CN105438254A - 一种纯电动助力转向器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯电动助力转向器，它包括转向控制系统（1）和转向助力系统（2），所述的转向助力系统（2）包括助力电机控制器（3）、助力电机（4）、多级行星减速机构（8）和转向器输出轴（21），所述的助力电机控制器（3）两端分别与转向控制系统（1）和助力电机（4）连接，助力电机（4）的输出端连接多级行星减速机构（8）的输入端，多级行星减速机构（8）的输出端与转向器输出轴（21）连接，转向器输出轴（21）还与转向控制系统（1）连接。本发明提供了一种可输出大扭矩的电动助力转向器，该转向器解决了目前电动助力转向器在应用上的局限性，填补了中、重型客货车无法使用纯电动助力转向器的空白。

Description

一种纯电动助力转向器

技术领域

本发明涉及汽车转向器技术领域，特别是一种纯电动助力转向器。

背景技术

如今，电动汽车已是时代的发展方向，电动助力转向器也已成为转向器行业的发展方向。而目前市场上的电动助力转向器主要还是只能用于小型乘用车的齿轮齿条式轴助力电动转向器，纯电动公交车、新能源大客车、重型汽车及各型客货汽车等商用车仍不得不用液压助力转向器，能提供大输出扭矩的纯电动助力转向器在国内外还是个空白。

同液压助力转向系统相比，电动助力转向系统不用液压装置，没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等零部件，零件数目少，布置方便，重量轻。更重要的是汽车在行驶过程中转向助力需要根据工况进行变化；因为在高速行驶时，轮胎的横向阻力小，转向盘变得轻飘，很难捕捉路面的感觉，也容易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制；所以在高速时要适当降低助力，甚至需要提供一定反助力，才能实现车辆的良好操控；且这种变化必须平顺过渡，只有采用电动转向才能更好的实现。此外，电动助力转向器无“寄生损失”和液体泄漏损失，在各种行驶条件下，电动助力转向系统比液压助力转向系统均可节能80%左右。

综上所述，电动助力转向系统即可提高汽车的运行性能，又可节约能源、改善环境。如果能够提供一种大输出扭矩的电动转向器，市场需求量必定相当可观；若有技术成熟的适用于商用车的电动转向器新产品，那必将会得到迅速的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可输出大扭矩的电动助力转向器。该转向器解决了目前电动助力转向器在应用上的局限性，让中、重型客货车也有高效节能、转向轻便、操控稳定性更好的电动转向器选用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种纯电动助力转向器，它包括转向控制系统和转向助力系统，所述的转向助力系统包括助力电机控制器、助力电机、多级行星减速机构和转向器输出轴，所述的助力电机控制器的输入端与转向控制系统连接，助力电机控制器的输出端与助力电机的输入端连接，助力电机的输出端连接多级行星减速机构的输入端，多级行星减速机构的输出端与转向器输出轴连接，转向器输出轴还与转向控制系统连接。助力电机可选用正弦波稀土永磁同步助力电机。

优选地，所述的多级行星减速机构包括高速组行星减速机构和低速组行星减速机构，所述的高速组行星减速机构、低速组行星减速机构和转向器输出轴依次串接，所述的高速组行星减速机构和低速组行星减速机构分别包括两级行星减速机构，每级行星减速机构分别包括太阳轮、行星轮和行星架，所述的行星轮均通过轴承A安装在行星架上，相邻上一级的行星架与相邻下一级的太阳轮固定连接，位于最前端的太阳轮与助力电机的输出端固定连接，位于最后端的行星架与转向器输出轴固定连接，所述的高速组行星减速机构和低速组行星减速机构分别通过齿圈A和齿圈B固定安装在转向器壳体A和转向器壳体B的内部，转向器壳体A与转向器壳体B扣合连接，助力电机固定在转向器壳体A上，转向器输出轴通过轴承B设置在转向器壳体B上。

优选地，所述的轴承B的外侧还设置有骨架油封A，所述的骨架油封A设置在转向器壳体B与转向器输出轴之间。

优选地，所述的转向器壳体B与转向器输出轴之间设置有轴承C。

优选地，所述的转向控制系统包括蜗轮蜗杆减速机构、转向器输入轴、弹性扭杆和扭矩传感器，所述的转向器输出轴配合安装在蜗轮的中心处，所述的转向器输入轴的一端与蜗杆配合安装，弹性扭杆的两端分别固定安装在转向器输入轴和蜗杆的腔体内，所述的扭矩传感器设置在转向器输入轴和蜗杆的外侧，所述的扭矩传感器还与助力电机控制器相连，所述的蜗杆两端分别通过轴承D和轴承E配合安装在转向器壳体B内，所述的转向器输入轴通过轴承F配合安装在转向器上盖上，转向器上盖扣合安装在转向器壳体B上。

优选地，所述的轴承D的外侧还设置有锁紧螺塞，所述的锁紧螺塞配合安装在转向器壳体B内部，锁紧螺塞与蜗杆之间设置有骨架油封B。把锁紧螺塞装入转向器壳体与轴承D的外圈端面贴合，使蜗杆相对于转向器壳体B轴向限位的同时又能保证蜗杆的灵活转动。

优选地，所述的转向器壳体B与转向器上盖的连接处设置有出线套，扭矩传感器通过数据线与助力电机控制器连接，数据线通过出线套引出。

优选地，所述的弹性扭杆两端分别通过销或键与转向器输入轴和蜗杆固定连接。

优选地，所述的轴承D和轴承E均为角接触球轴承。

本发明具有以下优点：

1、本发明结构独特、新颖、设计合理、综合了行星减速机构和蜗轮蜗杆减速机构的优点：转向器中转向助力与转向控制采用两种不同形式的减速机构，以相互独立的两条传动路线将所输出的扭矩共同作用于转向器输出轴上。具体的是助力电机的输出扭矩由助力电机的轴伸端通过多级行星减速机构减速增扭，把扭矩传递到转向输出轴上；而方向盘的转向手力是通过转向器输入轴、弹性扭杆传递到蜗杆，再通过蜗轮传递到转向输出轴上。所采用的行星减速机构具有高传动效率（单级在0.97～0.99）、高刚性、高精度（单级可做到1分以内）、使用寿命长、有较高的扭矩/体积比、输出扭矩可以做的很大等优点；蜗轮蜗杆减速机构具有结构紧凑、单级减速比大等优点，本设计采用独特的结构合理的利用了两种减速机构的优点。

2、转向助力系统采用多级行星减速机构，具有重量轻、体积小、传动效率极高、运行平稳、抗冲击和振动能力强等优点：转向助力电机通过高传动效率的行星减速机构传递扭矩到转向器输出轴作为转向器的主输出扭矩（多级行星减速机构传动效率能达到0.9左右），与传统的齿轮齿条式电动转向器相比更加节能环保，选用更小功率的助力电机就能满足汽车的助力转向和主动回正。且转向器中的行星减速机构具有独特的功率分流和动轴线运动特性，一方面，各行星轮均布在中心轮周围共同分担载荷，故使每个轮齿所承受的负荷小，采用较小的齿轮模数就能传递较大扭矩；另一方面，由于行星减速机构的对称性，作用于中心轮与行星架轴承中的反作用力能相互平衡，轴承的径向受力很小，因而运动平稳，抗冲击和振动的能力强，适合用作转向器的传动机构。

3、转向控制系统采用蜗轮蜗杆减速机构来传递方向盘所输入的控制转向的方向盘手力，能实现方向盘用较小转动角度完成车辆的转弯：本发明的新型电动助力转向器蜗轮蜗杆的减速比可以自由的选择，所以能实现方向盘用较小转动角度完成车辆的转弯，驾驶员可以像驾驶乘用轿车一样驾驶商用客、货大车。且转向助力系统和转向控制系统两个单元的传动相互独立，所以变换控制系统的蜗轮与蜗杆的减速比不会影响到转向助力系统的扭矩传递；而传统的循环球式助力转向器为了能达到所要求的输出扭矩不得不增大转向器执行机构的传动比，导致方向盘输入轴的总圈数增大。

4、转向助力电机选用正弦波稀土永磁同步助力电机，此助力电机具有低振动噪声、效率高、起动力矩大、矩平稳性好、控制精度高、结构紧凑等优点，非常适合作电动助力转向器的助力电机。它调整速比大，调速精度高，易实现恒转矩控制，动态响应快，过载能力强，可靠性又高，还具有弱磁扩速能力，可实现超速运行，与上述多级行星减速机构相组合就是一种堪称完美的纯电动助力转向器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1-转向控制系统，2-转向助力系统，3-助力电机控制器，4-助力电机，5-太阳轮，6-行星轮，7-行星架，8-多级行星减速机构，9-齿圈A，10-高速组行星减速机构，11-转向器壳体A，12-转向器壳体B，13-低速组行星减速机构，14-齿圈B，15-轴承A，16-蜗杆，17-蜗轮，18-轴承C，19-轴承B，20-骨架油封A，21-转向器输出轴，22-轴承D，23-轴承E，24-锁紧螺塞，25-骨架油封B，26-扭矩传感器，27-轴承F，28-弹性扭杆，29-转向器输入轴，30-转向器上盖，31-出线套。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种纯电动助力转向器，它包括转向控制系统1和转向助力系统2。所述的转向助力系统2包括助力电机控制器3、助力电机4、多级行星减速机构8和转向器输出轴21。

本发明中转向助力系统2与转向控制系统1采用两种不同形式的减速机构，以相互独立的两条传动路线将所输出的扭矩共同作用于转向器输出轴21上。具体的是助力电机4的输出扭矩由助力电机4的轴伸端通过多级行星减速机构8减速增扭，把扭矩传递到转向器输出轴21上；而方向盘的转向手力是通过转向器输入轴29、弹性扭杆28传递到蜗杆16，再通过蜗轮17传递到转向输出轴21上。

具体地，转向助力系统2所采用的减速机构为多级行星减速机构8。所述的多级行星减速机构8包括高速组行星减速机构10和低速组行星减速机构13；高速组行星减速机构10和低速组行星减速机构13分别通过齿圈A9和齿圈B14固定安装在转向器壳体A11和转向器壳体B12的内部。转向器壳体A11与转向器壳体B12扣合连接形成转向器的外壳体。助力电机4、高速组行星减速机构10、低速组行星减速机构13和转向器输出轴21依次串接，助力电机4的输入端还与助力电机控制器3连接；助力电机4固定在转向器壳体A11上；转向器输出轴21通过轴承B19设置在转向器壳体B12上，轴承B19的外侧还设置有骨架油封A20，骨架油封A20设置在转向器壳体B12与转向器输出轴21之间，转向器壳体B12与转向器输出轴21之间设置有轴承C18。

所述的高速组行星减速机构10和低速组行星减速机构13分别包括两级行星减速机构，每级行星减速机构分别包括太阳轮5、行星轮6和行星架7；所述的行星轮6均通过轴承A15安装在行星架7上，相邻上一级的行星架7与相邻下一级的太阳轮5固定连接，位于最前端的太阳轮5与助力电机4的输出端固定连接，位于最后端的行星架7与转向器输出轴21固定连接。

具体地，转向控制系统1所采用的减速机构为蜗轮蜗杆减速机构，所述的转向控制系统1包括蜗轮蜗杆减速机构、转向器输入轴29、弹性扭杆28和扭矩传感器26；

所述的转向器输出轴21配合安装在蜗轮17的中心处，转向器输入轴29的一端与蜗杆16配合安装，弹性扭杆28的两端分别通过销或键固定安装在转向器输入轴29和蜗杆16的腔体内，转向器输入轴29和蜗杆16的外侧设置有扭矩传感器26，扭矩传感器26通过数据线与助力电机控制器3相连，数据线通过设置在转向器壳体B12与转向器上盖30连接处的出线套31引出。蜗杆16两端分别通过轴承D22和轴承E23配合安装在转向器壳体B12内，轴承D22和轴承E23均为角接触球轴承，轴承D22的外侧还设置有锁紧螺塞24，锁紧螺塞24配合安装在转向器壳体B12内部，锁紧螺塞24与蜗杆16之间设置有骨架油封B25。转向器输入轴29通过轴承F27配合安装在转向器上盖30上，转向器上盖30扣合安装在转向器壳体B12上。

进行转向操纵时，转向器输出轴21所受的转向负载变化能通过蜗轮蜗杆减速机构反馈到弹性扭杆28与转向器输入轴29上。方向盘的转向手力带动转向器输入轴29旋转使弹性扭杆28根据转向阻力的大小产生适量的变形，扭矩传感器26把弹性扭杆28的变形大小、扭转方向，转向器输入轴29的转动角度等信息传递给助力电机控制器3。助力电机控制器3根据接收到的传感器信号、车速信号等按一定规律控制转向助力电机4，使助力电机4在不同的车速和不同的转角下都能为转向器控制车辆的转向提供理想的助力。

Claims (9)

1.一种纯电动助力转向器，其特征在于：它包括转向控制系统（1）和转向助力系统（2），所述的转向助力系统（2）包括助力电机控制器（3）、助力电机（4）、多级行星减速机构（8）和转向器输出轴（21），所述的助力电机控制器（3）的输入端与转向控制系统（1）连接，助力电机控制器（3）的输出端与助力电机（4）的输入端连接，助力电机（4）的输出端连接多级行星减速机构（8）的输入端，多级行星减速机构（8）的输出端与转向器输出轴（21）连接，转向器输出轴（21）还与转向控制系统（1）连接。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动助力转向器，其特征在于：所述的多级行星减速机构（8）包括高速组行星减速机构（10）和低速组行星减速机构（13），所述的高速组行星减速机构（10）和低速组行星减速机构（13）分别包括两级行星减速机构，每级行星减速机构分别包括太阳轮（5）、行星轮（6）和行星架（7），所述的行星轮（6）均通过轴承A（15）安装在行星架（7）上，相邻上一级的行星架（7）与相邻下一级的太阳轮（5）固定连接，位于最前端的太阳轮（5）与助力电机（4）的输出端固定连接，位于最后端的行星架（7）与转向器输出轴（21）固定连接，所述的高速组行星减速机构（10）和低速组行星减速机构（13）分别通过齿圈A（9）和齿圈B（14）固定安装在转向器壳体A（11）和转向器壳体B（12）的内部，转向器壳体A（11）与转向器壳体B（12）扣合连接，助力电机（4）固定在转向器壳体A（11）上，转向器输出轴（21）通过轴承B（19）设置在转向器壳体B（12）上。

3.根据权利要求2所述的一种纯电动助力转向器，其特征在于：所述的轴承B（19）的外侧还设置有骨架油封A（20），所述的骨架油封A（20）设置在转向器壳体B（12）与转向器输出轴（21）之间。

4.根据权利要求2所述的一种纯电动助力转向器，其特征在于：所述的转向器壳体B（12）与转向器输出轴（21）之间设置有轴承C（18）。

5.根据权利要求1所述的一种纯电动助力转向器，其特征在于：所述的转向控制系统（1）包括蜗轮蜗杆减速机构、转向器输入轴（29）、弹性扭杆（28）和扭矩传感器（26），所述的转向器输出轴（21）配合安装在蜗轮（17）的中心处，所述的转向器输入轴（29）的一端与蜗杆（16）配合安装，弹性扭杆（28）的两端分别固定安装在转向器输入轴（29）和蜗杆（16）的腔体内，所述的扭矩传感器（26）设置在转向器输入轴（29）和蜗杆（16）的外侧，所述的扭矩传感器（26）还与助力电机控制器（3）相连，所述的蜗杆（16）两端分别通过轴承D（22）和轴承E（23）配合安装在转向器壳体B（12）内，所述的转向器输入轴（29）通过轴承F（27）配合安装在转向器上盖（30）上，转向器上盖（30）扣合安装在转向器壳体B（12）上。

6.根据权利要求5所述的一种纯电动助力转向器，其特征在于：所述的轴承D（22）的外侧还设置有锁紧螺塞（24），所述的锁紧螺塞（24）配合安装在转向器壳体B（12）内部，锁紧螺塞（24）与蜗杆（16）之间设置有骨架油封B（25）。

7.根据权利要求5所述的一种纯电动助力转向器，其特征在于：所述的转向器壳体B（12）与转向器上盖（30）的连接处设置有出线套（31），扭矩传感器（26）通过数据线与助力电机控制器（3）连接，数据线通过出线套（31）引出。

8.根据权利要求5所述的一种纯电动助力转向器，其特征在于：所述的弹性扭杆（28）两端分别通过销或键与转向器输入轴（29）和蜗杆（16）固定连接。

9.根据权利要求5所述的一种纯电动助力转向器，其特征在于：所述的轴承D（22）和轴承E（23）均为角接触球轴承。