本發(fā)明屬汽車部件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車輛用電動(dòng)推桿式循環(huán)球電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置。 背景技術(shù)
目前車輛用轉(zhuǎn)向器主要分齒輪齒條式和循環(huán)球式兩種，其中齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器主要用于 乘用車，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于商用車。傳統(tǒng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向?yàn)橐簤簞?dòng)力轉(zhuǎn)向，助力大小通過(guò)滑 閥或轉(zhuǎn)閥加以控制。傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向存在以下問(wèn)題：助力特性不能隨車速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與 控制，難以協(xié)調(diào)低速轉(zhuǎn)向輕便性與高速轉(zhuǎn)向"路感"的矛盾；即使不轉(zhuǎn)向，油泵也一直工作， 存在能量的寄生損失；由于液壓系統(tǒng)本身存在漏油與維護(hù)問(wèn)題，提高了維修成本，而液壓油 還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。油泵、皮帶輪、液壓管路等元件占用空間，不好布置；低溫工作性能 較差。
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS)直接由電動(dòng)機(jī)提供助力，取消了液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn) 矩傳感器、車速傳感器、控制器、助力電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)構(gòu)等組成�；驹硎强刂破鹘邮苻D(zhuǎn) 向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)和車速信號(hào)，經(jīng)過(guò)判斷和處理后，根據(jù)事先確定好的助力特性輸出控制信號(hào)， 控制電動(dòng)機(jī)輸出助力扭矩。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能很好的克服液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向存在的問(wèn)題，具有 節(jié)能，提高安全性，有利于環(huán)保等許多優(yōu)點(diǎn)，有逐步取代液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)，是未來(lái)動(dòng)力 轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展方向之一。但是目前世界范圍內(nèi)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還只是應(yīng)用在轎車上， 且都為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。
目前循環(huán)球電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向尚沒(méi)有產(chǎn)品出現(xiàn)，還處于研發(fā)階段。循環(huán)球電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向主要 應(yīng)用于商用車上，當(dāng)商用車前軸荷較大時(shí)，若電機(jī)與助力機(jī)械裝置是直接安裝在轉(zhuǎn)向器上的， 將使轉(zhuǎn)向器的尺寸增大，帶來(lái)笨重及安裝不便等一系列問(wèn)題。本發(fā)明為電動(dòng)推桿式的電動(dòng)助 力轉(zhuǎn)向裝置，其電動(dòng)助力裝置并不集成在轉(zhuǎn)向器上，而是一個(gè)獨(dú)立的裝置，并與轉(zhuǎn)向搖臂相 聯(lián)結(jié)，直接將助力作用在轉(zhuǎn)向搖臂上，再通過(guò)轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂使車輪轉(zhuǎn)向，達(dá)到助力 轉(zhuǎn)向的作用。本發(fā)明將大大減小轉(zhuǎn)向器尺寸，具有輕便、簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、高效節(jié)能、低速轉(zhuǎn)向輕便、高速轉(zhuǎn)向路感強(qiáng)、以 及回正能力好的電動(dòng)推桿式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置。
本發(fā)明的上述目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，即一種電動(dòng)推桿式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置， 包括：
(一） 帶轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置的循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)矩傳感裝置用于檢測(cè)作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩， 布置在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器輸入端。
(二） 電動(dòng)推桿，電動(dòng)推桿的一端與循環(huán)球轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向搖臂連接，另一端與車架 連接。電動(dòng)推桿包括助力電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)構(gòu)、推桿等。助力電動(dòng)機(jī)用于提供輔助轉(zhuǎn)向力矩：
減速機(jī)構(gòu)的輸入端與助力電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，起降速增扭的作用。(三）電子控制單元（ECU),用于根據(jù)采集到的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩、車速等信號(hào)，控制助力電 動(dòng)機(jī)電流。
其中，所述助力電動(dòng)機(jī)為永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)或永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，電壓制式為 DC24V或DC42V。
所述電動(dòng)推桿中，助力電動(dòng)機(jī)減速機(jī)構(gòu)的輸入軸與助力電動(dòng)機(jī)輸出軸連接，減速機(jī)構(gòu)的 輸出軸與推桿中的螺桿連接。助力電動(dòng)機(jī)輸出的力矩通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，推動(dòng) 搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述轉(zhuǎn)矩傳感裝置中設(shè)有一扭桿，通過(guò)一套精密的機(jī)械裝置，將扭桿的變形放大成角位 移或線位移，由角位移或線位移傳感器間接測(cè)得扭桿的變形，根據(jù)扭桿剛度即可得轉(zhuǎn)矩。
所述電子控制單元主要由CPU、信號(hào)采集與處理電路、驅(qū)動(dòng)電路、監(jiān)測(cè)電路等組成。其 中CPU為8位或16位單片機(jī)，也可以為16位數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中 設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，迅速切斷開(kāi)關(guān)，以保證系統(tǒng)安全。
本發(fā)明的有益效果是，只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力（不像液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向，即使在不轉(zhuǎn) 向時(shí)，油泵也一直運(yùn)轉(zhuǎn)），因而能減少能量消耗；能在各種行駛工況下提供合適的助力，減小 由路面不平所引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向 操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動(dòng)安全性，且可通過(guò)設(shè)置不 同的轉(zhuǎn)向手力特性來(lái)滿足不同使用對(duì)象的需要；取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液 壓油及密封件等，其零件比液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向大大減少，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝 位置選擇方面也更容易，并且能降低噪聲；沒(méi)有液壓回路，比液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向更易調(diào)整和檢測(cè)， 裝配自動(dòng)化程度更高，并且可以通過(guò)設(shè)置不同的程序，能快速與不同車型匹配，因而能縮短 生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)周期；不存在滲油問(wèn)題，可大大降低保修成本，減小對(duì)環(huán)境的污染；比液壓動(dòng)力 轉(zhuǎn)向具有更好的低溫工作性能。
4具體實(shí)施方式
如圖i所示，電子控制單元根據(jù)采集到的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩r,與車速r確定助力電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)電流/c/m/，然后根據(jù)助力電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電流/與目標(biāo)電流/cmd對(duì)助力電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行反饋跟蹤控制。
如圖2所示，電動(dòng)推桿式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的工作原理是：當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤（l)時(shí)，
駕駛員作用力矩經(jīng)轉(zhuǎn)向軸（2)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸（3)傳遞到循環(huán)球轉(zhuǎn)向器（5)的輸入軸，在循 環(huán)球轉(zhuǎn)向器（5)的輸入軸設(shè)置有轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置（4),轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置（4)將測(cè)得的駕駛員作 用力矩送給電子控制單元ECU, ECU根據(jù)該轉(zhuǎn)矩信號(hào)并結(jié)合車速信號(hào)控制電動(dòng)推桿中的助力 電動(dòng)機(jī)（13)輸出合適的助力矩，助力電動(dòng)機(jī)（13)輸出的助力矩通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和螺桿螺母 傳動(dòng)副，推動(dòng)搖臂軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以此達(dá)到助力轉(zhuǎn)向的目的。
如圖3所示，扭桿（5)的一端與轉(zhuǎn)向器輸入軸（4)連接，另一端與螺桿（7)過(guò)盈配合 剛性連接，扭桿（5)的扭轉(zhuǎn)變形通過(guò)鋼球（3)傳遞給滑套（2)，傳動(dòng)銷（1)與螺桿（7) 剛性連接，并通過(guò)與滑套（2)上的螺旋槽配合，在滑套（2)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，產(chǎn)生軸向移動(dòng)， 通過(guò)角位移傳感器（6)測(cè)量滑套（2)的軸向移動(dòng)量，將扭桿（5)的相對(duì)變形（即轉(zhuǎn)向器輸 入軸（4)與螺桿（7)的相對(duì)轉(zhuǎn)角）轉(zhuǎn)換為表示轉(zhuǎn)矩的電信號(hào)輸入給電子控制單元（ECU)。 螺桿（7)與螺母（8)構(gòu)成循環(huán)球傳動(dòng)副。螺母（8)上的齒條與齒扇軸（即搖臂軸）上的 齒扇（9)相嚙合，將轉(zhuǎn)向力矩輸出。
如圖4所示，助力電動(dòng)機(jī)（1)的輸出軸與斜齒輪I (2)通過(guò)鍵連接，經(jīng)過(guò)斜齒輪II (3) 與斜齒輪I (2)組成減速機(jī)構(gòu)，起到減速增扭的作用，螺桿（4)與斜齒輪II (3)連接，通 過(guò)螺桿（4)、螺母（5)的傳動(dòng)副，變周向轉(zhuǎn)動(dòng)為水平軸向的移動(dòng)，最后通過(guò)螺母（5)將力 傳給推桿（7)。
如圖5所示，電子控制單元主要由CPU、信號(hào)采集與處理電路、驅(qū)動(dòng)電路、監(jiān)測(cè)電路等 組成。CPU為8位或16位單片機(jī)，也可以為16位數(shù)字信號(hào)處理器（DSP)。信號(hào)釆集與處理 電路用于采集電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)，以及處理轉(zhuǎn)矩信號(hào)、車速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)等。驅(qū)動(dòng)電 路包括電子開(kāi)關(guān)（如繼電器）、狀態(tài)指示燈和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。其中電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)H型 PWM功率轉(zhuǎn)換電路，由MOSFET管G卜G2、 G3、 G4組成。MOSFET管的開(kāi)關(guān)由PWM信 號(hào)的高低電平控制，PWM信號(hào)的頻率為20kHz。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中還設(shè)置有電子開(kāi)關(guān)（如繼 電器），當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，迅速切斷開(kāi)關(guān)，以保證系統(tǒng)安全。監(jiān)測(cè)電路用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)， 提高系統(tǒng)的安全可靠性。
