專利名稱：一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)是在傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)作用在方向盤上的轉(zhuǎn)矩信號和汽車的車速信號，通過電子控制裝置使電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)大小和方向的輔助力， 協(xié)助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作并獲得最佳轉(zhuǎn)向特性的伺服系統(tǒng)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的安全性。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的執(zhí)行元件，助力電動(dòng)機(jī)的特性直接影響到EPS系統(tǒng)控制的難易程度和駕駛員的手感。EPS系統(tǒng)對助力電動(dòng)機(jī)的基本要求是應(yīng)具有高的可靠性，大的功率，低噪聲和振動(dòng)，較低的摩擦轉(zhuǎn)矩，較小的體積和重量； 能夠在堵轉(zhuǎn)下輸出轉(zhuǎn)矩；有良好的機(jī)械特性，在工作過程中，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)盡量要??；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能的小；應(yīng)能快速的反轉(zhuǎn)。目前的汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)存在機(jī)構(gòu)龐雜，占用空間大，響應(yīng)慢的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置，近直接驅(qū)動(dòng)，具有機(jī)構(gòu)簡單，占用空間小，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置，包括齒條軸12，齒條軸12的左端依次通過左橫拉桿10、左梯形臂11與左轉(zhuǎn)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(jié)15、轉(zhuǎn)向柱2和轉(zhuǎn)向盤1 連接，右橫拉桿9的一端通過右轉(zhuǎn)向梯形臂8和右轉(zhuǎn)向輪7連接，齒條軸12右端通過第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)與右橫拉桿9的另一端連接，轉(zhuǎn)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(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)的盤式機(jī)4連接；第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)包括盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)，盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)中的滾珠絲杠6的一端和右橫拉桿9連接，另一端和齒條軸12右端連接；第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)包括盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)，盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)中的滾珠絲杠6的一端與第二液壓活塞桿34的一端連接，第二液壓活塞桿34 與活塞缸四配合，活塞缸四的有桿腔通過第二液壓油管32與液壓缸31的左腔聯(lián)通，活塞缸四的無桿腔通過第一液壓油管30與液壓缸31的右腔聯(lián)通，液壓缸31與第一液壓活塞桿33配合，第一液壓活塞桿33和右橫拉桿9連接；
盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)包括滾珠絲杠6，滾珠絲杠6通過滾珠25與滾珠絲杠螺母5相連，滾珠絲杠螺母5與盤式電機(jī)4的電機(jī)轉(zhuǎn)子22膠粘在一起，滾珠絲杠螺母5 通過第一軸承26和第二軸承27與電機(jī)定子23連接，第一電機(jī)外殼16和第二電機(jī)外殼19 分別與電機(jī)定子23連接，電機(jī)繞組21繞在電機(jī)定子23上，左端蓋28與第一軸承27和電機(jī)定子23連接，右端蓋M與第二軸承沈和電機(jī)定子23連接，螺桿18與第一電機(jī)外殼16 和第二電機(jī)外殼19連接。所述的盤式電機(jī)4采用蓄電池供電。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、盤式電機(jī)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高，應(yīng)用到汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可以較小轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所占的空間，并且重量減小，符合汽車輕量化的要求，效率高滿足轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)控制要求。2、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，省去了減速器、皮帶輪等傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用到了近直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)， 進(jìn)一步為車體節(jié)省了空間，響應(yīng)速度更快，在汽車轉(zhuǎn)向領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛。3、電機(jī)和滾珠螺母絲杠代替的原來的泵和液壓閥，使得回路更加簡單，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)更加清晰。4、盤式電機(jī)提供助力的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動(dòng)，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的安全性。5、該系統(tǒng)更加節(jié)能環(huán)保，只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供助力，減少了燃料消耗，系統(tǒng)質(zhì)
量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊、噪聲更小。6、盤式電機(jī)由蓄電池供電，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時(shí)也能提供助力。


圖1是本發(fā)明采用第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)的示意圖。圖2是本發(fā)明采用第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)的示意圖。圖3是本發(fā)明盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。參照圖1，一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置，包括齒條軸 12，齒條軸12的左端依次通過左橫拉桿10、左梯形臂11與左轉(zhuǎn)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(jié)15、轉(zhuǎn)向柱2和轉(zhuǎn)向盤1連接，右橫拉桿9的一端通過右轉(zhuǎn)向梯形臂8和右轉(zhuǎn)向輪7連接，齒條軸12右端通過第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)與右橫拉桿9的另一端連接，轉(zhuǎn)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(jī)連接機(jī)構(gòu)的盤式電機(jī)4連接；第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)包括盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)，盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)中的滾珠絲杠6的一端和右橫拉桿9連接，另一端和齒條軸12右端連接；扭矩傳感器3測出轉(zhuǎn)向盤1上駕駛員施加力矩的方向，將信號傳輸?shù)诫娮涌刂茊卧?，電子控制單元根?jù)轉(zhuǎn)矩方向控制盤式電機(jī)4正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，從而在駕駛員左轉(zhuǎn)向或者右轉(zhuǎn)向時(shí)提供相應(yīng)方向和大小的助力，萬向節(jié)15將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞，只是改變了轉(zhuǎn)矩方向， 轉(zhuǎn)矩大小不變，齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為齒條上的力，并放大相應(yīng)倍數(shù)，橫拉桿和梯形臂把運(yùn)動(dòng)傳遞至轉(zhuǎn)向輪，完成最后的轉(zhuǎn)向功能，通過轉(zhuǎn)子帶動(dòng)滾珠絲杠螺母5轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過滾珠絲杠6將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，滾珠將力與運(yùn)動(dòng)在絲杠與螺母之間傳遞，這一傳動(dòng)方式取代了傳統(tǒng)螺紋絲杠副的滾珠絲杠與滾珠絲杠螺母間直接作用方式，因而以極小滾動(dòng)摩擦代替了傳統(tǒng)絲杠的滑動(dòng)摩擦，傳動(dòng)效率達(dá)到 90%以上，同時(shí)螺母旋轉(zhuǎn)式滾珠絲杠具有很高的定位精度和同步性，隨著滾珠絲杠螺母轉(zhuǎn)向不同，滾珠絲杠6可以實(shí)現(xiàn)左右兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。參照圖2，一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置，包括齒條軸 12，齒條軸12的左端依次通過左橫拉桿10、左梯形臂11與左轉(zhuǎn)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(jié)15、轉(zhuǎn)向柱2和轉(zhuǎn)向盤1連接，右橫拉桿9的一端通過右轉(zhuǎn)向梯形臂8和右轉(zhuǎn)向輪7連接，齒條軸12右端通過第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)與右橫拉桿9的另一端連接，轉(zhuǎn)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(jī)連接機(jī)構(gòu)的盤式電機(jī)4連接；第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)包括盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)，盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)中的滾珠絲杠6的一端與第二液壓活塞桿34的一端連接，第二液壓活塞桿34 與活塞缸四配合，活塞缸四的有桿腔通過第二液壓油管32與液壓缸31的左腔聯(lián)通，活塞缸四的無桿腔通過第一液壓油管30與液壓缸31的右腔聯(lián)通，液壓缸31與第一液壓活塞桿33配合，第一液壓活塞桿33和右橫拉桿9連接；當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向需要助力時(shí)，電子控制單元根據(jù)傳感器信號和轉(zhuǎn)向助力曲線，計(jì)算出轉(zhuǎn)向需要的助力大小，然后把控制信號傳輸?shù)奖P式電機(jī)4，盤式電機(jī)4帶動(dòng)滾珠絲杠螺母5 轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠6產(chǎn)生向左或向右運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)第二液壓活塞桿34左右移動(dòng)，液壓油經(jīng)第一液壓油管30和第二液壓油管32流向液壓缸31，第一液壓活塞桿33在液壓油驅(qū)動(dòng)下左右移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿和轉(zhuǎn)向梯形臂移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)，此結(jié)構(gòu)完成轉(zhuǎn)向更加平穩(wěn)，盤式電機(jī)4與滾珠絲杠6代替了液壓泵和液壓閥，使結(jié)構(gòu)更加簡單，通過控制電機(jī)來控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，控制更加方便。盤式電機(jī)4與滾珠絲杠6的連接同圖3。參照圖3，盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)包括滾珠絲杠6，滾珠絲杠6通過滾珠 25與滾珠絲杠螺母5相連，滾珠絲杠螺母5與盤式電機(jī)4的電機(jī)轉(zhuǎn)子22膠粘在一起，滾珠絲杠螺母5通過第一軸承沈和第二軸承27與電機(jī)定子23連接，第一電機(jī)外殼16和第二電機(jī)外殼19分別與電機(jī)定子23連接，電機(jī)繞組21繞在電機(jī)定子23上，左端蓋28與第一軸承27和電機(jī)定子23連接，右端蓋M與第二軸承沈和電機(jī)定子23連接，螺桿18通過第一螺母17和第二螺母20分別與第一電機(jī)外殼16和第二電機(jī)外殼19連接。滾珠絲杠螺母5和電機(jī)轉(zhuǎn)子22轉(zhuǎn)速相同，滾珠絲杠6進(jìn)給速度等于滾珠絲杠導(dǎo)程與電機(jī)轉(zhuǎn)速的乘積，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制滾珠絲杠6進(jìn)給，滾珠絲杠6進(jìn)給速度和齒條軸12左右移動(dòng)速度相一致，保證轉(zhuǎn)向平穩(wěn)，滾珠絲杠螺母5與電機(jī)轉(zhuǎn)子22膠粘在一起，保證轉(zhuǎn)速同步，電機(jī)繞組21繞在電機(jī)定子23上，在通電狀態(tài)下產(chǎn)生磁場，電機(jī)轉(zhuǎn)子22在電磁轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠螺母5 —起轉(zhuǎn)動(dòng)，第一軸承27和第二軸承沈與滾珠絲杠螺母5相連，第一軸承27和第二軸承沈限制滾珠絲杠螺母5的徑向和軸向竄動(dòng)，減少旋轉(zhuǎn)阻力，第一電機(jī)外殼16和第二電機(jī)外殼19分別與電機(jī)定子23連接，并為電機(jī)定子23軸向定位，左端蓋觀與第一軸承27和電機(jī)定子23連接，并為電機(jī)定子徑向定位，右端蓋 24與第二軸承沈和電機(jī)定子23連接，并為電機(jī)定子徑向定位，第一螺母17和第二螺母20 與螺桿18連接，把電機(jī)外殼連接在一起，并為其定位，滾珠絲杠螺母5通過滾珠25與滾珠絲杠6連接，并把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。所述的盤式電機(jī)4采用蓄電池供電，在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或出現(xiàn)故障時(shí)也能提供助力。本發(fā)明的工作原理為本發(fā)明采用了盤式電動(dòng)機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力來減輕操作員的轉(zhuǎn)向手力，操作員在向左或向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤1的同時(shí)，第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)提供給齒條軸12和右橫拉桿9向左或向右運(yùn)動(dòng)助力，從而使左轉(zhuǎn)向輪14和右轉(zhuǎn)向輪7發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，其中轉(zhuǎn)向盤1驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向柱2轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向柱2經(jīng)萬向節(jié)15把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條桿12的直線運(yùn)動(dòng)，與第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)提供的助力一起驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置，包括齒條軸(12)，齒條軸(1 的左端依次通過左橫拉桿(10)、左梯形臂(11)與左轉(zhuǎn)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(jié)(15)、轉(zhuǎn)向柱( 和轉(zhuǎn)向盤(1)連接，右橫拉桿(9)的一端通過右轉(zhuǎn)向梯形臂(8)和右轉(zhuǎn)向輪(7) 連接，其特征在于齒條軸(12)右端通過第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)與右橫拉桿(9)的另一端連接，轉(zhuǎn)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(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)的盤式電機(jī)(4)連接；第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)包括盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)，盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)中的滾珠絲杠(6)的一端和右橫拉桿(9)連接，另一端和齒條軸(1 右端連接；第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)包括盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)，盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)中的滾珠絲杠(6)的一端與第二液壓活塞桿(34)的一端連接，第二液壓活塞桿 (34)與活塞缸09)配合，活塞缸09)的有桿腔通過第二液壓油管(3 與液壓缸(31)的左腔聯(lián)通，活塞缸09)的無桿腔通過第一液壓油管(30)與液壓缸(31)的右腔聯(lián)通，液壓缸(31)與第一液壓活塞桿(3 配合，第一液壓活塞桿(3 和右橫拉桿(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置， 其特征在于盤式電機(jī)與滾珠絲杠的連接結(jié)構(gòu)包括滾珠絲杠(6)，滾珠絲杠(6)通過滾珠 (25)與滾珠絲杠螺母( 相連，滾珠絲杠螺母( 與盤式電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子0 膠粘在一起，滾珠絲杠螺母( 通過第一軸承06)和第二軸承(XT)與電機(jī)定子連接，第一電機(jī)外殼(16)和第二電機(jī)外殼(19)分別與電機(jī)定子03)連接，電機(jī)繞組繞在電機(jī)定子上，左端蓋08)與第一軸承(XT)和電機(jī)定子連接，右端蓋04)與第二軸承(26)和電機(jī)定子(23)連接，螺桿(18)與第一電機(jī)外殼(16)和第二電機(jī)外殼(19)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置， 其特征在于所述的盤式電機(jī)(4)采用蓄電池供電。
全文摘要
一種適用于汽車自適應(yīng)助力轉(zhuǎn)向的盤式伺服電機(jī)直驅(qū)裝置，包括齒條軸，齒條軸右端通過第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)與右橫拉桿的另一端連接，轉(zhuǎn)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(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)的盤式電機(jī)連接，采用了盤式電動(dòng)機(jī)提供轉(zhuǎn)向助力來減輕操作員的轉(zhuǎn)向手力，操作員在向左或向右轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤的同時(shí)，第一助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)或第二助力電機(jī)連接機(jī)構(gòu)提供給齒條軸和右橫拉桿向左或向右運(yùn)動(dòng)助力，從而使左轉(zhuǎn)向輪和右轉(zhuǎn)向輪發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，具有機(jī)構(gòu)簡單，占用空間小，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)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(xué)