CN1332842C - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动助力转向装置，基于由扭矩传感器所检测出的转向操纵扭矩，利用电动机的旋转力，向汽车或车辆的转向操纵系统施加由电动机所产生的转向操纵辅助力。另外，涉及用于检测出转向轴的旋转角的旋转角传感器，在将旋转角传感器的被检测部设置于上述减速器内的同时，在上述转向轴的径向上将上述旋转角传感器的检测部设置于上述减速器的轴承的外侧。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及向汽车或车辆的转向操纵系统施加由电动机所产生的转向操纵辅助力的电动助力转向装置，特别涉及用于检测出转向轴的旋转角(转向操纵角)的旋转角传感器。
背景技术
通常，为了减轻驾驶者的疲劳，同时也为了安全驾驶，在车辆中装载有电动助力转向装置。该电动助力转向装置的构成为，利用电动机的驱动力并经由减速器的齿轮等的传动机构向转向轴加载辅助负荷。
作为现有技术中的电动助力转向装置，其转向系统的概略构造一般如图1所示。在该图中，在前端(图1中的右侧)具有方向盘的转向轴1，通过球轴承3旋转自如地支承于同轴的转向立柱2内，并且沿轴向延伸。该转向轴1由筒状的外轴4和嵌装在该外轴4内的内轴5构成。另外，转向立柱2通过使筒状的外立柱6和压入固定于该外立柱6内的内立柱7相结合而构成。这样，在发生碰撞时，冲击负荷作用于压缩方向后，外轴4和外立柱6被压入基端侧(图1中的左侧)，通过缩短全长来吸收能量，从而缓和施加在碰撞到方向盘上的驾驶员的身体上的冲击。
另外，在上述内轴5的基端侧(图1左侧)，输入轴9和大致筒状的输出轴10经由扭力杆8相连结。该扭力杆8穿插于输出轴10的内部，其一端压入固定于输入轴9上，另一端由销11固定于输出轴10上。
另外，在输出轴10的中央部外周，由一对球轴承13、13支承着减速器单元12。该减速器单元12由蜗轮14、蜗杆15和电动机构成，其中，蜗轮14通过压入的方式固定安装于输出轴10的外周上，蜗杆15与该蜗轮14啮合，电动机的输出轴16上安装着该蜗杆15，在电动机的驱动下，经由蜗杆15和蜗轮14，使电动机的旋转减速并传递其扭矩。
另外，在减速器单元12的前端侧(图1中的右侧)配置着扭矩传感器17，该扭矩传感器17包括扭力杆8和磁轭20，磁轭20在形成于输出轴10的前端的花键槽18的外周上，并收容着线圈绕组19，根据在转向轴1上产生的扭矩而产生扭转角，从而由磁轭20内的线圈绕组19检测出磁力的变化。
在减速器单元12的基端侧(图1中的左侧)配置着旋转角传感器(转向角传感器)21，该旋转角传感器21由筒状的中空部件22和壳体23构成，其中，该筒状的中空部件22配置在输出轴10的外周上，壳体23支承着该中空部件22并使其自由旋转。这里，在中空部件22上，从内周面向内侧延伸出凸起24，并且该凸起24与设置于输出轴10的外周面上的卡定孔25卡合，中空部件22与输出轴10一体地旋转。因此，由设置在壳体23上的检测机构26检测出壳体23和中空部件22之间的相对位移，从而检测出输出轴10的旋转角。这样，从旋转角(转向角)检测出方向盘的转向操纵状态。
另外，27是与中间轴(ィンタミシヤフ卜)相连的万向节，28是用于将转向装置安装于车体上的支架。
为了在车辆碰撞时对乘员进行保护，从法规和安全的角度考虑，在转向立柱2上必须具备能量吸收机构。由此，在现有技术中，分别由两个部件构成转向轴1和转向立柱2(由外轴4和内轴5构成转向轴1，并且由外立柱6和内立柱7构成转向立柱2)，在发生碰撞时，使外轴4和外立柱6能沿轴向在某个范围(行程t)内移动。由此，使转向立柱2等在移动时发生塑性变形，利用该变形能量来吸收乘员碰撞到方向盘时的能量。
另外，由于能量的吸收量是由冲击所产生的作用力与行程t的乘积来决定的，为了减小对乘员的冲击力而减轻对乘员的伤害，关键在于尽可能地加大行程t。
在立柱型的电动助力转向装置中，必须在转向轴1的轴向上设置减速器和扭矩传感器17，而且，必须设置这样的空间，即在万向节27和减速器单元12之间使转向轴，也就是使输出轴10露出于旋转角传感器21的空间。因此存在以下问题，即，行程t必须根据车体的空间而被限制在一定长度内，在受到限制的空间内，难以确保足够长的能量吸收机构的行程t。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动助力转向装置(power steering)，其能在不降低用于保护乘员的能量吸收机能的情况下，在受限制的空间内将旋转角传感器安装于转向轴上。
为实现上述目的，本发明的电动助力转向装置，基于由扭矩传感器所检测出的转向操纵扭矩，利用电动机的旋转力，再经由减速器的齿轮等的传动机构，对转向轴的转向操纵力进行辅助，其中，具有检测出方向盘的转向操纵状态的旋转角传感器以及上述转向轴和自由旋转地支撑该转向轴的转向立柱沿轴向在所定的范围内移动的能量吸收机构，在将上述旋转角传感器的被检测部设置于上述减速器内的同时，在上述转向轴的径向上将上述旋转角传感器的检测部设置于上述减速器的轴承的外侧，并且，上述能量吸收机构和上述扭矩传感器配置于上述方向盘和上述减速器之间。
为更有效地实现上述目的，上述被检测部配置于上述减速器内的蜗轮内，通过上述检测部检测出该蜗轮的旋转。
为更有效地实现上述目的，在上述减速器内的蜗轮内的任意一侧形成的凹槽内安装上述检测部。
为更有效地实现上述目的，上述检测部配置于与上述被检测部的侧面相面对的位置上，并且通过磁学或光学检测出源自该被检测部的角度信号。
为更有效地实现上述目的，被检测部由在上述减速器内的蜗轮内的任意一侧上形成的凹槽构成，并且由设在该凹槽的内周面上的小齿轮构成。
为更有效地实现上述目的，上述旋转角传感器由上述被检测部和检测部构成，上述被检测部呈环状并且设置在上述减速器内的蜗轮的侧面上，上述检测部设置在与上述被检测部相面对的位置上。
为更有效地实现上述目的，由多个轴承支承着上述减速器。
附图说明
图1为表示现有的电动助力转向装置的概略构成的剖视图。
图2为表示本发明第一实施例的电动助力转向装置的构成的剖视图。
图3为表示设在上述电动助力转向装置的减速器单元上的旋转角传感器的说明图。
图4为表示本发明第二实施例的电动助力转向装置的构成的剖视图。
图5为说明第二实施例的输出轴的旋转角的检测机构的放大图。
图6为表示本发明第三实施例的电动助力转向装置的构成的剖视图。
图7为表示第三实施例的旋转角传感器的概略构成的图。
符号说明
31转向轴；35转向立柱；39扭力杆；40输入轴；41输出轴；42减速器单元；43轴承；44扭矩传感器；46线圈绕组；47磁轭；48蜗轮；49蜗杆；51旋转角传感器；52被检测部；53检测部；61金属芯轮毂部；62轮齿基部；63树脂轮齿；64被检测部；65旋转角传感器；67检测部；72检测齿轮。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图2表示出了本发明的第一实施例，为转向系统的概略构成图。基于方向盘的操作而旋转的转向轴31，通过将实心圆筒轴状的内轴33压入固定在筒状的外轴32中而结合形成。另外，转向轴31通过深槽型的球轴承等的轴承34被旋转自如地支承于转向立柱35的端部。转向立柱35通过将内立柱37压入并固定于筒状的外立柱36中结合形成。
对于该转向轴31和转向立柱35，在轴向上作用较大的载荷时，沿轴向在行程t的范围内，外轴32沿着内轴33，以及外立柱36沿着内立柱37，分别在轴向上移动而发生塑性变形。也就是说，转向轴31和转向立柱35中的任何一个都构成这样的能量吸收机构，即，转向轴31由两个部件即外轴32和内轴33组合在一起而构成，转向立柱35由外立柱36和内立柱37组合在一起而构成，在发生碰撞时，在压缩方向上施加冲击负荷后，能缓冲施加到冲撞到方向盘上的驾驶者的身体上的冲击。
在上述实施例中，转向轴31和转向立柱35通过上述两个部件之间的相对移动时所产生的塑性变形来吸收能量，但也可以通过转向立柱35和将该转向立柱35固定于车体上的支架75之间的塑性变形来吸收能量。
另外，在转向轴31的基端侧(图1中的左侧)，经由扭力杆39连接输入轴40和大致圆筒状的输出轴41。该扭力杆39穿插于输出轴41内，其一端被压入并固定于输入轴40内，另一端通过销41a固定于输出轴41。
另外，在输出轴41的外周上，由一对球轴承43，43支承着减速器单元42，并且在该减速器单元42的前端侧(图1中的右侧)配置着扭矩传感器44。该扭矩传感器44具有扭力杆39和磁轭47，其中磁轭47配置在形成于输出轴41的前端的花键槽45的外周上，并且收容着线圈绕组46。在该扭矩传感器44中，根据在转向轴31上所产生的扭矩而在扭力杆39上产生扭转，由此，由磁轭47内的线圈绕组46检测出磁力的变化。
另外，减速器由通过压入方式固定安装在输出轴41的外周的蜗轮48、啮合于该蜗轮48的蜗杆49、以及输出轴50上安装着该蜗杆49的电动机构成，在电动机的驱动下，经由蜗杆49和蜗轮48，使电动机的旋转减速并传递扭矩。
如图3所示，旋转角传感器51由被检测部52和检测部53构成，其中，被检测部52设在减速器单元42内并且为直径小于蜗轮48的薄圆盘状，在转向轴31也就是输出轴41的径向上检测部53设置在轴承43的外侧。该检测部53被配置于与被检测部52的侧面相面对的位置上，并且在凹槽54内被一体地安装于输出轴41上，其中凹槽54形成于蜗轮48内的任意一方侧。另外，检测部53以磁学、光学、电阻或静电电容的方式检测出源自被检测部52的角度信号，由此检测出输出轴41的旋转角。
由此，在上述第一实施例中，在将旋转角传感器51的被检测部52设在减速器单元42内的同时，在输出轴41的径向上将检测部53设置在球轴承43的外侧。因此，没有必要如现有技术那样，在转向轴31上设置用于安装旋转角传感器的专用空间。其结果，能加长能量吸收机构的行程t，即能加长转向立柱35的外立柱36沿内立柱37移动的轴向距离。其结果，即使如立柱型的电动助力转向装置等那样，在转向轴31上的轴向长度受限制的情况下，在转向轴31上设置旋转角传感器51，也能在轴向上确保足够的行程t，从而不会牺牲相对于冲击负荷的能量吸收能力。
另外，图4表示了本发明的第二实施例，其中，对与第一实施例中相同的部件标注相同的符号，并省略其说明。在该图中，蜗轮48由以下部分构成：大致呈圆环状的金属芯轮毂部61；由树脂一体地成形于该金属芯轮毂部61的外周侧的轮齿基部62；以及树脂轮齿63，其形成于该轮齿基部62的更外周侧并且啮合于蜗杆49。另外，在蜗轮48上的图4中的左侧形成凹槽，在该凹槽内，在轮齿基部62的内周侧上形成有由小齿轮构成的被检测部64。由此，由被检测部64和用于检测出输出轴41的旋转的检测部67构成输出轴41的旋转角传感器65。另外，检测部67具有伸出轴71和检测齿轮72，其中，伸出轴71从配置于减速器单元42的外侧的主体68开始，经由壳体罩69的通孔70延伸至减速器单元42内，检测齿轮72安装于伸出轴71的前端。由此，如图5中放大表示的那样，通过检测部67的检测齿轮72与构成被检测部64的小齿轮之间的啮合，旋转角传感器65在主体68上从检测齿轮72经由伸出轴71来检测输出轴41的旋转。
由此，在将旋转角传感器65的被检测部64设在减速器单元42内的同时，在输出轴41的径向上将检测部67设置在减速器单元42的轴承43的外侧。因此，即使在转向轴31上设置旋转角传感器65，也能充分确保能量吸收机构的行程t，从而不会牺牲能量吸收能力。由此，在第二实施例中也能起到与第一实施例相同的作用和效果。
另外，图6表示本发明的第三实施例，其中，对与第一实施例中相同的部件标注相同的符号，并省略其说明。在该图中，旋转角传感器65如图7所示的那样，由环状的被检测部64和设在与该被检测部64相面对的位置上的检测部67构成，其中，被检测部64设在蜗轮48的前端侧(图6中的右侧)的侧面上。
所以，在将旋转角传感器65的被检测部64设在减速器单元42内的同时，在输出轴41的径向上将检测部67设置在减速器单元42的轴承43的外侧。因此，即使在转向轴31上设置旋转角传感器65，也能充分确保能量吸收机构的行程t，从而不会牺牲能量吸收能力。由此，在第三实施例中也能起到与第一实施例和第二实施例相同的作用和效果。
在图2、图4及图6中，74是用于与中间轴相连接的万向节，75是用于将转向装置安装到车体上的支架。
如上所述，如果根据本发明的电动助力转向装置，在设置有检测出方向盘的转向操作状态的旋转角传感器的场合下，在将被检测部设在减速器内的蜗轮等上的同时，在转向轴的径向上将检测部设在减速器的轴承的外侧。由此，利用减速器的蜗轮，采用磁学或光学等的手法，通过检测部检测出源自设在蜗轮上的被检测部的角度信号，从而检测出转向轴的旋转角。其结果，没有必要在转向轴的轴向上设置专用的空间，即用于设置旋转角传感器的空间，从而能有效地利用能量吸收机构的行程。由此，即使如立柱型的电动助力转向装置等那样，在转向轴的轴向上受限制的空间中设置旋转角传感器，也不会牺牲能量吸收能力，相对于在车辆碰撞等时所产生的冲击负荷能够保证安全性。

Claims (7)

1.一种电动助力转向装置，基于由扭矩传感器所检测出的转向操纵扭矩，利用电动机的旋转力，再经由减速器的传动机构，对转向轴的转向操纵力进行辅助，其特征在于，
具有检测出方向盘的转向操纵状态的旋转角传感器以及上述转向轴和自由旋转地支撑该转向轴的转向立柱沿轴向在所定的范围内移动的能量吸收机构，在将上述旋转角传感器的被检测部设置于上述减速器内的同时，在上述转向轴的径向上将上述旋转角传感器的检测部设置于上述减速器的轴承的外侧，
并且，上述能量吸收机构和上述扭矩传感器配置于上述方向盘和上述减速器之间。
2.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
上述被检测部配置于上述减速器内的蜗轮内，通过上述检测部检测出该蜗轮的旋转。
3.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
在上述减速器内的蜗轮内的任意一侧形成凹槽，将上述检测部安装于该凹槽内。
4.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
上述检测部配置于与上述被检测部的侧面相面对的位置上，并且通过磁学或光学检测出源自该被检测部的角度信号。
5.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
上述被检测部为在上述减速器内的蜗轮内的任意一侧形成的凹槽，并且由形成于该凹槽的内周面上的小齿轮构成。
6.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
上述旋转角传感器由上述被检测部和检测部构成，其中，上述被检测部呈环状并且设置在上述减速器内的蜗轮的侧面上，上述检测部设置在与上述被检测部相面对的位置上。
7.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
上述减速器由多个轴承支承着。
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