一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置的製作方法

2023-11-06 14:58:47 2

專利名稱：一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及汽車轉向系統領域，尤其涉及一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置。
背景技術：
電動助力轉向系統(EPS)是在傳統機械轉向系統的基礎上，根據作用在方向盤上的轉矩信號和汽車的車速信號，通過電子控制裝置使電機產生相應大小和方向的輔助力， 協助駕駛員進行轉向操作並獲得最佳轉向特性的伺服系統。電動助力轉向系統能在各種行駛工況下提供最佳助力，減少由路面不平所引起的對轉向系統的擾動，改善汽車的轉向特性，減輕汽車低速行駛時的轉向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉向穩定性，進而提高汽車的安全性。電動助力轉向系統助力電動機是電動助力轉向系統的執行元件，助力電動機的特性直接影響到EPS系統控制的難易程度和駕駛員的手感。EPS系統對助力電動機的基本要求是應具有高的可靠性，大的功率，低噪聲和振動，較低的摩擦轉矩，較小的體積和重量； 能夠在堵轉下輸出轉矩；有良好的機械特性，在工作過程中，轉矩波動儘量要小；轉動慣量應儘可能的小；應能快速的反轉。目前的汽車轉向控制系統存在機構龐雜，佔用空間大，響應慢的缺點。

發明內容
為了克服現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置，近直接驅動，具有機構簡單，佔用空間小，響應速度快的優點。為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是—種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置，包括齒條軸12，齒條軸12的左端依次通過左橫拉杆10、左梯形臂11與左轉向輪14連接，齒條軸12上的齒條和齒輪軸13的一端的齒輪嚙合，齒輪軸13的另一端依次通過萬向節15、轉向柱2和轉向盤1 連接，右橫拉杆9的一端通過右轉向梯形臂8和右轉向輪7連接，齒條軸12右端通過第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構與右橫拉杆9的另一端連接，轉向柱2上安裝的扭距傳感器3通過電子控制單元與第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構的盤式機4連接；第一助力電機連接機構包括盤式電機與滾珠絲槓的連接結構，盤式電機與滾珠絲槓的連接結構中的滾珠絲槓6的一端和右橫拉杆9連接，另一端和齒條軸12右端連接；第二助力電機連接機構包括盤式電機與滾珠絲槓的連接結構，盤式電機與滾珠絲槓的連接結構中的滾珠絲槓6的一端與第二液壓活塞杆34的一端連接，第二液壓活塞杆34 與活塞缸四配合，活塞缸四的有杆腔通過第二液壓油管32與液壓缸31的左腔聯通，活塞缸四的無杆腔通過第一液壓油管30與液壓缸31的右腔聯通，液壓缸31與第一液壓活塞杆33配合，第一液壓活塞杆33和右橫拉杆9連接；
盤式電機與滾珠絲槓的連接結構包括滾珠絲槓6，滾珠絲槓6通過滾珠25與滾珠絲槓螺母5相連，滾珠絲槓螺母5與盤式電機4的電機轉子22膠粘在一起，滾珠絲槓螺母5 通過第一軸承26和第二軸承27與電機定子23連接，第一電機外殼16和第二電機外殼19 分別與電機定子23連接，電機繞組21繞在電機定子23上，左端蓋28與第一軸承27和電機定子23連接，右端蓋M與第二軸承沈和電機定子23連接，螺杆18與第一電機外殼16 和第二電機外殼19連接。所述的盤式電機4採用蓄電池供電。本發明具有以下優點1、盤式電機體積小、重量輕、結構緊湊、效率高，應用到汽車轉向系統，可以較小轉向系統所佔的空間，並且重量減小，符合汽車輕量化的要求，效率高滿足轉向實時控制要求。2、傳動結構簡單，省去了減速器、皮帶輪等傳動結構，應用到了近直接驅動技術， 進一步為車體節省了空間，響應速度更快，在汽車轉向領域應用更加廣泛。3、電機和滾珠螺母絲槓代替的原來的泵和液壓閥，使得迴路更加簡單，驅動結構更加清晰。4、盤式電機提供助力的轉向系統能在各種行駛工況下提供最佳助力，減少由路面不平所引起的對轉向系統的擾動，改善汽車的轉向特性，減輕汽車低速行駛時的轉向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉向穩定性，進而提高汽車的安全性。5、該系統更加節能環保，只在轉向時電動機才提供助力，減少了燃料消耗，系統質
量更輕、結構更緊湊、噪聲更小。6、盤式電機由蓄電池供電，因此在發動機熄火或出現故障時也能提供助力。


圖1是本發明採用第一助力電機連接機構的示意圖。圖2是本發明採用第二助力電機連接機構的示意圖。圖3是本發明盤式電機與滾珠絲槓的連接結構的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做詳細描述。參照圖1，一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置，包括齒條軸 12，齒條軸12的左端依次通過左橫拉杆10、左梯形臂11與左轉向輪14連接，齒條軸12上的齒條和齒輪軸13的一端的齒輪嚙合，齒輪軸13的另一端依次通過萬向節15、轉向柱2和轉向盤1連接，右橫拉杆9的一端通過右轉向梯形臂8和右轉向輪7連接，齒條軸12右端通過第一助力電機連接機構與右橫拉杆9的另一端連接，轉向柱2上安裝的扭距傳感器3 通過電子控制單元與第一助力電機連接機構的盤式電機4連接；第一助力電機連接機構包括盤式電機與滾珠絲槓的連接結構，盤式電機與滾珠絲槓的連接結構中的滾珠絲槓6的一端和右橫拉杆9連接，另一端和齒條軸12右端連接；扭矩傳感器3測出轉向盤1上駕駛員施加力矩的方向，將信號傳輸到電子控制單元，電子控制單元根據轉矩方向控制盤式電機4正轉或者反轉，從而在駕駛員左轉向或者右轉向時提供相應方向和大小的助力，萬向節15將旋轉運動傳遞，只是改變了轉矩方向， 轉矩大小不變，齒輪與齒條嚙合傳動，把旋轉運動轉化為直線運動，同時轉矩轉化為齒條上的力，並放大相應倍數，橫拉杆和梯形臂把運動傳遞至轉向輪，完成最後的轉向功能，通過轉子帶動滾珠絲槓螺母5轉動，再通過滾珠絲槓6將旋轉運動轉化為直線運動，滾珠將力與運動在絲槓與螺母之間傳遞，這一傳動方式取代了傳統螺紋絲槓副的滾珠絲槓與滾珠絲槓螺母間直接作用方式，因而以極小滾動摩擦代替了傳統絲槓的滑動摩擦，傳動效率達到 90%以上，同時螺母旋轉式滾珠絲槓具有很高的定位精度和同步性，隨著滾珠絲槓螺母轉向不同，滾珠絲槓6可以實現左右兩個方向的運動。參照圖2，一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置，包括齒條軸 12，齒條軸12的左端依次通過左橫拉杆10、左梯形臂11與左轉向輪14連接，齒條軸12上的齒條和齒輪軸13的一端的齒輪嚙合，齒輪軸13的另一端依次通過萬向節15、轉向柱2和轉向盤1連接，右橫拉杆9的一端通過右轉向梯形臂8和右轉向輪7連接，齒條軸12右端通過第二助力電機連接機構與右橫拉杆9的另一端連接，轉向柱2上安裝的扭距傳感器3 通過電子控制單元與第二助力電機連接機構的盤式電機4連接；第二助力電機連接機構包括盤式電機與滾珠絲槓的連接結構，盤式電機與滾珠絲槓的連接結構中的滾珠絲槓6的一端與第二液壓活塞杆34的一端連接，第二液壓活塞杆34 與活塞缸四配合，活塞缸四的有杆腔通過第二液壓油管32與液壓缸31的左腔聯通，活塞缸四的無杆腔通過第一液壓油管30與液壓缸31的右腔聯通，液壓缸31與第一液壓活塞杆33配合，第一液壓活塞杆33和右橫拉杆9連接；當汽車轉向需要助力時，電子控制單元根據傳感器信號和轉向助力曲線，計算出轉向需要的助力大小，然後把控制信號傳輸到盤式電機4，盤式電機4帶動滾珠絲槓螺母5 轉動，滾珠絲槓6產生向左或向右運動，從而帶動第二液壓活塞杆34左右移動，液壓油經第一液壓油管30和第二液壓油管32流向液壓缸31，第一液壓活塞杆33在液壓油驅動下左右移動，驅動轉向橫拉杆和轉向梯形臂移動，從而驅動轉向輪轉動，此結構完成轉向更加平穩，盤式電機4與滾珠絲槓6代替了液壓泵和液壓閥，使結構更加簡單，通過控制電機來控制轉向系統，控制更加方便。盤式電機4與滾珠絲槓6的連接同圖3。參照圖3，盤式電機與滾珠絲槓的連接結構包括滾珠絲槓6，滾珠絲槓6通過滾珠 25與滾珠絲槓螺母5相連，滾珠絲槓螺母5與盤式電機4的電機轉子22膠粘在一起，滾珠絲槓螺母5通過第一軸承沈和第二軸承27與電機定子23連接，第一電機外殼16和第二電機外殼19分別與電機定子23連接，電機繞組21繞在電機定子23上，左端蓋28與第一軸承27和電機定子23連接，右端蓋M與第二軸承沈和電機定子23連接，螺杆18通過第一螺母17和第二螺母20分別與第一電機外殼16和第二電機外殼19連接。滾珠絲槓螺母5和電機轉子22轉速相同，滾珠絲槓6進給速度等於滾珠絲槓導程與電機轉速的乘積，通過控制電機轉速來控制滾珠絲槓6進給，滾珠絲槓6進給速度和齒條軸12左右移動速度相一致，保證轉向平穩，滾珠絲槓螺母5與電機轉子22膠粘在一起，保證轉速同步，電機繞組21繞在電機定子23上，在通電狀態下產生磁場，電機轉子22在電磁轉矩作用下產生旋轉運動，帶動滾珠絲槓螺母5 —起轉動，第一軸承27和第二軸承沈與滾珠絲槓螺母5相連，第一軸承27和第二軸承沈限制滾珠絲槓螺母5的徑向和軸向竄動，減少旋轉阻力，第一電機外殼16和第二電機外殼19分別與電機定子23連接，並為電機定子23軸向定位，左端蓋觀與第一軸承27和電機定子23連接，並為電機定子徑向定位，右端蓋 24與第二軸承沈和電機定子23連接，並為電機定子徑向定位，第一螺母17和第二螺母20 與螺杆18連接，把電機外殼連接在一起，並為其定位，滾珠絲槓螺母5通過滾珠25與滾珠絲槓6連接，並把旋轉運動轉化為直線運動。所述的盤式電機4採用蓄電池供電，在發動機熄火或出現故障時也能提供助力。本發明的工作原理為本發明採用了盤式電動機提供轉向助力來減輕操作員的轉向手力，操作員在向左或向右轉動轉向盤1的同時，第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構提供給齒條軸12和右橫拉杆9向左或向右運動助力，從而使左轉向輪14和右轉向輪7發生轉動，其中轉向盤1驅動轉向柱2轉動，轉向柱2經萬向節15把旋轉運動傳遞至齒輪軸13，通過齒輪軸13上的齒輪與齒條軸12上齒條嚙合，把旋轉運動轉化為齒條杆12的直線運動，與第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構提供的助力一起驅動轉向輪轉動。
權利要求
1.一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置，包括齒條軸(12)，齒條軸(1 的左端依次通過左橫拉杆(10)、左梯形臂(11)與左轉向輪(14)連接，齒條軸(12) 上的齒條和齒輪軸(1 的一端的齒輪嚙合，齒輪軸(1 的另一端依次通過萬向節(15)、轉向柱( 和轉向盤(1)連接，右橫拉杆(9)的一端通過右轉向梯形臂(8)和右轉向輪(7) 連接，其特徵在於齒條軸(12)右端通過第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構與右橫拉杆(9)的另一端連接，轉向柱( 上安裝的扭距傳感器C3)通過電子控制單元與第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構的盤式電機(4)連接；第一助力電機連接機構包括盤式電機與滾珠絲槓的連接結構，盤式電機與滾珠絲槓的連接結構中的滾珠絲槓(6)的一端和右橫拉杆(9)連接，另一端和齒條軸(1 右端連接；第二助力電機連接機構包括盤式電機與滾珠絲槓的連接結構，盤式電機與滾珠絲槓的連接結構中的滾珠絲槓(6)的一端與第二液壓活塞杆(34)的一端連接，第二液壓活塞杆 (34)與活塞缸09)配合，活塞缸09)的有杆腔通過第二液壓油管(3 與液壓缸(31)的左腔聯通，活塞缸09)的無杆腔通過第一液壓油管(30)與液壓缸(31)的右腔聯通，液壓缸(31)與第一液壓活塞杆(3 配合，第一液壓活塞杆(3 和右橫拉杆(9)連接。
2.根據權利要求1所述的一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置， 其特徵在於盤式電機與滾珠絲槓的連接結構包括滾珠絲槓(6)，滾珠絲槓(6)通過滾珠 (25)與滾珠絲槓螺母( 相連，滾珠絲槓螺母( 與盤式電機的電機轉子0 膠粘在一起，滾珠絲槓螺母( 通過第一軸承06)和第二軸承(XT)與電機定子連接，第一電機外殼(16)和第二電機外殼(19)分別與電機定子03)連接，電機繞組繞在電機定子上，左端蓋08)與第一軸承(XT)和電機定子連接，右端蓋04)與第二軸承(26)和電機定子(23)連接，螺杆(18)與第一電機外殼(16)和第二電機外殼(19)連接。
3.根據權利要求1所述的一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置， 其特徵在於所述的盤式電機(4)採用蓄電池供電。
全文摘要
一種適用於汽車自適應助力轉向的盤式伺服電機直驅裝置，包括齒條軸，齒條軸右端通過第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構與右橫拉杆的另一端連接，轉向柱上安裝的扭距傳感器通過電子控制單元與第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構的盤式電機連接，採用了盤式電動機提供轉向助力來減輕操作員的轉向手力，操作員在向左或向右轉動轉向盤的同時，第一助力電機連接機構或第二助力電機連接機構提供給齒條軸和右橫拉杆向左或向右運動助力，從而使左轉向輪和右轉向輪發生轉動，具有機構簡單，佔用空間小，響應速度快的優點。
文檔編號B62D5/04GK102303641SQ20111015773
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者井慶祝, 張崎, 王增寶, 趙升噸, 趙磊, 馬海寬 申請人:西安交通大學