本發明屬汽車部件技術領域，具體涉及一種車輛用電動推桿式循環球電動助力轉向裝置。 背景技術

目前車輛用轉向器主要分齒輪齒條式和循環球式兩種，其中齒輪齒條式轉向器主要用于 乘用車，循環球式轉向器主要用于商用車。傳統動力轉向為液壓動力轉向，助力大小通過滑 閥或轉閥加以控制。傳統液壓動力轉向存在以下問題：助力特性不能隨車速進行實時調節與 控制，難以協調低速轉向輕便性與高速轉向"路感"的矛盾；即使不轉向，油泵也一直工作， 存在能量的寄生損失；由于液壓系統本身存在漏油與維護問題，提高了維修成本，而液壓油 還會對環境造成污染。油泵、皮帶輪、液壓管路等元件占用空間，不好布置；低溫工作性能 較差。

電動助力轉向系統（EPS)直接由電動機提供助力，取消了液壓系統，系統由轉向盤轉 矩傳感器、車速傳感器、控制器、助力電動機及減速機構等組成。基本原理是控制器接受轉 向盤轉矩信號和車速信號，經過判斷和處理后，根據事先確定好的助力特性輸出控制信號， 控制電動機輸出助力扭矩。電動助力轉向系統能很好的克服液壓動力轉向存在的問題，具有 節能，提高安全性，有利于環保等許多優點，有逐步取代液壓動力轉向的趨勢，是未來動力 轉向技術的發展方向之一。但是目前世界范圍內的電動助力轉向系統還只是應用在轎車上， 且都為齒輪齒條式轉向器。

目前循環球電動助力轉向尚沒有產品出現，還處于研發階段。循環球電動助力轉向主要 應用于商用車上，當商用車前軸荷較大時，若電機與助力機械裝置是直接安裝在轉向器上的， 將使轉向器的尺寸增大，帶來笨重及安裝不便等一系列問題。本發明為電動推桿式的電動助 力轉向裝置，其電動助力裝置并不集成在轉向器上，而是一個獨立的裝置，并與轉向搖臂相 聯結，直接將助力作用在轉向搖臂上，再通過轉向直拉桿、轉向節臂使車輪轉向，達到助力 轉向的作用。本發明將大大減小轉向器尺寸，具有輕便、簡單等優點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構緊湊、高效節能、低速轉向輕便、高速轉向路感強、以 及回正能力好的電動推桿式電動助力轉向裝置。

本發明的上述目的是通過這樣的技術方案實現的，即一種電動推桿式電動助力轉向裝置， 包括：

(一） 帶轉矩測量裝置的循環球轉向器，轉矩傳感裝置用于檢測作用在轉向盤上的力矩， 布置在循環球轉向器輸入端。

(二） 電動推桿，電動推桿的一端與循環球轉向系統中的轉向搖臂連接，另一端與車架 連接。電動推桿包括助力電動機及減速機構、推桿等。助力電動機用于提供輔助轉向力矩：

減速機構的輸入端與助力電動機聯接，起降速增扭的作用。(三）電子控制單元（ECU),用于根據采集到的轉向盤轉矩、車速等信號，控制助力電 動機電流。

其中，所述助力電動機為永磁有刷直流電動機或永磁無刷直流電動機，電壓制式為 DC24V或DC42V。

所述電動推桿中，助力電動機減速機構的輸入軸與助力電動機輸出軸連接，減速機構的 輸出軸與推桿中的螺桿連接。助力電動機輸出的力矩通過減速機構和螺桿螺母傳動副，推動 搖臂軸轉動。

所述轉矩傳感裝置中設有一扭桿，通過一套精密的機械裝置，將扭桿的變形放大成角位 移或線位移，由角位移或線位移傳感器間接測得扭桿的變形，根據扭桿剛度即可得轉矩。

所述電子控制單元主要由CPU、信號采集與處理電路、驅動電路、監測電路等組成。其 中CPU為8位或16位單片機，也可以為16位數字信號處理器（DSP)。電動機驅動電路中 設置有電子開關，當系統出現異常后，迅速切斷開關，以保證系統安全。

本發明的有益效果是，只在轉向時電動機才提供助力（不像液壓動力轉向，即使在不轉 向時，油泵也一直運轉），因而能減少能量消耗；能在各種行駛工況下提供合適的助力，減小 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，進而提高汽車的主動安全性，且可通過設置不 同的轉向手力特性來滿足不同使用對象的需要；取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液 壓油及密封件等，其零件比液壓動力轉向大大減少，因而其質量更輕、結構更緊湊，在安裝 位置選擇方面也更容易，并且能降低噪聲；沒有液壓回路，比液壓動力轉向更易調整和檢測， 裝配自動化程度更高，并且可以通過設置不同的程序，能快速與不同車型匹配，因而能縮短 生產和開發周期；不存在滲油問題，可大大降低保修成本，減小對環境的污染；比液壓動力 轉向具有更好的低溫工作性能。

4具體實施方式

如圖i所示，電子控制單元根據采集到的轉向盤轉矩r,與車速r確定助力電動機的目標電流/c/m/，然后根據助力電動機的實際電流/與目標電流/cmd對助力電動機電流進行反饋跟蹤控制。

如圖2所示，電動推桿式電動助力轉向裝置的工作原理是：當駕駛員轉動轉向盤（l)時，

駕駛員作用力矩經轉向軸（2)、轉向傳動軸（3)傳遞到循環球轉向器（5)的輸入軸，在循 環球轉向器（5)的輸入軸設置有轉矩測量裝置（4),轉矩測量裝置（4)將測得的駕駛員作 用力矩送給電子控制單元ECU, ECU根據該轉矩信號并結合車速信號控制電動推桿中的助力 電動機（13)輸出合適的助力矩，助力電動機（13)輸出的助力矩通過減速機構和螺桿螺母 傳動副，推動搖臂軸轉動，以此達到助力轉向的目的。

如圖3所示，扭桿（5)的一端與轉向器輸入軸（4)連接，另一端與螺桿（7)過盈配合 剛性連接，扭桿（5)的扭轉變形通過鋼球（3)傳遞給滑套（2)，傳動銷（1)與螺桿（7) 剛性連接，并通過與滑套（2)上的螺旋槽配合，在滑套（2)轉動的同時，產生軸向移動， 通過角位移傳感器（6)測量滑套（2)的軸向移動量，將扭桿（5)的相對變形（即轉向器輸 入軸（4)與螺桿（7)的相對轉角）轉換為表示轉矩的電信號輸入給電子控制單元（ECU)。 螺桿（7)與螺母（8)構成循環球傳動副。螺母（8)上的齒條與齒扇軸（即搖臂軸）上的 齒扇（9)相嚙合，將轉向力矩輸出。

如圖4所示，助力電動機（1)的輸出軸與斜齒輪I (2)通過鍵連接，經過斜齒輪II (3) 與斜齒輪I (2)組成減速機構，起到減速增扭的作用，螺桿（4)與斜齒輪II (3)連接，通 過螺桿（4)、螺母（5)的傳動副，變周向轉動為水平軸向的移動，最后通過螺母（5)將力 傳給推桿（7)。

如圖5所示，電子控制單元主要由CPU、信號采集與處理電路、驅動電路、監測電路等 組成。CPU為8位或16位單片機，也可以為16位數字信號處理器（DSP)。信號釆集與處理 電路用于采集電動機電流信號，以及處理轉矩信號、車速信號、發動機轉速信號等。驅動電 路包括電子開關（如繼電器）、狀態指示燈和電動機的驅動。其中電動機的驅動是一個H型 PWM功率轉換電路，由MOSFET管G卜G2、 G3、 G4組成。MOSFET管的開關由PWM信 號的高低電平控制，PWM信號的頻率為20kHz。電動機驅動電路中還設置有電子開關（如繼 電器），當系統出現異常后，迅速切斷開關，以保證系統安全。監測電路用于對系統進行保護， 提高系統的安全可靠性。