專利名稱：一種用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于轉向控制裝置(如方向盤)與轉向裝置(如轉向機)間通過一個馬達驅動裝置相連，該馬達驅動裝置用于向轉向裝置傳遞一與駕駛員所給轉向控制裝置的轉動有一幅度差的轉動，所述幅度的變化可以根據(jù)各種參數(shù)的不同有所改變。
通過此控制裝置與馬達驅動裝置進行車輛轉向操作時，所述馬達驅動裝置可以將傳給轉向裝置的運動相對駕駛員給轉向控制裝置的轉動進行放大。此時，駕駛員所做的工作，即給所述控制裝置一個與無此馬達驅動裝置時其要給的作用力相當?shù)淖饔昧?，比無此馬達驅動裝置時需要做的工作少，而且轉向容易，尤其在小半徑操作時更是如此。
再有；此馬達驅動裝置被恰當?shù)乜刂坪?，甚至可以使傳給轉向裝置的運動與駕駛員給控制裝置的運動相比有所減小，從而減小駕駛員動作對轉向裝置的影響。
本申請人，基于對現(xiàn)有技術狀況的了解，相信正在銷售的裝置或其它專利申請的主題都不能取得本發(fā)明主題的優(yōu)益效果。
很多裝置，甚至是電子裝置，可以減少轉向工作，這些裝置被稱為動力轉向裝置，其特征是駕駛員做出的轉向動作在輸入與輸出間保持不變，只是把駕駛員作用于控制裝置上的力和扭矩被放大了。為此，在所有已知的動力轉向裝置中轉向作用的增加都是通過一個置于車架與轉向裝置間的執(zhí)行器進行的，無論此執(zhí)行器是電力或液力型的，或其它類型的。在各類裝置中此類電動力轉向裝置已被以下公司申請專利ADWEST ENGINEERINGLTD.(WO.9212037，etc)，ALFRED TEVES GMBH (WO 9214640，WO9212885，etc)，DR.ING.H.C.F.PORSCHE AG(EP 0447626，etc)，HONDA GIKENKOGYO KABUSHIKE KAISHA (EP0590576，etc.)，KOSHIO SEIKO CO.(EP0611691，EP 0350817，EP 0460406，EP 0572961，EP 0566168，EP 0556869，EP0556870，EP 0554703，EP 0531870，EP 0536590，EP 0535422，EP 0611691，EP0599260，etc.)，LUCAS INDUSIRIES(EP 0403234，etc.)，MAN NUTZFAHRZEUGEAG(EP 0580997，etc.)，MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA(EP 0360469，EP0360470，EP 0351087，EP 0361726，EP 0513941，EP0567991，etc.)，MITSUBISHI JIDOSHA KOGYO KABUSHIKI KAISHA(EP0440365，etc.)，NIPPONDENSO CO.(EP 0460582，etc.)，REGIE NATIONAL DESUSINE RENAULT S.A(EP 0478437，etc.)，ROBERT BOSCH GMBH(EP 0480159，EP0501017，EP 0545034，EP 0525574，etc)，SEXTANT AVIONIQUE (EP0522924，etc.)，STEERING DEVELOPMENT LTD.(EP 0165758)，TEXASINDTRUMENTS INCORPORATED (EP 481568，etc.)，THE RAYMOND CO.(EP0490673，EP 0596167，etc.)，TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA(EP0531962，etc.)，VALEO ELECRONIQUE(EP 0461037，etc.)，VALEO SYSTEMESD ESSUYAGE(EP 0491601，etc.)，VOLKSWAGEN AG(EP 0591653，etc.)，ZFFRIEDRICHSHAFEN AG(WO 9314966，WO 9312965，etc.)。
相反，在本發(fā)明系統(tǒng)中，駕駛員轉向工作的減小并不是通過沿轉動方向放大作用力完成的而是通過沿施力方向放大轉動角度取得的。因此，轉向柱不是連續(xù)的一整根，即控制裝置與轉向裝置不直接相連，這與任何已知轉向系統(tǒng)，不論它是否是動力型不同?？刂蒲b置與轉向裝置間插入馬達驅動裝置使放大或減小轉動成為可能，從而獲得一個與通常情況下由轉向系統(tǒng)利用減速齒輪傳動裝置獲得角度不同的轉向角度。但是，可以考慮將本發(fā)明轉向系統(tǒng)與公知的動力轉向裝置連接在一起，從而綜合二類裝置的優(yōu)點。
本發(fā)明的一個目的是在車輛轉向操作中，通過相對給予控制裝置的運動來恰當?shù)匦薷膫鹘o轉向裝置的運動幅度來幫助駕駛員。
本發(fā)明的另一個目的是控制駕駛員作用在轉向裝置上的動作從而防止不良操作的發(fā)生。
本發(fā)明的另一個目的是使遙控轉向更易進行。
本發(fā)明的另一個目的是達到上述所有目的的同時還要使轉向系統(tǒng)具有一定的可靠性，一旦其中的馬達驅動裝置或控制單元失靈，要使該系統(tǒng)的可靠性與一個機械系統(tǒng)的可靠性相當。
本發(fā)明的另一個目的是在一輛裝通常轉向系統(tǒng)的現(xiàn)有技術車輛上只對原轉向裝置的結構與布置只作較少的改變就可達到上述所有目的。
本發(fā)明的另一個目的是以一個很小的成本達到上述所有目的。
正是由于馬達驅動裝置的作用，駕駛員才可以用一個與不帶此馬達驅動裝置時所需作用力相當?shù)淖饔昧ν瓿赊D向操作，但移動控制裝置的幅度較小。這就使得可以用一些以總運動很小為特征的控制裝置(如一轉向桿、一轉向把手或一操縱桿形式的裝置)完成轉向操作，同時保持轉向控制精度與通常的完全齒輪傳動裝置的精度相當。
因此，本發(fā)明的主題對那些需要控制裝置大范圍動作的轉向操作，如在停車操作時或在崎嶇路上行駛時方向盤的轉動，尤其有用。再有，本發(fā)明主題尤其對于讓那些上肢功能有欠缺的人，如被一些疾病影響的人或一只胳膊不能活動的人能夠用常用方向盤或舵完成轉向操作很有用。實際上，這些人可能有足夠的手勁與腕力握方向盤，確無足夠的肩膀力移動胳膊，只能將方向盤在一很小的角度內轉動。
恰當?shù)馗淖兛刂蒲b置傳給轉向裝置的運動的幅度也是有可能的，即在某些情況下放大駕駛員的動作，在其它情況下直接傳遞或減小駕駛員動作的效果，甚至可將控制裝置與轉向裝置完全脫離嚙合。這就使得，在需要時可以解除駕駛員對轉向裝置的控制，而交由自動裝置控制。
為保證本轉向系統(tǒng)的可靠性，甚至于馬達驅動裝置失靈后的可靠性，采用一個單向馬達驅動裝置或者裝一個可以使馬達驅動裝置中分別與控制裝置和轉向裝置相連的兩部件相互結成一整體的簡單鎖止裝置就足夠了。
參考如下附圖通過對下面一些最佳實施例的詳細描述可以使本領域技術人員對本發(fā)明轉向裝置的上述及其它目的，優(yōu)點和特征更清楚，這些實施例是非限制性實施例，其中附圖如下

圖1示意性地示出了本發(fā)明第一實施例，其中馬達驅動裝置置于轉向裝置(形為一方向盤)與控制裝置(形為一轉向機)之間。
圖2示意性地示出了與圖1所示實施例相同的本發(fā)明第二實施例，其中馬達驅動裝置裝有一個鎖止裝置用于在預定情況下將馬達驅動裝置中分別與控制裝置和轉向裝置相連的兩部件相互連接成一體。
圖3示意性地示出了與圖2所示實施例相同的本發(fā)明第三實施例，該實施例裝有一個方向盤角位置傳感器，一個車輪角位置傳感器和一個用于阻止控制裝置移動的鎖止裝置。
圖4示意性地示出了本發(fā)明第四實施例，其中馬達驅動裝置置于轉向機內部。
圖5示意性地示出了與圖3所示實施例相同的本發(fā)明第五實施例，其中控制裝置形為一轉向把手，轉向裝置向一方向控制舵?zhèn)鬟f運動。
圖6示意性地示出了與圖4所示實施例相同的本發(fā)明第六實施例，其中控制裝置為一轉向桿，馬達驅動裝置則是一個向一方向控制舵?zhèn)鬟f運動的直線執(zhí)行器。
圖7是說明圖1所示裝置工作過程的方框圖，假定駕駛員直接通過一個控制單元操縱馬達驅動裝置。
圖8是說明圖3至6所示裝置工作的方框圖，假定馬達驅動裝置由一個控制單元根據(jù)各位置傳感器采集的數(shù)值控制。
圖9是與上圖相同的方框圖，假定馬達驅動裝置由一個控制單元根據(jù)各位置傳感器及其它傳感器檢測到的數(shù)值控制。該圖同時也包括有將轉向控制權交給一附加操縱桿進行遠距離控制的可能性，該操縱桿與將控制裝置和轉向裝置相連的運動鏈機械分離。
圖10是一雙向馬達驅動裝置的某一實際實施例的示意性縱剖圖。
參考圖1，本發(fā)明的主題包括一個將轉向控制裝置1(形為一方向盤)與轉向裝置3(形為一轉向機)相連的馬達驅動裝置2，所述馬達驅動裝置2是單向形式的，也即，當馬達驅動裝置不工作時，駕駛員作出的轉向動作被直接傳給轉向機3。該馬達驅動裝置2可以由駕駛員啟動，例如，通過位于方向盤1或車架上的按鈕。本系統(tǒng)此種簡單的非閉合回路式操作為圖7中對應的方框圖描述。當控制單元起動馬達驅動裝置2后，駕駛員向方向盤1施加一作用力的同時，該馬達驅動裝置會產生一個位移，如一個轉動，通過它這個轉動作用到轉向裝置3上。按此方式，小范圍地移動控制裝置1就可以實現(xiàn)小回轉半徑的轉向或調頭，如，在停車中的頻繁操作或在市區(qū)內行駛，從而獲得前述優(yōu)點。
圖2示出了一個與圖1所示實施例相同的本發(fā)明實施例，所不同的是為假定可雙向轉動的馬達驅動裝置2裝設一個用于將馬達驅動裝置2輸入和輸出部件結為一體的鎖止裝置4，以便在某些特殊情況下，如控制裝置1轉角很小的情況下進行轉向操作時，或者在馬達驅動裝置2失靈后，可通過駕駛員直接操作完成轉向，如同常用轉向系統(tǒng)中發(fā)生的情況一樣。
圖3至6及對應的圖8、9中的方框圖示出了與前述一些實施例相同的本發(fā)明實施例，但這些實施例至少包括一個置于馬達驅動裝置2上游的傳感器5和可能至少一個置于馬達驅動裝置2下游的傳感器6。例如，圖8所示方框圖，以一個特殊的、非限制的方式從總體上公開了本發(fā)明的工作過程，其中馬達驅動裝置2只有在傳感器5測出方向盤轉角超過一預定角度時，或轉速超過一預定值時，或者二者同時超過對應預定值時，才被按預定模式啟動。因此，可以按不同的規(guī)則編制控制單元的程序，以實現(xiàn)方向盤轉動的增速或減速傳遞，例如以一個平方規(guī)則或一個冪指數(shù)規(guī)則，等。馬達驅動裝置2作用在轉向裝置3上的效果根據(jù)所選規(guī)則與轉動量的不同可以大一些或小一些，甚至于可使駕駛員無需移動放在方向盤上的手就可以進行駕駛。
在本發(fā)明主題的另一應用中，可以解除駕駛員對轉向的控制，而交由一個控制單元控制，此控制單元可以根據(jù)位置、速度、加速度，等量的傳感器傳來的信號控制轉向操作(圖9)。這種功能對于駕駛員的動作不足以應付道路保持狀況時，或車輛被誤操作時，尤為有用。此系統(tǒng)因此可以用作一個附加的安全裝置以防止向后轉彎等情況的發(fā)生。
在另一實施例中，本發(fā)明系統(tǒng)包括一個用于阻止控制裝置1運動的鎖止裝置7，因此允許遙控轉向操作。由圖9結尾幾行方框圖概括性地公開的這種功能尤其對于那些需要同時駕駛并操作其它機械的人很有用。再有這種系統(tǒng)使得那些上肢功能不足以致不能使用一個機械轉向裝置的人駕駛車輛成為可能。該鎖止裝置7是必須的，以便在駕駛員直接作用遙控裝置(如操縱桿)時向方向盤施加一個反作用力。
圖5、6示出了本發(fā)明系統(tǒng)一個適用于移動一方向舵的實施例。在圖5中，駕駛員通過一個鍵連接在馬達驅動裝置2上游的轉向把手1控制方向；在圖6中，該轉向把手1由一轉向桿取代，該轉向桿以一合適的杠桿比作用于直線執(zhí)行器形式的馬達驅動裝置2，該馬達驅動裝置2用作轉向桿1與方向控制舵9間的運動放大機構。
圖10示出了一個馬達驅動裝置2的實際的實施例，該馬達驅動裝置包括一個步進馬達10，一個電磁制動器11和一個雙向行星齒輪減速裝置12。方向盤的位置由一個置于馬達驅動裝置12上游端的第一位置傳感器13探測，同時一個置于馬達驅動裝置下游端的第二位置傳感器14測出轉向裝置的位置。該第一傳感器13是一個轉動分析器，通過一個齒型帶16與方向盤的軸15相連。第二傳感器14的使用可以減小體積，該傳感器是一個線性換能傳感裝置，由帶絲扣法蘭17驅動，一固定在軸19上的螺釘18將該法蘭向轉向裝置方向移動。
裝電磁制動器11是為了在無動力提供時，即裝置不工作或失靈時，利用該制動器11使馬達10與減速齒輪12結成一體從而恢復方向盤與轉向裝置間的直接連接。步進馬達的使用是可以令人滿意的，因為其扭矩特性較高，這在慣性力較大的系統(tǒng)進行小運動時尤其有用。
如果使用一遙控裝置(如操縱桿)，方向盤會被鎖死，該操縱桿直接與傳感器13的入口相連，因此，該傳感器13可以檢測到操縱桿的位置。
所有這些實施例都有一共同點，即本發(fā)明主題僅改變控制裝置1傳給轉向裝置3的動作的幅度，其主要目的是使駕駛員用較小幅度的動作完成轉向操作，結果，所做的工作比無該裝置時所要做的工作少。
需要指出的是，僅是出于描述本發(fā)明主題馬達驅動轉向系統(tǒng)的所述工作原理的目的描述了上述實施例，而沒有進一步描述轉向控制裝置1、馬達驅動裝置2、轉向裝置3及確定方向的裝置8、9的實施例。
實際上，很容易理解到所述馬達驅動轉向系統(tǒng)可以由仍何一種能量(電力、液力、氣動、熱化學等)驅動的馬達或轉動/直線執(zhí)行器完成，也可以用與發(fā)動機機車常用轉向機不同的轉向機構，或與發(fā)動機機車車輪，或船艇或飛機上的方向控制舵不同的導向裝置來完成，如，葉輪，或用于控制直升飛機水平旋翼的裝置，等裝置。
權利要求
1.一種用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，包括一個轉向控制裝置(1)和一個轉向裝置(3)，其特征在于所述轉向控制裝置(1)與所述轉向裝置(3)通過一個馬達驅動裝置(2)相連，該馬達驅動裝置用于改變所述轉向控制裝置(1)與所述轉向裝置(3)間傳遞的運動的幅度，所述幅度的改變量由一個控制單元控制。
2.如權利要求1所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于所述馬達驅動裝置(2)執(zhí)行一項工作，該工作需要駕駛員向轉向控制裝置(1)施加一個大小相等、方向相反的作用力。
3.如權利要求1或2所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括一個用于恢復所述轉向控制裝置(1)與所述轉向裝置(3)間直接連接的裝置。
4.如權利要求3所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于所述馬達驅動裝置(2)包括一個單向的馬達減速器。
5.如權利要求3所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于所述馬達驅動裝置(2)包括一個可在無動力供應時將所述馬達驅動裝置(2)的輸入部件與輸出部件鎖住的電磁制動器(11)。
6.如前面任一權利要求所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于所述馬達驅動裝置(2)由一個閉環(huán)控制系統(tǒng)控制，該控制系統(tǒng)從轉向控制裝置(1)的位置傳感器(5)和/或轉向裝置(3)的位置傳感器(6)獲得信號。
7.如權利要求6所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括一些用于探測其它參數(shù)，如車速，車輛加速度分量等參數(shù)的傳感器。
8.如權利要求7所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)可使馬達驅動裝置(2)的動作不受駕駛員的控制，由此可以減小或消除駕駛員的動作，并且/或者所述馬達驅動裝置(2)可以交由所述控制單元控制。
9.如前面一個或多個權利要求所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于所述馬達驅動裝置(2)置于所述轉向裝置(3)內。
10.如前面一個或多個權利要求所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括一個用于阻止轉向控制裝置(1)運動的鎖止裝置(7)和一個遙控裝置。
11.如權利要求5所述的用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng)，其特征在于所述馬達驅動裝置(2)包括一個步進馬達(10)，一個電磁制動器(11)，一個雙向行星減速齒輪(12)，一個位于上游端的第一位置傳感器(13)和一個位于下游端的第二位置傳感器(14)，所述第一和第二傳感器(13，14)是一些通過齒型帶(16)與方向盤或轉向裝置的軸(15、19)相連的轉動分析儀，或是一些由一固定在所述軸(15，19)上的螺釘(18)移動的一個帶絲扣法蘭(17)所驅動的線性換能傳感器。
全文摘要
一種用于車輛轉向的馬達驅動系統(tǒng),其特征是轉向控制裝置1(如方向盤)與轉向裝置3(如轉向機)間通過一馬達驅動裝置2相連,該馬達驅動裝置2可以向轉向裝置3傳遞一與駕駛員所給轉向控制裝置1的運動有一幅度差的運動,所述幅度的改變由一控制單元根據(jù)各個參數(shù)控制。因此駕駛員可以用一個與無此裝置2時所要負出的作用力相當?shù)淖饔昧?及一個較小的控制裝置1的運動幅度進行轉向操作。這就允許使用一些以總運動很小為特點的控制裝置,如一轉向桿、一轉向把手或一操縱桿形式的裝置,同時可保持與通常完全由齒輪傳動的轉向裝置的精度相當?shù)木取１景l(fā)明尤其對所有那些需要控制裝置大范圍運動的轉向操作(如停車)很有用,同時允許上肢功能欠缺,但可能有足夠的手勁和腕力握方向盤,確無足夠的肩膀力移動胳膊使方向盤在較大范圍內移動的人用通常的方向盤進行轉向操作。
文檔編號B62D113/00GK1173156SQ95197444
公開日1998年2月11日 申請日期1995年12月14日 優(yōu)先權日1995年1月23日
發(fā)明者弗朗切斯科·苗托 申請人:弗朗切斯科·苗托