CN207943084U - 车用变传动比齿轮齿条转向系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车用变传动比齿轮齿条转向系统和车辆，转向系统包括方向盘动力输入机构、行星排、助位移电机、齿轮齿条转向器和至少一个转向助力电机，助位移电机传动连接行星排的第一端，方向盘动力输入机构传动连接行星排的第二端，行星排的第三端通过转向行星排输出轴输出传动连接齿轮齿条转向器，各转向助力电机传动连接齿轮齿条转向器。当手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力不能满足要求时，转向助力电机根据需要输出相应的转向助力矩，最终传递到车轮上，达到车辆的转向目的。通过设置转向助力电机，提供正向转向助力或者反向转向助力，满足不同转向工况需要，改善驾驶员的操纵舒适性，并提高车辆的行驶安全性。

Description

车用变传动比齿轮齿条转向系统和车辆

技术领域

本实用新型涉及车用变传动比齿轮齿条转向系统和车辆。

背景技术

转向系统是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。它是汽车上驾驶者与其紧密接触的操纵装置，其操控性能直接关系到汽车的主动安全以及驾驶者的驾驶体验。传统转向系因传动比固定而存在着固有的缺陷，而变传动比转向系统可实现低速时转向更直接更轻盈，高速时转向更稳重更安全。电控化是汽车技术发展对转向系统提出的必然要求，也是提高驾驶舒适性和安全性的基本途径。

现有中型商用车多采用液压循环球式转向系统，存在转向机构复杂、回正阻力大、传动比固定等问题。另外，电动齿轮齿条转向器承载较小，还不能满足中型商用车需要。

申请公布号为CN101700786A、发明名称为《具有变传动比功能的客车循环球式电动助力转向系统及其控制方法》的中国专利申请提供了一种具有变传动比功能的客车循环球式电动助力转向系统。该系统包括两个减速机构：与助力电机相连的第一减速机构和在转矩传感器和循环球式转向器之间的第二减速机构，转角电机通过附加转角控制来改变转向传动比。该系统是循环球式转向器，存在转向机构复杂，转向力矩控制难度大。

申请公布号为CN107310621A、发明名称为《用于车辆的可变传动比转向器及具有其的车辆》的中国专利申请提供了一种用于车辆的可变传动比转向器。该专利通过在上中间轴和下中间轴上设置上偏心结构和下偏心结构，使得转向器的传动比可变。但是，该专利存在转向阻力矩传动效率差，产生路感不明显问题，并且主要在转向管柱上应用，存在机构复杂、布置困难问题。

因此，亟需提出一种变传动比齿轮齿条转向系统，尤其适用于中型商用车，解决现有转向器存在的回正差、承载有限等瓶颈问题。

为了解决上述技术问题，申请公布号为CN104627233A、发明名称为《基于单排行星轮系的汽车主动转向耦合装置及转向系统》的中国专利申请公开了一种汽车转向系统，包括方向盘、主动转向耦合装置和齿轮齿条转向器，主动转向耦合机构包括输入轴、行星排和输出轴，方向盘通过相应的动力输入机构连接主动转向耦合装置中的输入轴，输入轴连接行星架，行星轮设置在行星架上并分别与太阳轮和齿圈啮合，助位移电机连接太阳轮，齿圈连接输出轴，输出轴与齿轮齿条转向器连接，齿轮齿条转向器最终将转向力传递给车轮，实现转向。虽然该转向系统能够实现变传动比转向，但是，由于不同的工况下需要不同的转向力，即需要不同的传动比，比如：车辆在高速时，方向盘细微的动作都会显得过于敏感，因此，通常需要较大的传动比，即需要沉重一点的转向感受，给驾驶员一稳重安全的感觉，而当车辆在低速时，通常需要较小的传动比，保证车辆转向灵活、轻巧。所以，当手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力不能满足上述要求时，即转向力没有在一个合适的范围内时，就会造成不好的转向感受。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种车用变传动比齿轮齿条转向系统，用以解决当手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力不能满足要求时会造成不好的转向感受的问题。本实用新型同时提供一种车辆。

为实现上述目的，本实用新型包括以下技术方案。

系统方案一：本方案提供一种车用变传动比齿轮齿条转向系统，包括方向盘动力输入机构、行星排、助位移电机和齿轮齿条转向器，所述行星排的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个第二端，一个第三端，所述助位移电机传动连接所述第一端，所述方向盘动力输入机构传动连接所述第二端，所述第三端通过转向行星排输出轴输出传动连接所述齿轮齿条转向器，所述转向系统还包括至少一个转向助力电机，各转向助力电机传动连接所述齿轮齿条转向器，以提供转向助力。

除了手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力之外，还可以通过转向助力电机向齿轮齿条转向器输出相应的转向助力，那么，当手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力不能满足要求时，转向助力电机根据需要输出相应的转向助力矩，最终传递到车轮上，达到车辆的转向目的。其中，车辆在高速时，如果手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力相加还不够所需转向力，那么，转向助力电机向齿轮齿条转向器输出相应的正向的转向助力，增加实际输出的转向力，满足要求；如果手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力相加超出所需转向力，那么，可以控制转向助力电机向齿轮齿条转向器输出反向的转向助力，实际输出的转向力就能够减小，以满足要求，因此，通过转向助力电机保证转向力在一个合适的范围内，使车辆在高速时给驾驶员一稳重安全的转向感觉。同理，当车辆在低速时，如果手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力相加还不够所需转向力，那么，转向助力电机向齿轮齿条转向器输出相应的正向的转向助力，增加实际输出的转向力，满足要求；如果手动输入的转向力和助位移电机输出的转向力相加超出所需转向力，那么，可以控制转向助力电机向齿轮齿条转向器输出反向的转向助力，就能够减小实际输出的转向力，以满足要求，因此，通过转向助力电机保证转向力在一个合适的范围内，使车辆在低速时转向灵活、轻巧。综上，通过设置转向助力电机，提供正向转向助力或者反向转向助力，满足不同转向工况需要，改善驾驶员的操纵舒适性，并提高车辆的行驶安全性。

系统方案二：在系统方案一的基础上，所述转向系统具有两个所述转向助力电机，分别布置在所述齿轮齿条转向器的两端。

系统方案三：在系统方案一或二的基础上，所述第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈。

系统方案四：在系统方案一或二的基础上，方向盘动力输入机构包括转向管柱、转向中间轴和转向行星排输入轴，所述转向管柱的一端用于连接方向盘，所述转向管柱的另一端与转向中间轴的一端通过第一万向节传动连接，所述转向中间轴的另一端通过第二万向节与所述转向行星排输入轴的一端传动连接，所述转向行星排输入轴传动连接所述第二端。

系统方案五：在系统方案一或二的基础上，所述齿轮齿条转向器传动连接转向拉杆，所述转向拉杆传动连接转向节臂，所述转向节臂用于传动连接车轮。

车辆方案一：本方案提供一种车辆，包括方向盘、车轮和一种车用变传动比齿轮齿条转向系统，所述转向系统包括方向盘动力输入机构、行星排、助位移电机和齿轮齿条转向器，所述行星排的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个第二端，一个第三端，所述助位移电机传动连接所述第一端，所述方向盘动力输入机构传动连接所述第二端，所述第三端通过转向行星排输出轴输出传动连接所述齿轮齿条转向器，所述转向系统还包括至少一个转向助力电机，各转向助力电机传动连接所述齿轮齿条转向器，以提供转向助力。

车辆方案二：在车辆方案一的基础上，所述转向系统具有两个所述转向助力电机，分别布置在所述齿轮齿条转向器的两端。

车辆方案三：在车辆方案一或二的基础上，所述第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈。

车辆方案四：在车辆方案一或二的基础上，方向盘动力输入机构包括转向管柱、转向中间轴和转向行星排输入轴，所述转向管柱的一端用于连接方向盘，所述转向管柱的另一端与转向中间轴的一端通过第一万向节传动连接，所述转向中间轴的另一端通过第二万向节与所述转向行星排输入轴的一端传动连接，所述转向行星排输入轴传动连接所述第二端。

车辆方案五：在车辆方案一或二的基础上，所述齿轮齿条转向器传动连接转向拉杆，所述转向拉杆传动连接转向节臂，所述转向节臂用于传动连接车轮。

附图说明

图1是车用变传动比齿轮齿条转向系统结构图；

图中，1为方向盘，2为转角传感器，3为转向管柱，4为转向中间轴，5为转向行星排输入轴，6和9为环形齿轮，7为行星齿轮，8为太阳轮，10为转向行星排输出轴，11和19为车轮，12和18为转向节臂，13和17为转向拉杆，14和16为电机，15为齿轮齿条转向器。

具体实施方式

车辆实施例

本实施例提供一种车辆，比如：皮卡车、中型商用车等各类机动车辆。该车辆包括方向盘、车轮以及一种车用变传动比齿轮齿条转向系统，由于车用变传动比齿轮齿条转向系统是本实用新型的改进点，以下重点对该转向系统进行说明。

车用变传动比齿轮齿条转向系统包括方向盘动力输入机构、行星排、助位移电机和齿轮齿条转向器15。行星排包括三个端，分别称为第一端、第二端和第三端，由于行星排的三个端分别是太阳轮、行星架和齿圈，因此，第一端、第二端和第三端分别与太阳轮、行星架和齿圈中的其中一个一一对应。助位移电机(图中未画出)传动连接第一端，方向盘动力输入机构传动连接第二端，第三端通过转向行星排输出轴10输出传动连接齿轮齿条转向器15。

重要的是，系统还包括至少一个转向助力电机，各转向助力电机通过相应的传动机构传动连接齿轮齿条转向器15。不管转向助力电机的个数是多少，即不管是只有一个转向助力电机还是有至少两个转向助力电机，各转向助力电机的位置均根据实际情况进行设置。本实施例中，转向助力电机的个数为两个，分别为电机14和电机16，这两个电机与齿轮齿条转向器15的布置关系是任意的，作为一个具体的实施方式，如图1所示，电机14布置在齿轮齿条转向器15的一侧，电机16可以在齿轮齿条转向器15的另一侧。另外，齿轮齿条转向器15的位置可以根据车辆布置的需要进行调整，如在车轴的前方或后方。

第一端、第二端和第三端与太阳轮、行星架和齿圈的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈，由于图1中的行星排为剖面图，因此，其中，8为太阳轮，7为行星齿轮，即行星架，6和9为环形齿轮，即齿圈，行星齿轮7在太阳轮8和环形齿轮6和9之间。那么，助位移电机传动连接太阳轮8，方向盘动力输入机构中的转向行星排输入轴5传动连接行星齿轮7，环形齿轮6和9通过转向行星排输出轴10输出传动连接齿轮齿条转向器15，转向行星排输出轴10与齿轮齿条转向器15啮合。另外，转向行星排输入轴5和转向行星排输出轴10的上下位置是可以调换的。

本实施例给出方向盘动力输入机构的一种具体实施方式，当然，也可以采用现有的相关机构。如图1所示，除了转向行星排输入轴5之外，方向盘动力输入机构还包括转向管柱3和转向中间轴4，方向盘1紧固在转向管柱3的顶端，转向管柱3的下端与转向中间轴4的上端通过第一万向节传动连接(即铰接)，转向管柱3也与车架连接，转向中间轴4的下端通过第二万向节与转向行星排输入轴5的一端传动连接(即铰接)。

作为一个具体的实施例，转向拉杆13的一端与齿轮齿条转向器15铰接，另一端与转向节臂12铰接，转向节臂12传动连接车轮11；转向拉杆17的一端与齿轮齿条转向器15铰接，另一端与转向节臂18铰接，转向节臂18传动连接车轮19。

另外，转角传感器2铰接在转向管柱3上，当然，转角传感器2还可以采用转矩传感器，或者取消转角传感器，那么，就需要根据其他相关的控制方式，比如根据车速和车身横向加速度等信号进行控制。

转向管柱3通过转向中间轴4把方向盘1的转角和转矩传递到转向行星排输入轴5上，并通过助位移电机控制太阳轮8的转向，改变环形齿轮6和9的转速和转矩，从而改变转向行星排输出轴10的转速和转矩；电机14和16与齿轮齿条转向器15的齿条啮合，电机14和16根据不同工况下设定的控制策略输出相应的转向助力矩，再通过两端的转向拉杆13和17，把转向力传递到转向节臂12和18，从而带动车轮11和19偏转，实现车辆的转向。

因此，转向系统工作时，方向盘1把转向角和转向力矩传递给转向管柱3，转角传感器2测得转角大小，并传递给相应的控制器，转向管柱3通过转向中间轴4把转角和转矩传递到转向行星排输入轴5上，再通过助位移电机根据转角信号和控制逻辑控制太阳轮8的转向大小，改变环形齿轮6和9的转速和转矩，以调节转向行星排输出轴10的转速和转矩，同时，电机14和16根据不同工况下设定的控制策略输出相应的转向助力矩，再通过两端的转向拉杆13和17，把转向力传递到转向节臂12和18，实现车轮11和19偏转，达到车辆的转向目的。

所以，通过在齿轮齿条转向器15两端各布置一个电机，增加转向助力的力值，满足中型商用车的转向需要，并采用行星齿轮机构实现和电机的控制，调整车辆高速和低速行驶工况下的转向传动比，改变转向助力和转向受力，实现转向传动比的随工况调节，满足不同转向工况需要，解决高速和低速行驶对转向力需求的矛盾，实现转向低速轻便和高速沉稳，改善驾驶员的操纵舒适性，并提高车辆的行驶安全性。而且，当双电机同步运行时能够产生较大的转向助力值，解决中型商用车上传统循环球式的转向机构复杂，布置困难，回正阻力大及回正性能差的问题。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于车用变传动比齿轮齿条转向系统的具体结构，在该结构的前提下，任何控制策略均在本实用新型的保护范围内。

车用变传动比齿轮齿条转向系统实施例

本实施例提供一种车用变传动比齿轮齿条转向系统，该转向系统属于车辆的一部分，当然，也可以单独保护，由于上述车辆实施例中已对其进行了详细描述，这里就不在具体说明。

Claims (10)

1.一种车用变传动比齿轮齿条转向系统，包括方向盘动力输入机构、行星排、助位移电机和齿轮齿条转向器，所述行星排的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个第二端，一个第三端，所述助位移电机传动连接所述第一端，所述方向盘动力输入机构传动连接所述第二端，所述第三端通过转向行星排输出轴输出传动连接所述齿轮齿条转向器，其特征在于，所述转向系统还包括至少一个转向助力电机，各转向助力电机传动连接所述齿轮齿条转向器，以提供转向助力。

2.根据权利要求1所述的车用变传动比齿轮齿条转向系统，其特征在于，所述转向系统具有两个所述转向助力电机，分别布置在所述齿轮齿条转向器的两端。

3.根据权利要求1或2所述的车用变传动比齿轮齿条转向系统，其特征在于，所述第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈。

4.根据权利要求1或2所述的车用变传动比齿轮齿条转向系统，其特征在于，方向盘动力输入机构包括转向管柱、转向中间轴和转向行星排输入轴，所述转向管柱的一端用于连接方向盘，所述转向管柱的另一端与转向中间轴的一端通过第一万向节传动连接，所述转向中间轴的另一端通过第二万向节与所述转向行星排输入轴的一端传动连接，所述转向行星排输入轴传动连接所述第二端。

5.根据权利要求1或2所述的车用变传动比齿轮齿条转向系统，其特征在于，所述齿轮齿条转向器传动连接转向拉杆，所述转向拉杆传动连接转向节臂，所述转向节臂用于传动连接车轮。

6.一种车辆，包括方向盘、车轮和一种车用变传动比齿轮齿条转向系统，所述转向系统包括方向盘动力输入机构、行星排、助位移电机和齿轮齿条转向器，所述行星排的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是第一端，一个第二端，一个第三端，所述助位移电机传动连接所述第一端，所述方向盘动力输入机构传动连接所述第二端，所述第三端通过转向行星排输出轴输出传动连接所述齿轮齿条转向器，其特征在于，所述转向系统还包括至少一个转向助力电机，各转向助力电机传动连接所述齿轮齿条转向器，以提供转向助力。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述转向系统具有两个所述转向助力电机，分别布置在所述齿轮齿条转向器的两端。

8.根据权利要求6或7所述的车辆，其特征在于，所述第一端为太阳轮，第二端为行星架，第三端为齿圈。

9.根据权利要求6或7所述的车辆，其特征在于，方向盘动力输入机构包括转向管柱、转向中间轴和转向行星排输入轴，所述转向管柱的一端用于连接方向盘，所述转向管柱的另一端与转向中间轴的一端通过第一万向节传动连接，所述转向中间轴的另一端通过第二万向节与所述转向行星排输入轴的一端传动连接，所述转向行星排输入轴传动连接所述第二端。

10.根据权利要求6或7所述的车辆，其特征在于，所述齿轮齿条转向器传动连接转向拉杆，所述转向拉杆传动连接转向节臂，所述转向节臂用于传动连接车轮。