专利名称：循环球式电动助力转向器的制作方法
技术领域：
本发明属汽车部件技术领域，具体涉及一种车辆用循环球式电动助力转向器。
背景技术：
目前车辆用转向器主要分齿轮齿条式和循环球式两种。常用的动力转向为液压动力转向，助力大小通过滑阀或转阀加以控制。传统液压动力转向存在以下问题在选定参数完成设计后，助力特性也就确定了，不能进行调节与控制，不仅转向盘回正能力差，而且难以协调低速转向轻便性与高速转向“路感”的矛盾；存在能量损失，即使不转向，油泵也一直工作，增加了能量消耗；由于液压系统本身存在漏油与维护问题，提高了维修成本，而液压油还会对环境造成污染。油泵、皮带轮、液压管路等元件占用空间，不好布置；低温工作性能较差。
电动助力转向系统(EPS)直接由电动机提供助力，取消了液压系统，系统由转向盘转矩传感器、车速传感器、控制器、助力电动机及减速机构等组成。基本原理是控制器接受转向盘转矩信号和车速信号，经过判断和处理后，根据事先确定好的助力特性输出控制信号，控制电动机输出助力扭矩。电动助力转向系统能很好的克服液压动力转向存在的问题，具有节能，提高安全性，有利于环保等许多优点，有逐步取代液压动力转向的趋势，是未来动力转向技术的发展方向之一。但是目前世界范围内的电动助力转向系统还只是应用在轿车上，且都为齿轮齿条式转向器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效节能、低速转向轻便、高速转向路感强、以及回正能力好的循环球式电动助力转向器。
本发明的上述目的是通过这样的技术方案实现的，即一种循环球式电动助力转向器，除了包括螺杆、螺母、齿扇、循环钢球等机械零件外，还包括(一)助力电动机，用于提供辅助转向力矩；(二)减速机构，输入端与助力电动机联接，起降速增扭的作用；(三)转矩传感装置，用于检测作用在转向盘上的力矩；(四)电子控制单元(ECU)，用于根据采集到的转向盘转矩、车速等信号，控制助力电动机电流。
其中，所述助力电动机为永磁有刷直流电动机或永磁无刷直流电动机，电压制式为DC24V或DC42V。
所述减速机构的输入端与助力电动机连接，根据助力位置的不同，输出端与循环球转向器中的螺杆或齿扇轴(摇臂轴)连接。具体结构可以为蜗轮蜗杆机构或行星齿轮机构。对蜗轮蜗杆机构，主动件即可以是蜗杆，也可以是蜗轮，即蜗轮蜗杆机构可以双向传动；蜗杆与电动机连接，蜗轮与螺杆或齿扇轴(摇臂轴)连接；另外从蜗杆强度考虑，蜗杆应设计成双头。对行星齿轮机构，行星轮支架与电动机连接，太阳轮与螺杆或齿扇轴(摇臂轴)连接，齿圈在壳体上。
所述转矩传感装置中设有一扭杆，通过一套精密的机械装置，将扭杆的变形放大成角位移或线位移，由角位移或线位移传感器间接测得扭杆的变形，根据扭杆刚度即可得转矩。
所述电子控制单元主要由CPU、信号采集与处理电路、驱动电路、监测电路等组成。其中CPU为8位或16位单片机，也可以为16位数字信号处理器(DSP)。电动机驱动电路中设置有电子开关(如继电器)，当系统出现异常后，迅速切断开关，以保证系统安全。
本发明的有益效果是，只在转向时电动机才提供助力(不像液压动力转向，即使在不转向时，油泵也一直运转)，因而能减少能量消耗；能在各种行驶工况下提供合适的助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性，且可通过设置不同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要；取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液压油及密封件等，其零件比液压动力转向大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装位置选择方面也更容易，并且能降低噪声；没有液压回路，比液压动力转向更易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，能快速与不同车型匹配，因而能缩短生产和开发周期；不存在渗油问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染；比液压动力转向具有更好的低温工作性能。
本发明的上述结构可以通过附图和实施例作进一步说明。
图1是本发明的控制原理图。
图2是本发明采用蜗轮蜗杆减速机构且布置在螺杆上的机械结构图。
图3是本发明采用蜗轮蜗杆减速机构且布置在齿扇轴上的机械结构图。
图4是本发明采用行星齿轮减速机构且布置在螺杆上的机械结构图。
图5是本发明采用直流永磁有刷电动机的电子控制单元原理图。
上述图2、图3中，1为传动销；2为滑套；3为钢球；4为输入轴；5为扭杆；6为角位移传感器；7为螺杆；8为螺母；9为齿扇；10为蜗轮；11为蜗杆；12为助力电动机。
上述图4中，1为传动销；2为滑套；3为钢球；4为输入轴；5为扭杆；6为角位移传感器；7为螺杆；8为螺母；9为齿扇；10为行星轮；11为太阳轮；12为行星轮托架；13为助力电动机。
具体实施例方式
如图1所示，电子控制单元根据采集到的转向盘转矩Ts与车速V确定助力电动机的目标电流Icmd，然后根据助力电动机的实际电流I与目标电流Icmd对助力电动机电流进行反馈跟踪控制。
如图2所示，扭杆5的一端与转向器输入端4连接，另一端与螺杆7过盈配合刚性连接，扭杆5的扭转变形通过钢球3传递给滑套2，传动销1与螺杆7刚性连接，并通过与滑套2上的螺旋槽配合，在滑套2转动的同时，产生轴向移动，通过角位移传感器6测量滑套2的轴向移动量，将扭杆5的相对变形(即转向器输入端4与螺杆7的相对转角)转换为表示转矩的电信号输入给电子控制单元(ECU)。螺杆7与螺母8构成循环球传动副。螺母8上的齿条与齿扇轴(即摇臂轴)上的齿扇9相啮合，将转向力矩输出。蜗轮10通过花键与螺杆7连接。电动机12的输出轴与蜗杆11通过花键连接，经过蜗轮10与蜗杆11组成的蜗轮蜗杆减速机构将电动机输出的转向力矩传递到螺杆7上。
如图3所示，蜗轮10通过花键与齿扇轴(即摇臂轴)连接，电动机12的输出轴与蜗杆11通过花键连接，经过蜗轮10与蜗杆11组成的减速机构将电动机输出的转向力矩传递到齿扇轴(即摇臂轴)上。
如图4所示，电动机13的输出轴与行星托架12通过花键连接，经过太阳轮11、行星轮10及行星轮托架12组成的行星齿轮减速机构将助力电动机输出的转向力矩传递到螺杆7上。其中太阳轮11通过花键与螺杆7连接。
如图5所示，电子控制单元主要由CPU、信号采集与处理电路、驱动电路、监测电路等组成。CPU为8位或16位单片机，也可以为16位数字信号处理器(DSP)。信号采集与处理电路用于采集电动机电流信号，以及处理转矩信号、车速信号、发动机转速信号等。驱动电路包括电子开关(如继电器)、状态指示灯和电动机的驱动。其中电动机的驱动是一个H型PWM功率转换电路，由MOSFET管G1、G2、G3、G4组成。MOSFET管的开关由PWM信号的高低电平控制，PWM信号的频率为20kHz。电动机驱动电路中还设置有电子开关(如继电器)，当系统出现异常后，迅速切断开关，以保证系统安全。监测电路用于对系统进行保护，提高系统的安全可靠性。
权利要求
1.一种电动助力转向器，采用循环球式转向机构。其特征是采用电动机直接提供助力，助力大小与方向由电子控制单元ECU控制，并经减速机构作用到循环球转向机构中。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向器，其特征是电子控制单元ECU采集转向盘转矩、车速及电动机的电流等信号，通过控制电流实现对电动机输出力矩的调节。
3.根据权利要求1所述的电动助力转向器，其特征是转矩传感装置中设有一扭杆，通过机械装置，将扭杆的变形放大成角位移或线位移，由角位移或线位移传感器间接测得扭杆的变形，以此得到作用在扭杆上的转矩。
4.根据权利要求3所述的转矩测量机构，其特征是扭杆变形的大小通过滑套上的螺旋槽放大后，传感器将轴套的轴向位移转换为传感器的电角度，由电位计测得。
5.根据权利要求1所述的电助力转向器，其特征是助力电动机采用永磁有刷直流电动机或永磁无刷直流电动机，电压制式为DC24V或DC42V。
6.根据权利要求1所述的电动助力转向器，其特征是根据助力位置的不同，减速机构输出端与循环球转向器中的螺杆或齿扇轴(摇臂轴)连接。减速机构为蜗轮蜗杆机构或行星齿轮机构。对蜗轮蜗杆机构，主动件即可以是蜗杆，也可以是蜗轮，即蜗轮蜗杆机构可以双向传动；蜗杆与电动机连接，蜗轮与螺杆或齿扇轴(摇臂轴)连接。对行星齿轮机构，行星轮支架与电动机连接，太阳轮与螺杆或齿扇轴(摇臂轴)连接，齿圈在壳体上。
7.根据权利要求1所述的电动助力转向器，其特征是电子控制单元在电动机驱动电路中设置有电子开关(如继电器)，当系统出现异常后，迅速切断开关，以保证系统安全。
8.根据权利要求1所述的电动助力转向器，其特征是转矩测量装置、减速机构与循环球转向器采用整体式结构，一起封装在转向器壳体内。
全文摘要
一种循环球式电动助力转向器。除了包括螺杆、螺母、齿扇、钢球等机械零件外，还包括转矩传感装置、助力电动机、减速机构、电子控制单元等。电子控制单元根据转向盘转矩与车速确定电动机的目标电流，然后对电动机电流进行反馈跟踪控制。减速机构输入端与电动机连接，减速机构输出端与循环球转向器中的螺杆或齿扇轴(摇臂轴)连接。本适用新型可节约能量、在各种行驶工况下提供合适的助力、零件少、质量轻、结构紧凑、装配自动化程度高，是一种节能、安全、环保的车辆动力转向器。
文档编号B62D3/00GK1647984SQ20051005524
公开日2005年8月3日 申请日期2005年3月17日 优先权日2005年3月17日
发明者林逸, 施国标, 王建华, 申荣卫 申请人:北京理工大学