CN109955896B - 扭矩叠加转向装置 - Google Patents

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Abstract

用于辅助转向系统中的转向轴旋转的转向装置。该装置包括马达和输出轴，其中，该马达具有围绕驱动轴轴线旋转的驱动轴，输出轴围绕输出轴轴线旋转。输出轴轴线与驱动轴轴线平行地延伸。输出轴连接成与转向轴一起旋转。齿轮组将马达驱动地连接至输出轴。齿轮组包括蜗杆和蜗轮。

Description

扭矩叠加转向装置
技术领域
本发明涉及车辆转向，以及更具体地，涉及用于辅助转向系统中的转向轴旋转的转向装置。
背景技术
已知向轮式车辆提供动力转向系统，从而减少车辆操作员旋转方向盘并且使车辆的导向轮转动而必须施加至方向盘的扭矩。为了进一步降低操作员的力，已知为动力转向系统提供扭矩叠加转向装置。扭矩叠加转向装置通过向控制动力转向系统的转向轴施加扭矩来降低转向力。具体地，马达机械地联接(例如，带驱动)至转向轴，并且致动马达以向转向轴施加扭矩，从而补充由操作员经由方向盘施加至转向轴的扭矩。
在某些应用中，扭矩叠加转向装置可安装至车辆的乘客舱中的转向柱，以防止将扭矩叠加转向装置暴露至可在车辆的发动机室中出现的苛刻条件。由于该安装布置，使扭矩叠加系统的物理尺寸最小化会很重要，以便降低对操作员所在的乘客舱的占用。已知的扭矩叠加转向装置的不足在于它们在乘客舱中占据不期望的大量空间和/或补充的施加至转向轴的扭矩不够大。例如，已知的使用带驱动的扭矩叠加转向装置仅能够以3:1的比率放大由马达生成的扭矩，这对于一些应用而言太低。
发明内容
根据本发明的一方面，公开了用于辅助动力转向系统中的转向轴旋转的转向装置。该装置包括马达和输出轴，其中，该马达具有围绕驱动轴轴线旋转的驱动轴，输出轴围绕输出轴轴线旋转。输出轴轴线与驱动轴轴线平行地延伸。输出轴连接成与转向轴一起旋转。齿轮组将马达驱动地连接至输出轴。齿轮组包括蜗杆和蜗轮。
附图说明
以下将参照附图，仅通过示例来描述本发明的实施方式，在附图中：
图1是根据本公开的扭矩叠加转向装置的剖视立体图；
图2是图1的扭矩叠加转向装置的剖视平面图；
图3是示出了蜗杆与蜗轮之间接合的图1的扭矩叠加转向装置的部分的剖视图；以及
图4是装备有图1的扭矩叠加转向装置的车辆的示意图。
具体实施方式
图1至图3中示出了根据本发明的扭矩叠加转向装置10。扭矩叠加转向装置10包括齿轮组20和设置在外壳80中的马达60。齿轮组20包括第一锥齿轮22、第二锥齿轮24、蜗杆26和蜗轮28。如本领域技术人员将理解的是，齿轮组20通过轴承支承在外壳80中的各种点处。
第一锥齿轮22固定成与马达60的驱动轴62一起旋转。在一个示例中，第一锥齿轮22与驱动轴62分别地形成并随后进行附接。然而，设想的是，第一锥齿轮22可与驱动轴62一起整体形成。驱动轴62沿着驱动轴轴线64延伸。第一锥齿轮22围绕驱动轴轴线64与马达60的驱动轴62一起旋转。第一锥齿轮22与第二锥齿轮24啮合。
第二锥齿轮24固定成与传动轴30一起旋转，其中，传动轴30在第一端部34与第二端部36之间沿着传动轴轴线92延伸。在一个示例中，第二锥齿轮24与传动轴30分别形成且随后进行附接。然而，设想的是，第二锥齿轮24可与传动轴30一起整体形成。传动轴轴线92垂直于驱动轴轴线64。第二锥齿轮24设置在传动轴30的第一端部34处。蜗杆26设置在第二锥齿轮24与传动轴30的第二端部36之间。蜗杆26固定成与传动轴30一起旋转。在一个示例中，蜗杆26与传动轴30一起整体形成。然而，设想的是，蜗杆26可与传动轴30分别形成并且随后进行附接。第二锥齿轮24和蜗杆26每个均围绕传动轴轴线92与传动轴30一起旋转。
蜗杆26与蜗轮28啮合。在一个示例中，由蜗杆26和蜗轮28提供的减速比在约16:1至22:1的范围内。在该比率下，蜗杆26可使蜗轮28旋转，以及蜗轮28可使蜗杆26旋转(即，不自锁)。
蜗轮28关于输出轴40同心，并且固定成与输出轴40一起旋转。在一个示例中，蜗轮28与输出轴40分别形成并且随后进行附接。然而，设想的是，蜗轮28可与输出轴40一起整体形成。输出轴40在第一端部42与第二端部44之间沿着输出轴轴线94延伸。输出轴轴线94垂直于传动轴轴线92，并且与驱动轴轴线64平行。蜗轮28围绕输出轴轴线94与输出轴40一起旋转。
在图4中示出了装备有扭矩叠加转向装置10的车辆100。防火壁102将车辆100分隔成乘客舱空间104和发动机室空间106。扭矩叠加转向装置10设置在乘客舱空间104中，并且安装至转向轴114。车辆100包括可由液压动力转向系统110转动的导向轮108。液压动力转向系统110设置在发动机室空间106中。在一个示例中，液压动力转向系统110是齿条与齿轮类型。然而，设想的是，可使用其它类型的液压动力转向系统(例如，循环球)。另外，设想的是，可使用液压动力转向系统之外的其它类型的动力转向系统。
液压动力转向系统110和扭矩叠加转向装置10通过方向盘112进行控制。方向盘112设置在乘客舱空间104中。方向盘112可由车辆100的操作员旋转，以实现导向轮108的转动。
转向轴114延伸穿过防火壁102，以使方向盘112和液压动力转向系统110互相连接。转向轴114将方向盘112的旋转传递至液压动力转向系统110，从而引导液压动力转向系统110以转动导向轮108。控制单元120设置为用于感测经由方向盘112的操作员输入。例如，控制单元120可感测施加至方向盘112的扭矩、方向盘112的旋转角和/或方向盘112的角速度。在一个示例中，控制单元120可通过监测转向轴114来感测操作员的输入。然而，设想的是，控制单元120可通过直接监测方向盘112来感测操作员的输入。
转向轴114可包括第一部116和分离的第二部118。转向轴114的第一部116附接成与方向盘112一起旋转。转向轴114的第二部118可旋转地附接至液压动力转向系统110。扭矩叠加转向装置10集成至转向轴114，使得转向轴114的第一部116附接至输出轴40的第一端部42，以及转向轴114的第二部118附接至输出轴40的第二端部44。设想的是，可设置转向轴114和扭矩叠加转向装置10的其它布置。例如，可翻转扭矩叠加转向装置10相对于转向轴114的定位，使得输出轴40的第一端部42附接至转向轴114的第二部118，以及输出轴40的第二端部44附接至转向轴114的第一部116。作为另一示例，输出轴40可设置在多件(或单件)转向轴的末端端部处。即，输出轴40可直接连接至方向盘112和转向轴。替代地，输出轴40可直接连接至动力转向系统110和转向轴。作为又一示例，扭矩叠加转向装置10可集成至具有多于两个分离部的转向轴。
在车辆100的操作过程中，操作员可经由方向盘112提供输入，以将扭矩施加至转向轴114，并且实现导向轮108的转动。控制单元120感测操作员输入，并且将所感测的输入传送至扭矩叠加转向装置10。马达60响应于所感测的输入而被激发，从而使得驱动轴62围绕驱动轴轴线64旋转第一锥齿轮22。与第二锥齿轮24啮合的第一锥齿轮22的旋转使得第二锥齿轮24围绕传动轴轴线92旋转。传动轴30将第二锥齿轮24的旋转传递至蜗杆26，从而使得蜗杆26也围绕传动轴轴线92旋转。与蜗轮28啮合的蜗杆26的旋转导致将扭矩施加至蜗轮28。所施加的扭矩从蜗轮28传递至输出轴40，以及然后传递至转向轴114。因而，扭矩叠加转向装置10补充施加至转向轴114的扭矩。施加至转向轴114的组合扭矩(即，由操作员施加的扭矩以及由扭矩叠加转向装置施加的扭矩)使得转向轴114旋转，从而如本领域已知地致动液压动力转向系统110和转动导向轮108。
扭矩叠加转向装置10的布置允许电动马达90的驱动轴62的旋转轴线(即，驱动轴轴线64)与输出轴40的旋转轴线(即，输出轴轴线94)平行地延伸，从而提供在车辆100的乘客舱空间104中占据最小空间的极其紧凑的组件。另外，齿轮组20提供了非常高的减速比，因而提供了由马达60生成的扭矩的显著增加。在一个示例中，由齿轮组20提供的减速比是40:1。然而，设想的是，可提供其它减速比。在40:1的减速比下，如果液压动力转向装置故障，则扭矩叠加转向装置10可使操作员能够安全地操纵车辆(即，即使当液压动力转向系统110故障时，也可转动导向轮108)。
从本发明的以上描述中，本领域技术人员会认识到改进、变化和修改。例如，虽然扭矩叠加转向装置10已描述为与液压动力转向系统一起使用，但是设想的是，扭矩叠加转向装置可与其它类型的动力转向系统一起使用。作为另一示例，虽然扭矩叠加转向装置10已描述为与另一转向系统结合使用，但是设想的是，扭矩叠加转向装置可以是提供辅助导向轮108转动的唯一机构(即，省略液压动力转向系统110)。本领域技术范围内的这种改进、变化和修改旨在由所附权利要求涵盖。

Claims (12)

1.一种用于辅助转向系统中的转向轴旋转的转向装置，所述装置包括：
马达，具有围绕驱动轴轴线旋转的驱动轴；
输出轴，围绕输出轴轴线旋转，所述输出轴轴线平行于所述驱动轴轴线延伸，所述输出轴连接成与所述转向轴一起旋转；以及
齿轮组，将所述马达驱动地连接至所述输出轴，所述齿轮组包括蜗杆和蜗轮，其中，所述齿轮组还包括第一齿轮和第二齿轮，其中，所述第一齿轮设置在所述驱动轴上，以及所述马达使所述第一齿轮能够围绕所述驱动轴轴线旋转，所述第二齿轮由所述第一齿轮驱动，并且能够和所述蜗轮旋转，以将所述第一齿轮的旋转传递至所述蜗轮。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二齿轮围绕垂直于所述驱动轴轴线延伸的轴线旋转。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮是锥齿轮。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述蜗杆围绕所述第二齿轮的旋转轴线旋转。
5.如权利要求1所述的装置，包括将所述第二齿轮的旋转传递至所述蜗杆的轴。
6.如权利要求5所述的装置，其中，将所述第二齿轮的旋转传递至所述蜗杆的所述轴沿着所述第二齿轮的旋转轴线延伸。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述第二齿轮的旋转轴线与所述驱动轴轴线和所述输出轴轴线垂直。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述蜗轮关于所述输出轴同心。
9.如权利要求1所述的装置，其中，所述转向轴将方向盘连接至所述转向系统，以及其中，控制器检测所述方向盘的旋转，所述马达响应于所述控制器检测所述方向盘的旋转而被激发，从而使所述驱动轴旋转。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述齿轮组的减速比是至少40:1。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述转向系统是动力转向系统。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述动力转向系统是液压的。
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