電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)?zāi)M系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明屬于汽車(chē)轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)?zāi)M系統(tǒng)，主要應(yīng)用在重型車(chē)輛的轉(zhuǎn)向助力，及對(duì)帶有電動(dòng)助力系統(tǒng)的重型車(chē)輛進(jìn)行的轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)?zāi)M系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（electricpowersteering，縮寫(xiě)eps）是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由扭矩傳感器、車(chē)速傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)和電子控制單元（ecu）等組成。駕駛員在操縱方向盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，扭矩傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)矩的大小，將電壓信號(hào)輸送到電子控制單元，電子控制單元根據(jù)扭矩傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)矩電壓信號(hào)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和車(chē)速信號(hào)等，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，使電動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)大小和方向的轉(zhuǎn)向助力轉(zhuǎn)矩，從而產(chǎn)生輔助動(dòng)力。汽車(chē)不轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元不向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)不工作。其與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（hydraulicpowersteering，縮寫(xiě)hps）相比，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時(shí)電動(dòng)機(jī)才提供動(dòng)力，因而能減少能量的消耗，轉(zhuǎn)向助力的大小可以由編程調(diào)整，可以兼顧低速時(shí)轉(zhuǎn)向輕便性和高速時(shí)操縱穩(wěn)定性，也可以根據(jù)不同的行駛工況提供最佳的轉(zhuǎn)向助力，減小了受路面不平度的影響而引起的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的干擾，提高了汽車(chē)的主動(dòng)安全性。

然而現(xiàn)有的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在輔助轉(zhuǎn)向時(shí)不能夠形成完全的閉環(huán)控制，出現(xiàn)控制不穩(wěn)定的問(wèn)題甚至出現(xiàn)輔助過(guò)度的問(wèn)題而影響了駕駛感；另一方面在對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、調(diào)試、安裝等研究開(kāi)發(fā)時(shí)，往往需要去實(shí)際路面駕駛，研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高，因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種針對(duì)帶有電動(dòng)助力系統(tǒng)的重型車(chē)輛進(jìn)行的轉(zhuǎn)向模擬裝置具有重大的科研價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供了一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)?zāi)M系統(tǒng)，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題；為達(dá)到上述目的所采取的技術(shù)方案是：

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括固定在轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向盤(pán)、并排設(shè)置的兩個(gè)轉(zhuǎn)向車(chē)輪，在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪之間的橫橋上左右滑動(dòng)連接有水平齒條，水平齒條的左右兩端與兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)傳動(dòng)連接，其特征在于，包括扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)角度傳感器、主助力機(jī)構(gòu)、副助力機(jī)構(gòu)和電子控制單元ecu；

扭矩傳感器，安裝在轉(zhuǎn)向軸上用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向和扭矩；

旋轉(zhuǎn)角度傳感器，安裝在轉(zhuǎn)向軸上用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)角度；

主助力機(jī)構(gòu)，通過(guò)齒輪齒條嚙合方式與水平齒條傳動(dòng)連接以控制水平齒條左右滑動(dòng)；

副助力機(jī)構(gòu)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)方式與水平齒條傳動(dòng)連接以控制水平齒條左右滑動(dòng)；

所述扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)角度傳感器、主助力機(jī)構(gòu)、副助力機(jī)構(gòu)均與電子控制單元ecu信號(hào)控制連接。

優(yōu)選的，所述主助力機(jī)構(gòu)包括位移傳感器和第一執(zhí)行電機(jī)，所述位移傳感器用于監(jiān)測(cè)水平齒條的運(yùn)動(dòng)位置，第一執(zhí)行電機(jī)通過(guò)第一減速器傳動(dòng)連接有動(dòng)齒輪，動(dòng)齒輪與水平齒條嚙合連接；位移傳感器和第一執(zhí)行電機(jī)均與電子控制單元ecu信號(hào)控制連接，位移傳感器與第一執(zhí)行電機(jī)形成閉環(huán)控制。

優(yōu)選的，所述副助力機(jī)構(gòu)包括第二執(zhí)行電機(jī)，第二執(zhí)行電機(jī)通過(guò)第二減速器傳動(dòng)連接有連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)與水平齒條傳動(dòng)連接，在第二執(zhí)行電機(jī)與第二減速器之間設(shè)有電磁離合器，電磁離合器和第二執(zhí)行電機(jī)均與電子控制單元ecu信號(hào)控制連接，電子控制單元ecu獲取的車(chē)速信號(hào)與第二執(zhí)行電機(jī)形成閉環(huán)控制。

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)?zāi)M系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求3所述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向阻力模擬裝置，所述轉(zhuǎn)向阻力模擬裝置包括第三執(zhí)行電機(jī)、信號(hào)處理器dsp，所述第三執(zhí)行電機(jī)通過(guò)第三減速器傳動(dòng)連接有阻力齒輪，阻力齒輪與水平齒條嚙合連接，位移傳感器和第三執(zhí)行電機(jī)均與信號(hào)處理器dsp信號(hào)控制連接，位移傳感器與第三執(zhí)行電機(jī)形成閉環(huán)控制。

優(yōu)選的，所述信號(hào)處理器dsp信號(hào)控制連接有工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)信號(hào)控制連接有六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器，所述六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器將模擬車(chē)速信號(hào)傳輸給電子控制單元ecu，駕駛員通過(guò)六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器控制轉(zhuǎn)向盤(pán)而對(duì)轉(zhuǎn)向阻力模擬裝置形成閉環(huán)控制。

本發(fā)明所具有的有益效果為：本電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過(guò)主助力機(jī)構(gòu)和副助力機(jī)構(gòu)的配合作用在輔助轉(zhuǎn)向時(shí)形成了閉環(huán)控制，控制較為穩(wěn)定，大大提高駕駛的舒適度。

本電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)?zāi)M系統(tǒng)，通過(guò)轉(zhuǎn)向阻力模擬裝置實(shí)現(xiàn)了重型車(chē)輛橫向運(yùn)動(dòng)、縱向運(yùn)動(dòng)、橫擺運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)等六個(gè)方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬，并將各個(gè)運(yùn)動(dòng)模擬狀態(tài)通過(guò)阻力齒輪與水平齒條嚙合作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向車(chē)輪的轉(zhuǎn)向模擬，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、調(diào)試、安裝等研究開(kāi)發(fā)時(shí)提供各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬，縮短了重型車(chē)輛的電動(dòng)助力系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)周期，降低了成本，提供高了效率。

附圖說(shuō)明

圖1為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)?zāi)M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。

如圖1所示，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括固定在轉(zhuǎn)向軸4上的轉(zhuǎn)向盤(pán)1、并排設(shè)置的兩個(gè)轉(zhuǎn)向車(chē)輪7，在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪7之間的橫橋上左右滑動(dòng)連接有水平齒條9，水平齒條9的左右兩端與兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪7的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)傳動(dòng)連接，還包括扭矩傳感器2、旋轉(zhuǎn)角度傳感器3、主助力機(jī)構(gòu)6、副助力機(jī)構(gòu)5和電子控制單元ecu；其中，

扭矩傳感器2，安裝在轉(zhuǎn)向軸4上用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)1的旋轉(zhuǎn)方向和扭矩；

旋轉(zhuǎn)角度傳感器3，安裝在轉(zhuǎn)向軸4上用于監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)1的旋轉(zhuǎn)角度（即轉(zhuǎn)向盤(pán)1的位置）；

主助力機(jī)構(gòu)6（虛線框?yàn)榱藰?biāo)注方便沒(méi)有實(shí)際結(jié)構(gòu)含義，下同），通過(guò)齒輪齒條嚙合方式與水平齒條9傳動(dòng)連接以控制水平齒條9左右滑動(dòng)來(lái)控制轉(zhuǎn)向輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)；

副助力機(jī)構(gòu)5，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)8方式與水平齒條9傳動(dòng)連接以控制水平齒條9左右滑動(dòng)來(lái)控制轉(zhuǎn)向輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述扭矩傳感器2、旋轉(zhuǎn)角度傳感器3、主助力機(jī)構(gòu)6、副助力機(jī)構(gòu)5均與電子控制單元ecu信號(hào)控制連接。

所述主助力機(jī)構(gòu)6包括位移傳感器和第一執(zhí)行電機(jī)，所述位移傳感器用于監(jiān)測(cè)水平齒條9的運(yùn)動(dòng)位置（即轉(zhuǎn)向輪7的位置），第一執(zhí)行電機(jī)通過(guò)第一減速器傳動(dòng)連接有動(dòng)齒輪10，動(dòng)齒輪10與水平齒條9嚙合連接；位移傳感器和第一執(zhí)行電機(jī)均與電子控制單元ecu信號(hào)控制連接，位移傳感器與第一執(zhí)行電機(jī)形成閉環(huán)控制。

所述副助力機(jī)構(gòu)5包括第二執(zhí)行電機(jī)，第二執(zhí)行電機(jī)通過(guò)第二減速器傳動(dòng)連接有連桿機(jī)構(gòu)8，連桿機(jī)構(gòu)8與水平齒條9傳動(dòng)連接，在第二執(zhí)行電機(jī)與第二減速器之間設(shè)有電磁離合器，電磁離合器和第二執(zhí)行電機(jī)均與電子控制單元ecu信號(hào)控制連接，電子控制單元ecu獲取的車(chē)速信號(hào)與第二執(zhí)行電機(jī)形成閉環(huán)控制。

本電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在重型車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電子控制單元ecu實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)1的旋轉(zhuǎn)方向、扭矩、旋轉(zhuǎn)角度（轉(zhuǎn)向盤(pán)1的位置）和車(chē)速，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)1沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)范圍比較小在設(shè)置范圍之內(nèi)時(shí)，主助力機(jī)構(gòu)6和副助力機(jī)構(gòu)5不啟動(dòng)；當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤(pán)1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，首先電子控制單元ecu根據(jù)獲得的車(chē)速信號(hào)和轉(zhuǎn)向輪7的位置，而調(diào)節(jié)車(chē)速不超過(guò)最高安全值以防側(cè)翻；同時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤(pán)1的位置、旋轉(zhuǎn)方向和扭矩計(jì)算出轉(zhuǎn)向輪7所需的轉(zhuǎn)向期望值，然后控制第一執(zhí)行電機(jī)輸出一定大小的、一定方向的轉(zhuǎn)矩作為主輔助轉(zhuǎn)向助力，以控制轉(zhuǎn)向輪7轉(zhuǎn)向到期望值位置，位移傳感器監(jiān)測(cè)到的轉(zhuǎn)向輪7的位置信號(hào)傳輸給電子控制單元ecu進(jìn)行信息反饋；最后電子控制單元ecu綜合控制第二執(zhí)行電機(jī)和電磁離合器自動(dòng)地、適應(yīng)性地輸出一定大小的、一定方向的轉(zhuǎn)矩輔助主輔助轉(zhuǎn)向助力，從而完成轉(zhuǎn)向助力，當(dāng)轉(zhuǎn)向結(jié)束需要回轉(zhuǎn)時(shí)，電子控制單元ecu通過(guò)上述參數(shù)的獲取通過(guò)主助力機(jī)構(gòu)6和副助力機(jī)構(gòu)5的反向動(dòng)作完成轉(zhuǎn)向回正助力，通過(guò)上述主助力機(jī)構(gòu)6和副助力機(jī)構(gòu)5的配合作用在輔助轉(zhuǎn)向時(shí)形成了閉環(huán)控制，控制較為穩(wěn)定，大大提高駕駛的舒適度。

如圖2所示，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)?zāi)M系統(tǒng)，是在上述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之上增加轉(zhuǎn)向阻力模擬裝置11而組成，所述轉(zhuǎn)向阻力模擬裝置11包括第三執(zhí)行電機(jī)、信號(hào)處理器dsp和控制電路，所述第三執(zhí)行電機(jī)通過(guò)第三減速器傳動(dòng)連接有阻力齒輪12，阻力齒輪12與水平齒條9嚙合連接，位移傳感器和第三執(zhí)行電機(jī)均與信號(hào)處理器dsp控制電路信號(hào)控制連接，位移傳感器與第三執(zhí)行電機(jī)形成閉環(huán)控制。

所述信號(hào)處理器dsp信號(hào)控制連接有工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)信號(hào)控制連接有六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器，所述六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器將模擬車(chē)速信號(hào)傳輸給電子控制單元ecu，駕駛員通過(guò)六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器控制轉(zhuǎn)向盤(pán)而對(duì)轉(zhuǎn)向阻力模擬裝置形成閉環(huán)控制。

六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器主要由視景顯示系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向器、離合器制動(dòng)、減速踏板等集成儀表盤(pán)、座椅、鉸點(diǎn)、液壓缸、基座組成的可為汽車(chē)當(dāng)前狀態(tài)提供可視化的圖像描述，可以模擬駕駛員在真實(shí)路面上行駛時(shí)的各種駕駛狀態(tài)，同時(shí)可以為電子控制單元ecu提供車(chē)速信號(hào)。該六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器可以同時(shí)模擬駕駛員在真實(shí)路況下的橫向運(yùn)動(dòng)、縱向運(yùn)動(dòng)、橫擺運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)等六個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，從而模擬駕駛員在真實(shí)路面下的感受，將各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)輸送給工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算后通過(guò)信號(hào)處理器dsp和控制電路對(duì)第三執(zhí)行電機(jī)進(jìn)行控制，輸出一定大小的、一定方向的轉(zhuǎn)矩作為轉(zhuǎn)向模擬阻力。

通過(guò)轉(zhuǎn)向阻力模擬裝置11實(shí)現(xiàn)了重型車(chē)輛橫向運(yùn)動(dòng)、縱向運(yùn)動(dòng)、橫擺運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)等六個(gè)方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬，并將各個(gè)運(yùn)動(dòng)模擬狀態(tài)通過(guò)阻力齒輪12與水平齒條9嚙合作用實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向車(chē)輪7的轉(zhuǎn)向模擬，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、調(diào)試、安裝等研究開(kāi)發(fā)時(shí)提供各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬，縮短了重型車(chē)輛的電動(dòng)助力系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)周期，降低了成本，提供高了效率。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗指所指的裝置或元件必須具有特定的方位、為特定的方位構(gòu)造和操作，因而不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等詞語(yǔ)來(lái)限定零部件的話，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉：“第一”、“第二”的使用僅僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，如沒(méi)有另外聲明，上述詞語(yǔ)并沒(méi)有特殊的含義。