一种智能转向系统

摘要

一种智能转向系统，包括转向传动机构、电动助力装置和转向传动机构，使用球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的转向传动机构，球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的蜗轮蜗杆转向传动机构结构紧凑、工作寿命长，可以实现大扭矩输出，能够适用于重载荷的商用车；电动助力装置通过电机向蜗杆轴提供助力扭矩，减轻驾驶员转向时所需的出力；间隙调整机构能够调节蜗杆轴和蜗轮轴的啮合间隙，能够解决转向器长期服役后间隙过大的问题。

权利要求

1.一种智能转向系统，其特征在于，包括：

转向传动机构，所述转向传动机构包括依序传动连接的输入轴、蜗杆轴和蜗轮轴；

电动助力装置，所述电动助力装置包括电机和控制器，所述电机与所述蜗杆轴传动连接，所述控制器用于控制所述电机的输出；

以及，间隙调整机构，所述间隙调整机构用于调整所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的啮合间隙；

所述输入轴用于传递方向盘力矩，所述控制器用于根据车辆转向控制信息控制所述电机的输出，所述输入轴与所述电机同时向所述蜗杆轴输出扭矩，所述蜗杆轴将扭矩传递至所述蜗轮轴，所述蜗轮轴将扭矩传递至转向轮，以带动转向轮转向；

所述蜗杆轴为球面多头蜗杆轴，所述蜗轮轴为锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴；

还包括：间隙补偿装置，所述间隙补偿装置包括间隙辨识模块和间隙补偿模块；所述间隙辨识模块用于获取所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙，所述间隙补偿模块用于根据所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙对所述电机进行电流补偿；

所述间隙辨识模块获取所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙的方法为：根据所述蜗杆轴和所述蜗轮轴接触时的传递转矩、所述蜗杆轴和所述蜗轮轴的转角差值与待辨识的参数之间的关系建立蜗杆轴和蜗轮轴的齿隙的非线性死区模型；进行模型的参数辨识，得到某个采样时刻的模型线性回归方程；使用带有遗忘因子的最小二乘法，得到关于增益矩阵的递推公式、关于参数矩阵的递推公式和关于协方差矩阵的递推公式；根据关于增益矩阵的递推公式、关于参数矩阵的递推公式和关于协方差矩阵的递推公式得到待辨识的参数，所述待辨识的参数包括所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙；

所述间隙补偿模块根据所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙对所述电机进行电流补偿的方法为：当所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙小于或等于第一阈值时，根据所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙得到间隙补偿电流，所述间隙补偿模块根据间隙补偿电流对电机进行电流补偿；当所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙大于第一阈值时，除对电机进行电流补偿外，还进行报警。

2.如权利要求1所述的智能转向系统，其特征在于，所述间隙调整机构包括间隙调整螺栓、间隙调整螺栓第一锁紧螺母和间隙调整螺栓第二锁紧螺母，所述间隙调整螺栓第一锁紧螺母和所述间隙调整螺栓第二锁紧螺母均与所述间隙调整螺栓螺纹连接，所述间隙调整螺栓第一锁紧螺母将所述间隙调整螺栓与所述蜗轮轴锁紧，所述间隙调整螺栓第二锁紧螺母用于锁紧蜗轮轴，所述间隙调整螺栓的轴向方向与所述蜗轮轴的轴向方向平行；通过所述间隙调整螺栓可调节所述间隙调整螺栓第一锁紧螺母和所述间隙调整螺栓第二锁紧螺母在所述间隙调整螺栓的轴向上的相对位置，进而调节所述蜗轮轴的轴向位置，以调整所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的啮合间隙。

3.如权利要求1所述的智能转向系统，其特征在于，所述电动助力装置还包括减速机构，所述电机通过所述减速机构与所述蜗杆轴连接。

4.如权利要求3所述的智能转向系统，其特征在于，所述减速机构为同步带减速机构，包括同步带轮、同步带和被动同步带轮，所述同步带轮固定在所述电机的输出轴上，所述被动同步带轮固定在所述蜗杆轴的输入端，所述同步带连接所述同步带轮和所述被动同步带轮。

5.如权利要求3所述的智能转向系统，其特征在于，还包括：迟滞检测模块；所述迟滞检测模块用于检测所述减速机构是否出现转角迟滞。

6.如权利要求5所述的智能转向系统，其特征在于，所述迟滞检测模块检测所述减速机构是否出现转角迟滞的方法为：在一个转角迟滞判断周期内，电机转子转过角度与减速结构从动件转动角度和减速机构传动比之积的差值大于第二阈值的次数若大于第三阈值，则判断出现转角迟滞，若小于第三阈值，则判断未出现转角迟滞；其中，电机转子转过角度通过电机位置信号的上升沿跳变次数和下降沿跳变次数换算获得。

7.如权利要求1所述的智能转向系统，其特征在于，所述蜗杆轴为非自锁式的大螺旋角球面多头蜗杆。

说明书

一种智能转向系统

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车转向技术领域，具体涉及一种智能转向系统。

背景技术

[0002] 为了顺应车辆电动化节能与驾驶安全性、舒适性等发展要求，目前商用车开始采用电动助力转向来取代液压助力转向装置，电动大客车、大型新能源客车、重载商用车等大型商用车由于载荷很高不能应用齿轮齿条转向装置而采用了循环球转向装置。

[0003] 专利文件CN200510055247.4中公开了一种循环球式电动助力转向装置，该转向装置形式近年来在轻卡上已经实现产品化。但是由于循环球结构的机械强度限制，无法满足转向装置输出大扭矩的需求，难以在重载商用车上得到应用。

[0004] 专利文件CN113428213A中公开了一种双助力机构的循环球转向装置通过对助力装置进行冗余与改善从而缓解商用车大扭矩输出的问题，但循环球式转向装置本身的局限性仍然存在。

[0005] 同时，商用车转向系统中转向器因服役年限等因素传动机构主从动件的间隙会越来越大，影响转向操纵性能。

发明内容

[0006] 为解决上有技术问题，本申请中给出一种智能转向系统。

[0007] 根据第一方面，一种实施例中提供一种智能转向系统，包括：

[0008] 转向传动机构，所述转向传动机构包括依序传动连接的输入轴、蜗杆轴和蜗轮轴；

[0009] 电动助力装置，所述电动助力装置包括电机和控制器，所述电机与所述蜗杆轴传动连接，所述控制器用于控制所述电机的输出；

[0010] 以及，间隙调整机构，所述间隙调整机构用于调整所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的啮合间隙；

[0011] 所述输入轴用于传递方向盘力矩，所述控制器用于根据车辆转向控制信息控制所述电机的输出，所述输入轴与所述电机同时向所述蜗杆轴输出扭矩，所述蜗杆轴将扭矩传递至所述蜗轮轴，所述蜗轮轴将扭矩传递至所述转向轮，以带动转向轮转向；

[0012] 所述蜗杆轴为球面多头蜗杆轴，所述蜗轮轴为锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴。

[0013] 在一实施例中，所述间隙调整机构包括间隙调整螺栓、间隙调整螺栓第一锁紧螺母和间隙调整螺栓第二锁紧螺母，所述间隙调整螺栓第一锁紧螺母和所述间隙调整螺栓第二锁紧螺母均与所述间隙调整螺栓螺纹连接，所述间隙调整第一锁紧螺母将所述间隙调整螺栓与所述蜗轮轴锁紧，所述间隙调整螺栓第二锁紧螺母设于固定位置，所述间隙调整螺栓的轴向方向与所述蜗轮轴的轴向方向平行；通过所述间隙调整螺栓可调节所述间隙调整螺栓第一锁紧螺母和所述间隙调整螺栓第二锁紧螺母在所述间隙调整螺栓的轴向上的相对位置，进而调节所述蜗轮轴的轴向位置，以调整所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的啮合间隙。

[0014] 在一实施例中，还包括：间隙补偿装置，所述间隙补偿装置包括间隙辨识模块和间隙补偿模块；所述间隙辨识模块用于获取所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙，所述间隙补偿模块用于根据所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙对所述电机进行电流补偿。

[0015] 在一实施例中，所述间隙辨识模块获取所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙的方法为：根据所述蜗杆轴和所述蜗轮轴接触时的传递转矩、所述蜗杆轴和所述蜗轮轴的转角差值与待辨识的参数之间的关系建立蜗杆轴和蜗轮轴的齿隙的非线性死区模型；进行模型的参数辨识，得到某个采样时刻的模型线性回归方程；使用带有遗忘因子的最小二乘法，得到关于增益矩阵的递推公式、关于参数矩阵的递推公式和关于协方差矩阵的递推公式；根据关于增益矩阵的递推公式、关于参数矩阵的递推公式和关于协方差矩阵的递推公式得到待辨识的参数，所述待辨识的参数包括所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙。

[0016] 在一实施例中，所述间隙补偿模块根据所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙对所述电机进行电流补偿的方法为：当所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙小于第一阈值时，根据所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙得到间隙补偿电流，所述间隙补偿模块根据间隙补偿电流对电机进行电流补偿；当所述蜗轮轴和所述蜗杆轴的传动间隙大于第一阈值时，除对电机进行电流补偿外，还进行报警。

[0017] 在一实施例中，所述电动助力装置还包括减速机构，所述电机通过所述减速机构与所述蜗杆轴连接。

[0018] 在一实施例中，所述减速机构为同步带减速机构，包括同步带轮、同步带和被动同步带轮，所述同步带轮固定在所述电机的输出轴上，所述被动同步带轮固定在所述蜗杆轴的输入端，所述同步带连接所述同步带轮和所述被动同步带轮。

[0019] 在一实施例中，还包括：迟滞检测模块；所述迟滞检测模块用于检测所述减速机构是否出现转角迟滞。

[0020] 在一实施例中，所述迟滞检测模块检测所述减速机构是否出现转角迟滞的方法为：在一个转角迟滞判断周期内，电机转子转过角度与减速结构从动件转动角度和减速机构传动比之积的差值大于第二阈值的次数若大于第三阈值，则判断出现转角迟滞，若小于第三阈值，则判断未出现转角迟滞；其中，电机转子转过角度通过电机位置信号的上升沿跳变次数和下降沿跳变次数换算获得。

[0021] 在一实施例中，所述蜗杆轴为非自锁式的大螺旋角球面多头蜗杆。

[0022] 据上述实施例的智能转向系统，由于使用球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的传动机构，对现有技术中的循环球转向装置进行替代，球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的蜗轮蜗杆转向传动机构结构紧凑、工作寿命长，可以实现大扭矩输出，使得本申请中转向系统能够应用于重载商用车；同时间隙调整机构能够调节蜗杆轴和蜗轮轴的啮合间隙，能够解决转向器长期服役后间隙过大的问题。

附图说明

[0023] 图1为一种实施例中智能转向系统的剖面结构示意图；

[0024] 图2为一种实施例中智能转向系统的另一角度的剖面结构示意图；

[0025] 图3为一种实施例中智能转向系统的结构示意图；

[0026] 图4为一种实施例中智能转向系统的蜗杆轴的结构示意图；

[0027] 图5为一种实施例中智能转向系统的蜗轮轴的结构示意图；

[0028] 图6为一种实施例中智能转向系统的另一角度的蜗轮轴的结构示意图；

[0029] 图7为一种实施例中智能转向系统的间隙补偿前后的齿隙死区模型；

[0030] 图8为一种实施例中智能转向系统的蜗轮轴转角信息获取组件的结构示意图；

[0031] 图9为另一种实施例中智能转向系统的蜗轮轴转角信息获取组件的结构示意图；

[0032] 图10为一种实施例中智能转向系统的控制策略架构图。

[0033] 附图标记说明：1、输入轴；2、扭杆；3、扭杆销；4、传感器盖；5、输入轴油封；6、输入轴轴承；7、转矩转角传感器；71、硬线；8、传感器盖固定螺栓；9、传感器支撑架；10、支撑架密封圈；11、同步带；12、主动同步带轮；13、被动同步带轮；14、主动同步带轮平键；15、被动同步带轮平键；16、电动助力壳体与转向机构壳体密封圈；17、电机密封圈；18、第一推力调心滚子轴承；19、蜗轮轴；20、蜗杆轴；21、控制器；22、第二推力调心滚子轴承；23、第二滚子轴承螺母；24、转向机构下盖；25、下盖固定螺栓；26、摇臂锁紧螺母；27、摇臂轴；28、摇臂轴油封；29、第一输出轴滚针轴承；30、第二输出轴滚针轴承；31、间隙调整螺栓第一锁紧螺母；32、侧盖与壳体密封圈；33、转向装置侧盖；34、间隙调整螺栓第二锁紧螺母；35、间隙调整螺栓；36、侧盖与摇臂轴密封圈；37、侧盖固定螺栓；38、电机；39、电机固定螺栓；40、注油口密封圈；41、注油口螺帽；42、转向装置壳体；43、电动助力壳体固定螺栓；44、电动助力壳体；
45、蜗杆轴与转向装置壳体间油封；46、传感器盖密封圈；47、蜗轮轴角度传感器；48、蜗轮轴角度传感器支架；51、转向器安装支架；52、传感器护罩；53、主销角度传感器；54、主销角度传感器支架；55、转向节；56、前桥；57、转向轮。

具体实施方式

[0034] 下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

[0035] 另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

[0036] 本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

[0037] 在本发明实施例中，智能转向系统包括转向传动机构、电动助力装置和转向传动机构，使用球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的转向传动机构，球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的蜗轮蜗杆转向传动机构结构紧凑、工作寿命长，可以实现大扭矩输出，能够适用于重载荷的商用车；电动助力装置通过电机向蜗杆轴提供助力扭矩，减轻驾驶员转向时所需的出力；间隙调整机构能够调节蜗杆轴和蜗轮轴的啮合间隙，能够解决转向器长期服役后间隙过大的问题。

[0038] 下面通过具体实施例对本申请进行说明。

[0039] 如图1至图9所示，本申请一实施例中给出一种智能转向系统，包括转向传动机构、电动助力装置和间隙调整机构。转向传动机构包括依序传动连接的输入轴1、蜗杆轴20和蜗轮轴19，蜗杆轴20为球面多头蜗杆轴，蜗轮轴19为锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴。电动助力装置包括电机38和控制器21，电机38与蜗杆轴20传动连接，电机38通过电机固定螺栓39进行固定，控制器21用于控制电机38的输出，本实施例中，电机38为大扭矩永磁同步电机。间隙调整机构用于调整蜗轮轴19和蜗杆轴20的啮合间隙。输入轴1与蜗杆轴20在轴端固连，输入轴1用于传递驾驶员操作方向盘产生的方向盘力矩，方向盘力矩通过转向管柱、万向传动装置传递到输入轴1；控制器21用于根据车辆转向控制信息控制电机38的输出，输入轴1与电机
38同时向蜗杆轴20输出扭矩，减少驾驶员操作时所需的出力；蜗杆轴20将扭矩传递至蜗轮轴19，蜗轮轴19将扭矩传递至转向轮57上传动结构，以带动转向轮57转向。本实施例中，转向传动机构还包括摇臂轴27，蜗轮轴19与摇臂轴27通过摇臂锁紧螺母26固定，蜗轮轴19与摇臂轴27同轴同步转动，一些实施例中，蜗轮轴19和摇臂轴27为一体成型结构，蜗杆轴20将扭矩传递至蜗轮轴19，蜗轮轴19将扭矩传递至摇臂轴27，摇臂轴27将扭矩传递至转向轮57上传动结构，以带动转向轮57转向。

[0040] 由于使用球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的传动机构，对现有技术中的循环球转向装置进行替代，球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的蜗轮蜗杆转向传动机构结构紧凑、工作寿命长，可以实现大扭矩输出，使得本申请中转向系统能够应用于重载商用车；同时间隙调整机构能够调节蜗杆轴20和蜗轮轴19的啮合间隙，能够满足不同客户的不同空间结构匹配要求。

[0041] 本实施例中，如图1和2所示，转向传动机构设置在转向机构壳体42内，转向机构壳体42包括两个轴向垂直设置的蜗杆腔和蜗轮腔，蜗杆腔用于设置蜗杆轴20，蜗轮腔用于设置蜗轮轴19，为了便于蜗杆轴20的安装，蜗杆腔的一端设有开口，蜗杆轴20从该开口伸入安装，待安装到位后，使用转向机构壳体下盖24将该开口密封，转向机构壳体下盖24通过下盖固定螺栓25与转向机构壳体42连接。与蜗杆腔类似，蜗轮腔上也设有开口和对应的转向机构壳体侧盖33和侧盖固定螺栓37。蜗轮轴19输出端设有转向系统安装支架51，转向系统安装支架51用于安装智能转向系统。

[0042] 本实施例中，蜗轮杆20的球面多头蜗杆的齿廓设计为凹弧状，与蜗轮轴19的锥形渐开线斜齿轮蜗轮形成多点接触，结构紧凑，如此设置的球面多头蜗杆，能够在传动速比相同的情况下，与蜗轮轴19和摇臂轴27的啮合半径增大，在摇臂轴27同等输出扭矩的条件下每个啮合点处的作用力将降低，有利于承载力的提高，承载力能够提高1.5到3倍。

[0043] 本实施例中，蜗杆轴20为非自锁式的大螺旋角球面多头蜗杆，如此设置，使得摇臂轴27和蜗轮轴19能够反向传递路面受到的阻力矩到蜗杆轴20，进而传递到方向盘，使得驾驶员能够实时感受到路面状况。

[0044] 电动助力装置用于向蜗杆轴20提供助力扭矩，以减轻驾驶员的操作难度，控制器21根据车辆转向控制信息(本实施例中包括车速、方向盘力矩和方向盘转角信息)控制电机
38的输出，因此，如图1所示，本实施例中，电动助力装置还包括转矩转角传感器7，转矩转角传感器7为非接触式传感器，转矩转角传感器7通过硬线71连接到控制器21上，采集方向盘转矩与转角信息转化为电信号给控制器21，方向盘力矩传递到输入轴1时，输入轴1与扭杆2通过扭杆销3连接，导致扭杆2变形，转矩转角传感器7从而检测到力矩变化，控制器21中设计适配本结构的助力控制策略，控制永磁同步电机38输出助力力矩，助力力矩输出到蜗杆轴20，与驾驶员手力矩叠加控制转向。为保障转矩转角传感器7的工作环境，设有传感器盖4用于保护转矩转角传感器7，传感器盖4内设有传感器支架9，传感器支架9用于固定转矩转角传感器7，传感器盖4通过传感器盖固定螺栓8固定，传感器盖4上还设有输入轴轴承6用于安装输入轴1。

[0045] 间隙调整机构用于调节蜗杆轴20和蜗轮轴19的啮合间隙，本实施例中，如图2所示，间隙调整机构包括间隙调整螺栓35、间隙调整螺栓第一锁紧螺母31和间隙调整螺栓第二锁紧螺母34，间隙调整螺栓第一锁紧螺母31和间隙调整螺栓第二锁紧螺母34均与间隙调整螺栓35螺纹连接，间隙调整螺栓第一锁紧螺母31将间隙调整螺栓35与蜗轮轴19锁紧，间隙调整螺栓第二锁紧螺母34用于将间隙调整螺栓35锁紧于固定位置，通过调节间隙调整螺栓35可调节间隙调整螺栓第一锁紧螺母31和间隙调整螺栓第二锁紧螺母34在间隙调整螺栓35的轴向上的相对位置，进而调节蜗轮轴19的位置，以调节蜗轮轴19和蜗杆轴20的啮合间隙，为保障间隙调整效果，间隙调整螺栓35的轴向方向应设置为与蜗轮轴19的轴向方向平行，本实施例中，间隙调整螺栓35与蜗轮轴19同轴设置，同时，为了便于调整，间隙调整螺栓35伸出转向机构壳体侧盖33，间隙调整螺栓第二锁紧螺母34将间隙调整螺栓35与转向机构壳体侧盖33锁紧，同时，间隙调整螺栓第一锁紧螺母31和间隙调整螺栓第二锁紧螺母34中的至少一者外端制有螺纹，旋转间隙调整螺栓第一锁紧螺母31或间隙调整螺栓第二锁紧螺母34即可调节蜗轮轴19和蜗杆轴20的啮合间隙，并产生预紧力，调整到位后再使用另一螺母与间隙调整螺栓第一锁紧螺母31或间隙调整螺栓第二锁紧螺母34的外螺纹连接锁紧。

[0046] 转向系统的工作过程中，扭矩通过蜗杆轴20传递到蜗轮轴19，为保证扭矩传递的准确性和稳定性，蜗杆轴20和蜗轮轴19的安装应当稳定，本实施例中，如图1和2所示，蜗杆轴20与转向机构壳体42之间设置一对推力调心滚子轴承，蜗杆轴20的输入端与转向机构壳体42之间设有第一推力调心滚子轴承18，第一推力调心滚子轴承18通过转向机构壳体42和蜗杆轴20定位，第一推力调心滚子轴承18外圈靠转向机构壳体42固定，内圈靠蜗杆轴20上的上轴肩固定；蜗杆轴20的末端与转向机构壳体42之间设置第二推力调心滚子轴承22，第二推力调心滚子轴承22外圈靠转向机构壳体42固定，内圈靠蜗杆轴20上的下轴肩固定，为进一步增强第二推力调心滚子轴承22的稳定性，还设有第二滚子轴承螺母23用于锁紧第二推力调心滚子轴承22，第二滚子轴承螺母23拧在转向机构壳体42上，转向机构壳体42靠近蜗杆轴20末端处内孔加工有螺纹，第二滚子轴承螺母23靠转向机构下盖24轴向定位锁止，防止松动；蜗轮轴19与转向机构壳体42间设置一对输出轴滚针轴承，第一输出轴滚针轴承29外圈靠转向机构壳体42固定，滚针与蜗轮轴19输出端接触，第二输出轴滚针轴承30外圈靠转向机构侧盖33固定，滚针与蜗轮轴19的间隙调整侧接触。

[0047] 随着转向传动机构使用时间的增长，蜗轮轴19和蜗杆轴20的传动间隙(蜗轮轴19和蜗杆轴20的传动间隙指蜗轮轴19和蜗杆轴20传动过程中的瞬时啮合间隙)因为各种因素影响可能越来越大，如果传动间隙较大，会导致驾驶员操作方向盘时产生手力的空旷感和方向盘回正超调，因此，在操作过程中，需要根据传动间隙对电机38进行电流补偿，以消除操作手力的空旷感和防止方向盘回正超调。本实施例中，智能转向系统还包括间隙补偿装置，间隙补偿装置包括间隙辨识模块和间隙补偿模块，间隙辨识模块用于获取蜗轮轴19和蜗杆轴20的传动间隙，间隙补偿模块用于根据蜗轮轴19和蜗杆轴20的传动间隙对电机38进行电流补偿。

[0048] 具体地，间隙辨识模块获取蜗轮轴19和蜗杆轴20的传动间隙的方法为：根据蜗杆轴20和蜗轮轴19接触时的传递转矩、蜗杆轴20和蜗轮轴19的转角差值与待辨识的参数之间的关系建立蜗杆轴和蜗轮轴的齿隙的非线性死区模型：

[0049]

[0050] Δθ(t)＝θm‑m*θd

[0051] 其中，T为蜗轮蜗杆接触时的传递转矩，K为待辨识的蜗轮蜗杆刚性系数，c为蜗轮蜗杆阻尼系数，α为待辨识的传动间隙，θm为蜗杆当前位置，θd为蜗轮当前位置，m为蜗杆与蜗轮之间的传动比。

[0052] 在润滑条件较好的情况下，可以将蜗轮蜗杆阻尼系数c取为0。

[0053] 接着进行模型的参数辨识，在第k个采样时刻，待辨识的模型线性回归方程可以写为：

[0054] T(k)＝KΔθ(k)‑Kα(Δθ(k)＞α)

[0055] 整理为矩阵的形式为：

[0056] Y(k)＝φ(k)X

[0057] 其中：Y(k)为k时刻系统输出，Y(k)＝T(k)；φ(k)为k时刻输入量矩阵，φ(k)＝[ΔTθ(k)‑1]；X为待辨识参数矩阵，X＝[K Kα]。

[0058] 使用带有遗忘因子的最小二乘法，引入遗忘因子λ，得到递推公式：

[0059] A(k)＝P(k‑1)φT(k)[λ+φ(k)P(k‑1)φT(k)]‑1

[0060]

[0061]

[0062] 其中，A(k)为k时刻的增益矩阵，I为单位矩阵， 为k时刻与k‑1时刻辨识得到的参数矩阵，P(k)、P(k‑1)分别为k时刻与k‑1时刻协方差矩阵。

[0063] 由递推公式可得到待辨识的参数K、α。

[0064] 获取传动间隙α后，间隙补偿模块根据传动间隙α对电机38进行电流补偿，补偿的方法为：当辨识得到的α小于或等于第一阈值时，进行间隙补偿，本实施例中，第一阈值设定为5°。

[0065] 首先，根据传动间隙α可得到需要补偿的力矩Tcom：

[0066]

[0067] 由此可知，T+Tcom可近似为关于蜗轮蜗杆转角插值的过原点的一次线性函数，因此，可以等效得到需要对电机38补偿的间隙补偿电流为：

[0068] i*T(k)＝Tcom(k)/Kt

[0069] 其中，i*T为间隙补偿电流，Kt为电机转矩系数。

[0070] 当辨识得到的α大于设定的阈值，即5°时，在进行上文所述的间隙补偿策略的同时，间隙报警信号提示驾驶员间隙过大，需要及时检修。

[0071] 如图7所示，为本申请间隙补偿前的齿隙模型和间隙补偿后的等效齿隙模型，如此，通过间隙补偿模块对电机38进行电流补偿，能够消除传动间隙带来的操作手力空旷感，并能够防止方向盘回正超调。

[0072] 通过前述记载可知，间隙补偿的过程中需要获取蜗轮轴19的转角信息。在一实施例中，如图8所示，在蜗轮轴19的末端设置有蜗轮轴角度传感器47，蜗轮轴角度传感器47直接测量蜗轮轴19的转角信息，蜗轮轴角度传感器47安装在蜗轮轴角度传感器支架48上，蜗轮轴角度传感器支架48安装于摇臂锁紧螺母26上，以保障蜗轮轴角度传感器47能够稳定、准确的测量蜗轮轴19的转角信息。另一实施例中，如图9所示，转向轮主销上设有主销角度传感器53，主销角度传感器53测量转向轮57的转角信息，通过转向杆系(包括转向节55等结构)传动关系反推间接得到蜗轮轴19的转角信息，为保障主销角度传感器53正常工作，转向轮主销上还设有传感器护罩52，传感器护罩52罩住主销角度传感器53，前桥56上设有主销角度传感器支架54，主销角度传感器支架54用于安装主销角度传感器53。

[0073] 电动助力装置用于向蜗杆轴20提供助力扭矩，以减轻驾驶员的操作难度，因为电机38的转速往往很高，不能直接与蜗杆轴20连接，本实施例中，电动助力装置还包括减速机构，电机38通过减速机构与蜗杆轴20连接。

[0074] 具体地，如图1所示，本实施例中的减速机构为同步带减速机构，包括同步带轮12、同步带11和被动同步带轮13。主动同步带轮12靠主动同步带轮平键14径向固定电机38的输出轴上，被动同步带轮13靠被动同步带轮平键15径向固定在蜗杆轴20的输入端，同步带11连接同步带轮12和被动同步带轮13，同步带减速机构通过减速机构壳体44支撑，减速机构壳体44通过减速机构壳体螺栓43与转向机构壳体42固定连接，同步带减速机构传动效率高、使用与维护方便。

[0075] 随着电动助力装置使用时间的增长，减速机构可能出现转角迟滞现象(如同步带打滑、蜗轮蜗杆间隙过大等情况)，迟滞现象会给转向系统的工作带来很大的负面影响，因此，需要对迟滞现象进行检测。本实施例中，智能转向系统还包括迟滞检测模块，迟滞检测模块用于检测减速机构是否出现转角迟滞。迟滞检测模块检测减速机构是否出现转角迟滞的方法为：在一个转角迟滞判断周期内，电机转子转过角度与减速结构从动件转动角度和减速机构传动比之积的差值大于第二阈值的次数若大于第三阈值，则判断出现转角迟滞，若小于第三阈值，则判断未出现转角迟滞。

[0076] 具体地，减速机构出现转角迟滞的判定条件为：

[0077] θn‑i*θc＞ε

[0078] 式中，θn为电机转子转过的角度，θe为减速机构从动件转过的角度，i为减速机构传动比，ε为设定的第二阈值，根据实际需求确定。

[0079] 引入计数参数count，在每个转角迟滞判断周期内，当满足上述判定条件，进行count++，设定第三阈值n，当count>n时，判定电机减速机构出现故障，提示驾驶员进行及时检修。

[0080] 其中，由于电机位置传感器输出的是电机的相对转角，需要进行转角换算才能得到电机转子转过的绝对转角。本实施例中，以电机通过SPI通信向MCU发送的电机位置信号为例，电机位置信号的范围在0～4095之间(对应一圈电机转角)，当电机顺时针转动超过一圈时，电机位置信号会发生4095到0的下降沿跳变，当电机逆时针转动超过一圈时，电机位置信号会发生0到4095的上升沿跳变，因此，要想在已知电机位置信号的情况下获取转向盘转角，就需要知道电机经过了多少次上升沿跳变和下降沿跳变，转角的换算公式为：

[0081]

[0082] 式中，θn为电机转子转过的角度，k1、k2分别为电机位置信号经历下降沿和上升沿的次数，N为电机位置传感器信号值，θoffset分别为电机上电时的初始偏移。本实施例中，在纯电动转向系统中，电机的最高转速取5000r/min，转向盘转角换算周期为1ms，那么若未经历上升沿或下降沿，则两个相邻采样点的电机转子位置信号变化最大值为：

[0083]

[0084] 因此，电机位置下降沿的判断条件为：

[0085] Nt+1‑Nt＜ΔNmax‑4095

[0086] 式中，Nt+1,Nt分别为t+1时刻及t时刻电机位置信号值，当检测到电机位置下降沿，则下降沿计数加一。

[0087] 电机位置上升沿的判断条件为：

[0088] Nt+1‑Nt＞4095‑ΔNmax

[0089] 式中，Nt+1,Nt分别为t+1时刻及t时刻电机位置信号值，当检测到电机位置上升沿，则上升沿计数加一。

[0090] 为保障智能转向系统的使用寿命，应当为各部件提供相对稳定的工作环境，因此，本实施例中，智能转向系统设置有多处油封与密封圈，用于保障各部件的工作环境稳定。

[0091] 具体地，如图1和2所示，转向机构壳体42与蜗轮轴19之间设置有蜗轮轴油封28，转向机构侧盖33与蜗轮轴19之间设置侧盖与蜗轮轴密封圈36，输入轴油封5布置在传感器盖4内部及输入轴轴承6上部，电动助力壳体与转向机构壳体密封圈16设置在电动助力壳体44和转向机构壳体42的连接处，电机密封圈17设置在电机输出轴与电机壳体之间，侧盖与壳体密封圈32设置在转向机构壳体42和转向机构侧盖33之间，传感器盖密封圈46设置于传感器盖4内，传感器支撑架9与电动助力壳体44之间设置支撑架密封圈10，传感器支撑架9将转矩转角传感器7与电动助力装置同步带减速机构隔离成相对独立的两腔，蜗杆轴与转向机构壳体间油封45将转向传动机构与电动助力装置同步带减速机构隔离成相对密封的两腔，转向传动机构靠齿轮润滑油润滑，转向机构壳体42设有注油口，装车前润滑油从注油口处加入，然后使用注油口螺帽41拧紧，并用注油口密封圈40进行密封。

[0092] 本实施例中的转向系统可实现多种助力模式，包括助力转向模式、辅助驾驶模式以及自动驾驶模式。转向系统在助力转向模式下，主要包括基本助力、扭矩补偿、中位补偿、惯性补偿、阻尼补偿、摩擦补偿和主动回正几个控制模块，以及前文中记载的间隙补偿模块，对所有控制模块计算所得的期望电流求和即为电机助力期望电流值。转向系统在辅助驾驶模式下，进行力矩叠加转向控制，将辅助驾驶功能(如LKA)所需的力矩与助力转向所需的力矩进行叠加从而得到电机期望电流值。转向系统在自动驾驶模式下，对转向电机采用三闭环控制，自动驾驶控制器给定目标方向盘转角，经过位置控制器和速度控制器得到电机转向期望电流值。转向系统的助力模式可以进行切换，助力转向模式下，转向系统可由人工切换到辅助驾驶模式或自动驾驶模式；自动驾驶模式下，可根据作用在方向盘上的力矩大小与作用时间，由力矩大小对时间的积分作用达到标定的介入阈值切换到辅助驾驶模式或助力转向模式。

[0093] 具体地，如图10所示，转向系统的控制模块包括间隙补偿模块、助力转向控制、力矩叠加转向控制、位置伺服转向控制、故障保护与模式切换和电流环控制。

[0094] 助力转向控制模块的输入为方向盘扭矩、LKA用方向盘叠加扭矩、车速、方向盘转角与转速，对方向盘扭矩和转角进行中位自适应算法调整，将输入变量经过基本助力、扭矩补偿、中位补偿、惯性补偿、阻尼补偿、摩擦补偿以及主动回正控制环节后，求和得到电机助力所需的期望电流。

[0095] 力矩叠加转向控制模块计算出方向盘叠加转矩输入到基本助力控制环节从而实现车辆辅助驾驶模式。

[0096] 位置伺服模块主要应用于车辆自动驾驶模式下。由上层自动驾驶控制器计算得到的目标方向盘转角作为输入，经过位置闭环控制与速度闭环控制得到电机转向期望电流。

[0097] 故障保护与模式切换模块设置止点保护与热保护电流限制环节。模块在助力转向模式下，转向系统可由人工切换到辅助驾驶模式与自动驾驶模式；自动驾驶模式下，可根据作用在方向盘上的力矩大小与作用时间，由力矩大小对时间的积分作用达到标定的介入阈值切换到辅助驾驶模式或助力转向模式。

[0098] 电流环控制模块输入为上述模块计算所得的电机期望电流，期望电流与实际电流作差经过电流控制器生成PWM信号，从而对电机进行闭环控制，使电机有效跟随期望电流。

[0099] 助力转向模块中的自适应算法主要考虑到商用车由于非独立悬架的底盘结构，车辆直线行驶时表现的转向系统转角中位在不同载荷(或者胎压、四轮定位等问题)影响下，会有所差别。且会造成驾驶员在转角中位需要施加额外的扭矩，这些都会造成驾驶员操纵压力增大。这时需要在中位对方向盘进行扭矩补偿和转角补偿。

[0100] 上述实施例中的智能转向系统，采用球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的蜗轮蜗杆转向传动机构，对现有技术中商用车循环球转向装置进行替代。实现了中重载商用车转向系统的纯电动化，充分发挥了电动助力转向机构的优势，满足大负载输出的情况下提供随速助力功能，在纯电动助力条件下满足商用车不断增大的转向扭矩的需要，提高转向系统承载力；本申请中的球面多头蜗杆，螺旋角大，有良好的回正性能，球面多头蜗杆轴与锥形渐开线斜齿轮蜗轮轴结合的蜗轮蜗杆转向传动机构结构紧凑、工作寿命长，可以实现低速大扭矩输出的转向轻便、高速时的良好的实时转向驾驶路感，保障驾驶员的行驶舒适性与安全性；本申请中的蜗轮蜗杆转向传动机构采用螺纹调隙式的间隙调整方式，满足不同客户的不同空间结构匹配要求。其中一个螺母的外端有凸缘而另一个螺母的外端没有凸缘而制有螺纹，旋转圆螺母时，即可消除间隙，并产生预拉紧力，调整好后再用另一个螺母锁紧；本申请中的间隙补偿模块，可实现转向器的间隙补偿，随着转向器工作时间增加，工作间隙增大，会对助力模式下的手力与回正性能产生影响。采用间隙补偿可防止驾驶员手力的空旷感，并防止回正超调。

[0101] 以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。