CN113184045A - 一种电动助力转向系统及其间隙调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动助力转向系统及其间隙调节方法。电动助力转向系统助力电机、联轴器、第一卡簧、第一轴承、助力器壳体、蜗杆轴、弹性轴承套、第二轴承、轴承调节架、调节衬套、波形弹簧、压紧块、超磁致伸缩棒、激励线圈、顶杆、碟簧组、调节螺塞、第三卡簧、线圈骨架、第二卡簧、蜗轮。本发明可以对电动助力转向系统因蜗轮蜗杆长时间工作磨损而产生的间隙进行调节，并通过系统内置的超磁致伸缩调节结构，实现蜗轮蜗杆间隙的主动调节，从而确保电动助力转向系统工作稳定，并降低了助力转向系统当车辆行驶在颠簸路面时异响问题的发生。本发明适用于现有转向系统的设计改进，且结构简单，工作可靠。

Description

一种电动助力转向系统及其间隙调节方法

技术领域

本发明涉及一种电动助力转向系统及其间隙调节方法，特别是针对管柱式电动助力转向系统，及其蜗轮蜗杆减速机构间隙被动及超磁致伸缩主动调节方法。

背景技术

为了提升车辆驾驶舒适性，减轻驾驶员疲劳，当前绝大部分车辆都配备了助力转向系统。而随着当前节能减排要求的提升，以及驾驶者对可变助力的需求，电动助力转向系统取得了广泛的应用。电动助力转向系统根据其布置行驶可以分为管柱式、齿轮式和齿条式三种。其中管柱式助力转向系统由于其结构简单，占用空间少等特点，普遍应用于中小型乘用车上。管柱式助力转向系统工作时，通过助力电机驱动蜗轮蜗杆，从而带动转向器管柱转动，实现转向助力功能。

在助力转向系统中，由于蜗轮蜗杆传动本身存在摩擦，经过长时间工作之后，转向系统的蜗轮和蜗杆都会发生磨损，进而导致二者出现啮合间隙。蜗轮蜗杆啮合间隙的出现，一方面会导致助力转向系统自身工作稳定性下降，另一方面还可能引发转向系统异响。为了避免上述分体的发生，需要对助力转向系统进行间隙补偿；此外，考虑到车辆行驶工况复杂，不同路况对蜗轮蜗杆的工作间隙要求也不同。现有产品普遍通过两套弹性补偿机构，分别对轴向和径向间隙进行补偿，结构复杂且无法针对车辆行驶状况进行主动的动态间隙调节。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电动助力转向系统及其间隙调节方法。所述电动助力转向系统可提供间隙被动调节和主动调节两种调节方式，其提供的主动调节方式适用于汽车行驶在非铺装路面等颠簸路面时的调节。

为了解决技术问题，本发明一方面提供了一种电动助力转向系统，其包括助力电机、联轴器、第一卡簧、第一轴承、助力器壳体、蜗杆轴、弹性轴承套、第二轴承、轴承调节架、调节衬套、波形弹簧、压紧块、超磁致伸缩棒、激励线圈、顶杆、碟簧组、调节螺塞、第三卡簧、线圈骨架、第二卡簧和蜗轮；

助力电机固定在助力器壳体上，助力器壳体空腔内沿助力电机输出轴方向顺次设有联轴器、蜗杆轴、轴承调节架、压紧块、超磁致伸缩棒、顶杆和调节螺塞，蜗杆轴蜗杆部分与蜗轮啮合，蜗杆轴左端通过第一轴承支撑在助力器壳体内部并经由联轴器与助力电机的输出轴相连，第一卡簧位于联轴器和第一轴承之间并固定挂在助力器壳体空腔内部，蜗杆轴右端通过第二轴承支撑在助力器壳体内部，第二轴承与助力器壳体之间设有弹性轴承套，轴承调节架左端卡住第二轴承的外圈，轴承调节架右端具有斜面，所述斜面与压紧块左端设置的斜面配合，轴承调节架与压紧块配合段与助力器壳体之间设有调节衬套，调节衬套与压紧块在平行于轴线方向具有间隙，间隙之间设有波形弹簧，超磁致伸缩棒左端与压紧块相连，超磁致伸缩棒右端与顶杆相连，顶杆右端套设有碟簧组，且顶杆右端穿过调节螺塞中心通孔，调节螺塞通过螺纹旋紧在助力器壳体上，通过调节螺塞向碟簧组施加所需预紧力使其处于压缩状态超磁致伸缩棒与助力器壳体之间设有线圈骨架，线圈骨架两端分别通过第二卡簧和第三卡簧固定在助力器壳体上，激励线圈绕制在线圈骨架上。

进一步优选地，所述顶杆在碟簧组的左端设有一定厚度的径向凸起圆盘，所述圆盘外圈与助力器壳体内壁配合实现顶杆的支撑。

本发明第二方面提供了一种上述电动助力转向系统的间隙被动调节方法，其包括以下步骤：

1)蜗杆轴蜗杆和蜗轮因工作磨损而产生间隙；

2)处于压缩状态的碟簧组推动顶杆，并经由超磁致伸缩棒带动压紧块向左侧移动；

3)压紧块压缩波形弹簧，从而提升作用在调节衬套上的轴向力，使得调节衬套向左移动；

4)调节衬套经由轴承调节架向左侧挤压第二轴承，第二轴承带动蜗杆轴向左侧移动，从而补偿蜗轮与蜗杆轴蜗杆之间的轴向间隙；

5)压紧块向左移动同时挤压轴承调节架右端的斜面，由于轴承调节架下端与调节衬套之间存在间隙，在压紧块与轴承调节架配合段斜面的作用下，轴承调节架受到向下的作用力；

6)轴承调节架向下带动第二轴承挤压弹性轴承套，使得蜗杆轴以第一轴承为圆心向下小幅摆动，从而补偿蜗轮与蜗杆轴蜗杆之间的径向间隙。

本发明第三方面提供了一种电动助力转向系统的间隙超磁致伸缩主动调节方法，其包括以下步骤：

1)当车辆行驶入颠簸路面时，向激励线圈内通入电流；

2)激励线圈通入的电流在超磁致伸缩棒位置产生磁场；

3)超磁致伸缩棒在磁场的作用下发生磁致伸缩，长度增加；

4)超磁致伸缩棒长度的增加导致作用在压紧块上沿轴线方向向左的压力进一步增加，从而导致压紧块在蜗杆和蜗轮间隙被动调节的基础上继续向左移动；

5)压紧块继续在轴向和径向方向压紧轴承调节架，轴承调节架经由第二轴承带动蜗杆轴左移和以第一轴承为圆心向下摆动，从而在权利要求2所述的间隙被动调节方法基础上，进一步缩小蜗轮和蜗杆轴蜗杆之间的轴向和径向间隙；

6)根据路面和车体振动情况，改变激励线圈内通入的电流，进而实现蜗轮和蜗杆轴蜗杆间隙的实时调节；

7)车辆驶离颠簸路面后，断开激励线圈内的电流；

8)向激励线圈短时间通入与步骤1)方向相反的电流，以消除超磁致伸缩棒内部的剩磁，使得超磁致伸缩棒恢复初始长度。

本发明可以对电动助力转向系统因蜗轮蜗杆长时间工作磨损而产生的间隙进行调节，通过碟簧组提供压紧力，再经由压紧块将压紧力传递至波形弹簧、调节衬套和轴承调节架，实现了沿蜗杆轴向和径向间隙的同时补偿；此外，系统内置的超磁致伸缩调节结构，实现了蜗轮蜗杆间隙的主动调节，通过超磁致伸缩效应增大压紧力，从而在特定工况下进一步减小蜗轮蜗杆啮合间隙，降低了助力转向系统当车辆行驶在颠簸路面时异响问题的发生。本发明在现有转向系统的机械结构的基础上，通过增加间隙补偿机构实现了系统间隙的套正，适用于现有转向系统的设计改进，且结构简单，工作可靠。

附图说明

图1为本电动助力转向系统示意图；

图2为本电动助力转向系统间隙调整机构局部放大图；

图3为本电动助力转向系统A-A截面示意图；

图中，助力电机1、联轴器2、第一卡簧3、第一轴承4、助力器壳体5、蜗杆轴6、弹性轴承套7、第二轴承8、轴承调节架9、调节衬套10、波形弹簧11、压紧块12、超磁致伸缩棒13、激励线圈14、顶杆15、碟簧组16、调节螺塞17、第三卡簧18、线圈骨架19、第二卡簧20、蜗轮21。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1、2、3所示，本实施例提供的电动助力转向系统包括助力电机1、联轴器2、第一卡簧3、第一轴承4、助力器壳体5、蜗杆轴6、弹性轴承套7、第二轴承8、轴承调节架9、调节衬套10、波形弹簧11、压紧块12、超磁致伸缩棒13、激励线圈14、顶杆15、碟簧组16、调节螺塞17、第三卡簧18、线圈骨架19、第二卡簧20、蜗轮21；助力电机1固定在助力器壳体5上，助力器壳体5空腔内沿助力电机1输出轴方向顺次设有联轴器2、蜗杆轴6、轴承调节架9、压紧块12、超磁致伸缩棒13、顶杆15、调节螺塞17，蜗杆轴6蜗杆部分与蜗轮21啮合，蜗杆轴6左端通过第一轴承4支撑在助力器壳体5内部并经由联轴器2与助力电机1的输出轴相连，第一卡簧3位于联轴器2和第一轴承4之间并固定挂在助力器壳体5空腔内部，蜗杆轴6右端通过第二轴承8支撑在助力器壳体5内部，第二轴承8与助力器壳体5之间设有弹性轴承套9，轴承调节架9左端卡住第二轴承8的外圈，轴承调节架9右端斜面与压紧块12左端斜面配合，轴承调节架9与压紧块12配合段与助力器壳体5之间设有调节衬套10，调节衬套10与压紧块12之间设有波形弹簧11，超磁致伸缩棒13左端与压紧块12相连，超磁致伸缩棒13右端与顶杆15相连，顶杆15右端穿过调节螺塞17中心通孔，调节螺塞17通过螺纹旋紧在助力器壳体5上，调节螺塞17和顶杆15之间设有碟簧组16，超磁致伸缩棒13与助力器壳体5之间设有线圈骨架19，线圈骨架19两端通过第二卡簧20和第三卡簧18固定在助力器壳体上，激励线圈14绕制在线圈骨架19上。

本实施例中的顶杆15在碟簧组16的左端设有一定厚度的径向凸起圆盘，所述圆盘外圈与助力器壳体5内壁配合实现顶杆15的支撑。碟簧组左端与圆盘紧贴，右端与调节螺塞紧贴，通过调节螺塞17向碟簧组16施加所需预紧力使其处于压缩状态。

如图2所示，为了确保超磁致伸缩棒13与压紧块12、顶杆15同轴设置，在所述超磁致伸缩棒13的两端轴心设置半球形凹陷，而在压紧块12的右端面中心和顶杆15的左端面中心设置与其匹配的半球形凸起。

本实施例提供的电动助力转向系统同时兼具间隙被动调节和主动调节两种调节方式。以下分别对两种调节方式进行介绍。

其中，间隙被动调节的流程可以包括以下步骤：

1)蜗杆轴6蜗杆和蜗轮21因工作磨损而产生间隙；

2)处于压缩状态的碟簧组16推动顶杆15，并经由超磁致伸缩棒13带动压紧块12向左侧移动；

3)压紧块12压缩波形弹簧11，从而提升作用在调节衬套10上的轴向力，使得调节衬套10向左移动；

4)调节衬套10经由轴承调节架9向左侧挤压第二轴承8，第二轴承8带动蜗杆轴6向左侧移动，从而补偿蜗轮21与蜗杆轴6蜗杆之间的轴向间隙；

5)压紧块12向左移动同时挤压轴承调节架9右端的斜面，由于轴承调节架9下端与调节衬套10之间存在间隙，在压紧块12与轴承调节架9配合段斜面的作用下，轴承调节架9受到向下的作用力；

6)轴承调节架9向下带动第二轴承8挤压弹性轴承套7，使得蜗杆轴6以第一轴承4为圆心向下小幅摆动，从而补偿蜗轮21与蜗杆轴6蜗杆之间的径向间隙。

本实施例的主动调节主要是通过超磁致伸缩来实现调节的，其是一种电动助力转向系统的间隙超磁致伸缩主动调节方法，其流程包括以下步骤：

1)当车辆行驶入非铺装路面等颠簸路面时，向激励线圈14内通入电流；

2)激励线圈14通入的电流在超磁致伸缩棒13位置产生磁场；

3)超磁致伸缩棒13在磁场的作用下发生磁致伸缩，长度增加；

4)超磁致伸缩棒13长度的增加导致作用在压紧块12上沿轴线方向向左的压力进一步增加，从而导致压紧块12在间隙被动调节方法的基础上继续向左移动；

5)压紧块12继续在轴向和径向方向压紧轴承调节架9，轴承调节架9经由第二轴承8带动蜗杆轴6左移和以第一轴承4为圆心向下摆动，从而在间隙被动调节方法基础上，进一步缩小蜗轮21和蜗杆轴6蜗杆之间的轴向和径向间隙；

6)根据路面和车体振动情况，改变激励线圈14内通入的电流，进而实现蜗轮21和蜗杆轴6蜗杆间隙的实时调节；

7)车辆驶离颠簸路面后，断开激励线圈14内的电流；

8)向激励线圈14短时间通入与步骤1)方向相反的电流，以消除超磁致伸缩棒13内部的剩磁，使得超磁致伸缩棒13恢复初始长度。

由主动调整流程可知，本发明系统内置的超磁致伸缩调节结构，实现了蜗轮蜗杆间隙的主动调节，通过超磁致伸缩效应增大压紧力，从而在特定工况下可以进一步减小蜗轮蜗杆啮合间隙，降低了助力转向系统当车辆行驶在颠簸路面时异响问题的发生。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种电动助力转向系统，其特征在于包括助力电机(1)、联轴器(2)、第一卡簧(3)、第一轴承(4)、助力器壳体(5)、蜗杆轴(6)、弹性轴承套(7)、第二轴承(8)、轴承调节架(9)、调节衬套(10)、波形弹簧(11)、压紧块(12)、超磁致伸缩棒(13)、激励线圈(14)、顶杆(15)、碟簧组(16)、调节螺塞(17)、第三卡簧(18)、线圈骨架(19)、第二卡簧(20)和蜗轮(21)；

助力电机(1)固定在助力器壳体(5)上，助力器壳体(5)空腔内沿助力电机(1)输出轴方向顺次设有联轴器(2)、蜗杆轴(6)、轴承调节架(9)、压紧块(12)、超磁致伸缩棒(13)、顶杆(15)和调节螺塞(17)，蜗杆轴(6)蜗杆部分与蜗轮(21)啮合，蜗杆轴(6)左端通过第一轴承(4)支撑在助力器壳体(5)内部并经由联轴器(2)与助力电机(1)的输出轴相连，第一卡簧(3)位于联轴器(2)和第一轴承(4)之间并固定挂在助力器壳体(5)空腔内部，蜗杆轴(6)右端通过第二轴承(8)支撑在助力器壳体(5)内部，第二轴承(8)与助力器壳体(5)之间设有弹性轴承套(9)，轴承调节架(9)左端卡住第二轴承(8)的外圈，轴承调节架(9)右端具有斜面，所述斜面与压紧块(12)左端设置的斜面配合，轴承调节架(9)与压紧块(12)配合段与助力器壳体(5)之间设有调节衬套(10)，调节衬套(10)与压紧块(12)在平行于轴线方向具有间隙，间隙之间设有波形弹簧(11)，超磁致伸缩棒(13)左端与压紧块(12)相连，超磁致伸缩棒(13)右端与顶杆(15)相连，顶杆(15)右端套设有碟簧组(16)，且顶杆右端穿过调节螺塞(17)中心通孔，调节螺塞(17)通过螺纹旋紧在助力器壳体(5)上，通过调节螺塞(17)向碟簧组(16)施加所需预紧力使其处于压缩状态超磁致伸缩棒(13)与助力器壳体(5)之间设有线圈骨架(19)，线圈骨架(19)两端分别通过第二卡簧(20)和第三卡簧(18)固定在助力器壳体上，激励线圈(14)绕制在线圈骨架(19)上。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向系统，其特征在于，所述顶杆(15)在碟簧组(16)的左端设有一定厚度的径向凸起圆盘，所述圆盘外圈与助力器壳体(5)内壁配合实现顶杆(15)的支撑。

3.一种权利要求1所述电动助力转向系统的间隙被动调节方法，其特征在于包括以下步骤：

1)蜗杆轴(6)蜗杆和蜗轮(21)因工作磨损而产生间隙；

2)处于压缩状态的碟簧组(16)推动顶杆(15)，并经由超磁致伸缩棒(13)带动压紧块(12)向左侧移动；

3)压紧块(12)压缩波形弹簧(11)，从而提升作用在调节衬套(10)上的轴向力，使得调节衬套(10)向左移动；

4)调节衬套(10)经由轴承调节架(9)向左侧挤压第二轴承(8)，第二轴承(8)带动蜗杆轴(6)向左侧移动，从而补偿蜗轮(21)与蜗杆轴(6)蜗杆之间的轴向间隙；

5)压紧块(12)向左移动同时挤压轴承调节架(9)右端的斜面，由于轴承调节架(9)下端与调节衬套(10)之间存在间隙，在压紧块(12)与轴承调节架(9)配合段斜面的作用下，轴承调节架(9)受到向下的作用力；

6)轴承调节架(9)向下带动第二轴承(8)挤压弹性轴承套(7)，使得蜗杆轴(6)以第一轴承(4)为圆心向下小幅摆动，从而补偿蜗轮(21)与蜗杆轴(6)蜗杆之间的径向间隙。

4.一种权利要求1所述的电动助力转向系统的间隙超磁致伸缩主动调节方法，其特征在于包括以下步骤：

1)当车辆行驶入颠簸路面时，向激励线圈(14)内通入电流；

2)激励线圈(14)通入的电流在超磁致伸缩棒(13)位置产生磁场；

3)超磁致伸缩棒(13)在磁场的作用下发生磁致伸缩，长度增加；

4)超磁致伸缩棒(13)长度的增加导致作用在压紧块(12)上沿轴线方向向左的压力进一步增加，从而导致压紧块(12)在蜗杆和蜗轮间隙被动调节的基础上继续向左移动；

5)压紧块(12)继续在轴向和径向方向压紧轴承调节架(9)，轴承调节架(9)经由第二轴承(8)带动蜗杆轴(6)左移和以第一轴承(4)为圆心向下摆动，从而在权利要求2所述的间隙被动调节方法基础上，进一步缩小蜗轮(21)和蜗杆轴(6)蜗杆之间的轴向和径向间隙；

6)根据路面和车体振动情况，改变激励线圈(14)内通入的电流，进而实现蜗轮(21)和蜗杆轴(6)蜗杆间隙的实时调节；

7)车辆驶离颠簸路面后，断开激励线圈(14)内的电流；

8)向激励线圈(14)短时间通入与步骤1)方向相反的电流，以消除超磁致伸缩棒(13)内部的剩磁，使得超磁致伸缩棒(13)恢复初始长度。

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