车用电机式主动稳定杆

摘要

本发明公开一种车用电机式主动稳定杆，包括左稳定杆(1)、右稳定杆(5)、电机(4)，还包括锁止机构(2)和减速机构(3)，所述左稳定杆(1)与锁止机构(2)相连，所述右稳定杆(5)与电机(4)的机壳相连，所述减速机构(3)一端与电机(4)相连，其另一端与锁止机构(2)相连。本发明的车用电机式主动稳定杆，体积小、具备锁止功能。

权利要求

1.一种车用电机式主动稳定杆，包括左稳定杆(1)、右稳定杆(5)、电机(4)，其特征在于：还包括锁止机构(2)和减速机构(3)，所述左稳定杆(1)与锁止机构(2)相连，所述右稳定杆(5)与电机(4)的机壳相连，所述减速机构(3)一端与电机(4)相连，其另一端与锁止机构(2)相连；

所述锁止机构(2)包括磁体(21)、霍尔传感器(22)、复位弹簧(23)、线圈(24)、左侧板(25)、摩擦轮(26)和动轮(27)，所述动轮(27)以左稳定杆(1)为轴，并与左稳定杆(1)的右端固定连接，所述摩擦轮(26)设于动轮(27)的左侧，并松配合地套接在左稳定杆(1)上，所述霍尔传感器(22)固设在摩擦轮(26)上，所述磁体(21)固设在动轮(27)上，所述复位弹簧(23)一端顶住摩擦轮(26)，另一端固定在左侧板(25)上，所述线圈(24)一端固定在左侧板(25)上，另一端朝向摩擦轮(26)；

所述减速机构(3)包括输出轮(31)、第一行星轮(32)、第二行星轮(34)、行星架(33)和刚轮(35)，所述行星架(33)与电机(4)的输出轴同轴，所述刚轮(35)周边与电机(4)壳体内壁固定连接，所述第二行星轮(34)与刚轮(35)啮合，所述第一行星轮(32)与输出轮(31)啮合，所述第一行星轮(32)与第二行星轮(34)同轴连接，两者的连接轴套接在行星架(33)的端部，所述输出轮(31)与动轮(27)同轴连接。

说明书

车用电机式主动稳定杆

技术领域

[0001] 本发明汽车安全稳定装置技术领域，特别是一种体积小、具备锁止功能的车用电机式主动稳定杆。

背景技术

[0002] 随着汽车工业的发展，人们越来越关注汽车的安全性与舒适性。据调查，在中国，每年因侧翻事故造成的死亡率，与因前、后碰撞事故造成的死亡率相比，前者是后者的6倍左右。而在美国，从1992年到1996年期间，每年大概发生22700起的车辆侧翻事故，仅比正面碰撞的行车事故稍低。最近，据美国交通运输部门调查显示，在每年约700次的交通事故中，因车辆侧倾造成的事故占了将近一半。而这些侧倾事故中，因车辆转向造成的占到75％。在世界范围内，车辆侧翻事故约占所有交通事故的40％。显然，传统的横向稳定杆已很难满足现代汽车的行驶要求。

[0003] 目前，国内对主动防侧倾系统的研究不多，大多还处于理论研究阶段。国内已申请的相关专利主要包括：中国发明专利申请“一种自适应型车辆横向稳定控制装置”(申请号：201010589149.X，公开日：2011.5.4)，中国发明专利申请“一种车用主动横向稳定杆”(申请号：201410066521.7，公开日：2014.5.8)。两者均采用传统的行星齿轮减速器，为达到较高的传动比，必须采用二级或三级行星齿轮机构串接，其结构较为复杂，体积、重量不易控制，且两套系统中均没有配备锁止机构。中国实用新型专利申请“一种双电机驱动汽车主动横向稳定杆”(申请号：201320693980.9，公开日：2014.8.20)，公开了一种双电机驱动汽车主动横向稳定杆，包括集成电机和稳定杆，所述集成电机包括无刷直流电机定子、无刷直流电机转子、位置传感器、传感器组件和减速机构，所述位置传感器和传感器组件与ARS处理器相连，所述减速机构位于集成电机内部，所述集成电机分为第一集成电机和第二集成电机，所述第一集成电机和所述第二集成电机对称分布在所述稳定杆的两端。其工作原理为：将来自转角传感器、车速传感器和负荷传感器的信号输入ARS处理器中，通过必要的信号处理后，控制电机的输出转矩，但其双电机的布置占用了轴向较大的安装空间，体积、重量不易控制，采用的谐波减速器结构复杂，成本较高，且该系统中没有配备锁止机构。

[0004] 总之，现有技术存在的问题是：车用稳定杆体积大，无锁止功能。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种车用电机式主动稳定杆，体积小、具备锁止功能。

[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：

[0007] 一种车用电机式主动稳定杆，包括左稳定杆、右稳定杆、电机，还包括减速机构和锁止机构，所述左稳定杆与锁止机构相连，所述右稳定杆与电机的机壳相连，所述减速机构一端与电机相连，其另一端与锁止机构相连。

[0008] 本发明与现有技术相比，其显著优点：

[0009] 1、体积小：采用异构行星齿轮减速器，单级传动比大，径向与轴向尺寸可以进一步缩小，且制造成本较低，有利于电机作动器的集成化设计；

[0010] 2、具备锁止功能：在电机无法正常工作，且左、右稳定杆相对转角的绝对值小于等于某一阈值时，锁止机构才会工作，从而确保左、右稳定杆锁止且两侧的伸出臂处于同一平面内，提高了系统的容错性；

[0011] 3、响应速度快，质量功率比大：通过电控单元控制电机(伺服电机、直流无刷电机等)驱动的主动稳定杆，相较于液压驱动的主动稳定杆，响应速度快，质量功率比大。

[0012] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

[0013] 图1是本发明车用电机式主动稳定杆的结构示意图。

[0014] 图2是本发明车用电机式主动稳定杆的控制系统结构原理图。

[0015] 图3是图2的控制流程图。

[0016] 图中:1左稳定杆、4电机、5右稳定杆，还包括2锁止机构、3减速机构；

[0017] 21磁体、22霍尔传感器、23复位弹簧、24线圈、25左侧板、26摩擦轮、27动轮；

[0018] 31输出轮、32第一行星轮、34第二行星轮、33行星架和35刚轮；

[0019] 6车速传感器；7转向角传感器；8侧倾角速度传感器；9横向加速度传感器；10车身；11前、后稳定杆；12驱动电路；13电控单元。

具体实施方式

[0020] 如图1所示，本发明车用电机式主动稳定杆，包括左稳定杆1、右稳定杆5、电机4，还包括锁止机构2和减速机构3，所述左稳定杆1与锁止机构2相连，所述右稳定杆5与电机4的机壳相连，所述减速机构3一端与电机4相连，其另一端与锁止机构2相连。

[0021] 所述锁止机构2包括磁体21、霍尔传感器22、复位弹簧23、线圈24、左侧板25、摩擦轮26和动轮27，所述动轮27以左稳定杆1为轴，并与左稳定杆1的右端固定连接，所述摩擦轮26设于动轮27的左侧，并松配合地套接在左稳定杆1上，所述霍尔传感器22固设在摩擦轮26上，所述磁体21固设在动轮27上，所述复位弹簧23一端顶住摩擦轮26，另一端固定在左侧板
25上，所述线圈24一端固定在左侧板25上，另一端朝向摩擦轮26。

[0022] 所述电机4可以是伺服电机、直流无刷电机等。

[0023] 所述线圈24的供电电路与电机4的供电电路相互独立，因此在电机4故障时，锁止机构2仍然可以正常工作。

[0024] 所述霍尔传感器22固设在摩擦轮26上，所述磁体21固设在动轮27上，用于测量左、右稳定杆的相对位置。

[0025] 在电机4正常工作时，线圈24通电，摩擦轮26与动轮27分离，电机作动器受控旋转；在电机4无法正常工作时，且左、右稳定杆1、5相对转角的绝对值小于等于某一阈值时，线圈
24断电，摩擦轮26与动轮27在复位弹簧23的作用下被压紧接合，左、右稳定杆1、5被锁止，从而确保左、右稳定杆1、5的伸出臂处于同一平面内，此时主动稳定杆等效于传统的被动稳定杆，提高了系统的容错性。

[0026] 所述减速机构3包括输出轮31、第一行星轮32、第二行星轮34、行星架33和刚轮35，所述行星架33与电机4的输出轴同轴，所述刚轮35周边与电机4壳体内壁固定连接，所述第二行星轮34与刚轮35啮合，所述第一行星轮32与输出轮31啮合，所述第一行星轮32与第二行星轮34同轴连接，两者的连接轴套接在行星架33的端部，所述输出轮31与动轮27同轴连接。

[0027] 所述减速机构3为异构行星齿轮减速器。

[0028] 假设行星架33固定，则刚轮35到输出轮31的传动比为

[0029]

[0030] 其中，ω35＝0，

[0031] 式(1)可整理为

[0032]

[0033] 则

[0034]

[0035] 令z31＝z34＝n,z32＝n+1,z35＝n-1，代入式(3)并化简为

[0036]

[0037] 由上述计算可知，行星架33到输出轮31的传动比为n2，因此在获得较大传动比的同时(例如n＝20，则i33,31＝400)，异构行星齿轮减速器的体积与重量可以控制在较小的范围内。

[0038] 本发明的控制系统结构如图2所示，来自车速传感器6、转向角传感器7、侧倾角速度传感器8、横向加速度传感器9的信号输入电控单元13，经过分析与处理，判断汽车的行驶状况。当汽车行驶在平直路面或越野路面上时，电机4断电，避免能量的不必要消耗，提高车辆的乘坐舒适性；当汽车转弯或行驶在倾斜路面上时，电控单元13将控制信号输入驱动电路12，控制电机4的旋转方向与输出转矩，使前、后稳定杆11产生反侧倾力矩，从而改善车身10的侧倾运动，提高车辆的操纵稳定性。

[0039] 本发明的控制系统的控制流程如图3所示，电控系统先判断电机4是否正常工作(步骤S1)，如果S1成立，则锁止机构2的线圈24通电(即锁止机构2不工作)，获取车速、方向盘转角、侧倾角速度和横向加速度信号，估算车身实际侧倾角φ，计算理论侧倾角φr与实际侧倾角φ的偏差，如果|φr-φ|≤δ1，结束；否则，计算目标反侧倾力矩，作动器目标输出转矩以及电机目标电流，进行电机控制，然后返回步骤S1。

[0040] 如果S1不成立，则获取霍尔传感器信号，若左、右稳定杆1、5的相对转角的绝对值|θ|≤δ2，则锁止机构2的线圈24断电(即锁止机构2工作)，结束；否则，返回步骤S1。

[0041] 以上控制流程循环运行，始终将车身侧倾角控制在合理的范围内。

[0042] 综上所述，本系统在正常工作时，可以实时调节稳定杆的扭转刚度；在电机4故障时，通过锁止机构2，可以等效为传统的被动稳定杆，提高了系统的容错性。因此，本系统体积小、具备锁止功能，可以有效抑制车身侧倾，兼顾汽车的乘坐舒适性与操纵稳定性。