CN100457527C - 汽车用电动转向装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车用电动转向装置包括：转向轴，其连接到汽车的方向盘；小齿轮轴，其具有连接到转向轴的上端；扭矩传感器，其用于探测由转向轴的旋转所产生的扭矩；电子控制单元，其从扭矩传感器接收电信号；电机，其驱动由电子控制单元来控制；具有蜗杆轴和蜗轮的减速机构，蜗杆轴具有形成于该蜗杆轴的外周面上的蜗杆，蜗杆轴被容纳在壳体内，蜗轮形成于转向轴的一侧，减速机构由电机驱动；支撑元件，其用于包围蜗杆轴的端侧外周面；以及弹性元件，其用于在倾斜远离蜗杆轴轴向的方向上向支撑元件施加弹力。蜗轮和蜗杆轴之间的间隙得到补偿并且避免了齿间隙。由于使用了一单个弹性元件，就减少了部件数目、简化了制造工艺且降低了制造成本。

Description

汽车用电动转向装置

技术领域

本发明涉及汽车用电动转向装置。更具体地，本发明涉及具有支撑元件和弹性元件的汽车用电动转向装置，所述弹性元件用于在蜗杆轴的轴向和径向上施加弹力，以使得蜗轮和蜗杆轴之间的间隙得到补偿，并且避免了齿间隙。

背景技术

如现有技术中所公知，汽车的动力转向装置包括利用液压泵液压力的液力转向装置，以及利用电动机的电动转向装置，其中液力转向装置自从最初引入以来一直在使用，而电动转向装置是从1990年代以来逐渐普遍化。

在现有的液力转向装置中，液压泵(其作为供应转向动力的动力源)由发动机来驱动，这样就导致液压泵持续地消耗能量，而不管是否旋转了方向盘。在电动转向装置中，当通过方向盘的旋转而产生转向扭矩时，电机供应与方向盘所产生的转向扭矩成比例的转向动力。因此，就能量效率来说，电动转向装置比液力转向装置更有利。

图1示出了一种常规的汽车用电动转向装置的结构，图2是示出根据现有技术的减速机构的剖视图。

如图1和2所示，一种常规的汽车用电动转向装置包括转向系统100和将转向动力供应到转向系统100的转向动力机构120，所述转向系统100包括从方向盘101至两个车轮108的元件。

转向系统100包括转向轴102，该转向轴102具有连接到方向盘101的上端和通过一对万向接头103连接到小齿轮轴104的下端，以使得转向轴102与方向盘101一起旋转。小齿轮轴104通过齿条—小齿轮机构105连接到齿杆109。齿杆109的两端通过系杆106和关节臂107连接到汽车的车轮108。

齿条—小齿轮机构105包括：形成于小齿轮轴104下端上的小齿轮111，以及形成于齿杆109外周面的一侧上以便与小齿轮111相啮合的齿条112。齿条—小齿轮机构105将小齿轮轴104的旋转运动转变为齿杆109的线性运动。具体地，当驾驶员操纵方向盘101时，小齿轮轴104相应地旋转。小齿轮轴104的旋转导致齿杆109在轴的方向上线性地运动。齿杆109的线性运动通过系杆106和关节臂107被传递到车轮108，从而操纵车轮108。

转向动力机构120包括：扭矩传感器121、ECU(电子控制单元)123、电机130以及减速机构140，所述扭矩传感器121探测驾驶员施加给方向盘101的转向扭矩并输出与所探测到的转向扭矩成比例的电信号，所述ECU 123基于来自扭矩传感器121的电信号来产生控制信号，所述电机130基于来自ECU 123的控制信号产生转向动力，所述减速机构140具有用于将来自电机130的转向动力传递到转向轴102的蜗杆201和蜗轮203。

减速机构140包括蜗杆轴210，该蜗杆轴的两端分别由轴承205和206可旋转地支撑。蜗杆201布置在蜗杆轴210的外周面的一侧上。蜗杆201用来与蜗轮203相啮合，所述蜗杆201形成于转向轴102的外周面上的预定位置处。蜗杆轴210由电机130驱动。

电动转向装置如下操作：在旋转方向盘101时，转向扭矩产生并通过齿条—小齿轮机构105传递到齿杆109。另外，所产生的转向扭矩使电机130产生转向动力，这个转向动力被传递到齿杆109。这样，转向系统100所产生的转向扭矩就与电机130所产生的转向动力相结合，因此齿杆109在轴的方向上移动。

然而，常规的减速机构存在着问题：由于汽车经过一段时间的操纵和转向，蜗杆201和蜗轮203的齿可能会被磨损。另外，蜗轮203在冬季会收缩，因为其在绝大多数情况下由合成树脂制成。

当蜗杆201或蜗轮203的齿磨损或者蜗轮203收缩时，在蜗杆201的齿和蜗轮203的齿之间就产生了间隙。于是，在蜗杆201的齿与蜗轮203的齿相啮合的区域就出现了齿间隙。

另外，在常规的减速机构受到例如由反冲(kickback)所引起的反向压力并产生过度扭矩时，蜗杆轴210两端上的轴承的缺口部分可能会产生噪音。

在试图解决这些问题的尝试中，根据现有技术，以如此的方式插入两个弹性体，使得分别在蜗杆轴的径向和轴向上施加弹力。然而，这种方法增加了部件数目且延长了制造工艺。

发明内容

因此，本发明正是开发来解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的是提供一种具有支撑元件和弹性元件的汽车用电动转向装置，所述弹性元件用于同时在蜗杆轴的轴向和径向上施加弹力以使得蜗轮和蜗杆轴之间的间隙得到补偿并且避免了齿间隙。

本发明的另一目的是提供一种汽车用电动转向装置，其具有用于向蜗杆轴施加弹力的单个弹性元件，以减少部件数目、简化制造工艺以及降低制造成本。

为了达到这些目的，本发明提供了一种汽车用电动转向装置，其包括：转向轴，其连接到汽车的方向盘；小齿轮轴，其具有连接到转向轴的上端；扭矩传感器，其用于探测由转向轴的旋转所产生的扭矩；电子控制单元，其适于从扭矩传感器接收电信号；电机，该电机的驱动由电子控制单元来控制；具有蜗杆轴和蜗轮的减速机构，该蜗杆轴具有形成于该蜗杆轴的外周面上的蜗杆，该蜗杆轴被容纳在壳体内，该蜗轮形成于转向轴的一侧上，该减速机构由所述电机驱动；支撑元件，其用于包围蜗杆轴的端侧外周面；以及弹性元件，其用于在倾斜远离蜗杆轴轴向的方向上向支撑元件施加弹力，其中弹性元件布置为相对于蜗杆轴的轴向成一个角度，并且被用来在蜗杆轴的轴向上向蜗杆轴施加弹力以将蜗杆轴朝着蜗轮偏斜，以及其中支撑元件具有形成于支撑元件一侧的斜面，并且支撑元件具有形成于所述斜面上的支撑槽，并且弹性元件的上端处于该支撑槽内。

附图说明

从下述结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会更加明显，在附图中：

图1示出了常规的汽车用电动转向装置的结构；

图2是示出根据现有技术的减速机构的剖视图；

图3是示出根据本发明优选实施例的汽车用电动转向装置的减速机构的局部剖视图；

图4是沿着图3中线A-A’所截取的剖视图；

图5简要地示出了从弹性元件到支撑元件的弹力施加。

具体实施方式

下文中，将结合附图描述本发明的优选实施例。在下述描述和附图中，同样的附图标记用来指示相同或类似的部件，因此将省略对相同或类似部件的重复描述。

图3是示出根据本发明优选实施例的汽车用电动转向装置的减速机构的局部剖视图。

如图3所示，根据本发明优选实施例的汽车用电动转向装置的减速机构包括：基于来自ECU的控制信号产生转向动力的电机130；形成于转向轴102上的蜗轮203；在其外周面上形成有蜗杆201的蜗杆轴210，所述蜗杆201与蜗轮203相啮合并适于由电机130所旋转；以及用于补偿蜗轮203和蜗杆201之间间隙的间隙补偿设备300。

其驱动由ECU进行控制的电机130使连接到电机轴的蜗杆轴210旋转并给转向轴102供应转向动力。

蜗轮203形成于转向轴102外周面的一侧上，并与形成于蜗杆轴210的外周面的一侧的蜗杆201相啮合。蜗杆轴210由于电机130的旋转而引起的旋转力通过蜗杆201和蜗轮203被传递到转向轴102。蜗轮203主要由塑料制成，但是材料并不限于此。

蜗杆轴210被容纳在壳体301内并连接到由电机130驱动的电机轴。蜗杆轴210具有形成于其外周面的一侧的蜗杆201，蜗杆201与蜗轮203相啮合并与其一起旋转，因此旋转力被传递到蜗轮203。蜗杆轴210在其端部上具有轴承205，以可旋转地支撑蜗杆轴210。

间隙补偿设备300包括支撑元件303和弹性元件305。

支撑元件303接收来自弹性元件305的弹力并使蜗杆轴210朝着蜗轮203偏斜。支撑元件303包围轴承205和蜗杆轴210，同时与轴承205间隔预定的距离，并且具有形成于其一侧的斜面307。

支撑元件303具有形成于其一侧的支撑槽308，以使得弹性元件305的上端能坐在其上。于是，弹性元件305能将弹力施加于支撑元件303同时与其稳定地接触。

支撑元件303以压配合的方式结合到蜗杆210。支撑元件303优选地由合成树脂制成以便易于压配合，但是材料并不限于此。

支撑元件303具有形成于其外周面一侧的弹性环309。弹性环309用作支撑元件303的外周面和壳体301的内周边表面之间的阻挡件。换言之，弹性环309限制蜗杆210的轴向运动。弹性环309由弹性材料制成，以使得其在与壳体301的内周边表面相碰撞时不会产生撞击声。

图4是沿着图3中线A-A’所截取的剖视图。

如图4所示，支撑元件303具有形成于其外周面另一侧的保持导向件401，所述保持导向件形成为突出预定的长度以插入壳体301。

保持导向件401将支撑元件303保持在壳体301内。这是因为，如果支撑元件303在径向运动(即绕着蜗杆轴210旋转)，弹性元件305的上端与斜面307之间的接触就变得不规则。于是，弹性力的大小和方向就不能一致。

弹性元件305将弹力施加于支撑元件303的斜面307，并使蜗杆轴210朝着蜗轮203偏斜。弹性元件305的一端就与斜面307相接触，并且其另一端由保持塞311支撑，所述保持塞311由螺栓313固定到壳体301。

弹性元件305优选地为压缩弹簧，但是其类型并不限于此。

图5简要地示出了从弹性元件305到支撑元件303的弹力施加。

如图5所示，弹性元件305在垂直于斜面307的方向上施加弹力F。就向量分析而言，弹力F包括轴向分量Fa和径向分量Fr。

假设弹力F的施加方向和蜗杆轴210的中心线L之间的角度是A，那么轴向分量Fa的大小为F×cosA，径向分量Fr的大小为F×sinA。

具体地，当弹性模量为k的压缩弹簧用作弹性元件305，并且压缩弹簧被压缩的长度为x时，来自压缩弹簧的弹力的大小为kx。那么轴向分量Fa的大小为kx×cosA，径向分量Fr的大小为kx×sinA。

因此，压缩弹簧最初被压缩到预定的长度，并保持与支撑元件303相接触，以使得弹力能如上所述那样施加于蜗杆轴210。这样就避免在蜗杆201和蜗轮203之间形成间隙。

如上所述，根据本发明的汽车用电动转向装置具有支撑元件以及弹性元件，弹性元件用于同时在蜗杆轴的轴向和径向上施加弹力，以使得蜗轮和蜗杆轴之间的间隙得到补偿并且避免了齿间隙。

另外，一单个弹性元件被用来向蜗杆轴施加弹力，以减少部件数目、简化制造工艺以及降低制造成本。

尽管为了示例性目的已经描述了本发明的优选实施例，但是本领域的熟练技术人员能理解到，在不偏离本发明如所附权利要求所公开的范围和精神的前提下，可以有很多变型、增加或替代。

Claims (4)

1.一种汽车用电动转向装置，包括：

转向轴，其连接到汽车的方向盘；

小齿轮轴，其具有连接到转向轴的上端；

扭矩传感器，其用于探测由转向轴的旋转所产生的扭矩；

电子控制单元，其适于从扭矩传感器接收电信号；

电机，该电机的驱动由电子控制单元来控制；

减速机构，其具有蜗杆轴和蜗轮，该蜗杆轴具有形成于该蜗杆轴的外周面上的蜗杆，该蜗杆轴被容纳在壳体内，该蜗轮形成于转向轴的一侧，该减速机构由所述电机驱动；

支撑元件，其用于包围蜗杆轴的端侧外周面；以及

弹性元件，其用于在倾斜远离蜗杆轴轴向的方向上向支撑元件施加弹力，

其中弹性元件布置为相对于蜗杆轴的轴向成一个角度，并且被用来在蜗杆轴的轴向上向蜗杆轴施加弹力以将蜗杆轴朝着蜗轮偏斜，以及

其中支撑元件具有形成于支撑元件一侧的斜面，并且支撑元件具有形成于所述斜面上的支撑槽，并且弹性元件的上端处于该支撑槽内。

2.如权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中支撑元件具有形成于支撑元件的外周面上的保持导向件，该保持导向件突出预定的长度且插入所述壳体内。

3.如权利要求2所述的汽车用电动转向装置，其中支撑元件具有布置在所述支撑元件的外周面上的弹性环。

4.如权利要求3所述的汽车用电动转向装置，其中所述壳体具有形成于所述壳体一侧的保持塞，并且弹性元件的下端由该保持塞支撑。

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