CN110254508A - 一种可变传动比的车辆主动转向传动装置、汽车 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种可变传动比的汽车主动转向传动装置，包括：同轴地对称设置的第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构、连接设置在所述第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构之间的一助转角电机、同轴地设置在所述第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构外且同时与各行星齿轮传动机构的各行星轮相啮合的筒状内齿圈、输入轴和输出轴。本发明将助转角电机内置于传动装置中，减少了整个传动装置所占空间；电机直接驱动行星架运动，提高了传递效率；主动转向是减速增距传动，电机驱动力矩小，所需电机功率小，从而减小机构尺寸、降低所需成本；当控制系统出故障时，机械转向系统仍可正常工作，实现失效备份，安全性好。

Description

一种可变传动比的车辆主动转向传动装置、汽车
技术领域
本发明涉及汽车主动转向系统，特别是涉及一种可变传动比的车辆主动转向传动装置、汽车，该装置可提高车辆低速转向灵敏度，确保高速转向平稳性，从而改善车辆的操纵性能。
背景技术
汽车转向系统是根据驾驶员意愿来改变或保持汽车行驶方向的一系列装置，对汽车的行驶安全性和操纵稳定性而言至关重要。
现有的大部分转向系统的传动比是不可调的，即当机械转向系统设计完成之后，传动比就固定不变了。随着驾驶员需求的不断增加，这样固定传动比的转向系统越来越影响用户体验。理想的转向系统应具有感知路况和车速，进而主动改变传动比的性能，即低速时传动比小从而转向灵活、高速时传动比大从而转向平稳。
主动转向系统是在转向系统中加入了一套可根据车速调整转向传动比的装置。
图1为行业内经常采用的特殊加工的变齿距转向器齿条简图。齿条中间密集，两边稀疏，这样在中间区域转向时(高速、转角较小时)齿条位移较小，传动比大，转向较为平稳；在两边区域转向时(低速、转角较大时)齿条位移较大，传动比小，转向较为灵活。该方法的优点是：技术上非常简易，只需改变齿条的齿距，即可达到变传动比的效果，无需加入其他装置，成本较低；缺点是该转向系统的传动比是直接随方向盘转角而非车速变化的，实际情况中并不总是低速时大转角、高速时小转角，且传动比只是间接的随车速定性变化，未能实现准确的定量变化。
图2为宝马公司的汽车主动转向系统。该系统是将方向盘与转向器之间的中间轴断开，加入一个传动装置。该装置主要包括：输入轴1、输出轴11、两个并列的行星齿轮机构、蜗轮蜗杆和助转角电机7。其中太阳轮2、行星轮3、行星架5和内齿圈4构成行星排Ⅰ，太阳轮10、行星轮9、行星架5和内齿圈8构成行星排Ⅱ，两个行星排共用一个行星架5，且内齿圈8外圈为蜗轮。内齿圈4是固定的，行星排Ⅰ和行星排Ⅱ的传动比相同。输入轴1一端与方向盘连接，另一端与太阳轮2连接；输出轴11一端与太阳轮10连接，另一端与转向器输入轴连接。该装置工作原理是：当转动方向盘时，若助转角电机不工作，由于蜗轮蜗杆具有自锁功能，内齿圈8不转动，则输入轴与输出轴的传动比为1；若控制系统检测到车速信号从而控制助转角电机转动，内齿圈8将被蜗轮蜗杆驱动旋转，此时传动比改变。该装置的优点是：控制部分出故障时，机械转向系统仍可正常工作，可以实现失效备份，安全性好；由控制系统检测车速后控制电机带动内齿圈转动，传动比直接随车速变化，且理论上可拥有最佳传动比，效果较好。该装置的缺点是：助转角电机和蜗轮蜗杆安装在装置外部，占据了一定的空间，且电机驱动蜗杆6转动经由外圈为蜗轮的内齿圈8、行星轮9、太阳轮10输出时，是增速减矩传动(传动比小于1)，导致电机要有较大的驱动力矩，则电机功率、尺寸也较大，增加了成本。
图3为专利CN102874300B所述的汽车前轮主动转向系统的主动转向传动装置。该主动转向传动装置包括了一个机械传动装置和一个动力驱动装置，机械传动装置由两组并列的NGW型行星齿轮传动机构组成；由太阳轮20、行星齿轮15、内齿圈14组成行星排I；由太阳轮20、行星齿轮17、内齿圈16组成行星排II，太阳轮20为两个行星排共用；输入轴12与行星架之一连接，输出轴18与行星架之二连接；内齿圈16固定，内齿圈14与蜗轮19固接，电机驱动蜗轮蜗杆带动内齿圈15旋转。该装置的优点是：采用机械连接，安全性高，且主动转向输出是由动力驱动装置驱动内齿圈经行星架输出，是减速传动，电机和蜗轮蜗杆机构驱动力矩小，从而可以减小机构的尺寸、降低成本、减小占据的空间；该装置的缺点是：结构较为复杂，且助转角电机和蜗轮蜗杆安装在装置外部，占据了一定的空间。
发明内容
本发明的目的是克服现有主动转向系统传动装置存在的问题，提供一种结构简易、尺寸较小、效率较高、成本较低、安全性较高的可变传动比主动转向传动装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可变传动比的汽车主动转向传动装置，包括：
第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构，相隔一定间隙地同轴对称设置，
一助转角电机，连接设置在所述第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构之间；
所述第一行星齿轮传动机构包括：
第一太阳轮；
若干第一行星轮，均匀分布地与所述第一太阳轮相啮合；
第一行星架，其一端与所述助转角电机壳体固定连接，另一端分别与各第一行星轮的中心孔转动连接；
所述第二行星齿轮传动机构包括：
第二太阳轮；
若干第二行星轮，均匀分布地与所述第二太阳轮相啮合；
第二行星架，其一端与所述助转角电机的输出轴驱动连接，另一端分别与各第二行星轮的中心孔转动连接；
筒状内齿圈，同轴地设置在所述第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构外且同时与各第一行星轮和第二行星轮相啮合；
输入轴和输出轴，所述输入轴的一端与第一太阳轮同轴连接，另一端与方向盘或转向器的输入轴相连接；所述输出轴的一端与第二太阳轮同轴连接，另一端与方向盘或转向器的输入轴相连接。
进一步地，所述第一行星齿轮传动机构与所述筒状内齿圈组成行星排Ⅰ，所述第二行星齿轮传动机构与所述筒状内齿圈组成行星排Ⅱ，所述行星排Ⅰ和行星排Ⅱ的传动比相同。
进一步地，所述第一太阳轮和第二太阳轮的结构参数相同，各所述第一行星轮和第二行星轮的结构参数相同。
进一步地，当助转角电机未工作时处于自锁状态，第二行星架不旋转，传动装置传动比为1；当助转角电机驱动第二行星架经由第二行星轮带动第二太阳轮旋转的方向与第一太阳轮旋转方向相同时，输出轴的转角大于输入轴的转角，传动装置传动比小于1；当助转角电机驱动第二行星架经由第二行星架带动第二太阳轮旋转的方向与第一太阳轮旋转方向相反时，所述输出轴的转角大于输入轴的转角，传动装置传动比小于1。
进一步地，所述当助转角电机与车辆控制系统控制控制连接，所述车辆控制系统根据当前路况及车速确定车辆转向系统所需传动比，进而控制助转角电机工作以达到目标传动比。
一种汽车，包括方向盘和转向器，其特征在于，所述的方向盘和转向器之间设置有如所述可变传动比的汽车主动转向传动装置。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果如下：
本发明将助转角电机内置于传动装置中，减少了整个传动装置占据的空间；
助转角电机工作时直接驱动行星架转动改变传动装置的传动比，省去了蜗轮蜗杆机构，提高了传递效率；
主动转向是电机驱动行星架经行星轮、太阳轮输出，是减速增距传动，电机驱动力矩小，所需电机功率小，从而可以减小机构尺寸、降低所需成本；
当控制系统出故障时，机械转向系统仍可正常工作，可以实现失效备份，安全性好。
附图说明
图1是变齿距齿条简图；
图2是宝马公司的汽车主动转向系统原理示意图；
图3是专利CN102874300B中所述的汽车主动转向系统的主动转向传动装置原理示意图；
图4是本发明实施例的可变传动比的汽车主动转向传动装置原理示意图；
图5是本发明实施例的可变传动比的汽车主动转向传动装置结构示意图；
图6为图5中A-A向剖视结构示意图；
附图标注说明：1-输入轴，2-第太阳轮，3-行星轮，4-内齿圈，5-行星架，6-蜗杆，7-电机，8-外圈为蜗轮的内齿圈，9-行星轮，10-第太阳轮，11-输出轴，12-输入轴，13-蜗杆，14-内齿圈，15-行星轮，16-内齿圈，17-行星轮，18-输出轴，19-蜗轮，20-第太阳轮，21-输入轴，22-第一太阳轮，23-第一行星轮，24-内齿圈，25-电机，26-第二行星轮，27-第二太阳轮，28-输出轴，29-第一行星架，30-第二行星架。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明做进一步地详细说明，需要说明的是，具体实施方式并不是本发明保护范围的限制。
如图4至6所示，一种可变传动比的汽车主动转向传动装置，包括：
第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构，相隔一定间隙地同轴对称设置，
一助转角电机25，连接设置在所述第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构之间；
所述第一行星齿轮传动机构包括：
第一太阳轮22；
三个第一行星轮23，均匀分布地与所述第一太阳轮22相啮合；
第一行星架29，其一端与所述助转角电机25壳体固定连接，另一端分别与各第一行星轮23的中心孔转动连接；
所述第二行星齿轮传动机构包括：
第二太阳轮27；
三个第二行星轮26，均匀分布地与所述第二太阳轮27相啮合；
第二行星架30，其一端与所述助转角电机25的输出轴驱动连接，另一端分别与各第二行星轮26的中心孔转动连接；
筒状内齿圈24，同轴地设置在所述第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构外且同时与各第一行星轮23和第二行星轮26相啮合。
输入轴21和输出轴28，所述输入轴21的一端与第一太阳轮22同轴连接，另一端与方向盘或转向器的输入轴相连接；所述输出轴28的一端与第二太阳轮27同轴连接，另一端与方向盘或转向器的输入轴相连接。
所述第一行星齿轮传动机构与所述筒状内齿圈24组成行星排Ⅰ，所述第二行星齿轮传动机构与所述筒状内齿圈24组成行星排Ⅱ，所述行星排Ⅰ和行星排Ⅱ的传动比相同。
所述第一太阳轮22和第二太阳轮27的结构参数相同，各所述第一行星轮23和第二行星轮26的结构参数相同。
当助转角电机25未工作时处于自锁状态，第二行星架30不旋转，传动装置传动比为1；当助转角电机25驱动第二行星架30经由第二行星轮26带动第二太阳轮27旋转的方向与第一太阳轮22旋转方向相同时，输出轴28的转角大于输入轴21的转角，传动装置传动比小于1；当助转角电机25驱动第二行星架30经由第二行星架26带动第二太阳轮27旋转的方向与第一太阳轮22旋转方向相反时，所述输出轴28的转角大于输入轴21的转角，传动装置传动比小于1。
所述当助转角电机25与车辆控制系统控制控制连接，所述车辆控制系统根据当前路况及车速确定车辆转向系统所需传动比，进而控制助转角电机25工作以达到目标传动比。
方向盘转动转角θ1时，若助转角电机25不工作，则经输入轴21、第一太阳轮22、第一行星轮23、内齿圈24、第二行星轮26和第二太阳轮27到输出轴28，输出转角θ2与θ1相等，传动装置的传动比为θ1/θ2＝1；若助转角电机25工作，且驱动第二行星架30经由第二行星轮26带动第二太阳轮27旋转的方向与输入轴21一致时，则输出轴28转角θ2大于θ1，此时传动比θ1/θ2＜1；若助转角电机25工作，且驱动第二行星架30经由第二行星轮26带动第二太阳轮27旋转的方向与输入轴21相反时，则输出轴28转角θ2大于θ1，此时传动比θ1/θ2＞1。可见，实际过程中控制系统只要根据车速信号控制电机驱动第二行星架30转动，即可改变传动装置传动比，进而改变整个转向系统的传动比，从而满足驾驶员对车辆低速转向灵活、高速转向平稳的要求，提高车辆的操纵性和舒适性。
主动转向传动装置中，由于所述行星排Ⅰ与行星排Ⅱ是对称的，所以助转角电机25既可以壳体与第一行星架23固连不动、电机输出轴与第二行星架26连接，也可以壳体与第二行星架26固连不动、电机输出轴与第一行星架23连接，都可以改变传动装置的传动比。
所述助转角电机25内置于传动装置中，减少了整个传动装置占据的空间；所述助转角电机25直接驱动行星架运动，省去了蜗轮蜗杆传动机构，提高了传递效率；主动转向是所述助转角电机25驱动行星架经行星轮、太阳轮输出，是减速增距传动，电机驱动力矩小，所需电机功率小，从而可以减小机构尺寸、降低所需成本；当控制系统出故障时，机械转向系统仍可正常工作，可以实现失效备份，安全性好。
综上所述，上述实施例的行星排Ⅰ和行星排Ⅱ的传动比相同。助转角电机内置于传动装置中，并与行星架3固连且保持不动。电机输出轴与行星架10连接，电机未工作时处于自锁状态，行星架10不旋转，此时传动装置传动比为1；电机工作时驱动行星架10旋转，进而改变传动比。
本发明的另一实施例提供一种汽车，包括方向盘和转向器，所述的方向盘和转向器之间安装设置有如上述实施例所述的可变传动比的汽车主动转向传动装置。
以上的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种可变传动比的汽车主动转向传动装置，其特征在于，包括：
第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构，相隔一定间隙地同轴对称设置，
一助转角电机(25)，连接设置在所述第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构之间；
所述第一行星齿轮传动机构包括：
第一太阳轮(22)；
若干第一行星轮(23)，均匀分布地与所述第一太阳轮(22)相啮合；
第一行星架(29)，其一端与所述助转角电机(25)壳体固定连接，另一端分别与各第一行星轮(23)的中心孔转动连接；
所述第二行星齿轮传动机构包括：
第二太阳轮(27)；
若干第二行星轮(26)，均匀分布地与所述第二太阳轮(27)相啮合；
第二行星架(30)，其一端与所述助转角电机(25)的输出轴驱动连接，另一端分别与各第二行星轮(26)的中心孔转动连接；
筒状内齿圈(24)，同轴地设置在所述第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构外且同时与各第一行星轮(23)和第二行星轮(26)相啮合；
输入轴(21)和输出轴(28)，所述输入轴(21)的一端与第一太阳轮(22)同轴连接，另一端与方向盘或转向器的输入轴相连接；所述输出轴(28)的一端与第二太阳轮(27)同轴连接，另一端与方向盘或转向器的输入轴相连接。
2.根据权利要求1所述的可变传动比的汽车主动转向传动装置，其特征在于：所述第一行星齿轮传动机构与所述筒状内齿圈(24)组成行星排Ⅰ，所述第二行星齿轮传动机构与所述筒状内齿圈(24)组成行星排Ⅱ，所述行星排Ⅰ和行星排Ⅱ的传动比相同。
3.根据权利要求1所述的可变传动比的汽车主动转向传动装置，其特征在于：所述第一太阳轮(22)和第二太阳轮(27)的结构参数相同，各所述第一行星轮(23)和第二行星轮(26)的结构参数相同。
4.根据权利要求1所述的可变传动比的汽车主动转向传动装置，其特征在于：当助转角电机(25)未工作时处于自锁状态，第二行星架(30)不旋转，传动装置传动比为(1)；当助转角电机(25)驱动第二行星架(30)经由第二行星轮(26)带动第二太阳轮(27)旋转的方向与第一太阳轮(22)旋转方向相同时，输出轴(28)的转角大于输入轴(21)的转角，传动装置传动比小于(1)；当助转角电机(25)驱动第二行星架(30)经由第二行星架(26)带动第二太阳轮(27)旋转的方向与第一太阳轮(22)旋转方向相反时，所述输出轴(28)的转角大于输入轴(21)的转角，传动装置传动比小于(1)。
5.根据权利要求1所述的可变传动比的汽车主动转向传动装置，其特征在于：所述当助转角电机(25)与车辆控制系统控制控制连接，所述车辆控制系统根据当前路况及车速确定车辆转向系统所需传动比，进而控制助转角电机(25)工作以达到目标传动比。
6.一种汽车，包括方向盘和转向器，其特征在于，所述的方向盘和转向器之间安装设置有如权利要求1至5中任一项所述可变传动比的汽车主动转向传动装置。
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