CN1233531C - 电磁式汽车转向助力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车转向系中用于减轻汽车转向操纵力的转向助力装置。电磁式汽车转向助力装置，它包括车速传感器(6)、控制模块(8)及电源(7)，其特征是：转向盘角位移传感器(3)位于转向轴(2)上，并由信号线与控制模块(8)相连接，车速传感器(6)由信号线与控制模块(8)相连接，控制模块(8)由导线与电源(7)相连接；控制模块(8)由导线与电磁助力器(5)相连接，电磁助力器(5)位于转向器(4)处，所述的电磁助力器(5)由铁心(14)和电磁线圈(13)组成。本发明具有结构十分简单、造价低廉、使用可靠、且节能的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车转向系统中用于减轻汽车转向操纵力的转向助力装置，特别是一种由汽车转向盘角位移信号及车速信号控制的电磁式汽车转向助力装置。
背景技术
汽车行驶时，需经常改变其行驶方向，即转向。改变汽车行驶方向的方法是：驾驶员根据行驶需要操纵转向盘并通过一套专门的机构(转向系统)使汽车转向轮相对汽车纵轴线偏转相应的角度。
由于汽车在行驶过程中，转向操纵十分频繁，因此，若驾驶员操纵转向盘所需的力较大，则极易导致驾驶员疲劳。为此，在总质量较大的各类汽车及中、高档轿车中，普遍装有转向助力装置。这种带有转向助力装置的转向系统称为助力转向系统，有些资料也将其称为动力转向系统。
助力转向系统的特点是：操纵汽车转向系统使汽车转向行驶所需的操纵力一部分由驾驶员的手臂提供，另一部分来自于转向助力装置。目前汽车上所用的转向助力装置有液压式和电动式两种。液压式转向助力装置的动力来自于由汽车发动机驱动的转向助力油泵；电动式转向助力装置的动力来自于转向助力电机。
尽管液压式和电动式转向助力装置均可较好地解决转向沉重之问题，但由于此两类转向助力装置存在一些明显的不足，因此相当一部分中型车、各类轻型车及中、低档轿车均未采用助力转向系统，仍然采用最传统的机械式转向系统。
液压式转向助力装置的特点是：1、液压式转向助力装置由转向助力油泵、转向控制阀、液压动力油缸及液压管路等组成，如此庞大的系统，不仅结构复杂，而且造价高，这或许就是一部分中型汽车、各类轻型汽车及中、低档轿车不采用助力转向系统而采用转向较沉重的传统的机械式转向系统的根本原因；2、汽车转向时所需的转向操纵力F与汽车的行驶速度U成反比(F＝K/U)，即汽车低速行驶时所需的转向操纵力大，高速行驶时所需的转向操纵力小，而液压式转向助力装置所能提供的转向操纵力几乎不随车速的变化而变化，因此为了使汽车在低速行驶时获得良好的助力效果，则往往会导致汽车高速行驶时使驾驶员失去转向操纵的路感，如此便会给汽车的行驶安全带来不利的影响；3、转向助力油泵由发动机直接驱动，因此汽车直行(即无需进行转向操纵)时，仍然要消耗发动机的动力，这样必然会增加汽车的燃油消耗。
尽管电动式转向助力装置克服了液压式转向助力装置在转向轻便与路感二者相互矛盾之不足，且仅在汽车需要转向时才接通转向助力电机的电源，从而避免了不必要的能量消耗。但由于电动式转向助力装置的组成复杂(由转向助力电机、减速器、电磁离合器、转向盘转矩传感器、车速传感器、电控单元及电源组成)，控制麻烦，且造价昂贵，因此，电动式转向助力装置仅在部分高级豪华轿车上得到了应用。
发明内容
针对上述不足，本发明提出一种结构十分简单、造价低廉、使用可靠、且节能的电磁式汽车转向助力装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：电磁式汽车转向助力装置，它包括车速传感器6、控制模块8及电源7，其特征是：转向盘角位移传感器3位于转向轴2上，并由信号线与控制模块8相连接，车速传感器6由信号线与控制模块8相连接，控制模块8由导线与电源7相连接；控制模块8由导线与电磁助力器5相连接，电磁助力器5位于转向器4处，所述的电磁助力器5由铁心14和电磁线圈13组成，电磁线圈13和铁心14二者中的一个为固定件，另一为活动件。
本发明由电磁助力器5、转向盘角位移传感器3、车速传感器6、控制模块8及电源7组成，其结构十分简单、造价低廉。控制模块8根据转向盘角位移传感器3提供的信息切断或接通电磁助力器5的电路，以使电磁助力器5按汽车行驶的需要进入或退出工作状态。此外，当电磁助力器5处于工作状态(产生转向操纵力)时，即驾驶员转动转向盘实施转向操纵时，控制模块8根据车速传感器6提供的车速信号改变加在电磁助力器5上电流的大小，使之当汽车低速行驶时，获得良好的助力效果；在汽车高速行驶时，使驾驶员具有适当的路感。因而本发明使用可靠、且节能。
附图说明
图1是本发明实施例1结构示意图
图2是本发明实施例2结构示意图
图3是本发明电磁助力器5结构示意图
图4是本发明实施例3结构示意图
图5是本发明实施例4结构示意图
其中1-转向盘、2-转向轴、3-转向盘角位移传感器、4-转向器、5-电磁助力器、6-车速传感器、7-电源、8-控制模块、9-转向拉杆、10-转向垂臂、11-转向纵拉杆、12-转向节臂、13-电磁线圈、14-铁心。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，电磁式汽车转向助力装置，它由电磁助力器5、转向盘角位移传感器3、车速传感器6、控制模块8及电源7组成，转向盘角位移传感器3位于转向轴2上，并由信号线与控制模块8相连接，车速传感器6由信号线与控制模块8相连接，控制模块8由导线与电源7相连接；控制模块8由导线与电磁助力器5相连接，电磁助力器5位于转向器4内。转向器4为齿轮齿条式转向器。
如图3所示，所述的电磁助力器5由铁心14和电磁线圈13组成，电磁线圈13和铁心14二者中的一个为固定件，另一为活动件。
图1中，电磁助力器5位于转向器4内，所述的转向器4为齿轮齿条式转向器，所述的电磁助力器5的铁心14为转向器4的转向齿条，电磁线圈13固定在转向器4的壳体内。
所述的转向盘角位移传感器3为电位计式或霍尔式或光电式或导电塑料式或电容式或电感式角位移传感器。
所述的电源为汽车自备电源，所述的车速传感器为汽车上原有的车速传感器，所述的控制模块8为现有技术。
实施例2：
电磁式汽车转向助力装置，它由电磁助力器5、转向盘角位移传感器3、车速传感器6、控制模块8及电源7组成，转向盘角位移传感器3位于转向轴2上，并由信号线与控制模块8相连接，车速传感器6由信号线与控制模块8相连接，控制模块8由导线与电源7相连接；控制模块8由导线与电磁助力器5相连接，电磁助力器5位于转向器4的输出端。
所述的转向盘角位移传感器3为电位计式或霍尔式或光电式或导电塑料式或电容式或电感式角位移传感器。
所述的转向器为齿轮齿条式转向器或循环球式转向器或蜗杆曲柄指销式转向器或球面蜗杆滚轮式转向器或蜗杆蜗轮式转向器。
如图3所示，所述的电磁助力器5由铁心14和电磁线圈13组成，电磁线圈13和铁心14二者中的一个为固定件，另一为活动件。
如图2所示，所述的电磁助力器5位于转向器的输出端，其铁心14为转向纵拉杆11。
所述的电源为汽车自备电源，所述的车速传感器为汽车上原有的车速传感器，所述的控制模块8为现有技术。
实施例3：
与实施例2基本相同，所述的电磁助力器5位于转向器的输出端，不同之处仅在于：如图4所示，铁心14与转向节臂12相连接，电磁助力器5推动转向节臂12运动。或者，电磁助力器5的电磁线圈13与转向节臂12相连接，电磁助力器5推动转向节臂12运动。
实施例4：
与实施例2基本相同，不同之处仅在于：如图5所示，所述的电磁助力器5位于转向器的输入端，其铁心14为齿条式结构并与转向器的齿轮相啮合。
所述的电磁助力器5由铁心14和电磁线圈13两大部分组成，如图3所示。电磁线圈13和铁心14二者中的一个为固定件，另一为活动件。对于用于齿轮齿条式转向系中的电磁助力器(见图1)，转向齿条可以和铁心14制成一体，电磁线圈13固定在转向器壳体内；对于将电磁助力器安装在转向器输出端的转向系统(见图2和图4)，电磁助力器5的结构随安装方式的不同而有所不同。如：若将电磁助力器安装在转向纵拉杆上(见图2)，则铁心14可以和转向纵拉杆11制成一体；图4是利用电磁助力器推动转向节臂12的结构，对于此种应用方案，电磁助力器的活动件既可以是电磁线圈13也可以是铁心14。对于将电磁助力器安装在转向器输入端的转向系统(见图5)，铁心制成齿条式结构，电磁助力器5产生的电磁力经齿条(铁心)作用到转向器输入轴上的齿轮上，以达到转向助力之目的。
本发明的工作原理如图1、图2、图4、图5所示。为了叙述方便，在此以装用电磁式汽车转向助力装置的齿轮齿条式转向系统(见图1)为例进行介绍。
当汽车直行时，转向盘1处在中间位置，转向盘角位移传感器3没有角位移信号输出，控制模块8断开电磁助力器5的电源，电磁助力器处于非工作状态。
当汽车需向左转向行驶时，驾驶员向左转动转向盘，转向盘角位移传感器3向控制模块8输出一左转的角位移逐渐增加的信号，即dθ/dt＞0的信号，控制模块便接通电磁助力器5的电源，转向器齿条(铁心)给转向拉杆9作用一向右移动的力，此力的方向与驾驶员通过转向机构施加在转向拉杆9上力的方向相同，即产生转向助力作用；当转向盘左转到某一位置而停止转动时，转向盘角位移传感器输出的角位移变化率dθ/dt＝0，这时控制模块切断电磁助力器5的电源，电磁助力器退出工作状态；若再次进一步向左转动转向盘，由于转向盘角位移传感器输出的角位移信号的变化率dθ/dt＞0，控制模块再次接通电磁助力器5的电源，电磁助力器5重新进入工作状态；当汽车由左转向行驶逐渐回复到直行状态时，转向盘角位移传感器输出的角位移信号的变化率dθ/dt＜0，控制模块切断电磁助力器的电源，电磁助力器不产生助力作用(所有的汽车均具有自动回正功能，因此，汽车由回转运动回到直行运动的进程中无需转向助力作用)。这种增加转向盘转角便产生助力作用，而当转向盘停止转动及转向盘由某一转角回到中间位置的过程中转向助力作用自动消失的工作方式称为转向助力装置的随动作用。
流过电磁助力器电磁线圈13电流方向的不同，作用在铁心上的电磁力的方向也不相同。为了表述上的方便，在此将上述汽车向左转向行驶时，控制模块接通电磁助力器电源使之产生助力作用的电流方向称为正向接通，若汽车向右转向行驶时，控制模块便反向接通电磁助力器的电源。
汽车向右转向行驶时，电磁式汽车转向助力装置的工作方式和工作过程与左转时相同，只是控制模块按需反相接通电磁助力器的电源。
此外，当电磁助力器处于工作状态时，控制模块还根据车速传感器6传来的车速信号调节电磁助力器中电流的大小，其调节方式为：汽车低速行驶时，供给电磁助力器5的电流量最大；随着汽车行驶速度的逐渐上升，控制模块便逐渐减小电磁助力器中的电流。如此便可确保汽车低速转向行驶时有足够的转向助力效果，使汽车的转向操作轻便；汽车高速转向行驶时有适当的路感。
Claims (8)
1、电磁式汽车转向助力装置，它包括车速传感器(6)、控制模块(8)及电源(7)，其特征是：转向盘角位移传感器(3)位于转向轴(2)上，并由信号线与控制模块(8)相连接，车速传感器(6)由信号线与控制模块(8)相连接，控制模块(8)由导线与电源(7)相连接；控制模块(8)由导线与电磁助力器(5)相连接，电磁助力器(5)位于转向器(4)处，所述的电磁助力器(5)由铁心(14)和电磁线圈(13)组成。
2、根据权利要求1所述的电磁式汽车转向助力装置，其特征是所述的电磁助力器(5)位于转向器(4)内，所述的转向器(4)为齿轮齿条式转向器，所述的电磁助力器(5)的铁心(14)为转向器(4)的转向齿条，电磁线圈(13)固定在转向器(4)的壳体内。
3、根据权利要求1所述的电磁式汽车转向助力装置，其特征是所述的转向盘角位移传感器(3)为电位计式或霍尔式或光电式或导电塑料式或电容式或电感式角位移传感器。
4、根据权利要求1所述的电磁式汽车转向助力装置，其特征是所述的转向器(4)为齿轮齿条式转向器或循环球式转向器或蜗杆曲柄指销式转向器或球面蜗杆滚轮式转向器或蜗杆蜗轮式转向器。
5、根据权利要求1所述的电磁式汽车转向助力装置，其特征是所述的电磁助力器(5)位于转向器的输出端，其铁心(14)为转向纵拉杆(11)。
6、根据权利要求1所述的电磁式汽车转向助力装置，其特征是所述的电磁助力器(5)位于转向器的输出端，铁心(14)与转向节臂(12)相连接。
7、根据权利要求1所述的电磁式汽车转向助力装置，其特征是所述的电磁助力器(5)位于转向器的输出端，电磁线圈(13)与转向节臂(12)相连接。
8、根据权利要求1所述的电磁式汽车转向助力装置，其特征是所述的电磁助力器(5)位于转向器的输入端，其铁心(14)为齿条式结构并与转向器的齿轮相啮合。
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