CN103448789A - 双蜗杆式电动助力转向装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双蜗杆式电动助力转向装置及系统，增加齿轮箱的最大输出助力扭矩，提高齿轮箱内涡轮的利用效率，在保持结构紧凑的情况下提高助力扭矩，提高系统可靠性。其技术方案的装置包括：至少一电机，设有转动输出轴；涡轮，其上设有转向输出轴；至少两蜗杆组件，分别为第一蜗杆组件和第二蜗杆组件，第一蜗杆组件包括第一蜗杆，第二蜗杆组件包括第二蜗杆；第一蜗杆组件和第二蜗杆组件通过各自的蜗杆与涡轮相啮合；电机至少与两蜗杆组件之一连接，驱动第一蜗杆和第二蜗杆的转动，通过第一蜗杆和第二蜗杆的转动，带动涡轮沿预设方向转动，用以驱动机械转向装置。
Description
技术领域
本领域涉及电动助力转向装置(EPS装置，Electric Power Steering Gear Box)，尤其涉及一种改进的电动助力转向装置及系统。
背景技术
随着人们对舒适度要求和环保意识的提高，电动助力转向装置越来越成为各种交通工具的必备装置。电动助力转向系统EPS(Electronic Power Steering，EPS)装置与液压式助力转向系统(HPS或者EHPS)相比，具有明显的优势，如效率高，节油环保，结构简单，便于整车安装，也没有漏油等的潜在二次污染问题，通过电子控制单元ECU(Electronic Control Unit，ECU)实时控制，控制策略的改进空间具有更大的弹性，可依据不同工控或驾驶习惯进行不同的设定，可不断利用积累的经验和各种控制理论来改进手感和主动安全性能，可兼顾低速时的轻快与高速时的稳健等。
EPS装置为由控制器采集扭矩传感器和车速等信号计算后控制电机并通过涡轮蜗杆减速器增大扭矩来为转向系统提供助力。传统单蜗杆式的减速器如图1所示，图1示出了传统的电动助力转向装置中的局部结构。传统的电动助力转向装置包括电机10、蜗杆11、涡轮12、转向输出轴13以及连轴器14。蜗杆11的两端分别设有轴承110和111，其中蜗杆11通过连轴器14和电机10的输出轴相连。转向输出轴13安装在涡轮12的中央。蜗杆11和涡轮12啮合，电机10驱动蜗杆11，并带动涡轮12输出扭矩。
在图1中，同一时刻只有1个涡杆(蜗杆11)与涡轮12啮合传递扭矩，要增加输出扭矩，就必须增加涡轮12的模数，涡轮12为塑料材质，在确保传递比不变的情况下增大输出扭矩必须要增大涡轮半径，这势必会增大EPS齿轮箱的齿轮。另外涡轮齿利用率不高，尤其是一些方向盘轴(把)转动角度范围较小的车辆，如沙滩车(AllTerrain Vehicle，ATV)，有些涡轮齿在使用过程中完全不会参与啮合，造成资源浪费，而且涡轮蜗杆的啮合间隙在正反向换向过程中都会对手感造成影响。另外，针对线控转向技术往往需要独立的双助力系统冗余设计来包装系统可靠性，如采用独立的两个齿轮箱将大大增加系统成本。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种双蜗杆式电动助力转向装置，通过至少一电机驱动两个蜗杆的转动，带动涡轮沿预设方向转动，增加了齿轮箱输出的最大助力扭矩，提高了涡轮的利用效率，在保持结构紧凑的情况下提高助力扭矩，提高了系统可靠性。
本发明的另一目的在于提供了一种双蜗杆式电动助力转向系统，通过电子控制的方式实现两个蜗杆的协调工作，增加了齿轮箱的最大输出助力扭矩，提高了涡轮的利用效率，在保持结构紧凑的情况下提高助力扭矩，提高了系统可靠性。
本发明的技术方案为：
本发明揭示了一种双蜗杆式电动助力转向装置，用于驱动一机械转向装置，所述双蜗杆式电动助力转向装置包括：
至少一电机，设有转动输出轴；
一涡轮，所述涡轮上设有一转向输出轴；
至少两蜗杆组件，分别为一第一蜗杆组件和一第二蜗杆组件，所述第一蜗杆组件包括一第一蜗杆，所述第二蜗杆组件包括一第二蜗杆；所述第一蜗杆组件和所述第二蜗杆组件通过各自的蜗杆与所述涡轮相啮合；所述电机至少与所述两蜗杆组件之一连接，驱动所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的转动，通过所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的转动，带动所述涡轮沿预设方向转动，用以驱动所述机械转向装置。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的一实施例，所述第一蜗杆组件和第二蜗杆组件均各还包括两轴承、至少一齿轮传动件；所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的两端均各套设一所述轴承；所述第一蜗杆组件的齿轮传动件设于所述套设有轴承的第一蜗杆的一端，所述第二蜗杆组件的齿轮传动件设于所述套设有轴承的第二蜗杆的一端，通过所述两齿轮传动件啮合实现所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的机械传动。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的一实施例，所述电机的转动输出轴与所述第一蜗杆组件设有所述齿轮传动件的一端连接，所述第二蜗杆组件的齿轮传动件与所述第一蜗杆组件的齿轮传动件呈预设角度啮合实现所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的机械传动。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的一实施例，所述电机的转动输出轴与所述第一蜗杆组件的一端连接，所述第一蜗杆组件远离所述电机的一端设有所述齿轮传动件，所述第二蜗杆组件的齿轮传动件与所述第一蜗杆组件的齿轮传动件呈预设角度啮合实现所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的机械传动。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的一实施例，所述齿轮传动件为锥齿轮。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的一实施例，所述第一蜗杆组件和所述第二蜗杆组件均各还包括两轴承，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的两端均各套设一所述轴承；所述电机包括一第一电机和一第二电机；所述第一电机连接于所述第一蜗杆组件，驱动所述第一蜗杆转动；所述第二电机连接于所述第二蜗杆组件，驱动所述第二蜗杆转动。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的一实施例，所述第一蜗杆组件和所述第二蜗杆组件平行啮合于所述涡轮一直径的两端。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的一实施例，所述两电机分别驱动所述第一蜗杆和所述第二蜗杆转动时，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆作用于所述涡轮的力矩方向相反。
本发明还揭示了一种双蜗杆式电动助力转向系统，所述双蜗杆式电动助力转向系统包括：
上述的双蜗杆式电动助力转向装置；
一电动助力转向控制器，连接于所述双蜗杆式电动助力转向装置，输出一驱动信号，用以驱动所述双蜗杆式电动助力转向装置；
一车速信号检测单元，感测车辆的车速，输出一车速信号至所述电动助力转向控制器；
一方向盘扭矩信号检测单元，感测方向盘输出的扭矩，输出一扭矩信号至所述电动助力转向控制器；以及
一方向盘转角信号检测单元，感测所述方向盘转动的角度，输出一转角信号至所述电动助力转向控制器。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，所述电动助力转向控制器包括：
一助力曲线与助力控制模块，连接所述车速信号检测单元、所述方向盘扭矩信号检测单元和所述方向盘转角信号检测单元，用以接收所述车速信号、所述扭矩信号和所述转角信号，输出一目标电流信号；
一第一电机控制模块，连接所述助力曲线与助力控制模块，接收所述目标电流信号和一第一实际电流信号，输出一第一控制指令；
一第一电机驱动电路，一端连接所述第一电机控制模块，另一端连接所述第一电机，接收所述第一控制指令，输出第一驱动信号，用以驱动所述第一电机；以及
一第一电流传感器，一端连接所述第一电机控制模块，另一端连接所述第一电机驱动电路，实时感测所述第一电机的电流信号，输出所述第一实际电流信号；
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，所述双蜗杆式电动助力转向装置中的所述第一蜗杆组件和所述第二蜗杆组件均各还包括两轴承，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的两端均各套设一所述轴承；所述电机包括一第一电机和一第二电机；所述第一电机连接于所述第一蜗杆组件，驱动所述第一蜗杆转动；所述第二电机连接于所述第二蜗杆组件，驱动所述第二蜗杆转动。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，所述电动助力转向控制器还包括：
一分配控制模块，电性连接所述助力曲线与助力控制模块，接收所述目标电流信号，输出一第一目标电流信号和一第二目标电流信号；
所述第一电机控制模块，连接所述分配控制模块，接收所述第一目标电流信号和所述第一实际电流信号，输出所述第一控制指令；
所述第一电机驱动电路，一端连接所述第一电机控制模块，另一端连接所述第一电机，接收所述第一控制指令，输出第一驱动信号，用以驱动所述第一电机；
所述第一电流传感器，一端连接所述第一电机控制模块，另一端连接所述第一电机驱动电路，实时感测所述第一电机的电流信号，输出所述第一实际电流信号；
一第二电机控制模块，连接所述分配控制模块，接收所述第二目标电流信号和一第二实际电流信号，输出一第二控制指令；
一第二电机驱动电路，一端连接所述第二电机控制模块，另一端连接所述第二电机，接收所述第二控制指令，输出第二驱动信号，用以驱动所述第二电机；以及
一第二电流传感器，一端连接所述第二电机控制模块，另一端连接所述第二电机驱动电路，实时感测所述第二电机的电流信号，输出所述第二实际电流信号。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，所述双蜗杆式电动助力转向系统还包括一电源模块，连接于所述第一电机驱动电路和第二电机驱动电路。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，当所述第一电机控制模块与所述第二电机控制模块并联时，所述分配控制模块将所述目标电流信号平均分配，使所述第一目标电流信号与所述第二目标电流信号相等。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，所述分配控制模块将所述目标电流分配给所述第一电机或所述第二电机，使所述第一目标电流信号或所述第二目标电流信号与所述目标电流信号相等。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，当所述车速信号大于电动助力转向的第一预设值时，所述双蜗杆式电动助力转向系统进入阻尼模式，当所述车速信号小于电动助力转向的第二预设值时，所述双蜗杆式电动助力转向系统进入助力模式。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，当双蜗杆式电动助力转向系统进入阻尼模式时，至少一所述电机进入阻尼控制状态。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，当所述转角信号的变化率大于零时，所述第一电机进入阻尼控制状态；当所述转角信号的变化率小于零时，所述第二电机进入阻尼控制状态。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，当所述双蜗杆式电动助力转向系统进入助力模式时，至少一所述电机进入主助力控制状态。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，当所述扭矩信号大于零时，所述第一电机进入主助力控制状态；当所述扭矩信号小于零时，所述第二电机进入主助力控制状态。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，所述第一电机进入主助力控制状态，当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩小于一第一预设扭矩时，增加所述第一电机的第一目标电流信号，所述第二电机的第二目标电流信号为零；当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于一第二预设扭矩时，同时增加所述第一电机的第一目标电流信号和所述第二电机的第二目标电流信号；当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于所述第一预设扭矩，且小于一第二预设扭矩时，所述第一电机的第一目标电流信号不变，增加所述第二电机的第二目标电流信号。
根据本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的一实施例，所述第二电机进入主助力控制状态，当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩小于一第一预设扭矩时，增加所述第二电机的第二目标电流信号，所述第一电机的第一目标电流信号为零；当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于一第二预设扭矩时，同时增加所述第一电机的第一目标电流信号和所述第二电机的第二目标电流信号；当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于所述第一预设扭矩，且小于一第二预设扭矩时，所述第二电机的第二目标电流信号不变，增加所述第一电机的第一目标电流信号。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的方案是在传统的EPS齿轮箱结构的基础上增加1个相同规格的蜗杆，且两个蜗杆之间通过锥齿轮或者两个电机及相应的电气和控制逻辑实现互联配合，以增加齿轮箱的最大助力扭矩，提高涡轮的利用效率，在保持结构紧凑的情况下提高助力扭矩，最终提高系统可靠性和安全性，兼顾了低速时的轻快和高速时的稳健，并大大降低系统成本。
附图说明
图1示出了传统的单蜗杆电动助力转向装置的结构剖视图。
图2示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第一实施例在外壳剖开状态下的结构立体图。
图3示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第一实施例在外壳剖开状态下的结构俯视图。
图4示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第二实施例在外壳剖开状态下的结构立体图。
图5示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第二实施例在外壳剖开状态下的结构俯视图。
图6示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第三实施例在外壳剖开状态下的结构立体图。
图7示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第三实施例在外壳剖开状态下的结构俯视图。
图8示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第四实施例在外壳剖开状态下的结构立体图。
图9示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第四实施例在外壳剖开状态下的结构俯视图。
图10示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的第一实施例的电气框图。
图11示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的第二实施例的电气框图。
图12示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的分配控制模块的电机配合逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图2和图3示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第一实施例在外壳剖开状态下的结构。第一实施例是一种并联式连接的结构。具体来说，图2和3示出的是双蜗杆式电动助力转向装置的主要部件的结构。双蜗杆式电动助力转向装置包括电机20、涡轮22、第一蜗杆组件和第二蜗杆组件。电机20设有转动输出轴200，涡轮22上设有转向输出轴25。第一蜗杆组件包括第一蜗杆23，第二蜗杆组件包括第二蜗杆24。第一蜗杆组件通过第一蜗杆23与涡轮22相啮合，第二蜗杆组件通过第二蜗杆24与涡轮22相啮合。第一蜗杆23直接连接电机20的转动输出轴200，电机20驱动第一蜗杆23转动，通过第一蜗杆23和第二蜗杆24的转动，带动涡轮22沿预设方向转动，用以驱动机械转向装置。
第一蜗杆组件和第二蜗杆组件均各自还包括两轴承，一齿轮传动件。第一蜗杆23的两端分别设有轴承230和232，第一蜗杆23和涡轮22啮合。第二蜗杆24的两端分别设有轴承240和242，第二蜗杆24和涡轮22啮合。第一蜗杆组件的齿轮传动件设于套设有轴承230的一端，第二蜗杆组件的齿轮传动件设于套设有轴承240的一端。第二蜗杆24和第一蜗杆23通过这一对齿轮传动件(在本实施例中是一对锥齿轮，由第一锥齿轮26和第二锥齿轮27组成)相互啮合的方式连接，以实现第一蜗杆23和第二蜗杆24的机械传动。
在本实施例中，第一蜗杆23和第二蜗杆24的连接方式是并联式连接。电机20的转动输出轴200与第一蜗杆组件设有第一锥齿轮26的一端连接，第二蜗杆组件的第二锥齿轮27与第一锥齿轮26呈预设角度啮合实现第一蜗杆23和第二蜗杆24的机械传动。第一锥齿轮26是安装在第一蜗杆23靠近电机输出轴一端的轴承230旁，第二锥齿轮27是安装在第二蜗杆24靠近电机输出轴一端的轴承240旁。通过第一锥齿轮26和第二锥齿轮27这一对锥齿轮的啮合，第一蜗杆23和第二蜗杆24以并联的方式连接。电机20的扭矩通过这一对啮合的锥齿轮并联传输给第一蜗杆23和第二蜗杆24，然后通过这两个蜗杆和涡轮22的啮合输出助力扭矩，从而实现两个蜗杆的协调工作，提高涡轮齿的利用率，并使得双蜗杆式电动助力转向装置最大输出助力扭矩在涡轮不变的情况下增加一倍，提高了系统的可靠性和安全性，兼顾了低速时的轻快和高速时的稳健。
图4和图5示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第二实施例在外壳剖开状态下的结构。第二实施例是一种串联式连接的结构。具体来说，图4和5示出的是双蜗杆式电动助力转向装置的主要部件的结构。双蜗杆式电动助力转向装置包括电机30、涡轮32、第一蜗杆组件和第二蜗杆组件。电机30设有转动输出轴300，涡轮32上设有转向输出轴35。第一蜗杆组件包括第一蜗杆33，第二蜗杆组件包括第二蜗杆34。第一蜗杆组件通过第一蜗杆33与涡轮32相啮合，第二蜗杆组件通过第二蜗杆34与涡轮32相啮合。第一蜗杆33直接连接电机30的转动输出轴300，电机30驱动第一蜗杆33转动，通过第一蜗杆33和第二蜗杆34的转动，带动涡轮32沿预设方向转动，用以驱动机械转向装置。
第一蜗杆组件和第二蜗杆组件均各自还包括两轴承、一齿轮传动件。第一蜗杆33的两端分别设有轴承330和332，第一蜗杆33和涡轮32啮合。第二蜗杆34的两端分别设有轴承340和342，第二蜗杆34和涡轮32啮合。第一蜗杆组件的齿轮传动件设于套设有轴承332的一端，第二蜗杆组件的齿轮传动件设于套设有轴承340的一端。第二蜗杆34和第一蜗杆33通过这一对齿轮传动件(在本实施例中是一对锥齿轮，由第一锥齿轮36和第二锥齿轮37组成)相互啮合的方式连接，以实现第一蜗杆33和第二蜗杆34的机械传动。
在本实施例中，第一蜗杆33和第二蜗杆34的连接方式是串联式连接。电机30的转动输出轴300与第一蜗杆组件的一端连接，第一蜗杆组件远离电机30的一端设有第一锥齿轮36，第二蜗杆组件的第二锥齿轮37和第一锥齿轮36呈预设角度啮合以实现第一蜗杆组件和第二蜗杆组件的机械传动。电机30的扭矩串联传输给第一蜗杆33，第一蜗杆33与涡轮32啮合同时通过末端的锥齿轮36和37带动第二蜗杆34，第二蜗杆34辅助第一蜗杆33驱动涡轮32输出助力扭矩，从而实现两个蜗杆的协调工作，提高涡轮齿的利用率，并使得双蜗杆式电动助力转向装置最大输出助力扭矩在涡轮不变的情况下增加一倍，提高了系统的可靠性和安全性，兼顾了低速时的轻快和高速时的稳健。并联式助力扭矩传输的刚性比串联式好，串联式的结构布置与蜗杆的组装比并联式的容易和方便。
图6和图7示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第三实施例在外壳剖开状态下的结构。具体来说，图6和7示出的是双蜗杆式电动助力转向装置的主要部件的结构。双蜗杆式电动助力转向装置包括第一电机40、第二电机41、涡轮42、第一蜗杆组件、第二蜗杆组件、电动助力转向控制器(未在图6-7中示出)。涡轮42上设有转向输出轴43。第一蜗杆组件包括第一蜗杆44，在第一蜗杆44的两端分别设有轴承440和442，第一蜗杆44连接第一电机40的转动输出轴400，第一蜗杆44和涡轮42啮合。第二蜗杆组件包括第二蜗杆45，第二蜗杆45的两端分别设有轴承450和452，第二蜗杆45连接第二电机41的转动输出轴410，第二蜗杆45和涡轮42啮合。第一蜗杆44和涡轮42的啮合位置，以及第二蜗杆45和涡轮42的啮合位置，分别位于涡轮42的一直径的两端。电动助力转向控制器分别连接第一电机40和第二电机41，通过电机驱动信号实现第一蜗杆44和第二蜗杆45的协调工作。
在本实施例中，第一电机40和第二电机41位于同侧。第一蜗杆组件和第二蜗杆组件平行啮合于涡轮42一直径的两端，且分别驱动第一蜗杆44和第二蜗杆45转动，第一蜗杆44和第二蜗杆45作用于涡轮42的力矩方向相反。第一蜗杆44和第二蜗杆45的协调工作方式，提高涡轮齿的利用率，并使得最大输出助力扭矩在涡轮不变的情况下增加一倍，提高了系统的可靠性和安全性，兼顾了低速时的轻快和高速时的稳健。
图8和图9示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向装置的第四实施例在外壳剖开状态下的结构。具体来说，图8和9示出的是蜗杆式电动助力转向装置的主要部件(齿轮箱总成)的结构。齿轮箱总成包括第一电机50、第二电机51、涡轮52、第一蜗杆组件、第二蜗杆组件、电动助力转向控制器(未在图8-9中示出)。涡轮52上设有转向输出轴53。第一蜗杆组件包括第一蜗杆54，在第一蜗杆54的两端分别设有轴承540和542，第一蜗杆54连接第一电机50的转动输出轴500，第一蜗杆54和涡轮52啮合。第二蜗杆组件包括第二蜗杆55，在第二蜗杆55的两端分别设有轴承550和552，第二蜗杆55连接第二电机51的转动输出轴510，第二蜗杆55和涡轮52啮合。第一蜗杆54和涡轮52的啮合位置，以及第二蜗杆55和涡轮52的啮合位置，分别位于涡轮52的一直径的两端。电动助力转向控制器分别连接第一电机50和第二电机51，通过电机驱动信号实现第一蜗杆54和第二蜗杆55的协调工作。
在本实施例中，第一电机50和第二电机51位于不同侧。第一蜗杆组件和第二蜗杆组件平行啮合于涡轮52一直径的两端，且分别驱动第一蜗杆54和第二蜗杆55转动，第一蜗杆54和第二蜗杆55作用于涡轮52的力矩方向相反。第一蜗杆54和第二蜗杆55的协调工作方式，提高涡轮齿的利用率，并使得最大输出助力扭矩在涡轮不变的情况下增加一倍，提高了系统的可靠性和安全性，兼顾了低速时的轻快和高速时的稳健。
图10示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的第一实施例的电气原理。请参见图10，本实施例的双蜗杆式电动助力转向系统包括前述实施例中的双蜗杆式电动助力转向装置7、电动助力转向控制器8、车速信号检测单元800、方向盘扭矩信号检测单元802、方向盘转角信号检测单元804。
本实施例的电动助力转向控制器8包括助力曲线与助力控制模块82、第一电机控制模块84、第一电机驱动电路85、第一电流传感器86。
车速信号检测单元800，感测车辆的车速，输出一车速信号至所述电动助力转向控制器82。方向盘扭矩信号检测单元802，感测方向盘输出的扭矩，输出一扭矩信号至所述电动助力转向控制器82。方向盘转角信号检测单元804，感测方向盘转动的角度，输出一转角信号至所述电动助力转向控制器82。电动助力转向控制器8连接于双蜗杆式电动助力转向装置7，输出一驱动信号，用以驱动双蜗杆式电动助力转向装置7。双蜗杆式电动助力转向装置7接收驱动信号，输出助力扭矩驱动机械转向装置(即负载)。
助力曲线与助力控制模块82电性连接于车速信号检测单元800、方向盘扭矩信号检测单元802和方向盘转角信号检测单元804，依据接收到的扭矩信号、车速信号和转角信号输出目标电流信号。
第一电机控制模块84连接助力曲线与助力控制模块82，接收目标电流信号和实际电流信号，输出第一控制指令。第一电机驱动电路85的一端连接第一电机控制模块84，另一端连接第一电机，接收第一控制指令，输出第一驱动信号，用以驱动第一电机。第一电流传感器86的一端连接第一电机控制模块84，另一端连接第一电机驱动电路85，实时感测第一电机的电流信号，输出第一实际电流信号。
本实施例的电动助力转向控制器8还包括一电源模块806，电性连接于第一电机驱动电路85，为第一电机驱动电路85提供电源信号。
图11示出了本发明的双蜗杆式电动助力转向系统的第二实施例的电气原理。请参见图11，本实施例的双蜗杆式电动助力转向系统包括前述实施例中的双蜗杆式电动助力转向装置、电动助力转向控制器6、车速信号检测单元600、方向盘扭矩信号检测单元602、方向盘转角信号检测单元604。本实施例的电动助力转向控制器6包括诊断模块60、助力曲线与助力控制模块62、分配控制模块63、第一电机控制模块64、第一电机驱动电路65、第一电流传感器66、第二电机控制模块67、第二电机驱动电路68、第二电流传感器69。
车速信号检测单元600，感测车辆的车速，输出一车速信号至所述电动助力转向控制器62。方向盘扭矩信号检测单元602，感测方向盘输出的扭矩，输出一扭矩信号至所述电动助力转向控制器62。方向盘转角信号检测单元604，感测方向盘转动的角度，输出一转角信号至所述电动助力转向控制器62。电动助力转向控制器6连接于双蜗杆式电动助力转向装置9，输出一驱动信号，用以驱动双蜗杆式电动助力转向装置9。双蜗杆式电动助力转向装置9接到驱动信号后，输出助力扭矩驱动机械转向装置(即负载)。
助力曲线与助力控制模块62电性连接车速信号检测单元600、方向盘扭矩信号检测单元602和方向盘转角信号检测单元604，依据接收到的扭矩信号、车速信号和转角信号输出目标电流信号。
分配控制模块63电性连接助力曲线与助力控制模块62，接收目标电流信号，输出第一目标电流信号和第二目标电流信号。第一电机控制模块64电性连接分配控制模块63，接收第一目标电流信号和第一实际电流信号，输出第一控制指令。第一电机驱动电路65的一端连接第一电机控制模块64，另一端连接第一电机，接收第一控制指令，输出第一驱动信号，用以驱动第一电机。第一电流传感器66的一端连接第一电机控制模块64，另一端连接第一电机驱动电路65，实时感测第一电机的电流信号，输出第一实际电流信号。
第二电机控制模块67电性连接分配控制模块63，接收第二目标电流信号和第二实际电流，输出第二控制指令。第二电机驱动电路68的一端连接第二电机控制模块67，另一端连接第二电机，接收第二控制指令，输出第二驱动信号，用以驱动第二电机。第二电流传感器69的一端电性连接第二电机控制模块67，另一端连接第二电机驱动电路68，实时感测第二电机的实际电流信号，输出第二实际电流信号。
其中的分配控制模块63的实现有三种方案。第一种是当第一电机控制模块和第二电机控制模块并联时，分配控制模块63将目标电流信号平均分配给第一电机和第二电机，即，第一目标电流信号和第二目标电流信号相等。第二种是分配控制模块63在第一电机能够正常工作的情况下将目标电流信号全部分配给第一电机，此时第一目标电流信号为助力曲线与助力控制模块输出的目标电流信号，第二目标电流信号为零，第二电机处于停机或备用状态；分配控制模块63在第一电机不能正常工作的情况下将目标电流信号全部分配给第二电机，此时第一目标电流信号为零，第二目标电流信号为助力曲线与助力控制模块输出的目标电流信号，第一电机处于停机或备用状态。
第三种方案第一电机与第二电机交替运行，请参见图12，图12示出了分配控制模块的电机配合逻辑图。
在车速信号大于一电动助力转向的第一预设值的情况下，双蜗杆式电动助力转向系统进入阻尼模式，当车速信号小于电动助力转向的第二预设值时，双蜗杆式电动助力转向系统进入助力模式。当双蜗杆式电动助力转向系统进入阻尼模式时，至少一电机进入阻尼控制状态，即第一电机进入阻尼控制状态，第二电机处于停机或备用状态；或者第二电机进入阻尼控制状态，第一电机处于停机或备用状态；或者第一电机和第二电机均进入阻尼控制状态。当转角信号的变化率大于零时，第一电机进入阻尼控制状态，第二电机处于备用状态；当转角信号的变化率小于零时，第二电机进入阻尼控制状态，第一电机处于备用状态。
当双蜗杆式电动助力转向系统进入助力模式，至少一电机进入主助力控制状态，即第一电机进入主助力控制状态；或者第二电机进入主助力控制状态；或者第一电机和第二电机均进入主助力控制状态。当扭矩信号大于零时，第一电机进入主助力控制状态；当扭矩信号小于零时，第二电机进入主助力控制状态。
第一电机进入主助力控制状态，当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩小于第一预设扭矩时，增加第一电机的第一目标电流信号；当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于第二预设扭矩时，同时增加第一电机的第一目标电流信号和第二电机的第二目标电流信号；当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于第一预设扭矩，且小于一第二预设扭矩时，第一电机的第一目标电流信号不变，增加第二电机的第二目标电流信号。
第二电机进入主助力控制状态，当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩小于第一预设扭矩时，增加第二电机的第二目标电流信号；当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于第二预设扭矩时，同时增加第一电机的第一目标电流信号和第二电机的第二目标电流信号；当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于第一预设扭矩，且小于第二预设扭矩时，第二电机的第二目标电流信号不变，增加第一电机的第一目标电流信号。
在这种方案中，第一电机为主电机，第二电机为从电机。
在车速信号检测单元600中，感测车辆的车速，在检测到车速小于所设定的电动助力转向助力状态的最高车速(即图12中的VL)时进入助力模式，在检测到车速大于所设定的电动助力转向阻尼状态的最低车速(即图12中的VH)时进入阻尼模式。
方向盘转角信号检测单元604电性连接于助力曲线与助力控制模块62，且安装于方向盘的输出轴上，感测方向盘转动的角度，在进入阻尼模式时，若转角信号的变化率(即图12中的方向盘单位时间内转过的角度差)为正则主电机单独进入阻尼控制状态(主电机作用于涡轮上的力矩方向与涡轮的转动方向相反)，从电机处于停机或备用状态；若转角信号的变化率为负则从电机单独进入阻尼控制状态(从电机作用于涡轮上的力矩方向与涡轮的转动方向相反)，主电机处于停机或备用状态。
方向盘扭矩信号检测单元602电性连接于助力曲线与助力控制模块62，且安装于方向盘的输出轴上，感测方向盘输出的扭矩，在进入助力模式时，当扭矩信号(即图12中的Th)为正时控制主电机进入主助力控制状态，并进行助力电流分配，当扭矩信号为负时控制从电机进入主助力控制状态，并进行助力电流分配。
在助力模式下，通过单个电机驱动时齿轮箱的额定输出助力扭矩(即图12中的Tr)与双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩(即图12中的Tt)的比较，主电机和从电机均各分三种情况进行电流分配：
当扭矩信号(即图12中的Th)为正时，主电机进入主助力控制状态，即，控制主电机助力，从电机不助力；控制主电机助力不增加，从电机开始助力增加，控制主电机和从电机助力同时增加。当扭矩信号(即图12中的Th)为负时，从电机进入主助力控制状态，即，控制从电机助力，主电机不助力；控制从电机助力不增加，主电机开始助力增加；控制从电机和主电机助力同时增加。具体而言，当扭矩信号(即图12中的Th)为正时，主电机为主进行助力电流分配，如双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩小于αTr，则主电机单独助力，增加主电机的助力电流(即增加第一目标电流信号)，从电机不助力(即第二目标电流信号为0)；当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于αTr，且小于βTr时，主电机保持助力电流不增加(即第一目标电流信号不变)，从电机开始助力且渐进增加助力电流(即增加第二目标电流信号)，当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于βTr时，两电机开始同时增加助力电流(即同时增加第一目标电流信号和第二目标电流信号)。当扭矩信号为负时，从电机为主进行助力电流分配，如双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩小于αTr，则从电机单独助力，增加从电机的助力电流(即增加第二目标电流信号)，主电机不助力(即第一目标电流信号为0)，当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于αTr，且小于βTr时，从电机保持助力电流不增加(即第二目标电流信号不变)，主电机开始助力且渐进增加助力电流(即增加第一目标电流信号)，当双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于βTr时，两电机开始同时增加助力电流(即同时增加第一目标电流信号和第二目标电流信号)。其中的α为系数，小于1，β为系数，大于α且小于2，比如等于2α。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的发明范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。
Claims (22)
1.一种双蜗杆式电动助力转向装置，用于驱动一机械转向装置，所述双蜗杆式电动助力转向装置包括：至少一电机，设有转动输出轴；一涡轮，所述涡轮上设有一转向输出轴；其特征在于，所述双蜗杆式电动助力转向装置还包括：
至少两蜗杆组件，分别为一第一蜗杆组件和一第二蜗杆组件，所述第一蜗杆组件包括一第一蜗杆，所述第二蜗杆组件包括一第二蜗杆；所述第一蜗杆组件和所述第二蜗杆组件通过各自的蜗杆与所述涡轮相啮合；所述电机至少与所述两蜗杆组件之一连接，驱动所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的转动，通过所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的转动，带动所述涡轮沿预设方向转动，用以驱动所述机械转向装置。
2.根据权利要求1所述的双蜗杆式电动助力转向装置，其特征在于，所述第一蜗杆组件和第二蜗杆组件均各还包括两轴承、至少一齿轮传动件；所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的两端均各套设一所述轴承；所述第一蜗杆组件的齿轮传动件设于所述套设有轴承的第一蜗杆的一端，所述第二蜗杆组件的齿轮传动件设于所述套设有轴承的第二蜗杆的一端，通过所述两齿轮传动件啮合实现所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的机械传动。
3.根据权利要求2所述的双蜗杆式电动助力转向装置，其特征在于，所述电机的转动输出轴与所述第一蜗杆组件设有所述齿轮传动件的一端连接，所述第二蜗杆组件的齿轮传动件与所述第一蜗杆组件的齿轮传动件呈预设角度啮合实现所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的机械传动。
4.根据权利要求2所述的双蜗杆式电动助力转向装置，其特征在于，所述电机的转动输出轴与所述第一蜗杆组件的一端连接，所述第一蜗杆组件远离所述电机的一端设有所述齿轮传动件，所述第二蜗杆组件的齿轮传动件与所述第一蜗杆组件的齿轮传动件呈预设角度啮合实现所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的机械传动。
5.根据权利要求2至4任一所述的双蜗杆式电动助力转向装置，其特征在于，所述齿轮传动件为锥齿轮。
6.根据权利要求1所述的双蜗杆式电动助力转向装置，其特征在于，所述第一蜗杆组件和所述第二蜗杆组件均各还包括两轴承，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的两端均各套设一所述轴承；所述电机包括一第一电机和一第二电机；所述第一电机连接于所述第一蜗杆组件，驱动所述第一蜗杆转动；所述第二电机连接于所述第二蜗杆组件，驱动所述第二蜗杆转动。
7.根据权利要求6所述的双蜗杆式电动助力转向装置，其特征在于，所述第一蜗杆组件和所述第二蜗杆组件平行啮合于所述涡轮一直径的两端。
8.根据权利要求6所述的双蜗杆式电动助力转向装置，其特征在于，所述两电机分别驱动所述第一蜗杆和所述第二蜗杆转动时，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆作用于所述涡轮的力矩方向相反。
9.一种双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，所述双蜗杆式电动助力转向系统包括：
权利要求1所述的双蜗杆式电动助力转向装置；
一电动助力转向控制器，连接于所述双蜗杆式电动助力转向装置，输出一驱动信号，用以驱动所述双蜗杆式电动助力转向装置；
一车速信号检测单元，感测车辆的车速，输出一车速信号至所述电动助力转向控制器；
一方向盘扭矩信号检测单元，感测方向盘输出的扭矩，输出一扭矩信号至所述电动助力转向控制器；以及
一方向盘转角信号检测单元，感测所述方向盘转动的角度，输出一转角信号至所述电动助力转向控制器。
10.根据权利要求9所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，所述电动助力转向控制器包括：
一助力曲线与助力控制模块，连接所述车速信号检测单元、所述方向盘扭矩信号检测单元和所述方向盘转角信号检测单元，用以接收所述车速信号、所述扭矩信号和所述转角信号，输出一目标电流信号；
一第一电机控制模块，连接所述助力曲线与助力控制模块，接收所述目标电流信号和一第一实际电流信号，输出一第一控制指令；
一第一电机驱动电路，一端连接所述第一电机控制模块，另一端连接所述第一电机，接收所述第一控制指令，输出第一驱动信号，用以驱动所述第一电机；以及
一第一电流传感器，一端连接所述第一电机控制模块，另一端连接所述第一电机驱动电路，实时感测所述第一电机的电流信号，输出所述第一实际电流信号。
11.根据权利要求10所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，所述双蜗杆式电动助力转向装置中的所述第一蜗杆组件和所述第二蜗杆组件均各还包括两轴承，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的两端均各套设一所述轴承；所述电机包括一第一电机和一第二电机；所述第一电机连接于所述第一蜗杆组件，驱动所述第一蜗杆转动；所述第二电机连接于所述第二蜗杆组件，驱动所述第二蜗杆转动。
12.根据权利要求11所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，所述电动助力转向控制器还包括：
一分配控制模块，电性连接所述助力曲线与助力控制模块，接收所述目标电流信号，输出一第一目标电流信号和一第二目标电流信号；
所述第一电机控制模块，连接所述分配控制模块，接收所述第一目标电流信号和所述第一实际电流信号，输出所述第一控制指令；
所述第一电机驱动电路，一端连接所述第一电机控制模块，另一端连接所述第一电机，接收所述第一控制指令，输出第一驱动信号，用以驱动所述第一电机；
所述第一电流传感器，一端连接所述第一电机控制模块，另一端连接所述第一电机驱动电路，实时感测所述第一电机的电流信号，输出所述第一实际电流信号；
一第二电机控制模块，连接所述分配控制模块，接收所述第二目标电流信号和一第二实际电流信号，输出一第二控制指令；
一第二电机驱动电路，一端连接所述第二电机控制模块，另一端连接所述第二电机，接收所述第二控制指令，输出第二驱动信号，用以驱动所述第二电机；以及
一第二电流传感器，一端连接所述第二电机控制模块，另一端连接所述第二电机驱动电路，实时感测所述第二电机的电流信号，输出所述第二实际电流信号。
13.根据权利要求12所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，所述双蜗杆式电动助力转向系统还包括一电源模块，连接于所述第一电机驱动电路和第二电机驱动电路。
14.根据权利要求12所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，当所述第一电机控制模块与所述第二电机控制模块并联时，所述分配控制模块将所述目标电流信号平均分配，使所述第一目标电流信号与所述第二目标电流信号相等。
15.根据权利要求12所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，所述分配控制模块将所述目标电流分配给所述第一电机或所述第二电机，使所述第一目标电流信号或所述第二目标电流信号与所述目标电流信号相等。
16.根据权利要求12所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，当所述车速信号大于电动助力转向的第一预设值时，所述双蜗杆式电动助力转向系统进入阻尼模式，当所述车速信号小于电动助力转向的第二预设值时，所述双蜗杆式电动助力转向系统进入助力模式。
17.根据权利要求16所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，当双蜗杆式电动助力转向系统进入阻尼模式时，至少一所述电机进入阻尼控制状态。
18.根据权利要求17所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，当所述转角信号的变化率大于零时，所述第一电机进入阻尼控制状态；当所述转角信号的变化率小于零时，所述第二电机进入阻尼控制状态。
19.根据权利要求16所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，当所述双蜗杆式电动助力转向系统进入助力模式，至少一所述电机进入主助力控制状态。
20.根据权利要求19所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，当所述扭矩信号大于零时，所述第一电机进入主助力控制状态；当所述扭矩信号小于零时，所述第二电机进入主助力控制状态。
21.根据权利要求20所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，所述第一电机进入主助力控制状态，当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩小于一第一预设扭矩时，增加所述第一电机的第一目标电流信号，所述第二电机的第二目标电流信号为零；当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于一第二预设扭矩时，同时增加所述第一电机的第一目标电流信号和所述第二电机的第二目标电流信号；当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于所述第一预设扭矩，且小于一第二预设扭矩时，所述第一电机的第一目标电流信号不变，增加所述第二电机的第二目标电流信号。
22.根据权利要求20所述的双蜗杆式电动助力转向系统，其特征在于，所述第二电机进入主助力控制状态，当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩小于一第一预设扭矩时，增加所述第二电机的第二目标电流信号，所述第一电机的第一目标电流信号为零；当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于一第二预设扭矩时，同时增加所述第一电机的第一目标电流信号和所述第二电机的第二目标电流信号；当所述双蜗杆式电动助力转向系统的目标助力扭矩大于所述第一预设扭矩，且小于一第二预设扭矩时，所述第二电机的第二目标电流信号不变，增加所述第一电机的第一目标电流信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131218 |