CN112519874A - 转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转向装置(100)，该转向装置包括：马达(110)，该马达构造成产生用于使转向轮(200)独立转向的驱动力；减速器(120)该减速器连接至马达(110)的旋转轴本体(111)；以及过载保护装置(130)，该过载保护装置构造成在发生过载的情况下阻断马达(110)与减速器(120)之间的扭矩传递。

Description

转向装置

技术领域

本发明涉及使车辆的转向轮独立转向的转向装置。

背景技术

迄今为止，已经存在所谓的线控转向系统，作为用于汽车的转向系统，在该线控转向系统中，转向轮在没有将扭矩在方向盘与转向轮之间机械地传递的机构的情况下基于指示转向角度的信息而被转向。还提出了一种左右独立转向类型的线控转向系统，在该左右独立转向类型的线控转向系统中，在左转向轮与右转向轮之间没有插入机械连接件的情况下，通过单独的马达使左转向轮和右转向轮转向(例如，参见日本未经审查专利申请公开No.2018-58484(JP 2018-58484 A))。

发明内容

然而，在左右独立转向类型的线控转向系统的情况下，必须为转向轮中的每个转向轮设置包括马达、减速器等的转向操作机构，并且因此，期望转向操作机构应当是较小的。然而，如果比如在转向轮被路缘碰撞时从转向操作机构输入了突然的反向输入，则转向装置可能被损坏。

本发明提供了一种即使在从转向操作机构输入了意外的突然的反向输入的情况下也能够避免损坏的转向装置。

本发明的一个方面提供了一种转向装置，该转向装置包括：马达，该马达构造成产生用于使转向轮独立转向的驱动力；减速器，该减速器连接至马达的旋转轴本体；以及过载保护装置，该过载保护装置构造成在发生过载的情况下阻断马达与减速器之间的扭矩传递。

在上述构型中，提供了一种对已经通过减速器的反向输入进行阻止的过载保护装置。因此，可以提供一种即使在存在突然的反向输入的情况下也可以避免被损坏、同时抑制过载保护装置的尺寸的较小的且安全的转向装置。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的符号表示相同的元件，并且在附图中：

图1图示了根据实施方式的转向装置、悬架机构以及转向轮；以及

图2是图示了根据实施方式的转向装置的截面图。

具体实施方式

下面将参照附图对根据本发明的实施方式的转向装置进行描述。数值、形状、材料、构成元件、构成元件之间的位置关系、连接状态、步骤、步骤的顺序等是示例性的，并且不意在限制本发明。可以关于下面的一个实施方式来描述多个发明。权利要求中未描述的构成元件根据权利要求作为本发明的可选项来描述。附图是示意图，这些示意图包括适当地夸大、省略和比例调整以便说明本发明，并且可能与实际的形状、位置关系或比例不同。

图1图示了转向轮和悬架。转向装置100是可以使多个转向轮200独立转向的装置。在本实施方式的情况下，转向装置100例如经由悬架机构使转向轮200转向。图1图示了支柱型的悬架机构，该支柱型的悬架机构是悬架机构的一种类型。转向装置100设置在支柱式悬架机构与车身210、比如轮胎罩之间，并且转向装置100通过使转向轮200绕支柱轴230以及减震器220和弹簧240转动来使转向轮200转向。支柱式悬架机构还包括附接至转向轮200的转向节250、联接至转向节250的下部部分的下臂260、将各部分连接以便能够进行铰接操作的铰接构件等。

图2是图示了转向装置的内部结构的截面图。如图所示，转向装置100包括马达110、减速器120和过载保护装置130。在本实施方式的情况下，转向装置100包括第一旋转传感器141和第二旋转传感器142。

马达110是产生用于使转向轮200转向的驱动力的驱动源。在本实施方式的情况下，马达110是包括旋转轴本体111、转子112、磁体113和线圈114的伺服马达。

旋转轴本体111是将马达110的旋转驱动力输出的杆状的刚性本体。旋转轴本体111是具有比转子112、磁体113和线圈114在轴向方向(图中的Z轴方向)上的长度更长的长度的构件。具体地，旋转轴本体111从输出侧构件171的附近延伸，该输出侧构件171连接至减速器120的(随后将讨论的)外齿轮124，并且旋转轴本体111贯穿波动发生器121的中心部分、过载保护装置130和制动器150。在本实施方式的情况下，旋转轴本体111具有被中空部分115沿轴向方向贯穿的管状形状。

转子112是将在磁体113与线圈114之间产生的扭矩传递至旋转轴本体111的构件。转子112的形状不受特别限制。在本实施方式的情况下，转子112包括保持部分116和连接部分117，其中，保持部分116具有保持磁体113的短筒形形状，并且连接部分117连接在保持部分116与旋转轴本体111的外周表面之间。保持部分116与旋转轴本体111同轴地设置。连接部分117沿轴向方向一体地附接至保持部分116的一个端部部分。转子112具有容器形状。在转子112中容纳有用于制动旋转轴本体111的制动盘151和制动衬块152。因此，可以抑制转向装置100在轴向方向上的长度。

磁体113是通过与由线圈114产生的磁力相互作用而产生使旋转轴本体111旋转的扭矩的构件，并且磁体113沿周向方向彼此并排地附接至转子112的保持部分116的外周表面。磁体113设置成使得磁体113的N极和S极以预定的模式布置。

线圈114是通过将构成电磁体的导电线材料卷绕而获得的构件，该电磁体产生作用在磁体113上的磁场。线圈114的卷绕轴线的方向绕旋转轴本体111的轴线沿着径向方向延伸。线圈114设置在相对于磁体113旋转的区域的稍靠外侧的位置，并且线圈114沿周向方向并排地设置以包围磁体113。线圈114固定至具有筒形形状的壳体160的内周表面。线圈114可以包括聚集磁场的芯。

减速器120是连接至马达110的旋转轴本体111以将马达110产生的旋转扭矩放大为能够使转向轮200转向的旋转扭矩的装置。减速器120的类型不受特别限制。在本实施方式的情况下，采用输入轴和输出轴同轴的波动减速器作为减速器120。该波动减速器包括刚性筒形内齿轮123、外齿轮124和波动发生器121，其中，外齿轮124具有与内齿轮123的内齿啮合的外齿，并且外齿轮124是管状的并且在径向方向上是挠性的，而波动发生器121是椭圆形的，并且波动发生器121使外齿轮124相对于内齿轮123变形为椭圆形形状以使这两个齿轮在多个位置处彼此啮合，并且使这些啮合位置沿着内齿轮123循环。

在本实施方式的情况下，外齿轮124是所谓的礼帽状类型，并且外齿轮124包括筒形部分125和凸缘部分126，外齿形成在该筒形部分125的一个端部部分处，而凸缘部分126在筒形部分125的另一个端部部分处径向向外突出。凸缘部分126相对于外齿设置在输入侧。凸缘部分126的外周端部部分固定至壳体160，线圈114固定至该壳体160。通过以这种方式设置外齿轮124，将内齿轮123固定成使得内齿轮123能够相对于壳体160旋转的第一轴承127、比如交叉滚子轴承可以在外齿与凸缘部分126之间设置在相对于筒形部分125的外侧处，并且过载保护装置130的一部分可以设置在筒形部分125的内侧。因此，可以抑制转向装置100在轴向方向上的长度。

波动发生器121包括通孔128，该通孔128与旋转轴本体111同轴地设置成沿轴向方向(图中的Z轴方向)延伸并贯穿波动发生器121。通孔128被旋转轴本体111贯穿，旋转轴本体111是马达110的输出轴。旋转轴本体111的外周表面与通孔128的内周表面通过第二轴承129连接。即，旋转扭矩不是从旋转轴本体111直接输入至波动发生器121的，而是旋转扭矩是经由附接成包围旋转轴本体111的过载保护装置130而输入至波动发生器121的。另外，波动发生器121的旋转轴线通过旋转轴本体111来确定。

内齿轮123经由第一轴承127以能够相对于壳体160旋转的方式固定至壳体160，并且内齿轮123用作输出侧的构件。线圈114固定至壳体160。输出侧构件171固定至内齿轮123以覆盖输出侧。另外，万向节172附接至输出侧构件171。内齿轮123经由输出侧构件171和万向节172而连接至悬架机构的支柱轴230，并且输出用于使转向轮200转向的旋转扭矩。

过载保护装置130是所谓的扭矩限制器，扭矩限制器在发生过载的情况下阻断马达110与减速器120之间的扭矩传递。在本实施方式的情况下，过载保护装置130包括：第一构件131，该第一构件131与旋转轴本体111同轴地设置并且固定至旋转轴本体111的外周表面；第二构件132，该第二构件132在减速器120的输入侧附接至波动发生器121的通孔128的外周边缘部分；偏置构件133，该偏置构件133将第二构件132抵靠第一构件131偏置；以及球形接合构件134，该球形接合构件134设置在第一构件131与第二构件132之间并且在第二构件132被偏置构件133按压抵靠第一构件131时与第一构件131和第二构件132牢固地接合。

在过载保护装置130中，在正常情况下，第一构件131和第二构件132通过偏置构件133的偏置力经由接合构件134牢固地彼此联接，并且因此，旋转轴本体111的旋转扭矩被传递至减速器120的波动发生器121。另一方面，在比如当转向轮200被路缘碰撞时产生了突然的反向输入的情况下，以及在来自支柱轴230的已经经由减速器120减弱了的反向输入的旋转扭矩超过偏置构件133的偏置力的情况下，第二构件132相对于第一构件131空转，并且反向输入不被传递至第一构件131、旋转轴本体111等。

过载保护装置130设置在减速器120的输入侧，并且因此根据已经通过减速器120减小的反向输入的旋转扭矩运行。即，过载保护装置130空转时的旋转扭矩的阈值可以减小，并且可以采用较小的过载保护装置130。因此，可以抑制转向装置100的整体尺寸。

第一旋转传感器141是检测减速器120的输出侧的旋转角度的传感器。第一旋转传感器141的类型不受特别限制。第一旋转传感器141可以是光学旋转编码器。在本实施方式的情况下，第一旋转传感器141包括检测轴本体143。该检测轴本体143的一个端部部分贯穿减速器120的波动发生器121的通孔128并连接至位于减速器120的输出侧的输出侧构件171的旋转中心。检测轴本体143还贯穿旋转轴本体111的中空部分115。检测轴本体143的另一个端部部分从旋转轴本体111突出。第一旋转传感器141在减速器120的输入侧并且在马达110的与减速器120相反的一侧通过对设置在旋转轴本体111的另一个端部部分处的盘状部分144的旋转角度进行检测而基于检测轴本体143的旋转来检测减速器120的输出侧的旋转角度。第一旋转传感器141设置成比制动器150和第二旋转传感器142距减速器120更远。

如上所述，通过使用检测轴本体143将第一旋转传感器141设置在比马达110距减速器120更远的位置处，可以将多个旋转传感器集中在一个位置处，这有利于实现对这些旋转传感器的抑尘措施等。另外，来自旋转传感器的输出信号可以集中在一个位置处以被从壳体160引出，这有利于对壳体160外部的信号线进行处理。此外，可以通过将用于向马达110供电的电线以及用于制动器150的电力线集中到与信号线相同的位置处并将这些线从壳体160引出而使得对电线的处理更为便利。对贯穿壳体160的连接器(未图示)的使用有利于连接至壳体160外部的电线以及与壳体160外部的电线断开连接，并且还能够抑尘。

第二旋转传感器142是附接至马达110的旋转轴本体111以检测马达110的旋转角度的传感器。第二旋转传感器142的类型不受特别限制。在本实施方式的情况下，采用旋转变压器作为第二旋转传感器142。旋转变压器能够准确地感测以较高速度旋转的旋转轴本体111的旋转角度。

如上所述，通过使用第一旋转传感器141获取输出侧的旋转角度并且使用第二旋转传感器142获取输入侧的旋转角度，可以在基于第二旋转传感器142的信息相对于基于第一旋转传感器141的信息未处于预定关系的情况下使用基于第一旋转传感器141的信息来校准第二旋转传感器142。具体地，在发生反向输入并且过载保护装置130空转的情况下，转向轮200的实际角度与来自第二旋转传感器142的信息之间存在差异。另一方面，第一旋转传感器141机械地连接至转向轮200并且不会通过过载保护装置130而断开连接。因此，来自第一旋转传感器141的信息指示转向轮200的实际角度。由此，基于来自第一旋转传感器141的信息进行校准，使得来自第二旋转传感器142的信息与转向轮200的实际角度一致。

壳体160是按以下顺序依次容纳马达110、过载保护装置130、减速器120的至少输入侧、第二旋转传感器142和第一旋转传感器141的盒状构件。壳体160的形状不受特别限制。在本实施方式的情况下，壳体160具有筒形形状，并且壳体160中的位于第一旋转传感器141附近的部分由盖构件161封闭。壳体160固定至车身210，使得马达110、过载保护装置130、减速器120的至少输入侧、第二旋转传感器142和第一旋转传感器141相对于车身210的形成所谓的轮胎罩的部分设置在外侧，该轮胎罩容纳转向轮200和悬架机构。在本实施方式的情况下，壳体160还容纳设置在减速器120的输出侧的内齿轮123以及输出侧构件171的一部分，并且内齿轮123相对于车身210设置在外侧。尽管壳体160附接成从车身210向外突出，但由于壳体160被车辆的发动机罩覆盖，因此壳体160不暴露于外部而不会在视觉上被识别。

如上所述，在根据本实施方式的转向装置100中，过载保护装置130连接在马达110与减速器120之间。因此，在存在来自转向轮200的反向输入的情况下，可以通过使过载保护装置130运行成中断马达110与减速器120之间的旋转扭矩传递来抑制对转向装置100的损坏。

由于过载保护装置130基于已经通过减速器120减小的反向输入的旋转扭矩来运行，因此可以将关于过载保护装置130是否运行的旋转扭矩的阈值设定为较小的。因此，可以采用较小的过载保护装置130，并且可以减小转向装置100的尺寸、特别是轴向方向上的厚度。

通过使用检测轴本体143利用设置在输入侧的位置处的第一旋转传感器141来感测减速器120的输出侧的旋转角度，转向装置100在轴向方向上的长度与旋转角度传感器设置在减速器120的输出侧的情况相比可以缩短。

可以获得较高的抑尘性能，这是由于马达110、过载保护装置130、减速器120、第一旋转传感器141和第二旋转传感器142被容纳在设置于限定轮胎罩的车身210上方并且附接至车身210的壳体160中，其中，转向轮200设置在该轮胎罩中。

可以容易地处理线束，这是由于用于在壳体160的内部与外部之间交换电信号和电力的电线可以集中在一个位置处。

可以对第二旋转传感器142进行校准以恢复适合的转向角度，这是因为，即使在过载保护装置130由于反向输入而运行之后，第一旋转传感器141也可以感测到转向轮200的实际转向角度。

本发明不限于上述实施方式。例如，本文中描述的构成元件可以根据需要进行组合，或者构成元件中的一些构成元件可以被排除，以实现本发明的不同实施方式。另外，本发明还包括由本领域技术人员在不脱离本发明的范围和精神、即权利要求中所使用的语言的含义的情况下对上述实施方式进行各种可以想到的改变而得到的变型。

例如，尽管根据上述实施方式的转向装置100被描述为经由包括减震器220和支柱轴230的悬架机构而使转向轮200转向的装置，但是转向装置100可以经由不同类型的悬架机构而使转向轮200转向，或者转向装置100可以经由与悬架机构分开的转向操作机构而使转向轮200转向。

波动齿轮机构示例性地描述为其中输入轴和输出轴同轴设置的减速器120。然而，减速器120不限于此，并且减速器120例如可以利用行星齿轮机构。

尽管在示例中转向装置100包括制动器150，但是转向装置100可以不包括制动器150。

用于控制转向的电子控制单元(ECU)可以容纳在壳体160中。

转向装置100的一部分或全部可以设置在轮胎罩的内部。

本发明能够适用于转向轮独立转向的车辆等，比如汽车、建筑机械和农业机械。

Claims (7)

1.一种转向装置(100)，其特征在于，所述转向装置(100)包括：

马达(110)，所述马达(110)构造成产生用于使转向轮(200)独立转向的驱动力；

减速器(120)，所述减速器(120)连接至所述马达(110)的旋转轴本体(111)；以及

过载保护装置(130)，所述过载保护装置(130)构造成在发生过载的情况下阻断所述马达(110)与所述减速器(120)之间的扭矩传递。

2.根据权利要求1所述的转向装置(100)，其特征在于，所述转向装置(100)还包括：

第一旋转传感器(141)，所述第一旋转传感器(141)构造成检测所述减速器(120)的输出侧的旋转角度；以及

第二旋转传感器(142)，所述第二旋转传感器(142)构造成检测所述马达(110)的所述旋转轴本体(111)的旋转角度。

3.根据权利要求2所述的转向装置(100)，其特征在于：

所述减速器(120)包括波动发生器(121)，所述波动发生器(121)具有沿轴向方向贯穿所述波动发生器(121)的通孔；并且

所述第一旋转传感器(141)包括检测轴本体(143)，所述检测轴本体(143)贯穿所述通孔以连接至所述减速器(120)的所述输出侧，并且所述第一旋转传感器(141)构造成在所述减速器(120)的输入侧基于所述检测轴本体(143)来检测所述减速器(120)的所述输出侧的所述旋转角度。

4.根据权利要求3所述的转向装置(100)，其特征在于：

所述旋转轴本体(111)包括沿所述轴向方向贯穿所述旋转轴本体(111)的中空部分(115)；

所述检测轴本体(143)还贯穿所述旋转轴本体(111)的所述中空部分(115)；并且

所述第一旋转传感器(141)设置在所述马达(110)的与所述减速器(120)相反的一侧。

5.根据权利要求3或4所述的转向装置(100)，其特征在于，

所述马达(110)、所述过载保护装置(130)、所述减速器(120)的所述输入侧、所述第一旋转传感器(141)和所述第二旋转传感器(142)设置在车身的容纳所述转向轮(200)的部分的外侧。

6.根据权利要求5所述的转向装置(100)，其特征在于，所述转向装置(100)还包括：

壳体(160)，所述壳体(160)容纳所述马达(110)、所述过载保护装置(130)、所述减速器(120)的所述输入侧、所述第二旋转传感器(142)和所述第一旋转传感器(141)，并且所述壳体(160)固定至所述车身，其中，

连接至所述马达(110)、所述第二旋转传感器(142)和所述第一旋转传感器(141)的相应的电线被集中并通过所述壳体(160)的一个位置被引出。

7.根据权利要求2至4中的任一项所述的转向装置(100)，其特征在于，

所述第二旋转传感器(142)构造成在基于所述第二旋转传感器(142)的信息相对于基于所述第一旋转传感器(141)的信息未处于预定关系的情况下使用基于所述第一旋转传感器(141)的信息进行校准。

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