CN111409694A - 一种兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了转向器技术领域的一种兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，满足汽车转向的多工况需求，兼顾驾驶人体验和汽车的操纵性能，降低汽车转向过程中的振动和噪声。包括转向器壳体，所述转向器壳体内安装有相互啮合的转向齿轮和转向齿条，所述转向齿条上的啮合齿具有多种不同的齿距；在汽车分别向两侧转向时，依次与所述转向齿轮啮合的转向齿条啮合齿的齿距分布不对称；所述转向齿条在非啮合区断开，采用橡胶复合连接件连接；所述转向器壳体内安装橡胶复合压块，所述橡胶复合压块与所述转向齿条滑动连接，所述橡胶复合压块与所述转向齿轮分别位于所述转向齿条的两侧且相对设置。

Description

一种兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器

技术领域

本发明属于转向器技术领域，具体涉及一种兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器。

背景技术

转向器是汽车中一种十分重要的总成，驾驶人通过操纵转向器来操控汽车的转向。汽车转向器的结构形式较多，常用的有循环球式转向器和齿轮齿条式转向器。齿轮齿条式转向器因其结构简单紧凑、传动效率高、占用空间小等特点，广泛应用于乘用车以及载重量不大、前轮采用独立悬架的货车和客车上。转向器性能关系到汽车的转向轻便性、灵敏性、操纵稳定性、机动性、行驶安全性等，汽车转向过程中应尽可能地降低噪声和振动，转向器性能还需要符合驾驶人的生理、心理感知特征。

转向器传动比通常是指转向器输入转角与输出转角之比。传动比分为固定的和可变的两种。若要求汽车操纵轻便则希望传动比大些，若要求汽车转向灵敏则希望传动比小些。因此，转向操纵的“轻”和“灵”是有矛盾的，可变传动比能适当兼顾上述两方面的矛盾要求。

可变传动比的变化规律因汽车结构型式和参数不同而异。传统汽车设计过程中，最大传动比一般选择在中位区域，或者选择在极限转弯区域，并且采用左右转向时传动比变化规律曲线对称的设计思想。传统变传动比变化规律难以兼顾到汽车驾驶的各种工况和驾驶人的体验差异，现在汽车直线行驶车速均较高，所以中位区域需要选择大的传动比，这样可以使转向不要过于敏感，使中位操纵沉稳，易于为驾驶人所把握，而在极限转弯时，因转向阻力矩达到最大，为了操纵轻便，使驾驶人省力或降低动力转向时的功率消耗，同样需要选择大的传动比。此外，当驾驶人位于汽车左侧时（指左舵车型），驾驶人对汽车左向转弯的运动特征较右向转弯的运动特征体验感知更灵敏，当驾驶人位于汽车右侧时（指右舵车型），驾驶人对汽车右向转弯的运动特征较左向转弯的运动特征体验感知更灵敏。因此，传统的汽车转向器传动比左右对称的变化规律不能满足驾驶人生理及心理感知体验差异的特征。此外，传统转向器传动比变化是通过金属结构实现的，在实际操纵中，存在振动噪声偏大，驾驶人转向时有顿挫、不连贯等不适感觉。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，满足汽车转向的多工况需求，兼顾驾驶人体验和汽车的操纵性能，降低汽车转向过程中的振动和噪声。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，包括转向器壳体，所述转向器壳体内安装有相互啮合的转向齿轮和转向齿条，所述转向齿条上的啮合齿具有多种不同的齿距；在汽车分别向两侧转向时，依次与所述转向齿轮啮合的转向齿条啮合齿的齿距分布不对称。

进一步地，所述转向齿条中位区域的啮合齿采用标准齿距S1；对于左舵车型向左转、右舵车型向右转，与所述转向齿轮啮合的转向齿条啮合齿的齿距依次为：S1、S2’、 S3’、S2’、 S4’，且S4’<S1< S2’< S3’；对于左舵车型向右转、右舵车型向左转，与所述转向齿轮啮合的转向齿条啮合齿的齿距依次为：S1、S2、S3、S2、S4，且S4<S1<S2<S3；S2=（80%～95%）S2’、S3=（80%～95%）S3’、S4=（80%～95%）S4’。

进一步地，所述转向齿条在非啮合区断开，采用橡胶复合连接件连接；对于左舵车型，所述橡胶复合连接件位于所述转向齿轮的左侧；对于右舵车型，所述橡胶复合连接件位于所述转向齿轮的右侧。

进一步地，所述橡胶复合连接件包括第一橡胶体，所述第一橡胶体朝向所述转向齿轮的一侧设有第一侧挡板，所述第一侧挡板上设有凸焊螺栓；所述第一橡胶体背向所述转向齿轮的一侧设有第二侧挡板，所述第二侧挡板上设有螺纹孔；所述第一橡胶体内部设置多个第一衬片。

进一步地，所述第一衬片的材质为铝或铝合金。

进一步地，所述第一衬片的厚度为0.8~1.2mm，相邻两个所述第一衬片的间距不小于10mm。

进一步地，所述转向器壳体内安装橡胶复合压块，所述橡胶复合压块与所述转向齿条滑动连接，所述橡胶复合压块与所述转向齿轮分别位于所述转向齿条的两侧且相对设置。

进一步地，所述橡胶复合压块包括第二橡胶体，所述第二橡胶体一端与聚甲醛齿条座硫化连接，所述聚甲醛齿条座抵接在所述转向齿条上，所述第二橡胶体另一端连接压紧调整装置；所述第二橡胶体内部设置多个第二衬片；所述第二橡胶体在沿所述转向齿条的运动方向上设置有多个减弱孔。

进一步地，所述压紧调整装置包括转向器壳体底板，所述转向器壳体底板上设有多个调节螺栓，所述调节螺栓抵接在所述调整隔板上，所述调整隔板与所述第二橡胶体连接；所述转向器壳体底板上还设有压紧力测量孔。

进一步地，所述第二衬片的材质为铝或铝合金。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

（1）本发明通过对转向齿条啮合齿的齿距采用不对称结构设计，可以实现在汽车中位和极限转弯工况均具有大的传动比，且左右非对称变传动比转向特性曲线，在满足汽车多行驶转向工况的矛盾需求的同时，使驾驶人对左右转向时的运动特征具有均等的感知灵敏度，提高了汽车的操纵性能；

（2）本发明通过在转向齿条的非啮合区断开并采用橡胶复合连接件连接的方式，可以提高中位转向传动比同时可以起到柔和转向传动比的改变过程，解决了传统转向器仅利用金属结构实现变传动比引发的驾驶人顿挫感的问题，使驾驶人的转向操纵具有更为流畅的驾驶体验；

（3）本发明通过采用橡胶复合压块，改善了传统的金属压块工作时因碰撞摩擦产生的噪声问题；

（4）本发明通过采用橡胶复合压块配合调节螺栓和调整隔板的结构，定期对橡胶复合压块的压紧力进行调整，使转向齿条运动更平稳，有效降低了运动过程中的冲击噪声，同时结构更简单紧凑。

附图说明

图1是传统转向器变传动比变化特性曲线；

图2是本发明实施例的非对称ω曲线变传动比变化特性曲线；

图3是本发明实施例的提供的一种齿轮齿条式转向器的安装截面示意图；

图4是图3所示A局部示意图；

图5是图3所示橡胶复合连接件的截面示意图；

图6是图3所示橡胶复合连接件的立体图；

图7是图3所示B局部视图；

图8是传统齿轮啮合压块的噪声来源示意图；

图9是图7所示橡胶复合压块的俯视图；

图10是图7所示橡胶复合压块的正视图；

图11是图7所示转向器壳体底板的俯视图；

图12是图7所示转向器壳体底板的立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本实施例以左舵驾驶汽车车型为例，即方向盘位于汽车左侧（如我国大陆地区准驾车型）。当汽车向左转向时，其传动比整体较向右转向降低5%-20%（数值大小可以视车型不同）。如为右舵驾驶汽车车型（如我国香港地区准驾车型），则涉及到橡胶复合连接件对称安装、转向齿条结构左右对称。其它零部件结构及安装关系均保持不变。

如图3所示，一种兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，包括转向器壳体1，转向器壳体1内安装有相互啮合的转向齿轮2和转向齿条3，转向齿条3上的啮合齿具有多种不同的齿距；在汽车分别向两侧转向时，依次与转向齿轮2啮合的转向齿条啮合齿的齿距分布不对称。转向齿条3在非啮合区断开，采用橡胶复合连接件4连接；橡胶复合连接件4位于转向齿轮2的左侧；对于右舵车型，橡胶复合连接件4位于转向齿轮2的右侧。转向器壳体1内安装橡胶复合压块5，橡胶复合压块5与转向齿条3滑动连接，橡胶复合压块5与转向齿轮2分别位于转向齿条3的上下侧。转向齿条3采用可变齿距结构，如图4所示，中位区域的转向齿条啮合齿采用标准齿距S1，以中位区域齿距S1为基准，右侧转向过程中，与转向齿轮2啮合的转向齿条啮合齿的齿距依次为S1、S2、S3、S2、S4，其大小排序为S4<S1<S2<S3，转向齿条3左侧转向过程中，与转向齿轮2啮合的转向齿条啮合齿的齿距依次S1、S2’、S3’、S2’、S4’，其大小排序为S4’<S1< S2’< S3’；其中S2=（80%～95%）S2’，S3=（80%～95%）S3’，S4=（80%～95%）S4’。对于右舵车型，上述齿距变化规律左右对称，即，右舵车型向右转，与转向齿轮2啮合的转向齿条啮合齿的齿距依次为：S1、S2’、 S3’、 S2’、 S4’，且S4’<S1< S2’<S3’；右舵车型向左转，与转向齿轮2啮合的转向齿条啮合齿的齿距依次为：S1、S2、S3、S2、S4，且S4<S1<S2<S3；S2=（80%～95%）S2’、S3=（80%～95%）S3’、S4=（80%～95%）S4’。

传统转向器采用左、右转向时传动比变化规律曲线对称的设计思想，其转向器变传动比变化特性曲线如图1所示，传统变传动比变化规律难以兼顾到汽车驾驶的各种工况和驾驶人的体验差异，使得汽车在左、右转向时，当驾驶人位于汽车左侧时（指左舵车型），驾驶人对汽车左向转弯的运动特征较右向转弯的运动特征体验感知更灵敏，当驾驶人位于汽车右侧时（指右舵车型），驾驶人对汽车右向转弯的运动特征较左向转弯的运动特征体验感知更灵敏。本实施例可以实现非对称的ω曲线变传动比的汽车转向特性，在汽车中位和极限转弯区域同时具有大的传动比，且左、右转向时传动比不对称，非对称变传动比的ω曲线如图2所示；转向器传动比在中位区域（转向盘转角约正负45°，该转角范围数值可以根据车型不同有所不同）和极限转向区域（转向盘两侧极限转角均约Δ=90°，该转角范围数值可以根据车型不同有所不同）左、右侧分别达到最大值，传动比在常用啮合区域（转向盘转角约正负180°，该转角范围数值可以根据车型不同有所不同）左、右分别达到最小值。同时，对于左舵车型，左侧转向传动比变化曲线比右侧转向传动比整体减少5%～20%（该数值亦可以根据车型不同而有所不同），对于右舵驾驶车型，右侧转向传动比变化曲线比左侧转向传动比整体减少5%～20%（该数值亦可以根据车型不同而有所不同）。本实施例通过对转向齿条啮合齿的齿距采用不对称结构设计，在满足转向需求的同时，使驾驶人对左、右转向时的运动特征具有均等的感知灵敏度，提高了汽车的操纵性能。

如图3、图5、图6所示，转向齿条3在非啮合区域断开，采用橡胶复合连接件4连接，橡胶复合连接件4位于转向齿轮2的左侧，橡胶复合连接件4包括第一橡胶体4-2，第一橡胶体4-2朝向转向齿轮2的一侧设有第一侧挡板4-5，第一侧挡板4-5上设有凸焊螺栓4-6；第一橡胶体4-2背向转向齿轮2的一侧设有第二侧挡板4-1，第二侧挡板4-1上设有螺纹孔4-3；橡胶复合连接件4通过凸焊螺栓4-6和螺纹孔4-3与断开的转向齿条3连接；第一橡胶体4-2内部硫化有2~3个第一衬片4-4，第一衬片4-4为金属材质，可以提高第一橡胶体4-2的压缩或拉伸刚度，并提高橡胶复合连接件4的疲劳寿命，第一衬片4-4的厚度一般为0.8~1.2mm；相邻两个第一衬片4-4之间的间距不小于10mm，以达到具有一定的变形能力。本实施例中，第一衬片4-4设置2个，材质为铝或铝合金，与钢制衬片相比，以达到轻量化的效果；第一衬片4-4的厚度为1mm，相邻两个第一衬片4-4之间的间距为10mm。该橡胶复合连接件4可以提高中位转向传动比，因刚开始转向时，与转向齿条3相连的第一橡胶体4-2发生拉伸或者压缩变形，具有迟滞响应特性，相当于提高了中位转向传动比。此外，由于橡胶具有压缩行程小于拉伸行程的特性，当刚开始左侧转向时，橡胶复合连接件4处于压缩状态，当刚开始右侧转向时，橡胶复合连接件处于拉伸状态，这样可以保证中位区域的左侧传动比小于右侧传动比。转向齿条3的变齿距结构和橡胶复合连接件4的联合设置结构可以使转向器达到ω曲线传动比变化特性，同时保证左侧传动比较右侧传动比降低5%～20%左右。橡胶复合连接件4的设置还可以起到柔和转向传动比的改变过程，解决了传统转向器仅利用金属结构实现变传动比引发的驾驶人顿挫感的不足，使驾驶人的转向操纵具有更为流畅的驾驶体验。

如图3、图7~图12所示，转向器壳体1内安装橡胶复合压块5，橡胶复合压块5与转向齿条3滑动连接，橡胶复合压块5与转向齿轮2分别位于转向齿条3的上下侧，橡胶复合压块5向转向齿条3施加一定的压紧力，以保证转向齿轮2和转向齿条3之间能够啮合良好，保证传动效果。橡胶复合压块5包括第二橡胶体5-2，聚甲醛齿条座5-1与第二橡胶体5-2硫化连接，用于支撑转向齿条3，与传统的金属滑膜相比，聚甲醛齿条座具有表面光滑、低噪声、耐磨损、免润滑等特点。第二橡胶体5-2的一端通过聚甲醛齿条座5-1与转向齿条3抵接，第二橡胶体5-2的另一端连接压紧调整装置。第二橡胶体5-2内部硫化3~4个厚度为0.8~1.2mm金属材质的第二衬片5-3；主要起到提升橡胶复合压块垂向刚度的作用，并提高橡胶复合压块5的疲劳寿命；本实施例中，第二衬片5-3在第二橡胶体5-2内，上下排列，厚度1mm，总计3片，第二衬片5-3采用铝或铝合金材料，与钢制衬片相比，可以达到轻量化的效果。当转向齿条3运动时，传统转向器采用的金属压块与周围转向器金属壳体、金属底板等发生接触碰撞产生噪声，如图8所示，包括滑膜噪声a、压块噪声b等，与传统金属压块相比，橡胶复合压块5由于与金属壳体接触处为弹性橡胶体，可以有效减少噪声，同时橡胶复合压块5在沿转向齿条3的运动方向设置了多个减弱孔5-4，进一步降低了接触处橡胶弹性体的刚度，从而可以进一步降低了接触噪声。

压紧调整装置包括转向器壳体底板8，转向器壳体底板8上设有4个调节螺栓7，调节螺栓7抵接在调整隔板6上，调整隔板6与第二橡胶体5-2连接；合理的压紧力有利于转向齿条3运动平稳、降低运动过程中的冲击噪声，同时第二橡胶体5-2在长久压缩变形中存在应力松弛的物理特性，也需要进行定期压紧调整。本发明通过安装在转向器壳体底板8上的4个调节螺栓对调整隔板6的位移进行调节，从而达到了调整橡胶复合压块5的压紧力的目的。与传统金属压块相比，由于橡胶复合压块5本身的弹性作用，本实施例取消原有的金属螺旋调节弹簧8-1，使本实施例的结构更为简单紧凑。转向器壳体底板8中间设有Φ12mm的压紧力测量孔8-2，用于定期测量橡胶复合压块5的压紧力，不需要测量时，该压紧力测量孔8-2可以用密封闷头塞住。

本发明实施例采用了转向齿条变齿距和橡胶复合连接件的联合方式实现非对称“ω曲线”变传动比转向特性，更好的满足了汽车中位、极限转弯等多行驶转向工况的矛盾需求，同时左右不对称曲线符合驾驶人左右转向的生理及心理感知体验差异，从而兼顾了驾驶人体验和汽车操纵性能的需要。与转向齿条串联的橡胶复合连接件还消除了变传动比带给驾驶人的转向顿挫感等不足。采用橡胶复合压块降低了转向时的噪声和振动，并使结构简单。本发明采用聚甲醛齿条座与传统金属滑膜结构相比，具有表面光滑、低噪声、耐磨损、免润滑等特点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，包括转向器壳体，所述转向器壳体内安装有相互啮合的转向齿轮和转向齿条，所述转向齿条上的啮合齿具有多种不同的齿距；在汽车分别向两侧转向时，依次与所述转向齿轮啮合的转向齿条啮合齿的齿距分布不对称。

2.根据权利要求1所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述转向齿条中位区域的啮合齿采用标准齿距S1；

对于左舵车型向左转、右舵车型向右转，与所述转向齿轮啮合的转向齿条啮合齿的齿距依次为：S1、S2’、 S3’、 S2’、 S4’，且S4’<S1< S2’< S3’；

对于左舵车型向右转、右舵车型向左转，与所述转向齿轮啮合的转向齿条啮合齿的齿距依次为：S1、S2、S3、S2、S4，且S4<S1<S2<S3；

S2=（80%～95%）S2’、S3=（80%～95%）S3’、S4=（80%～95%）S4’。

3.根据权利要求1所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述转向齿条在非啮合区断开，采用橡胶复合连接件连接；对于左舵车型，所述橡胶复合连接件位于所述转向齿轮的左侧；对于右舵车型，所述橡胶复合连接件位于所述转向齿轮的右侧。

4.根据权利要求3所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述橡胶复合连接件包括第一橡胶体，所述第一橡胶体朝向所述转向齿轮的一侧设有第一侧挡板，所述第一侧挡板上设有凸焊螺栓；所述第一橡胶体背向所述转向齿轮的一侧设有第二侧挡板，所述第二侧挡板上设有螺纹孔；所述第一橡胶体内部设置多个第一衬片。

5.根据权利要求4所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述第一衬片的材质为铝或铝合金。

6.根据权利要求4所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述第一衬片的厚度为0.8~1.2mm，相邻两个所述第一衬片的间距不小于10mm。

7.根据权利要求1所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述转向器壳体内安装橡胶复合压块，所述橡胶复合压块与所述转向齿条滑动连接，所述橡胶复合压块与所述转向齿轮分别位于所述转向齿条的两侧且相对设置。

8.根据权利要求7所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述橡胶复合压块包括第二橡胶体，所述第二橡胶体一端与聚甲醛齿条座硫化连接，所述聚甲醛齿条座抵接在所述转向齿条上，所述第二橡胶体另一端连接压紧调整装置；所述第二橡胶体内部设置多个第二衬片；所述第二橡胶体在沿所述转向齿条的运动方向上设置有多个减弱孔。

9.根据权利要求8所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述压紧调整装置包括转向器壳体底板，所述转向器壳体底板上设有多个调节螺栓，所述调节螺栓抵接在所述调整隔板上，所述调整隔板与所述第二橡胶体连接；所述转向器壳体底板上还设有压紧力测量孔。

10.根据权利要求8所述的兼顾驾驶人体验和操纵性能的低噪声汽车转向器，其特征是，所述第二衬片的材质为铝或铝合金。

Images