆线针轮减速机构高精度的特性来提升转向角度控制的精度。

2、本发明的另一个目的在于：提供一种圆锥滚子轴承与摆线针轮减速机构结合的结构，保证转向装置在极端工况下受到大倾覆力矩时仍能稳定地工作以及足够的使用寿命。

3、本发明的第三个目的在于：提供一种冗余型角度传感器内含两套可独立工作互为冗余的传感部件以检测并反馈转向角度以实现精准控制以及一种双绕组驱动电机两组线圈绕组互为冗余以实现当电机中一组线圈失效后仍能保持稳定工作，提高转向装置的鲁棒性。

4、本发明的第四个目的在于：提供一种安装于角模块上方直接与车身连接的转向装置，减小了角模块车辆的簧下质量，提高其动力学性能。

5、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

6、提供一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，包括：

7、驱动电机，设置为双绕组电机。

8、大倾覆力矩承载减速机构，主要由圆柱齿轮减速机构与摆线针轮减速机构组成，电机输出轴与小圆柱齿轮连接，小圆柱齿轮上下两侧各安装一个第一滚珠轴承，小圆柱齿轮与大圆柱齿轮啮合传动，大圆柱齿轮上下两侧各安装一个第二滚珠轴承，大圆柱齿轮与摆线针轮减速机构主轴连接，主轴与两个偏心轮连接，两个偏心轮分别各与一个摆线轮连接，两个摆线轮同时与上下两个输出轮连接，上输出法兰通过螺柱连接的方式与上侧输出轮连接，下输出法兰通过与力矩输出螺柱一起和下侧输出轮连接，减速器壳包括减速器盖、壳体法兰与滚针壳。

9、角度传感装置，包括冗余型角度传感器与角度传感器连接件，冗余型角度传感器通过角度传感器连接件减速机构输出法兰中轴柱连接。

10、作为一种优选的技术方案，所述驱动电机设置为双绕组电机，其中包含两组可独立工作也可协同工作的线圈绕组。

11、作为一种优选的技术方案，所述驱动电机输出轴与所述小圆柱齿轮通过键连接的方式连接，小圆柱齿轮上下两个各安装一个第一滚珠轴承。

12、作为一种优选的技术方案，所述小圆柱齿轮与所述大圆柱齿轮啮合传动作为第一级减速机构。

13、作为一种优选的技术方案，所述大圆柱齿轮与所述摆线针轮主轴通过花键连接的方式连接，大圆柱齿轮上下两个各安装一个第二滚珠轴承。

14、作为一种优选的技术方案，所述摆线针轮主轴与两个所述偏心轮通过键连接的方式连接，同时偏心轮与摆线轮连接以带动摆线轮作偏心运动。

15、作为一种优选的技术方案，所述摆线轮与所述滚针啮合传动作为第二级减速机构，滚针安装在所述滚针壳内壁的凹槽中，同时上下两端安装滚针固定套以固定滚针位置。

16、作为一种优选的技术方案，所述输出轮与所述摆线轮通过螺柱与直柱交错的方式连接，上下共两个输出轮，所述输出轮的对应端各安装一个圆锥滚子轴承。

17、作为一种优选的技术方案，所述上输出法兰与上侧所述输出轮以螺柱连接的方式连接，所述力矩输出螺柱与下侧所述输出轮连接，同时，下侧所述输出轮通过所述力矩输出螺柱与所述下输出法兰连接。

18、作为一种优选的技术方案，所述下输出法兰中轴柱贯穿摆线针轮主轴，通过角度传感器连接件与所述冗余型角度传感器连接以检测转向角度。

19、作为一种优选的技术方案，所述冗余型角度传感器内有两组可独立工作也可协同工作的传感部件。

20、作为一种优选的技术方案，所述驱动电机与所述壳体法兰一侧连接，所述滚针壳与电机连接同一侧连接，所述减速器盖与所述壳体法兰另一侧连接。

21、作为一种优选的技术方案，所述力矩输出螺柱与角模块相关部件连接。

22、本发明的有益效果在于：

23、本发明提供一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其中包括驱动电机、大倾覆力矩承载减速机构以及角度传感装置。驱动电机设置为双绕组电机，两组线圈绕组互为冗余可独立工作也可协同工作，在一组线圈失效时仍能保持转向功能工作稳定。大倾覆力矩承载减速机构包括圆柱齿轮减速与摆线针轮减速，可实现较大减速比，使得对电机的要求降低，功率与扭矩较低的电机也可实现转向功能。摆线针轮减速机构中输出轮上安装的圆锥滚子轴承有较好的承力作用，能够使该装置在大倾覆力矩的极端工况下保持稳定工作同时具有较长的工作寿命，同时，摆线针轮减速机构作为一种高精度的机构，能够有效提高转向角度控制的精度。将原先摆线针轮减速机构中的偏心轴优化设计为主轴加偏心轮，使得加工难度降低。在本装置上方安装了冗余型角度传感器以检测转向角度实现精准控制以及自动回正等功能，冗余型传感器内有两组可独立工作的传感部件，在其中一组失效时仍能保持稳定工作。且本装置适用于转向臂式的角模块总成，转向装置安装于角模块总成的上方与车身直接连接而非与车轮直接连接，减轻了角模块车辆的簧下质量。

技术特征：

1.一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，所述驱动电机(1)设置为双绕组电机，一个电机内有两组可独立工作也可协同工作的线圈绕组互为冗余，所述驱动电机(1)的输出轴与所述小圆柱齿轮(211)连接，所述小圆柱齿轮(211)上下两侧各安装一个所述第一滚珠轴承(213)。

3.根据权利要求1所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，所述小圆柱齿轮(211)与所述大圆柱齿轮(212)啮合传动，所述大圆柱齿轮(212)上下两侧各安装一个所述第二滚珠轴承(214)。

4.根据权利要求1所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，所述大圆柱齿轮(212)与所述摆线针轮主轴(221)连接，所述摆线针轮主轴(221)通过键连接的方式与两个所述偏心轮(222)连接，所述偏心轮(222)与对应所述摆线轮(223)连接并共同做偏心运动。

5.根据权利要求4所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，所述输出轮(224)共上下两个与所述摆线轮(223)连接，所述输出轮(224)各连接一个所述圆锥滚子轴承(227)。

6.根据权利要求4所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，所述摆线轮(223)与所述滚针(225)啮合。

7.根据权利要求6所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，所述滚针壳(243)内壁有凹槽用于放置所述滚针(225)，同时在所述滚针(225)上下两端安装所述滚针固定套(226)以固定所述滚针(225)与所述滚针壳(243)的相对位置不变，同时确保所述摆线轮(223)与所述滚针(225)的啮合功能正常。

8.根据权利要求5所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，所述上输出法兰(228)通过螺柱连接的方式与上侧所述输出轮(224)连接，所述力矩输出螺柱(23)与下侧所述输出轮(224)连接，同时，下侧所述输出轮(224)通过所述力矩输出螺柱(23)与所述下输出法兰(229)连接。

9.根据权利要求8所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，其特征在于，所述下输出法兰(229)中轴柱贯穿所述摆线针轮减速机构(22)主轴线，所述冗余型角度传感器(31)通过角度传感器连接件(32)与所述下输出法兰(229)中轴柱连接以检测转向角度，所述冗余型角度传感器(31)内包含两组互为冗余可协同工作也可独立工作的传感部件。

10.根据权利要求1所述的一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置，所述驱动电机(1)与所述壳体法兰(242)一侧连接，所述滚针壳(243)与电机连接同一侧连接，所述减速器盖(241)与所述壳体法兰(242)另一侧连接。

技术总结
本发明属于车辆工程智能底盘技术领域，公开了一种具有大倾覆力矩承载能力的冗余型汽车角模块转向装置。此装置主要由双绕组驱动电机、大倾覆力矩承载减速机构以及冗余型角度传感装置组成，其中电机与传感装置中有两组可独立工作的部件，大倾覆力矩承载减速机构是圆柱齿轮减速机构与摆线针轮减速机构组成的二级减速机构。驱动电机输出力矩经由大倾覆力矩承载减速机构增益后驱动角模块转动，角度传感装置与输出部分连接检测转向角度并反馈控制模块以实现闭环控制。此装置作为承载部件将角模块与车身相连接。本发明具有大倾覆力矩承载能力，并且多部件冗余提高了安全性与转向角度控制精度，同时可降低角模块车辆的簧下质量。

技术研发人员：白中浩,李文祥,朱晨侃,郭雅各
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/6