CN105882740B - 一种汽车管柱式电动助力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车管柱式电动助力转向系统,包括转向管柱和转向助力系统,所述转向助力系统包括电动机、行星齿轮减速器、同步带、扭矩/转角传感器、控制器以及壳体;通过行星齿轮减速器放大扭矩,输入扭矩小,且输出扭矩大,传动效率大幅提升,使车辆的转向操作更加灵活、轻便,安全性更好,并能实现转向机构的主动回正;采用同步带连接,有效的解决了以往管柱式电动助力转向系统在使用过程中出现的异响问题;本发明中的电动机与转向管柱平行布置,使得整个转向助力子系统的体积较小,不会发生干涉,易于安装、拆卸以及更换;本发明采用行星齿轮减速器与转向管柱平行布置,与传统的转向管柱中的输出轴的安装位置相同,可直接替换现有的转向管柱产品,不需对车辆其它部件进行改造。

Description

一种汽车管柱式电动助力转向系统
技术领域
[0001]本发明涉及汽车工程技术领域,尤其是涉及一种汽车管柱式电动助力转向系统。
背景技术
[0002] 目前各种汽车车辆上使用的电动转向助力系统大都是通过在转向管柱上安装蜗 轮蜗杆减速机实现的,随着时代发展与技术进步,逐渐暴漏出如下问题:蜗轮蜗杆减速传动 机构的传动比小,传动效率低下;安装助力电机时,助力电机的输出轴需要垂直于转向管柱 安装在转向管柱的侧面,占用驾驶室内的空间较大,由于车辆驾驶室的空间紧凑,因此现有 的蜗轮蜗杆式电动转向管柱在装配时经常发生干涉,增加操作工人的劳动强度;并且在使 用过程中经常出现异响,维修时安装和拆卸操作难度较大等现象。
[0003] 因此,如何提供一种输入扭矩小,且输出扭矩大,且体积小,且易于安装、拆卸以及 更换的管柱式电动助力转向系统是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
[0004] 基于上述说明,本发明的目的在于提供一种汽车管柱式电动助力转向系统,该管 柱式电动助力转向系统具有输入扭矩小,且输出扭矩大,且体积小,能有效解决使用过程中 经常出现异响的问题,且易于安装、拆卸以及更换的特点。
[0005] 为解决上述的技术问题,本发明采用如下技术方案:
[0006] 一种汽车管柱式电动助力转向系统,包括转向管柱和转向助力系统,所述转向助 力系统包括电动机、行星齿轮减速器、同步带、扭矩/转角传感器、控制器以及壳体;
[0007] 所述壳体固定设置于所述转向管柱上,所述行星齿轮减速器设置于所述壳体内, 所述电动机固定设置于所述壳体上,且所述电动机的输出轴与所述行星齿轮减速器的输入 端连接,所述行星齿轮减速器的输出端通过所述同步带与所述转向管柱上的从动同步带轮 啮合传动连接以用于实现所述电动机助力所述转向管柱转动;
[0008] 所述转向管柱包括转向输入轴与花键输出轴,所述转向输入轴的上端与汽车的方 向盘连接,所述花键输出轴的下端与汽车的转向器连接;
[0009] 所述扭矩/转角传感器设置于所述转向输入轴上,所述扭矩/转角传感器与所述控 制器电连接以将电信号传输给所述控制器,所述控制器与所述电动机电连接以控制所述电 动机的输出功率。
[0010]优选的,所述电动机与所述行星齿轮减速器呈直线布置,且所述行星齿轮减速器 的输出端的轴向方向与所述转向管柱的轴向方向平行。
[0011] 优选的,所述行星齿轮减速器包括行星齿轮、输出内齿轮、固定内齿圈以及输入 轴; >
[0012] 所述行星齿轮设置在所述输入轴的偏心轴段位置上且通过所述输入轴与所述电 动机的输出轴传动连接;
[0013] 所述固定内齿圈直接固定在所述行星齿轮减速器的壳体内;
[0014] 所述输出内齿轮通过轴承固定在所述行星齿轮减速器的壳体内;
[0015] 所述行星齿轮的外轮齿与所述输出内齿轮的内轮齿啮合连接;
[0016] 所述行星齿轮的外轮齿与所述固定内齿圈的内轮齿啮合连接;
[0017] 所述输出内齿轮的外径设置为主动同步带轮,所述输出内齿轮通过所述同步带与 所述转向管柱上的从动同步带轮啮合传动连接。
[0018] 优选的,所述从动同步带轮设置于所述花键输出轴上。
[0019]优选的,所述扭矩/转角传感器为非接触式传感器;所述非接触式传感器设置于所 述转向输入轴的下部。
[0020] 优选的,还包括用于连接所述转向输入轴与所述花键输出轴的扭杆,所述扭杆的 一端通过花键与所述花键输出轴的上端过盈联接,所述扭杆的另一端通过圆柱销与所述转 向输入轴的下端铆接连接。
[0021] 优选的,所述电动机通过法兰安装在所述壳体上。
[0022] 优选的,所述电动机通过联轴器与所述行星齿轮减速器的输入轴连接。
[0023]与现有技术相比,本发明提供了一种汽车管柱式电动助力转向系统,本发明中,电 动机通过行星齿轮减速器放大扭矩,与现有的电动助力系统中的传动机构相比,输入扭矩 小,且输出扭矩大,传动效率大幅提升,使车辆的转向操作更加灵活、轻便,安全性更好,并 能实现转向机构的主动回正;本发明中的电动机与转向管柱平行布置,使得整个转向助力 系统的体积较小,不会发生干涉,易于安装、拆卸以及更换;本发明采用了同步带连接,有效 的解决了以往电动助力转向装置在使用中出现的异响问题;而且本发明中转向助力系统的 安装位置与现有的车辆一致,不需改动车辆的其它现有转向机构;且该转向助力系统设置 在驾驶舱内,采用无刷电机或有刷电机均可,不受环境影响,故障率低、使用寿命长,同样尺 寸大小,输出力矩大;本发明采用行星齿轮减速器与转向管柱平行布置,与传统的转向管柱 中的输出轴的安装位置相同,可直接替换现有的转向管柱产品,不需对车辆其它部件进行 改造。
附图说明
[0024]图1是本发明实施例提供的的汽车管柱式电动助力转向系统的结构示意图;
[0025]图2是图1中电动机与行星齿轮减速器的放大结构示意图。
[0026]图中:1电动机,2转向管柱,3行星齿轮减速器,4同步带,5壳体,6行星齿轮,7固定 内齿圈,8输出内齿轮,9输入轴,10从动同步带轮,11非接触式传感器,12转向输入轴,13花 键输出轴,14扭杆,15圆柱销,16法兰,17联轴器。
具体实施方式
[0027] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例 中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是 本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0028]在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、 “长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆 时针”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于实际应用中的方位或位置关系,仅 是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特^的 方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0029] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下,’, 可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它 们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特 征在第二特征的的正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特 征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征的正下方和斜下方,或仅 仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0030] 如图1至图2所示,图1是本发明实施例提供的的汽车管柱式电动助力转向系统的 结构示意图;图2是图1中电动机与行星齿轮减速器的放大结构示意图。 '、
[0031]本发明提供了一种汽车管柱式电动助力转向系统,包括转向管柱2和转向助力系 统,转向助力系统包括电动机1、行星齿轮减速器3、同步带、4、扭矩/转角传感器、控制器以 及壳体5;
[0032]壳体5固定设置于转向管柱2上,行星齿轮减速器3设置于壳体5内,电动机丨固定设 置于壳体5上,且电动机1的输出轴与行星齿轮减速器3的输入端连接,行星齿轮减速器3的 输出端通过同步带与转向管柱2上的从动同步带轮哨合传动连接以用于实现电动机1助力 转向管柱2转动;
[0033]转向管柱2包括转向输入轴W与花键输出轴I3,转向输入轴12的上端与汽车的方 向盘连接,花键输出轴13的下端与汽车的转向器连接;
[0034]扭矩/转角传感器设置于转向输入轴12上,扭矩/转角传感器与控制器电连接以将 电信号传输给控制器,控制器与电动机1电连接以控制电动机1的输出功率。
[0035] 本发明中电动机优选的采用永磁同步无刷电机,有刷电机亦可。
[0036]本发明行星齿轮减速器3包括带有偏心的输入轴带动双级行星齿轮转动,一级行 星齿轮与固定内齿组件相互啮合,第二级行星齿轮与输出内齿组件相互啮合,输出内齿组 件通过同步带、同步带轮与转向管柱连接。转向输入轴I2与方向盘连接,转向管柱中的花键 输出轴13与汽车转向器连接。
[0037]在本发明的一个实施例中,电动机1与行星齿轮减速器3呈直线布置,且行星齿轮 减速器3的输出端的轴向方向与转向管柱2的轴向方向平行。
[0038]在本发明的一个实施例中,行星齿轮减速器3包括行星齿轮6、输出内齿轮7、固定 内齿圈8以及输入轴9;
[0039]行星齿轮6固定套设在输入轴9上且通过输入轴9与电动机1的输出轴传动连接; [0040]固定内齿圈8直接固定在行星齿轮减速器3的壳体内;
[0041] 输出内齿轮7通过轴承固定在行星齿轮减速器3的壳体内;
[0042]行星齿轮6的外轮齿与输出内齿轮7的内轮齿啮合连接;
[0043]行星齿轮6的外轮齿与固定内齿圈8的内轮齿哨合连接;
[0044]输出内齿轮7的外径设置为主动同步带轮,输出内齿轮7通过同步带与转向管柱2 上的从动同步带轮啮合传动连接。
[0045]在本发明的一个实施例中,从动同步带轮1〇设置于花键输出轴13上。
[0046] 在本发明的一个实施例中,扭矩/转角传感器为非接触式传感器11;非接触式传感 器11设置于转向输入轴12的下部。非接触式传感器主用于向控制器传递转动方向盘扭矩信 号和方向盘转向角度信号使控制器控制电动机改变输出功率助力转向管柱转向。
[0047] 在本发明的一个实施例中,还包括用于连接转向输入轴与花键输出轴的扭杆14, 扭杆14的一端通过花键与花键输出轴13的上端过盈连接,扭杆的另一端通过圆柱销15与转 向输入轴12的下端铆接连接。
[0048] 在本发明的一个实施例中,电动机1通过法兰16安装在壳体上。
[0049]在本发明的一个实施例中,电动机1通过联轴器17与行星齿轮减速器3的输入轴连 接。
[0050]本发明提供的汽车管柱式电动助力转向系统的工作模式:车辆转向时,驾驶员转 动方向盘带动转向输入轴旋转,转向输入轴带动扭杆一端转动,使扭杆扭转变形,非接触式 传感器11将扭杆扭转的力矩和角度数据转化为电信号发送至控制器,控制器根据该电信号 向电动机1发出指令,驱动电动机1向方向盘的旋转方向助力转动,电动机1带动行星齿轮减 速器3,行星齿轮减速器3将电动机1的转动扭矩放大后传递给车辆的转向管柱2,最终传递 给车辆的转向器,行星齿轮减速器3能够通过内部多级变速达到增大输出力矩的效果,同时 提筒了传动效率。
[0051]本发明针对想要解决的技术问题,提供了多个递进式的技术方案,多个递进式的 技术方案相互组合叠加,相互配合,相互促进,形成一个整体方案,以解决上述的技术问题, 取得的技术效果远好于上述任何一个技术方案的技术效果,叠加效应显著。
[0052] 本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术,不再赘述。
[0053]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它 实施例的不同之处,每个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
[0054]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对 于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行 若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0055]对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的,本文所定义的一 般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将 不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致 的最宽范围。

Claims (1)

1. 一种汽车管柱式电动助力转向系统,其特征在于,包括转向管柱和转向助力系统,所 述转向助力系统包括电动机、行星齿轮减速器、同步带、扭矩/转角传感器、控制器以及壳 体; 所述壳体固定设置于所述转向管柱上,所述行星齿轮减速器设置于所述壳体内,所述 电动机固定设置于所述壳体上,且所述电动机的输出轴与所述行星齿轮减速器的输入端连 接,所述行星齿轮减速器的输出端通过所述同步带与所述转向管柱上的从动同步带轮啮合 传动连接以用于实现所述电动机助力所述转向管柱转动; 所述转向管柱包括转向输入轴与花键输出轴,所述转向输入轴的上端与汽车的方向盘 连接,所述花键输出轴的下端与汽车的转向器连接; 所述扭矩/转角传感器设置于所述转向输入轴上,所述扭矩/转角传感器与所述控制器 电连接以将电信号传输给所述控制器,所述控制器与所述电动机电连接以控制所述电动机 的输出功率; 所述电动机与所述行星齿轮减速器呈直线布置,且所述行星齿轮减速器的输出端的轴 向方向与所述转向管柱的轴向方向平行; 所述行星齿轮减速器包括行星齿轮、输出内齿轮、固定内齿圈以及输入轴; 所述行星齿轮设置在所述输入轴的偏心轴段位置上且通过所述输入轴与所述电动机 的输出轴传动连接; 所述固定内齿圈直接固定在所述行星齿轮减速器的壳体内; 所述输出内齿轮通过轴承固定在所述行星齿轮减速器的壳体内; 所述行星齿轮的外轮齿与所述输出内齿轮的内轮齿啮合连接; 所述行星齿轮的外轮齿与所述固定内齿圈的内轮齿啮合连接; 所述输出内齿轮的外径设置为主动同步带轮,所述输出内齿轮通过所述同步带与所述 转向管柱上的从动同步带轮啮合传动连接; 所述从动同步带轮设置于所述花键输出轴上; 所述扭矩/转角传感器为非接触式传感器;所述非接触式传感器设置于所述转向输A 轴的下部; & ( 还包括用于连接所述转向输入轴与所述花键输出轴的扭杆,所述扭杆的一端通过花键 与所述花键输出轴的上端过盈联接,所述扭杆的另一端通过圆柱销与所述转向输A轴的下 端铆接连接; 所述电动机通过法兰安装在所述壳体上; 所述电动机通过联轴器与所述行星齿轮减速器的输入轴连接。
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