CN108791478A - 一种直驱式电液动力转向器 - Google Patents

一种直驱式电液动力转向器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直驱式电液动力转向器，包括伺服电机，伺服电机驱动双向液压泵直接推动助力油缸进行转向助力，由伺服电机本身的变速、变向和变力矩的功能以满足转向变速、变向、变负载和变转向助力特性的功能要求，转动方向盘使输入轴和反馈机构上端发生相对转动，因此扭杆变形产生扭矩，扭矩角度传感器向控制器传递扭矩和角度信号，控制器根据扭矩信号、角度信号、车速信号和伺服电机的电流反馈信号，决定电机的转向、转速和转动力矩，伺服电机驱动双向液压泵泵出高压液压油，直接进入转向油缸进行转向助力。本发明的优点在于节能、具有自动回正能力、大转向助力矩、易于控制、结构简单、紧凑、可靠、易于制造，带来更好的使用前景。

Description

一种直驱式电液动力转向器
技术领域
本发明涉及一种直驱式电液动力转向器，特别适用于转向力矩要求特别高的转向器。
背景技术
传统液压动力转向器系统：发动机带动转向油泵为液压转向器供油，转动方向盘，转向液压分配阀工作，高压油进入转向油缸，推动转向桥进行转向。该转向系统的油泵一直都在高速运转，因此不节能。转向桥的转向力矩随着车提高反而降低，但转向油泵转速随车速增高而增高，转向泵的流量也随之增大，液压转向器的方向盘转动力矩随之反而降低，因此该转向系统存在着高速“发飘”的弱点。由于没有车速反馈，因此该转向系统的转向力矩特性不能随车速改变而改变。另外该系统不易控制，不能实现自动驾驶。电控液压动力转向系统：电控单元根据车速控制电机转速，电机带动液压泵为传动液压转向器供油，就够成了电控液压动力转向系统。为了保证转向系统的快速响应，该系统的电动机仍然在高速运转，因此该转向系统仍然具有不节能和不易控制的弱点，电动转向：电控单元根据方向盘的转动力矩、转动方向和车速共同决定电机的助力大小、转向方向和转速，电机通过蜗杆涡轮助力到输入轴上，输入轴再通过转向器本身的减速机构作用到转向器的输出轴上。由于转向器有两级减速，对转向器的机械强度要求非常高，因此电动转向器一般只用于前桥负荷小的轿车和微卡上，不适于轻卡和重卡上。由于受到减速机构的机械强度限制，电动转向器的结构尺寸大，不紧凑。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种直驱式电液动力转向器。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种直驱式电液动力转向器，包括伺服电机、双向液压泵、助力油缸、反馈机构、扭杆、输入轴、扭矩角度传感器、控制器，所述伺服电机驱动双向液压泵直接推动助力油缸进行转向助力，由伺服电机本身的变速、变向和变力矩的功能以满足转向变速、变向、变负载和变转向助力特性的功能要求，转动所述方向盘使所述输入轴和反馈机构上端发生相对转动，因此所述扭杆变形产生扭矩，所述扭矩角度传感器向控制器传递扭矩和角度信号，且控制器根据扭矩信号、转角信号和伺服电机的电流反馈信号驱动伺服电机，所述伺服电机驱动双向液压泵泵出高压液压油直接推动助力油缸的活塞移动，活塞推动连杆机构使转向轮胎转动，所述助力油缸活塞的移动通过反馈机构，反馈到反馈机构的上端跟随输入轴一起转动，以实现转向器的连续转向。
优选的，所述反馈机构可为循环球转向器，包括螺杆、齿条螺母、臂轴，所述输入轴和螺杆通过扭杆连接在一起，所述扭矩角度传感器位于输入轴和螺杆的结合部位，且螺杆和齿条螺母通过滚珠丝杆副进行配合，所述齿条螺母装在助力油缸孔内，所述齿条螺母上的齿条与臂轴的扇齿进行啮合，所述双向液压泵、伺服电机和控制器依次装在助力油缸的尾部。
优选的，所述反馈机构可为齿轮齿条转向器，包括油壶、小齿轮轴、油缸活塞、齿条，所述输入轴和小齿轮轴通过扭杆连接在一起，所述扭矩角度传感器装在输入轴和小齿轮轴的结合部位，且小齿轮轴和齿条通过齿轮齿条进行啮合，所述油缸活塞固定在齿条上，且油缸活塞装在助力油缸的孔内，所述控制器、油壶、双向液压泵和伺服电机依次装在助力油缸的上方。
优选的，所述伺服电机驱动双向液压泵直接推动转向器助力油缸进行转向助力，且伺服电机可以是：异步交流电机、有刷直流电机、无刷电机或交流永磁同步电机。
优选的，所述双向液压泵可以是：双向齿轮液压泵、双向轴向柱塞泵、双向径向柱塞泵，双向叶片泵、双向螺旋泵和双向内曲线泵。
优选的，所述油壶提供助力油，所述伺服电机、双向液压泵、油壶和转向器可集成组成，也可分散组成。
本发明所达到的有益效果是：该直驱式电液动力转向器，采用伺服电机驱动双向液压泵直接推动转向器助力油缸进行助力。由电机本身的变速、变向和变力矩的功能以满足转向系统的变速、变向、变负载和变转向助力特性的功能要求，该转向器不仅节能、结构简单紧凑、安全可靠、具有自动回正能力和主动回正能力、适用范围广，而且还输出扭矩大，特别适用于转向力矩大的轻卡和重卡车，当然也适用于转向力矩小的轿车和微卡，该转向器兼顾液压动力转向器和电动转向器所有的优点，克服它们所有的缺点，是代替它们的新一代转向器。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的循环球式直动电液动力转向器结构示意图；
图3是本发明的齿轮齿条式直动电液动力转向器结构示意图。
图中：1、伺服电机；2、双向液压泵；3、转向轮胎；4、连杆机构；5、助力油缸；6、反馈机构；7、扭杆；8、输入轴；9、扭矩角度传感器；10、方向盘；11、控制器；12、螺杆；13、齿条螺母；14、臂轴；15、油壶；16、小齿轮轴；17、油缸活塞；18、齿条。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-2所示，一种直驱式电液动力转向器，包括伺服电机1、双向液压泵2、助力油缸5、反馈机构6、扭杆7、输入轴8、扭矩角度传感器9、控制器11，伺服电机1驱动双向液压泵2直接推动助力油缸5进行转向助力，由伺服电机本身的变速、变向和变力矩的功能以满足转向变速、变向、变负载和变转向助力特性的功能要求，转动方向盘10使扭杆7产生扭矩，输入轴8和反馈机构6上端发生相对转动，扭矩角度传感器9向控制器11传递扭矩和角度信号，且控制器11根据扭矩信号、转角信号和伺服电机1的电流反馈信号驱动伺服电机1，伺服电机1带动双向液压泵2直接推动助力油缸5的活塞移动，活塞推动连杆机构4使转向轮胎3转动，助力油缸5活塞的移动通过反馈机构6，反馈到反馈机构6的上端跟随输入轴8一起转动，以实现转向器的连续转向；
反馈机构(6)可为循环球转向器，包括螺杆12、齿条螺母13、臂轴14，输入轴8和螺杆12通过扭杆7连接在一起，扭矩角度传感器9位于输入轴8和螺杆12的结合部位，且螺杆12和齿条螺母13通过滚珠丝杆副进行配合，齿条螺母13装在助力油缸5孔内，齿条螺母13上的齿条与臂轴14的扇齿进行啮合，双向液压泵2、伺服电机1和控制器11依次装在助力油缸5的尾部；伺服电机1驱动双向液压泵2直接推动转向器助力油缸5进行转向助力，且伺服电机1可以是：异步交流电机、有刷电机、无刷电机或交流永磁同步电机；双向液压泵2可以是：双向齿轮液压泵、双向轴向柱塞泵、双向摆线泵、双向径向柱塞泵，双向叶片泵、双向螺旋泵和双向内曲线泵；油壶15提供助力油，伺服电机1、双向液压泵2、油壶15和转向器可集成组成，也可分散组成。
工作原理：转动输入轴8，刚开始伺服电机1未助力，螺杆12在转向轮胎3阻力的作用下不动，输入轴8和螺杆12发生相对转动，扭杆7变形产生扭矩，扭矩角度传感器9向控制器11发出扭矩和转动角度的信号，控制器11根据扭矩信号、角度信号、车速信号和伺服电机1的电流反馈信号，决定伺服电机1的转向，转速和转动力矩，伺服电机1带动双向液压泵2泵出高压进入助力油缸5内，推动齿条螺母13移动，齿条螺母13带动臂轴14转动，臂轴14通过垂臂和拉杆带动转向轮胎3转动，齿条螺母13移动带动螺杆12跟随输入轴8转动，以完成转向器连续转向，油壶15为转向器提供助力油，较为实用。
实施例2
如图1和图3所示，一种直驱式电液动力转向器，包括伺服电机1、双向液压泵2、助力油缸5、反馈机构6、扭杆7、输入轴8、扭矩角度传感器9、控制器11，伺服电机1驱动双向液压泵2直接推动助力油缸5进行转向助力，由伺服电机本身的变速、变向和变力矩的功能以满足转向变速、变向、变负载和变转向助力特性的功能要求，转动方向盘10使扭杆7产生扭矩，输入轴8和反馈机构6上端发生相对转动，扭矩角度传感器9向控制器11传递扭矩和角度信号，且控制器11根据扭矩信号、转角信号和伺服电机1的电流反馈信号驱动伺服电机1，伺服电机1带动双向液压泵2直接推动助力油缸5的活塞移动，活塞推动连杆机构4使转向轮胎3转动，助力油缸5活塞的移动通过反馈机构6，反馈到反馈机构6的上端跟随输入轴8一起转动，以实现转向器的连续转向；
反馈机构4可为齿轮齿条转向器，包括油壶15、小齿轮轴16、油缸活塞17、齿条18，输入轴8和小齿轮轴16通过扭杆7连接在一起，扭矩角度传感器9装在输入轴8和小齿轮轴16的结合部位，且小齿轮轴16和齿条18通过齿轮齿条进行啮合，油缸活塞17固定在齿条18上，且油缸活塞17装在助力油缸5的孔内，控制器11、油壶15、双向液压泵2和伺服电机1依次装在助力油缸5的上方；伺服电机1驱动双向液压泵2直接推动转向器助力油缸5进行转向助力，伺服电机1可以是：异步交流电、有刷直流电机、无刷电机或交流永磁同步电机；双向液压泵2可以是：双向齿轮液压泵、双向轴向柱塞泵、双向径向柱塞泵，双向叶片泵、双向摆线泵、双向螺旋泵和双向内曲线泵；油壶15提供助力油，伺服电机1、双向液压泵2、油壶15和转向器可集成组成，也可分散组成。
工作原理：转动输入轴8，刚开始伺服电机1未助力，小齿轮轴16在转向轮胎3阻力的作用下不动，输入轴8和小齿轮轴16发生相对转动，扭杆7变形产生扭矩，扭矩角度传感器9向控制器11发出扭矩和转动角度的信号，控制器11根据扭矩信号、角度信号、车速信号和伺服电机1的电流反馈信号，共同决定伺服电机1的转向，转速和转动力矩，伺服电机1带动双向液压泵2泵出高压油进入助力油缸5内，推动油缸活塞17和齿条18移动，齿轮通过拉杆带动转向轮胎3转动，齿条18移动带动小齿轮轴16跟随输入轴8转动，以完成转向器连续转向，油壶15为转向器提供助力油，较为实用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直驱式电液动力转向器，其特征在于：包括伺服电机(1)、双向液压泵(2)、助力油缸(5)、反馈机构(6)、扭杆(7)、输入轴(8)、扭矩角度传感器(9)、控制器(11)，所述伺服电机(1)驱动双向液压泵(2)直接推动助力油缸(5)进行转向助力，由伺服电机本身的变速、变向和变力矩的功能以满足转向变速、变向、变负载和变转向助力特性的功能要求，转动方向盘(10)使扭杆(7)产生扭矩，所述输入轴(8)和反馈机构(6)上端发生相对转动，所述扭矩角度传感器(9)向控制器(11)传递扭矩和角度信号，且控制器(11)根据扭矩信号、转角信号和伺服电机(1)的电流反馈信号驱动伺服电机(1)，所述伺服电机(1)带动双向液压泵(2)直接推动助力油缸(5)的活塞移动，活塞推动连杆机构(4)使转向轮胎(3)转动，所述助力油缸(5)活塞的移动通过反馈机构(6)，反馈到反馈机构(6)的上端跟随输入轴(8)一起转动，以实现转向器的连续转向。
2.根据权利要求1所述的一种直驱式电液动力转向器，其特征在于：所述反馈机构(6)可为循环球转向器，包括螺杆(12)、齿条螺母(13)、臂轴(14)，所述输入轴(8)和螺杆(12)通过扭杆(7)连接在一起，所述扭矩角度传感器(9)位于输入轴(8)和螺杆(12)的结合部位，且螺杆(12)和齿条螺母(13)通过滚珠丝杆副进行配合，所述齿条螺母(13)装在助力油缸(5)孔内，所述齿条螺母(13)上的齿条与臂轴(14)的扇齿进行啮合，所述双向液压泵(2)、伺服电机(1)和控制器(11)依次装在助力油缸(5)的尾部。
3.根据权利要求1所述的一种直驱式电液动力转向器，其特征在于：所述反馈机构(6)可为齿轮齿条转向器，包括油壶(15)、小齿轮轴(16)、油缸活塞(17)、齿条(18)，所述输入轴(8)和小齿轮轴(16)通过扭杆(7)连接在一起，所述扭矩角度传感器(9)装在输入轴(8)和小齿轮轴(16)的结合部位，且小齿轮轴(16)和齿条(18)通过齿轮齿条进行啮合，所述油缸活塞(17)固定在齿条(18)上，且油缸活塞(17)装在助力油缸(5)的孔内，所述控制器(11)、油壶(15)、双向液压泵(2)和伺服电机(1)依次装在助力油缸(5)的上方。
4.根据权利要求1所述的一种直驱式电液动力转向器，其特征在于：所述伺服电机(1)驱动双向液压泵(2)直接推动转向器助力油缸(5)进行转向助力，且伺服电机(1)可以是：异步交流电机，有刷直流电机、无刷电机或交流永磁同步电机。
5.根据权利要求1所述的一种直驱式电液动力转向器，其特征在于：所述双向液压泵(2)可以是：双向齿轮液压泵、双向轴向柱塞泵、双向径向柱塞泵，双向叶片泵、双向摆线泵、双向螺旋泵和双向内曲线泵。
6.根据权利要求1所述的一种直驱式电液动力转向器，其特征在于：所述油壶(15)提供助力油，所述伺服电机(1)、双向液压泵(2)、油壶(15)和转向器可集成组成，也可分散组成。
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