CN112776881B - 一种齿条助力式线控转向系统及其控制方法 - Google Patents

一种齿条助力式线控转向系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种齿条助力式线控转向系统及其控制方法，该转向系统包括方向盘(7)、转向管柱(6)、转向器(2)、横拉杆(1)和安装在转向器(2)上的转向助力装置；转向助力装置(3)包括转向助力装置壳体、转向助力电机(301)、控制器(305)、设置在转向助力装置壳体内的转向助力传动机构、转向助力齿轮轴(310)以及设置在转向助力齿轮轴(310)外侧的转角传感器(307)；转向助力装置壳体与转向器壳体(201)固定，转向助力齿轮轴(310)与转向器齿条(202)传动配合。本发明结构简单、占用空间小、成本低，具备助力转向模式和线控转向模式，可满足高级驾驶辅助系统和自动驾驶系统的转向需求。

Description

一种齿条助力式线控转向系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车转向技术领域，尤其是涉及一种具有线控功能的齿条助力式转向系统及其控制方法。
背景技术
电动助力转向(Electric Power Steering，简称EPS)技术是近十年来汽车转向领域的新技术，在国外得到了长足的发展，EPS也是目前国内转向系统行业的研究热点。基于EPS平台可以延伸开发出线控转向系统，在方向盘与转向传动机构之间不存在连贯的且直接的机械连接，可以通过方向盘转角信号、扭矩信号，提供助力转向，即通过电信号路线实现相关部件的运动控制。EPS作为汽车的安全件，其性能直接关系着汽车行驶的安全可靠性、驾驶人员的操纵轻便性与灵敏性。在不同车况下汽车转向时，电子控制器控制转向助力电机，提供所需的辅助助力，达到操纵稳定、转向轻便、行驶安全的效果，使驾驶员行车有良好的舒适感。该产品结构紧凑、节能、环保等特点，是汽车助力转向发展的趋势。电动助力转向系统又分为管柱式电动助力转向系统(简称C-EPS)、小齿轮式电动助力转向系统(简称P-EPS)和齿条式电动助力转向系统(简称R-EPS)。
管柱式电动助力转向系统(简称C-EPS)布置在方向盘下侧管柱，转向需要经过万向节、传动轴等部件才能传递至转向器，传递效率较低，响应时间相对迟缓；小齿轮式电动助力转向系统(简称P-EPS)内部结构复杂，传动比设计范围小，需要占用较大的空间，往往布置在转向管柱与转向器交接处，这一部位靠近驾驶室、发动机，在驾驶空间上、发动机布置上往往会做出空间让步；而现有的齿条式电动助力转向系统(简称R-EPS)受限于空间布置要求传动比不够，且往往一个部件损坏需要更换整个的转向器总成、横拉杆总成，使用成本较高。
随着汽车电子的不断发展，高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等智能汽车系统要求转向系统的响应时间越短约好，而且能够对车辆实施自主转向，即在未人力转动方向盘情况下对车辆车轮施加转向。同时，汽车的设计还追求驾乘空间大、更小的转向占用空间，满足新能源车容纳更多的传感器、动力电池设备等。
发明内容
本发明目的是满足高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)的转向需求，提供一种具备线控转向功能、结构简单、成本低、安全性高的齿条助力式转向系统及其控制方法，以解决现有技术存在的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种齿条助力式线控转向系统，包括从上至下依次连接的方向盘、转向管柱和转向器，所述转向器的两端分别连接有横拉杆；其中，所述转向器包括转向器壳体和转向器齿条，所述转向器壳体上还安装有转向助力装置；
所述转向助力装置包括转向助力装置壳体、固定在所述转向助力装置壳体上的转向助力电机、与所述转向助力电机电连接的控制器、设置在所述转向助力装置壳体内并与所述转向助力电机传动配合的转向助力传动机构、与所述转向助力传动机构相连的转向助力齿轮轴以及设置在所述转向助力齿轮轴外侧的转角传感器；所述转向助力装置壳体与所述转向器壳体固定，所述转向助力齿轮轴与所述转向器齿条传动配合。
进一步地，所述转向器齿条上设置有第一段齿部和第二段齿部，所述第一段齿部与连接在所述转向管柱下端的齿轮轴啮合传动；所述第二段齿部与所述转向助力齿轮轴上的齿部啮合传动。
在一个优选实施例中，所述转向助力传动机构为蜗轮蜗杆传动机构。所述蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮和蜗杆，所述蜗杆与所述转向助力电机的输出轴同轴固定连接，所述蜗轮与所述转向助力齿轮轴同轴固定，所述转向助力齿轮轴转动连接在所述转向助力装置壳体中。
进一步地，所述转向助力装置壳体包括将所述转向器壳体夹紧并固定连接的主壳体和半哈夫壳体，所述转向器齿条的第二段齿部位于所述主壳体和所述半哈夫壳体之间，并且所述转向器齿条与转动连接在所述主壳体中的所述转向助力齿轮轴的齿部相啮合。
在一个优选实施例中，第一段齿部为直齿，与转向管柱下端的齿轮轴啮合。第二段齿部为斜齿与转向助力齿轮轴啮合。在位置上，第二段齿部位于转向器齿条的中部。
更进一步地，所述半哈夫壳体上还设有用于维持所述转向器齿条与所述转向助力齿轮轴之间径向啮合位置间隙的自由间隙调整装置。
再进一步地，所述自由间隙调整装置包括沿所述转向器齿条的径向活动设置在所述半哈夫壳体中的轴瓦座、螺纹连接在所述半哈夫壳体上的螺母以及预紧在所述螺母和所述轴瓦座之间的弹性件；所述轴瓦座位于与所述转向助力齿轮轴相对的另一侧，所述轴瓦座朝向所述转向器齿条的端面上设置有轴瓦，在所述弹性件的预紧力作用下，所述轴瓦沿径向卡紧所述转向器齿条。
进一步地，所述主壳体和半哈夫壳体相配合后之间形成通孔，所述通孔与所述转向器壳体的圆柱面同轴夹紧配合；所述转向助力电机的输出轴的轴线与所述转向器齿条的轴线相平行，所述转向助力齿轮轴的轴线与所述转向器齿条的轴线相垂直；所述主壳体与所述半哈夫壳体通过螺钉固定连接，且所述主壳体与所述半哈夫壳体的配合面之间设有一定间隙。
进一步地，所述转向助力齿轮轴通过设置在下部的第一轴承和设置在上部的第二轴承转动连接在所述主壳体中；所述第二轴承通过轴承座固定在所述主壳体的上部，所述轴承座与所述主壳体可拆卸地连接；所述轴承座上端面还设有安置所述转角传感器的凹槽，所述转向助力齿轮轴的上部穿过所述轴承座的端部安装有与所述转角传感器匹配的磁体；所述轴承座的上端还可拆卸地连接有转角传感器上盖。
进一步地，所述轴承座包括相配合连接的上座体和下座体，所述下座体通过螺钉与所述主壳体固定，所述上座体通过螺钉与所述下座体固定；所述第二轴承被固定在所述上座体和所述下座体之间，所述转向助力齿轮轴的上部通过螺纹连接的并紧螺母支撑在所述第二轴承上；所述转角传感器上盖通过螺钉与所述上座体固定。
本发明的转向助力装置的传动机构可以采用蜗轮蜗杆传动机构，并结合齿轮轴与齿条传动，整体传动比大，效率高，占用空间小，且转向助力装置可以布置在转向器壳体的中部，现有车辆转向器中部通常预留较大空间，为驾驶室的布置省出更大的空间；同时该转向助力装置采用哈夫机构形式的壳体与转向器壳体轴孔配合，若其内部某一部件损坏可单独替换，无须更换转向器总成、横拉杆总成，使其具备一定的可拆卸性，降低使用成本。
本发明还提供了所述齿条助力式线控转向系统的控制方法，根据该控制方法，所述齿条助力式线控转向系统至少具备两种工作模式：转向助力模式和线控转向模式。
转向助力模式：当车辆处于驾驶员操作驾驶模式下时，驾驶员转动方向盘进行转向时，所述转角传感器输出转角信号，所述控制器接收该转角信号，根据当前的方向盘转角计算得到目标助力转向扭矩，并控制转向助力装置的转向助力电机输出动力扭矩，再通过转向助力传动机构传动达到目标助力转向扭矩后传递至转向助力齿轮轴上，转向助力齿轮轴的扭矩转换成转向器齿条的推力，并通过连接在转向器齿条左右两端的横拉杆驱动转向轮，实现助力转向；
线控转向模式：当车辆处于线控模式下时，整车控制器将线控转向命令通过CAN报文发送到车辆CAN总线上，所述控制器接收CAN报文，并正常响应整车控制器发出的线控转向量，自主施加转向，所述控制器驱动电机输出扭矩，带动转向助力传动机构和转向助力齿轮轴转动，将输出扭矩转换成转向器齿条的推力，并通过连接在转向器齿条左右两端的横拉杆驱动转向轮，实现线控转向。
在具体实施例中，所述控制器为了实现上述功能，采用的转向主控制算法可通过采用转角跟踪增量PID控制算法与电流反馈跟踪算法实现，该算法响应时间更短，可实现无静差控制。
进一步地，当所述齿条助力式线控转向系统的转向助力装置接收到整车CAN总线发来的目标方向盘转角信号时，控制器根据该目标方向盘转角信号计算出转向助力齿轮轴对应的目标转向转角θs,t，通过转角传感器可获得实际转角θs，计算此时的转角误差eθ，依据转角跟踪增量PID算法式(1)计算出补偿电流IFB：
式中：
λ1—遗忘因子，0＜λ1＜1；优选地，在一实施例中λ1＝0.98；
t—时间；
eθ—转角误差，eθ＝θs,t-θs；
kP，kI，kD—分别为增量PID算法的比例系数、积分系数和微分系数；
θs,t，θs—分别为转向助力齿轮轴目标转角和实际转角。
优选地，在一具体实施例中，kP取3，kI取0.01，kD取5。
目标电流I* t为前馈电流IFF和补偿电流IFB之和。前馈电流IFF通过标定数据查表得到，而补偿电流IFB根据目标转角跟踪采用增量形式PID控制算法获得。
在电机电流反馈跟踪算法中，目标电流I* t与实际电流Ia之差eI作为电流PID控制器输入，再通过电流环的增量PID算法获得反馈PWM值uFB，前馈PWM值uFF通过开环PWM曲线查表获得，两者之和作为当前电流PWM值。进而齿条助力式线控转向系统的转向助力装置驱动电机，带动内部传动机构、转向助力齿轮轴转动，将输出扭矩转换成转向器齿条的推力，并通过连接在转向器齿条上的左右两端的横拉杆驱动转向轮，进而实现线控转向或转向助力。
由于采用上述技术方案，本发明达到的有益效果在于：
1)本发明齿条助力式线控转向系统可为具备高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)的车辆实现自主转向功能；
2)本发明的转向助力装置采用了哈夫机构的设计，具备一定的独立可替换性，降低消费者使用成本。
3)本发明的齿条助力式线控转向系统产生的转向助力直接作用在转向器齿条上，助力响应快。
4)本发明的转向助力装置采用蜗轮蜗杆、齿轮齿条传动机构，结构简单，成本低，传动比大，用较小扭矩的电机易满足线控及助力转向扭矩需求。
5)本发明的齿条助力式转向系统在转向控制器的控制算法可采用转角位置环PID算法与电机电流环PID算法，该算法响应时间更短，可实现无静差控制。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施例的齿条助力式线控转向系统的布置图。
图2是根据本发明的一种实施例的齿条助力式线控转向系统的另一布置图(去除方向盘、转向管柱及部分壳体)。
图3是根据本发明的一种实施例的转向助力装置的立体图。
图4是根据本发明的一种实施例的转向助力装置的主视图。
图5是图4的A-A剖视图。
图6是图4的B-B剖视图。
图7是图5中的C部放大图。
图8是根据本发明的一种实施例的齿条助力式线控转向系统的工作原理示意图。
图9是根据本发明的一种实施例的齿条助力式线控转向系统的转角跟踪增量PID控制框图。
图10是根据本发明的一种实施例的齿条助力式线控转向系统的电流反馈跟踪算法框图。
附图中：
1-横拉杆；2-转向器；3-转向助力装置；4-扭矩传感器；5-齿轮轴；6-转向管柱；7-方向盘；
201-转向器壳体；202-转向器齿条；203-自由间隙调整装置；
301—转向助力电机；302—联轴器总成；303—蜗杆；304—密封盖；305—控制器；306—转角传感器上盖；307—转角传感器；308—轴承座；309—并紧螺母；310—转向助力齿轮轴；311—挡圈；312—蜗轮；313—主壳体；314—滚针轴承；315—半哈夫壳体；316—轴瓦；317—轴瓦座；318—预紧弹簧；319—密封销；320—螺母；321—并紧螺帽；322—O形圈。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所做的等效变化与修饰前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参照图1，本实施例提供了一种齿条助力式线控转向系统，包括从上至下依次连接的方向盘7、转向管柱6和转向器2，转向器2的两端分别连接有横拉杆1；其中，转向器2包括转向器壳体201和转向器齿条202，转向器壳体201上还安装有转向助力装置3；转向助力装置3包括转向助力装置壳体、固定在所述转向助力装置壳体上的转向助力电机301、与转向助力电机301电连接的控制器305、设置在所述转向助力装置壳体内并与转向助力电机301传动配合的转向助力传动机构、与所述转向助力传动机构相连的转向助力齿轮轴310以及设置在转向助力齿轮轴310外侧的转角传感器307；转向助力装置壳体与转向器壳体201固定，转向助力齿轮轴310与转向器齿条202传动配合。
本发明提出的齿条助力式转向系统，其转向助力装置3布置在转向器2的中部，现有车辆转向器前部安置多为发动机或变速箱通常预留较大空间，也可根据需要灵活布置在转向器壳体201的其他任意位置。
参阅图2，转向器齿条202上设置有第一段齿部2021和第二段齿部2022，第一段齿部2021与连接在所述转向管柱6下端的齿轮轴5啮合传动；第二段齿部2022与转向助力齿轮轴310上的齿部啮合传动。本实施例中，齿轮轴5上还设置有扭矩传感器4。其中，第一段齿部2021优选为直齿，第二段齿部2022优选为斜齿。在位置上，本实施例中的第二段齿部2022位于转向器齿条202的中部。
参照图3至6，在本实施例中，所述转向助力传动机构为蜗轮蜗杆传动机构。蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮312和蜗杆303，蜗杆303与转向助力电机301的输出轴通过联轴器302同轴固定连接，蜗杆303通过两端的轴承支撑在转向助力装置壳体内，远离转向助力电机301的一端设有密封盖304。蜗轮312与转向助力齿轮轴310同轴固定，过盈配合；转向助力齿轮轴310转动连接在转向助力装置壳体中。
转向助力装置壳体包括将转向器壳体201夹紧并固定连接的主壳体313和半哈夫壳体315，所述转向器齿条202的第二段齿部2022位于主壳体313和半哈夫壳体315之间，并且转向器齿条202与转动连接在主壳体313中的转向助力齿轮轴310的齿部相啮合。提供助力时，转向助力齿轮轴310与转向器齿条202啮合会产生径向推力，为了保证正确的啮合，半哈夫壳体315上还设有用于维持转向器齿条202与转向助力齿轮轴310之间径向啮合位置间隙的自由间隙调整装置203。
自由间隙调整装置203包括沿转向器齿条202的径向活动设置在半哈夫壳体315中的轴瓦座316、螺纹连接在半哈夫壳体315上的螺母320以及预紧在螺母320和轴瓦座316之间的弹性件，本实施例中该弹性件为预紧弹簧318。轴瓦座316位于与所述转向助力齿轮轴310相对的另一侧，轴瓦座316朝向所述转向器齿条202的端面上设置有轴瓦317，在预紧弹簧318的预紧力作用下，轴瓦317沿径向卡紧所述转向器齿条202。本实施例中，轴瓦座316与半哈夫壳体315之间通过两个O形圈322密封，螺母320的前端面与轴瓦座316的后端面之间通过一个O形圈322密封。螺母320与半哈夫壳体315螺纹连接并通过并紧螺帽321固定。螺母320具有中心孔，中心孔中安装有密封销319，预紧弹簧318位于轴瓦座316和螺母320之间形成的容置空间内。初始轴瓦与轴瓦座316过盈连接，预紧弹簧318预紧力会作用至轴瓦座上，间接使轴瓦与齿条202卡紧，抵消径向推力，保证齿条202与齿轮轴310径向啮合位置间隙；其内部的O形圈、密封销319可以实现密封，满足车规级防尘防水等级要求。
如图3、6和7所示，主壳体313和半哈夫壳体315相配合后之间形成通孔，所述通孔与转向器壳体201的圆柱面同轴夹紧配合，通过螺钉固定连接，且主壳体313与半哈夫壳体315的配合面之间设有一定间隙δ，该间隙δ可使主壳体313与半哈夫壳体315通过螺钉连接时产生一定的预紧力，确保转向助力装置3与转向器2可靠固定。本实施例中，转向助力电机301的输出轴的轴线与转向器齿条202的轴线相平行，所述转向助力齿轮轴310的轴线与所述转向器齿条202的轴线相垂直。采用这样的布置，可以最大程度节省安装空间。而且转向助力装置3采用哈夫机构的主壳体313、半哈夫壳体315与转向器壳体201轴孔配合，故具备一定的可拆卸性，若转向助力装置3的某一部件损坏可单独替换，降低消费者使用成本。需要说明的是，本发明中的转向助力装置壳体不仅仅局限于采用哈夫机构的主壳体313、半哈夫壳体315与转向器壳体201夹紧固定连接的形式，也可将哈夫机构的主壳体313、半哈夫壳体315与转向器壳体201铸造为一体，使结构更加简单。
在转向助力装置3的内部，转向助力齿轮轴310通过设置在下部的第一轴承和设置在上部的第二轴承转动连接在主壳体313中。转向助力齿轮轴310上设有限位凸起，蜗轮312与转向助力齿轮轴310过盈配合并被上方的挡圈311和下方的限位凸起进行限位。第二轴承通过轴承座308固定在主壳体313的上部，轴承座308与主壳体313可拆卸地连接；轴承座308上端面还设有安置所述转角传感器307的凹槽，转向助力齿轮轴310的上部穿过所述轴承座308的端部安装有与所述转角传感器307匹配的磁体；轴承座308的上端还可拆卸地连接有转角传感器上盖306。
轴承座308包括相配合连接的上座体和下座体，下座体通过螺钉与主壳体313固定，上座体通过螺钉与所述下座体固定；第二轴承被固定在上座体和下座体之间，转向助力齿轮轴310的上部通过螺纹连接的并紧螺母309支撑在所述第二轴承上；转角传感器上盖306通过螺钉与所述上座体固定。其中，本实施例里第一轴承采用滚针轴承314，第二轴承采用深沟球轴承。由于主壳体313、轴承座308的下座体、上座体、转角传感器上盖306是从下至上依次叠加并固定连接的，所以在安装和维护拆卸时十分方便。
本发明还提供了上述齿条助力式线控转向系统的控制方法，所述控制方法包括转向助力模式和线控转向模式。车辆在驾驶员操作驾驶时，该转向系统处于转向助力模式，车辆在自动驾驶时，该转向系统处于线控转向模式。
参阅图8，所述齿条助力式线控转向系统的转向助力装置3一旦接收到整车CAN总线发来的方向盘转角信号或扭矩传感器4发来的扭矩信号，控制器305将根据该信号计算出目标助力转向扭矩，进而控制转向助力电机301的助力电流的大小以输出合适的电机扭矩，并通过蜗杆303、涡轮312实现减速增扭实现目标助力转向扭矩。进一步地，助力转向扭矩传递至转向助力齿轮轴310上，转向助力齿轮轴310与转向器齿条202直接啮合，最终将电机扭矩转换成转向器齿条202的推力提供转向助力；方向盘转角传感器307可直接获取齿轮轴310转角，间接获取转向器齿条202的转向移动行程；扭矩传感器5来实际反馈转向器总成2扭矩大小。
转向助力模式：当所述齿条助力式线控转向系统转向无故障时，车辆处于驾驶员操作驾驶模式下，驾驶员转动方向盘进行转向，所述转角传感器307输出转角信号，控制器305接收该转角信号，根据当前的方向盘转角计算得到目标助力转向扭矩，并控制转向助力装置3的转向助力电机301输出动力扭矩，再通过蜗轮312、蜗杆303传动达到目标助力转向扭矩后传递至转向助力齿轮轴310上，转向助力齿轮轴310的扭矩转换成转向器齿条202的推力，并通过连接在转向器齿条202左右两端的横拉杆1驱动转向轮，实现助力转向。
线控转向模式：从整车CAN总线获得车辆处于线控模式(即自动驾驶模式)下时，整车VCU将线控转向命令通过CAN报文发送到车辆CAN总线上，所述控制器305接收CAN报文，并正常响应整车VCU发出的线控转向量，自主施加转向，所述控制器305驱动电机301输出扭矩，带动蜗轮312、蜗杆303、和转向助力齿轮轴310转动，将输出扭矩转换成转向器齿条202的推力，并通过连接在转向器齿条202左右两端的横拉杆1驱动转向轮，实现线控转向。
本发明的齿条助力式线控转向系统采用的转向主控制算法如图9所示，当所述齿条助力式线控转向系统的转向助力装置3接收到整车CAN总线发来的目标方向盘转角信号时，控制器305根据该目标方向盘转角信号计算出转向助力齿轮轴310对应的目标转向转角θs,t，通过转角传感器307可获得实际转角θs，计算此时的转角误差eθ，依据转角跟踪增量PID算法式(1)计算出补偿电流IFB：
式中：
λ1—遗忘因子，0＜λ1＜1；本实施例中，λ1＝0.98；
t—时间；
eθ—转角误差，eθ＝θs,t-θs；
kP，kI，kD—分别为增量PID算法的比例系数、积分系数和微分系数；本实施例中，kP取3，kI取0.01，kD取5；
θs,t，θs—分别为转向助力齿轮轴目标转角和实际转角。
目标电流I* t为前馈电流IFF和补偿电流IFB之和。前馈电流IFF通过标定数据查表得到，而补偿电流IFB根据目标转角跟踪采用增量形式PID控制算法获得。
电流反馈跟踪算法如图10所示。目标电流I* t与实际电流Ia之差eI作为电流PID控制器输入，再通过电流环的增量PID算法获得反馈PWM值uFB，前馈PWM值uFF通过开环PWM曲线查表获得，两者之和作为当前电流PWM值。进而齿条助力式线控转向系统的转向助力装置3驱动转向助力电机301，带动内部蜗轮312、蜗杆303、转向助力齿轮轴310转动，将输出扭矩转换成转向器齿条202的推力，并通过连接在转向器齿条202上的左右两端的横拉杆1驱动转向轮，进而实现线控转向或转向助力。
本实施例的齿条助力式线控转向系统的控制算法可实现转角无静差控制。
本发明的一种齿条助力式线控转向系统采用成熟的蜗轮蜗杆与齿轮齿条传动，传动效率高，具备更可靠的转向性及安全性，从而适用于高级驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统(ADS)等车辆的线控转向系统需求。
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用以限定本发明的保护范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本发明所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种齿条助力式线控转向系统，其特征在于，包括从上至下依次连接的方向盘（7）、转向管柱（6）和转向器（2），所述转向器（2）的两端分别连接有横拉杆（1）；其中，所述转向器（2）包括转向器壳体（201）和转向器齿条（202），所述转向器壳体（201）上还安装有转向助力装置（3）；
所述转向助力装置（3）包括转向助力装置壳体、固定在所述转向助力装置壳体上的转向助力电机（301）、与所述转向助力电机（301）电连接的控制器（305）、设置在所述转向助力装置壳体内并与所述转向助力电机（301）传动配合的转向助力传动机构、与所述转向助力传动机构相连的转向助力齿轮轴（310）以及设置在所述转向助力齿轮轴（310）外侧的转角传感器（307）；所述转向助力装置壳体与所述转向器壳体（201）固定，所述转向助力齿轮轴（310）与所述转向器齿条（202）传动配合；
所述转向器齿条（202）上设置有第一段齿部（2021）和第二段齿部（2022），所述第一段齿部（2021）与连接在所述转向管柱（6）下端的齿轮轴（5）啮合传动；所述第二段齿部（2022）与所述转向助力齿轮轴（310）上的齿部啮合传动；
所述转向助力传动机构为蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮（312）和蜗杆（303），所述蜗杆（303）与所述转向助力电机（301）的输出轴同轴固定连接，所述蜗轮（312）与所述转向助力齿轮轴（310）同轴固定，所述转向助力齿轮轴（310）转动连接在所述转向助力装置壳体中；
所述转向助力装置壳体包括将所述转向器壳体（201）夹紧并固定连接的主壳体（313）和半哈夫壳体（315），所述转向器齿条（202）的第二段齿部（2022）位于所述主壳体（313）和所述半哈夫壳体（315）之间，并且所述转向器齿条（202）与转动连接在所述主壳体（313）中的所述转向助力齿轮轴（310）的齿部相啮合；
所述主壳体（313）和半哈夫壳体（315）相配合后之间形成通孔，所述通孔与所述转向器壳体（201）的圆柱面同轴夹紧配合；所述转向助力电机（301）的输出轴的轴线与所述转向器齿条（202）的轴线相平行，所述转向助力齿轮轴（310）的轴线与所述转向器齿条（202）的轴线相垂直；所述主壳体（313）与所述半哈夫壳体（315）通过螺钉固定连接，且所述主壳体（313）与所述半哈夫壳体（315）的配合面之间设有间隙；
所述转向助力齿轮轴（310）通过设置在下部的第一轴承和设置在上部的第二轴承转动连接在所述主壳体（313）中；所述第二轴承通过轴承座（308）固定在所述主壳体（313）的上部，所述轴承座（308）与所述主壳体（313）可拆卸地连接；所述轴承座（308）上端面还设有安置所述转角传感器（307）的凹槽，所述转向助力齿轮轴（310）的上部穿过所述轴承座（308）的端部安装有与所述转角传感器（307）匹配的磁体；所述轴承座（308）的上端还可拆卸地连接有转角传感器上盖（306）；
所述轴承座（308）包括相配合连接的上座体和下座体，所述下座体通过螺钉与所述主壳体（313）固定，所述上座体通过螺钉与所述下座体固定；所述第二轴承被固定在所述上座体和所述下座体之间，所述转向助力齿轮轴（310）的上部通过螺纹连接的并紧螺母（309）支撑在所述第二轴承上；所述转角传感器上盖（306）通过螺钉与所述上座体固定。
2.根据权利要求1所述齿条助力式线控转向系统，其特征在于，所述半哈夫壳体（315）上还设有用于维持所述转向器齿条（202）与所述转向助力齿轮轴（310）之间径向啮合位置间隙的自由间隙调整装置（203）。
3.根据权利要求2所述齿条助力式线控转向系统，其特征在于，所述自由间隙调整装置（203）包括沿所述转向器齿条（202）的径向活动设置在所述半哈夫壳体（315）中的轴瓦座（316）、螺纹连接在所述半哈夫壳体（315）上的螺母（320）以及预紧在所述螺母（320）和所述轴瓦座（316）之间的弹性件；所述轴瓦座（316）位于与所述转向助力齿轮轴（310）相对的另一侧，所述轴瓦座（316）朝向所述转向器齿条（202）的端面上设置有轴瓦（317），在所述弹性件的预紧力作用下，所述轴瓦（317）沿径向卡紧所述转向器齿条（202）。
4.一种根据权利要求1-3任意一项所述齿条助力式线控转向系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括转向助力模式和线控转向模式，其中：
转向助力模式：当车辆处于驾驶员操作驾驶模式下时，驾驶员转动方向盘进行转向时，所述转角传感器（307）输出转角信号，所述控制器（305）接收该转角信号，根据当前的方向盘转角计算得到目标助力转向扭矩，并控制转向助力装置（3）的转向助力电机（301）输出动力扭矩，再通过转向助力传动机构传动达到目标助力转向扭矩后传递至转向助力齿轮轴（310）上，转向助力齿轮轴（310）的扭矩转换成转向器齿条（202）的推力，并通过连接在转向器齿条（202）左右两端的横拉杆（1）驱动转向轮，实现助力转向；
线控转向模式：当车辆处于线控模式下时，整车控制器将线控转向命令通过CAN报文发送到车辆CAN总线上，所述控制器（305）接收CAN报文，并正常响应整车控制器发出的线控转向量，自主施加转向，所述控制器（305）驱动转向助力电机（301）输出扭矩，带动转向助力传动机构和转向助力齿轮轴（310）转动，将输出扭矩转换成转向器齿条（202）的推力，并通过连接在转向器齿条（202）左右两端的横拉杆（1）驱动转向轮，实现线控转向。
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