CN106184353B - 转向管柱总成及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向管柱总成及车辆。所述转向管柱总成包括转向管柱和助力电机，所述转向管柱包括管柱壳体(11)和从该管柱壳体(11)内穿过的输出轴(15)，所述助力电机的定子(21)固定在所述管柱壳体(11)内，所述助力电机的转子(22)套设在所述输出轴(15)上并与该输出轴(15)传动连接。在本发明的转向管柱总成中，通过将助力电机设置到管柱壳体的内部，显著减小了转向管柱总成的空间占用率，使得其结构更加紧凑，便于在整车上布置。

Description

转向管柱总成及车辆

技术领域

本发明涉及车辆转向系统，具体地，涉及一种转向管柱总成及车辆。

背景技术

车辆的转向功能是通过转向系统实现的，转向系统主要由转向盘、转向管柱总成、转向器等组成，其中，转向管柱总成通常包括转向管柱和电动助力装置。驾驶员转动转向盘，通过转向管柱传递扭矩给转向器，转向器把转动转化成齿条的左右移动，进而实现整车的左右转向。

现有的电动助力装置包括助力电机、蜗轮和蜗杆，助力电机外接到转向管柱的管柱壳体上，电机轴与蜗杆相连，转向管柱的输出轴与蜗轮相连，通过这一对固定速比的蜗轮蜗杆将传递电机的转速和力矩。

在上述电动助力装置中，助力电机为外置式电机，占用空间较大，空间利用率低，给整车布置带来较大的不便与限制。在助力过程中，蜗轮蜗杆传动效率较低，浪费系统功率。且蜗轮蜗杆传动输出载荷不平稳，易产生振动与噪音。此外，由于管柱零件加工过程中存在加工误差，会带来相应的误差与变形，使得这种管柱结构不便于实现误差补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种占用空间更小的转向管柱总成。

为了实现上述目的，本发明提供一种转向管柱总成，包括转向管柱和助力电机，所述转向管柱包括管柱壳体和从该管柱壳体内穿过的输出轴，所述助力电机的定子固定在所述管柱壳体内，所述助力电机的转子套设在所述输出轴上并与该输出轴传动连接。

可选地，所述转子活动套设在所述输出轴上，所述转子的动力经由齿轮减速机构传递至所述输出轴。

可选地，所述齿轮减速机构为行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括太阳轮、多个行星轮、行星架和齿圈，所述太阳轮同轴固定于所述转子且通过第一轴承安装在所述输出轴上，所述行星架固定于所述管柱壳体，每个行星轮活动安装在所述行星架上并与所述太阳轮和齿圈分别啮合，所述齿圈同轴固定于所述输出轴。

可选地，所述太阳轮包括第一太阳轮和第二太阳轮，所述多个行星轮包括数量相等的第一行星轮和第二行星轮，所述第一太阳轮和第二太阳轮分别设置在所述转子的两端，所述第一行星轮与所述第一太阳轮和齿圈分别啮合，所述第二行星轮与所述第二太阳轮和齿圈分别啮合。

可选地，所述齿圈形成为杯状结构，该杯状结构包括环形侧壁和底板，所述环形侧壁围绕所述多个行星轮设置且与每个行星轮相啮合，所述输出轴从所述底板的中心穿过并与该底板固定连接。

可选地，所述行星架包括第一安装板和多个安装轴，所述第一安装板的边缘固定于所述管柱壳体，所述第一安装板的中心具有供所述输出轴穿过的第一过孔，该第一过孔与所述输出轴之间设置有第二轴承，所述多个安装轴围绕所述输出轴间隔布置，每个安装轴从所述第一安装板上垂直地延伸，每个行星轮活动安装在对应的安装轴上。

可选地，所述行星架还包括与所述第一安装板平行的第二安装板，所述第二安装板的半径小于所述第一安装板的半径，所述第二安装板与每个安装轴的远离所述第一安装板的一端相连，所述第二安装板的中心具有供所述输出轴穿过的第二过孔，该第二过孔与所述输出轴之间设置有第三轴承。

可选地，所述安装轴固定于所述定子或与该定子一体形成。

可选地，所述转向管柱还包括输入轴、中间轴和扭杆，所述输入轴、中间轴、扭杆和输出轴依次相连。

在本发明的转向管柱总成中，通过将助力电机设置到管柱壳体的内部，显著减小了转向管柱总成的空间占用率，使得其更加紧凑，便于在整车上布置。

本发明还提供一种车辆，包括根如上所述的转向管柱总成。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种实施方式的转向管柱总成的剖视图；

图2是图1中A部分的放大图；

图3是根据本发明的一种实施方式的转向管柱总成中，行星架的立体示意图，为了便于说明，同时示出了行星轮；

图4是根据本发明的一种实施方式的转向管柱总成中，齿圈的立体示意图。

附图标记说明

11 管柱壳体 12 输入轴 13 中间轴

14 扭杆 15 输出轴 21 定子

22 转子 31 第一太阳轮 32 第二太阳轮

33 第一行星轮 34 第二行星轮 35 行星架

351 第一安装板 352 第二安装板 353 安装轴

3511 第一过孔 3521 第二过孔 36 齿圈

361 环形侧壁 362 底板 41 第一轴承

42 第二轴承 43 第三轴承

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指各部件相对于其自身轮廓的内、外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

根据本发明的一个方面，提供一种转向管柱总成，如图1和图2所示，包括转向管柱和助力电机，其中，转向管柱包括管柱壳体11以及从该管柱壳体11内穿过的输出轴15。与传统的转向管柱总成不同，本发明的转向管柱总成采用内置式助力电机，其中，该内置式助力电机的定子21固定在管柱壳体11内，该内置式助力电机的转子22同轴设置在定子21内，输出轴15从转子22的中心穿过并与转子22传动连接。当控制器(未示出)检测到驾驶员有转向行为时，控制助力电机的转子22开始旋转，转子22带动输出轴15转动，从而对驾驶员进行助力。

在本发明的转向管柱总成中，通过将助力电机设置到管柱壳体11的内部，显著减小了转向管柱总成的空间占用率，使得其更加紧凑，便于在整车上布置。

在本发明的转向管柱总成中，转子22可以直接固定在输出轴15上，以使输出轴15的转速与转子22的转速相等。然而，为了使输出轴15获得较大的助力转矩，优选地，如图2所示，转子22活动套设在输出轴15上(即，转子22套设在输出轴15上且能够相对于输出轴15转动)，转子22的动力经由齿轮减速机构传递至所述输出轴15。这里，齿轮减速机构起着减速增矩的作用，第一轴承41在保证转子22安装稳定性的同时允许转子22与输出轴15具有不同的转速。这里，转子22例如可以通过轴承安装在输出轴15上，以使转子22和输出轴15之间可以具有相对转动。当然，也可以通过其他方式使转子22活动套设在输出轴15上，下文将对此进一步说明。

所述齿轮减速机构可以具有任意适当的结构。作为一种优选实施方式，如图2所示，所述齿轮减速机构可以为行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括太阳轮、多个行星轮、行星架35和齿圈36，太阳轮同轴固定于转子22且通过第一轴承41安装在输出轴15上，行星架35固定于管柱壳体11，所述多个行星轮围绕太阳轮间隔设置，每个行星轮活动安装在行星架35上，齿圈36围绕所述多个行星轮设置，每个行星轮既与太阳轮相啮合，又与齿圈36相啮合，齿圈36同轴固定于输出轴15。

在上述行星齿轮机构中，行星架35固定不动，动力从太阳轮输出，从齿圈36输出。具体地，当转子22旋转时，带动太阳轮旋转，由于行星架35固定在管柱壳体11上，因此行星轮只能自转而不能绕太阳轮公转，行星轮带动齿圈36转动，齿圈36带动输出轴15转动。由于行星齿轮机构的助力减速比取决于齿圈36与太阳轮的齿数比，因此可以通过调整齿圈36的齿数和/或太阳轮的齿数来提供更宽泛的减速比及更精准的助力特性，从而获得最佳的助力效果。并且，采用行星齿轮机构传动不仅能提高传动效率，减少功率损失，而且有利于减小振动与传动噪音，提高助力平稳性。此外，由于本发明的转向管柱总成采用统一的轴系基准，通过行星齿轮传动可以最大程度补偿零部件加工误差及变形，也就是说，当某一行星轮的加工误差或变形较大时，其他行星轮依然能够传递动力，使得行星齿轮机构得以继续正常工作。

在上述行星齿轮机构中，太阳轮和行星轮的数量及布置方式可以根据需要具体设定。在图2和图3示出的实施方式中，所述太阳轮包括第一太阳轮31和第二太阳轮32，所述多个行星轮包括多个第一行星轮33和多个第二行星轮34，第一行星轮33和第二行星轮34的数量相等图示分别为4个，第一太阳轮31和第二太阳轮32分别设置在转子22的两端且与转子22同轴固定，每个第一行星轮33与第一太阳轮31和齿圈36分别啮合，每个第二行星轮34与第二太阳轮32和齿圈36分别啮合。

在图2示出的实施方式中，第一太阳轮31和第二太阳轮32分别通过两个第一轴承41安装在输出轴15上，而转子22空套在输出轴15上。当然，在其他实施方式中，转子22可以通过轴承安装在输出轴15上，而将第一太阳轮31和第二太阳轮32空套在输出轴15上；或者，将转子22、第一太阳轮31和第二太阳轮32均通过轴承安装在输出轴15上。

在本发明的转向管柱总成中，行星架35可以具有任意适当的结构。作为一种实施方式，如图3所示，行星架35可以包括第一安装板351和多个安装轴353(图3所示为4个)，第一安装板351的边缘固定于管柱壳体11，第一安装板351的中心具有供输出轴15穿过的第一过孔3511，多个安装轴353围绕输出轴15间隔布置，每个安装轴353从第一安装板351上垂直地延伸，每个行星轮活动安装在对应的安装轴353上，第一过孔3511与输出轴15之间可以设置有第二轴承42。在这种情况下，安装轴353可以固定于定子21或与定子21一体形成。

除此之外，行星架35还可以包括与第一安装板351平行的第二安装板352，第二安装板352的半径小于第一安装板351的半径，第二安装板352与每个安装轴353的远离第一安装板351的一端相连，第二安装板352的中心具有供输出轴15穿过的第二过孔3521。第二过孔3521与输出轴15之间也可以设置有第三轴承43。每个安装轴353上间隔设置有第一行星轮33和第二行星轮34。

在本发明的转向管柱总成中，齿圈36可以具有任意适当的结构。作为一种实施方式，如图4所示，齿圈36可以形成为杯状结构，该杯状结构包括环形侧壁361和底板362，环形侧壁361围绕多个行星轮设置且与每个行星轮相啮合，输出轴15从底板362的中心穿过并与该底板362固定连接。在这种实施方式中，第一安装板351位于齿圈36的开口端，安装轴353从第一安装板351向齿圈36的底板362延伸，第二安装板352靠近底板362设置。在变型实施方式中，也可以采用沿环形侧壁361的径向向内延伸的连接杆来替代底板362。

关于本发明所提供的转向管柱总成，本说明书中主要针对本发明所涉及的输出轴、管柱壳体以及助力电机进行了描述，而省略或简化了对转向管柱总成的其他附属的部件的描述，但本发明的转向管柱总成并不排除这些公知的部件的设置。当需要结合有上述其他部件时，本领域技术人员可以参考现有的转向管柱总成中设置的各个部件，并将其结合在本发明中，只要能够实现本发明的目的即可。

作为一种实施方式，如图1所示，本发明的转向管柱总成还包括从管柱壳体11内穿过的输入轴12、中间轴13和扭杆14，输入轴12、中间轴13、扭杆14和输出轴15依次相连。

以下简要说明一下本发明的转向管柱总成的工作原理。

本发明的转向管柱总成工作时，转动转向盘，转向盘带动输入轴12转动，输入轴12带动中间轴13转动，中间轴13带动扭杆14转动，扭杆14的另一端被输出轴15固定，无法转动，于是扭杆14就跟随转向盘的输入扭转力大小发生弹性扭转变形，变形量与扭转力成正比。控制器根据设置在扭杆14上的传感器输出的电压值确定转向盘输入的扭转力大小。当控制器计算到转向盘输入的扭转力较大，会让人感觉到手力沉重时，就给助力电机发送一个电信号，让助力电机的转子22转动，给予适当大小的助力。转子22带动太阳轮转动，太阳轮带动行星轮转动，行星轮带动齿圈36转动，齿圈36带动输出轴15转动，输出轴15通过万向节带动转向器转动，转向器再驱动车轮转向。同时，输出轴15也带动扭杆14转动，使得扭杆14的扭转变形量减小，转向盘的手力就变得轻便，助力电机的助力也会跟着减小，直到没有助力。从而保证了汽车转向时的轻便性和操控的稳定性。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆，该车辆采用如上所述的转向管柱总成。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种转向管柱总成，包括转向管柱和助力电机，所述转向管柱包括管柱壳体(11)和从该管柱壳体(11)内穿过的输出轴(15)，其特征在于，所述助力电机的定子(21)固定在所述管柱壳体(11)内，所述助力电机的转子(22)套设在所述输出轴(15)上并与该输出轴(15)传动连接，所述转子(22)活动套设在所述输出轴(15)上，所述转子(22)的动力经由齿轮减速机构传递至所述输出轴(15)，所述齿轮减速机构为行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括太阳轮、多个行星轮、行星架(35)和齿圈(36)，所述太阳轮同轴固定于所述转子(22)且通过第一轴承(41)安装在所述输出轴(15)上，所述行星架(35)固定于所述管柱壳体(11)，每个行星轮活动安装在所述行星架(35)上并与所述太阳轮和齿圈(36)分别啮合，所述齿圈(36)同轴固定于所述输出轴(15)，所述太阳轮包括第一太阳轮(31)和第二太阳轮(32)，所述多个行星轮包括数量相等的第一行星轮(33)和第二行星轮(34)，所述第一太阳轮(31)和第二太阳轮(32)分别设置在所述转子(22)的两端，所述第一行星轮(33)与所述第一太阳轮(31)和齿圈(36)分别啮合，所述第二行星轮(34)与所述第二太阳轮(32)和齿圈(36)分别啮合。

2.根据权利要求1所述的转向管柱总成，其特征在于，所述齿圈(36)形成为杯状结构，该杯状结构包括环形侧壁(361)和底板(362)，所述环形侧壁(361)围绕所述多个行星轮设置且与每个行星轮相啮合，所述输出轴(15)从所述底板(362)的中心穿过并与该底板(362)固定连接。

3.根据权利要求1所述的转向管柱总成，其特征在于，所述行星架(35)包括第一安装板(351)和多个安装轴(353)，所述第一安装板(351)的边缘固定于所述管柱壳体(11)，所述第一安装板(351)的中心具有供所述输出轴(15)穿过的第一过孔(3511)，该第一过孔(3511)与所述输出轴(15)之间设置有第二轴承(42)，所述多个安装轴(353)围绕所述输出轴(15)间隔布置，每个安装轴(353)从所述第一安装板(351)上垂直地延伸，每个行星轮活动安装在对应的安装轴(353)上。

4.根据权利要求3所述的转向管柱总成，其特征在于，所述行星架(35)还包括与所述第一安装板(351)平行的第二安装板(352)，所述第二安装板(352)的半径小于所述第一安装板(351)的半径，所述第二安装板(352)与每个安装轴(353)的远离所述第一安装板(351)的一端相连，所述第二安装板(352)的中心具有供所述输出轴(15)穿过的第二过孔(3521)，该第二过孔(3521)与所述输出轴(15)之间设置有第三轴承(43)。

5.根据权利要求3所述的转向管柱总成，其特征在于，所述安装轴(353)固定于所述定子(21)或与该定子(21)一体形成。

6.根据权利要求1所述的转向管柱总成，其特征在于，所述转向管柱还包括输入轴(12)、中间轴(13)和扭杆(14)，所述输入轴(12)、中间轴(13)、扭杆(14)和输出轴(15)依次相连。

7.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-6中任意一项所述的转向管柱总成。