CN101590874B - 一种电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

一种电动助力转向装置，应用于汽车制造领域，包括轴总成，传感器总成，壳体总成，控制器，执行机构和直驱电机，传感器总成采集来自于轴总成的电动助力转向信号，该信号通过连接线束送入控制器，控制器经过逻辑运算和模拟运算之后，将控制信号发送给直驱电机，直驱电机驱动执行机构，实现电动助力转向装置的助力转向，主动回正和阻尼控制。本发明采用直驱电机实现直驱式非接触控制，解决了现有技术存在的结构复杂，易于磨损，功率受限，不适用于轴重较大的转向器控制等诸多技术问题。

Description

一种电动助力转向装置

所属技术领域

本发明涉及一种电动助力转向装置，尤其是一种采用直驱电机实现直驱式控制的非接触电动助力转向装置。

背景技术

目前，在汽车制造领域，汽车电动助力转向装置在国内得到了广泛的研究，其控制技术也得到了快速的发展。但目前成熟的技术仍停留在利用直流电机驱动，尚无直驱式电动助力转向装置的产品。

如图1所示，传统直流电机驱动的电动助力转向装置主要组成部分为：传感器总成、电机总成、与电机匹配的减速装置总成、齿轮-齿条执行机构、控制器。工作原理是，首先由传感器总成感应并传递来自汽车方向盘的转矩和角度，由控制器判断助力方向和大小来控制直流电机进行助力，直流电机的助力通过减速装置总成传递到齿轮，齿轮通过与齿条的啮合来执行转向操作。

直流电机驱动的电动助力转向装置具有控制灵活、易实现的优点，但是目前国内可用于使用的直流电机的功率受到技术和工艺的限制，目前的电机功率无法实现前轴重较大的转向器的控制，因此国产的电动助力转向装置仅仅能够适用于小排量、较轻前轴重的车型。传统的直流电机驱动电动助力转向装置，需要加入减速器单元，导致结构复杂；同时驱动部件与执行部件直接接触，导致执行部件的摩擦损耗，电动助力转向装置使用寿命缩短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的电动助力转向装置，通过实施本发明，能够解决现有技术存在的结构复杂，易于磨损，直流电机功率受限，不适用于轴重较大的转向器控制等一系列技术问题。

按照本发明，上述技术问题是通过如下所描述的技术特征来实现的：

一种电动助力转向装置，包括传感器总成，轴总成，壳体总成，控制器，执行机构和直驱电机，传感器总成采集来自于轴总成的电动助力转向信号，该信号通过连接线束送入控制器，控制器经过逻辑运算和模拟运算之后，将控制信号发送给直驱电机，直驱电机驱动执行机构，实现电动助力转向装置的助力转向，主动回正和阻尼控制。

作为本发明进一步的实施方式，轴总成包括转向主轴和扭力杆，转向主轴与汽车方向盘转向管柱相连，扭力杆套装在转向主轴内部，通过产生形变的方式感知来自汽车方向盘的转矩变化。

作为本发明进一步的实施方式，执行机构包括齿轮和齿条，齿轮套接在转向主轴末端，齿条位于齿条轴的前半段，齿轮与齿条之间采用单边啮合方式，齿条轴的后半段制成丝杠形式，直驱电机转子为一外部有齿的套筒，直驱电机转子通过与齿条轴丝杠部分啮合带动齿条。

作为本发明的另一种实施方式，执行机构包括齿轮和齿条，齿轮套接在转向主轴末端，齿条位于齿条轴的前半段，齿轮与齿条之间采用单边啮合方式，齿条轴的后半段制成丝杠形式，所述直驱电机转子与螺母制成一体，直驱电机转子通过螺母与齿条轴丝杠部分啮合带动齿条。

作为本发明进一步的实施方式，直驱电机转子末端螺母部分采用滑道形式，螺母的滑道部分与齿条轴的丝杠部分通过滚珠进行滑动啮合。

作为本发明进一步的实施方式，传感器总成包括扭矩测量装置和角度测量装置，扭矩测量装置通过测量扭力杆发生形变的角度得出方向盘的转动扭矩，角度测量装置测量方向盘转动角度。

作为本发明进一步的实施方式，电动助力转向装置包括状态监测单元和电源监测单元，状态监测单元和电源监测单元将检测信号传输至控制器，所述状态监测单元和电源监测单元的输出为一固定逻辑电平时，表示外部的供电状态和主要部件工作状态正常，且传感器总成的输出信号为设定频率范围内的脉冲或模拟信号时，表示前级电路或CPU工作正常，当驾驶员有转向操作、或者已经到达回正状态或者阻尼状态，控制器输出控制脉冲，驱动直驱电机工作，由直驱电机带动执行机构工作，产生转向推力，最终与驾驶员的转向意图相符。

作为本发明进一步的实施方式，电动助力转向装置包括反馈装置，所述反馈装置监测直驱电机转子的转速和位置，与来自传感器总成的转速和位置信号进行比较，从而向控制器输出控制信号。

作为本发明进一步的实施方式，电动助力转向装置包括压簧垫块和外塞，在压簧垫块和外塞之间封装有弹簧，压簧垫块中部有孔，外塞通过弹簧将齿条紧压在齿轮上。

通过实施本发明，使电动助力转向装置实现了直驱式控制。直驱电机的加入，使驱动部件与执行部件分离，操控更加方便。非接触式控制，减少了执行部件的摩擦损耗，电动助力转向装置使用寿命增长。直接省略了传统电机的减速装置总成部分，提高了传动效率，节省了安装空间。使产品结构简单，产品运行更为可靠，效率提高。解决了现有技术存在的结构复杂，易于磨损，功率受限，不适用于轴重较大的转向器控制等诸多技术问题。

附图说明

图1是现有技术直流电机驱动的电动助力转向装置结构示意图，

图2是本发明直驱电机驱动的电动助力转向装置总体装配结构示意图，

图3是本发明执行机构与驱动机构装配结构示意图，

图4是本发明轴总成与执行机构装配结构示意图，

图5是本发明控制原理结构框图，

图6是本发明电气部分结构框图，

其中：1-传感器总成，2-电机总成，3-减速装置总成，4-齿轮，5-齿条，6-轴总成，7-壳体总成，8-直驱电机，9-控制器，10-执行机构，11-反馈装置，12-状态监测单元，13-电源监测单元，14-连接线束，15-直驱电机转子，16-螺母，17-滑道，18-滚珠，19-齿条轴，21-发动机控制单元，22-制动控制单元，23-CAN总线节点1，24-CAN总线节点2，25-网关控制单元，26-警告装置，31-转向主轴，32-扭力杆，33-扭矩测量装置，34-角度测量装置，35-压簧垫块，36-弹簧，37-外塞。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

作为本发明的一种典型实施方式，如图2所示的电动助力转向装置包括传感器总成1，轴总成6，壳体总成7，控制器9，执行机构10和直驱电机8，传感器总成1采集来自于轴总成6的电动助力转向信号，主要包括扭矩传感器和角度传感器的信号，以及汽车自身的车速信号。该信号通过连接线束14送入控制器9，控制器经过逻辑运算和模拟运算之后，将控制信号发送给直驱电机8，直驱电机驱动执行机构10，实现电动助力转向装置的助力转向，主动回正和阻尼控制。本发明采用的直驱电机，也称DD马达，是直线电机的一种，广泛应用于机床等精密控制领域，具有速度和位置反馈，便于操纵控制。直驱电机的采用，使驱动部件与执行部件分离，非接触式控制，减少了执行部件的摩擦损耗，使用寿命长。直接省略了传统电机的减速器单元，使产品结构简单，产品运行更为可靠，效率高。直驱电机的大功率输出弥补了目前直流电机功率过小的缺陷。

如图4的轴总成与执行机构装配结构示意图所示，轴总成6进一步包括转向主轴31和扭力杆32，转向主轴31与汽车方向盘转向管柱相连，扭力杆32套装在转向主轴内部，通过产生形变的方式感知来自汽车方向盘的角度变化。

执行机构10进一步包括齿轮4和齿条5，齿轮4套接在转向主轴31末端，齿条轴19前半段制成齿条形式，齿轮4与齿条5之间采用单边啮合方式，齿条轴19的后半段制成丝杠形式，直驱电机转子15为一外部有齿的套筒，直驱电机转子15通过与齿条轴19丝杠部分啮合带动齿条5。

作为本发明的另一种实施方式，如图3执行机构与驱动机构装配结构示意图所示，执行机构10包括齿轮4和齿条5，齿轮4套接在转向主轴31末端，齿条轴19前半段制成齿条形式，齿轮4与齿条5之间采用单边啮合方式，齿条轴19的后半段制成丝杠形式，所述直驱电机转子15与螺母16制成一体，直驱电机转子15通过螺母16与齿条轴19丝杠部分啮合带动齿条5。作为本发明的一种较佳实施方式，如图3所示的直驱电机转子15末端螺母部分采用滑道形式，螺母16的滑道部分与齿条轴19的丝杠部分通过滚珠18进行滑动啮合。通过采用滑道滚珠结构，以滚珠的滑动动作代替传统丝杠螺母副之间的滑动配合，摩擦力更小，机械传动效率也更高。由于滚珠的作用，轴间间隙可消除，提高了系统的刚性，大大提高了使用寿命。

如图4所示的传感器总成1包括扭矩测量装置33和角度测量装置34，扭矩测量装置通过测量扭力杆32发生形变的角度得出方向盘的转动扭矩，角度测量装置测量方向盘转动角度。电动助力转向装置信号，包括方向盘扭矩大小和方向，方向盘转动角度，取自本系统传感器总成。扭矩测量信号，是根据传感器总成中扭矩测量装置通过测量扭力杆发生形变的角度得来的(据材料力学的原理，在本系统使用范围内，扭矩与形变角度成正比)，检测方式采用将角度转换为磁场变化，通过对磁场变化敏感的测量装置感应磁场变化，算出角度变化，从而得到扭矩的电信号。角度测量装置也是利用磁场变化原理，通过磁感应芯片测量角度，并转换成电信号。

如图5所示的电动助力转向装置包括状态监测单元12和电源监测单元13，状态监测单元12和电源监测单元13将检测信号传输至控制器9，所述状态监测单元和电源监测单元的输出为一固定逻辑电平时，表示外部的供电状态和主要部件工作状态正常，且传感器总成1的输出信号为设定频率范围内的脉冲或模拟信号时，表示前级电路或CPU工作正常，当驾驶员有转向操作、或者已经到达回正状态或者阻尼状态，控制器9输出控制脉冲，驱动直驱电机8工作，由直驱电机8带动执行机构10工作，产生转向推力，最终与驾驶员的转向意图相符。电动助力转向装置进一步包括反馈装置11，所述反馈装置监测直驱电机转子15的转速和位置，与来自传感器总成1的转速和位置信号进行比较，从而向控制器9输出控制信号。在原有直流电机驱动的电动助力转向控制器基础上，本发明改动原有直流电机驱动部分，能够进一步扩大输出功率。

如图4所示，电动助力转向装置进一步包括压簧垫块35和外塞37，在压簧垫块和外塞之间封装有弹簧36，压簧垫块35中部有孔，外塞37通过弹簧36将齿条5紧压在齿轮4上。

如图6所示是本发明总体电气部分结构框图，汽车自身信号，包括行车速度(也称“车速”)、发动机转速、通讯线路，均通过汽车自身整车ECU(电子控制单元)的相应信号网络取得，电源取自蓄电池。发动机控制单元21与制动控制单元22通过CAN总线与CAN总线节点1相连，CAN总线节点1相连，与CAN总线节点2相连，CAN总线节点1通过CAN总线将来自发动机控制单元21与制动控制单元22的信号传输至CAN总线节点2，再传输至网关控制单元25，并通过仪表总线，同时控制器9也通过CAN总线节点2连接网关控制单元25，通过仪表总线，最终将包括动力转向信号在内的各种信息显示在包括警告装置26在内的车内仪表。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域的普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。

Claims (8)

1.一种电动助力转向装置，其特征在于，包括传感器总成(1)，轴总成(6)，壳体总成(7)，控制器(9)，执行机构(10)和直驱电机(8)，传感器总成(6)采集来自于轴总成的电动助力转向信号，该信号通过连接线束(14)送入控制器(9)，控制器经过逻辑运算和模拟运算之后，将控制信号发送给直驱电机(8)，直驱电机驱动执行机构(10)，实现电动助力转向装置的助力转向，主动回正和阻尼控制，电动助力转向装置还包括状态监测单元(12)和电源监测单元(13)，状态监测单元(12)和电源监测单元(13)将检测信号传输至控制器(9)，所述状态监测单元和电源监测单元的输出为一固定逻辑电平时，表示外部的供电状态和主要部件工作状态正常，且传感器总成(1)的输出信号为设定频率范围内的脉冲或模拟信号时，表示前级电路或CPU工作正常，当驾驶员有转向操作、或者已经到达回正状态或者阻尼状态，控制器(9)输出控制脉冲，驱动直驱电机(8)工作，由直驱电机(8)带动执行机构(10)工作，产生转向推力，最终与驾驶员的转向意图相符。

2.根据权利要求1所述的一种电动助力转向装置，其特征在于，所述轴总成(6)包括转向主轴(31)和扭力杆(32)，转向主轴(31)与汽车方向盘转向管柱相连，扭力杆(32)套装在转向主轴内部，通过产生形变的方式感知来自汽车方向盘的角度变化。

3.根据权利要求2所述的一种电动助力转向装置，其特征在于，所述执行机构(10)包括齿轮(4)和齿条(5)，齿轮(4)套接在转向主轴(31)末端，齿条(5)位于齿条轴(19)的前半段，齿轮(4)与齿条(5)之间采用单边啮合方式，齿条轴(19)的后半段制成丝杠形式，直驱电机转子(15)为一外部有齿的套筒，直驱电机转子(15)通过与齿条轴(19)丝杠部分啮合带动齿条(5)。

4.根据权利要求2所述的一种电动助力转向装置，其特征在于，所述执行机构(10)包括齿轮(4)和齿条(5)，齿轮(4)套接在转向主轴(31)末端，齿条(5)位于齿条轴(19)的前半段，齿轮(4)与齿条(5)之间采用单边啮合方式，齿条轴(19)的后半段制成丝杠形式，直驱电机转子(15)与螺母(16)制成一体，直驱电机转子(15)通过螺母(16)与齿条轴(19)丝杠部分啮合带动齿条(5)。

5.根据权利要求4所述的一种电动助力转向装置，其特征在于，在所述直驱电机转子(15)末端的所述螺母(16)采用滑道形式，螺母(16)的滑道部分与齿条轴(19)的丝杠部分通过滚珠(18)进行滑动啮合。

6.根据权利要求5所述的一种电动助力转向装置，其特征在于，所述传感器总成(1)包括扭矩测量装置(33)和角度测量装置(34)，扭矩测量装置通过测量扭力杆(32)发生形变的角度得出方向盘的转动扭矩，角度测量装置测量方向盘转动角度。

7.根据权利要求6所述的一种电动助力转向装置，其特征在于，所述电动助力转向装置包括反馈装置(11)，所述反馈装置监测直驱电机转子(15)的转速和位置，与来自传感器总成(1)的转速和位置信号进行比较，从而向控制器(9)输出控制信号。

8.根据权利要求7所述的一种电动助力转向装置，其特征在于，所述电动助力转向装置包括压簧垫块(35)和外塞(37)，在压簧垫块和外塞之间封装有弹簧(36)，压簧垫块(35)中部有孔，外塞(37)通过弹簧(36)将齿条(5)紧压在齿轮(4)上。

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