本发明属汽车部件技术领域，具体涉及一种车辆用电动推杆式循环球电动助力转向装置。 背景技术

目前车辆用转向器主要分齿轮齿条式和循环球式两种，其中齿轮齿条式转向器主要用于 乘用车，循环球式转向器主要用于商用车。传统动力转向为液压动力转向，助力大小通过滑 阀或转阀加以控制。传统液压动力转向存在以下问题：助力特性不能随车速进行实时调节与 控制，难以协调低速转向轻便性与高速转向"路感"的矛盾；即使不转向，油泵也一直工作， 存在能量的寄生损失；由于液压系统本身存在漏油与维护问题，提高了维修成本，而液压油 还会对环境造成污染。油泵、皮带轮、液压管路等元件占用空间，不好布置；低温工作性能 较差。

电动助力转向系统（EPS)直接由电动机提供助力，取消了液压系统，系统由转向盘转 矩传感器、车速传感器、控制器、助力电动机及减速机构等组成。基本原理是控制器接受转 向盘转矩信号和车速信号，经过判断和处理后，根据事先确定好的助力特性输出控制信号， 控制电动机输出助力扭矩。电动助力转向系统能很好的克服液压动力转向存在的问题，具有 节能，提高安全性，有利于环保等许多优点，有逐步取代液压动力转向的趋势，是未来动力 转向技术的发展方向之一。但是目前世界范围内的电动助力转向系统还只是应用在轿车上， 且都为齿轮齿条式转向器。

目前循环球电动助力转向尚没有产品出现，还处于研发阶段。循环球电动助力转向主要 应用于商用车上，当商用车前轴荷较大时，若电机与助力机械装置是直接安装在转向器上的， 将使转向器的尺寸增大，带来笨重及安装不便等一系列问题。本发明为电动推杆式的电动助 力转向装置，其电动助力装置并不集成在转向器上，而是一个独立的装置，并与转向摇臂相 联结，直接将助力作用在转向摇臂上，再通过转向直拉杆、转向节臂使车轮转向，达到助力 转向的作用。本发明将大大减小转向器尺寸，具有轻便、简单等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、高效节能、低速转向轻便、高速转向路感强、以 及回正能力好的电动推杆式电动助力转向装置。

本发明的上述目的是通过这样的技术方案实现的，即一种电动推杆式电动助力转向装置， 包括：

(一） 带转矩测量装置的循环球转向器，转矩传感装置用于检测作用在转向盘上的力矩， 布置在循环球转向器输入端。

(二） 电动推杆，电动推杆的一端与循环球转向系统中的转向摇臂连接，另一端与车架 连接。电动推杆包括助力电动机及减速机构、推杆等。助力电动机用于提供辅助转向力矩：

减速机构的输入端与助力电动机联接，起降速增扭的作用。(三）电子控制单元（ECU),用于根据采集到的转向盘转矩、车速等信号，控制助力电 动机电流。

其中，所述助力电动机为永磁有刷直流电动机或永磁无刷直流电动机，电压制式为 DC24V或DC42V。

所述电动推杆中，助力电动机减速机构的输入轴与助力电动机输出轴连接，减速机构的 输出轴与推杆中的螺杆连接。助力电动机输出的力矩通过减速机构和螺杆螺母传动副，推动 摇臂轴转动。

所述转矩传感装置中设有一扭杆，通过一套精密的机械装置，将扭杆的变形放大成角位 移或线位移，由角位移或线位移传感器间接测得扭杆的变形，根据扭杆刚度即可得转矩。

所述电子控制单元主要由CPU、信号采集与处理电路、驱动电路、监测电路等组成。其 中CPU为8位或16位单片机，也可以为16位数字信号处理器（DSP)。电动机驱动电路中 设置有电子开关，当系统出现异常后，迅速切断开关，以保证系统安全。

本发明的有益效果是，只在转向时电动机才提供助力（不像液压动力转向，即使在不转 向时，油泵也一直运转），因而能减少能量消耗；能在各种行驶工况下提供合适的助力，减小 由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善汽车的转向特性，减轻汽车低速行驶时的转向 操纵力，提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的主动安全性，且可通过设置不 同的转向手力特性来满足不同使用对象的需要；取消了油泵、皮带、皮带轮、液压软管、液 压油及密封件等，其零件比液压动力转向大大减少，因而其质量更轻、结构更紧凑，在安装 位置选择方面也更容易，并且能降低噪声；没有液压回路，比液压动力转向更易调整和检测， 装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，能快速与不同车型匹配，因而能縮短 生产和开发周期；不存在渗油问题，可大大降低保修成本，减小对环境的污染；比液压动力 转向具有更好的低温工作性能。

4具体实施方式

如图i所示，电子控制单元根据采集到的转向盘转矩r,与车速r确定助力电动机的目标电流/c/m/，然后根据助力电动机的实际电流/与目标电流/cmd对助力电动机电流进行反馈跟踪控制。

如图2所示，电动推杆式电动助力转向装置的工作原理是：当驾驶员转动转向盘（l)时，

驾驶员作用力矩经转向轴（2)、转向传动轴（3)传递到循环球转向器（5)的输入轴，在循 环球转向器（5)的输入轴设置有转矩测量装置（4),转矩测量装置（4)将测得的驾驶员作 用力矩送给电子控制单元ECU, ECU根据该转矩信号并结合车速信号控制电动推杆中的助力 电动机（13)输出合适的助力矩，助力电动机（13)输出的助力矩通过减速机构和螺杆螺母 传动副，推动摇臂轴转动，以此达到助力转向的目的。

如图3所示，扭杆（5)的一端与转向器输入轴（4)连接，另一端与螺杆（7)过盈配合 刚性连接，扭杆（5)的扭转变形通过钢球（3)传递给滑套（2)，传动销（1)与螺杆（7) 刚性连接，并通过与滑套（2)上的螺旋槽配合，在滑套（2)转动的同时，产生轴向移动， 通过角位移传感器（6)测量滑套（2)的轴向移动量，将扭杆（5)的相对变形（即转向器输 入轴（4)与螺杆（7)的相对转角）转换为表示转矩的电信号输入给电子控制单元（ECU)。 螺杆（7)与螺母（8)构成循环球传动副。螺母（8)上的齿条与齿扇轴（即摇臂轴）上的 齿扇（9)相啮合，将转向力矩输出。

如图4所示，助力电动机（1)的输出轴与斜齿轮I (2)通过键连接，经过斜齿轮II (3) 与斜齿轮I (2)组成减速机构，起到减速增扭的作用，螺杆（4)与斜齿轮II (3)连接，通 过螺杆（4)、螺母（5)的传动副，变周向转动为水平轴向的移动，最后通过螺母（5)将力 传给推杆（7)。

如图5所示，电子控制单元主要由CPU、信号采集与处理电路、驱动电路、监测电路等 组成。CPU为8位或16位单片机，也可以为16位数字信号处理器（DSP)。信号釆集与处理 电路用于采集电动机电流信号，以及处理转矩信号、车速信号、发动机转速信号等。驱动电 路包括电子开关（如继电器）、状态指示灯和电动机的驱动。其中电动机的驱动是一个H型 PWM功率转换电路，由MOSFET管G卜G2、 G3、 G4组成。MOSFET管的开关由PWM信 号的高低电平控制，PWM信号的频率为20kHz。电动机驱动电路中还设置有电子开关（如继 电器），当系统出现异常后，迅速切断开关，以保证系统安全。监测电路用于对系统进行保护， 提高系统的安全可靠性。