CN105984488A - 用于车辆的主动前轮转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆的主动前轮转向系统，可以包括：电机，其具有空心电机轴；输入轴，其与转向盘连接，所述输入轴能够旋转地且贯穿地插入到所述电机轴中；行星齿轮组，其包括太阳轮、上行星齿轮、下行星齿轮、内齿圈和支架，该太阳轮形成在所述电机轴的下端部处，该上行星齿轮与太阳轮接合，该下行星齿轮与上行星齿轮同轴地连接，该内齿圈与下行星齿轮接合，该支架与所述输入轴的下端部连接以便传递动力，并且该支架与下行星齿轮连接以便传递动力；以及输出轴，其与所述内齿圈整体地形成并且朝着内齿圈的下侧延伸。

Description

用于车辆的主动前轮转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的主动前轮转向(AFS)系统。更具体地，本发明涉及这样一种用于车辆的AFS系统，该AFS系统通过重新改进构成该AFS系统的电机与行星齿轮组之间的动力传动结构而能够容易地补偿在行星齿轮组的各个齿轮元件之间的间隙。

背景技术

应用于车辆的转向系统的主动前轮转向(下文称作AFS)系统是针对各个车辆速度(例如高速和低速)改变转向传动比从而稳定车辆性能的系统，且该系统在低速时提供快速转向传动比并在高速时提供缓慢转向传动比。

换言之，当车辆以低速行驶时(例如当车辆进行停车时)，AFS系统提供快速转向传动比使得当驾驶人操纵转向盘时敏捷且迅速地实施转向操作，并且当车辆以中速或高速行驶时，AFS系统提供缓慢转向传动比使得可以通过使转向盘的转向灵敏度减小来稳定地实施转向操作。

为此，在相关技术中的AFS系统包括输入轴、行星齿轮组以及电机；该输入轴与转向盘连接；该行星齿轮组以预定传动比来减小从输入轴传递的旋转力；该电机借助于蜗杆和蜗轮而连接至行星齿轮组的齿轮元件中的一个使得该电机可以传递动力。

然而，在相关技术中的AFS系统除了主要部件(例如行星齿轮组和电机)之外还需要用于传递来自电机的动力的部件(例如蜗杆和蜗轮)，结果是，其问题在于AFS系统的结构复杂并且部件的数量增加。

同时，应用于AFS系统的行星齿轮组的各个齿轮元件之间存在间隙，例如太阳轮与行星齿轮之间的间隙以及这些行星齿轮与内齿圈之间的间隙，这使得产生了振动和噪声。

因此，为了减小行星齿轮组的各个齿轮元件之间的间隙，采用了一种通过使用弹簧等将各个齿轮元件之间的中心距离(例如，太阳轮与行星齿轮之间的或者这些行星齿轮与内齿圈之间的中心距离)牢固地保持的方法。然而，其问题在于即使在各个齿轮元件的轴轻微错开的情况下，齿轮元件的齿之间的接合也会破坏，并且各个齿轮元件的齿不再彼此正确地啮合，使得这些齿轮元件的齿被卡住。

相应地，需要一种补偿构成AFS系统的各个齿轮元件之间的间隙的新方法，并且还需要一种使行星齿轮组与电机之间传递动力更简单的方法。

公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的多个不同方面致力于提供一种用于车辆的AFS系统，其中，采用空心电机作为构成该AFS系统的电机，并且在电机轴上直接形成行星齿轮组的太阳轮，使得重新改进电机与行星齿轮组之间的动力传动结构，由此减少了部件数量和制造成本。

另外，本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的AFS系统，其中，采用弹性体作为行星齿轮组的支架，并且由弹性带约束行星齿轮的各个轴，由此容易地补偿了行星齿轮组的各个齿轮元件之间的间隙。

根据本发明的各个方面，一种用于车辆的主动前轮转向系统可以包括：电机，其具有空心电机轴；输入轴，其与转向盘连接，所述输入轴能够旋转地且贯穿地插入到所述电机轴中；行星齿轮组，其包括太阳轮、上行星齿轮、下行星齿轮、内齿圈和支架，该太阳轮形成在所述电机轴的下端部处，该上行星齿轮与太阳轮接合，该下行星齿轮与上行星齿轮同轴地连接，该内齿圈与下行星齿轮接合，该支架与所述输入轴的下端部连接以便传递动力，并且该支架与下行星齿轮连接以便传递动力；以及输出轴，其与所述内齿圈整体地形成并且朝着内齿圈的下侧延伸。

外花键可以形成在所述输入轴的下端部处以便将动力传递至所述支架。

所述支架可以包括具有弹性力的材料，所述支架可以进一步包括：空心体，其具有内花键，所述输入轴的外花键插入和紧固至所述内花键；弹性翼，其从所述空心体整体地向外延伸同时具有预定倾斜度，所述弹性翼提供弹性恢复力以补偿在所述内齿圈与所述下行星齿轮之间的间隙；以及水平连接板，其与所述弹性翼的外端整体地形成并且与所述下行星齿轮同轴地连接。

所述支架的外直径可以大于所述内齿圈的内直径，使得当与支架的水平连接板连接的下行星齿轮插入到内齿圈中并且紧固至内齿圈的时候，所述弹性翼配置为向内收缩并且同时提供向外的弹性恢复力。

弹性带可以缠绕在各个旋转轴上以补偿所述太阳轮与所述上行星齿轮之间的间隙，所述旋转轴在上行星齿轮的中心处向上突出。

所述弹性带可以包括橡胶或塑料材料，所述橡胶或塑料材料具有带预定张力的环形结构。

凹槽可以形成至所述电机轴，螺线管可以安装在电机壳体中，所述螺线管插入到所述凹槽中以便被锁定。

通过上述技术解决方案，本发明提供了以下效果。

首先，采用空心电机作为构成AFS系统的电机，行星齿轮组的太阳轮直接形成在电机轴上，并且两级行星齿轮与太阳轮接合，从而重新改进电机与行星齿轮组之间的动力传动结构并且去除了相关技术中例如蜗杆和蜗轮的部件，由此减少了部件数量和制造成本。

其次，通过使用约束上行星齿轮的各个轴的弹性带的张力可以容易地补偿构成行星齿轮组的太阳轮与上行星齿轮之间的间隙，并且通过使用由弹性材料制成的并且通过利用弹性恢复力来支撑下行星齿轮的支架可以容易地补偿下行星齿轮与内齿圈之间的间隙。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

本发明的方法和装置可以具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1为显示了根据本发明用于车辆的示例性AFS系统的局部截面立体图。

图2为沿图1的线A-A所呈现的截面图。

图3为显示了根据本发明用于车辆的示例性AFS系统的配置中的一种状态的示意截面图，在该状态中由弹性材料制成的支架补偿行星齿轮组的下行星齿轮与内齿圈之间的间隙。

应当了解，附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种示例性特征的略微简化的画法。本发明所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

所附图1为显示了根据本发明用于车辆的AFS系统的局部截面立体图，图2为沿图1的线A-A所呈现的截面图。

在图1和图2中，附图标记10表示输入轴，该输入轴与转向盘连接并且输入转向角。

空心电机(即电机20)具有围绕输入轴10的外直径的位置而布置的空心电机轴22。

因此，与转向盘连接的输入轴10可旋转地插入到空心电机轴22中。

在这种情况下，在输入轴10的下端部处形成有外花键12，并且外花键12随着输入轴10穿透电机轴22而布置在电机轴22的下方。

在此，在电机20的下方位置处组装行星齿轮组30，该行星齿轮组30与输入轴10和电机轴22连接使得能够将动力传递至输入轴10和电机轴22。

在行星齿轮组30的构成元件中，太阳轮31与在电机轴22的下端处的外表面整体地形成，并且上行星齿轮32与太阳轮31啮合。

下行星齿轮33布置在上行星齿轮32的底部，并且下行星齿轮33具有比上行星齿轮32更小的尺寸且下行星齿轮33与上行星齿轮32同轴地连接。

内齿圈34与下行星齿轮33接合，且输出轴40与内齿圈34的底部整体地形成并延伸，该输出轴40通过传动比来增加或减小输入轴10的旋转力并且输出输入轴10的旋转力。

在这种情况下，支架35紧固到输入轴10的下端部上以便能够传递动力，并且支架35连接至下行星齿轮33以便能够传递动力。

为此，支架35包括空心体37、弹性翼38以及水平连接板39；该空心体37具有内花键36，输入轴10的外花键12插入并紧固到内花键中；该弹性翼38从空心体37整体地向外延伸同时具有向上的倾斜角；该水平连接板39与弹性翼38的外端整体地形成并且与下行星齿轮33同轴地连接。

如上所述，支架35是通过整体地形成空心体37、弹性翼38、水平连接板39来制造的，并且支架35可以由具有弹性力的材料制成。

因此，从空心体37延伸的弹性翼38用于提供弹性恢复力从而补偿内齿圈34与下行星齿轮33之间的间隙，即处于固定状态下的下行星齿轮33与内齿圈34之间的间隙。

更详细地，如在所附图3中清楚可见的，支架35的外直径大于内齿圈34的内直径，这样的好处是，在与支架35的水平连接板39连接的下行星齿轮33装配到内齿圈34中的时刻，弹性翼38朝着输入轴10所在的内侧收缩，与此同时弹性翼38提供向外朝着内齿圈34的弹性恢复力。

因此，下行星齿轮33(该下行星齿轮33与支架35的水平连接板39连接)通过由支架35的弹性翼38提供的弹性恢复力而容易且紧密地附接到内齿圈34上，由此补偿了间隙并且容易地防止了在内齿圈34与下行星齿轮33之间形成间隙。

为了补偿太阳轮31与上行星齿轮32之间的间隙，即处于固定状态下的上行星齿轮32与太阳轮31之间的间隙，弹性带50缠绕在相应中心轴32-1上，该中心轴32-1在上行星齿轮32的中心处向上突出。

更详细地，弹性带50是通过使用橡胶或塑料材料制造的以具有带预定张力的环形结构，并且该弹性带50在维持预定张力的同时缠绕在上行星齿轮32的相应中心轴32-1上。

因此，弹性带50的张力的作用为引导上行星齿轮32朝向电机轴22的力，这样的好处是，上行星齿轮32容易且紧密地附接到太阳轮31上，由此补偿了间隙并且容易地防止了在太阳轮31与上行星齿轮32之间形成间隙。

同时，为了在AFS系统失效的时候(例如电机的控制逻辑失效的时候)限制电机轴22的旋转，在电机轴22的外部中形成有凹槽，并且螺线管52安装在电机壳体中，该螺线管52插入到电机轴22的凹槽中以便能够被锁定。

在此，将在下文中描述本发明的包括上述配置的用于车辆的AFS系统的操作流程。

首先，当驾驶人旋转转向盘以调整车辆的方向时，与转向盘连接的输入轴10旋转，并且与此同时，花键联接至输入轴10的支架35以相同方向旋转。

相继地，随着支架35旋转，与支架35连接的下行星齿轮33绕太阳轮31公转(revolve)，并且与此同时，与下行星齿轮33同轴地连接的上行星齿轮32与太阳轮31一起旋转。

当电机20运行并且电机轴22旋转时，整体地联接至电机轴22的太阳轮31旋转，并且太阳轮31的旋转力有助于上行星齿轮32的旋转以及下行星齿轮33的公转。

因此，绕太阳轮31公转的下行星齿轮33将旋转力传递至内齿圈34，与此同时，与内齿圈34整体地形成的输出轴40旋转以调整车辆的方向。

在AFS系统的上述运行过程中，当车辆以低速行驶的时候(例如当车辆进行停车时)电机20的转速被控制为变高以便使得行星齿轮组提供快速转向传动比，从而可以敏捷且迅速地实施转向操作。相反，当车辆以中速或高速行驶时电机20的转速被控制为变低以便使得行星齿轮组提供低的转向传动比，从而转向灵敏度降低，并且可以实施稳定的转向操作。

在此，假设太阳轮31的齿数是22，上行星齿轮32的齿数是34，下行星齿轮33的齿数是10，内齿圈34的齿数是66，当电机锁定的时候输出轴相对于转向盘旋转一周的旋转比率以及输出轴相对于电机旋转一周的旋转比率将在下文进行描述。

输出轴在电机锁定的时候相对于转向盘旋转一周的旋转比率

考虑电机锁定状态以便求出在排除AFS系统的状态下输出轴相对于转向盘旋转一周的旋转比率。

为了限制电机轴22在AFS系统失效的时候(例如电机的控制逻辑失效的时候)的旋转，螺线管52运行以限制形成在电机轴22的外部的凹槽，从而使得将电机处于电机锁定状态下。

在该电机锁定状态下，与电机轴22整体地联接的太阳轮31固定。

当转向盘在太阳轮31固定的状态下旋转一周时，输入轴10也旋转一周，并且花键联接至输入轴10的支架35在相同方向上旋转一周。

相继地，与支架35连接的下行星齿轮33绕太阳轮31公转，与此同时，与下行星齿轮33同轴地连接的上行星齿轮32与处于固定状态的太阳轮31一起旋转。

在这种情况下，随着支架35旋转一周(360°)，下行星齿轮33绕太阳轮公转360°。

与此同时，与下行星齿轮33同轴地连接的上行星齿轮32与太阳轮31一起旋转，由于太阳轮31的齿数是22并且上行星齿轮32的齿数是34，因此上行星齿轮32和下行星齿轮33的旋转角度是[360×22/34＝232.94°]。

内齿圈34的旋转角度被确定为下行星齿轮33的公转角度以及上行星齿轮32和下行星齿轮33的旋转角度之和。

换言之，由于内齿圈34的齿数是66并且与内齿圈34接合的下行星齿轮33的齿数是10，根据上行星齿轮32和下行星齿轮33的旋转角度，内齿圈的旋转角度是[232.94×10/66＝35.29°]，并且当下行星齿轮33为360°的公转角度加入至内齿圈的旋转角度时，内齿圈34的旋转角度是395.29°，与内齿圈34整体地形成的输出轴40的旋转角度也是395.29°。

因此，由于在电机锁定状态下输出轴40相对于转向盘旋转一周(360°)的旋转角度是395.29°，因此输出轴相对于转向盘旋转一圈的旋转比率是1.098。

输出轴相对于电机旋转一周的旋转比率

输出轴相对于电机旋转一周的旋转比率是为了在转向盘固定在中立位置中的状态下(在转向盘没有旋转的状态下)只有电机运行时求出输出轴的旋转比率。

由于转向盘处于固定状态，因此与转向盘连接的输入轴10和与输入轴10连接的支架35也保持在固定状态。

在该状态下，当电机轴22随着电机20的运行而旋转一周时，与电机轴22连接的太阳轮31在相同方向上旋转一周(360°)。

相继地，随着太阳轮31的旋转，与太阳轮31接合的上行星齿轮32沿着与电机轴22旋转方向相反的方向旋转。

在这种情况下，由于太阳轮31的齿数是22，并且与太阳轮31接合的上行星齿轮32的齿数是34，因此上行星齿轮32的旋转角度是[360×22/34＝232.94°]。

当然，与上行星齿轮32共轴地连接的下行星齿轮33也具有相同的旋转角度。

内齿圈34的旋转角度由下行星齿轮33的旋转角度所确定，并且内齿圈34在与电机轴旋转方向相反的方向上旋转。

换言之，由于内齿圈34的齿数是66，并且与内齿圈34接合的下行星齿轮33的齿数是10，因此根据下行星齿轮33的旋转角度，内齿圈的旋转角度是[232.94×10/66＝35.29°]。

因此，当电机旋转一周时，与内齿圈34整体地形成的输出轴40在与电机旋转方向相反的方向上具有1/10.2(＝35.29度)的旋转比率。

如上所述，由于转向盘的旋转力由电机和行星齿轮组的传动比和输出轴的输出而减小，因此当车辆以低速行驶时提供了快速转向传动比并且当车辆以中速或高速行驶时提供了缓慢转向传动比，使得可以平稳地运行AFS系统。

相应地，由于根据本发明的AFS系统可以平稳地运行，因此可以通过使用如上所述的弹性带50来补偿太阳轮31与上行星齿轮32之间的间隙，并且可以通过使用具有弹性力的支架35来补偿下行星齿轮33与内齿圈34之间的间隙，由此提供了更加稳定的AFS系统。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”或“下”、“内”或“外”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并非意欲穷尽，或者将本发明严格限制为所公开的具体形式，显然，根据上述教导可能进行很多改变和变化。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种用于车辆的主动前轮转向系统，包括：

电机，其具有空心电机轴；

输入轴，其与转向盘连接，所述输入轴能够旋转地且贯穿地插入到所述电机轴中；

行星齿轮组，其包括太阳轮、上行星齿轮、下行星齿轮、内齿圈和支架，该太阳轮形成在所述电机轴的下端部处，该上行星齿轮与太阳轮接合，该下行星齿轮与上行星齿轮同轴地连接，该内齿圈与下行星齿轮接合，该支架与所述输入轴的下端部连接以便传递动力，并且该支架与下行星齿轮连接以便传递动力；以及

输出轴，其与所述内齿圈整体地形成并且朝着内齿圈的下侧延伸。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的主动前轮转向系统，其中，外花键形成在所述输入轴的下端部处以便将动力传递至所述支架。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的主动前轮转向系统，其中，所述支架包括具有弹性力的材料，所述支架包括：

空心体，其具有内花键，所述输入轴的外花键插入和紧固至所述内花键；

弹性翼，其从所述空心体整体地向外延伸同时具有预定倾斜度，所述弹性翼提供弹性恢复力以补偿在所述内齿圈与所述下行星齿轮之间的间隙；以及

水平连接板，其与所述弹性翼的外端整体地形成并且与所述下行星齿轮同轴地连接。

4.根据权利要求3所述的用于车辆的主动前轮转向系统，其中，所述支架的外直径大于所述内齿圈的内直径，使得当与支架的水平连接板连接的下行星齿轮插入到内齿圈中并且紧固至内齿圈的时候，所述弹性翼配置为向内收缩并且同时提供向外的弹性恢复力。

5.根据权利要求1所述的用于车辆的主动前轮转向系统，其中，弹性带缠绕在各个旋转轴上以补偿所述太阳轮与所述上行星齿轮之间的间隙，所述旋转轴在上行星齿轮的中心处向上突出。

6.根据权利要求5所述的用于车辆的主动前轮转向系统，其中，所述弹性带包括橡胶或塑料材料，所述橡胶或塑料材料具有带预定张力的环形结构。

7.根据权利要求1所述的用于车辆的主动前轮转向系统，其中，凹槽形成至所述电机轴，螺线管安装在电机壳体中，所述螺线管插入到所述凹槽中以便被锁定。