轻型商用车用循环球式电动转向器的开发

轻型商用车用循环球式电动转向器的开发

作者：成卫之

来源：《文化产业》2015年第05期

摘 要：本文主要介绍了轻型商用车用循环球式电动转向器的性能特点、设计要点、主要性能指标及有益效果。

关键词：循环球；电动转向器；商用车；结构；设计；

中图分类号：F407.44 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-05-00-01 一、循环球式电动转向器的基本特点及工作原理

电动助力转向已成为汽车行业、特别是汽车转向器行业新的发展方向。由于电动助力转向系统（EPS）只需电力不用液压，与液压动力转向系统相比较省略了许多元件，没有液压系统所需要的油泵、、压力流量控制阀、储油罐等，零件数目少，布置方便，重量轻。值得注意的是汽车行驶过程中转向助力是变化的。因为在高速行驶时，轮胎的横向阻力小，转向盘变得轻飘，很难捕捉路面的感觉，也容易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制。所以在高速时要适当减低动力，但这种变化必须平顺过度，这种情况只有采用电动转向才能解决。由于近年来传感器技术的发展，已具有角度信号，使电动转向器主动回正功能得以实现，进一步解决了汽车摆头问题——汽车操纵稳定性重要问题。而且电动助力转向器且无“寄生损失”和液体泄漏损失。因此电动助力转向系统在各种行驶条件下均可节能5 ～ 8%左右，减少了油耗，提高了汽车的运行性能，也减少了漏油污染、改善了环境。

目前，车辆用电动助力转向器分管柱式、齿轮齿条式和循环球式三种。循环球电动转向器是电动转向器其中的一种分支。它同样有电动转向系统的各种特点。它是专门为各种货车、客车等带有车架的车辆的转向系统设计的。循环球电动转向器也是一种通过电机为驾驶员操纵转向系统提供助力的装置。这种助力的大小同样是由控制器（ECU）通过PWM方式输出电流对电机进行控制的。 通过控制器的控制可以在驾驶员操纵汽车转向过程中向电机提供最理想的电流，从而控制电机提供最佳助力进行工作。ECU采集的信号来自扭矩传感器、车速传感器和发动机的信号。扭矩传感器的信号来自于转向轴内部安装的一根扭杆、其两端在外力作用下产生相对扭转角度，反映到扭矩传感器上，转向力的扭矩大小与扭杆的扭转角度和成正比；角度传感器是随转向轴车速传感器安装在轿车变速器上，也可以直接从电子仪表盘上取得，它反映的是变化的汽车行驶速度。发动机信号取自发动机点火线圈。循环球电动转向器同样实现了电动转向器以下几方面更好的转向性能： ——从根本上提高了汽车操纵稳定性

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——有较好的汽车转向轻便性 ——有较好的汽车安全性 ——降低了发动机功率损耗 ——节省了油料 ——减少了污染

——提高了转向系统低温工作性能

二、轻型商用车用循环球式电动助力转向器的结构设计

循环球助力式电动转向器结构显示的是该循环球电动转向器结构图。该循环球式电动助力转向器，包括循环球式机械转向器、减速器、电机、传感器和控制器。

这种循环球电动转向器的结构在主传动机构中采用的就是螺杆螺母，是典型的循环球转向器结构，是按满载前桥质量3.5吨车机械转向器的参数设计的（螺杆螺母、齿条齿扇）。在该转向器上部，加装了与电机相连接的蜗轮蜗杆减速器部分，可以实现电机助力和减低转速、增大螺杆转动扭矩的作用。在转向器转向轴与螺杆之间安装了一个弹性扭杆，在转向轴转动时与螺杆之间产生相对转角，用它可以反映出转动转向器转向轴的转动力矩。在转向轴与螺杆的相应端部也有转角限位结构，是一字型的结构，实现两者之间±5°的相对转角。这个相对转角与方向盘转向力矩成正比，通过传感器可以反映出产生的转向力矩信号，传到所配的控制器，通过进一步计算机的处理，由控制器发出电机的控制电流，使助力电机产生助力扭矩，对转向器起助力作用。

三、该循环球电动转向器的控制器的设计

该循环球电动转向器的控制器完全遵循理想的电动转向转向手力模型实施的。该模型遵循汽车转向原理和要求操纵稳定性，随方向盘转动手力变化和在不同车速时有以下规律： （一）方向盘力矩增大，电机电流（扭矩）按一定规律增大； （二）方向盘转动速度增大，电机转速增加；

（三）随方向盘转动方向不同，电机转动方向不同，换向时不得出现滞后现象。随汽车车速增大，电机电流（扭矩）按一定规律减小；

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（四）随着客车或货车载重量的增加，前桥负荷也要加大，汽车本身回正能力不够，电动转向器必须具有主动回正能力，以帮助提高汽车操纵性能。 四、该循环球电动转向器的主要技术指标 ——前轴负荷36260N。

——转向螺母齿条底部的啮合齿和摇臂顶部的啮合齿的模数为6。转向螺母齿条上并排设有相同的两组钢球循环滚道。两组钢球循环滚道，保证了转向器的机械强度、可靠性和安全性。所述钢球的直径为7.144mm。 ——传动比23.562。 ——摇臂转角.2°。 ——总圈数5.83。

——电机为直流电机，额定功率为400w，输出转矩为4N·m，额定电压为12V/24V，额定电流50A/25A。

——BI扭矩传感器的输出力矩为0～20N·m转角输出±900º。 五、轻型商用车用循环球式电动助力转向器所具有的有益效果是

——转向轻便、灵活，主动回正：采用可同时输出输出扭矩信号和转角信号的BI扭矩传感器，感应更灵敏，不但可实现主动回正，保证助力效果，而且转向轻便、灵活，手感连续平滑。

——安全性高、转向可靠：采用两组转向螺母齿条并排设置，形成两组两滚道的钢球循环滚道，充分保证了转向器的机械强度、可靠性和安全性。

——降低能耗、减少污染：采用的电机为直流电机，降低了发动机的功率损耗，节省了油料，降低了污染，也提高了转向系统的低温工作性能。

——装配方便：在转向器壳体的右端面上设置安装螺栓，使得循环球式电动助力转向器在车架上的安装简单方便，且其连接尺寸可以与车辆机械转向互换。 六、结论

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该循环球式电动转向器是为轻型商用车、新能源汽车专门设计的，尤其是适用于新能源汽车，在我国的轻型商用车上的应用是有广泛前途的。我们应该大力生产这种具有中国特色且有专利保护的新型汽车转向器产品。 参考文献：

[1]汽车电动转向教材，毕大宁主编