專利名稱：一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別涉及一種應(yīng)用于中、輕型客車和載重汽車的主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
具有固定傳動(dòng)比的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的汽車，雖然能提高轉(zhuǎn)向的輕便性，但仍存在以下問題在低速行駛以及泊車時(shí)，駕駛員需要較大幅度地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn) 向盤才能使汽車按照預(yù)想的方向行駛，操作較為繁瑣，駕駛員容易疲勞；在高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤小角度的輸入也會使汽車產(chǎn)生較大的橫擺角速度，因此需要駕駛員緩慢、小角度地轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤才能使汽車平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向、變道，此時(shí)駕駛員處于一種較為緊張的狀態(tài)，也容易產(chǎn)生疲勞。為了解決固定傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在高低速下的矛盾，不少廠家都已研制出不同形式的主動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這些轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能根據(jù)車速來實(shí)時(shí)改變轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比，在低速時(shí)采用較小的傳動(dòng)比，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的圈數(shù)；在高速時(shí)采用較大的傳動(dòng)比，增加駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的角度，使駕駛感變得穩(wěn)重。同時(shí)，主動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還能夠在危險(xiǎn)工況下進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)，保持汽車的操縱穩(wěn)定性。然而，現(xiàn)今量產(chǎn)的主動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都只使用在轎車上，在客車以及載重汽車上的應(yīng)用還近乎空白，原因主要為第一，客車以及載重汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)承受的負(fù)荷較大，若采用現(xiàn)有轎車上的主動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，則會使體積、質(zhì)量增加較多。第二，客車以及載重汽車對安全性的要求較高，現(xiàn)有轎車上的主動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式在重負(fù)荷下存在一定安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。所要解決的技術(shù)問題在于提高主動(dòng)式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性，縮減其尺寸，減輕其質(zhì)量，使其能夠應(yīng)用于客車和載重汽車，實(shí)現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向、隨車速實(shí)時(shí)改變轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比以及在危險(xiǎn)工況下進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)的功能。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，結(jié)合


如下一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向柱管總成、螺桿移動(dòng)裝置、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、電動(dòng)助力裝置和自動(dòng)控制模塊，所述轉(zhuǎn)向柱管總成包括轉(zhuǎn)向盤I、轉(zhuǎn)向柱管
24、轉(zhuǎn)角傳感器2和轉(zhuǎn)矩傳感器3，轉(zhuǎn)向柱管24上端與轉(zhuǎn)向盤I固定連接，轉(zhuǎn)角傳感器2與轉(zhuǎn)矩傳感器3分別集成于轉(zhuǎn)向柱管24內(nèi)，轉(zhuǎn)向柱管24下端與循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器6的螺桿29通過滑動(dòng)花鍵連接，螺桿移動(dòng)裝置5套裝在螺桿29的上部，螺桿29下部與電動(dòng)助力裝置通過滑動(dòng)花鍵連接，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器6的齒扇35通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂7,推動(dòng)轉(zhuǎn)向直拉桿9并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂12，使轉(zhuǎn)向梯形10運(yùn)動(dòng)，最終轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)前輪11。所述螺桿移動(dòng)裝置5包括移動(dòng)螺柱25、螺母齒輪26、主動(dòng)齒輪40和螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4，移動(dòng)螺柱25為套筒狀，其外表面與螺母齒輪26內(nèi)孔采用梯形螺紋配合，形成傳動(dòng)螺紋副；移動(dòng)螺柱25內(nèi)表面設(shè)有凸緣，通過兩個(gè)角接觸球軸承39夾緊固定在螺桿29上，并通過這兩個(gè)軸承對螺桿29進(jìn)行軸向定位；所述螺母齒輪26兩端面通過一對推力球軸承27支承于上蓋41和中間蓋28之間，螺母輪齒26與主動(dòng)齒輪40相嚙合；主動(dòng)齒輪40壓裝在螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4的輸出軸上，螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4安裝在上蓋41上；上蓋41與中間蓋28之間、中間蓋28與殼體36之間固定連接。所述循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器6的螺桿29采用長螺桿，其兩端為外花鍵，上端的外花鍵與轉(zhuǎn)向柱管24下端的內(nèi)花鍵滑動(dòng)配合，螺桿具有繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)和沿其軸線移動(dòng)這兩個(gè)自由度，螺桿29的兩端為光軸，其上各套有銅制螺桿軸套37，螺桿軸套37定位于深溝球軸承38的內(nèi)圈，深溝球軸承38的外圈固定于殼體36內(nèi)；中間位螺紋段，螺桿29與轉(zhuǎn)向螺母31的螺旋形球道內(nèi)裝有多個(gè)鋼球30，形成螺旋傳動(dòng)副；轉(zhuǎn)向螺母31外部一側(cè)加工有與齒扇35相哨合的齒條，齒扇35的軸端與轉(zhuǎn)向搖臂7相連,從而對外輸出力矩。所述電動(dòng)助力裝置包括蝸輪8、蝸桿34、助力電機(jī)13、下蓋33，蝸輪8 中心孔為內(nèi)花鍵，與螺桿29下端的外花鍵滑動(dòng)配合，蝸輪8的兩端面分別通過一對圓錐滾子軸承32支承于殼體36與下蓋33之間，蝸輪8的輪齒與位于一端的蝸桿34相嚙合，形成蝸輪蝸桿傳動(dòng)副，蝸桿34壓裝于助力電機(jī)13的輸出軸上,助力電機(jī)13通過螺栓固定于殼體36上,殼體36與下蓋33通過螺栓連接。所述自動(dòng)控制模塊包括電子控制單元21，轉(zhuǎn)角傳感器2、轉(zhuǎn)矩傳感器3各自的信號線22、23接入電子控制單元21，電子控制單元21分別通過螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4、助力電機(jī)13各自的電流電壓反饋信號對兩電機(jī)進(jìn)行控制，其中，電子控制單元21對螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4進(jìn)行轉(zhuǎn)角控制，對助力電機(jī)13進(jìn)行力矩控制，用于傳輸車速信號19、車輛穩(wěn)定控制模塊通信信號20和故障信號18的線路也分別接入電子控制單元21。所述電子控制單元21由處理器、穩(wěn)壓模塊、輸入數(shù)據(jù)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，其中，處理器采用Freescale MC9S12XS128式16位單片機(jī)，穩(wěn)壓模塊中采用LM2940芯片作為穩(wěn)壓芯片，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298芯片，電子控制單元21采用12V電壓的汽車電池作為電源。有益效果相比于現(xiàn)今客車以及載重汽車普遍采用的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，本發(fā)明的主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，具有體積小、質(zhì)量輕、響應(yīng)快、控制精準(zhǔn)、能耗小、污染小的優(yōu)點(diǎn)。相比于傳動(dòng)比固定的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，本發(fā)明的主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用主動(dòng)式可變傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向，該系統(tǒng)可以根據(jù)車速實(shí)時(shí)改變轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比。在低速以及泊車時(shí)采用較小的傳動(dòng)比，以減少駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的圈數(shù)，降低駕駛員的工作強(qiáng)度，這對于客車以及載重汽車的司機(jī)來說顯得尤為重要；在高速時(shí)采用較大的傳動(dòng)比，以增加駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的角度，使駕駛感變得穩(wěn)重，降低駕駛員的緊張程度，減少駕駛疲勞，同時(shí)也提高了車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性。在即將發(fā)生側(cè)滑、制動(dòng)跑偏等極限工況下，該系統(tǒng)還能和車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)協(xié)同工作，對前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)，大大提高了行駛穩(wěn)定性和安全性。相比于現(xiàn)有的主動(dòng)式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，本發(fā)明的主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)第一，采用螺紋傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的螺桿的軸向直線運(yùn)動(dòng)的控制，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角的疊加與消減，即傳動(dòng)比的改變。螺紋傳動(dòng)具有可靠的自鎖性能，因此不需要另外加裝電磁鎖，在螺桿移動(dòng)控制電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，螺桿的軸向移動(dòng)自由度可由螺紋自鎖來限定，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仍然能以固定傳動(dòng)比的方式繼續(xù)工作，從而保證了行駛安全性。另外，該螺紋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還具有傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。第二，從結(jié)構(gòu)上保證了駕駛員從轉(zhuǎn)向盤上感受到的路感不變。該系統(tǒng)與螺桿相關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)副均采用滾動(dòng)軸承，從而保證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正效率、逆效率均相當(dāng)于傳統(tǒng)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。第三，零部件集成度高，整體結(jié)構(gòu)緊湊，制造精度要求相對較低，成本較低。

圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)示意
圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)示意圖。其中1.轉(zhuǎn)向盤，2.轉(zhuǎn)角傳感器，3.轉(zhuǎn)矩傳感器，4.螺桿移動(dòng)控制電機(jī)，5.螺桿移動(dòng)裝置，6.循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，7.轉(zhuǎn)向搖臂，8.蝸輪，9.轉(zhuǎn)向直拉桿，10.轉(zhuǎn)向梯形，11.前輪，12.轉(zhuǎn)向節(jié)臂，13.助力電機(jī),14.助力電機(jī)電流電壓反饋信號，15.助力電機(jī)控制信號，
16.螺桿移動(dòng)控制電機(jī)控制信號，17.螺桿移動(dòng)控制電機(jī)電流電壓反饋信號，18.故障信號，19.車速信號，20.車輛穩(wěn)定控制模塊通信信號，21.電子控制單元，22.轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號，23.轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號，24.轉(zhuǎn)向柱管，25.移動(dòng)螺柱，26.螺母齒輪，27.推力球軸承，28.中間蓋，29.螺桿，30.鋼球，31.轉(zhuǎn)向螺母，32.圓錐滾子軸承，33.下蓋，34.蝸桿，35.齒扇，36.殼體，37.螺桿軸套，38.深溝球軸承，39.角接觸球軸承，40.主動(dòng)齒輪，41.上蓋。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體內(nèi)容及其實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖I、圖2，本發(fā)明的主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)向柱管總成、螺桿移動(dòng)裝置5、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器6、電動(dòng)助力裝置、自動(dòng)控制模塊組成。轉(zhuǎn)向柱管總成中的轉(zhuǎn)向柱管24下端與循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器6的螺桿29的上端通過滑動(dòng)花鍵連接，使二者可以沿軸向相對運(yùn)動(dòng)。螺桿移動(dòng)裝置5套在螺桿29的上部，用以控制螺桿29的軸向位移。螺桿29的下部與電動(dòng)助力裝置通過滑動(dòng)花鍵連接，使二者可以沿軸向相對運(yùn)動(dòng)。駕駛員輸入于轉(zhuǎn)向盤I的轉(zhuǎn)矩經(jīng)轉(zhuǎn)向柱管24傳遞給螺桿29，電動(dòng)助力裝置的助力力矩也傳至螺桿29，共同驅(qū)動(dòng)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器6的齒扇35轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂7，從而推動(dòng)轉(zhuǎn)向直拉桿9、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂12，使轉(zhuǎn)向梯形10運(yùn)動(dòng)，最終轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)前輪11。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比的改變以及主動(dòng)轉(zhuǎn)向的基本原理為循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的螺桿29具有繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿其軸線的移動(dòng)這兩個(gè)自由度。螺桿29繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度由轉(zhuǎn)向盤I控制，使轉(zhuǎn)向螺母31軸向移動(dòng)；螺桿29沿軸線移動(dòng)的自由度由螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4控制，也使轉(zhuǎn)向螺母31軸向移動(dòng)，所以，轉(zhuǎn)向螺母的31移動(dòng)是由轉(zhuǎn)向盤I的轉(zhuǎn)角與螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4的轉(zhuǎn)角相疊加后的效果，從而增加或減小駕駛員輸入的轉(zhuǎn)角。參見圖1，轉(zhuǎn)向柱管總成包括轉(zhuǎn)向盤I、轉(zhuǎn)向柱管24、轉(zhuǎn)角傳感器2、轉(zhuǎn)矩傳感器3。轉(zhuǎn)向柱管24上端與轉(zhuǎn)向盤I固定連接，二者同步轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)角傳感器2與轉(zhuǎn)矩傳感器3分別安裝于轉(zhuǎn)向柱管24內(nèi)，用以檢測轉(zhuǎn)向盤I輸出的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號22與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號23。
參見圖2，螺桿移動(dòng)裝置5包括移動(dòng)螺柱25、螺母齒輪26、主動(dòng)齒輪40、螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4、上蓋41、中間蓋28。螺桿29上部中段套有一對角接觸球軸承39，兩軸承通過螺桿29上的螺母預(yù)緊并夾緊移動(dòng)螺柱25的內(nèi)凸緣，這兩個(gè)軸承對螺桿29進(jìn)行軸向定位并傳遞螺桿29的所有軸向力。移動(dòng)螺柱25為套筒狀，其外圓有梯形螺紋。螺母齒輪26中心孔內(nèi)圓為梯形螺紋，與移動(dòng)螺柱25的外螺紋相配合，形成傳動(dòng)螺紋副。螺母齒輪26兩端面通過一對推力球軸承27支承于上蓋41和中間蓋28之間，其外圓的輪齒與主動(dòng)齒輪40相嚙合。主動(dòng)齒輪40由螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4驅(qū)動(dòng)，螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4通過螺釘固定于上蓋41上。上蓋41與中間蓋28通過螺栓連接，中間蓋28與殼體36通過螺釘連接。當(dāng)需要疊加或消減轉(zhuǎn)向角度時(shí)，螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪40，由于螺母齒輪26軸向位置被限定，所以螺母齒輪26的轉(zhuǎn)動(dòng)將通過傳動(dòng)螺紋副使移動(dòng)螺柱25上下移動(dòng)，經(jīng)過角接觸球軸承39帶動(dòng)螺桿29上下移動(dòng)。由于有角接觸球軸承39，移動(dòng)螺柱25與螺桿29可自由相對轉(zhuǎn)動(dòng)。參見圖2，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器包括螺桿29、螺桿軸套37、轉(zhuǎn)向螺母31、鋼球30、齒扇35、殼體36。螺桿29兩端為外花鍵，其上端的外花鍵與轉(zhuǎn)向柱管24下端的內(nèi)花鍵滑動(dòng)配 合，使螺桿29可以相對于轉(zhuǎn)向柱管24軸向移動(dòng)，并且能傳遞轉(zhuǎn)矩。兩個(gè)銅制螺桿軸37套分別套于螺桿29的兩段光軸上。螺桿軸套37定位于深溝球軸承38的內(nèi)圈，深溝球軸承38的外圈固定于殼體內(nèi)。兩個(gè)深溝球軸承38與螺桿軸套37不限制螺桿29軸向移動(dòng)的自由度。螺桿29、轉(zhuǎn)向螺母31及位于兩者螺旋形球道內(nèi)的許多鋼球30形成螺旋傳動(dòng)副。轉(zhuǎn)向螺母31外部的齒條與齒扇35哨合,轉(zhuǎn)向搖臂7固定于齒扇35的軸端,對外輸出力矩。參見圖2，電動(dòng)助力裝置包括蝸輪8、蝸桿34、助力電機(jī)13、下蓋33。蝸輪8中心孔為內(nèi)花鍵，與螺桿29下端外花鍵滑動(dòng)配合，使螺桿29可以在蝸輪8內(nèi)軸向移動(dòng)，并且能傳遞轉(zhuǎn)矩。蝸輪8的兩端面分別通過一對圓錐滾子軸承32支承于殼體36與下蓋33之間。蝸輪8輪齒與位于右端的蝸桿34相嚙合。蝸桿34由助力電機(jī)13驅(qū)動(dòng)，助力電機(jī)13通過螺栓固定于殼體36。殼體36與下蓋33通過螺栓連接。在需要助力轉(zhuǎn)向時(shí)，助力電機(jī)13驅(qū)動(dòng)蝸桿34，轉(zhuǎn)矩通過蝸輪8傳遞給螺桿29。參見圖1，自動(dòng)控制模塊包括電子控制單元21、導(dǎo)線。電子控制單元21由處理器、穩(wěn)壓模塊、輸入數(shù)據(jù)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。其中，處理器采用FreescaleMC9S12XS128式16位單片機(jī)；穩(wěn)壓模塊中采用LM2940芯片作為穩(wěn)壓芯片；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298芯片。電子控制單元21采用12V電壓的汽車電池作為電源。車速信號19由安裝于車輪的磁電式編碼器采集。轉(zhuǎn)角傳感器2采用非接觸轉(zhuǎn)向角度傳感器，用以采集轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號22。轉(zhuǎn)矩傳感器3采用非接觸式扭矩傳感器，用以采集轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號23。電子控制單元21與車輛穩(wěn)定控制模塊通過通信線路建立連接，用以傳送車輛穩(wěn)定控制模塊通信信號20。車速信號19、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號22、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號23、車輛穩(wěn)定控制模塊通信信號20、助力電機(jī)電流電壓反饋信號14以及螺桿移動(dòng)控制電機(jī)電流電壓反饋信號17分別通過輸入信號線接入電子控制單元21的輸入數(shù)據(jù)處理模塊。電子控制單元21的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過輸出信號線分別與螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4和助力電機(jī)13連接，用以傳遞螺桿移動(dòng)控制電機(jī)控制信號16和助力電機(jī)控制信號15。故障信號18由處理器的引腳輸出，通過輸出信號線連接至汽車儀表盤的故障信號燈。當(dāng)車輛正常行駛時(shí)，電子控制單元21根據(jù)此時(shí)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角信號22和車速信號19，通過查找預(yù)先存入的轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比——車速關(guān)系曲線，確定出所需的轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比，對螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4送出螺桿移動(dòng)控制電機(jī)控制信號16 ;同時(shí)，電子控制單元21根據(jù)此時(shí)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩信號23、車速信號19以及螺桿移動(dòng)控制電機(jī)電流電壓反饋信號17，通過查找預(yù)先存入的助力力矩——車速——轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩關(guān)系曲面，確定出所需的轉(zhuǎn)向助力力矩，并且通過螺桿移動(dòng)控制電機(jī)電流電壓反饋信號17計(jì)算出補(bǔ)償力矩，從而補(bǔ)償螺桿29軸向移動(dòng)所產(chǎn)生的、傳至轉(zhuǎn)向盤I的反作用力矩，最終對助力電機(jī)13送出助力電機(jī)控制信號15。當(dāng)車輛即將發(fā)生側(cè)滑、制動(dòng)跑偏等極限工況時(shí)，車輛穩(wěn)定控制模塊傳出車輛穩(wěn)定控制模塊通信信號20，指定需要增加或減少的前輪轉(zhuǎn)角，電子控制單元21對螺桿移動(dòng)控制電機(jī)送出相應(yīng)的螺桿移動(dòng)控制電機(jī)控制信號16，主動(dòng)干預(yù)轉(zhuǎn)向，從而保持車輛在極限工況下的穩(wěn)定性。在對兩個(gè)電機(jī)送出控制信號的同時(shí)，電子控制單元21采集螺桿移動(dòng)控制電機(jī)電流電壓反饋信號17以及助力電機(jī)電流電壓反饋信號14，將采樣的數(shù)值與目標(biāo)值進(jìn)行對 比，采用PID(比例-積分-微分)控制策略進(jìn)行閉環(huán)控制。其中，對螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4進(jìn)行轉(zhuǎn)角控制，對助力電機(jī)13進(jìn)行力矩控制。實(shí)施例一參見圖I、圖2，在較低的行駛車速下，駕駛員向某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤1，通過螺桿29帶動(dòng)轉(zhuǎn)向螺母31向某一方向移動(dòng)，電子控制單元21計(jì)算出所需的疊加轉(zhuǎn)角后，使螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)，令螺桿29產(chǎn)生一定的軸向移動(dòng)，直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)向螺母31移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方向與螺桿29轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向螺母31位移的方向相同，相當(dāng)于在轉(zhuǎn)向盤I輸入轉(zhuǎn)角的基礎(chǔ)上增加了一部分轉(zhuǎn)向角度，從而使轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比減小。因此，在產(chǎn)生一定的前輪11轉(zhuǎn)角的條件下，駕駛員就可以減少轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤I的角度和圈數(shù)，使轉(zhuǎn)向變得靈敏，減少了駕駛員的操作工作量。在較高的行駛車速下，駕駛員向某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤1，電子控制單元21使轉(zhuǎn)向螺母31的軸向移動(dòng)方向與螺桿29轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向螺母31的位移方向相反，相當(dāng)于在轉(zhuǎn)向盤I輸入轉(zhuǎn)角的基礎(chǔ)上消減了一部分轉(zhuǎn)向角度，從而使轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比增大。因此，在產(chǎn)生一定的前輪11轉(zhuǎn)角的條件下，駕駛員需要增加轉(zhuǎn)向盤I的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使轉(zhuǎn)向變得沉穩(wěn)，提高了車輛高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性與安全性，降低駕駛員的緊張程度，減少駕駛疲勞。在上述過程中，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置不但需要提供不同的轉(zhuǎn)向助力力矩，還需要補(bǔ)償螺桿29軸向移動(dòng)所產(chǎn)生的、傳至轉(zhuǎn)向盤I的反作用力矩，從而不影響駕駛員的駕駛感受。實(shí)施例二參見圖I、圖2，當(dāng)螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4發(fā)生故障時(shí)，由于移動(dòng)螺柱25和螺母齒輪26之間的傳動(dòng)螺紋的自鎖作用，使得螺桿29軸向移動(dòng)的自由度被鎖住，從而不至于發(fā)生因螺桿29自由竄動(dòng)而導(dǎo)致駕駛員無法控制車輛轉(zhuǎn)向的情況，使汽車能夠以固定的轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比繼續(xù)行駛，提高了主動(dòng)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性。在檢測到螺桿移動(dòng)控制電機(jī)4發(fā)生故障之后，電子控制單元21將發(fā)出故障信號18，汽車儀表盤的故障信號燈點(diǎn)亮，提醒駕駛員及時(shí)檢修。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向柱管總成、螺桿移動(dòng)裝置、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、電動(dòng)助力裝置和自動(dòng)控制模塊，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向柱管總成包括轉(zhuǎn)向盤(I)、轉(zhuǎn)向柱管(24)、轉(zhuǎn)角傳感器⑵和轉(zhuǎn)矩傳感器(3)，轉(zhuǎn)向柱管(24)上端與轉(zhuǎn)向盤⑴固定連接，轉(zhuǎn)角傳感器(2)與轉(zhuǎn)矩傳感器(3)分別集成于轉(zhuǎn)向柱管(24)內(nèi)，轉(zhuǎn)向柱管(24)下端與循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器(6)的螺桿(29)通過滑動(dòng)花鍵連接，螺桿移動(dòng)裝置(5)套裝在螺桿(29)的上部，螺桿(29)下部與電動(dòng)助力裝置通過滑動(dòng)花鍵連接，循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器￠)的齒扇(35)通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂(7)，推動(dòng)轉(zhuǎn)向直拉桿(9)并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂(12)，使轉(zhuǎn)向梯形(10)運(yùn)動(dòng)，最終轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)前輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述螺桿移動(dòng)裝置(5)包括移動(dòng)螺柱(25)、螺母齒輪(26)、主動(dòng)齒輪(40)和螺桿移動(dòng)控制電機(jī)(4)，移動(dòng)螺柱(25)為套筒狀，其外表面與螺母齒輪(26)內(nèi)孔采用梯形螺紋配合，形成傳動(dòng)螺紋副；移動(dòng)螺柱(25)內(nèi)表面設(shè)有凸緣，通過兩個(gè)角接觸球軸承(39)夾緊固定在螺桿(29)上，并通過這兩個(gè)軸承對螺桿(29)進(jìn)行軸向定位；所述螺母齒輪(26)兩端面通過一對推力球軸承(27)支承于上蓋(41)和中間蓋(28)之間，螺母輪齒(26)與主動(dòng)齒輪(40)相嚙合；主動(dòng)齒輪(40)壓裝在螺桿移動(dòng)控制電機(jī)(4)的輸出軸上，螺桿移動(dòng)控制電機(jī)(4)安裝在上蓋(41)上；上蓋(41)與中間蓋(28)之間、中間蓋(28)與殼體(36)之間固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器￠)的螺桿(29)采用長螺桿，其兩端為外花鍵，上端的外花鍵與轉(zhuǎn)向柱管(24)下端的內(nèi)花鍵滑動(dòng)配合，螺桿具有繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)和沿其軸線移動(dòng)這兩個(gè)自由度，螺桿(29)的兩端為光軸，其上各套有銅制螺桿軸套(37)，螺桿軸套(37)定位于深溝球軸承(38)的內(nèi)圈，深溝球軸承(38)的外圈固定于殼體(36)內(nèi)；中間位螺紋段，螺桿(29)與轉(zhuǎn)向螺母(31)的螺旋形球道內(nèi)裝有多個(gè)鋼球(30)，形成螺旋傳動(dòng)副；轉(zhuǎn)向螺母(31)外部一側(cè)加工有與齒扇(35)相哨合的齒條,齒扇(35)的軸端與轉(zhuǎn)向搖臂(7)相連,從而對外輸出力矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述電動(dòng)助力裝置包括蝸輪⑶、蝸桿(34)、助力電機(jī)(13)、下蓋(33)，蝸輪⑶中心孔為內(nèi)花鍵，與螺桿(29)下端的外花鍵滑動(dòng)配合，蝸輪(8)的兩端面分別通過一對圓錐滾子軸承(32)支承于殼體(36)與下蓋(33)之間，蝸輪(8)的輪齒與位于一端的蝸桿(34)相嚙合，形成蝸輪蝸桿傳動(dòng)副，蝸桿(34)壓裝于助力電機(jī)(13)的輸出軸上，助力電機(jī)(13)通過螺栓固定于殼體(36)上，殼體(36)與下蓋(33)通過螺栓連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng),其特征在于，所述自動(dòng)控制模塊包括電子控制單元(21)，轉(zhuǎn)角傳感器(2)、轉(zhuǎn)矩傳感器(3)各自的信號線(22,23)接入電子控制單元(21)，電子控制單元(21)分別通過螺桿移動(dòng)控制電機(jī)(4)、助力電機(jī)(13)各自的電流電壓反饋信號對兩電機(jī)進(jìn)行控制，其中，電子控制單元(21)對螺桿移動(dòng)控制電機(jī)⑷進(jìn)行轉(zhuǎn)角控制，對助力電機(jī)(13)進(jìn)行力矩控制，用于傳輸車速信號(19)、車輛穩(wěn)定控制模塊通信信號(20)和故障信號(18)的線路也分別接入電子控制單元(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制單元(21)由處理器、穩(wěn)壓模塊、輸入數(shù)據(jù)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，其中，處理器采用Freescale MC9S12XS128式16位單片機(jī)，穩(wěn)壓模塊中采用LM2940芯片作為穩(wěn)壓芯 片，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298芯片，電子控制單元(21)采用12V電壓的汽車電池作為電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)式電動(dòng)助力循環(huán)球式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向柱管總成、螺桿移動(dòng)裝置、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器、電動(dòng)助力裝置和自動(dòng)控制模塊。轉(zhuǎn)向柱管與循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器螺桿的上部、電動(dòng)助力裝置與螺桿的下部分別通過滑動(dòng)花鍵連接，螺桿移動(dòng)裝置套在螺桿上。螺桿具有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度由轉(zhuǎn)向盤控制，沿軸線移動(dòng)的自由度由螺桿移動(dòng)控制電機(jī)控制。轉(zhuǎn)向螺母的移動(dòng)是由螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)與軸向移動(dòng)相疊加后的效果，從而達(dá)到實(shí)時(shí)改變轉(zhuǎn)向系傳動(dòng)比以及主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)的目的。此系統(tǒng)不但能滿足低速轉(zhuǎn)向時(shí)輕盈靈敏、高速轉(zhuǎn)向時(shí)穩(wěn)健厚重的要求，而且還具有安全、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于中、輕型客車和載重汽車。
文檔編號B62D119/00GK102717827SQ20121023978
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者劉新洋, 廖中浩, 曾忠敏, 王政 申請人:曾忠敏