CN105564498A - 一种车用循环球式电动转向器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用循环球式电动转向器，包括输入部件、输出部件、外壳和助力机构，输入部件包括输入轴，以及连接在输入轴输出端的转向螺杆，输出部件包括输出齿条螺母和输出轴，输出齿条螺母套接在转向螺杆外构成丝杆结构，输出轴上设有与输出齿条螺母外侧适配的齿轮，助力机构包括转角传感器、控制器和助力驱动器，转角传感器安装在输入部件处收集输入信息，控制器分别连接转角传感器和助力驱动器，并根据输入信息对助力驱动器进行控制，助力驱动器的输出与输出齿条螺母或输出轴相连接，大大降低了转向器输入部分各零件的负载，大大减小了转向器输入部分各零件尺寸的大小，与转向器一体，不受驾驶室空间限制、传动效率高、适应性强。

Description

一种车用循环球式电动转向器
技术领域
本发明涉及一种车用循环球式电动转向器。
背景技术
随着科学技术的发展，汽车技术逐渐向智能化发展，智能汽车所包含的自动驾驶、自动紧急避让、自动泊车等等辅助驾驶功能都必须建立在车载转向的基础上，电动转向器与传统的液压助力转向器相比操纵性能更好，控制器(ECU)通过程序指引对车速、方向盘转速等信息提供不同的转向助力，从而达到最佳操纵性能，新能源电动汽车发展越来越快，由于取消了发动机，以传统液压助力的动力系统将被取代，以电能作为动力来源的电动转向器的发展得到了越来越广泛的应用，电动转向器的发展已是转向行业大势所趋。
汽车上通过电动机产生的动力来辅助驾驶员转向的转向器为汽车电动转向器，目前车辆使用的电动转向器主要有齿轮齿条式和循环球式两种，齿轮齿条式转向器主要用于乘用车、轻型商用车(例如皮卡)，循环球式转向器主要用于商用车，由于通用性考虑和电动转向器最大输出力矩所限，目前只有齿轮齿条式电动转向器得于广泛应用，而齿轮齿条式电动转向器不仅在车辆应用上局限于轿车、轻型商用车，而且齿轮齿条式电动转向器的输出力矩有限，不适用于前桥负荷大的车辆。
循环球式电动转向器是指转向器的操纵机械为循环球结构转向器，循环球式转向器由螺杆螺母共同形成的螺旋槽内装钢球构成的传动副，以及螺母上齿条与输出轴上齿扇构成的传动副组成，循环球式电动转向器的应用要尽量不改变原车上转向器之前、之后的转向传动机构：包括方向盘、转向轴、转向万向节、转向器安装支架、转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂等，要保证转向器输入轴位置尺寸、安装尺寸、输出轴位置尺寸、输出力矩、最大输出角度、传动比与传统液压助力循环球转向器尽量一致，而目前的循环球式电动转向器助力源安装在输入轴，转向器输入部分各零件的负载大，这对转向器输入部分各零件的强度等性能要求很高，转向器输入部分各零件尺寸大，难以满足以上要求并难以应用于前桥负荷较大的商用车领域，局限了其在电动汽车中的应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种车用循环球式电动转向器，将助力源安装在转向器的输出端，直接对输出端进行驱动。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
一种车用循环球式电动转向器，包括输入部件、输出部件、外壳和助力机构；
所述输入部件包括输入轴，以及连接在输入轴输出端的转向螺杆；
所述输出部件包括输出齿条螺母和输出轴，
所述的输出齿条螺母套接在转向螺杆外构成丝杆结构，
所述的输出轴上设有与所述输出齿条螺母外侧适配的齿轮；
所述助力机构包括转角传感器、控制器和助力驱动器，
所述的转角传感器安装在输入部件处收集输入信息，
所述的控制器分别连接转角传感器和助力驱动器，并根据输入信息对助力驱动器进行控制，
所述的助力驱动器的输出与输出齿条螺母或输出轴相连接。
进一步地，所述输出齿条螺母末端设置有滚球丝杆，平稳精确，实现助力驱动器的减速增矩输出，所述助力驱动器连接有传动机构，所述助力驱动器通过传动机构与滚球丝杆相连接，减轻输入部件的负载。
更进一步地，所述传动机构为蜗轮蜗杆机构，可以得到很大的传动比，结构紧凑，承载能力大，传动平稳、噪音很小。
更进一步地，所述传动机构为同步皮带轮机构，传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比，传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低，传动效率高，维护保养方便，不需润滑，维护费用低，速比范围大，具有较大的功率传递范围。
更进一步地，所述助力驱动器的输出连接在输出轴尾端，简单实用。
更进一步地，所述输出轴尾端设有联接平键，简单实用。
更进一步地，所述助力驱动器连接有减速增矩齿轮副，所述助力驱动器通过减速增矩齿轮副连接到输出轴的齿轮上，实现助力驱动器的减速增矩输出，进一步减轻转向器输入部分的负载。
更进一步地，所述助力驱动器包括助力电机、电磁离合器和减速器，控制助力驱动器离合。
更进一步地，所述助力电机为直流电机。
更进一步地，所述电磁离合器为干式多片电磁离合器。
本发明的有益效果是：方向盘通过输入轴输入转动信息，转角传感器对输入信息进行收集并传送给控制器，输入轴转动的同时带动转向螺杆转动，转向螺杆带动输出齿条螺母转动，输出齿条螺母通过与其外侧适配的齿轮带动输出轴转动，同时，控制器根据输入信息对助力驱动器进行控制，助力驱动器驱动输出齿条螺母或输出轴完成转向动作。将助力机构安装在电动转向器的输出部分，大大降低了转向器输入部分各零件的负载，减轻了转向器输入部分各零件的强度等性能要求，大大减小了转向器输入部分各零件尺寸的大小，与转向器一体，不受驾驶室空间限制、传动效率高、不改变原车上转向器之前、之后的转向传动机构：包括方向盘、转向轴、转向万向节、转向器安装支架、转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂等，有效保证转向器输入轴位置尺寸、安装尺寸、输出轴位置尺寸、输出力矩、最大输出角度、传动比与传统液压助力循环球转向器一致，在满足功率和传动比的情况下可以获得较大的输出力矩，可以轻易地应用于前桥负荷较大的商用车领域，使其可在电动汽车中得以广泛应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是实施例1中一种车用循环球式电动转向器的结构示意图；
图2是实施例1中一种车用循环球式电动转向器沿A-A的剖面图；
图3是实施例2中一种车用循环球式电动转向器的主视图；
图4是实施例2中一种车用循环球式电动转向器的左视图；
图5是实施例2中一种车用循环球式电动转向器的右视图；
图6是实施例3中一种车用循环球式电动转向器的主视图；
图7是实施例3中一种车用循环球式电动转向器的左视图；
图8是实施例3中一种车用循环球式电动转向器的右视图；
图9是实施例4中一种车用循环球式电动转向器的结构示意图；
图10是实施例4中一种车用循环球式电动转向器沿B-B的剖面图。
具体实施方式
本发明提供了多个具体实施例对车用循环球式电动转向器的结构进行说明。
参照图1～2，本发明提供的实施例1，包括输入部件、输出部件、外壳和助力机构，输入部件包括输入轴11，以及连接在输入轴11输出端的转向螺杆21，输出部件包括输出齿条螺母22和输出轴31，输出齿条螺母22套接在转向螺杆21外构成丝杆结构，输出轴31上设有与输出齿条螺母22外侧适配的扇齿，助力机构包括转角传感器12、控制器和助力驱动器32，转角传感器12安装在输入部件处收集输入信息，控制器分别连接转角传感器12和助力驱动器32，并根据输入信息对助力驱动器32进行控制。
驾驶者操作方向盘转动车辆，方向盘将转动信息传递给输入轴11，输入轴11再将转动信息传递给转向螺杆21，同时，转角传感器12对输入的转动信息进行收集，转向螺杆21带动输出齿条螺母22进行转动，输出齿条螺母22与输出轴31上的扇齿相啮合并带动其转动，另一方面，转角传感器12将输入的转动信息传递给控制器，控制器根据输入的转动信息驱动助力电机输出，助力电机通过减速器进行减速增矩，同时还连接有电磁离合器，助力电机通过联接平键33连接输出轴31尾端，对输出轴31转动起助力作用。
参照图3～5，本发明提供的实施例2，包括输入部件、输出部件、外壳和助力机构，输入部件包括输入轴11，以及连接在输入轴11输出端的转向螺杆21，输出部件包括输出齿条螺母22和输出轴31，输出齿条螺母22套接在转向螺杆21外构成丝杆结构，输出轴31上设有与输出齿条螺母22外侧适配的扇齿，助力机构包括转角传感器12、控制器和助力驱动器32，转角传感器12安装在输入部件处收集输入信息，控制器分别连接转角传感器12和助力驱动器32，并根据输入信息对助力驱动器32进行控制。
驾驶者操作方向盘转动车辆，方向盘将转动信息传递给输入轴11，输入轴11再将转动信息传递给转向螺杆21，同时，转角传感器12对输入的转动信息进行收集，转向螺杆21带动输出齿条螺母22进行转动，输出齿条螺母22与输出轴31上的扇齿相啮合并带动其转动，另一方面，转角传感器12将输入的转动信息传递给控制器，控制器根据输入的转动信息驱动助力电机输出，助力电机通过同步皮带轮机构进行减速增矩，同时还连接有电磁离合器，输出齿条螺母22末端设置有滚球丝杆，助力电机通过同步皮带轮机构带动输出齿条螺母22的滚球丝杆转动，通过输出齿条螺母22对输出轴31起助力作用。
参照图6～8，本发明提供的实施例3，包括输入部件、输出部件、外壳和助力机构，输入部件包括输入轴11，以及连接在输入轴11输出端的转向螺杆21，输出部件包括输出齿条螺母22和输出轴31，输出齿条螺母22套接在转向螺杆21外构成丝杆结构，输出轴31上设有与输出齿条螺母22外侧适配的扇齿，助力机构包括转角传感器12、控制器和助力驱动器32，转角传感器12安装在输入部件处收集输入信息，控制器分别连接转角传感器12和助力驱动器32，并根据输入信息对助力驱动器32进行控制。
驾驶者操作方向盘转动车辆，方向盘将转动信息传递给输入轴11，输入轴11再将转动信息传递给转向螺杆21，同时，转角传感器12对输入的转动信息进行收集，转向螺杆21带动输出齿条螺母22进行转动，输出齿条螺母22与输出轴31上的扇齿相啮合并带动其转动，另一方面，转角传感器12将输入的转动信息传递给控制器，控制器根据输入的转动信息驱动助力电机输出，助力电机通过蜗轮蜗杆机构进行减速增矩，同时还连接有电磁离合器，助力电机通过蜗轮蜗杆机构带动输出齿条螺母22，输出齿条螺母22再对输出轴31转动起助力作用。
参照图9～10，本发明提供的实施例4，包括输入部件、输出部件、外壳和助力机构，输入部件包括输入轴11，以及连接在输入轴11输出端的转向螺杆21，输出部件包括输出齿条螺母22和输出轴31，输出齿条螺母22套接在转向螺杆21外构成丝杆结构，输出轴31上设有与输出齿条螺母22外侧适配的齿轮，助力机构包括转角传感器12、控制器和助力驱动器32，转角传感器12安装在输入部件处收集输入信息，控制器分别连接转角传感器12和助力驱动器32，并根据输入信息对助力驱动器32进行控制。
驾驶者操作方向盘转动车辆，方向盘将转动信息传递给输入轴11，输入轴11再将转动信息传递给转向螺杆21，同时，转角传感器12对输入的转动信息进行收集，转向螺杆21带动输出齿条螺母22进行转动，输出齿条螺母22与减速增矩齿轮副34相啮合并带动其转动，减速增矩齿轮副34再与输出轴31外侧的齿轮相啮合并带动其转动，另一方面，转角传感器12将输入的转动信息传递给控制器，控制器根据输入的转动信息驱动助力电机输出，助力电机通过减速器进行减速增矩，同时还连接有电磁离合器，助力电机通过减速器带动带动输出轴31，对输出轴31转动起助力作用。
实施例4比实施例1加设了减速增矩齿轮副34，可以进一步减轻转向器输入部分的负载。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车用循环球式电动转向器，其特征在于，包括输入部件、输出部件、外壳和助力机构；
所述输入部件包括输入轴(11)，以及连接在输入轴(11)输出端的转向螺杆(21)；
所述输出部件包括输出齿条螺母(22)和输出轴(31)，
所述的输出齿条螺母(22)套接在转向螺杆(21)外构成丝杆结构，
所述的输出轴(31)上设有与所述输出齿条螺母(22)外侧适配的齿轮；
所述助力机构包括转角传感器(12)、控制器和助力驱动器(32)，
所述的转角传感器(12)安装在输入部件处收集输入信息，
所述的控制器分别连接转角传感器(12)和助力驱动器(32)，并根据输入信息对助力驱动器(32)进行控制，
所述的助力驱动器(32)的输出与输出齿条螺母(22)或输出轴(31)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述输出齿条螺母(22)末端设置有滚球丝杆，所述助力驱动器(32)连接有传动机构，所述助力驱动器(32)通过传动机构与滚球丝杆相连接。
3.根据权利要求2所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述传动机构为蜗轮蜗杆机构。
4.根据权利要求2所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述传动机构为同步皮带轮机构。
5.根据权利要求1所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述助力驱动器(32)的输出连接在输出轴(31)尾端。
6.根据权利要求5所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述输出轴(31)尾端设有联接平键(33)。
7.根据权利要求1所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述助力驱动器(32)连接有减速增矩齿轮副(34)，所述助力驱动器(32)通过减速增矩齿轮副(34)连接到输出轴(31)的齿轮上。
8.根据权利要求1至7任一所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述助力驱动器(32)包括助力电机、电磁离合器和减速器。
9.根据权利要求8所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述助力电机为直流电机。
10.根据权利要求8所述的一种车用循环球式电动转向器，其特征在于：所述电磁离合器为干式多片电磁离合器。
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