CN101323314A - 汽车辅助回正及阻尼可调式转向器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车辅助回正及阻尼可调式转向器，包括齿条、限位块、橡胶套、齿条支撑套、齿条套管、齿轮齿条箱体和小齿轮等，在齿条套管内部过盈压装一螺簧座，齿条上设有一活塞，活塞与齿条套管气密封配合，螺簧座与齿条气密封配合，活塞位于齿条支撑套与螺簧座之间，活塞与齿条支撑套和螺簧座分别构成左、右密封腔体，分别套装有左、右螺旋弹簧，齿条套管轴向方向设有一连接导管，连接导管一端与左密封腔体相连通，一端与右密封腔体相连通，连接导管具有引导空气流动作用，连接导管上设有截流阀，截流阀具有调节系统阻尼的作用。采用上述结构，使本转向器具备增加整车转向回正时的回正力、对转向系统阻尼进行适时调节的功能。

Description

汽车辅助回正及阻尼可调式转向器

技术领域

本发明涉及汽车转向系统，具体涉及一种具备辅助回正及阻尼可调功能的齿轮齿条转向器。

背景技术

目前，每年市场上都有新车型的不断推出，对于同一个汽车设计制造厂家来说，一些同级别车型的底盘基本都是通用，只在其他系统或底盘的某些参数上作适量调整，其间很多新车在研发中均会遇到由于整车的配置、轴荷、轴距或发动机等的变动而造成整车其中的某项性能或多或少的改变，回正性就在其中。试验数据显示转向轮定位参数、轴荷、转向系统配置等都会较大地影响整车的回正特性，汽车设计制造厂商如果要将每一款车的各项性能均调整设计到最佳状态也不现实，因为受到设计、验证、改动成本等的限制，在整车做小改动的情况下，某些性能允许在一定的范围内损失些。例如：现在汽车设计厂家在某款车型配置中分为有助力转向系统和无助力助力转向系统两种配置，在整车设计中就必须兼顾两种配置来设计转向轮参数。一般，由于设计时兼顾两种配置，其回正性会折中，这样一般带助力车型的转向盘回正残余角较无助力车型大，很难两全其美，除非为两种配置的车型量身设计，这样的话整车改动量大，通用性差。所以，目前汽车设计厂家的办法还是通过同平台车性能的折中，不可能兼顾所有。

以齿轮齿条液压助力转向系统为例，齿轮齿条液压助力转向系统由于其回正时转向液的流动，使系统的阻尼加大，摩擦加剧也存在转向回正性能较无助力系统差的特性。目前，试验数据显示部分无助力车型也存在方向盘残余角过大的情况。回正性差的另一方面是回正过快，过猛，出现“打手”，这些都是汽车设计中需要严格控制的。目前为了解决以上问题，汽车设计厂家通过反复的调整悬架转向轮参数(如：主销内倾角、后倾角等)或适量对侧倾刚度作些改动等来实现回正不足与过猛的平衡。除以上考虑外，转向系统在设计时多少还需考虑系统抗扰动的能力，即阻尼的确定，目前阻尼的调整很不方便，耗时且耗财。

图1所示是现有技术齿轮齿条转向器结构，包括齿条21、限位块22、橡胶套23、齿条支撑套24、齿条套管25、齿轮齿条箱26、小齿轮27，这种转向器就是通过齿条21和小齿轮17来传递扭矩，正向传递时是驾驶者输入给转向盘的扭矩通过传动从小齿轮27输入，经过齿轮齿条的啮合，转化为齿条21的轴向移动输出，起到传递扭矩的功能；其在反向传动时，即整车回正时，则通过齿条21输入带动小齿轮27转动；这种转向器对转向系统的阻尼影响是通过各运动副的摩擦力来实现，如：齿条21和齿条支撑套24间的滑动；小齿轮27和齿条21间的啮合阻力等。这些结构一旦确定就不可变动，且调节范围非常有限，受到传动效率等的制约也很难调节，所以，可以说现有技术齿轮齿条转向器基本不具备进行转向系统阻尼调节的作用，更不具备辅助回正的功能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种辅助回正及阻尼可调式转向器，该转向器具备增加整车转向回正时的回正力、对转向系统阻尼进行适时调节的功能。

本发明的技术方案如下：

汽车辅助回正及阻尼可调式转向器，包括齿条、限位块、橡胶套、齿条支撑套、齿条套管、齿轮齿条箱体和小齿轮，齿条装于齿条套管内孔中，部分齿条伸出齿条套管，限位块与齿条套管前端内孔螺纹连接配合，齿条支撑套与限位块相邻且与齿条套管内孔紧密配合，齿条支撑套同齿条气密封配合，橡胶套套在齿条套管前端，与齿条套管前端外圆过盈配合，齿条套管后端与齿轮齿条箱体相连，齿条与齿轮齿条箱体内的小齿轮形成齿轮齿条啮合机构。本发明的改进在于：在所述齿条套管内部过盈压装一螺簧座，齿条上设有一活塞，活塞与齿条套管气密封配合，螺簧座与齿条气密封配合，活塞位于齿条支撑套与螺簧座之间，活塞与齿条支撑套构成左密封腔体，在左密封腔体轴向位置的齿条上套装有左螺旋弹簧，活塞与螺簧座构成右密封腔体，在右密封腔体轴向位置的齿条上也套装有右螺旋弹簧；齿条套管轴向方向设有一连接导管，连接导管一端与左密封腔体相连通，一端与右密封腔体相连通，连接导管具有引导空气流动作用，连接导管上设有截流阀，截流阀具有调节系统阻尼的作用。

在转向盘没有转角输入时，齿条处于中间平衡位置，参见图3，中间位置时，活塞所受左右弹簧力相等，实现平衡，当有方向盘转角输入时，转向器小齿轮通过齿轮齿条的啮合，使齿条产生相应的轴向移动，这样同齿条连接的活塞一旦偏离平衡位置，左右的弹簧将产生不等作用力，假设活塞移动x，则活塞受到的弹簧力：(方向延齿条轴向)

F＝Fl-Fr＝k*(ΔX+x)-k*(ΔX-x)＝2kx

其中Fl表示左弹簧力，Fr表示右弹簧力。即一旦活塞偏离平衡位置x mm，弹簧将产生2kx(N)的回复力，回复力在转向完成后会促使齿条回到中间平衡位置，利用此特性可实现转向器辅助回正功能。为了消除螺簧在回复中间位置后会使活塞在中间平衡位置产生左右来回振荡，为了衰减振荡，因此系统增加一阻尼调节器(截流阀)实现调节系统阻尼的作用，以抑制活塞在回复中间位置后的左右振荡，起到减少整车回正超调量、超调时间的功能。阻尼调节器的阻尼调节功能是通过：齿条支撑套、活塞、螺簧座构成左右密封腔体，活塞左右移动时推动左右腔体中气体互相流动，在左右密封腔体间增加的连接管路，管路起到引导空气流动作用，管路设置截流阀，截流阀通过改变管路气体通流截面积来起到调节系统阻尼的作用。在整车转向轮受到路面的偶然冲击或突然的侧向力作用时，齿条会产生左右的小移动，多数此种左右的小位移是不希望发生的，此种情况下，本发明由于上述增加的左右螺簧、阻尼器的共同作用，对于出现的齿条小位移可以起到很好的抑制作用。

本发明经过以上结构的综合作用实现转向器的中位抗扰特性、转向时储能、回位时辅助回位，减少方向盘残余角、方便调节系统阻尼的功效。

附图说明

图1现有技术的齿轮齿条转向器结构示意图；

其中，21齿条  22限位块  23橡胶套  24齿条支撑套  25齿条套管  26连接导管  27小齿轮；

图2本发明结构示意图；

图3本发明理论原理图；

图4右侧弹簧座和螺旋弹簧装配剖视图(图2的II部)；

图5左侧螺旋弹簧及腔体密封装配剖视图；

图6活塞部位装配剖视图(图2的I部)；

图7本发明在整车回正性分析中所起作用分析图。

图中：1齿条  2限位块  3橡胶套  4齿条支撑套  5齿条套管  6连接导管  7阻尼调节阀  8齿轮齿条箱体  9小齿轮  10螺簧座  11齿条支撑套密封圈  12导管安装螺母  13导管安装座  14A左螺旋弹簧  14B右螺旋弹簧  15活塞密封圈  16活塞  17齿条支撑套密封圈

具体实施方式

如图2所示，本汽车辅助回正及阻尼可调式转向器包括齿条1、限位块2、橡胶套3、齿条支撑套4、齿条套管5、齿轮齿条箱体8和小齿轮9等，齿条1装于齿条套管5内孔中，部分齿条伸出齿条套管，限位块2与齿条套管5前端内孔螺纹连接配合，齿条支撑套4与限位块2相邻且与齿条套管5内孔紧密配合，齿条支撑套4同齿条1气密封配合，橡胶套3套在齿条套管5前端，与齿条套管5前端外圆过盈配合，齿条套管5后端与齿轮齿条箱体8相连，齿条1与齿轮齿条箱体内的小齿轮9形成齿轮齿条啮合机构。

上述结构与现有技术的结构(参看图1)基本相同，结合参见图4、图5和图6，在其基础上，本发明添加了活塞16及左右相同的两根螺簧14A和14B，增加连接左右腔的连接导管6及阻尼调节阀7。在齿条1上增加活塞16，活塞16起到左右两簧座的作用，同时左右移动时推动左右腔体中气体互相流动；齿条支撑套4、活塞15、螺簧座10构成左右腔体，腔体做成密封，即在齿条支撑套内圆周上开有密封槽，齿条支撑套密封圈11装于密封槽中，活塞外圆周上开有密封槽，活塞密封圈15装于密封槽中，所述螺簧座内圆周上开有密封槽，齿条支撑套密封圈17装于密封槽中，这些密封圈起密封作用，要求密封有两方面功能：①、构成密封腔体，可实现通过阻尼调节阀7来调节阻尼，同时起到活塞移动时，不至于使左右拉杆防尘罩来回处于真空和高压状态，影响寿命，②、保证转向器内部清洁度，气体交换只局限于左右密封腔，这样就避免了外部灰尘进入。阻尼调节阀7，实质就是一截流阀，通过调整连接导管6的通流截面积来实现阻尼调节作用。齿轮箱体上类似液压助力转向器，在壳体外焊接两导管安装座13，连接导管6通过导管安装螺母12连接在导管安装座13上，并与密封腔体相连通，活塞具有左右螺旋弹簧座的作用，螺旋弹簧，具有储能作用及中位稳定作用。其他件的连接同现有技术转向器一样，不用做改动。

螺旋弹簧14的设计，螺旋弹簧是本发明的关键件，其起到的正面作用有控制回正力矩大小，实现转向时储存能量，回正时释放能量，辅助回正减少残余角；负面作用，增大了转向力矩，所以如何平衡两者间关系是螺簧设计的难点。图7是本发明应用于整车时的转向回正曲线，曲线1是普通转向器整车回正曲线，曲线2是安装本发明转向器后的整车回正曲线(有阻尼调节阀调节时)，曲线3是安装本发明转向器后的整车回正曲线(没有阻尼调节阀时)。通过曲线3可看出，只要合理的设计螺旋弹簧14适度的调整阻尼调节阀7，此发明对于整车的回正超调、回正残余角、超调时间有很好的调节作用，不过弹簧设计的主要参数对于转向力矩的增加很明显，适当选取其参数还是可以满足回正和力矩增加间的平衡要求。

阻尼调节阀7，本发明的阻尼调节阀7结构形式很多，只要能够实行对通流截面积可以改变的器件均可以采用，所以此发明中不作具体的体现和限制，其作用可示图7，有阻尼调节阀7和没有调节阀7的回正曲线效果很明显。

Claims (3)

1、汽车辅助回正及阻尼可调式转向器，包括齿条、限位块、橡胶套、齿条支撑套、齿条套管、齿轮齿条箱体和小齿轮，齿条装于齿条套管内孔中，部分齿条伸出齿条套管，限位块与齿条套管前端内孔螺纹连接配合，齿条支撑套与限位块相邻且与齿条套管内孔紧密配合，齿条支撑套同齿条气密封配合，橡胶套套在齿条套管前端，与齿条套管前端外圆过盈配合，齿条套管后端与齿轮齿条箱体相连，齿条与齿轮齿条箱体内的小齿轮形成齿轮齿条啮合机构；其特征在于：所述齿条套管内部过盈压装一螺簧座，齿条上设有一活塞，活塞与齿条套管气密封配合，螺簧座与齿条气密封配合，活塞位于齿条支撑套与螺簧座之间，活塞与齿条支撑套构成左密封腔体，在左密封腔体轴向位置的齿条上套装有左螺旋弹簧，活塞与螺簧座构成右密封腔体，在右密封腔体轴向位置的齿条上也套装有右螺旋弹簧；齿条套管轴向方向设有一连接导管，连接导管一端与左密封腔体相连通，一端与右密封腔体相连通，连接导管具有引导空气流动作用，连接导管上设有截流阀，截流阀具有调节系统阻尼的作用。

2、根据权利要求1所述的汽车辅助回正及阻尼可调式转向器，其特征在于：所述齿条支撑套内圆周上开有密封槽，齿条支撑套密封圈装于密封槽中，同齿条气密封配合；活塞外圆周上开有密封槽，活塞密封圈装于密封槽中，与齿条套管气密封配合；所述螺簧座内圆周上开有密封槽，螺簧密封圈装于密封槽中，与齿条气密封配合。

3、根据权利要求1或2所述的汽车辅助回正及阻尼可调式转向器，其特征在于：所述齿条套管上焊接两导管安装座，连接导管通过导管安装螺母连接在安装座上，并与左、右密封腔体相连通。

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