一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)部設(shè)置磁流體驅(qū)動的轉(zhuǎn)向螺母齒條活塞機(jī)構(gòu)驅(qū)動扇形齒輪帶動轉(zhuǎn)向搖臂，電子控制單元通過調(diào)節(jié)電極板兩端的電壓值和電源極性，實現(xiàn)磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的助力大小和方向的控制，與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，省去了助力電機(jī)和復(fù)雜的減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠、故障率低、體積小、便于在整車上的布置。而且，循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置在性能和功能上都能達(dá)到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所能夠完成的功能，由于采用液壓系統(tǒng)助力，避免了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由助力電機(jī)帶來的力矩波動，可靠性更高。
【專利說明】一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于車輛工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及助力轉(zhuǎn)向技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]常用的轉(zhuǎn)向器主要由齒輪齒條式、蝸桿曲柄銷式和循環(huán)球式。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于更多依靠滾動摩擦，所以具有較高的傳動效率，操縱起來比較輕便舒適，機(jī)械部件的磨損較小，使用壽命相對較長，在中、大型商用汽車上循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器扮演著重要角色。
[0003]在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器中常采用的是循環(huán)球液壓助力轉(zhuǎn)向器，循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向器主要由循環(huán)球轉(zhuǎn)向器、液壓轉(zhuǎn)閥、進(jìn)油管、回油管、儲油罐、轉(zhuǎn)向油泵等組成，轉(zhuǎn)向油泵由汽車發(fā)動機(jī)驅(qū)動并通過進(jìn)油管向循環(huán)球液壓助力轉(zhuǎn)向器提供助力液壓油，回油則由回油管流回儲油罐。傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向油泵轉(zhuǎn)速是由汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速決定的，不管方向盤是否需要轉(zhuǎn)向，只要發(fā)動機(jī)工作，轉(zhuǎn)向油泵就在工作，沒有調(diào)速功能，所以，燃油消耗較大，占汽車總?cè)加拖牡?%。在傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，由于使用發(fā)動機(jī)動力驅(qū)動，油泵輸出液壓油流量不能調(diào)節(jié)，通過方向盤轉(zhuǎn)角來控制轉(zhuǎn)閥內(nèi)的油液的流量，如果設(shè)計的油液流量較大則可以滿足低速時的輕便性的要求但是這樣會造成高速時路感變差，如果設(shè)計的油液流量較小則與上述情況相反，這樣很難協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的輕便性和“路感”之間的矛盾。
[0004]電動循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用電機(jī)對轉(zhuǎn)向油泵進(jìn)行驅(qū)動向液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供液壓油。該系統(tǒng)通過電控單元采集方向盤扭矩傳感器、方向盤角度傳感器、里程車速傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的信號并反饋給驅(qū)動電機(jī)以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向油泵泵入液壓助力轉(zhuǎn)向器的液壓油流量進(jìn)行調(diào)控，在轉(zhuǎn)閥開啟程度一定時，通過電機(jī)調(diào)節(jié)液壓缸內(nèi)油液的壓力，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)，滿足高、低速時的轉(zhuǎn)向助力要求。電子液壓助力擁有機(jī)械液壓助力的大部分優(yōu)點，同時還降低了能耗，反應(yīng)也更加靈敏，轉(zhuǎn)向助力大小也能根據(jù)轉(zhuǎn)角、車速等參數(shù)自行調(diào)節(jié)。
[0005]但是電動循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于引入了很多電子單元，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其制造、維修成本也會相應(yīng)增加，使用穩(wěn)定性也不如機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)牢靠。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題就是提供一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，提升可靠性。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，包括循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體，所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)部包括直筒腔以及突出設(shè)置于直筒腔中部下側(cè)的下突出腔，所述直筒腔內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)向螺桿，所述轉(zhuǎn)向螺桿兩端支撐于軸承上，所述轉(zhuǎn)向螺桿上套裝轉(zhuǎn)向螺母齒條，所述轉(zhuǎn)向螺母齒條的內(nèi)螺紋與轉(zhuǎn)向螺桿的外螺紋之間設(shè)有鋼球和鋼球?qū)Ч芙M成鋼球循環(huán)滾道，在下突出腔內(nèi)設(shè)有一個扇形齒輪與轉(zhuǎn)向螺母齒條嚙合傳動，所述扇形齒輪帶動轉(zhuǎn)向搖臂擺動，所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)在轉(zhuǎn)向螺母齒條的左右兩側(cè)分別設(shè)有絕緣密封的磁流體腔，所述磁流體腔內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電液體，兩側(cè)的磁流體腔通過導(dǎo)液管連通，在磁流體腔的上下內(nèi)表面平行設(shè)置一對電極板，兩個電極板之間通過上電產(chǎn)生一個上下垂直方向的電場，兩個電極板與電子控制單元電連接，磁流體腔的內(nèi)表面水平對稱布置兩塊磁性相反的強(qiáng)磁體，兩塊強(qiáng)磁體在磁流體腔內(nèi)形成水平方向的強(qiáng)磁場，該強(qiáng)磁場和電場的方向相互垂直。
[0008]優(yōu)選的，在導(dǎo)液管上連接有帶有單向閥的導(dǎo)電液體存儲器。
[0009]優(yōu)選的，在磁流體腔的兩端分別設(shè)置有密封環(huán)，在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)向螺母齒條及轉(zhuǎn)向螺桿外表面均設(shè)置一層絕緣層。
[0010]優(yōu)選的，所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體磁流體工作腔的橫截面為長方形或正方形截面。
[0011]本實用新型循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)部設(shè)置磁流體驅(qū)動的轉(zhuǎn)向螺母齒條活塞機(jī)構(gòu)驅(qū)動扇形齒輪帶動轉(zhuǎn)向搖臂，電子控制單元通過調(diào)節(jié)電極板兩端的電壓值和電源極性，實現(xiàn)磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的助力大小和方向的控制，與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，省去了助力電機(jī)和復(fù)雜的減速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠、故障率低、體積小、便于在整車上的布置。而且，循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置在性能和功能上都能達(dá)到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所能夠完成的功能，由于采用液壓系統(tǒng)助力，避免了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由助力電機(jī)帶來的力矩波動，可靠性更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步描述:
[0013]圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本實用新型循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3為本實用新型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體的A-A剖面示意圖；
[0016]圖4為本實用新型循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體的B-B剖面示意圖；
[0017]圖5為本實用新型電子控制單元原理圖；
[0018]圖6為本實用新型中電子控制單元的主程序流程圖；
[0019]圖7為本實用新型中電子控制空單元中定時中斷程序流程；
[0020]圖8為本實用新型中控制模式選擇和各控制模式流程圖；
[0021]圖中:1、轉(zhuǎn)向器輸入軸，2、轉(zhuǎn)向螺桿，3、轉(zhuǎn)向螺母齒條，4、扇形齒輪，5、鋼球，6、鋼球?qū)Ч埽?、轉(zhuǎn)向搖臂軸，8、第一軸承，9、第二軸承，10、第一轉(zhuǎn)向器殼體絕緣層，11、第二轉(zhuǎn)向器殼體絕緣層，12、第一螺桿表面絕緣層，13、第二螺桿表面絕緣層，14、第一轉(zhuǎn)向螺母齒條絕緣層，15、第二轉(zhuǎn)向螺母齒條絕緣層，16、第一密封圈，17、第二密封圈，18、第三密封圈，19、第四密封圈,20、第一電極板,21、第二電極板,22、第三電極板,23、第四電極板,24、右側(cè)磁流體腔，25、左側(cè)磁流體腔，26、導(dǎo)液管，27、單向閥，28、導(dǎo)電液體存儲器，29、導(dǎo)電液體，30、循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體,31、第一強(qiáng)磁體(N極)，32、第二強(qiáng)磁體(S極)，33、轉(zhuǎn)向管柱,34、方向盤扭矩傳感器，35、方向盤角度傳感器,36、轉(zhuǎn)向器傳動軸,37、轉(zhuǎn)向器螺桿與螺母傳動副，38、轉(zhuǎn)向器齒條與齒扇傳動副,39、循環(huán)球轉(zhuǎn)向器,40、轉(zhuǎn)向搖臂,41、轉(zhuǎn)向橫拉桿,42、轉(zhuǎn)向車輪，43、汽車電子控制單元(ECU)，44、方向盤，45、第三強(qiáng)磁體(N極)，46、第四強(qiáng)磁體(S極)。

【具體實施方式】
[0022]本實用新型主要有控制組件、循環(huán)球轉(zhuǎn)向器及轉(zhuǎn)向執(zhí)行組件，其中控制組件包括機(jī)械控制單元和電子控制單元。
[0023]如圖1所示，方向盤44、轉(zhuǎn)向管柱33、轉(zhuǎn)向柱傳動軸36為機(jī)械控制單元，方向盤44、轉(zhuǎn)向管柱33、轉(zhuǎn)向柱傳動軸36、循環(huán)球轉(zhuǎn)向器39、轉(zhuǎn)向橫拉桿41、轉(zhuǎn)向車輪42依次相接，在轉(zhuǎn)向管柱33上安裝有方向盤扭矩傳感器34和方向盤角度傳感器35，汽車電子控制單兀43通過方向盤扭矩傳感器34、方向盤角度傳感器35米集方向盤扭矩信號、方向盤角度信號，并綜合車速信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、點火信號等進(jìn)行處理并最終控制循環(huán)球轉(zhuǎn)向器39。循環(huán)球轉(zhuǎn)向器39主要由轉(zhuǎn)向器螺桿與螺母傳動副37、轉(zhuǎn)向器齒條與齒扇傳動副38組成，車輛的轉(zhuǎn)向執(zhí)行組件包括轉(zhuǎn)向搖臂40、轉(zhuǎn)向橫拉桿41、轉(zhuǎn)向車輪42。
[0024]如圖2所示，循環(huán)球轉(zhuǎn)向器39主要由循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體30、轉(zhuǎn)向螺桿2、轉(zhuǎn)向螺母齒條3、扇形齒輪4、轉(zhuǎn)向搖臂軸7構(gòu)成。轉(zhuǎn)向螺桿2的左右兩端分別通過第一軸承8和第二軸承9安裝在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體30的內(nèi)部，轉(zhuǎn)向螺桿2上套裝轉(zhuǎn)向螺母齒條3，轉(zhuǎn)向螺母齒3的內(nèi)螺紋與轉(zhuǎn)向螺桿2的外螺紋之間用鋼球5和鋼球?qū)Ч?進(jìn)行連接，形成鋼球循環(huán)滾道，鋼球循環(huán)滾道內(nèi)裝有多個鋼球5，轉(zhuǎn)向螺母齒條3外側(cè)的齒條與其下方的轉(zhuǎn)向搖臂軸7上安裝的扇形齒輪4相嚙合，轉(zhuǎn)向搖臂40通過花鍵固定安裝在轉(zhuǎn)向搖臂軸7上。
[0025]在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體30內(nèi)在轉(zhuǎn)向螺母齒條3的左右兩側(cè)分別設(shè)有絕緣密封的磁流體腔，即右側(cè)磁流體腔24，左側(cè)磁流體腔25，磁流體腔內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電液體29，兩側(cè)的磁流體腔通過導(dǎo)液管26連通，在磁流體腔的上下內(nèi)表面平行設(shè)置一對電極板，兩個電極板之間通過上電產(chǎn)生一個上下垂直方向的電場，兩個電極板與汽車電子控制單兀43電連接,汽車電子控制單元通過控制兩個電極板之間的電壓值和電源極性改變電場的強(qiáng)度和方向，磁流體腔的內(nèi)表面水平對稱布置兩塊磁性相反的強(qiáng)磁體，兩塊強(qiáng)磁體在磁流體腔內(nèi)形成水平方向的強(qiáng)磁場，該強(qiáng)磁場和電場的方向相互垂直。
[0026]如圖3至圖4所示，在兩對電極板(第一電極板20，第二電極板21，第三電極板22，第四電極板23)中，第一電極板20，第二電極板21位于右側(cè)磁流體腔24上下兩端，第三電極板22，第四電極板23位于左側(cè)磁流體腔25上下兩端。在兩對強(qiáng)磁體中，第一強(qiáng)磁體31和第二強(qiáng)磁體32位于左側(cè)磁流體腔25水平兩側(cè)，第三強(qiáng)磁體45和第四強(qiáng)磁體46位于右側(cè)磁流體腔24水平兩側(cè)。
[0027]如圖2至圖4所示，循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體30構(gòu)成磁流體液壓缸體，該磁流體液壓缸體的橫截面為長方形或者正方形，該磁流體液壓缸體內(nèi)被轉(zhuǎn)向螺母齒條3 (相當(dāng)于活塞)分成左右兩個獨立的磁流體腔(即右側(cè)磁流體腔24，左側(cè)磁流體腔25，實際上也相當(dāng)于活塞腔A和活塞腔B)。在四塊電極板中，其中第一電極板20、第三電極板22通過電源線連接導(dǎo)通并保持相同的電壓值，第二電極板21、第四電極板23也由電源線連接導(dǎo)通并保持相同的電壓值。在右側(cè)磁流體腔24內(nèi)由電極板產(chǎn)生一個垂直方向的電場，電場的強(qiáng)度和方向由電極板之間的電壓值的電源極性來控制；同理在左側(cè)磁流體腔25也會產(chǎn)生一個由電極板控制的電場，該電場的方向與右側(cè)磁流體腔24內(nèi)的電場方向相同，電場強(qiáng)度由電極板之間的電壓值來決定。兩個磁流體腔的垂直端面都對稱平行放置兩塊強(qiáng)磁體，其中第一強(qiáng)磁體31、第三強(qiáng)磁體45為強(qiáng)磁體的N極，第二強(qiáng)磁體32、第四強(qiáng)磁體46為磁鐵的S極，兩個磁流體腔內(nèi)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向螺母齒條7(活塞)的軸向垂直的水平方向的強(qiáng)磁場；兩個磁流體腔內(nèi)充滿導(dǎo)電液體29，兩個磁流體腔里面的導(dǎo)電液體29由導(dǎo)液管26連接，并保證導(dǎo)電液體29能在兩個磁流體腔內(nèi)自由流動；在每個磁流體腔的兩端分別裝有密封圈(第一密封圈16，第二密封圈17，第三密封圈18，第四密封圈19)，保證導(dǎo)電液體29在工作時不會泄露；為了保證液壓助力裝置絕緣，在磁流體液壓缸體的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)向螺桿2的外表面和轉(zhuǎn)向螺母齒條3的外表面中能夠接觸到導(dǎo)電液體的部分都分別設(shè)置了絕緣層(第一轉(zhuǎn)向器殼體絕緣層10，第二轉(zhuǎn)向器殼體絕緣層11，第一螺桿表面絕緣層12，第二螺桿表面絕緣層13，第一轉(zhuǎn)向螺母齒條絕緣層14，第二轉(zhuǎn)向螺母齒條絕緣層15);為了保證磁流體液壓缸體里面的磁流體腔內(nèi)始終充滿導(dǎo)電液體29，在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的外部設(shè)置了一個帶有單向閥27的導(dǎo)電液體存儲器28。
[0028]當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時44時，轉(zhuǎn)向管柱33、方向盤扭矩傳感器34、方向盤角度傳感器35、轉(zhuǎn)向器傳動軸36和轉(zhuǎn)向器輸入軸I會與方向盤44以相同的方向和相同的角度一起轉(zhuǎn)動，此時轉(zhuǎn)向器輸入軸I帶動轉(zhuǎn)向螺桿2在轉(zhuǎn)向螺母齒條3內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)向螺母齒條3沿著轉(zhuǎn)向螺桿2的軸向方向移動,轉(zhuǎn)向螺母齒條3外側(cè)的齒條與轉(zhuǎn)向搖臂軸7上安裝的扇形齒輪4相嚙合，扇形齒輪4帶動轉(zhuǎn)向搖臂40擺動，轉(zhuǎn)向搖臂拉動轉(zhuǎn)向橫拉桿41驅(qū)動轉(zhuǎn)向車輪42完成轉(zhuǎn)向動作。循環(huán)球轉(zhuǎn)向器工作時所需的轉(zhuǎn)向力矩較大，需要助力系統(tǒng)幫助系統(tǒng)完成轉(zhuǎn)向工作。本實用新型就是采用了一種新型的磁流體電控液壓助力系統(tǒng)幫助循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器完成轉(zhuǎn)向工作。
[0029]在循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，方向盤扭矩傳感器34、方向盤角度傳感器35、轉(zhuǎn)向器傳動軸36和轉(zhuǎn)向管柱33同軸；循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體30制成液壓活塞缸體，將轉(zhuǎn)向螺母齒條3的兩端制成與液壓缸體相配合的活塞，活塞和轉(zhuǎn)向螺母齒條為一體的，液壓缸內(nèi)的液體推動活塞即轉(zhuǎn)向螺母齒條3沿著轉(zhuǎn)向螺桿2的軸向方向在液壓缸體內(nèi)移動。
[0030]循環(huán)球轉(zhuǎn)向器的機(jī)械構(gòu)選用的是車輛上現(xiàn)有的技術(shù)成熟的結(jié)構(gòu)形式；方向盤扭矩傳感器34和方向盤角度傳感器35采用的也是成熟的技術(shù)產(chǎn)品，這兩個傳感器能夠分別將方向盤的扭矩值和方向盤的角度值轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的線性的電壓信號傳遞給汽車電子控制單元43。
[0031]當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤44時，汽車電子控制單元43會采集方向盤扭矩傳感器34、方向盤角度傳感器35、車速傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù),根據(jù)車輛的行駛信息確定磁流體液壓助力系統(tǒng)的作用力的大小和方向，通過調(diào)節(jié)磁流體液壓缸內(nèi)部電極板兩對電極板之間電壓值和電源極性來控制磁流體液壓缸體內(nèi)導(dǎo)電液體29的受到的洛倫茲力的大小和方向，導(dǎo)電液體29在洛倫茲力的作用下推動活塞(轉(zhuǎn)向螺母齒條3)沿著轉(zhuǎn)向螺桿2的軸向方向移動，轉(zhuǎn)向螺母齒條3外側(cè)的齒條與轉(zhuǎn)向搖臂軸7上安裝的扇形齒輪4相哨合,扇形齒輪4帶動轉(zhuǎn)向搖臂軸7轉(zhuǎn)動，幫助機(jī)械式循環(huán)球轉(zhuǎn)向機(jī)完成轉(zhuǎn)向動作。轉(zhuǎn)向機(jī)的轉(zhuǎn)向力可以根據(jù)不同車速進(jìn)行調(diào)節(jié)，既能減輕駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，又不能使駕駛員失去路感。
[0032]本實用新型循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置在循環(huán)球機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置的基礎(chǔ)上只采用了一個簡單的液壓缸，液壓缸的內(nèi)部左右活塞腔的內(nèi)表面上各布置一對電極板和強(qiáng)磁體，保證產(chǎn)生的電場和磁場相互垂直；省去了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥等復(fù)雜的液壓控制油路，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。
[0033]本實用新型循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間全部是機(jī)械部件連接，操控精準(zhǔn)，路感直接，轉(zhuǎn)向動力充分，并且可以根據(jù)車速信息調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力大小，還可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主動回正功能。本實用新型實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向輕便、節(jié)能、響應(yīng)迅速地目標(biāo)，兼具多種優(yōu)點，極具市場前景。
[0034]如圖5所示，汽車電子控制單元43主要由CPU、信號采集處理電路、H橋驅(qū)動電路、繼電器驅(qū)動電路、故障監(jiān)測電路、故障報警電路、CAN總線通訊電路和電源處理電路等組成。其中CPU為8位或16位單片機(jī)，電極板的驅(qū)動電路采用的是H橋電路，液壓缸體內(nèi)的兩對電極之間的電壓和電源極性都由H橋電路的4個Mosfet管Q1、Q2、Q3和Q4來控制，通過調(diào)節(jié)兩對電極之間的電壓值和極性來控制磁流體液壓助力裝置助力的大小和方向。電子控制單元43在控制電極兩端的電壓的驅(qū)動電路中設(shè)置了電子開關(guān)(繼電器)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，迅速切斷開關(guān)，保證系統(tǒng)的安全。故障監(jiān)測電路和故障報警電路主要用于對系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)測和報警，提高系統(tǒng)的安全可靠性。CAN總線數(shù)據(jù)通訊電路主要用于本系統(tǒng)的電控單元與其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊。所述電極板驅(qū)動電路采用H橋電路。所述汽車電子控制單元還設(shè)有檢測電路和繼電器開關(guān)驅(qū)動電路，在檢測電路檢測到磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置出現(xiàn)故障后控制繼電器開關(guān)驅(qū)動電路切斷該磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的開關(guān)。該磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置由車載電源蓄電池直接供電。
[0035]在車輛行駛過程中，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤44時，方向盤扭矩傳感器34和方向盤角度傳感器35會給出相應(yīng)的信號。扭矩傳感器輸出扭矩信號并將扭矩信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號的幅值與方向盤的扭矩值成正比例關(guān)系，方向盤扭矩信號的零位對應(yīng)于電壓值的2.5V ;方向盤角度傳感器輸出方向盤的角度信號并將方向盤的角度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號的幅值與方向盤的角度值成正比例關(guān)系，方向盤角度信號的零位對應(yīng)于電壓值的2.5V。方向盤扭矩信號、方向盤角度信號、車速信號和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號輸入到電子控制單元43，電子控制單元43根據(jù)方向盤扭矩、方向盤轉(zhuǎn)角和車速等信息判斷助力系統(tǒng)的工作模式并確定助力系統(tǒng)助力的大小和方向，循環(huán)球式磁流體液壓助力轉(zhuǎn)向裝置一共可以實現(xiàn)三種控制模式:助力控制、回正控制和阻尼控制，其中助力控制是基本控制模式。助力控制:車輛在不同車速下轉(zhuǎn)向時，磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠提供不同的轉(zhuǎn)向助力，進(jìn)行助力控制時既要減輕駕駛員的操縱負(fù)擔(dān)，又不能使駕駛員失去路感；需要兼顧車輛低速時的操縱輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性。阻尼控制:在高速轉(zhuǎn)向和快速轉(zhuǎn)向時能進(jìn)行阻尼控制，通過對助力系統(tǒng)施加較小的反作用力，使方向盤變沉重，模擬電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在阻尼控制中電機(jī)短接產(chǎn)生的阻尼效果，防止車輛側(cè)滑和翻車現(xiàn)象的發(fā)生；回正控制:車輛在低速行駛轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向車輪能夠自動回正，保持車輛能夠繼續(xù)直線行駛的狀態(tài)，同時能夠抑制車輛高速時回正超調(diào)和振蕩的趨勢，從而提高車輛的直線行駛性能；
[0036]循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的具體工作過程如下:
[0037]當(dāng)系統(tǒng)沒有通電時，磁流體液壓缸體內(nèi)的電極板沒有通電，導(dǎo)電液體29貯存在活塞(轉(zhuǎn)向螺母齒條3)兩側(cè)的活塞腔內(nèi)，導(dǎo)電液體29在磁流體液壓缸內(nèi)只會受到水平方向的磁場作用，而沒有受到垂直方向的電場作用，因此不會產(chǎn)生洛倫茲力，此時液壓缸內(nèi)的活塞(轉(zhuǎn)向螺母齒條3)處于自由不受力狀態(tài)，這時磁流體液壓助力系統(tǒng)不會對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生助力作用。
[0038]系統(tǒng)通電時，磁流體液壓助力系統(tǒng)開始對機(jī)械轉(zhuǎn)向裝置助力。當(dāng)液壓缸上端的電極板為正極、下端的電極板為負(fù)極時，在液壓缸體內(nèi)形成一個垂直方向的電場，電場方向為由上至下；磁流體液壓缸體內(nèi)壁水平布置的強(qiáng)磁體形成與活塞(轉(zhuǎn)向螺母齒條3)運動方向垂直的水平方向的強(qiáng)磁場；導(dǎo)電液體29在相互垂直的電場和磁場的共同作用下會產(chǎn)生向右的洛倫茲力，在洛倫茲力的作用下導(dǎo)電液體29推動活塞(轉(zhuǎn)向螺母齒條3)向右側(cè)移動。右側(cè)活塞腔A內(nèi)的導(dǎo)電液體29通過油管向左側(cè)的活塞腔B內(nèi)流動。轉(zhuǎn)向螺母齒條3在轉(zhuǎn)向螺桿2和導(dǎo)電液體29的共同作用下向右方向移動，轉(zhuǎn)向螺母齒條3外側(cè)的齒條與轉(zhuǎn)向搖臂軸7上安裝的扇形齒輪4相嚙合，扇形齒輪4帶動轉(zhuǎn)向搖臂40擺動，轉(zhuǎn)向搖臂拉動轉(zhuǎn)向橫拉桿41驅(qū)動轉(zhuǎn)向車輪42完成轉(zhuǎn)向動作。
[0039]當(dāng)液壓缸上端的電極板為負(fù)極、下端的電極板為正極時，在液壓缸體內(nèi)形成一個垂直方向的電場，電場方向為由下至上；磁流體液壓缸體內(nèi)壁垂直端面上水平布置的強(qiáng)磁體形成與活塞(轉(zhuǎn)向螺母齒條3)運動方向垂直的水平方向的強(qiáng)磁場；導(dǎo)電液體29在相互垂直的電場和磁場的共同作用下會產(chǎn)生向左的洛倫茲力，在洛倫茲力的作用下導(dǎo)電液體29推動活塞(轉(zhuǎn)向螺母齒條3)向左側(cè)移動。左側(cè)活塞腔B內(nèi)的導(dǎo)電液體29通過油管向右側(cè)的活塞腔A內(nèi)流動。轉(zhuǎn)向螺母齒條3在轉(zhuǎn)向螺桿2和導(dǎo)電液體29的共同作用下向左方向移動，轉(zhuǎn)向螺母齒條3外側(cè)的齒條與轉(zhuǎn)向搖臂軸7上安裝的扇形齒輪4相哨合,扇形齒輪4帶動轉(zhuǎn)向搖臂40擺動，轉(zhuǎn)向搖臂拉動轉(zhuǎn)向橫拉桿41驅(qū)動轉(zhuǎn)向車輪42完成轉(zhuǎn)向動作。
[0040]上述兩種工作情況下，導(dǎo)電液體29在液壓缸體內(nèi)受到的磁場的強(qiáng)度和方向是固定的，但是電場的方向和強(qiáng)度可以改變，所以通過改變電極兩端的電壓數(shù)值和電源的極性來調(diào)節(jié)導(dǎo)電液體29對活塞(轉(zhuǎn)向螺母齒條3)推力的大小和方向，從而控制液壓助力裝置對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)助力的大小和助力的方向。電極兩端的電壓值和電源極性由電子控制單元43來控制和切換。
[0041]循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器的主程序流程圖如圖6所示，控制器加電后進(jìn)入主程序，首先對系統(tǒng)的Timer、PLL、A/D、I/0、PWM、CAN等模塊進(jìn)行初始化操作，并對各模塊進(jìn)行自檢，系統(tǒng)自動檢測成功后，開啟看門狗功能。之后系統(tǒng)進(jìn)一步檢測點火開關(guān)和發(fā)動機(jī)是否啟動(點火開關(guān)不打開或發(fā)動機(jī)沒有啟動，助力系統(tǒng)不工作)，如果都已經(jīng)打開，則控制主電路中的繼電器閉合，最后系統(tǒng)開啟定時器中斷功能，本文采用了定時4ms的中斷，系統(tǒng)每隔4ms進(jìn)入一次中斷程序，在中斷程序中完成控制模式的選擇和控制量的刷新。
[0042]定時中斷程序的流程圖如圖7所示，每次進(jìn)入定時中斷程序后，系統(tǒng)檢測點火開關(guān)是否打開，發(fā)動機(jī)是否啟動，若系統(tǒng)正常則閉合主電路繼電器，采集扭矩、轉(zhuǎn)角、電壓和車速信號，然后根據(jù)傳感器信號判斷應(yīng)該進(jìn)入那種工作模式，調(diào)用相應(yīng)的工作模式程序后，退出定時中斷程序。
[0043]磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有三種工作模式:助力模式、阻尼模式和回正模式。系統(tǒng)按照圖8所示流程判斷系統(tǒng)進(jìn)入那種工作模式。若轉(zhuǎn)矩大于2Nm，則進(jìn)入助力模式?’轉(zhuǎn)矩小于等于2Nm，在判斷方向盤扭矩和方向盤轉(zhuǎn)動方向是否相反以及車速是否小于60km/h，如果方向盤扭矩和方向盤轉(zhuǎn)動方向相反而且車速不小于60km/h，進(jìn)入阻尼控制模式；如果方向盤扭矩和方向盤轉(zhuǎn)動方向相反而且車速在5km/h至60km/h之間,貝U系統(tǒng)進(jìn)入回正控制模式。
[0044]系統(tǒng)進(jìn)入助力控制模式時，按照圖8所示，首先對方向盤的扭矩信號進(jìn)行相位補(bǔ)償，解決相位遲滯問題，然后進(jìn)入基本助力控制模塊?？刂葡到y(tǒng)首先根據(jù)方向盤扭矩信號和車速信號在基本助力特性圖表查出電極兩端的基本助力電壓值，然后計算出系統(tǒng)摩擦補(bǔ)償?shù)碾妷褐?，之后將電極兩端的基本助力電壓值與系統(tǒng)摩擦補(bǔ)償?shù)碾妷褐迪嗉佑嬎愠隹偟哪繕?biāo)電壓值，然后根據(jù)助力特性控制策略程序?qū)崿F(xiàn)電極板兩端的電壓的跟隨控制，最后退出助力控制模式。
[0045]系統(tǒng)進(jìn)入阻尼控制模式時，系統(tǒng)首先根據(jù)車速確定對系統(tǒng)需要施加阻尼的電壓值，系統(tǒng)施加的力較小，并且與方向盤的轉(zhuǎn)動方向相反，以增加駕駛員的路感。系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)電壓值控制電極兩端的電壓，實現(xiàn)系統(tǒng)的阻尼控制，幫助系統(tǒng)產(chǎn)生阻尼。
[0046]系統(tǒng)進(jìn)入回正控制模式時，系統(tǒng)先檢測方向盤轉(zhuǎn)角信號和車速信號，然后根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角和車速的數(shù)值按照系統(tǒng)回正控制時電極電壓特性表查出相應(yīng)的電極兩端的目標(biāo)電壓值，并控制電極兩端的電壓和電源極性，最后退出回正控制模式程序。
[0047]無論傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是依靠轉(zhuǎn)向輪的自身的定位參數(shù)完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自動回正，在汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下，回正力矩的大小還與前輪負(fù)荷、路面條件、輪胎氣壓、車速等有著密切的關(guān)系。汽車高速行駛時，回正力矩較大，容易產(chǎn)生“回正超調(diào)”。回正超調(diào)會引起轉(zhuǎn)向盤在中位附近振蕩，從而大大降低了汽車的操縱穩(wěn)定性。汽車低速行駛時，回正力矩較小，容易產(chǎn)生“回正不足”?；卣蛔銜r，需要駕駛員對轉(zhuǎn)向盤位置進(jìn)行修正，從而增加了駕駛員的勞動強(qiáng)度。磁流體是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過控制電極兩端的電壓就可以調(diào)節(jié)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力，就可以實現(xiàn)主動回正功能?；卣刂撇呗匝芯堪瑑刹糠值膬?nèi)容:一部分是確保轉(zhuǎn)向盤回到中位的控制策略，稱為“回正控制”；另一部分是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤回正時系統(tǒng)阻尼的控制策略，稱為“主動阻尼控制”?；卣刂频淖饔檬怯脕砜朔D(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻尼、摩擦，確保轉(zhuǎn)向盤能快速、準(zhǔn)確地回到中位。阻尼控制策略用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤的回正速度。
[0048]本實用新型的理論依據(jù)是帶電粒子在磁場中會受到洛倫茲作用，這是磁流體的理論基礎(chǔ)。本實用新型一種新型的循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置省去了傳統(tǒng)的循環(huán)球式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上必備的轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥等復(fù)雜等油路控制部分部件，只采用了一個簡單中間帶有一個活塞的液壓缸，充滿活塞兩端液壓腔體的導(dǎo)電液體由一根油管簡單的連接在一起，使得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)的體積變小、便于維護(hù)。本實用新型一種新型的循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置助力的大小和方向由液壓缸體內(nèi)的左右液壓腔內(nèi)上下端的兩對平行的電極板之間的電壓值和電源極性所決定，整個系統(tǒng)的動力源由車載電源蓄電池直接供電。該系統(tǒng)只需要在工作時由車載電源蓄電池提供電源即可，電子控制單元ECU通過調(diào)節(jié)兩對電極板兩端的電壓值和電源極性，可以控制該循環(huán)球式電控液壓助力系統(tǒng)的助力大小和方向。電子控制單元結(jié)合車速、方向盤扭矩和方向盤轉(zhuǎn)角等信息，通過分別控制兩對電極兩端的電壓值和電源極性，可以根據(jù)車輛的車速對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供不同的助力，并且可以實現(xiàn)機(jī)械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和常規(guī)的電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中所不能實現(xiàn)的主動回正功能。
【權(quán)利要求】
1.一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置,其特征在于:包括循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體，所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)部包括直筒腔以及突出設(shè)置于直筒腔中部下側(cè)的下突出腔，所述直筒腔內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)向螺桿，所述轉(zhuǎn)向螺桿兩端支撐于軸承上，所述轉(zhuǎn)向螺桿上套裝轉(zhuǎn)向螺母齒條，所述轉(zhuǎn)向螺母齒條的內(nèi)螺紋與轉(zhuǎn)向螺桿的外螺紋之間設(shè)有鋼球和鋼球?qū)Ч芙M成鋼球循環(huán)滾道，在下突出腔內(nèi)設(shè)有一個扇形齒輪與轉(zhuǎn)向螺母齒條嚙合傳動，所述扇形齒輪帶動轉(zhuǎn)向搖臂擺動，所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體內(nèi)在轉(zhuǎn)向螺母齒條的左右兩側(cè)分別設(shè)有絕緣密封的磁流體腔，所述磁流體腔內(nèi)設(shè)有導(dǎo)電液體，兩側(cè)的磁流體腔通過導(dǎo)液管連通，在磁流體腔的上下內(nèi)表面平行設(shè)置一對電極板，兩個電極板之間通過上電產(chǎn)生一個上下垂直方向的電場，兩個電極板與電子控制單元電連接，磁流體腔的內(nèi)表面水平對稱布置兩塊磁性相反的強(qiáng)磁體，兩塊強(qiáng)磁體在磁流體腔內(nèi)形成水平方向的強(qiáng)磁場，該強(qiáng)磁場和電場的方向相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于:在導(dǎo)液管上連接有帶有單向閥的導(dǎo)電液體存儲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于:在磁流體腔的兩端分別設(shè)置有密封環(huán)，在循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)向螺母齒條及轉(zhuǎn)向螺桿外表面均設(shè)置一層絕緣層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)球式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于:所述循環(huán)球轉(zhuǎn)向器殼體的橫截面為長方形或正方形截面。
【文檔編號】B62D5/20GK204161448SQ201420605526
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】張玉璽, 陳曉佳, 操文濤 申請人:浙江萬達(dá)汽車方向機(jī)有限公司