CN114954639A - 一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构及电动助力机构的助力方法 - Google Patents

一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构及电动助力机构的助力方法 Download PDF

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赵波
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Abstract

本发明涉及一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构及助力机构的助力方法，属液压循环球转向器电动助力技术领域。电机壳体内过盈安装有电枢绕组，电枢绕组内通过永磁铁装有电机轴，电机壳体的一端设置有传感器壳体，传感器壳体内通过轴承安装有输入轴和扭杆，电机轴的一端与输入轴键连接，本发明的电动助力机构直接采用一个同轴电机，减少了整个系统的效率损失，节约能量和减少污染；具有结构简单、装配工艺性好和实用性好的特点；本发明无高速旋转的蜗轮及蜗杆，从而减少了高速噪音，整车驾驶舒适性好；减少了总成外形大小，满足了客户的整车空间要求；同时减少了零件数量和加工成本，满足了经济性要求。

Description

一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构及电动 助力机构的助力方法
技术领域
本发明涉及一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构及助力机构的助力方法，属液压循环球转向器电动助力技术领域。
背景技术
目前，车辆使用的电动液压循环转向器的电动助力减速机构普遍为蜗轮蜗杆减速助力形式，（参见附图1、2）这种减速助力机构在结构上为正交或者斜交形式，存有结构形式单一，径向外形体积大，与整车外形空间容易干涉，很难满足客户整车间隙要求。同时由于蜗轮蜗杆减速机构因带有一定速比，导致蜗杆转速高，易磨损和发热，磨损后带来很大的转向噪音，造成驾驶员不舒适驾驶。另一方面，蜗轮蜗杆减速机构传递力矩时因摩擦及发热等原因产生效率损失，进而增加转向系统的能量损失的。从加工和装配角度来看，蜗轮蜗杆减速机构对零件齿形加工精度要求高，要求最低7级精度，并且蜗杆上需配套两套轴承及其它零件，零件多和成本高，因此，有必要对其进行改进和优化。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种结构简单、实用性好，以满足商用车整车空间紧凑、噪音低、效率高和成本低的电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构及电动助力机构的助力方法。
本发明的技术方案：
一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构：包括转向
器本体和电动助力机构，电动助力机构通过固定螺栓与转向器本体连接，其特征在于：电动助力机构包括助力电机、传感器、控制器、输入轴和扭杆；助力电机包括电机壳体、电机端盖、电机轴、永磁铁和电枢绕组；电机壳体内过盈安装有电枢绕组，电枢绕组内通过永磁铁装有电机轴，电机壳体的一端设置有传感器壳体，传感器壳体内通过轴承安装有输入轴和扭杆，电机轴的一端与输入轴键连接，电机轴
的另一端与向器本体的转向螺杆总成键连接；所述的输入轴上装有传感器，助力电机和传感器分别与控制器连接。
电动助力机构的助力方法：
整车在直行行驶过程中，方向盘处于中间位置，扭杆不发生形变，传感器没有产生角度和扭矩信号传递到ECU和电机中，助力电机不输出力矩传递液压动力转向器上，整车保持直线行驶。
左转向时，方向盘向左转动，扭杆产生形变，ECU根据传感器扭矩信号的大小，控制电机输出相应的力矩，力矩传递液压动力转向器上的输入轴上，轮毂在力矩的作用下向左转动，实现左转向。
右转向时，向盘向右转动，扭杆产生形变，ECU根据传感器扭矩信号的大小，控制电机输出相应的力矩，力矩传递液压动力转向器上的输入轴上，轮毂在力矩的作用下向右转动，实现右转向。
所述的传感器包括传感器转子和传感器定子，传感器转子安装在电机轴上，定子安装在输入轴上。
所述的电机轴与永磁铁压装成一个整体，电机轴的两端分别设置有轴承。
所述的传感器转子和传感器定子用于采集扭杆的形变角度，并将产生的扭矩与角度信号传递至控制器，控制器根据传感器信号及整车车转速信号，控制助力电机的输出扭矩。
本发明的有益效果在于：
1）、本发明在原有商用车循环球转向器的电动助力机构设计上减去了蜗轮蜗杆机构，新设计的电动助力机构结构简单，装配简单，实用性好；
2）、本发明直接采用一个同轴电机，减少了整个系统的效率损失，节约能量和减少污染；
3）、本发明由于取消了蜗轮蜗杆机构，减少了高速噪音，整车驾驶舒适性好；且减少了总成外形尺寸，满足了客户的整车空间要求；同时降低了零件加工精度要求，具有零件数量少和加工成本低的，满足产品经济性要求。
附图说明
图1为现有电动助力机构的结构示意图；
图2为图1中的A-A向的截面示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明的电动助力机构的安装示意图；
图5为图4中的B-B向的截面示意图；
图中：1、转向器本体，2、固定螺栓，3、输入轴，4、扭杆，5. 电机壳体，6、传感器壳体，7、电机轴，8、永磁铁，9、电枢绕组，10、转向螺杆总成，11、传感器定子，12、传感器转子，13、电机端盖。
具体实施方式：
该电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构，包括转
向器本体1和电动助力机构。电动助力机构包括助力电机、传感器、控制器（ECU）、输入轴3和扭杆4。助力电机包括电机壳体5、电机端盖13、电机轴7、永磁铁8和电枢绕组9；电机壳体5内安装有电枢绕组9，电枢绕组9内通过永磁铁8装有电机轴7。电机轴7与永磁铁8压装成的一个一体结构，电机轴7的两端分别延伸至永磁铁8外侧，延伸至永磁铁8外侧的电机轴7上设置有轴承。
电机壳体5的一端通过固定螺栓安装有电机端盖13，电机壳体5的另一端通过固定螺栓安装有传感器壳体6。传感器壳体13内通过轴承安装有输入轴3和扭杆4。
电动助力机构的输入轴3上装有传感器，助力电机和传感器分别与未示出的控制器连接（ECU）连接。传感器包括传感器转子12和传感器定子11，传感器转子12安装在电机轴7上，传感器定子11安装在输入轴3上。传感器转子12和传感器定子11用于采集扭杆4的形变角度，并将产生的扭矩与角度信号传递至控制器，控制器根据传感器信号及整车车转速信号，控制助力电机的输出扭矩。
电动助力机构在安装时；电机轴7与扭杆4通过花键过盈连接，通过圆柱销2将输入轴3与扭杆4固定；实现与电机轴7的连接，输入轴3一端延伸至传感器壳体6外侧，用于与转向柱连接。助力电机
通过电机壳体5和固定螺栓与向器本体1的壳体固定连接。电机轴7的另一端与向器本体1的转向螺杆总成10（转向螺杆的输入轴）键连接，并通过O 形圈消除花键间隙，避免花键碰撞噪音。
永磁铁8过盈压装至电机轴7上，从而装配成一个电机轴总成；轴承和电枢绕组9压装至电机壳体5内，装配成电机壳体总成；将轴承压装至端盖中，装配成端盖总成，电机轴总成一端装配到电机壳体总成中，一端装配到端盖总成中，端盖总成通过固定螺栓固定在电机壳体总成上，再通过锁紧螺母固定电机轴7，构成电动助力机构。
为了表明本发明在助力过程中的优点，发明人对其进行了比对性效率测试和噪音测试，结果如下：
测试过程采用相同的效率测试台架和噪音测试台架，
现有带有蜗轮蜗杆减速形式的电动助力机构效率测试方法如下：
1.将现有带有蜗轮蜗杆减速形式的电动助力机构固定在测试台架上，在输出端施加设定负载；
2.从中间位置以33RPM和66RPM顺时针和逆时针转动输入轴直到速度稳定，采集不同转速下的输入扭矩、输出扭矩、输入轴转速、电压和电流数据；效率计算结果见表1：
表1：现有电动助力机构效率数据
Figure 831380DEST_PATH_IMAGE001
本发明电动助力机构效率测试方法如下：
1.将本发明电动助力机构固定在测试台架上，在输出端施加设定负载；
2.从中间位置以33RPM和66RPM顺时针和逆时针转动输入轴直到速度稳定，采集不同转速下的输入扭矩、输出扭矩、输入轴转速、电压和电流数据；效率计算结果见表2：
表2：本发明电动助力机构效率数据
Figure 183864DEST_PATH_IMAGE002
通过采集的输入扭矩、输出扭矩、输入轴转速、电压和电流数据，计算出助力机构的效率。
计算公式：
Figure 969155DEST_PATH_IMAGE003
Figure 407090DEST_PATH_IMAGE004
结论：在同一转速和负载的条件下，本发明的电动助力机构效率比现有电动助力机构最少高12.14%，可以大大的减少了整个系统的效率损失，节约整车能量和减少环境污染；
现有带有蜗轮蜗杆减速助力形式的电动助力机构噪音测试方法如下：
1.将现有带有蜗轮蜗杆减速形式的电动助力机构固定在噪声试验室内支架上，输出轴空载；
2.从中间位置以66RPM顺时针和逆时针转动输入轴直到速度稳定，麦克风设备采集噪音
3.环境噪声 ≤26 dBA；结果见表3：
表3：现有电动助力机构噪音测试数据
Figure 296549DEST_PATH_IMAGE005
本发明电动助力机构噪音测试方法如下：
1.将本发明电动助力机构固定在噪声试验室内支架上，输出轴空载；
2.从中间位置以66RPM顺时针和逆时针转动输入轴直到速度稳定，麦克风设备采集噪音
3.环境噪声 ≤ 26dBA；结果见表4：
表4：本发明电动助力机构噪音测试数据
Figure 769118DEST_PATH_IMAGE006
结论：
从9台样件测试噪音对比，带有蜗轮蜗杆减速助力形式的电动助力机构的噪音≥47 dB，随着磨合次数增加，噪音逐渐变大，而本发明的噪音≤45dB，测试结果表明带蜗轮蜗杆的电动助力机构噪音远远大于本发明的噪音。总成噪音越大，在整车上产生的噪音也会更大，造成驾驶员不舒适驾驶，而本发明减少蜗轮蜗杆结构，减少蜗轮蜗杆噪音的影响，整车驾驶舒适性更好。
该电动助力机构在整车直行行驶过程中，方向盘处于中间位置，扭杆4没有发生形变，传感器没有产生角度和扭矩信号传递到ECU和助力电机中，助力电机不输出力矩传递液压动力转向器上.不开启转阀，产压力差，整车保持直线行驶。
整车在左转向过程中，方向盘向左转动，扭杆4产生形变，传感器产生扭矩信号.ECU根据传感器扭矩信号的大小，控制电机输出相应的力矩，力矩传递液压动力转向器上的输入轴上，开启转阀，产压力差，压力推动螺母上行，螺母将力矩传递至臂轴上，臂轴通过垂臂，拉杆和节臂将力矩传递至轮毂上，轮毂在力矩的作用下向左转动，实现左转向。
整车在右转向过程中，向盘向右转动，扭杆产生形变，传感器产生扭矩信号.ECU根据传感器扭矩信号的大小，控制电机输出相应的力矩，力矩传递液压动力转向器上的输入轴上，开启转阀，产压力差，压力推动螺母下行，螺母将力矩传递至臂轴上，臂轴通过垂臂，拉杆和节臂将力矩传递至轮毂上，轮毂在力矩的作用下向右转动，实现右转向。
本发明的电动助力机构直接采用一个同轴电机，减少了整个系统的效率损失，节约能量和减少污染；具有结构简单、装配工艺性好和实用性好的特点；本发明无高速旋转的蜗轮及蜗杆，从而减少了高速噪音，整车驾驶舒适性好；减少了总成外形大小，满足了客户的整车空间要求；同时减少了零件数量和加工成本，满足了经济性要求。

Claims (3)

1.一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构：包括转向器本体（1）和电动助力机构，电动助力机构通过固定螺栓（2）与转向器本体（1）连接，其特征在于：电动助力机构包括助力电机、传感器、控制器、输入轴（3）和扭杆（4）；助力电机包括电机壳体（5）、电机端盖（13）、电机轴（7）、永磁铁（8）和电枢绕组（9）；电机壳体（5）内过盈安装有电枢绕组（9），电枢绕组（9）内通过永磁铁（8）装有电机轴（7），电机壳体（5）的一端设置有传感器壳体（13），传感器壳体（13）内通过轴承安装有输入轴（3）和扭杆（4），电机轴（7）的一端与输入轴（3）键连接，电机轴（7）的另一端与向器本体（1）的转向螺杆总成（10）键连接；所述的输入轴（3）上装有传感器，助力电机和传感器分别与控制器连接；
电动助力机构的助力方法：
整车在直行行驶过程中，方向盘处于中间位置，扭杆（4）不发生形变，传感器没有产生角度和扭矩信号传递到ECU和电机中，助力电机不输出力矩传递液压动力转向器上；整车保持直线行驶；
左转向时，方向盘向左转动，扭杆（4）产生形变， ECU根据传感器扭矩信号的大小，控制电机输出相应的力矩，力矩传递液压动力转向器上的输入轴上，轮毂在力矩的作用下向左转动，实现左转向；
右转向时，向盘向右转动，扭杆（4）产生形变， ECU根据传感器扭矩信号的大小，控制电机输出相应的力矩，力矩传递液压动力转向器上的输入轴上，轮毂在力矩的作用下向右转动，实现右转向。
2.根据权利要求1所述的所述的一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构：其特征在于：传感器包括传感器转子（12）和传感器定子（11），传感器转子（12）安装在电机轴（7）上，传感器定子（11）安装在输入轴（3）上；传感器转子（12）和传感器定子（11）用于采集扭杆（4）的形变角度，并将产生的扭矩与角度信号传递至控制器，控制器根据传感器信号及整车车转速信号，控制助力电机的输出扭矩。
3.根据权利要求1所述的所述的一种电动液压循环球转向器电动助力机构的安装结构：其特征在于：所述的电机轴（7）与永磁铁压装成一个整体，电机轴（7）的两端分别设置有轴承。
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