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推桿式循環(huán)球電動助力轉(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)動力轉(zhuǎn)向?yàn)橐簤簞恿D(zhuǎn)向，助力大小通過滑 閥或轉(zhuǎn)閥加以控制。傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向存在以下問題：助力特性不能隨車速進(jìn)行實(shí)時調(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)問題，提高了維修成本，而液壓油 還會對環(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。
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS)直接由電動機(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)矩信號和車速信號，經(jīng)過判斷和處理后，根據(jù)事先確定好的助力特性輸出控制信號， 控制電動機(jī)輸出助力扭矩。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能很好的克服液壓動力轉(zhuǎn)向存在的問題，具有 節(jié)能，提高安全性，有利于環(huán)保等許多優(yōu)點(diǎn)，有逐步取代液壓動力轉(zhuǎn)向的趨勢，是未來動力 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)球電動助力轉(zhuǎn)向尚沒有產(chǎn)品出現(xiàn)，還處于研發(fā)階段。循環(huán)球電動助力轉(zhuǎn)向主要 應(yīng)用于商用車上，當(dāng)商用車前軸荷較大時，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，帶來笨重及安裝不便等一系列問題。本發(fā)明為電動推桿式的電動助 力轉(zhuǎn)向裝置，其電動助力裝置并不集成在轉(zhuǎn)向器上，而是一個獨(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推桿式電動助力轉(zhuǎn)向裝置。
本發(fā)明的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，即一種電動推桿式電動助力轉(zhuǎn)向裝置， 包括：
(一） 帶轉(zhuǎn)矩測量裝置的循環(huán)球轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)矩傳感裝置用于檢測作用在轉(zhuǎn)向盤上的力矩， 布置在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器輸入端。
(二） 電動推桿，電動推桿的一端與循環(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。電動推桿包括助力電動機(jī)及減速機(jī)構(gòu)、推桿等。助力電動機(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，控制助力電 動機(jī)電流。
其中，所述助力電動機(jī)為永磁有刷直流電動機(jī)或永磁無刷直流電動機(jī)，電壓制式為 DC24V或DC42V。
所述電動推桿中，助力電動機(jī)減速機(jī)構(gòu)的輸入軸與助力電動機(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。助力電動機(jī)輸出的力矩通過減速機(jī)構(gòu)和螺桿螺母傳動副，推動 搖臂軸轉(zhuǎn)動。
所述轉(zhuǎn)矩傳感裝置中設(shè)有一扭桿，通過一套精密的機(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、信號采集與處理電路、驅(qū)動電路、監(jiān)測電路等組成。其 中CPU為8位或16位單片機(jī)，也可以為16位數(shù)字信號處理器（DSP)。電動機(jī)驅(qū)動電路中 設(shè)置有電子開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，迅速切斷開關(guān)，以保證系統(tǒng)安全。
本發(fā)明的有益效果是，只在轉(zhuǎn)向時電動機(jī)才提供助力（不像液壓動力轉(zhuǎn)向，即使在不轉(zhuǎn) 向時，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轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向 操縱力，提高汽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動安全性，且可通過設(shè)置不 同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足不同使用對象的需要；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；沒有液壓回路，比液壓動力轉(zhuǎn)向更易調(diào)整和檢測， 裝配自動化程度更高，并且可以通過設(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)和開發(fā)周期；不存在滲油問題，可大大降低保修成本，減小對環(huán)境的污染；比液壓動力 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確定助力電動機(jī)的目標(biāo)電流/c/m/，然后根據(jù)助力電動機(jī)的實(shí)際電流/與目標(biāo)電流/cmd對助力電動機(jī)電流進(jìn)行反饋跟蹤控制。
如圖2所示，電動推桿式電動助力轉(zhuǎn)向裝置的工作原理是：當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤（l)時，
駕駛員作用力矩經(jīng)轉(zhuǎn)向軸（2)、轉(zhuǎn)向傳動軸（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)矩測量裝置（4),轉(zhuǎn)矩測量裝置（4)將測得的駕駛員作 用力矩送給電子控制單元ECU, ECU根據(jù)該轉(zhuǎn)矩信號并結(jié)合車速信號控制電動推桿中的助力 電動機(jī)（13)輸出合適的助力矩，助力電動機(jī)（13)輸出的助力矩通過減速機(jī)構(gòu)和螺桿螺母 傳動副，推動搖臂軸轉(zhuǎn)動，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)過盈配合 剛性連接，扭桿（5)的扭轉(zhuǎn)變形通過鋼球（3)傳遞給滑套（2)，傳動銷（1)與螺桿（7) 剛性連接，并通過與滑套（2)上的螺旋槽配合，在滑套（2)轉(zhuǎn)動的同時，產(chǎn)生軸向移動， 通過角位移傳感器（6)測量滑套（2)的軸向移動量，將扭桿（5)的相對變形（即轉(zhuǎn)向器輸 入軸（4)與螺桿（7)的相對轉(zhuǎn)角）轉(zhuǎn)換為表示轉(zhuǎn)矩的電信號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，助力電動機(jī)（1)的輸出軸與斜齒輪I (2)通過鍵連接，經(jīng)過斜齒輪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 過螺桿（4)、螺母（5)的傳動副，變周向轉(zhuǎn)動為水平軸向的移動，最后通過螺母（5)將力 傳給推桿（7)。
如圖5所示，電子控制單元主要由CPU、信號采集與處理電路、驅(qū)動電路、監(jiān)測電路等 組成。CPU為8位或16位單片機(jī)，也可以為16位數(shù)字信號處理器（DSP)。信號釆集與處理 電路用于采集電動機(jī)電流信號，以及處理轉(zhuǎn)矩信號、車速信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號等。驅(qū)動電 路包括電子開關(guān)（如繼電器）、狀態(tài)指示燈和電動機(jī)的驅(qū)動。其中電動機(jī)的驅(qū)動是一個H型 PWM功率轉(zhuǎn)換電路，由MOSFET管G卜G2、 G3、 G4組成。MOSFET管的開關(guān)由PWM信 號的高低電平控制，PWM信號的頻率為20kHz。電動機(jī)驅(qū)動電路中還設(shè)置有電子開關(guān)（如繼 電器），當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，迅速切斷開關(guān)，以保證系統(tǒng)安全。監(jiān)測電路用于對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)， 提高系統(tǒng)的安全可靠性。
