CN101767606B - 电动辅助转向装置及其组件 - Google Patents

Abstract

本发明为一电动辅助转向装置及其组件，其包含一双马达同轴转向模组、一扭力感测器以及一控制器，该双马达同轴转向模组及该扭力感测器分别与一车辆转向系统的一转向柱整合并轴向连接且分别与该控制器电性连接，其中，该双马达同轴转向模组包含相对同轴接合的一第一马达组及一第二马达组，其可接受该控制器的控制提供一主动式转向功能，以及输出一辅助力辅助转向。

Description

电动辅助转向装置及其组件

技术领域

本发明是一种电动辅助转向装置，尤其是关于一种可接受主动控制的电动辅助转向装置。

背景技术

一般的电动辅助转向系统是由车速与驾驶者输出扭力做为辅助马达出力的依据，提供驾驶者转向时的力量辅助。但在搭配其它先进安全系统进行转向主动控制时，驾驶者会察觉方向盘不受控制，而感觉到危险。举例说明之，前述许多的先进安全系统，驾驶者通常会在紧急时刻，自主判定转动方向盘，然而，这样的自主判定动作经常可能造成更大的危害，所以，为了避免驾驶者因为可能造成危害的错误自主判定转向动作，遂有前述的先进安全系统于危急时刻取回转向控制的主动控制权。虽然先进安全系统取回控制权或能降低可能造成的危害，但是在危及时刻，驾驶者的操作方向可能与正确的转动方向相违背，故可能造成驾驶者因为汽车不受控制而施予更为激进或强大的转向，如此，造成严重的恶性循环，可能产生更大危害，因此，如何能提供一种安全又符合使用者需求的转向控制机构为当前所欲解决的重大课题。

另外，前述先进安全系统在某些特定操作条件下，须有一锁定机构以控制方向盘与连接前轮的转向系统直接传动，故如美国专利号第6,164150号所揭露的一种车辆转向装置，其通过一齿及槽配合的盘形锁定机构以使方向盘与连接前轮的转向机构可直接传动，但此种机构仅可提供固定角度的锁定，对于非特定角度的锁定则无法达成，因此亦亟需一种可任意角度进行锁定的锁定机构，以解决制造厂商及汽车组装厂商设计或制造上的困扰与高成本问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动辅助转向装置及其组件，其能够解决前述的主动转向控制装置的控制方式可能造成驾驶者操作失控感受而产生更大的危害以及公知的锁定机构无法锁定任意角度的问题，且采用一种离合控制模组，通过一双马达同轴转向模组以减低使用者控制感受不佳及达到更佳的主动控制效果的目的。

为达上述目的，本发明提供一种电动辅助转向装置，其包含：

一双马达同轴转向模组，其包含：

一第一马达组，其包含一第一马达本体、轴向设于该第一马达本体的一第一轴心以及一第一接合段，该第一轴心的两端贯穿突出于该第一马达本体，其两端分别设有一结合齿以及一行星齿轮组，该行星齿轮组包含多数个行星齿轮，各行星齿轮互呈间隔设于该第一轴心的一端且其转动轴与该第一轴心平行，该第一接合段呈环状且固定接合于该第一马达本体且位置与该行星齿轮组对应，该第一接合段的一内环面包含一外卡合结构；

一第二马达组，其固定接合于该第一马达组，其包含一固定结合于该第一接合段的第二马达本体、呈转动轴向设于该第二马达本体的一第二轴心以及一太阳轮轴心，其中，该第二轴心、该太阳轮轴心分别与该第一轴心轴向平行啮合而与该第一轴心形成二个转动自由度，该第二轴心呈中空圆筒状，其朝向该第一马达本体的一端为一环形齿轮且啮合套接该行星齿轮组，该环形齿轮的一外环面包含一内卡合结构，该太阳轮轴心的一端与该行星齿轮组啮合，其另一端呈转动插设于该第二轴心并穿出该第二马达本体；以及

一离合控制模组，其接受控制限制该第二轴心对该第一马达本体或第二马达本体转动而限制该第二轴心的转动自由度；该离合控制模组套设于该第二轴心，其包含多数个外离合片、多数个内离合片以及多数个离合控制件，该外离合片以及该内离合片为交错套设于该环形齿轮外部的环片体，其中，该外离合片的一外环边与该外卡合结构对应卡合而限制对该外卡合结构转动，该内离合片的一内环边与该内卡合结构对应卡合而限制对该第二轴心相对转动，该外离合片与该内离合片具有投影重叠的面积，各离合控制件为结合第二马达本体的电控推杆；

一扭力感测器，其结合于一车辆转向柱，并感测该转向柱的扭力形成电信号予以输出；以及

一控制器，其与该第一马达组、该第二马达组、该离合控制模组、该扭力感测器电性连接，其读取该扭力感测器的电信号，并配合一外部的车况动态信号，以改变该第一马达组、该第二马达组及该离合控制模组的转动关系，各离合控制件接受该控制器的控制而压迫或松脱各内、外离合片而呈紧密贴合或呈分离；其中，该车况动态信号包含一行车速度信号、一煞车命令、一四个轮子的轮速信号、一冲击信号或一爆胎信号。

本发明再提供一种用于电动辅助转向装置的双马达同轴转向模组，其包含：

一第一马达组，其包含一第一马达本体、轴向设于该第一马达本体的一第一轴心以及一第一接合段，其中：

该第一轴心的两端贯穿突出于该第一马达本体，其两端分别设有一结合齿以及一行星齿轮组，该行星齿轮组包含多数个行星齿轮，各行星齿轮互呈间隔设于该第一轴心的一端且其转动轴与该第一轴心平行；以及

该第一接合段呈环状且固定接合于该第一马达本体且位置与该行星齿轮组对应，其一内环面包含一外卡合结构；

一第二马达组，其固定接合于该第一接合段，其包含一第二马达本体、呈转动轴向设于该第二马达本体的一第二轴心以及一太阳轮轴心，其中：

该第二马达本体固定结合该第一接合段；

该第二轴心呈中空圆筒状，其朝向该第一马达本体的一端为一环形齿轮且啮合套接该行星齿轮组，该环形齿轮的外环面包含一内卡合结构；以及

该太阳轮轴心，其一端与该行星齿轮组啮合，其另一端呈转动插设于该第二轴心并穿出该第二马达本体；以及

一离合控制模组，其套设于该第二轴心，并接受控制卡合限制该第二轴心对该第一马达本体转动；该离合控制模组包含多数个外离合片、多数个内离合片以及多数个离合控制件，该外离合片以及该内离合片为交错套设于该环形齿轮外部的环片体，其中，该外离合片的一外环边与该外卡合结构对应卡合而限制对该外卡合结构转动，该内离合片的一内环边与该内卡合结构对应卡合而限制对该第二轴心相对转动，该外离合片与该内离合片具有投影重叠的面积，各离合控制件为结合第二马达本体的电控推杆。

所述的双马达同轴转向模组，该第二马达本体包含一体成形于该第二马达本体的一结合环，该结合环环状凸出于该第二马达本体，其盖合固定于该第一接合段；

该离合控制件包含一推杆、一回复弹簧以及一电控磁铁，该推杆为局部以导磁材质制成的杆体，该推杆呈移动插设贯穿该结合环，该回复弹簧套设于该推杆，该电控磁铁与该结合环相固设结合，该电控磁铁控制接受或未接受一控制器的控制以吸附或不吸附该推杆及压迫或释放该回复弹簧，而松开或锁定各内、外离合片。

综上所述，本发明具有如下优点：

1.本发明设有该环形齿轮、行星齿轮组、太阳轮轴心、离合控制模组，该环形齿轮对该太阳轮轴心及行星齿轮组具有可控制的两个转动自由度，让驾驶者可以于主动辅助转向时仍有自由操作方向盘的感受。

2.本发明的控制器读取外部车况信号后，可选择进行转向主动控制时，且因为驾驶者通过方向盘操控该太阳轮轴心，该控制器可通过控制该第一、第二马达组，使即使进行主动控制时仍不影响驾驶者控制方向盘的主观感受，更有效地改善车辆动态及增加安全性。

3.本发明的控制器读取车速等信号与驾驶者转动方向盘的信号，可进行较佳的辅助功能，使该控制器可通过控制该第一马达组，以提供较佳的辅助力，协助驾驶者转动方向盘，提升转向轻便性。

4.本发明的控制器读取车速等信号与驾驶者转动方向盘的信号，可进行较佳的辅助功能，使该控制器可通过控制该第二马达组，以提供适当的转向比，辅助驾驶者改变转向轮的转动方向，改善转向的操控特性。

5.本发明采用离合控制模组以使方向盘与连结前轮的转向机构得以在任意角度被锁定。

6.本发明可以被应用于现今被广泛使用的各种车辆、交通或运输工具上，可有效的改善驾驶者的操作手感，同时可节省能源的消耗。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的使用示意图；

图2为本发明另一较佳实施例的使用示意图；

图3为本发明较佳实施例的一双马达同轴转向模组分解图；

图4为本发明较佳实施例的该双马达同轴转向模组的局部剖面图。

主要元件标号说明

10：双马达同轴转向模组        12：第一马达组

122：第一马达本体             124：第一轴心

1242：结合齿                  1244：行星齿轮组

126：第一接合段               1262：外卡合结构

14：第二马达组                142：第二马达本体

1422：结合环                  144：第二轴心

1442：环形齿轮                1444：内卡合结构

146：太阳轮轴心               16：离合控制模组

162：外离合片                 164：内离合片

166：离合控制件               20：扭力感测器

30：控制器                    51：转向柱

52：齿条端

具体实施方式

请参考图1以及图2，其为本发明的电动辅助转向装置的较佳实施例使用示意图，该较佳实施例包含一双马达同轴转向模组10、一扭力感测器20以及一控制器30，其中，该双马达同轴转向模组10及该扭力感测器20分别与一机动装置(如汽车)转向系统的一转向柱51整合轴向连接且分别与该控制器30电性连接，该双马达同轴转向模组10与该扭力感测器20可分别连接于该转向柱51的不同位置(如图1所示)，或者，可整合连接于该转向柱51的相对应位置，如图2所示。

请参考图3以及图4，该双马达同轴转向模组10包含轴向平行相对啮合的一第一马达组12及一第二马达组14，以及一离合控制模组16。

该第一马达组12可为一直流驱动马达，其包含一第一马达本体122、可转动轴向设于该第一马达本体122的一第一轴心124以及一第一接合段126。该第一轴心124的两端分别突出该第一马达本体122且分别设有一结合齿1242以及一行星齿轮组1244。如图1以及图2所示，该结合齿1242与该机动装置的一齿条端52对应啮合，使该第一轴心124受该马达本体122驱动时，可以提供辅助力，协助驾驶者转向。

该行星齿轮组1244包含多数个行星齿轮，本较佳实施例为包含三个行星齿轮，每个行星齿轮互成间隔且分别枢设于该第一轴心124的一端，且各行星齿轮的轴心与该第一轴心124平行。

该第一接合段126为一环体，其呈轴向固定结合于该马达本体122并与该行星齿轮组1244的位置对应，本较佳实施例的该第一接合段126为一体成形于该马达本体122的环体，其包含一外卡合结构1262设于该第一接合段126的一内环面表面，该外卡合结构1262可为多数个等间隔设置，且长度方向与该第一轴心124轴向相对应的槽体。

该第二马达组14可为一直流驱动马达，其固定接合于该第一接合段126，其包含一第二马达本体142、可转动轴向设于该第二马达本体142的一第二轴心144以及一太阳轮轴心146。

该第二马达本体142可包含一体成形于该第二马达本体142的一结合环1422，该结合环1422环状凸出于该第二马达本体142，其外型与该第一接合段126对应且盖合于该第一接合段126而与该第一马达本体122固定结合。

该第二轴心144为中空圆筒体，其朝向该第一马达本体122的一端为一环形齿轮1442，该环形齿轮1442于该第一马达12与该第二马达14套接结合后，套设于该行星齿轮组1244并与该行星齿轮组1244的各个行星齿轮啮合。其中，该环形齿轮1442的一外环面设有一内卡合结构1444，该内卡合结构1444的外型可与该外卡合结构1262一致。

该太阳轮轴心146可非同步转动并同轴插设于该第二轴心144，其一端插设并啮合于该行星齿轮组1244的各行星齿轮之间，其另一端贯穿突出于第二马达14而与该转向柱51轴向固定接合。

该离合控制模组16包含多数个外离合片162、多数个内离合片164以及多数个离合控制件166，该外离合片162以及该内离合片164为交错套设于该环形齿轮1442外部的环片体，其中，该外离合片162的一外环边与该外卡合结构1262对应卡合而限制对该外卡合结构1262的转动，该内离合片164的一内环边与该内卡合结构1444对应卡合而限制与该第二轴心144相对转动，该外离合片162与该内离合片164具有投影重叠的面积。

该离合控制件166其控制各外离合片162以及各内离合片164的贴合紧密度，本较佳实施例的每一离合控制件166为一电控推杆，其可活动贯穿插设于该结合环1422，且可沿着各内、外离合片164、162的厚度方向移动，其一内端在正常状态下可压合各内、外离合片164、162使各内、外离合片164、162之间密合贴紧。反之，当各离合控制件166接受控制而使其内端与该内、外离合片164、162松脱或分离。当各内、外离合片164、162密合贴紧时，限制该第二轴心144对该第一接合段126的转动，反之，该第二轴心144可对该第一接合段126进行相对转动。本较佳实施例包含三个离合控制件166等间隔贯穿该结合环1422，且每一离合控制件166包含一推杆以及环套于该推杆外的回复弹簧，该推杆的一端朝向该内、外离合片164、162，该推杆的另一端可连接一电磁铁(未标示于图中)并接受该电磁铁的控制而使该推杆对着该内、外离合片164、162的厚度方向移动，本较佳实施例的电磁铁不动作时，该推杆受该回复弹簧的推力而持续压迫各内、外离合片164、162使其紧密贴合。该电磁铁可设于该双马达同轴转向模组10的外部表面，且每一电磁铁的位置与一个该推杆对应，该电控磁铁受该控制器30的控制，产生磁场而吸引该推杆，达到控制该推杆位置的目的。其中，该推杆可以是局部为导磁性金属的杆体，该导磁性金属的局部受该电磁铁产生磁场与否产生移动。

承前述说明，该第一马达组12以及该第二马达组14之间的传动关系，可如下列公式所述：

其中：

为该太阳轮轴心146的输入角速度；

为该第二轴心144及该环形齿轮1442的角速度；

N_33-31＝T₃₃/T₃₁(齿数比)，其中，T₃₁为该太阳轮轴心146的太阳轮齿数，T₃₃为该环形齿轮1442的环形齿轮齿数；及

为该第一轴心124及行星齿轮组1244的角速度。

因此，依据前述公式可知，该太阳轮轴心146与该环形齿轮1442对于输出的第一轴心124而言具有两个自由度的输入关系，且配合控制该离合控制模组16可以于必要时刻限制该环形齿轮1442的自由度。

该控制器30与该第一马达组12、该第二马达组14、各离合控制件166、该扭力感测器20电性连接，使用时，该控制器30通过该扭力感测器20持续感测驾驶者运转方向盘及施加于该转向柱51的输出扭力，且也可持续读取其它外部的车况动态信号(例如：一行车速度、一煞车命令、一四个轮子的轮速、一冲击信号、一爆胎信号等与行车状态相关的参数)判断是否需要主动转向控制。其中，该行车速度的感测，可以通过额外安装于汽车内且与该控制器30电性连接的一机械或电子式的车速感测器，或者，亦可利用轮速感应、变速箱输出轴转速…等传统估测运算方式取得车速。取得该煞车命令时，该控制器30可通过与汽车仪表板的一煞车信号灯连接，使该控制器30可于驾驶煞车时取得该煞车命令。该四个轮子的轮速及该爆胎信号，可以通过安装于汽车轮胎内部的四胎压侦测器(Tire Pressure Measuring Sensor，TPMS)的感应结果取得，该胎压侦测器通常为无线传输装置，其可将感测的轮胎胎内气压、转速等参数以无线信号传送至该控制器30，使该控制器30可以取得汽车是否爆胎、是否四个轮胎转速不一(打滑)…等车况动态信号。所谓的冲击信号，其主要是针对汽车行驶于道路上因路面的凸起或凹陷使轮胎受到干扰而将冲击力直接传递至方向盘，导致汽车误转向或让驾驶者感到不舒适的关系信号；由于该冲击信号与汽车微量转向有关，因此，该控制器30可通过读取与该转向柱51连接的该双马达同轴转向模组10的一反馈电流而得知该冲击信号。所谓的反馈电流，是因为该双马达同轴转向模组10于汽车遇到冲击时，其输出电流将产生微量变化，因此，可让该控制器30通过感应该双马达同轴转向模组10的输出电流的微量变化，判读冲击的发生。

该控制器30通过所输入的前述各项车况动态信号而决定是否进行主动转向控制，当该控制器30进行主动转向控制时，通过控制各离合控制件166而释放内、外离合片164、162(即电磁铁将推杆拉离该内、外离合片164、162)，使该控制器30可控制该第二马达组14，使该第二马达组14通过驱动该第二轴心144而转动该第一轴心124，达到主动转向控制的目的。若在熄火断电或不进行主动式转向控制时，该内、外离合片164、162受到各离合控制件166压迫而分别锁定限制该第二轴心144的自由度，而提供固定的转向减速比，使驾驶者可以直接控制该机动装置(如汽车)的转向。另外，该第一马达组12可受该控制器30控制，通过车况信号与驾驶者转动方向盘信号的回馈，于适当时机提供适当的辅助力，协助驾驶者转动方向盘，增加转向轻便性；该第二马达组14亦可受该控制器30控制，通过车况信号与驾驶者转动方向盘信号的回馈，于不同条件下改变转向系统的转向比，提升车辆的操控性能。

Claims (4)

1.一种电动辅助转向装置，其特征在于，所述电动辅助转向装置包含：

一双马达同轴转向模组，其包含：

一第一马达组，其包含一第一马达本体、轴向设于该第一马达本体的一第一轴心以及一第一接合段，该第一轴心的两端贯穿突出于该第一马达本体，其两端分别设有一结合齿以及一行星齿轮组，该行星齿轮组包含多数个行星齿轮，各行星齿轮互呈间隔设于该第一轴心的一端且其转动轴与该第一轴心平行，该第一接合段呈环状且固定接合于该第一马达本体且位置与该行星齿轮组对应，该第一接合段的一内环面包含一外卡合结构；

一第二马达组，其固定接合于该第一马达组，其包含一固定结合于该第一接合段的第二马达本体、呈转动轴向设于该第二马达本体的一第二轴心以及一太阳轮轴心，其中，该第二轴心、该太阳轮轴心分别与该第一轴心轴向平行啮合而与该第一轴心形成二个转动自由度，该第二轴心呈中空圆筒状，其朝向该第一马达本体的一端为一环形齿轮且啮合套接该行星齿轮组，该环形齿轮的一外环面包含一内卡合结构，该太阳轮轴心的一端与该行星齿轮组啮合，其另一端呈转动插设于该第二轴心并穿出该第二马达本体；以及

一离合控制模组，其接受控制限制该第二轴心对该第一马达本体或第二马达本体转动而限制该第二轴心的转动自由度；该离合控制模组套设于该第二轴心，其包含多数个外离合片、多数个内离合片以及多数个离合控制件，该外离合片以及该内离合片为交错套设于该环形齿轮外部的环片体，其中，该外离合片的一外环边与该外卡合结构对应卡合而限制对该外卡合结构转动，该内离合片的一内环边与该内卡合结构对应卡合而限制对该第二轴心相对转动，该外离合片与该内离合片具有投影重叠的面积，各离合控制件为结合第二马达本体的电控推杆；

一扭力感测器，其结合于一车辆转向柱，并感测该转向柱的扭力形成电信号予以输出；以及

一控制器，其与该第一马达组、该第二马达组、该离合控制模组、该扭力感测器电性连接，其读取该扭力感测器的电信号，并配合一外部的车况动态信号，以改变该第一马达组、该第二马达组及该离合控制模组的转动关系，各离合控制件接受该控制器的控制而压迫或松脱各内、外离合片而呈紧密贴合或呈分离；其中，该车况动态信号包含一行车速度信号、一煞车命令、一四个轮子的轮速信号、一冲击信号或一爆胎信号。

2.如权利要求1所述的电动辅助转向装置，其特征在于：

该第二马达本体包含一体成形于该第二马达本体的一结合环，该结合环环状凸出于该第二马达本体，其盖合固定于该第一接合段；

该离合控制件包含一推杆、一回复弹簧以及一电控磁铁，该推杆为局部以导磁材质制成的杆体，该推杆呈移动插设贯穿该结合环，该回复弹簧套设于该推杆，该电控磁铁与该控制器电性连接并固设于该结合环，该电控磁铁接受/未接受该控制器的控制以吸附或不吸附该推杆及压迫或释放该回复弹簧，而松开或锁定各内、外离合片。

3.一种用于电动辅助转向装置的双马达同轴转向模组，其特征在于，所述双马达同轴转向模组包含：

一第一马达组，其包含一第一马达本体、轴向设于该第一马达本体的一第一轴心以及一第一接合段，其中：

该第一轴心的两端贯穿突出于该第一马达本体，其两端分别设有一结合齿以及一行星齿轮组，该行星齿轮组包含多数个行星齿轮，各行星齿轮互呈间隔设于该第一轴心的一端且其转动轴与该第一轴心平行；以及

该第一接合段呈环状且固定接合于该第一马达本体且位置与该行星齿轮组对应，其一内环面包含一外卡合结构；

一第二马达组，其固定接合于该第一接合段，其包含一第二马达本体、呈转动轴向设于该第二马达本体的一第二轴心以及一太阳轮轴心，其中：

该第二马达本体固定结合该第一接合段；

该第二轴心呈中空圆筒状，其朝向该第一马达本体的一端为一环形齿轮且啮合套接该行星齿轮组，该环形齿轮的外环面包含一内卡合结构；以及

该太阳轮轴心，其一端与该行星齿轮组啮合，其另一端呈转动插设于该第二轴心并穿出该第二马达本体；以及

一离合控制模组，其套设于该第二轴心，并接受控制卡合限制该第二轴心对该第一马达本体转动；该离合控制模组包含多数个外离合片、多数个内离合片以及多数个离合控制件，该外离合片以及该内离合片为交错套设于该环形齿轮外部的环片体，其中，该外离合片的一外环边与该外卡合结构对应卡合而限制对该外卡合结构转动，该内离合片的一内环边与该内卡合结构对应卡合而限制对该第二轴心相对转动，该外离合片与该内离合片具有投影重叠的面积，各离合控制件为结合第二马达本体的电控推杆。

4.如权利要求3所述的双马达同轴转向模组，其特征在于：

该第二马达本体包含一体成形于该第二马达本体的一结合环，该结合环环状凸出于该第二马达本体，其盖合固定于该第一接合段；

该离合控制件包含一推杆、一回复弹簧以及一电控磁铁，该推杆为局部以导磁材质制成的杆体，该推杆呈移动插设贯穿该结合环，该回复弹簧套设于该推杆，该电控磁铁与该结合环相固设结合，该电控磁铁控制接受或未接受一控制器的控制以吸附或不吸附该推杆及压迫或释放该回复弹簧，而松开或锁定各内、外离合片。

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