本發(fā)明屬于機(jī)電系統(tǒng)及機(jī)動車應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置。

背景技術(shù)：

從汽車行業(yè)情況來看，隨著燃油車輛數(shù)量的不斷增長，車輛排放對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，同時石油作為不可再生的能源也面臨著枯竭的危機(jī)，因此作為低排放或零排放的電動車輛、混合動力車輛因其具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為政府和社會關(guān)注的熱點(diǎn)，成為當(dāng)今輪式車技術(shù)的核心發(fā)展主題。電動動力轉(zhuǎn)向技術(shù)(eps)由于其集成度高、節(jié)能、免維護(hù)等顯著優(yōu)勢已在國內(nèi)外家用車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但多用于轉(zhuǎn)向載荷≤2t的家用車或乘用車，而適用于電動客車、重型卡車、特種車輛等的大噸位電動動力轉(zhuǎn)向技術(shù)仍處于空白狀態(tài)，市場需求迫切、前景廣闊。

從軍式需求情況來看，軍用輪式車輛由于其單軸載荷大、路況復(fù)雜(如壕溝、越野山路、冰雪路面和泥濘路面等)、使用條件苛刻等因素，其操縱穩(wěn)定性能要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于民用車輛，輪式車輛輛底盤即要滿足公路行軍作戰(zhàn)時的高機(jī)動性需求，又要滿足在極端苛刻路況下具有較好的行駛穩(wěn)定性和越野安全性。其中，輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則是影響輪式車輛輛操縱穩(wěn)定性和行駛安全性的最直接因素，其自身性能決定著輪式車輛底盤系統(tǒng)的整體性能。目前，我國軍用輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器，所以，車輛轉(zhuǎn)向回正主要依靠轉(zhuǎn)向定位參數(shù)，比如主銷后傾角與主銷內(nèi)傾角決定，定位參數(shù)誤差較大時會使車輛回正能力變差且不穩(wěn)定，從而影響車輛操縱性；又如，車輛在高速行駛時會存在轉(zhuǎn)向“發(fā)飄”的感覺，即轉(zhuǎn)向助力過大，這是由循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的原理決定的，液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向泵由發(fā)動機(jī)提供動力，高速時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速抬升，液壓助力系統(tǒng)壓力上升，轉(zhuǎn)向助力自然增大，目前新型的轉(zhuǎn)向油泵雖然可以做到高速轉(zhuǎn)向時油泵流量泄壓下降，但并不能根本解決“發(fā)飄”的問題。

從未來發(fā)展趨勢來看，隨著動力電池技術(shù)、混合動力技術(shù)、電機(jī)技術(shù)等的發(fā)展，輪式車輛正在向數(shù)字化、全電化、無人化、智能化的方向飛速發(fā)展，而傳統(tǒng)輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足未來需求，智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等越來越多的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已逐漸浮出水面，而這些新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)則需要依托電動動力轉(zhuǎn)向技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展或升級。

目前，電動動力轉(zhuǎn)向技術(shù)已經(jīng)在小型乘用車領(lǐng)域成熟應(yīng)用，且在結(jié)構(gòu)形式上，絕大多數(shù)為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向裝置或轉(zhuǎn)向管柱式轉(zhuǎn)向裝置，而在大噸位、重型車輛上還未使用，其主要技術(shù)問題在于：

1、轉(zhuǎn)向裝置輸出轉(zhuǎn)矩大，集成度要求高，總體設(shè)計(jì)難度大。由于重型車輛轉(zhuǎn)向橋載荷大(一般超過4噸)及動力轉(zhuǎn)向裝置布置位置的單一性(一般位于動力艙內(nèi))等實(shí)際因素，采用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向裝置或轉(zhuǎn)向管柱式轉(zhuǎn)向裝置無法滿足要求，必須采用整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)的循環(huán)球式結(jié)構(gòu)，而目前的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)只存在于重型液壓助力轉(zhuǎn)向器中，與電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)毫無關(guān)系。

2、關(guān)鍵部件、部位結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高，系統(tǒng)匹配難度大。由于中型車輛不僅轉(zhuǎn)向橋載荷大，該類型車輛的使用工況也較為惡劣，多在非鋪裝路面或泥擰越野路面下使用，車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將承受相當(dāng)大的沖擊載荷，而這些沖擊載荷有相當(dāng)大的一部分需要動力轉(zhuǎn)向裝置承受，因此，動力轉(zhuǎn)向裝置中殼體、傳動部件的強(qiáng)度決定了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性與安全性。就循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器而言，其螺桿、齒扇軸、殼體、轉(zhuǎn)向螺母等部件經(jīng)常會由于外界的沖擊載荷而損壞。

3、機(jī)電匹配難度大。在一定的空間范圍約束及供電品質(zhì)約束條件下，盡量減小電機(jī)體積，有效利用電機(jī)功率特性，匹配大傳動比結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)小功率需求，大轉(zhuǎn)矩輸出的特性是重型車輛電動動力轉(zhuǎn)向技術(shù)的技術(shù)瓶頸。

此外，還存在電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩計(jì)算不準(zhǔn)確，或者無法進(jìn)行自動計(jì)算導(dǎo)致的問題。針對上述問題，本發(fā)明提供了智能計(jì)算電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向裝置，從而解決重型車輛的轉(zhuǎn)向面臨的各種問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種智能計(jì)算電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的動力轉(zhuǎn)向裝置。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種智能計(jì)算電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的電動動力轉(zhuǎn)向裝置，包括：殼體總成、輸入軸與螺桿總成、齒扇軸總成、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器、電機(jī)總成；通過方向盤正向或反向轉(zhuǎn)動輸入軸時，由于輸入軸與螺桿軸之間通過彈性扭桿連接且存在一定角度，所以，螺桿軸與輸入軸在達(dá)到角位移空行程極限時，才能夠與輸入軸同軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器軸向與輸入軸、螺桿軸連接，控制系統(tǒng)通過采集轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出轉(zhuǎn)矩值，計(jì)算出電機(jī)總成的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，以轉(zhuǎn)矩控制模式驅(qū)動電機(jī)總成輸出助力轉(zhuǎn)矩。

作為優(yōu)選，輸入軸與螺桿軸之間存在為±10°的角位移空行程。

作為優(yōu)選，電機(jī)總成的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下：

其中，電機(jī)總成(目標(biāo))轉(zhuǎn)矩tm(t)(n·m)為系統(tǒng)計(jì)算輸出值；

駕駛員最小手力fmin(n)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)定值；

駕駛員最大手力fmax(n)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)定值；

電動轉(zhuǎn)向器一級傳動比im(常數(shù))為系統(tǒng)設(shè)定值，即蝸輪與蝸桿的傳動比；

電動轉(zhuǎn)向器二級傳動比in(常數(shù))為系統(tǒng)設(shè)定值；

轉(zhuǎn)向器正效率ηm(0～1)為系統(tǒng)設(shè)定值；

方向盤轉(zhuǎn)角θsw(t)(rad)為傳感器采集值，單位時間，優(yōu)選50ms內(nèi)方向盤轉(zhuǎn)動角度；

轉(zhuǎn)向桿系角傳動比is為系統(tǒng)設(shè)定值；

原地轉(zhuǎn)向阻力矩tw(n·m)為系統(tǒng)設(shè)定值；

車速v(t)(m/s)為傳感器采集值；

前橋外輪轉(zhuǎn)角θ0'(t)(rad)；，

is是轉(zhuǎn)向桿系角傳動比，常數(shù)，為系統(tǒng)設(shè)定值；

車輪最大轉(zhuǎn)向角θ0(rad)為設(shè)計(jì)輸入值；；

方向盤半徑r0(m)為系統(tǒng)設(shè)定值。

所述電動動力轉(zhuǎn)向裝置，包括：殼體總成、輸入軸與螺桿總成、齒扇軸總成、支撐座總成、渦輪、蝸桿、內(nèi)端蓋總成、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器、外端蓋總成、梅花連接套總成、電機(jī)總成，所述殼體總成內(nèi)部沿水平方向設(shè)置一端封閉一端開口的腔體，輸入軸與螺桿總成安裝在殼體總成的腔體內(nèi)，輸入軸與螺桿總成一端安裝在封閉的一端，所述輸入軸與螺桿總成的另一端伸出到殼體總成的腔體的外部，在殼體總成內(nèi)沿與輸入軸與螺桿總成垂直的方向安裝齒扇軸總成并使得齒扇軸總成與輸入軸與螺桿總成通過齒輪嚙合；所述支撐座總成套設(shè)在輸入軸與螺桿總成外部并用于限位輸入軸與螺桿總成；所述蝸桿沿與輸入軸與螺桿總成垂直的方向，安裝在殼體總成內(nèi)，所述蝸桿的一端依次同軸安裝梅花連接套總成與電機(jī)總成；所述渦輪與蝸桿嚙合，所述蝸桿驅(qū)動輸入軸與螺桿總成轉(zhuǎn)動；所述內(nèi)端蓋總成套設(shè)在輸入軸與螺桿總成上并且安裝在渦輪的外部，轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器與軸向與輸入軸與螺桿總成連接，所述外端蓋總成套設(shè)在輸入軸與螺桿總成上并且安裝在轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器的外部，并固定于殼體總成前端。

作為優(yōu)選，所述殼體總成內(nèi)部沿水平方向設(shè)置為一多變內(nèi)徑的非貫通式腔體，由作為基準(zhǔn)面的非貫通端底面a開始依次加工第一內(nèi)圓面b、二級傳動腔c、第一內(nèi)螺紋面d、一級傳動腔e、第二內(nèi)圓面f；其主體內(nèi)部沿垂直方向也加工有一個多變內(nèi)徑的非貫通式腔體，由非貫通底面g開始依次加工有第三內(nèi)圓面h、蝸桿腔i、第四內(nèi)圓面j、第二內(nèi)螺紋面k；

所述輸入軸與螺桿總成一端安裝在第一內(nèi)圓面b內(nèi)，所述支撐座總成設(shè)置在第一內(nèi)螺紋面d內(nèi)，所述的渦輪設(shè)置在一級傳動腔e內(nèi)，內(nèi)端蓋總成壓裝于殼體總成的第二內(nèi)圓面f，限位于第二內(nèi)圓面f與一級傳動腔e之間形成的圓形凸臺；轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器固定在內(nèi)端蓋總成的外側(cè)，與輸入軸與螺桿總成同軸；所述蝸桿設(shè)置在蝸桿腔內(nèi)，所述蝸桿一端設(shè)置在第三內(nèi)圓面h內(nèi)；外端蓋總成安裝于殼體總成的外端蓋法蘭安裝面n，與輸入軸與螺桿總成同軸；齒扇軸總成安裝于二級傳動腔c；蝸桿安裝在螺桿腔i內(nèi)，與渦輪嚙合，通過第四內(nèi)圓面j的滾珠軸承及與第二內(nèi)螺紋面k螺接的鎖緊螺母固定；梅花連接套總成一端連接螺桿頂端，一端連接電機(jī)總成的輸出花鍵軸；電機(jī)總成通過螺栓固定在殼體總成的電機(jī)法蘭安裝面m；蝸輪蝸桿將電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞給輸入軸與螺桿總成，輸入軸與螺桿總成將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為輸入軸總成通過齒扇軸總成輸出轉(zhuǎn)矩。

作為優(yōu)選，所述殼體總成包括：殼體1a、輸出軸油封、矩形密封圈、油塞、單向推力軸承、滾珠軸承、角接觸軸承；輸出軸油封安裝于二級傳動腔c內(nèi)與齒扇軸總成同軸；

矩形密封圈與油塞安裝于殼體上部螺紋孔，用于在向二級傳動腔c注入潤滑油后密封注油口；單向推力軸承安裝于殼體1a的第一內(nèi)圓面b；滾珠軸承安裝于二級傳動腔c內(nèi)與齒扇軸總成同軸；角接觸軸承安裝于一級傳動腔e的第三內(nèi)圓面h。

作為優(yōu)選，所述輸入軸與螺桿總成包括：第一圓柱銷、輸入軸、彈性扭桿、滾針軸承、第二圓柱銷、螺桿軸、鋼球?qū)Ч?、?dǎo)管壓板、轉(zhuǎn)向螺母29,所述螺桿軸一端沿著軸向設(shè)置變徑內(nèi)腔體,所述螺桿軸一端加工有通孔，所述通孔與內(nèi)腔體連通，所述彈性扭桿的一端插入內(nèi)腔體，所述第二圓柱銷插入通孔，從而鎖定彈性扭桿的一端與螺桿軸的同軸相對轉(zhuǎn)動；所述滾針軸承插入變徑內(nèi)腔體內(nèi)并抵靠在內(nèi)腔體的側(cè)部；所述輸入軸中部沿著軸向設(shè)置空腔結(jié)構(gòu)，所述輸入軸第二端設(shè)置通孔，所述通孔與空腔結(jié)構(gòu)連通，所述彈性扭桿的另一端插入輸入軸的空腔結(jié)構(gòu)中，所述第一圓柱銷插入通孔，從而鎖定彈性扭桿另一端與輸入軸的相對轉(zhuǎn)動；所述輸入軸的第一端抵靠滾針軸承；所述螺桿軸的另一端設(shè)置轉(zhuǎn)向螺母，所述轉(zhuǎn)向螺母上表面加工有多處鋼球注入孔，注入鋼球后，在轉(zhuǎn)向螺母上部安裝鋼球?qū)Ч芤约肮潭ㄤ撉驅(qū)Ч艿膶?dǎo)管壓板。

作為優(yōu)選，所述齒扇軸總成包括：齒扇軸、齒扇軸側(cè)蓋板、齒扇軸調(diào)整銷、齒扇軸調(diào)整螺母、齒扇軸螺塞及滾針軸承；其中，所述齒扇軸包括齒扇和軸，所述齒扇加工有漸開線錐齒的扇形齒輪結(jié)構(gòu)，所述軸的一端設(shè)置有環(huán)形凹槽，齒扇軸調(diào)整銷插入齒扇軸環(huán)形凹槽，所述齒扇軸螺塞套設(shè)在齒扇軸調(diào)整銷外部并且與齒扇軸調(diào)整銷具有一定的間隔，所述軸的一端設(shè)置齒扇軸側(cè)蓋板，所述齒扇軸側(cè)蓋板與軸之間設(shè)置滾針軸承；沿著軸的軸向方向上，所述側(cè)蓋板與軸的一端具有一定的間隔，所述側(cè)蓋板上設(shè)置貫穿的孔，所述的齒扇軸調(diào)整銷從環(huán)形凹槽延伸穿過側(cè)蓋板上的孔，所述調(diào)整螺母套在齒扇軸調(diào)整銷上并設(shè)置并抵靠在齒扇軸側(cè)蓋板的外部。

作為優(yōu)選，所述支撐座總成包括：支撐座、單向推力角接觸軸承；所述支撐座為變內(nèi)徑的貫通環(huán)形結(jié)構(gòu)，外部圓周加工有外螺紋，所述單向推力角接觸軸承安裝于支撐座41內(nèi)部；支撐座總成軸向套裝輸入軸與螺桿總成后，通過其外螺紋緊固在殼體總成的第一內(nèi)螺紋面d，實(shí)現(xiàn)輸入軸與螺桿總成的安裝與限位。

作為優(yōu)選，所述渦輪內(nèi)徑圓面加工有鍵槽，表面加工有缺口，渦輪與輸入軸與螺桿總成設(shè)置為能夠同軸轉(zhuǎn)動。

作為優(yōu)選，所述螺桿上端加工有外花鍵，下端為光滑圓柱面內(nèi)徑圓面，下端軸向安裝于螺桿腔內(nèi)，與角接觸軸承內(nèi)圓面配合安裝，上部套裝加工有外螺紋的空心鎖緊螺塞，緊固在第二內(nèi)螺紋面k。

作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)向器內(nèi)端蓋總成包括：內(nèi)端蓋、骨架油封、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器定位板、傳感器固定橡膠塊；所述內(nèi)端蓋內(nèi)表面加工有螺紋孔，用于安裝轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器定位板及轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器；所述傳感器固定橡膠塊固定傳感器出線端并固定于內(nèi)端蓋內(nèi)表面。

作為優(yōu)選，所述梅花連接套總成兩端為內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)，其一端內(nèi)花鍵連接蝸桿的外花鍵端，一端連接電機(jī)總成的輸出花鍵軸，起聯(lián)軸器的作用；所述電機(jī)總成通過梅花連接套總成與蝸桿軸向安裝完畢后，通過法蘭連接方式固定在殼體1a的電機(jī)安裝面。

另外，本裝置通過對關(guān)鍵部件、關(guān)鍵部位的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，大大提升了系統(tǒng)的可靠性、抗沖擊特性及可實(shí)施性，主要體現(xiàn)在：

①本裝置殼體總成方案中，輸入軸及螺桿總成安裝軸線與齒扇軸總成安裝腔軸線的交叉垂直度不大于

②殼體材料采用球墨鑄鐵qt450-10gb1348-2009并進(jìn)行時效處理，以最大程度地發(fā)揮材料的性能，提高殼體強(qiáng)度；

③殼體外部采用圓角過渡，整體采用鑄造成形，拔模斜度2°～3°，提高加工效率及加工質(zhì)量；

④殼體總成的底面安裝方式為5孔安裝，增強(qiáng)了裝置與車體之間的連接強(qiáng)度；

⑤齒扇軸表面滲碳(0.8-1.2)mm，硬度要求(58-62)hrc，以最大程度地發(fā)揮了材料的性能，提高節(jié)臂強(qiáng)度；

⑥齒扇軸側(cè)蓋板與殼體總成采用4點(diǎn)的連接方式，保證齒扇軸總成的裝配強(qiáng)度，裝置的整體性與氣密性；

⑦齒扇軸總成中增加了橡膠墊，當(dāng)齒扇軸齒輪面與轉(zhuǎn)向螺母齒輪面嚙合處在長期、大載荷使用后出現(xiàn)間隙，其能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)柔性自動補(bǔ)償；

⑧輸入軸與螺桿總成中轉(zhuǎn)向螺母上表面加工有4處鋼球注入孔，注入鋼球后，能夠形成雙路鋼球循環(huán)，降低了分解鋼球與轉(zhuǎn)向螺母內(nèi)表面螺旋槽的受力，有效提升了轉(zhuǎn)向螺母與循環(huán)鋼球的可靠性；

⑨輸入軸與螺桿總成中導(dǎo)管壓板為整體式平板結(jié)構(gòu)，使其能夠大面積的與轉(zhuǎn)向螺母貼合，有效分解了鋼球的受力，保證鋼球順暢滾動，大大降低了鋼球在承受巨大外力時，很難頂落或頂壞的可能性，提升了裝置的可靠性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(eps)由于其驅(qū)動形式、實(shí)現(xiàn)原理等方面與傳統(tǒng)的液壓助力系統(tǒng)相比具有明顯優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：

1、結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省空間。電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取消了液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向泵、液壓管路、油罐等部件，大大簡化了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了車內(nèi)空間，并且使輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更便于靈活布置。

2、節(jié)約能耗。電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在車輛轉(zhuǎn)向時才提供助力，產(chǎn)生能量消耗，而液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)即使在車輛不轉(zhuǎn)向時，系統(tǒng)也一直運(yùn)轉(zhuǎn)，能量浪費(fèi)嚴(yán)重。

3、免維護(hù)性。相對于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不存在滲漏，更換密封件、管路等常規(guī)保養(yǎng)性問題。

4、提高車輛操縱穩(wěn)定性及安全性。不同于液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的單一助力特性，電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性為可控因素，可以在各種行駛工況下提供最佳助力，減小由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動，改善車輛的轉(zhuǎn)向特性，減輕車輛低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高車輛高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供了一種重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置，其由轉(zhuǎn)向器殼體總成、輸入軸與螺桿總成、齒扇軸總成、支撐座總成、渦輪、蝸桿、內(nèi)端蓋總成、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器、外端蓋總成、梅花連接套總成、電機(jī)總成等部件組成。本裝置總體構(gòu)型集成度非常高，在現(xiàn)有同等噸位循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的空間范圍內(nèi)完成了循環(huán)球與齒扇結(jié)構(gòu)、大減速比渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器、電機(jī)總成等多種結(jié)構(gòu)的集成，具體來說，其輸入軸與螺桿總成軸向安裝于轉(zhuǎn)向器殼體總成二級傳動腔內(nèi)，通過支撐座總成軸向限位與固定；渦輪軸向采用平鍵連接方式安裝于輸入軸與螺桿總成上，位于一級傳動腔內(nèi)；螺桿軸向安裝于轉(zhuǎn)向器殼體總成蝸桿腔內(nèi)并與輸入軸與螺桿總成中的轉(zhuǎn)向螺母完全嚙合；內(nèi)端蓋總成與輸入軸與螺桿總成同軸安裝并緊固于轉(zhuǎn)向器殼體總成殼體內(nèi)部；轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器總成需與輸入軸與螺桿總成同軸安裝，位于內(nèi)端蓋總成外側(cè)，通過內(nèi)端蓋總成中內(nèi)端蓋上加工的內(nèi)螺紋孔固定；外端蓋總成法蘭連接在殼體總成殼體外端面，與輸入軸與螺桿總成中的輸入軸同軸；梅花連接套總成為兩端內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)一端連接蝸桿外花鍵端，一端連接電機(jī)總成輸出軸外花鍵端，完成連接轉(zhuǎn)向器與電機(jī)的集成。其結(jié)構(gòu)特征完全不同于小型乘用車的齒輪齒條式、轉(zhuǎn)向管柱式等形式有效解決了整體輸出轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題，而且其借鑒了循環(huán)球式液壓動力轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)，采用大減速比機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器等取代了循環(huán)球式液壓動力轉(zhuǎn)向器中的轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)，在不增加額外空間的情況下，實(shí)現(xiàn)了液力傳動向智能化電傳動的轉(zhuǎn)變，較同等體積循環(huán)球式液壓動力轉(zhuǎn)向器相比，功率需求降低300％，輸出最大轉(zhuǎn)矩提升5％。

附圖說明

圖1為重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置俯視剖面圖。

圖2為重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置左視剖面圖。

圖3為重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置右視剖面圖。

圖4為轉(zhuǎn)向器殼體俯視剖面圖

圖5為轉(zhuǎn)向器殼體右視一級傳動腔剖面圖

圖6為轉(zhuǎn)向器殼體底面結(jié)構(gòu)圖

圖7為轉(zhuǎn)向器殼體左視結(jié)構(gòu)圖

圖8為轉(zhuǎn)向器殼體右視結(jié)構(gòu)圖

圖9-1為轉(zhuǎn)向器殼體總成右視剖面圖。

圖9-2為轉(zhuǎn)向器殼體總成左視剖面圖。

圖9-3為轉(zhuǎn)向器殼體總成俯視局部剖面圖。

圖10為輸入軸與螺桿總成結(jié)構(gòu)圖。

圖11為齒扇軸總成結(jié)構(gòu)圖。

圖12為支撐座總成結(jié)構(gòu)圖。

圖13為渦輪結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14為蝸桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15為轉(zhuǎn)向器內(nèi)端蓋總成結(jié)構(gòu)圖。

圖16為外端蓋總成結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置，如圖1-圖3所示，其特征在于，其包括：殼體總成1、輸入軸與螺桿總成2、齒扇軸總成3、支撐座總成4、渦輪5、蝸桿6、內(nèi)端蓋總成7、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8、外端蓋總成9、梅花連接套總成10、電機(jī)總成11；

所述殼體總成內(nèi)部沿水平方向設(shè)置一端封閉一端開口的腔體，輸入軸與螺桿總成2安裝在殼體總成的腔體內(nèi)，輸入軸與螺桿總成2一端安裝在封閉的一端，所述輸入軸與螺桿總成2的另一端伸出到殼體總成的腔體的外部，在殼體總成1內(nèi)沿與輸入軸與螺桿總成2垂直的方向安裝齒扇軸總成3并使得齒扇軸總成3與輸入軸與螺桿總成2通過齒輪嚙合；所述支撐座總成4套設(shè)在輸入軸與螺桿總成2外部并用于限位輸入軸與螺桿總成2，使得輸入軸與螺桿總成2不能上下左右活動，但是可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動；所述蝸桿6沿與輸入軸與螺桿總成2垂直的方向，安裝在殼體總成1內(nèi)，所述蝸桿6的一端依次同軸安裝梅花連接套總成10與電機(jī)總成11；所述渦輪5與蝸桿嚙合，所述蝸桿6并驅(qū)動輸入軸與螺桿總成2轉(zhuǎn)動；所述內(nèi)端蓋總成7套設(shè)在輸入軸與螺桿總成2上并且安裝在渦輪5的外部，轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8與軸向與輸入軸與螺桿總成2連接，所述外端蓋總成9套設(shè)在輸入軸與螺桿總成2上并且安裝在轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8的外部并固定于殼體總成1前端。

所述非貫通式腔體是一端開口一端封閉的腔體。

本發(fā)明提供了一種新式結(jié)構(gòu)的重型車輛的電動動力轉(zhuǎn)向裝置，本裝置總體構(gòu)型集成度非常高，在現(xiàn)有同等噸位循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的空間范圍內(nèi)完成了齒扇結(jié)構(gòu)、大減速比渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器、電機(jī)總成等多種結(jié)構(gòu)的集成，因此取消了液壓助力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向泵、液壓管路、油罐等部件，大大簡化了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)省了車內(nèi)空間，并且使輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)更便于靈活布置。

作為優(yōu)選，所述的重型車輛優(yōu)選為負(fù)載超過5噸以上的車輛。

作為優(yōu)選，所述殼體總成1是裝置的重要部分，其主體內(nèi)部沿水平方向設(shè)置為一多變內(nèi)徑的非貫通式復(fù)雜腔體，如圖4所示，由作為基準(zhǔn)面的非貫通端底面a開始依次加工第一內(nèi)圓面b、二級傳動腔c、第一內(nèi)螺紋面d、一級傳動腔e、第二內(nèi)圓面f；其主體內(nèi)部沿垂直方向也加工有一個多變內(nèi)徑的非貫通式腔體，如圖5所示，由非貫通底面g開始依次加工有第三內(nèi)圓面h、蝸桿腔i、第四內(nèi)圓面j、第二內(nèi)螺紋面k。

如圖6所示，殼體總成1外部底面加工有多處，優(yōu)選為5處內(nèi)螺紋安裝孔，頂面加工有如圖4所示的上端蓋法蘭安裝面l及如圖7所示的電機(jī)法蘭安裝面m，側(cè)面加工有如圖8所示的外端蓋法蘭安裝面n。

輸入軸與螺桿總成2軸向安裝于殼體總成1內(nèi)，通過支撐座總成4軸向限位并固定，支撐座總成4安裝于殼體總成1的第一內(nèi)螺紋面d，優(yōu)選采用螺接方式；蝸輪5通過平鍵連接的方式軸向安裝于輸入軸與螺桿總成2上，位于一級傳動腔e內(nèi)；內(nèi)端蓋總成7通過緊配合的方式壓裝于殼體總成1的第二內(nèi)圓面f，限位于第二內(nèi)圓面f與一級傳動腔e之間形成的圓形凸臺；轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8通過螺釘固定在內(nèi)端蓋總成7的外側(cè)，與輸入軸與螺桿總成2同軸；外端蓋總成9通過螺栓連接，安裝于殼體總成1的外端蓋法蘭安裝面n，與輸入軸與螺桿總成2同軸；齒扇軸總成3垂直安裝于二級傳動腔c，齒扇與輸入軸與螺桿總成2中的轉(zhuǎn)向螺母嚙合，通過螺栓連接固定在殼體總成1的上端蓋法蘭安裝面l；蝸桿7軸向安裝在螺桿腔i內(nèi)，與渦輪6嚙合，通過第四內(nèi)圓面j的滾珠軸承及與第二內(nèi)螺紋面k螺接的鎖緊螺母固定；梅花連接套總成10為兩側(cè)內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)，軸向連接螺桿頂端與電機(jī)總成11的輸出花鍵軸；電機(jī)總成11通過螺栓固定在殼體總成1的電機(jī)法蘭安裝面m；本裝置通過蝸輪蝸桿將電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞給輸入軸與螺桿總成2，輸入軸與螺桿總成2將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為輸入軸總成通過齒扇軸總成3輸出轉(zhuǎn)矩。

本發(fā)明通過上述特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的殼體總成，能夠集成轉(zhuǎn)向裝置的所有部件，在不增加額外空間的情況下，實(shí)現(xiàn)了重型車輛的電動動力轉(zhuǎn)向裝置。

作為優(yōu)選，本裝置殼體總成方案中，輸入軸及螺桿總成安裝軸線與齒扇軸總成安裝腔軸線的交叉垂直度不大于使得齒扇軸齒輪面與轉(zhuǎn)向螺母齒輪面的嚙合面積達(dá)到最大，與位置度超差的嚙合關(guān)系相比，傳遞效率將提升5％以上。

作為優(yōu)選，殼體材料采用球墨鑄鐵qt450-10gb1348-2009并進(jìn)行時效處理，以最大程度地發(fā)揮材料的性能，提高殼體強(qiáng)度。

作為優(yōu)選，殼體外部采用圓角過渡，整體采用鑄造成形，拔模斜度2°～3°，提高加工效率及加工質(zhì)量。

殼體總成的底面安裝方式為5孔安裝，增強(qiáng)了裝置與車體之間的連接強(qiáng)度。

由圖9-1至圖9-3所示，所述殼體總成1包括：殼體1a、輸出軸油封12、矩形密封圈13、油塞14、單向推力軸承15、滾珠軸承16、角接觸軸承17；輸出軸油封12安裝于二級傳動腔c內(nèi)與齒扇軸總成3同軸，作用在于封閉齒扇軸總成3輸出端與殼體底面，保證潤滑油不從齒扇輸出軸端泄露；

矩形密封圈13與油塞14安裝于殼體上部螺紋孔，用于在向二級傳動腔c注入潤滑油后密封注油口；單向推力軸承15外圓面緊配合安裝于殼體1a的第一內(nèi)圓面b，且軸向與非貫通底面a緊密貼合，以便于輸入軸與螺桿總成2安裝、限位并保證其轉(zhuǎn)動順暢；滾珠軸承16安裝于二級傳動腔c內(nèi)與齒扇軸總成3同軸，作用在于保證齒扇軸總成3與殼體1a的同軸度以及減小齒扇軸總成3的轉(zhuǎn)動阻力；角接觸軸承17安裝于一級傳動腔e內(nèi)，其外圓面緊配合安裝于第三內(nèi)圓面h，底面與非貫通底面g緊密貼合，以便于蝸桿6的安裝、限位并保證其轉(zhuǎn)動順暢。

如圖10所示，所述輸入軸與螺桿總成2包括：第一圓柱銷(21)、輸入軸(22)、彈性扭桿(23)、滾針軸承(24)、第二圓柱銷(25)、螺桿軸(26)、鋼球?qū)Ч?27)、導(dǎo)管壓板(28)、轉(zhuǎn)向螺母(29),所述螺桿軸(26)一端沿著軸向設(shè)置變徑內(nèi)腔體,所述螺桿軸(26)一端加工有通孔，優(yōu)選沿著垂至于軸向方向加工通孔；所述通孔與內(nèi)腔體連通，所述彈性扭桿(23)的一端插入內(nèi)腔體，所述第二圓柱銷(25)插入通孔，從而鎖定彈性扭桿(23)的一端與螺桿軸(26)的同軸相對轉(zhuǎn)動；所述滾針軸承(24)插入變徑內(nèi)腔體內(nèi)并抵靠在內(nèi)腔體的側(cè)部；所述輸入軸(22)中部沿著軸向設(shè)置空腔結(jié)構(gòu)，所述輸入軸(22)第二端設(shè)置通孔，所述通孔與空腔結(jié)構(gòu)連通，所述彈性扭桿(23)的另一端插入輸入軸的空腔結(jié)構(gòu)中，所述第一圓柱銷(21)插入通孔，從而鎖定彈性扭桿(23)另一端與輸入軸(22)的相對轉(zhuǎn)動；所述輸入軸的第一端抵靠滾針軸承(24)；所述螺桿軸(26)的另一端設(shè)置轉(zhuǎn)向螺母，所述轉(zhuǎn)向螺母上表面加工有多處鋼球注入孔，注入鋼球后，在轉(zhuǎn)向螺母上部安裝鋼球?qū)Ч?27)以及固定鋼球?qū)Ч?27)的導(dǎo)管壓板(28)。

作為優(yōu)選，所述螺桿軸(26)主體為多變徑圓柱結(jié)構(gòu),一端沿外表面加工為高光潔度螺旋槽,另一端端面處沿軸向向內(nèi)加工有變徑內(nèi)腔體并在端面處開方形槽，變徑內(nèi)腔體底部沿垂直方向加工有通孔，沿軸向裝入彈性扭桿(23)一端，通過第二圓柱銷(25)插入變徑內(nèi)腔體底部通孔，從而鎖定了其與在螺桿軸(26)的同軸相對轉(zhuǎn)動，再將滾針軸承(24)沿同方向裝入內(nèi)腔體。

作為優(yōu)選，滾針軸承(24)并不與彈性扭桿(23)接觸，其實(shí)際效果在于能夠軸向機(jī)械限制輸入軸(22)與螺桿軸(26)的間隙，避免裝配、使用過程中間隙的變化對彈性扭桿(23)造成擠壓，能夠有效提高彈性扭桿(23)的可靠性及輸入軸與螺桿總成(2)的可實(shí)現(xiàn)性；

所述輸入軸(22)一端加工有垂直方向通孔且軸向加工有內(nèi)腔體，沿端面向內(nèi)加工為六邊形凸臺，斜邊與水平方向夾角分別為±5度，沿軸向使彈性扭桿(23)另一端伸入后，將第一圓柱銷(21)緊配合于通孔，從而鎖定彈性扭桿(23)另一端與輸入軸(22)的相對轉(zhuǎn)動。作為優(yōu)選，輸入軸(22)的六邊形端面恰好抵于滾針軸承(24)內(nèi)圈，六邊形凸臺的上、下各2個斜面與螺桿軸(26)方行槽形成恰好形成±5度的相對轉(zhuǎn)動空間，其實(shí)際效果在于形成輸入軸(22)與螺桿軸(26)相對轉(zhuǎn)動的機(jī)械限位，有效避免了裝配、使用過程中彈性扭桿(23)的過扭情況，提升了螺桿軸(26)的可靠性；

作為優(yōu)選，第一圓柱銷和第二圓柱銷過盈配合于通孔。

從螺桿軸(26)另一端沿軸向安裝轉(zhuǎn)向螺母(29)，其上表面加工有多處鋼球注入孔，在注入鋼球后，安裝鋼球?qū)Ч?27)，其作用在于確保當(dāng)螺桿軸(26)旋轉(zhuǎn)時，被螺旋槽擠壓出轉(zhuǎn)向螺母(29)內(nèi)部的鋼球能夠從一個鋼球注入孔順利進(jìn)入另一鋼球注入孔，再返回到轉(zhuǎn)向螺母(29)內(nèi)部，鋼球?qū)Ч?27)本身不具備固定裝置，需要通過導(dǎo)管壓板(28)進(jìn)行固定，導(dǎo)管壓板(28)緊固在轉(zhuǎn)向螺母(29)上表面后，其實(shí)際效果不僅固定了鋼球?qū)Ч?27)，又能夠有效分解鋼球?qū)Ч?27)應(yīng)力。轉(zhuǎn)向螺母29上表面加工有多處鋼球注入孔，優(yōu)選為4處，注入鋼球后，安裝鋼球?qū)Ч?7及導(dǎo)管壓板28，保證在螺桿軸26旋轉(zhuǎn)時，鋼球能夠在螺桿軸26、轉(zhuǎn)向螺母29、鋼球?qū)Ч?7、導(dǎo)管壓板28形成的封閉通道內(nèi)循環(huán)滾動，齒扇軸的齒扇側(cè)面加工有3處漸開線錐齒，錐齒與齒扇軸31嚙合，將轉(zhuǎn)向螺母29的水平運(yùn)動轉(zhuǎn)換為齒扇軸31的轉(zhuǎn)動；輸入軸22與螺桿軸26連接端加工斜面，保證輸入軸22與螺桿軸26之間可以保證小角度范圍相對轉(zhuǎn)動。

作為優(yōu)選，輸入軸與螺桿總成中導(dǎo)管壓板為整體式平板結(jié)構(gòu)，使其能夠大面積的與轉(zhuǎn)向螺母貼合，有效分解了鋼球的受力，保證鋼球順暢滾動，大大降低了鋼球在承受巨大外力時，很難頂落或頂壞的可能性，提升了裝置的可靠性。

輸入軸與螺桿總成中轉(zhuǎn)向螺母上表面加工有4處鋼球注入孔，注入鋼球后，能夠形成雙路鋼球循環(huán)，降低了分解鋼球與轉(zhuǎn)向螺母內(nèi)表面螺旋槽的受力，有效提升了轉(zhuǎn)向螺母與循環(huán)鋼球的可靠性。

如圖11所示，所述齒扇軸總成(3)包括：齒扇軸(31)、齒扇軸側(cè)蓋板(32)、齒扇軸調(diào)整銷(33)、齒扇軸調(diào)整螺母(34)、齒扇軸螺塞(35)及滾針軸承(36)；其中，所述齒扇軸(31)包括齒扇和軸，所述齒扇加工有漸開線錐齒的扇形齒輪結(jié)構(gòu)，所述軸的一端設(shè)置有環(huán)形凹槽，齒扇軸調(diào)整銷插入齒扇軸環(huán)形凹槽，所述齒扇軸螺塞套設(shè)在齒扇軸調(diào)整銷外部并且與齒扇軸調(diào)整銷具有一定的間隔，所述軸的一端設(shè)置齒扇軸側(cè)蓋板，所述齒扇軸側(cè)蓋板與軸之間設(shè)置滾針軸承(36)；沿著軸的軸向方向上，所述側(cè)蓋板與軸的一端具有一定的間隔，所述側(cè)蓋板上設(shè)置貫穿的孔，所述的齒扇軸調(diào)整銷(33)從環(huán)形凹槽延伸穿過側(cè)蓋板上的孔，所述調(diào)整螺母(34)套在齒扇軸調(diào)整銷(33)上并設(shè)置并抵靠在齒扇軸側(cè)蓋板(32)的外部。

其中，所述齒扇軸31為扇形齒輪結(jié)構(gòu)，齒扇軸的齒扇加工有多處，優(yōu)選為漸開線錐齒，其須與轉(zhuǎn)向螺母29側(cè)面錐齒嚙合，齒扇軸的軸的軸向底部端面加工有細(xì)小中位刻線，其主要作用在于使轉(zhuǎn)動更便于識別與測量，環(huán)形凹槽底部中心位置加工有內(nèi)螺紋孔，用于安裝齒扇軸調(diào)整銷33并且通過在內(nèi)圓面鉚接安裝齒扇軸螺塞35將齒扇軸調(diào)整銷33固定于環(huán)形凹槽底部；所述齒扇軸側(cè)蓋板32頂面中心位置加工有內(nèi)螺紋通孔，其作用在于使得齒扇軸調(diào)整銷33頂端能夠穿過齒扇軸側(cè)蓋板32與齒扇軸調(diào)整螺母34連接，頂面另加工有通孔4處，其目的在于通過螺栓連接，將齒扇軸總成3固定在上端蓋法蘭安裝面l；所述齒扇軸調(diào)整銷33上部加工為外螺紋結(jié)構(gòu)，便于連接調(diào)整螺母，底部加工為光滑、扁平圓柱結(jié)構(gòu)，中心位置加工有外螺紋，其能夠安裝在齒扇軸31底部環(huán)形凹槽中心的內(nèi)螺紋孔處并通過齒扇軸螺塞35壓緊底部光滑、扁平圓柱上表面，從而實(shí)現(xiàn)與齒扇軸31的軸向連接；齒扇軸調(diào)整螺母34螺紋連接于齒扇軸調(diào)整銷33頂端，與齒扇軸側(cè)蓋板32頂端緊密貼合，通過旋轉(zhuǎn)齒扇軸調(diào)整螺母34，可鎖緊或同步微調(diào)齒扇軸調(diào)整銷33與齒扇軸31的軸向位置；滾針軸承36外圓面與齒扇軸側(cè)蓋板32底端內(nèi)圓面緊配合安裝，內(nèi)圓面與齒扇軸31頂端外圓面緊配合安裝，其作用在于保證齒扇軸31、齒扇軸側(cè)蓋板32、齒扇軸調(diào)整銷33的同軸度及減小齒扇軸31轉(zhuǎn)動阻力。

作為優(yōu)選，所述齒扇軸還包括橡膠墊37，所述橡膠墊37設(shè)置在凹槽內(nèi)的端面與齒扇軸調(diào)整銷33的端面之間，并且所述的調(diào)整銷33壓緊橡膠墊37。

作為優(yōu)選，所述的調(diào)整銷33設(shè)置在凹槽內(nèi)的端部的直徑要大于調(diào)整銷33其它位置的直徑。作為優(yōu)選，端部的直徑是其它位置直徑的1.6-2.2倍。通過端部直徑的增大，能夠保證大面積的接觸，能夠增加接觸的壓力。

作為優(yōu)選，所述的滾針軸承設(shè)置在調(diào)整銷33的其它位置并且抵靠在端部。

齒扇軸輸出端a表面加工有三角花鍵，用來與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)花鍵連接，b表面加工有細(xì)小中位刻線，用來完成轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)裝配的對中；環(huán)形凹槽為臺階孔，最底部的孔用于依次安放橡膠墊及齒扇軸調(diào)整銷的大端面。

所述齒扇軸(2)輸出端a表面三角花鍵表面粗糙度為1.6。

所述齒扇軸總成中增加了橡膠墊(3)，當(dāng)齒扇軸齒扇與轉(zhuǎn)向螺母齒條配合出現(xiàn)間隙后能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償。

所述齒扇軸側(cè)蓋板(7)加工了4處通孔用于其與電動轉(zhuǎn)向器總殼體的連接，保證了電動循環(huán)球轉(zhuǎn)向機(jī)的整體性，氣密性。

作為優(yōu)選，齒扇軸表面滲碳(0.8-1.2)mm，硬度要求(58-62)hrc，以最大程度地發(fā)揮了材料的性能，提高節(jié)臂強(qiáng)度。

齒扇軸側(cè)蓋板與殼體總成采用4點(diǎn)的連接方式，保證齒扇軸總成的裝配強(qiáng)度，裝置的整體性與氣密性。

作為優(yōu)選，通過增加了橡膠墊，當(dāng)齒扇軸齒輪面與轉(zhuǎn)向螺母齒輪面嚙合處在長期、大載荷使用后出現(xiàn)間隙，其能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)柔性自動補(bǔ)償。

將橡膠墊安裝在齒扇軸側(cè)蓋端的內(nèi)孔底端位置，依次裝入齒扇軸調(diào)整銷，使齒扇軸調(diào)整銷的大端面與橡膠墊貼合，將齒扇軸螺塞旋入齒扇軸內(nèi)孔的螺紋位置，壓緊齒扇軸調(diào)整銷大端面與橡膠墊，保證橡膠墊的壓縮量在2mm，齒扇軸螺塞擰到位后，通過鉚接安裝，壓緊齒扇軸螺塞，優(yōu)選壓緊齒扇軸螺塞環(huán)形凸臺，通過齒扇軸側(cè)蓋板中心螺紋孔，將壓入滾針軸承的側(cè)蓋旋入齒扇軸調(diào)整銷，使齒扇軸調(diào)整銷能夠螺接并穿過齒扇軸側(cè)蓋板，通過調(diào)整齒扇軸調(diào)整螺母實(shí)現(xiàn)軸向鎖緊與解鎖齒扇軸、齒扇軸調(diào)整銷、齒扇軸螺塞的位置。

本發(fā)明的調(diào)整工作原理如下：

轉(zhuǎn)向螺母上的齒條和齒扇軸上的齒扇之間的間隙是通過調(diào)整齒扇軸調(diào)整銷來保證的。間隙調(diào)整好以后，齒扇軸調(diào)整銷，齒扇軸側(cè)蓋板和齒扇軸調(diào)整螺母是固定在一起的，齒扇軸螺塞和齒扇軸是固定在一起的。轉(zhuǎn)向機(jī)在使用一段時間后，轉(zhuǎn)向螺母上的齒條和齒扇軸上的齒扇會出現(xiàn)磨損，其配合間隙就隨之增大，會導(dǎo)致齒扇軸調(diào)整銷的頭部臺階面與齒扇軸螺塞的右端面之間會出現(xiàn)一定程度的磨損，此時被壓縮的橡膠墊自動使齒扇軸向左移動，自動補(bǔ)償了齒扇和齒條之間的配合間隙，補(bǔ)償?shù)囊苿恿烤褪驱X扇軸螺塞表面的磨損量。

如圖12所示，所述支撐座總成4包括：支撐座41、單向推力角接觸軸承42；所述支撐座41為變內(nèi)徑的貫通環(huán)形結(jié)構(gòu)，外部圓周加工有外螺紋，所述單向推力角接觸軸承42緊配合安裝于支撐座41內(nèi)部；支撐座總成4軸向套裝輸入軸與螺桿總成2后，通過其外螺紋緊固在殼體總成1的第一內(nèi)螺紋面d，實(shí)現(xiàn)輸入軸與螺桿總成2的安裝與限位。

如圖13所示，所述渦輪5內(nèi)徑圓面加工有鍵槽，其作用在于通過平鍵連接方式軸向安裝于輸入軸與螺桿總成2軸，表面加工有6處缺口，減輕重量，減小轉(zhuǎn)動慣量，渦輪5與輸入軸與螺桿總成2設(shè)置為能夠同軸轉(zhuǎn)動。

所述渦輪5內(nèi)徑圓面加工有鍵槽61，表面加工有缺口62，其實(shí)際效果在于，能夠有效減減輕渦輪重量，減小轉(zhuǎn)動慣量，渦輪5與輸入軸與螺桿總成2設(shè)置為能夠同軸轉(zhuǎn)動；強(qiáng)調(diào)指出，所述渦輪5的端面加工有2處內(nèi)螺紋調(diào)整孔63，其實(shí)際效果在于，在裝配過程中，只有通過在內(nèi)螺紋調(diào)整孔63處使用專用工裝或工具，才能精確定位或微調(diào)渦輪5與蝸桿6的位置度與嚙合情況，從而保證傳動鏈的可實(shí)現(xiàn)性與可調(diào)整性。

如圖14所示，所述螺桿6上端加工有外花鍵，下端為光滑圓柱面內(nèi)徑圓面，下端軸向安裝于螺桿腔的內(nèi)，與角接觸軸承17內(nèi)圓面緊配合安裝，上部套裝加工有外螺紋的空心鎖緊螺塞，緊固在第二內(nèi)螺紋面k。

如圖15所示，所述轉(zhuǎn)向器內(nèi)端蓋總成7包括：內(nèi)端蓋71、骨架油封72、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器定位板73、傳感器固定橡膠塊74；所述內(nèi)端蓋71內(nèi)表面加工有螺紋盲孔，用于安裝轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器定位板73及轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8，軸向加工為變徑通孔；所述骨架油封安裝于內(nèi)端蓋71變徑通孔內(nèi)，其外圓面與內(nèi)端蓋71變徑通孔大端內(nèi)圓面緊配合，限位于變徑端面，其作用在于防止殼體總成1內(nèi)部潤滑油外泄，損傷轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8；所述轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器定位板73通過螺栓連接方式固定于內(nèi)端蓋71內(nèi)表面螺紋盲孔，其作用在于避免轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8外圈出現(xiàn)沿軸向角度偏移；所述傳感器固定橡膠塊74其作用在于固定傳感器出線端并避免異物進(jìn)入轉(zhuǎn)向器內(nèi)部。

如圖16所示，所示外端蓋總成9包括外端蓋91、防塵圈92、深溝球軸承93；所述外端蓋91其外表面加工有通孔，作用在于可以通過螺栓連接方式固定于外端蓋法蘭安裝面n，其內(nèi)表面沿軸向向外加工成變徑貫通結(jié)構(gòu)，依次加工有內(nèi)圓面ⅰ和圓形凹槽ⅱ，深溝球軸承93安裝于內(nèi)圓面ⅰ內(nèi)，其目的在于確保輸入軸22的轉(zhuǎn)動順暢且在外端蓋總成9安裝于殼體1a后，能夠保證輸入軸與螺桿總成2與一級傳動腔e、二級傳動腔c的同軸度，強(qiáng)調(diào)指出，所述外端蓋91的最外端面加工3處內(nèi)螺紋孔94，其實(shí)際效果在于，方便在無人線控模式下，加裝輸入軸鎖緊裝置或調(diào)整裝置；所述防塵圈92為不規(guī)則橡膠密封圈，其截面為矩形與三角形組成的不規(guī)則平面，其主體為矩形截面橡膠密封圈，外側(cè)為鈍角三角形截面密封圈最小直徑小于矩形截面部分內(nèi)徑，其矩形截面部分安裝于圓形凹槽ⅱ內(nèi)，由于其特殊形狀，其實(shí)際效果在于，能夠有效封閉外端蓋91與輸入軸22之間的不規(guī)則間隙，阻止灰塵進(jìn)入，是保護(hù)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器的重要手段，標(biāo)準(zhǔn)或通用密封圈無法滿足要求。

所述梅花連接套總成10兩端加工為內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)，其一端內(nèi)花鍵連接蝸桿6的外花鍵端，一端連接電機(jī)總成11的輸出花鍵軸，使電機(jī)總成11與蝸桿6之間為柔性連接。

所述電機(jī)總成11為24v直流永磁同步電機(jī)，額定功率1.6kw額定轉(zhuǎn)矩7牛·米，額定轉(zhuǎn)速2200rpm，集成霍爾式位置傳感器，方形內(nèi)螺紋安裝法蘭，其是本裝置的動力源，通過梅花連接套總成10與蝸桿6軸向安裝完畢后，通過螺栓連接的方式固定在電機(jī)法蘭安裝面m。

本發(fā)明的重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置與循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)不同之處在于，重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器結(jié)構(gòu)，替代了循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器的液壓轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)；采用直流電機(jī)為助力動力源，替代了液壓轉(zhuǎn)向泵動力源；所涉及的重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊，集成度更高，大大減少了動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的部件數(shù)量，并且達(dá)到了主動控制轉(zhuǎn)向助力的目的。

由圖1至圖16所示，本發(fā)明專利所涉及的重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置工作原理的特征如下：

一助力手動模式

通過方向盤正向或反向轉(zhuǎn)動輸入軸22時，由于輸入軸22與螺桿軸26之間通過彈性扭桿23連接且存在一定角度，優(yōu)選為±10度的角位移空行程，所以，螺桿軸26與輸入軸22在達(dá)到角位移空行程極限時，才能夠與輸入軸22同軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8軸向與輸入軸22、螺桿軸26連接，控制系統(tǒng)通過采集轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8的輸出轉(zhuǎn)矩值，計(jì)算出電機(jī)總成11的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，以轉(zhuǎn)矩控制模式驅(qū)動電機(jī)總成11輸出助力轉(zhuǎn)矩，電機(jī)總成11通過梅花連接套總成10，將轉(zhuǎn)矩傳遞至蝸桿6，通過蝸輪5減速增扭后將轉(zhuǎn)矩施加在螺桿軸26上并驅(qū)動螺桿軸26轉(zhuǎn)動，此時，輸入軸與螺桿總成2內(nèi)鋼球會跟隨螺桿軸26螺桿導(dǎo)程而在轉(zhuǎn)向螺母29內(nèi)部滾動，轉(zhuǎn)向螺母29通過上表面開孔將滾動鋼球?qū)蛑龄撉驅(qū)Ч?7內(nèi)，鋼球經(jīng)過鋼球?qū)Ч?7導(dǎo)向再重新返回轉(zhuǎn)向螺母29內(nèi)部；轉(zhuǎn)向螺母29內(nèi)部循環(huán)滾動的鋼球提供水平方向側(cè)向推力，推動轉(zhuǎn)向螺母29做水平運(yùn)動，由于轉(zhuǎn)向螺母29與齒扇軸31嚙合，齒扇軸總成3將轉(zhuǎn)向螺母29的推力與直線運(yùn)動行程轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩與角位移輸出。

停止通過方向盤轉(zhuǎn)動輸入軸22時，由于輸入軸22與螺桿軸26之間的彈性扭桿23在轉(zhuǎn)動過程中，克服了輸入軸22與螺桿軸26之間的角位移行程而產(chǎn)生彈性形變，在輸入軸22無外力的情況下將恢復(fù)彈性形變，即回轉(zhuǎn)至方向盤中間位置。

在控制系統(tǒng)中，創(chuàng)新性的引入了智能助力特征函數(shù)與轉(zhuǎn)向主動安全特性函數(shù)，具體來說，智能助力函數(shù)是在瞬態(tài)時域范圍內(nèi)根據(jù)車速情況、方向盤轉(zhuǎn)角情況解算的轉(zhuǎn)向阻力電機(jī)瞬態(tài)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值，其基本方法如下所示：

其中：

電機(jī)總成(目標(biāo))轉(zhuǎn)矩tm(t)(n·m)為系統(tǒng)計(jì)算輸出值，為單位時間內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選為50ms內(nèi)輸出值；

駕駛員最小手力fmin(n)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)定值，優(yōu)選為20n；

駕駛員最大手力fmax(n)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)定值，優(yōu)選為50n；

電動轉(zhuǎn)向器一級傳動比im(常數(shù))為系統(tǒng)設(shè)定值，即蝸輪與蝸桿的傳動比，優(yōu)選為25－35，進(jìn)一步優(yōu)選為30；

電動轉(zhuǎn)向器二級傳動比in(常數(shù))為系統(tǒng)設(shè)定值，即螺桿軸與齒扇軸的傳動比，優(yōu)選為21－31，進(jìn)一步優(yōu)選為26.13；

轉(zhuǎn)向器正效率ηm(0～1)為系統(tǒng)設(shè)定值，優(yōu)選為0.6；

方向盤轉(zhuǎn)角θsw(t)(rad)為傳感器采集值，單位時間，優(yōu)選50ms內(nèi)方向盤轉(zhuǎn)動角度，優(yōu)選范圍為-15.7～15.7；此處的單位時間與電機(jī)總成(目標(biāo))轉(zhuǎn)矩tm(t)(n·m)單位時間相同；

轉(zhuǎn)向桿系角傳動比is為系統(tǒng)設(shè)定值，優(yōu)選范圍為1～1.2；

原地轉(zhuǎn)向阻力矩tw(n·m)為系統(tǒng)設(shè)定值，優(yōu)選范圍為2000～4000；

車速v(t)(km/h)為傳感器采集值，優(yōu)選范圍為0～120；

前橋外輪轉(zhuǎn)角θ0'(t)(rad)，優(yōu)選范圍為-0.54～0.54；

車輪最大轉(zhuǎn)向角θ0(rad)為設(shè)計(jì)輸入值，優(yōu)選的絕對值為0.61；

方向盤半徑r0(m)為系統(tǒng)設(shè)定值，優(yōu)選為0.21。

另外，其轉(zhuǎn)向主動安全特性函數(shù)的主要特性為，根據(jù)車輛行駛時的狀態(tài)信息(如車速、轉(zhuǎn)向半徑、路面傾角等)與車輛結(jié)構(gòu)特征(如輪距、軸距、重量等)，在不同行駛速度下，動態(tài)預(yù)判并解析出假設(shè)車輛處于發(fā)生側(cè)翻或側(cè)滑的臨界狀態(tài)下方向盤所允許的最大角度α0；當(dāng)駕駛員操縱車輛超過此最大角度時間，系統(tǒng)將驅(qū)動電機(jī)反向迅速增大轉(zhuǎn)向阻力，阻止方向盤轉(zhuǎn)動，從而有效避免駕駛員操縱車輛出現(xiàn)側(cè)翻或側(cè)滑情況，大大提升行駛安全性，其基本方法為：

其中：

方向盤最大的安全轉(zhuǎn)角α0(°)為系統(tǒng)計(jì)算輸出值；

輪距b(mm)為系統(tǒng)設(shè)定值，優(yōu)選范圍為800～1500；

軸距l(xiāng)(mm)為系統(tǒng)設(shè)定值，優(yōu)選范圍為2000～3500；

車輪轉(zhuǎn)臂a(mm)為系統(tǒng)設(shè)定值，優(yōu)選范圍為40～100；

車輛質(zhì)心高度hg(mm)為系統(tǒng)設(shè)定值，優(yōu)選值為400～1500；

車速v(t)(km/h)為傳動器采集值，優(yōu)選范圍為0～120；

路面?zhèn)葍A角度(質(zhì)心側(cè)傾角度)βk(°)是路面相對于水平面的傾斜角度，為傳動器采集值，優(yōu)選范圍為-30°～30°；

電動轉(zhuǎn)向器二級傳動比in(常數(shù))為系統(tǒng)設(shè)定值，即螺桿軸與齒扇軸的傳動比，優(yōu)選為21－31，進(jìn)一步優(yōu)選為26.13；

g是重力加速度，9.8米/秒的二次方。

二線控?zé)o人模式

控制系統(tǒng)通過計(jì)算轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器8的當(dāng)前轉(zhuǎn)角值與接收到的目標(biāo)轉(zhuǎn)角值計(jì)算出電機(jī)總成11的需要運(yùn)動的絕對目標(biāo)位置，以位置控制模式驅(qū)動電機(jī)總成11旋轉(zhuǎn)至絕對目標(biāo)位置；電機(jī)總成11通過梅花連接套總成10帶動蝸桿6與蝸輪5旋轉(zhuǎn)；作為優(yōu)選，蝸桿6與蝸輪5間的減速比為30。由于蝸輪5與螺桿軸26同軸轉(zhuǎn)動，即轉(zhuǎn)動角速度及轉(zhuǎn)動角度相同，此時，輸入軸與螺桿總成2內(nèi)鋼球會跟隨螺桿軸26螺桿導(dǎo)程而在轉(zhuǎn)向螺母29內(nèi)部滾動，轉(zhuǎn)向螺母29通過上表面開孔將滾動鋼球?qū)蛑龄撉驅(qū)Ч?7內(nèi)，鋼球經(jīng)過鋼球?qū)Ч?7導(dǎo)向再重新返回轉(zhuǎn)向螺母29內(nèi)部；轉(zhuǎn)向螺母29內(nèi)部循環(huán)滾動的鋼球提供水平方向側(cè)向推力，推動轉(zhuǎn)向螺母29做水平運(yùn)動，由于轉(zhuǎn)向螺母29與齒扇軸31嚙合，齒扇軸總成3將轉(zhuǎn)向螺母29的推力與直線運(yùn)動行程轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩與角位移輸出。

在控制系統(tǒng)中，創(chuàng)新性的提出了基于車輛橫擺角動態(tài)干預(yù)的車輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角算法，具體來說：第一，通過方向盤轉(zhuǎn)角、電動轉(zhuǎn)向器二級傳動比、轉(zhuǎn)向桿系角傳動比等參數(shù)解算出方向盤目標(biāo)轉(zhuǎn)角與車輪目標(biāo)偏轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系,即：

第二，車輛行駛并轉(zhuǎn)向過程中，由于車輛自身的動力學(xué)特征，在不同車速、不同方向盤轉(zhuǎn)角的情況下必然會出現(xiàn)或多或少的車身橫擺現(xiàn)象，而車輛產(chǎn)生過大的橫擺角將可能導(dǎo)致車輛發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻的危險，因此，控制系統(tǒng)在頻域中，估算出在不同車速情況下車輛橫擺角與方向盤轉(zhuǎn)角的傳遞關(guān)系，通過設(shè)定車輛橫擺角門限值ωr(s)即能夠得到不同車速下方向盤轉(zhuǎn)角門限值θp(s)，所以，當(dāng)某一車速下出現(xiàn)車輛橫擺角門限值時，比較θp(s)與θp的大小，即當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角門限值θp(s)與方向盤目標(biāo)轉(zhuǎn)角θp的比值小于1時，系統(tǒng)將自動使用方向盤轉(zhuǎn)角門限值θp(s)取代方向盤目標(biāo)轉(zhuǎn)角θp；方向盤轉(zhuǎn)角門限值θp(s)與方向盤目標(biāo)轉(zhuǎn)角θp的比值大于或等于1時，維持方向盤目標(biāo)轉(zhuǎn)角θp，從而實(shí)現(xiàn)對車輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角的動態(tài)干預(yù)。其中通過下面公式求出θp(s)：

其中:

以上各式中參數(shù)如下表:

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地理解，本發(fā)明專利所涉及的重型循環(huán)球式雙模電動動力轉(zhuǎn)向裝置可以上述方式應(yīng)用在有人、無人駕駛的不同類型的輪式車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，并且在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明專利的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明專利進(jìn)行各種不同形式的更改和改變。

所述裝置采用直流24±4vdc供電，總體額定功率1.6kw，最大輸出轉(zhuǎn)矩4000n·m，齒扇軸最大角速度18°每秒，齒扇軸最大行程±37°，輸入軸最大行程-720°至720°，雙can通訊接口，具有位置、助力雙工作模式及主動回正功能。

所述裝置的通訊協(xié)議為：裝置采用can2.0b通訊協(xié)議，在發(fā)送幀與返回幀的8個數(shù)據(jù)字節(jié)中，使用1個字節(jié)明確表示裝置的工作模式，使用2個字節(jié)表示角度數(shù)據(jù)，通訊協(xié)議數(shù)據(jù)位具體解釋如下：

表1工作模式解釋(1表示有效，0表示無效)

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。