CN112590920A - 一种车用双齿轮式电动助力转向系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种包括车用双齿轮式电动助力转向系统及汽车，所示转向系统包括：壳体、齿条、输入轴组件、电动助力装置、传感器组件、控制器、以及拉杆组件。本发明采用双齿轮式电动助力转向系统，在整车性能上，能满足汽车(如商用车)在各种工况下的助力需求，提高了驾驶员的舒适性，同时，控制器可基于智能辅助系统进行应用，也可增加行车的安全性，双齿轮式电动助力转向系统的应用还弥补了原有液压助力转向系统的缺点，无需更换液压油，起到了节能减排，保护环境的效果，维护成本低，并且可以提供基于智能辅助系统调节助力的输出，提供多种驾驶模式，更能满足人们对驾驶舒适性的要求。

Description

一种车用双齿轮式电动助力转向系统及汽车

技术领域

本申请涉及汽车电动助力转向系统领域，尤其涉及一种车用双齿轮式电动助力转向系统及汽车。

背景技术

随着新能源汽车的发展，商用车在是市场上的应用越来越广泛，人们对商用车的舒适性和安全性要求也越来越高；由于商用车的载荷较大，且使用环境相对恶劣，目前转向系统主要还是采用液压助力模式，而且需要定期更换液压油，增加了维护成本，容易对环境造成污染，随着汽车行业智能化的发展，液压助力转向系统已经无法满足汽车高级驾驶辅助功能的要求。

发明内容

本申请的目的是提供一种车用双齿轮式电动助力转向系统及汽车，以解决上述技术问题。

本申请公开了一种车用双齿轮式的电动助力转向系统，包括：

壳体；

齿条，所述齿条可轴向移动的设于所述壳体内，所述齿条第一端设置有齿条输入端齿、第二端设置有齿条助力端齿；

输入轴组件，所述输入轴组件包括输入轴以及与之连接的输入端齿轮轴，所述输入端齿轮轴设于所述齿条第一端并与所述齿条输入端齿啮合；

电动助力装置，所述电动助力装置包括动力组件以及与所述动力组件连接的输出端齿轮轴，所述输出端齿轮轴与所述齿条助力端齿啮合；

传感器组件，设于所述输入轴组件上用于检测并获取所述输入轴组件的扭矩信号；

控制器，与所述传感器组件连接以接收所述扭矩信号，并根据所述扭矩信号控制所述电动助力装置驱动所述齿条；

拉杆组件，所述拉杆组件包括两个且分别连接与所述齿条的第一端端部、第二端端部连接。

优选的，所述传感器组件包括设置于所述输入轴内的扭杆并连接输入端齿轮轴、以及安装与所述输入轴外部的扭矩传感器。

优选的，所述控制器安装于所述壳体上、位于所述传感器组件以及所述电动助力装置之间。

优选的，所述电动动力组件包括：直流无刷电机、蜗轮蜗杆减速机构，所述输出端齿轮轴与所述蜗轮蜗杆减速机构连接。

优选的，所述壳体对应所述输入端齿轮轴与所述齿条配合的位置设置有第一压块总成，所述第一压块总成用于调节所述输入端齿轮轴与所述齿条的齿条输入端齿之间的配合间隙；

所述壳体对应所述输出端齿轮轴与所述齿条配合的位置设置有第二压块总成，所述第二压块总成用于调节所述输出端齿轮轴与所述齿条的助力端齿之间的配合间隙。

优选的，所述第一压块总成设置有第一检测孔用于检测所述输入端齿轮轴与所述齿条的齿条输入端齿之间的配合间隙；

所述第二压块总成设置有第二检测孔用于检测所述输出端齿轮轴与所述齿条的助力端齿之间的配合间隙。

优选的，所述第一压块总成包括：第一压块、第一弹簧、以及第一第一调整螺塞，所述第一压块压与所述输入端齿轮轴贴合，所述第一弹簧通过所述第一螺塞将其压在所述输入端齿轮轴上，通过调整所述第一第一调整螺塞的扭紧程度以实现调节所述输入端齿轮轴与所述齿条输入端齿之间的间隙；

所述第二压块总成包括：第二压块、第二弹簧、以及第二第一调整螺塞，所述第二压块压与所述输出端齿轮轴贴合，所述第二弹簧通过所述第二螺塞将其压在所述输出端齿轮轴上，通过调整所述第二第一调整螺塞的扭紧程度以实现调节所述输出端齿轮轴与所述齿条助力端齿之间的间隙。

优选的，所述齿条助力端齿的螺旋角小于等于10°。

优选的，所述壳体设置有用于连接至车体的连接部，所述连接部上设置有减震橡胶套，所述减震橡胶套包括内金属套管及套设于所述内金属套管外的橡胶件。

本发明同时提供一种汽车，包括如上任一所述的转向系统。

相对于现有技术，本发明的有益效果包括：本发明采用双齿轮式电动助力转向系统，在整车性能上，能满足汽车(如商用车)在各种工况下的助力需求，提高了驾驶员的舒适性，同时，控制器可基于智能辅助系统进行应用，也可增加行车的安全性，双齿轮式电动助力转向系统的应用还弥补了原有液压助力转向系统的缺点，无需更换液压油，起到了节能减排，保护环境的效果，维护成本低，并且可以提供基于智能辅助系统调节助力的输出，提供多种驾驶模式，更能满足人们对驾驶舒适性的要求。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明一种车用双齿轮式电动助力转向系统外形图。

图2为本发明中输入轴组件带传感器总成剖视图。

图3为本发明中控制器外形图。

图4为本发明中减速机构外形图。

图5为本发明助力端减速机构齿轮与壳体安装剖视图。

图6为本发明减速机构中蜗杆装配剖视图。

图7为本发明壳体剖视图。

图8为本发明输入轴组件与壳体装配剖视图。

图9为本发明减速机构与壳体安装剖视图。

图10为本发明输入端齿轮轴和助力端齿轮轴与齿条啮合外形图。

图11为本发明第一压块总成剖视图。

图12为本发明减震橡胶套剖视图。

其中，1、输入轴组件，1a、输入轴，1b、扭杆，1c、圆柱销， 1d、O型圈，1ef、扭矩传感器，1e、传感器定子，1f、传感器转子， 1g、滚针轴承，1h、输入端齿轮轴；2、控制器，2a、电源插件，2b、通讯插件，2c、电机动力插件，2d、霍尔信号插件，2e、传感器信号插件，2f、防水透气塞，2g、控制器安装孔；3、直流无刷电机；4、蜗轮蜗杆减速机构，4a、减速机构壳体，4b、蜗轮，4c、轴承，4d、铆压片，4e、锁紧螺栓，4f、助力端齿轮轴，4g、O型圈，4h、蜗杆， 4i、锁紧螺母，4j、轴承，4k、减震环，4l、轴用弹性挡圈，4m、滚针轴承，4n、减速机构壳体安装孔；5、壳体，5b、齿轮轴轴承，5c、齿轮轴末端轴承，5d、非金属六角嵌件锁紧薄螺母，5e、壳体螺栓底盖，5f、滚针轴承，5g、传感器端盖密封圈；6、压块总成，6a、齿条第一压块，6b、O型圈，6c、压块防水密封圈，6d、第一弹簧，6e、第一调整螺塞，6f、密封橡胶塞；7、防护罩；8、减震橡胶套，8a、橡胶件，8b、内金属套管；9、横拉杆；10、球头拉杆；11、齿条， 11a、齿条输入端齿，11b、齿条助力端齿；12、传感器端盖总成，12a、端盖，12b、端盖轴承，12c、油封；13、减速机构端盖总成，13a、减速机构端盖，13b、O型圈；14、六角花型圆柱头螺钉；15、防尘盖。

具体实施方式

需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/ 或其组合。

另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考附图和可选的实施例对本申请作详细说明。

如图1、图7和图10所示，本申请提出一种双齿轮式电动助力转向系统，包括：壳体5、齿条11、输入轴组件1、电动助力装置34、传感器组件1ef、控制器2、以及拉杆组件；

其中，所述齿条11可轴向移动的设于所述壳体5内，所述齿条 11第一端设置有齿条输入端齿11a、第二端设置有齿条助力端齿11b；

所述输入轴组件1包括输入轴1a以及与之连接的输入端输入端齿轮轴1h，所述输入端输入端齿轮轴1h设于所述齿条11第一端并与所述齿条输入端齿11a啮合；

所述电动助力装置34包括动力组件以及与所述动力组件连接的输出端齿轮轴4f，所述输出端齿轮轴4f与所述齿条助力端齿11b啮合；

传感器组件1ef设于所述输入轴组件1上用于检测并获取所述输入轴组件1的扭矩信号；

控制器2与所述传感器组件1ef连接以接收所述扭矩信号，并根据所述扭矩信号控制所述电动助力装置34驱动所述齿条11；

拉杆组件，所述拉杆组件包括两个且分别连接与所述齿条的第一端端部、第二端端部连接，在本实施例中，拉杆组件可以报考横拉杆9和球头拉杆10

传感器组件13f在输入轴组件1发生转动时，检测到扭矩信号，并将扭矩信号转变为电信号，传递给控制器2，控制器2经过计算分析，输出扭矩信号给电动助力装置34，电动助力装置34带动助力端齿轮轴4f转动，助力端齿轮轴4f与齿条助力端齿11b啮合传动，推动齿条11在壳体5腔内做水平移动，齿条11两端分别与横拉杆9和球头拉杆10连接，在齿条移动过程中，球头拉杆10的左右移动带动车辆轮胎左右转向，同时，齿条11的输入端齿11a与输入端输入端齿轮轴1h发生啮合传动，带动输入轴1a转动，为驾驶员起到助力效果，壳体5上安装的两组压块总成6，保证了齿条11与输入端齿轮轴1h和助力端齿轮轴4f的配合处于最佳状态，起到调节作用。该系统的设计可以通过调整电动助力装置34的功率，以及传动比，助力端齿轮轴4f与齿条助力端齿11b的参数等条件，调整齿条11的输入力，对实现产品的商用车上的应用增加了更大的可行性和可靠性。

如图2所示部件为输入轴组件1与传感器组件1ef的连接方式，传感器组件1ef包括：扭杆1b、和扭矩传感器，其中，扭矩传感器包括：传感器定子1e和传感器转子1f。扭杆1b分别由圆柱销1c和花键链接输入轴1a和输入端齿轮轴1h，输入轴1a和输入端齿轮轴 1h之间有5.5°的夹角，两者可以在此角度范围内，产生相对转动；传感器定子1e和传感器转子1f也分别安装于输入轴1a和输入端齿轮轴1h上，通过多点激光焊接完成，且传感器定子1e和传感器转子 1f之间留有0.6mm的间隙，在上述输入轴1a和输入端齿轮轴1h发生相对转动时，传感器就可以将扭杆1b所产品的扭矩信号转换为电信号传递给控制器2了；O型圈1d是安装在输入轴1a和扭杆1b之间的密封结构；输入轴1a和输入端齿轮轴1h是通过滚针轴承1g相连接，由于径向安装尺寸的限制，滚针轴承1g的选用可以满足空间及载荷的要求。

如图3所示，在本实施例中，控制器2作为控制电动助力装置 34的组件，为本实施例最核心的部件，控制器2通过传感器信号插件2e、通讯插件2b及霍尔信号插件2c进行接收和传递信息，在控制器2上设计了防水透气塞2f，其透气孔用于产品制造过程中进行气密性的检测；控制器2通过三个安装孔2g直接安装在下壳体总成 5上，实现了产品一体化的整体设计，且控制器2可根据空间环境，进行位置调整，灵活方便。

本实施例中，所述控制器2安装于所述壳体5上、位于所述传感器组件1ef以及所述电动助力装置34之间，这样可尽量减少传感器与控制器及控制器与助力电机之间的线束。

结合图4-6所示，本实施例中，所述电动动力组件34包括：直流无刷电机3、蜗轮蜗杆减速机构4，所述输出端齿轮轴4f与所述蜗轮蜗杆减速机构4连接。本发明中为系统提供助力的来源便是直流无刷电机3，为了提高产品使用寿命，保证产品稳定性和可靠性，已经控制器2对直流无刷电机控制的精准性，所采用直流无刷电机3为永磁同步直流无刷带霍尔传感器磁盘的电机，直流无刷电机3通过与蜗轮蜗杆减速机构4中的蜗杆4h相连，进行执行控制器2发送的命令。

蜗轮蜗杆减速机构4与壳体5的组装是通过三个安装孔4n实现，并置于减速机构壳体4a外部进行安装，便于部件的组装与拆卸及维护。

如图6所示，蜗杆4h前端分别装配了两个减震环4k、中间装有轴承4j、并用蜗杆卡圈4l固定，蜗杆4h与其他部件装配后，再整体装配到减速机构壳体4a中，由底部轴承4m与蜗杆4h底部配合，并用锁紧螺母4i进行固定；而蜗轮4b与齿轮轴4f的装配体是蜗杆 4h之后进行装配，如图5所示，轴承4c从减速机构壳体4a的下端装入，齿轮轴4f从上端向下装入，与轴承4c实现配合，轴承4c与减速机构壳体4a为过盈配合，铆压环4d起到将轴承4c和齿轮轴4f固定到一起的作用，再使用锁紧螺母4e将轴承4c压紧。

如图7至图9所示为输入轴组件1输入端齿轮轴1h和蜗轮蜗杆减速机构4助力端齿轮轴4f与壳体5的装配结构：

具体地，图8所示壳体5输入端包含齿轮轴轴承5b和齿轮轴末端轴承5c，齿轮轴轴承5b下端面与壳体5凸台贴合，齿轮轴末端轴承5c上端面与壳体5配合面贴合，壳体5此两处轴承孔位需保证同轴度要求，输入轴组件1装配后，保证输入端齿轮轴1h凸台与齿轮轴轴承5b上端面紧密配合，其中，非金属六角嵌件锁紧薄螺母5d是通过与输入端齿轮轴端部的螺纹连接，将输入轴组件1固定，再将壳体螺栓底盖5e与壳体5连接锁紧。

如图9所示为蜗轮蜗杆减速机构4通过滚针轴承5f及三个非金属六角嵌件锁紧薄螺母5d与壳体5进行配合装配，密封圈4g在壳体 5和减速机构壳体4a之间起到密封作用。

如图8所示，壳体5设置有传感器壳体端盖总成12，包含传感器壳体端盖12a、在传感器壳体端盖12a内部安装的端盖轴承12b、在传感器壳体端盖12a外部安装的油封12c，采用两端安装的方式，便于产品的检测及后期出现问题时返工。

结合图9所示，减速机构壳体4a包括减速机构端盖总成13中减速机构端盖13a与减速机构壳体4a采用径向密封，O型圈13b的开槽在减速机构端盖13a的凸台侧面，防止流体延减速机构壳体4a 轴向运动；安装锁紧结构还包含三个内六角花型圆柱头螺钉14，通过安装孔4n与减速机构壳体4a进行装配。

如图10所示为齿条11中齿条输入端齿11a与输入端齿轮轴1h 和齿条助力端齿11b与助力端齿轮轴4f的配合，其中，齿条输入端齿11a和齿条助力端齿11b为两段分开的齿形，因齿条助力端齿11b 为受力端，在设计上要求螺旋角≤10°，其模数与助力端齿轮轴4f 相同，螺旋角也保持一致，旋向相反，使助力端齿轮轴4f与齿条成 90°，保持助力电机2与齿条11成平行状态；齿条输入端齿11a的模数与输入端齿轮轴的模数保持一致，并根据输入轴1a的角度，以及系统的形成参数要求，调整齿条输入端螺旋角的角度；齿条11两端齿形分开的设计，使减速机构总成3的设计更有灵活性，既能满足整车环境的要求，又能选择最佳的设计参数。

如图11所示，壳体5对应所述输入端齿轮轴1h与所述齿条11 配合的位置设置有第一压块总成6，所述第一压块总成6用于调节所述输入端齿轮轴1h与所述齿条11的齿条输入端齿11a之间的配合间隙。齿条11与输入端齿轮轴1h和助力端齿轮轴的4f在装配完成后，为保证齿啮合的平稳性及使用寿命，需要对齿条输入端齿11a与输入端齿轮轴1h和齿条助力端齿11b与助力端齿轮轴4h的间隙进行检测，并在产品长期工作磨损后，将配合尺寸自动调整的最佳间隙，因此，设置第一压块总成6用于支撑和调节，同样的，输出端齿轮轴4f与所述齿条11的连接位置也设置有第二压块总成，第二压块总成的结构与第一压块总成的结构相同，因此，本实施例仅描述第一压块总成 6。第一压块总成包括：与齿条11贴合齿条11的第一压块6a，两个介于齿条第一压块6a和壳体5之间径向密封的O型圈6b、起到调节作用的第一弹簧6d，对第一弹簧6d起到支撑作用的第一调整螺塞6e，防止第一弹簧6d和齿条第一压块6a受到腐蚀，起到密封作用的压块防水密封圈6c，以及安装在第一调整螺塞6e上的密封橡胶塞6f，第一压块总成6设置有第一检测孔(图中未标示)用于检测所述输入端齿轮轴1h与所述齿条11的齿条输入端齿之间的配合间隙在密封橡胶塞6f的位置可以实现使用检测工具测量齿轮齿条的间隙，并通过第一调整螺塞6e的调整，保证两端的间隙满足设计要求。

如图12所示，壳体5设置有连接至车体的连接部(图中未标示)，连接部处设置有减震橡胶套8，减震橡胶套8由橡胶件8a和内金属套管8b组成，减震橡胶套8与壳体5安装过盈配合压装，上下内金属套管8b在锁紧后会完全贴合，保证锁紧螺栓达到锁紧扭矩要求，并使系统与整车之间完全被橡胶件填充，起到减震和保护产品的作用。

结合图1及图8所示，在传感器端盖总成12与输入轴1a配合处，防尘盖15被输入轴1a穿过，与端盖12a上端贴合，防止沙尘进入端盖12a，对油封12c和输入轴1a造成损坏。

本实施例中的转向系统应用于汽车上，尤其是应用于商用汽车上。

以上内容是结合具体的可选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，包括：

壳体；

齿条，所述齿条可轴向移动的设于所述壳体内，所述齿条第一端设置有齿条输入端齿、第二端设置有齿条助力端齿；

输入轴组件，所述输入轴组件包括输入轴以及与之连接的输入端齿轮轴，所述输入端齿轮轴设于所述齿条第一端并与所述齿条输入端齿啮合；

电动助力装置，所述电动助力装置包括动力组件以及与所述动力组件连接的输出端齿轮轴，所述输出端齿轮轴与所述齿条助力端齿啮合；

传感器组件，设于所述输入轴组件上用于检测并获取所述输入轴组件的扭矩信号；

控制器，与所述传感器组件连接以接收所述扭矩信号，并根据所述扭矩信号控制所述电动助力装置驱动所述齿条；

拉杆组件，所述拉杆组件包括两个且分别连接与所述齿条的第一端端部、第二端端部连接。

2.如权利要求1所述的车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，所述传感器组件包括设置于所述输入轴内的扭杆并连接输入端齿轮轴、以及安装与所述输入轴外部的扭矩传感器。

3.如权利要求1所述的车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，所述控制器安装于所述壳体上、位于所述传感器组件以及所述电动助力装置之间。

4.如权利要求1所述的车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，所述电动动力组件包括：直流无刷电机、蜗轮蜗杆减速机构，所述输出端齿轮轴与所述蜗轮蜗杆减速机构连接。

5.如权利要求1所述的车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，所述壳体对应所述输入端齿轮轴与所述齿条配合的位置设置有第一压块总成，所述第一压块总成用于调节所述输入端齿轮轴与所述齿条的齿条输入端齿之间的配合间隙；

所述壳体对应所述输出端齿轮轴与所述齿条配合的位置设置有第二压块总成，所述第二压块总成用于调节所述输出端齿轮轴与所述齿条的助力端齿之间的配合间隙。

6.如权利要求5所述的车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，所述第一压块总成设置有第一检测孔用于检测所述输入端齿轮轴与所述齿条的齿条输入端齿之间的配合间隙；

所述第二压块总成设置有第二检测孔用于检测所述输出端齿轮轴与所述齿条的助力端齿之间的配合间隙。

7.如权利要求5所述的车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，所述第一压块总成包括：第一压块、第一弹簧、以及第一第一调整螺塞，所述第一压块压与所述输入端齿轮轴贴合，所述第一弹簧通过所述第一螺塞将其压在所述输入端齿轮轴上，通过调整所述第一第一调整螺塞的扭紧程度以实现调节所述输入端齿轮轴与所述齿条输入端齿之间的间隙；

所述第二压块总成包括：第二压块、第二弹簧、以及第二第一调整螺塞，所述第二压块压与所述输出端齿轮轴贴合，所述第二弹簧通过所述第二螺塞将其压在所述输出端齿轮轴上，通过调整所述第二第一调整螺塞的扭紧程度以实现调节所述输出端齿轮轴与所述齿条助力端齿之间的间隙。

8.如权利要求1所述的车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，所述齿条助力端齿的螺旋角小于等于10°。

9.如权利要求1所述的车用双齿轮式的电动助力转向系统，其特征在于，所述壳体设置有用于连接至车体的连接部，所述连接部上设置有减震橡胶套，所述减震橡胶套包括内金属套管及套设于所述内金属套管外的橡胶件。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的转向系统。

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