CN115959195A - 一种带有冗余助力的转向传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车底盘转向系统领域，为解决现有动力转向系统在动力转向装置失效时，驾驶员需要独立承担汽车转向的任务，容易出现操作困难或出错的技术问题，提供一种带有冗余助力的方向盘传动系统，包括第一丝杠螺母副、助力驱动组件、保持架单元、转向臂和传感器，助力驱动组件的输出端与第一丝杠螺母副的第一螺母一端相连，第一螺母的另一端与保持架单元形成第二丝杠螺母副，保持架单元外侧壁上设有外齿或安装有齿条，外齿或齿条与转向臂上安装的齿轮相啮合，齿轮与转向臂同轴设置，转向臂与外部的转向连杆相连，第一丝杠螺母副的第一丝杠与转向装置相连，传感器与助力驱动组件相连，传感器的检测端朝向第一丝杠，用于检测第一丝杠是否转动。

Description

一种带有冗余助力的转向传动系统

技术领域

本发明属于汽车底盘转向系统领域，尤其是商用车的循环球式转向装置，具体涉及一种带有冗余助力的转向传动系统。

背景技术

随着汽车使用量的增大，以及无人驾驶车辆的发展，汽车驾驶控制的安全性、便捷性和智能性要求也不断提高。

动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机液压或电机动力为转向能量的转向系统，在机械转向系统的基础上额外增加一套动力转向装置而形成的。在正常情况下，汽车转向所需的能量，只有一小部分由驾驶员提供，大部分是由动力转向装置提供的。因此，在动力转向装置失效时，驾驶员需要独立承担汽车转向的任务，容易出现操作困难或出错的问题。

发明内容

本发明为解决现有动力转向系统在动力转向装置失效时，驾驶员需要独立承担汽车转向的任务，容易出现操作困难或出错的技术问题，提供一种带有冗余助力的转向传动系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种带有冗余助力的转向传动系统，包括助力驱动组件、传感器以及与外部转向连杆相连的转向臂，其特殊之处在于，还包括第一丝杠螺母副、保持架单元；

所述第一丝杠螺母副包括第一丝杠和第一螺母单元；

所述助力驱动组件的输出端与第一螺母单元一端相连，用于驱动第一螺母单元转动；

所述第一螺母单元的另一端与保持架单元形成第二丝杠螺母副；

所述保持架单元外侧壁上设有外齿或安装有齿条；所述外齿或齿条与所述转向臂上同轴安装的齿轮相啮合；

所述第一丝杠与转向装置相连且与转向臂初始状态相互垂直；

所述传感器用于检测第一丝杠是否转动。

进一步地，所述助力驱动组件包括助力电机和蜗轮蜗杆结构；所述蜗轮蜗杆结构包括蜗轮和蜗杆；所述蜗轮与第一螺母单元同轴连接，所述蜗杆与助力电机的输出端相连；

或者，所述助力驱动组件为圆柱齿轮驱动结构、伞齿轮驱动结构、减速机驱动结构、电机驱动结构中的任一种。

进一步地，所述蜗轮通过单键或花键配合套设在第一螺母单元的一端外壁上。

进一步地，所述第一丝杠螺母副和第二丝杠螺母副均为行星滚柱丝杠副。

进一步地，所述第一螺母单元包括套设在第一丝杠外侧的第一螺母、设置在第一螺母内且与第一丝杠啮合的至少两个第一滚柱；所述第一螺母外侧壁设置有外螺纹；所述第一滚柱两端与第一螺母转动连接；

所述保持架单元包括保持架、设置在保持架内的至少两个第二滚柱；所述第二滚柱两端与保持架转动连接；所述第二滚柱与第一螺母外螺纹相啮合，形成第二丝杠螺母副。

进一步地，所述第一滚柱任一端或两端或中心轴向孔内通过滚针轴承或向心轴承安装在第一螺母内；所述第二滚柱任一端或两端或中心轴向孔内通过滚针轴承或向心轴承安装在保持架内；

或者，所述第一滚柱任一端或两端与第一螺母通过球面或滚珠配合；所述第二滚柱任一端或两端与保持架通过球面或滚珠配合。

进一步地，所述第一滚柱的任一端或两端设有推力轴承；所述第二滚柱的任一端或两端设有推力轴承。

进一步地，还包括外壳；

所述第一丝杠的两端和传感器均安装在外壳上。

本发明还提供了另一种带有冗余助力的转向传动系统，包括助力驱动组件、传感器以及与外部转向连杆相连的转向臂，其特殊之处在于：

还包括第一丝杠螺母副；

所述第一丝杠螺母副包括第一丝杠和第一螺母单元；

所述助力驱动组件的输出端与第一丝杠相连，用于驱动第一丝杠转动；

所述第一螺母单元外侧壁上设有外齿或安装有齿条；所述外齿或齿条与所述转向臂上同轴安装的齿轮相啮合；

所述第一丝杠与转向装置相连且与转向臂初始状态相互垂直；

所述传感器用于检测第一丝杠是否转动。

进一步地，所述第一螺母单元包括套设在第一丝杠外侧的第一螺母、设置在第一螺母内且与第一丝杠啮合的至少两个第一滚柱；所述第一滚柱两端与第一螺母转动连接；

所述助力驱动组件包括助力电机和蜗轮蜗杆结构；所述蜗轮蜗杆结构包括蜗轮和蜗杆；所述蜗轮与第一丝杠同轴连接固连，所述蜗杆与助力电机的输出端相连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提出了一种带有冗余助力的转向传动系统，巧妙的借助两组丝杠螺母副实现方向盘转动过程中的助力。一方面，驾驶人员或自动驾驶车辆的电机可通过转动方向盘，使第一丝杠发生旋转，带动第一螺母轴向运动，进而驱动转向臂转动；另一方面，可以通过助力驱动组件使第一螺母在轴向运动的同时发生转动，进而驱动保持架单元轴向运动，助力转向臂转动，实现辅助方向盘转动的效果。另外，当助力电机发生故障时，助力电机无法驱动第一螺母转动，也不会影响驾驶员或自动驾驶车辆的电机操作方向盘转动，方向盘仍然可以在无助力的条件下完成转向，在动力转向装置失效甚至动力输入卡死的工况下能够进行容错控制。

2.本发明中的助力驱动组件可以采用蜗轮蜗杆结构，结构设置简便，且可以利用蜗轮蜗杆结构自身的机械特性。

3.本发明中第一丝杠螺母副和第二丝杠螺母副均采用滚柱丝杠副，使本发明的结构承载能力和抗冲击能力更强。

4.本发明中第一滚柱和第二滚柱均通过滚针轴承或向心轴承进行安装，能够有效减少滚柱的转动摩擦。

5.本发明中还可以设置推力轴承，或将第一滚柱和第二滚柱的任一端或两端端面设计成球面或滚珠配合，都能够进一步减小摩擦力。

6.本发明还提供了一种结构简化的带有冗余助力的转向传动系统，通过助力驱动组件直接驱动第一丝杠进行助力，结构简单并能够实现助力的作用。

附图说明

图1为本发明一种带有冗余助力的方向盘传动系统一个实施例的示意图；

图2为本发明一种带有冗余助力的方向盘传动系统一个实施例中，第二滚柱两端端面为球面的示意图；

图3为本发明一种带有冗余助力的方向盘传动系统一个实施例中，第一滚柱和第二滚柱两端设置推力轴承的示意图；

图4为本发明一种带有冗余助力的方向盘传动系统另一个实施例中助力驱动组件安装在第一丝杠一端的示意图；

图5为本发明一种带有冗余助力的方向盘传动系统另一个实施例中助力驱动组件安装在第一丝杠另一端的示意图。

其中：1-第一丝杠螺母副、2-助力驱动组件、3-保持架、4-转向臂、5-第一螺母、6-第一丝杠、7-推力轴承、8-第二丝杠螺母副、9-外齿、10-齿轮、11-蜗轮、12-蜗杆、13-花键、14-滚针轴承、15-第一滚柱、16-第二滚柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明提供了一种带有冗余助力的转向传动系统，在实现辅助方向盘转向或者辅助无人驾驶车辆转向的前提下，不会额外增加整个传动系统的安全风险，在助力驱动组件2出现故障时，也不会影响驾驶人员操作方向盘或无人驾驶车辆自身转向功能，仍然能够在无助力转向的情况向下继续完成转向。

如图1所示，一种带有冗余助力的方向盘传动系统，包括第一丝杠螺母副1、助力驱动组件2、保持架3、转向臂4和传感器。在本实施例中，第一丝杠螺母副1为行星滚柱丝杠副。助力驱动组件2采用蜗轮蜗杆结构，具体的，助力驱动组件2包括助力电机、蜗杆12和蜗轮11，助力电机的输出端与蜗杆12相连，通过助力电机驱动蜗杆12转动，蜗杆12带动蜗轮11转动，蜗轮11通过花键13安装在第一螺母5一端的外部，也可以使蜗轮11和第一螺母5形成一个整体，蜗轮11转动会带动第一螺母5转动，在本发明的其他实施例中，花键13也可替换为单键或平键等，具有相同或类似的传力作用。同时，第一螺母5的另一端外壁和保持架3形成第二丝杠螺母副8，第二丝杠螺母副8也采用行星滚柱丝杠副，第二滚柱16安装在保持架3内。保持架3外壁设有沿轴向延伸的与齿轮10相适配的外齿9，外齿9和齿轮10形成齿轮齿条配合，或者，也可以在保持架3外壁设置沿轴向延伸的齿条，齿条与齿轮10相适配。其中，齿轮10同轴安装在转向臂4上，转向臂4与转向连杆相连。第一丝杠螺母副1的第一丝杠6与转向装置相连且与转向臂4初始状态相互垂直，此处的初始状态指转向臂4未转动时的状态。另外，本发明中还设置有传感器，传感器与助力电机相连，传感器的检测端朝向第一丝杠6，通过传感器检测第一丝杠6是否发生转动，当传感器检测到第一丝杠6发生转动，同步控制助力电机开始工作。具体的，传感器可以采用位置传感器或扭矩传感器。

需要说明的是，上述第一丝杠6、第一螺母5、保持架3等部件的尺寸、具体形状，都可以根据实际安装和使用场景需要进行调整。

实际应用时，驾驶员通过旋转方向盘，将人工动力传递到第一丝杠6上，若为无人驾驶车辆，也可以通过外部车辆上的电机带动动力传递到第一丝杠6上，将方向盘或者无人驾驶车辆电机作为转向装置，第一丝杠6的一端或两端可通过轴承支撑在本发明带有冗余助力的转向传动系统的外壳上，图1中未示出外壳，转向传动系统在实际使用时，可根据安装要求整体或部分安装于外壳内，传感器安装在外壳上，通过传感器检测第一丝杠6是否发生转动，第一丝杠6的旋转被传感器感知后，控制助力电机启动，驱动蜗杆12转动，带动蜗轮11转动，蜗轮11通过花键13和第一螺母5连接，带动第一螺母5旋转并沿第一丝杠6的中心轴方向直线运动。第一螺母5同时又是第二丝杠螺母副8的丝杠，保持架3被限制只能沿第一螺母5中心轴线方向直线运动。当第一螺母5的旋转运动传递到保持架3时，带动保持架3做直线运动，在保持架3的的外侧壁上设计有外齿9，外齿9和齿轮10配合，推动齿轮10沿转向臂4的中心旋转，最后，转向臂4驱动转向连杆，实现转向助力功能。与此同时，驾驶人员通过方向盘使第一丝杠6旋转，带动第一螺母5沿轴向直线运动，因此，在转向助力的过程中，保持架一方面和第一螺母5一起在方向盘转动时直线运动，另一方面在蜗轮蜗杆结构的助力下直线运动。

在本发明的其他实施例中，第一丝杠螺母副1和第二丝杠螺母副8也可采用滚珠丝杠或梯形丝杠的结构形式。另外，蜗轮蜗杆结构也可替换为行星齿轮或平行轴齿轮或伞齿轮的其他驱动形式，蜗轮蜗杆结构只是其中的一种优选驱动形式。

另外，作为优选方案，当第一丝杠螺母副1和/或第二丝杠螺母副8采用行星滚柱丝杠副时，为了减少转动摩擦，可以使第一丝杠螺母副1的第一滚柱15任一端或两端或中心轴向孔内通过滚针轴承14或向心轴承安装在第一螺母5内，使第二丝杠螺母副8的第二滚柱16任一端或两端或中心轴向孔内通过滚针轴承14或向心轴承安装在保持架3内，也可以用深沟球轴承代替滚针轴承14。如图3所示，还可以在第一滚柱15和第二滚柱16的任一端或两端设置推力轴承7以减小摩擦。如图2所示，也可以使第一滚柱15任一端或两端与第一螺母5球面配合，第二滚柱16任一端或两端与保持架3球面配合来减小摩擦。

另外，本发明还提供了一种构思类似的简化结构，如图4和图5所示，一种带有冗余助力的转向传动系统，包括助力驱动组件2、传感器、与外部转向连杆相连的转向臂4，以及第一丝杠螺母副1。类似的，第一丝杠螺母副1包括第一丝杠6和第一螺母单元，助力驱动组件2的输出端与第一丝杠6两端的任一端相连，用于驱动第一丝杠6转动，第一螺母单元外侧壁上设有外齿9，也可以在第一螺母单元外侧壁上安装齿条。外齿9或齿条与转向臂4上同轴安装的齿轮10相啮合，第一丝杠6与方向盘相连且与转向臂4初始状态相互垂直，传感器用于检测第一丝杠6是否转动。其中，第一螺母单元和助力驱动组件的结构可与前述实施例相同。其他优选方案，都可采用前述实施例的方案。

实际应用时，驾驶员通过旋转方向盘，将人工动力传递到第一丝杠6上，若为无人驾驶车辆，也可以通过外部车辆上的电机带动动力传递到第一丝杠6上，将方向盘或者无人驾驶车辆电机作为转向装置，通过传感器检测第一丝杠6是否发生转动，第一丝杠6的旋转被传感器感知后，控制助力电机启动，驱动蜗杆12转动，带动蜗轮11转动，蜗轮11通过花键13和第一螺母5连接，带动第一螺母5旋转并沿第一丝杠6的中心轴方向直线运动。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有冗余助力的转向传动系统，包括助力驱动组件(2)、传感器以及与外部转向连杆相连的转向臂(4)，其特征在于：

还包括第一丝杠螺母副(1)、保持架单元；

所述第一丝杠螺母副(1)包括第一丝杠(6)和第一螺母单元；

所述助力驱动组件(2)的输出端与第一螺母单元一端相连，用于驱动第一螺母单元转动；

所述第一螺母单元的另一端与保持架单元形成第二丝杠螺母副(8)；

所述保持架单元外侧壁上设有外齿(9)或安装有齿条；所述外齿(9)或齿条与所述转向臂(4)上同轴安装的齿轮(10)相啮合；

所述第一丝杠(6)与转向装置相连且与转向臂(4)初始状态相互垂直；

所述传感器用于检测第一丝杠(6)是否转动。

2.根据权利要求1所述一种带有冗余助力的转向传动系统，其特征在于：所述助力驱动组件(2)包括助力电机和蜗轮蜗杆结构；所述蜗轮蜗杆结构包括蜗轮(11)和蜗杆(12)；所述蜗轮(11)与第一螺母单元同轴连接，所述蜗杆(12)与助力电机的输出端相连；

或者，所述助力驱动组件(2)为圆柱齿轮驱动结构、伞齿轮驱动结构、减速机驱动结构、电机驱动结构中的任一种。

3.根据权利要求2所述一种带有冗余助力的转向传动系统，其特征在于：所述蜗轮(11)通过单键或花键(13)配合套设在第一螺母单元的一端外壁上。

4.根据权利要求1至3任一所述一种带有冗余助力的转向传动系统，其特征在于：所述第一丝杠螺母副(1)和第二丝杠螺母副(8)均为行星滚柱丝杠副。

5.根据权利要求4所述一种带有冗余助力的转向传动系统，其特征在于：

所述第一螺母单元包括套设在第一丝杠(6)外侧的第一螺母(5)、设置在第一螺母(5)内且与第一丝杠(6)啮合的至少两个第一滚柱(15)；所述第一螺母(5)外侧壁设置有外螺纹；所述第一滚柱(15)两端与第一螺母(5)转动连接；

所述保持架单元包括保持架(3)、设置在保持架(3)内的至少两个第二滚柱(16)；所述第二滚柱(16)两端与保持架(3)转动连接；所述第二滚柱(16)与第一螺母(5)外螺纹相啮合，形成第二丝杠螺母副(8)。

6.根据权利要求5所述一种带有冗余助力的转向传动系统，其特征在于：

所述第一滚柱(15)任一端或两端或中心轴向孔内通过滚针轴承(14)或向心轴承安装在第一螺母(5)内；所述第二滚柱(16)任一端或两端或中心轴向孔内通过滚针轴承(14)或向心轴承安装在保持架(3)内；

或者，所述第一滚柱(15)任一端或两端与第一螺母(5)通过球面或滚珠配合；所述第二滚柱(16)任一端或两端与保持架(3)通过球面或滚珠配合。

7.根据权利要求6所述一种带有冗余助力的转向传动系统，其特征在于：所述第一滚柱(15)的任一端或两端设有推力轴承(7)；所述第二滚柱(16)的任一端或两端设有推力轴承(7)。

8.根据权利要求7所述一种带有冗余助力的转向传动系统，其特征在于：还包括外壳；

所述第一丝杠(6)的两端和传感器均安装在外壳上。

9.一种带有冗余助力的转向传动系统，包括助力驱动组件(2)、传感器以及与外部转向连杆相连的转向臂(4)，其特征在于：

还包括第一丝杠螺母副(1)；

所述第一丝杠螺母副(1)包括第一丝杠(6)和第一螺母单元；

所述助力驱动组件(2)的输出端与第一丝杠(6)相连，用于驱动第一丝杠(6)转动；

所述第一螺母单元外侧壁上设有外齿(9)或安装有齿条；所述外齿(9)或齿条与所述转向臂(4)上同轴安装的齿轮(10)相啮合；

所述第一丝杠(6)与转向装置相连且与转向臂(4)初始状态相互垂直；

所述传感器用于检测第一丝杠(6)是否转动。

10.根据权利要求9所述一种带有冗余助力的转向传动系统，其特征在于：

所述第一螺母单元包括套设在第一丝杠(6)外侧的第一螺母(5)、设置在第一螺母(5)内且与第一丝杠(6)啮合的至少两个第一滚柱(15)；所述第一滚柱(15)两端与第一螺母(5)转动连接；

所述助力驱动组件(2)包括助力电机和蜗轮蜗杆结构；所述蜗轮蜗杆结构包括蜗轮(11)和蜗杆(12)；所述蜗轮(11)与第一丝杠(6)同轴连接，所述蜗杆(12)与助力电机的输出端相连。

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