CN102689650A - 循环球式动力转向系统 - Google Patents

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Abstract

用于向扇形齿轮传递扭矩的动力转向系统，包括第一球螺杆和环绕第一球螺杆的第一球螺母。第一球螺母通过多个球轴承以扭矩传递的方式与第一球螺杆相联，并且该第一球螺母与扇形齿轮啮合或接合，用于使用其传递扭矩。电马达被设置用于通过第一球螺母有选择地向扇形齿轮供应扭矩。

Description

循环球式动力转向系统
技术领域
本发明涉及用于车辆的循环球式动力转向系统。
背景技术
车辆使用转向系统以便传达从驾驶员至车辆的可转向轮(通常是前轮)的命令的方向或路线的变化，例如通过方向盘。动力转向系统通过给由驾驶员供应的动力增加动力和减少手动地转动方向盘所需的力量来辅助车辆驾驶员转向。
发明内容
本发明提供了用于向扇形齿轮传递扭矩的动力转向系统。动力转向系统包括第一球螺杆和环绕第一球螺杆的第一球螺母。第一球螺母通过多个球轴承以扭矩传递的方式与第一球螺杆相联。第一球螺母还与扇形齿轮啮合，用于使用其传递扭矩。电马达被设置用于通过第一球螺母有选择地向扇形齿轮供应扭矩。动力转向系统可包括设置在电马达和第一球螺母之间的传动单元，以使传动单元促进在电马达和第一球螺母之间扭矩的传递。
在下文结合附图进行的对实施本发明的一些较佳模式和其他实施例做出的详尽描述中能容易地理解本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
图1是车辆的电循环球式动力转向系统的等轴示意图；
图2是例如图1和其他附图所示的可用于动力转向系统的电循环球式机构的部分截面的等轴示意图，示出了安装在循环球式机构的前侧上的电马达。
图3是与图1所示的相似的可用于动力转向系统的电循环球式机构的部分截面的等轴示意图，示出了安装在循环球式机构的后侧或输入轴侧上的电马达。
图4是与图1所示的相似的可用于动力转向系统的电循环球式机构的部分截面的等轴示意图，示出了通过第二球螺杆至循环球式机构的动力传递。
图5是与图1所示的相似的可用于动力转向系统的电循环球式机构的部分截面的等轴示意图，示出了通过第二球螺母至循环球式机构的动力传递。
具体实施方式
参考附图，其中贯穿这些附图尽可能地以相同的附图标记对应相同或相似的部件，图1示出了车辆(剩余部分未示出)的循环球式动力转向系统10的示意图。图1示出了转向系统10的一些主要部件，该部件可定位于向着车辆的前方。其他附图中示出的特征和部件可与图1中的部件合并和使用。
尽管本发明结合汽车应用方面详细描述，但本领域的技术人员将认识到本发明更广的适用性。本领域的普通技术人员将认识到术语(例如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、等等)被用于描述附图，并且不代表对由所附的权利要求所限定的本发明的范围的限制。
转向系统10从方向盘12向转向臂14(部分未在图中示出)传递旋转和扭矩，该转向臂移动传递杆16。车辆的车轮(未示出)通过传递杆16的移动转动。转向柱18被附连到方向盘12，并包括多种连结机构、传感器、开关和附件。示出的方向盘12只是说明性的，并且其他类型的转向设备可被用于转向系统10。循环球式机构20(在此将以更多细节描述其示例)从方向盘12向转向臂14传递扭矩。
在图1示出的转向系统10中，方向盘12作为输入部件。输入信号(以扭矩和旋转运动的形式)被车辆操作者或驾驶员输入方向盘12。车辆前轮是图1示出的转向系统10中的输出部件。因此，循环球式机构20是来自方向盘12的输入与至转向臂14和车轮的输出之间的中间装置。其他输入和输出部件可被用于转向系统10和循环球式机构20。例如且非限制性地，循环球式机构20可从没有直接连结到方向盘12的线传动系统接收输入信号，在该情况中，输入部件可以是螺线管或小电机，并且转向柱可被移除或缩短。此外，转向臂14和传递杆16可被连结到车辆后轮(未示出)。
为了有选择地增加由车辆操作者从方向盘12传递的扭矩，转向系统10还包括电机或电马达22。循环球式机构20还从电马达22向转向臂14传递扭矩和动力，并合并来自方向盘12和电马达22的扭矩，以便移动转向臂14和传递杆16。方向盘12的扭矩和旋转被传递到循环球式机构20的输入轴24。
转向系统10的特征在于，方向盘12和输入轴24(部分未在图中示出)之间设置的转向柱18上没有助推机构，使得转向系统10不包括柱辅助件。此外，循环球式机构20不包括液压推动或液压辅助件。由电机22供应的扭矩量和动力量可根据车辆的驾驶条件而不同。
转向系统10可包括控制器或控制系统(未示出)。控制系统可包括一个或多个具有存储媒介和适量的可编程存储器的部件，该部件可存储和执行一个或多个算法或方法，以便实现转向系统10和并且可能地车辆的其他部件的控制。控制系统至少与电马达22和输入轴24相联。控制系统可与多个传感器和车辆的通信系统相通信。控制系统的每个部件可包括分布式控制器结构，例如基于微处理器的电子控制单元(ECU)。控制系统内可存在额外的模块或处理器。
在此参考图2，并继续参考图1，图2示出了可用于动力转向系统(例如图1示出的转向系统10)的循环球式机构220。图2大致示出了循环球式机构220的顶视图。其他附图中示出的特征和部件可与图2中的所示部件合并和使用。
循环球式机构220合并来自方向盘(未示出)或另一输入部件和电马达222的扭矩，并向转向臂214和从该转向臂传递扭矩。输入轴224被操作地连接到方向盘，例如通过转向柱和连结机构(未示出)，并被承载在壳体225内。输入轴224可被连接到其他输入部件。部分壳体225已被移除或横截以便更好地示出循环球式机构220的运作。壳体225(和示出的其他壳体设置)只是说明性的，并且其可采取图中示出的不同形式。
输入轴224具有形成在一个端部上的第一球螺杆226。示出的第一球螺杆226与输入轴224形成整体的一件式构件。壳体225可由多个单件形成并包括多种密封件和轴承，以便促进循环球式机构220的部件的移动。
第一球螺母228环绕第一球螺杆226并通过多个球轴承227(示意地示出)以扭矩传递的方式与第一球螺杆226相联，其中所述球轴承在第一球螺杆226和第一球螺母228之间运转。壳体225围绕第一球螺母228并引导其移动，以使第一球螺母228滑动而不在壳体225中旋转。方向盘的旋转促使输入轴224和第一球螺杆226旋转。在第一球螺杆226旋转时，旋转被传递到第一球螺母228并促使第一球螺母228线性(向左和向右，如图2所示)移动。
第一球螺母228与扇形齿轮232啮合，用于使用其传递扭矩。扇形齿轮232被刚性地附连到转向臂214(例如通过花键连接)，并可被壳体225或其它结构承载或支撑。因此，第一球螺母228的线性移动促使扇形齿轮232旋转，使得方向盘的移动导致扇形齿轮232和转向臂214移动。
循环球式机构220包括一个或多个传感器234，该传感器被设置用于确定输入轴224处的扭矩。传感器234监视由操作者输入到方向盘或其它控制设备的输入轴224的扭矩和位移。传感器234还监视由车轮传递到输入轴224的反扭矩。传感器234仅被示意地示出并可包括多种不同类型的传感器。此外，传感器234可与一个或多个控制系统(未示出)相联，以便处理来自传感器234的信号或命令。
电马达222被设置用于通过循环球式机构220有选择地向扇形齿轮232供应扭矩。由电马达222传递的扭矩量可部分地根据来自传感器234、控制系统或其它部件以及传感器的信号而可变地传递。此外，电马达222可被控制用于其它车辆系统，包括但不限于电子稳定控制、停车辅助和车道越位。在后轮转向或线传动设置中，传感器234可直接监视方向盘，该方向盘可不被机械地连结到输入轴224。
传动单元236被设置在电马达222和第一球螺母228之间，并使扭矩能够在电马达222和扇形齿轮232之间传递。传动单元236的部分已被移除或横截以便更好地示出传动单元236的运作。在图2示出的设置中，传动单元236由蜗轮238驱动。传动单元236被直接连接到和作用在壳体225端部上的第一球螺杆226上，该端部与输入轴224(相对于车辆行进的向前方向的前侧)相对。第一球螺杆226接着将扭矩传递到第一球螺母228。因此，电马达222提高被传递给扇形齿轮232和车轮的扭矩和动力。
传动单元236的其他设置(部分在此讨论过)可被用于循环球式机构220。例如且非限制性地，传动单元236可由链或带驱动，而不是蜗轮238，或传动单元236可包括其他齿轮、链齿轮、等等。此外，源自传动单元236的连接部的位置可以不同，只要电马达222和扇形齿轮232之间的连结机构被维持用于充足的扭矩传递和转向辅助。
替换地，循环球式机构220可被用于后轮转向系统。在这样的设置中，循环球式机构220可不包括输入轴224，并且输入信号将来自控制系统，该控制系统可监视方向盘并将驾驶员命令转换为转动后轮(未示出)所需的扭矩。在后轮应用中，循环球式机构220可使用电马达222作为单独扭矩来源，用于转动后轮。
在此参考图3，并继续参考图1和图2，图3示出了可用于动力转向系统(例如图1所示的转向系统10)的循环球式机构320。图3大致示出了循环球式机构320的侧视图，与图2所示的循环球式机构220相似。其他附图中示出的特征和部件可与图3所示的部件合并和使用。
循环球式机构320合并来自方向盘(未示出)或另一输入部件和电马达322的扭矩，并向转向臂314和从该转向臂传递扭矩。输入轴324被操作地连接到方向盘并被承载在壳体325内。壳体325的部分已被移除或横截以便更好地示出循环球式机构320的运作。输入轴324具有形成在一个端部上的第一球螺杆326。示出的第一球螺杆326与输入轴324形成整体的一件构件。
第一球螺母328环绕第一球螺杆326并通过多个球轴承(图3中未示出，但在图2中示意地示出)以扭矩传递的方式与第一球螺杆326相联，该球轴承在第一球螺杆326和第一球螺母328之间运转。壳体325围绕第一球螺母328并引导其移动。方向盘的旋转促使输入轴324和第一球螺杆326旋转。在第一球螺杆326旋转时，旋转被传递到第一球螺母328并促使第一球螺母328线性移动(大致为向左和向右，如图3所示)。
第一球螺母328与扇形齿轮332(大部分未在图中示出)啮合和接合，用于使用其传递扭矩。扇形齿轮332被刚性地附连到转向臂314，例如通过花键连接。因此，第一球螺母328的线性移动促使扇形齿轮332旋转，使得方向盘的移动导致扇形齿轮332和转向臂314的移动。
循环球式机构320包括一个或多个传感器334，该传感器被设置用于确定输入轴324或第一球螺杆326处的扭矩。传感器334监视与操作者向方向盘的输入相联的输入轴324的扭矩和位移，并且还监视由车轮传递回到输入轴324的反扭矩。传感器334可包括多个不同类型的传感器并可与控制系统(未示出)相联，以便处理来自传感器334的信号或命令。
电马达322被设置用于通过循环球式机构320有选择地向扇形齿轮332供应扭矩。由电马达322传递的扭矩量可部分地根据来自传感器334、控制系统或其它部件和传感器的信号。
传动单元336被设置在电马达322和第一球螺母328之间，并使扭矩能够在电马达322和扇形齿轮332之间传递。传动单元336的部分已被移除或横截以便更好地示出传动单元336的运作。在图3示出的设置中，传动单元336被蜗轮338驱动，并被直接连接到和作用在第一球螺杆326上。
图3中的传动单元336作用在壳体325的邻接输入轴324的端部上，允许电马达322和传动单元336置于循环球式机构320的方向盘侧上。示意地示出了传动单元336和第一球螺杆326之间的连接部，并且没有示出单独的轮齿。第一球螺杆326接着向第一球螺母328传递扭矩。因此，电马达322提高被传递给扇形齿轮332和车轮的扭矩和动力。
在此参考图4，并继续参考图1-3，图4示出了可用于动力转向系统(例如图1示出的转向系统10)的循环球式机构420。图4大致示出了循环球式机构420的侧视图。其他附图中示出的特征和部件可与图4中示出的部件合并和使用。
循环球式机构420合并来自方向盘(未示出)或另一输入部件和电马达422的扭矩，并向转向臂414和从该转向臂传递扭矩。输入轴424被操作地连接到方向盘并被承载在壳体425中。截取了穿过壳体425的横截面以更好地示出了循环球式机构420的运作。输入轴424具有形成在一个端部上的第一球螺杆426。示出的第一球螺杆426与输入轴424形成整体的一件式构件。
第一球螺母428环绕第一球螺杆426并通过多个球轴承(未示出)以扭矩传递的方式与第一球螺杆426相联，其中该球轴承在第一球螺杆426和第一球螺母428之间运转。壳体425围绕第一球螺母428并引导其移动。方向盘的旋转促使输入轴424和第一球螺杆426旋转。在第一球螺杆426旋转时，旋转被传递到第一球螺母428并促使第一球螺母428线性移动(大致为向左和向右，如图4所示)。
第一球螺母428与扇形齿轮432啮合(大部分为在图中示出)，用于使用其传递扭矩。扇形齿轮432被刚性地附连到转向臂414，例如通过花键连接。因此，第一球螺母428的线性移动促使扇形齿轮432旋转，使得方向盘的移动导致扇形齿轮432和转向臂414的移动。
循环球式机构420包括一个或多个传感器434，所述传感器被设置用于确定输入轴424或第一球螺杆426处的扭矩。传感器434监视与操作者向方向盘的输入相联的输入轴424的扭矩和位移，并且还监视由车轮传递回输入轴424的反扭矩。传感器434可包括多个不同类型的传感器并可与控制系统(未示出)相联，以便处理来自传感器434的信号或命令。
电马达422被设置用于通过循环球式机构420有选择地向扇形齿轮432供应扭矩。由电马达422传递的扭矩量可部分地根据来自传感器434、控制系统或其它部件和传感器的信号。
传动单元436被设置在电马达422和第一球螺母428之间，并使扭矩能够在电马达422和扇形齿轮432之间传递。传动单元436的部分已被横截以便更好地示出传动单元436的运作。
循环球式机构420进一步包括第二球螺杆440，该第二球螺杆与第一球螺杆426大致同轴。第二球螺杆440也通过多个球轴承以扭矩传递的方式与第一球螺母428相联。因此，扭矩可从第一球螺杆426和第二球螺杆440中的一个或两个传递到第一球螺母428。
在图4示出的设置中，传动单元436由蜗轮438驱动，并通过其上附连的齿轮被直接连接到和作用在第二球螺杆440上。在图4示出的设置中，传动单元436作用在壳体425的和输入轴424相对的端部上。示意地示出了传动单元436和第二球螺杆440之间的连接部，并且没有示出单独的轮齿。第二球螺杆440和第一球螺杆426接着将合并的扭矩传递到第一球螺母428。因此，电马达422提高被传递给扇形齿轮432和车轮的扭矩和动力。
在此参考图5，并继续参考图1-4，图5示出了可用于动力转向系统(例如图1示出的转向系统10)的循环球式机构520。图5大致示出了循环球式机构520的侧视图。其他附图中示出的特征和部件可与图5中的该部件合并和使用。
循环球式机构520合并来自方向盘(未示出)或另一输入部件和电马达522的扭矩，并向转向臂514和从该转向臂传递扭矩。电马达522的大部分未在图5中示出。输入轴524被操作地连接到方向盘并被承载在壳体525中。已截取穿过壳体525的横截面以更好地示出了循环球式机构520的运作。
输入轴524具有形成在一个端部上的第一球螺杆526。示出的第一球螺杆526与输入轴524形成整体的一件式构件。壳体525可由多个单件形成并可包括多种密封件和轴承，以便促进循环球式机构520的部件的移动。
第一球螺母528环绕第一球螺杆526并通过多个球轴承(未示出)以扭矩传递的方式与第一球螺杆526相联，其中该球轴承在第一球螺杆526和第一球螺母528之间运转。壳体525围绕第一球螺母528并引导其移动。
方向盘的旋转促使输入轴524和第一球螺杆526旋转。在第一球螺杆526旋转时，旋转被传递到第一球螺母528并促使第一球螺母528线性移动(大致为向左和向右，如图5所示)。
第一球螺母528与扇形齿轮532(大部分未在图中示出)啮合和接合，用于使用其传递扭矩。扇形齿轮532被刚性附连到转向臂514，例如通过花键连接。因此，第一球螺母528的线性移动促使扇形齿轮532旋转，使得方向盘的移动导致扇形齿轮532和转向臂514的移动。壳体525和扇形齿轮532防止第一球螺母526旋转，使得其可平移而不可旋转。
循环球式机构520包括一个或多个传感器534，该传感器被设置用于确定输入轴524或第一球螺杆526处的扭矩。传感器534监视与操作者向方向盘的输入相联的输入轴524的扭矩和位移，并且还监视由车轮传递回输入轴524的反扭矩。传感器534可包括多个不同类型的传感器并可与控制系统(未示出)相联，以便处理来自传感器534的信号或命令。
电马达522被设置用于通过循环球式机构520有选择地向扇形齿轮532供应扭矩。由电马达522传递的扭矩量可部分地根据来自传感器534、控制系统或其它部件和传感器的信号。
传动单元536被设置在电马达522和第一球螺母528之间，并使扭矩能够在电马达522和扇形齿轮532之间传递。传动单元536的部分已被横截以便更好地示出传动单元536的运作。
循环球式机构520进一步包括第二球螺杆540，该第二球螺杆与第一球螺杆526大致同轴。第二球螺杆540与第一球螺母528整体地形成为单件。因此，第一球螺母528和第二球螺杆540一起移动。不同于图4示出的第二球螺杆440，图5示出的第二球螺杆540只滑动而不旋转。
循环球式机构520还包括第二球螺母542，该第二球螺母环绕第二球螺杆540并通过多个球轴承以扭矩传递的方式与第二球螺杆540相联，其中该球轴承在第二球螺杆540和第二球螺母542之间运转。循环球式机构520可包括多个球轴承中的两组独立的球轴承。壳体525也围绕第二球螺母540并引导其移动。不同于第一球螺母526，第二球螺母542旋转，但不在壳体525中平移。
在图5示出的设置中，传动单元536由链或带538驱动，并通过与其附连的齿轮或凸缘被直接连接到和作用在第二球螺母542上。在图5示出的设置中，传动单元536作用在壳体525的和输入轴524相对的端部上。示意地示出了传动单元536和第二球螺母542之间的连接部。第二球螺母542从电马达522向被附连到第一球螺母528的第二球螺杆540传递扭矩。
通过第二球螺母542来自电马达522和通过第一球螺杆526来自方向盘的合并的扭矩被传递到第一球螺母528。因此，电马达522提高被传递给扇形齿轮532和车轮的扭矩和动力。
图中示出的循环球式机构220、320、420和520还可以线传动设置被用于后轮转向系统。在这样的设置中，循环球式机构220、320、420和520可将来自方向盘的输入信号转换为用于电马达222、322、422和522的扭矩命令，该命令随后将控制后轮的移动。
详细描述和附图是对本发明的支持性的描述，而本发明的范围仅仅由权利要求限定。尽管已经对执行本发明的一些较佳模式和其他实施例进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于向扇形齿轮传递扭矩的动力转向系统，包括：
第一球螺杆；
环绕第一球螺杆的第一球螺母，并且所述第一球螺母通过多个球轴承以扭矩传递的方式与第一球螺杆相联，其中第一球螺母与扇形齿轮啮合，用于使用其传递扭矩；以及
电马达，被设置用于通过所述第一球螺母向所述扇形齿轮供应扭矩。
2.根据权利要求1所述的动力转向系统，进一步包括：
设置在所述电马达和所述第一球螺母之间的传动单元。
3.根据权利要求2所述的动力转向系统，其中所述传动单元被直接连接到和作用在所述第一球螺杆上。
4.根据权利要求2所述的动力转向系统，进一步包括：
与所述第一球螺杆大致同轴的第二球螺杆。
5.根据权利要求4所述的动力转向系统，进一步包括：
环绕所述第二球螺杆的第二球螺母，并且所述第二球螺母通过多个球轴承与所述第二球螺杆相联。
6.根据权利要求5所述的动力转向系统，其中所述第二球螺杆和所述第一球螺母整体地形成一件式单元。
7.根据权利要求6所述的动力转向系统，其中所述传动单元被直接连接到和作用在所述第二球螺母上。
8.根据权利要求7所述的动力转向系统，进一步包括：
方向盘；
输入轴；以及
其中该动力转向系统的特征在于，无需设置在所述方向盘和所述第一球螺杆之间的推动机构。
9.根据权利要求2所述的动力转向系统，进一步包括：
与所述第一球螺杆大致同轴的第二球螺杆，并且所述第二球螺杆通过所述多个球轴承以扭矩传递的方式与所述第一球螺母相联，使得扭矩可从所述第一球螺杆和从所述第二球螺杆被传递到所述第一球螺母。
10.根据权利要求9所述的动力转向系统，其中所述传动单元被直接连接到和作用在所述第二球螺杆上。
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