专利名称：一种具有中位识别的电动助力转向装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车辆使用的转向装置，特别是一种具有中位识别的 电动助力转向装置。 技术背景
随着车辆电子技术的发展，车辆的电动助力转向装置以其环保、节电、 占用空间小、设计灵活、控制策略调整方便等优势，获得广泛应用。车辆 的回正性能是车辆操纵稳定性的一个重要方面，电动助力转向装置的主动 回正控制改善车辆的回正性能。电动助力转向装置可分为两类， 一类是不 具有主动回正控制的电动助力转向装置，受车辆回正力大小的限制，应用
范围有限；另一类是具有主动回正控制的电动助力转向装置，包括一个转 向角度传感装置，能够感知车辆的转向角度，控制车辆主动回正。然而， 现有的转向角度传感装置，是一种旋转装置，分为位置式和增量式。位置 式角度传感装置要么受360。限制，要么结构太复杂，成本较高；增量式角 度传感装置结构简单，不受360°限制，但需要存储初值用以计算当前的角 度信息， 一但丢失初值，将产生错误的角度信息。 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可以能判定车辆是否处于中位、准确适 时进行助力判断，并将形成的转向力作用到车辆转向轮，从而形成车辆的 转向的一种具有中位识别的电动助力转向装置。
它包括一个机械总成2、 一个电控装置1，电控装置1通过电线3与机 械总成2连接；机械总成2包括一个蜗轮蜗杆机匣体4、 一个蜗轮蜗杆总成5、 一个伺 服电机7、 一个小齿轮齿条总成8、 一个扭矩传感装置6、 一个中位传感装 置9、两个横拉杆12， 13;蜗轮蜗杆机匣体4与小齿轮齿条总成8的壳体 螺栓连接，在蜗轮蜗杆机匣体4中，小齿轮齿条总成8的小齿轮轴与蜗轮 蜗杆总成5的蜗轮内空固定连接；该小齿轮齿条总成8的小齿轮轴与扭矩 传感装置6的扭力杆固定连接；扭矩传感装置6与所述蜗轮蜗杆机匣体4 相连；伺服电机7固定在蜗轮蜗杆机匣体4上与蜗轮蜗杆总成5的蜗杆相 连；两个横拉杆12， 13分别固定在小齿轮齿条总成8的齿条两端；中位传 感装置9安装在小齿轮齿条总成8的齿条套管10内。
本实用新型的电动助力转向装置，工作时电控装置1对伺服电机7进行 助力判断，电控装置1根据扭矩传感装置6感知的扭矩信号和车辆车速信 号控制伺服电机7的目标电流值，包括电流大小和电流方向，电机产生的 扭矩通过蜗轮蜗杆总成5以及小齿轮齿条总成8传递到横拉杆12， 13，横 拉杆12， 13将转向力作用到车辆转向轮，从而形成车辆的转向。
具有中位识别的电动助力转向装置的中位判断方法，它包括以下流程
流程S0，它是一个开始流程，完成初始化处于中位时的电压幅度为 Vo，测量电压幅度时限制的最大值为Vmax，且Vo的值为Vmax的一半；设 定中位位置右端值a，中位位置左端值b，中位位置远端值c参数；因此， 中位区间的上限预定值为(Vo +a)、中位区间的下限预定值为(Vo-b)、 中位位置远端的阈值为(Vo +c);
流程S1，在所述流程SO的基础上，判断差模信号是否小于中位区间上 限预定值(Vo +a)，如果结果为是，则进行流程S2，如果结果为否，则进 行流程S5;流程S2，在所述流程S1的基础上，判断差模信号是否大于中位区间下
限预定值(Vo-b)，如果结果为是，则进行流程S3，如果结果为否，则进
行流程S7;
流程S3，在所述流程S2的基础上，判断2个输出信号是否小于中位位
置远端阈值(VO +C);
流程S4，在所述流程S3的基础上，输出一个表示"中位为是"的信号，
然后进行流程S10;
流程S5，在所述流程S1的基础上，检测以前是否"中位为是"的信号， 如果结果为是，则进行S6流程，如果为否，则进行流程S10;
流程S6，在所述流程S5的基础上，输出一个表示"方向为右"的信号， 和一个表示"中位为否"的信号，然后进行流程S10;
流程S7，在所述流程S2的基础上，检测以前是否"方向为右"，如果 为是，则进行流程S8，如果结果为否，则进行流程S10;
流程S8，在所述流程S7的基础上，输出一个表示"方向为左"的信号， 和一个表示"中位为否"的信号，然后进行流程S10;
流程S9，输出一个表示"中位为否"的信号，然后进行流程S10;
流程S10跳转到S1，形成循环流程。
具有中位识别的电动助力转向装置的转向角度计算方法，它包括以下步
骤
第一步，初始化，输入电机的平均端电压Ud、电机的反电动势E、电 机的电枢电阻R、电机电枢电流Id、电机的电感L、电机的反电动势常数 Ke、电机的角速度"；
第二步，按照以下方法计算电机的转角em，e m=丄/ Edt二丄/ (Ud-R Id) dt ， Ke Ke
由于Ke和R是常数，而Ud、 Id可通过检测得到，这样就能计算出6m;
第三步，由于车辆的转向角度ev与电机转角em是一种如下式的比
9 v=Kl K2 9m，
式中Kl为蜗轮蜗杆总成5的角传动比，
K2为小齿轮齿条以及到转向车轮的角传动比，因此，可以用电机
的转角6m来表示车辆转向角度信息，艮口
6m二丄E [Ud(k)-R-Id(k)]， Ke
式中T为检测装置的采样时间间隔，Ud(k)为第k次Ud的采样值，Id(k) 为第k次Id的采样值。
具有中位识别的电动助力转向装置的用途之一是利用该装置提供的中 位信号，实施机动车辆的主动回正。
它不但可以实现电动助力转向，而且可以能判定车辆是否处于中位、准 确适时进行助力判断，并将形成的转向力作用到车辆转向轮。其结构简单、 成本低、不受360°限制、不需要初值来计算。
图1是本实用新型的电动助力转向装置组成示意框图。 图2是本实用新型的电动助力转向装置的机械总成剖视图。 图3是本实用新型的电动助力转向装置的中位传感装置的机械装置图。 图4是本实用新型的电动助力转向装置的中位传感装置组成示意框图。 图5是本实用新型的电动助力转向装置的中位传感装置的一个实施例的 输出曲线。图6是本实用新型的电动助力转向装置的中位、传感装置工作流程。
具体实施方式
如图1，本实用新型的电动助力转向装置属于具有主动回正控制的电动 助力转向装置，它包括一个机械总成2、 一个电控装置l，电控装置l通过 电线3与机械总成2连接；
机械总成2包括一个蜗轮蜗杆机匣体4、 一个蜗轮蜗杆总成5、 一个伺 服电机7、 一个小齿轮齿条总成8、 一个扭矩传感装置6、 一个中位传感装 置9、两个横拉杆12， 13;蜗轮蜗杆机匣体4与小齿轮齿条总成8的壳体 螺栓连接，在蜗轮蜗杆机匣体4中，小齿轮齿条总成8的小齿轮轴与蜗轮 蜗杆总成5的蜗轮内空以过溢方式固定连接；该小齿轮齿条总成8的小齿 轮轴以铆装方式与扭矩传感装置6的扭力杆固定连接；扭矩传感装置6与 所述蜗轮蜗杆机匣体4通过螺栓连接；伺服电机7固定在蜗轮蜗杆机匣体4 上与蜗轮蜗杆总成5的蜗杆相连；两个横拉杆12， 13分别固定在小齿轮齿 条总成8的齿条两端；中位传感装置9安装在小齿轮齿条总成8的齿条套 管10内。
工作时电控装置1对伺服电机7进行助力判断，电控装置1根据扭矩传 感装置6感知的扭矩信号和车辆车速信号控制伺服电机7的目标电流值， 包括电流大小和电流方向，电机产生的扭矩通过蜗轮蜗杆总成5以及小齿 轮齿条总成8传递到横拉杆12， 13，横拉杆12， 13将转向力作用到车辆转 向轮，从而形成车辆的转向。
本实用新型的电动助力转向装置是一种具有中位识别的电动助力转向 装置，包括一个具有中位识别的中位传感装置9，能判定车辆是否处于中位 (即直行方向，转向角度约为0)，当判定车辆不处于中位时，同时能判定车辆是左转向或是右转向。进一步地，可通过运算估计转向角度的大小。 中位传感装置9是一种开关式的角度传感装置，结构简单、成本低、不受
360°限制、不需要初值来计算。.
下面详细描述中位传感装置9中位信号产生的原理。
中位传感装置9包括一个机械装置14和一个信号变送装置15。如图2， 它是中位传感装置9的机械装置14的实施例，包括2个线圈18， 19、 l个 线圈架17、 1个阻磁环16。 2个线圈18， 19安装在线圈架17上，阻磁环 16固定在齿条11上，将带线圈的线圈架17固定在齿条套管10内。带线圈 的线圈架17和阻磁环16的固定位置是这样确定的，当车辆处于直行时， 使得阻磁环16位于2个线圈18， 19的中心位置；而当车辆处于转向时， 使得阻磁环16在随齿条11移动的全部行程中，不会受到限制。2个线圈 18， 19的引出线由齿条套管10穿孔引出，与信号变送装置15连接；信号 变送装置15通过电线与电控装置1连接。
如图3，信号变送装置15包括1个线圈激励装置20、 1个信号检出装 置21， l个信号调理装置22， 1个信号判决装置23和1个电源装置24。
中位传感装置9是这样工作的信号变送装置15中的线圈激励装置20 以固定频率的脉冲信号施加到2个线圈18， 19，从而激励线圈，同时信号 变送装置15中的检出装置21检测出2个线圈18， 19的2个响应信号，经 信号调理装置22，产生3个输出信号，这3个输出信号包括与2个响应信 号对应的2个输出信号，以及由2个输出信号的差模而形成的差模输出信 号。当车辆转向时，机械总成2中的齿条11将从一边向另一边移动，这时， 固定在齿条ll上的阻磁环16也随着从一边向另一边移动，这样，3个输出 信号的电压幅度就形成3条曲线。信号判决装置23根据3个输出信号作出车辆是否处于中位的判决结果。信号判决装置23分别测量3个输出信号的 电压幅度，信号判决装置23根据3个输出信号的测量结果，判断齿条11 的位置。车辆直行时，齿条ll的位置被定义为"中位"。信号判决装置23 测量电压幅度时将有一个限制范围，限制范围的最小值是O，最大值是Vmax。 如果输出信号的电压幅度超出该限制范围，信号判决装置23的测量结果将 超出部分处理为最小值(0V)或最大值5V。
如图4，是一个实施例的3个输出信号的3条曲线。图4中，横坐标表 示齿条11的移动距离，横坐标的0点表示齿条11的中位；纵坐标表示3 个输出信号的电压幅度，纵坐标的0点表示齿条11处于中位时的电压幅度 (Vo);横坐标的P点表示曲线26再次穿过横坐标时齿条11的位置，该位 置远离中位。通常，为了便于运算，信号调理装置22将0点的电压幅度调 到最大值(Vmax)的一半。在实施中，为了避免输出信号的抖动，以及外 部干扰，而引起信号判决装置23的判决结果频繁变化，将中位的左边和右 边的较小范围判决为中位，是可行的，并且具有较高的精度。如图4，该较 小范围用横坐标的A、 B点表示，在曲线26中有相应的电压幅度值，分别 是(Vo +a)和(Vo-b)。信号判决装置23判断曲线26是否满足小于(Vo +a)且大于(Vo-b)来决定这个较小范围。然而，信号判决装置23必须 排除P点，因为P点远离中位。信号判决装置23判断曲线27、 28否满足 小于(Vo +c)或者大于(Vo -c)来排除P点，因为P点对应的曲线27、 28的电压幅度值远离Vo。 c值的选定以能明确区分P点和0点为原则，并 使得(Vo +c)小于Vmax和(Vo -c)大于0。
其中，Vo:表示齿条ll处于中位时的电压幅度，电压幅度调到最大值 Vmax的一半，为2.5V， Vmax为信号判决装置23测量电压幅度时限制的最大值5V，通常，电压幅度最大值Vmax是5V， a:中位位置右端值，b:中
位位置左端值，c:中位位置远端值。曲线26为差模信号曲线，曲线27、
28分别为两个响应信号曲线。
如图5，表示出信号判决装置23的判决方法和工作流程。
具有中位识别的电动助力转向装置的中位判断方法，它包括以下流程
流程S0，它是一个开始流程，完成初始化齿条11处于中位时的电
压幅度Vo为2. 5V，信号判决装置23测量电压幅度时限制的最大值为5V;
对所述中位传感装置9的信号变送装置15的信号判决装置23设定中位位
置右端值a，中位位置左端值b,中位位置远端值c参数；因此，中位区间
的上限预定值为(2.5V +a)、中位区间的下限预定值为(2.5V-b)、中位
位置远端的阈值为(2.5V +c);
流程S1，在所述流程SO的基础上，判断差模信号是否小于中位区间上
限预定值(2.5V +a)，如果结果为是，则进行流程S2，如果结果为否，则
进行流程S5;
流程S2，在所述流程S1的基础上，判断差模信号是否大于中位区间下 限预定值(2.5V-b)，如果结果为是，则进行流程S3，如果结果为否，则 进行流程S7;
流程S3，在所述流程S2的基础上，判断2个输出信号是否小于中位位 置远端阈值(2.5V +c);
流程S4，在所述流程S3的基础上，输出一个表示"中位为是"的信号， 然后进行流程S10;
流程S5，在所述流程S1的基础上，检测以前是否"中位为是"的信号， 如果结果为是，则进行S6流程，如果为否，则进行流程S10;流程S6，在所述流程S5的基础上，输出一个表示"方向为右"的信号， 和一个表示"中位为否"的信号，然后进行流程S10;
流程S7，在所述流程S2的基础上，检测以前是否"方向为右"，如果 为是，则进行流程S8，如果结果为否，则进行流程S10;
流程S8，在所述流程S7的基础上，输出一个表示"方向为左"的信号，
和一个表示"中位为否"的信号，然后进行流程S10;
流程S9，输出一个表示"中位为否"的信号，然后进行流程S10; 流程S10跳转到S1，形成循环流程。
阻磁环16可以使用导磁环，在这种情况下，中位位置远端阈值为(Vo -c)，相应地，流程S3变为在所述流程S2的基础上，判断2个输出信号 是否大于中位位置远端阈值(Vo -c);如果结果为是，则进行流程S4，如 果结果为否，则进行流程S9。
然而，对于信号变送装置15中的信号判决装置23，也可以将其移到电 控装置1中。
具有中位识别的电动助力转向装置的用途之一是利用该装置提供的中 位信号，实施机动车辆的主动回正。
权利要求1、一种具有中位识别的电动助力转向装置，它包括机械总成(2)、电控装置(1)，其特征在于所述机械总成(2)包括蜗轮蜗杆机匣体(4)、蜗轮蜗杆总成(5)、伺服电机(7)、小齿轮齿条总成(8)、扭矩传感装置(6)、中位传感装置(9)、两个横拉杆(12，13)，所述扭矩传感装置(6)感知的扭矩信号和车辆车速信号控制伺服电机(7)的包括电流大小和电流方向的目标电流值输入至电控装置(1)，该电控装置(1)对伺服电机(7)进行助力判断，电机产生的扭矩通过蜗轮蜗杆总成(5)以及小齿轮齿条总成(8)传递到横拉杆(12，13)，横拉杆(12，13)将转向力作用到车辆转向轮，从而形成车辆的转向。
2、 如权利要求l的一种具有中位识别的电动助力转向装置，其特征在 于所述蜗轮蜗杆机匣体(4)与小齿轮齿条总成(8)的壳体螺栓连接，在 蜗轮蜗杆机匣体(4)中，小齿轮齿条总成(8)的小齿轮轴与蜗轮蜗杆总 成(5)的蜗轮内空固定连接；该小齿轮齿条总成(8)的小齿轮轴与扭矩 传感装置(6)的扭力杆固定连接；扭矩传感装置(6)与所述蜗轮蜗杆机 匣体(4)连接；伺服电机(7)固定在蜗轮蜗杆机匣体(4)上与蜗轮蜗杆 总成(5)的蜗杆相连；两个横拉杆(12， 13)分别固定在小齿轮齿条总成(8)的齿条两端；中位传感装置(9)安装在小齿轮齿条总成(8)的齿条 套管(10)内；
3、 如权利要求l的一种具有中位识别的电动助力转向装置，其特征在 于所述中位传感装置(9)包括一个机械装置(14)和一个信号变送装置(15)。
4、 如权利要求3的一种具有中位识别的电动助力转向装置，其特征在于所述机械装置(14)包括二个线圈(18、 19)、线圈架(17)、阻磁环(16)， 线圈(18， 19)安装在线圈架(17)上，阻磁环(16)固定在齿条(11) 上，将带线圈的线圈架(17)固定在齿条套管(10)内；当车辆处于直行 时，阻磁环(16)位于线圈(18， 19)的中心位置；当车辆处于转向时， 阻磁环(16)不受到限制地随齿条(11)全部行程中移动，线圈(18， 19) 的引出线由齿条套管(10)穿孔引出，与信号变送装置(15)连接；信号 变送装置(15)通过电线与电控装置(1)连接。
5、 如权利要求3的一种具有中位识别的电动助力转向装置，其特征在 于所述信号变送装置(15)包括线圈激励装置(20)、信号检出装置(21)， 信号调理装置(22),信号判决装置(23)和电源装置(24)。
6、 如权利要求4的一种具有中位识别的电动助力转向装置，其特征在 于所述阻磁环(16)是导磁环。
专利摘要一种具有中位识别的电动助力转向装置，它包括机械总成、电控装置，机械总成包括蜗轮蜗杆机匣体、蜗轮蜗杆总成、伺服电机、小齿轮齿条总成、扭矩传感装置、中位传感装置、两个横拉杆，所述扭矩传感装置感知的扭矩信号和车辆车速信号控制伺服电机的包括电流大小和电流方向的目标电流值输入至电控装置，该电控装置对伺服电机进行助力判断，电机产生的扭矩通过蜗轮蜗杆总成以及小齿轮齿条总成传递到横拉杆，横拉杆将转向力作用到车辆转向轮，从而形成车辆的转向。它可以实现电动助力转向，而且可以能判定车辆是否处于中位，并利用中位信号进行主动回正控制。其结构简单、成本低、不受360°限制、不需要初值来计算。
文档编号B62D5/04GK201158407SQ200720064690
公开日2008年12月3日 申请日期2007年10月12日 优先权日2007年10月12日
发明者陈五亮, 黄志平 申请人:株洲时代电子技术有限公司;株洲时代卓越汽车电子技术有限公司