CN102303641A - 一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置 - Google Patents

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一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置，包括齿条轴，齿条轴右端通过第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构与右横拉杆的另一端连接，转向柱上安装的扭距传感器通过电子控制单元与第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构的盘式电机连接，采用了盘式电动机提供转向助力来减轻操作员的转向手力，操作员在向左或向右转动转向盘的同时，第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构提供给齿条轴和右横拉杆向左或向右运动助力，从而使左转向轮和右转向轮发生转动，具有机构简单，占用空间小，响应速度快的优点。

Description

一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置
技术领域
本发明涉及汽车转向系统领域，尤其涉及一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置。
背景技术
电动助力转向系统(EPS)是在传统机械转向系统的基础上，根据作用在方向盘上的转矩信号和汽车的车速信号，通过电子控制装置使电机产生相应大小和方向的辅助力，协助驾驶员进行转向操作并获得最佳转向特性的伺服系统。电动助力转向系统能在各种行驶工况下提供最佳助力，减少由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的安全性。
电动助力转向系统助力电动机是电动助力转向系统的执行元件，助力电动机的特性直接影响到EPS系统控制的难易程度和驾驶员的手感。EPS系统对助力电动机的基本要求是：应具有高的可靠性，大的功率，低噪声和振动，较低的摩擦转矩，较小的体积和重量；能够在堵转下输出转矩；有良好的机械特性，在工作过程中，转矩波动尽量要小；转动惯量应尽可能的小；应能快速的反转。
目前的汽车转向控制系统存在机构庞杂，占用空间大，响应慢的缺点。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置，近直接驱动，具有机构简单，占用空间小，响应速度快的优点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置，包括齿条轴12，齿条轴12的左端依次通过左横拉杆10、左梯形臂11与左转向轮14连接，齿条轴12上的齿条和齿轮轴13的一端的齿轮啮合，齿轮轴13的另一端依次通过万向节15、转向柱2和转向盘1连接，右横拉杆9的一端通过右转向梯形臂8和右转向轮7连接，齿条轴12右端通过第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构与右横拉杆9的另一端连接，转向柱2上安装的扭距传感器3通过电子控制单元与第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构的盘式机4连接；
第一助力电机连接机构包括盘式电机与滚珠丝杠的连接结构，盘式电机与滚珠丝杠的连接结构中的滚珠丝杠6的一端和右横拉杆9连接，另一端和齿条轴12右端连接；
第二助力电机连接机构包括盘式电机与滚珠丝杠的连接结构，盘式电机与滚珠丝杠的连接结构中的滚珠丝杠6的一端与第二液压活塞杆34的一端连接，第二液压活塞杆34与活塞缸29配合，活塞缸29的有杆腔通过第二液压油管32与液压缸31的左腔联通，活塞缸29的无杆腔通过第一液压油管30与液压缸31的右腔联通，液压缸31与第一液压活塞杆33配合，第一液压活塞杆33和右横拉杆9连接；
盘式电机与滚珠丝杠的连接结构包括滚珠丝杠6，滚珠丝杠6通过滚珠25与滚珠丝杠螺母5相连，滚珠丝杠螺母5与盘式电机4的电机转子22胶粘在一起，滚珠丝杠螺母5通过第一轴承26和第二轴承27与电机定子23连接，第一电机外壳16和第二电机外壳19分别与电机定子23连接，电机绕组21绕在电机定子23上，左端盖28与第一轴承27和电机定子23连接，右端盖24与第二轴承26和电机定子23连接，螺杆18与第一电机外壳16和第二电机外壳19连接。
所述的盘式电机4采用蓄电池供电。
本发明具有以下优点：
1、盘式电机体积小、重量轻、结构紧凑、效率高，应用到汽车转向系统，可以较小转向系统所占的空间，并且重量减小，符合汽车轻量化的要求，效率高满足转向实时控制要求。
2、传动结构简单，省去了减速器、皮带轮等传动结构，应用到了近直接驱动技术，进一步为车体节省了空间，响应速度更快，在汽车转向领域应用更加广泛。
3、电机和滚珠螺母丝杠代替的原来的泵和液压阀，使得回路更加简单，驱动结构更加清晰。
4、盘式电机提供助力的转向系统能在各种行驶工况下提供最佳助力，减少由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的安全性。
5、该系统更加节能环保，只在转向时电动机才提供助力，减少了燃料消耗，系统质量更轻、结构更紧凑、噪声更小。
6、盘式电机由蓄电池供电，因此在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。
附图说明
图1是本发明采用第一助力电机连接机构的示意图。
图2是本发明采用第二助力电机连接机构的示意图。
图3是本发明盘式电机与滚珠丝杠的连接结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参照图1，一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置，包括齿条轴12，齿条轴12的左端依次通过左横拉杆10、左梯形臂11与左转向轮14连接，齿条轴12上的齿条和齿轮轴13的一端的齿轮啮合，齿轮轴13的另一端依次通过万向节15、转向柱2和转向盘1连接，右横拉杆9的一端通过右转向梯形臂8和右转向轮7连接，齿条轴12右端通过第一助力电机连接机构与右横拉杆9的另一端连接，转向柱2上安装的扭距传感器3通过电子控制单元与第一助力电机连接机构的盘式电机4连接；
第一助力电机连接机构包括盘式电机与滚珠丝杠的连接结构，盘式电机与滚珠丝杠的连接结构中的滚珠丝杠6的一端和右横拉杆9连接，另一端和齿条轴12右端连接；
扭矩传感器3测出转向盘1上驾驶员施加力矩的方向，将信号传输到电子控制单元，电子控制单元根据转矩方向控制盘式电机4正转或者反转，从而在驾驶员左转向或者右转向时提供相应方向和大小的助力，万向节15将旋转运动传递，只是改变了转矩方向，转矩大小不变，齿轮与齿条啮合传动，把旋转运动转化为直线运动，同时转矩转化为齿条上的力，并放大相应倍数，横拉杆和梯形臂把运动传递至转向轮，完成最后的转向功能，通过转子带动滚珠丝杠螺母5转动，再通过滚珠丝杠6将旋转运动转化为直线运动，滚珠将力与运动在丝杠与螺母之间传递，这一传动方式取代了传统螺纹丝杠副的滚珠丝杠与滚珠丝杠螺母间直接作用方式，因而以极小滚动摩擦代替了传统丝杠的滑动摩擦，传动效率达到90％以上，同时螺母旋转式滚珠丝杠具有很高的定位精度和同步性，随着滚珠丝杠螺母转向不同，滚珠丝杠6可以实现左右两个方向的运动。
参照图2，一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置，包括齿条轴12，齿条轴12的左端依次通过左横拉杆10、左梯形臂11与左转向轮14连接，齿条轴12上的齿条和齿轮轴13的一端的齿轮啮合，齿轮轴13的另一端依次通过万向节15、转向柱2和转向盘1连接，右横拉杆9的一端通过右转向梯形臂8和右转向轮7连接，齿条轴12右端通过第二助力电机连接机构与右横拉杆9的另一端连接，转向柱2上安装的扭距传感器3通过电子控制单元与第二助力电机连接机构的盘式电机4连接；
第二助力电机连接机构包括盘式电机与滚珠丝杠的连接结构，盘式电机与滚珠丝杠的连接结构中的滚珠丝杠6的一端与第二液压活塞杆34的一端连接，第二液压活塞杆34与活塞缸29配合，活塞缸29的有杆腔通过第二液压油管32与液压缸31的左腔联通，活塞缸29的无杆腔通过第一液压油管30与液压缸31的右腔联通，液压缸31与第一液压活塞杆33配合，第一液压活塞杆33和右横拉杆9连接；
当汽车转向需要助力时，电子控制单元根据传感器信号和转向助力曲线，计算出转向需要的助力大小，然后把控制信号传输到盘式电机4，盘式电机4带动滚珠丝杠螺母5转动，滚珠丝杠6产生向左或向右运动，从而带动第二液压活塞杆34左右移动，液压油经第一液压油管30和第二液压油管32流向液压缸31，第一液压活塞杆33在液压油驱动下左右移动，驱动转向横拉杆和转向梯形臂移动，从而驱动转向轮转动，此结构完成转向更加平稳，盘式电机4与滚珠丝杠6代替了液压泵和液压阀，使结构更加简单，通过控制电机来控制转向系统，控制更加方便。盘式电机4与滚珠丝杠6的连接同图3。
参照图3，盘式电机与滚珠丝杠的连接结构包括滚珠丝杠6，滚珠丝杠6通过滚珠25与滚珠丝杠螺母5相连，滚珠丝杠螺母5与盘式电机4的电机转子22胶粘在一起，滚珠丝杠螺母5通过第一轴承26和第二轴承27与电机定子23连接，第一电机外壳16和第二电机外壳19分别与电机定子23连接，电机绕组21绕在电机定子23上，左端盖28与第一轴承27和电机定子23连接，右端盖24与第二轴承26和电机定子23连接，螺杆18通过第一螺母17和第二螺母20分别与第一电机外壳16和第二电机外壳19连接。
滚珠丝杠螺母5和电机转子22转速相同，滚珠丝杠6进给速度等于滚珠丝杠导程与电机转速的乘积，通过控制电机转速来控制滚珠丝杠6进给，滚珠丝杠6进给速度和齿条轴12左右移动速度相一致，保证转向平稳，滚珠丝杠螺母5与电机转子22胶粘在一起，保证转速同步，电机绕组21绕在电机定子23上，在通电状态下产生磁场，电机转子22在电磁转矩作用下产生旋转运动，带动滚珠丝杠螺母5一起转动，第一轴承27和第二轴承26与滚珠丝杠螺母5相连，第一轴承27和第二轴承26限制滚珠丝杠螺母5的径向和轴向窜动，减少旋转阻力，第一电机外壳16和第二电机外壳19分别与电机定子23连接，并为电机定子23轴向定位，左端盖28与第一轴承27和电机定子23连接，并为电机定子径向定位，右端盖24与第二轴承26和电机定子23连接，并为电机定子径向定位，第一螺母17和第二螺母20与螺杆18连接，把电机外壳连接在一起，并为其定位，滚珠丝杠螺母5通过滚珠25与滚珠丝杠6连接，并把旋转运动转化为直线运动。
所述的盘式电机4采用蓄电池供电，在发动机熄火或出现故障时也能提供助力。
本发明的工作原理为：
本发明采用了盘式电动机提供转向助力来减轻操作员的转向手力，操作员在向左或向右转动转向盘1的同时，第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构提供给齿条轴12和右横拉杆9向左或向右运动助力，从而使左转向轮14和右转向轮7发生转动，其中转向盘1驱动转向柱2转动，转向柱2经万向节15把旋转运动传递至齿轮轴13，通过齿轮轴13上的齿轮与齿条轴12上齿条啮合，把旋转运动转化为齿条杆12的直线运动，与第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构提供的助力一起驱动转向轮转动。

Claims (3)

1.一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置，包括齿条轴(12)，齿条轴(12)的左端依次通过左横拉杆(10)、左梯形臂(11)与左转向轮(14)连接，齿条轴(12)上的齿条和齿轮轴(13)的一端的齿轮啮合，齿轮轴(13)的另一端依次通过万向节(15)、转向柱(2)和转向盘(1)连接，右横拉杆(9)的一端通过右转向梯形臂(8)和右转向轮(7)连接，其特征在于：齿条轴(12)右端通过第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构与右横拉杆(9)的另一端连接，转向柱(2)上安装的扭距传感器(3)通过电子控制单元与第一助力电机连接机构或第二助力电机连接机构的盘式电机(4)连接；
第一助力电机连接机构包括盘式电机与滚珠丝杠的连接结构，盘式电机与滚珠丝杠的连接结构中的滚珠丝杠(6)的一端和右横拉杆(9)连接，另一端和齿条轴(12)右端连接；
第二助力电机连接机构包括盘式电机与滚珠丝杠的连接结构，盘式电机与滚珠丝杠的连接结构中的滚珠丝杠(6)的一端与第二液压活塞杆(34)的一端连接，第二液压活塞杆(34)与活塞缸(29)配合，活塞缸(29)的有杆腔通过第二液压油管(32)与液压缸(31)的左腔联通，活塞缸(29)的无杆腔通过第一液压油管(30)与液压缸(31)的右腔联通，液压缸(31)与第一液压活塞杆(33)配合，第一液压活塞杆(33)和右横拉杆(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置，其特征在于：盘式电机与滚珠丝杠的连接结构包括滚珠丝杠(6)，滚珠丝杠(6)通过滚珠(25)与滚珠丝杠螺母(5)相连，滚珠丝杠螺母(5)与盘式电机(4)的电机转子(22)胶粘在一起，滚珠丝杠螺母(5)通过第一轴承(26)和第二轴承(27)与电机定子(23)连接，第一电机外壳(16)和第二电机外壳(19)分别与电机定子(23)连接，电机绕组(21)绕在电机定子(23)上，左端盖(28)与第一轴承(27)和电机定子(23)连接，右端盖(24)与第二轴承(26)和电机定子(23)连接，螺杆(18)与第一电机外壳(16)和第二电机外壳(19)连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于汽车自适应助力转向的盘式伺服电机直驱装置，其特征在于：所述的盘式电机(4)采用蓄电池供电。
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