CN208585319U - 一种采用差动助力转向的汽车主动转向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用差动助力转向的汽车主动转向系统，包括：轮边独立驱动系统，其设置在车轮内侧，用于左右两侧车轮的独立驱动，并可利用左右车轮驱动力差值提供转向助力；转向器与转向传动机构，其固定在车身上，并连接在左右车轮内侧，用于拉动车轮左右位移；转角耦合机构，其输出端连接所述转向器转向传动机构，并具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端连接转向操纵机构，所述第二输入端连接耦合电机，采用转角耦合机构具有较大的传动比变化范围，为耦合电机的选择和整车匹配带来了方便。

Description

一种采用差动助力转向的汽车主动转向系统

技术领域

本实用新型涉及一种汽车主动转向系统。更具体的说，本实用新型涉及采用差动助力转向的汽车主动转向系统。

背景技术

汽车转向系统的性能对汽车的安全性和操纵稳定性有着重要影响。汽车转向系统从最初的机械转向系统发展至今，虽然性能日益优良，但都没有从根本上解决转向系统“轻”与“灵”的矛盾，只能折中选择一个较为合适的固定值传动比。虽然目前市场上有一些可变传动比的转向器，如采用变齿距齿条的转向器，但其传动比变化范围小且难加工。汽车主动转向系统可以有效地解决这一问题，通过在转向轴上增加一套转角耦合机构，主动转向系统可以在控制器的作用下对转向器施加一个独立于驾驶员通过转向盘施加的转角进而根据汽车的行驶工况修正前轮转角。同时，与线控转向系统相比，主动转向系统保留了转向盘和转向器之间的机械连接，提高了转向系统的可靠性并保证了驾驶员可以获得可靠的路感反馈。

同时，随着国家和各大车企对清洁能源汽车研发投入的进一步增大，电动汽车进入了快速发展期。其中，电动轮独立驱动汽车以其独特的优势更是具有非常广阔的发展前景。尤其是，在电动轮独立驱动汽车上可以应用一种新型的转向助力系统——差动助力转向系统。相对于目前汽车上普遍采用的电动助力转向系统来说，差动助力转向系统本质上是通过控制左右驱动轮转矩差提供转向助力的，因此，其控制器可以集成在整车控制器上，提高了系统的集成度和可靠性；同时，差动助力转向系统可以省去助力电机及其减速机构，不仅有效降低了转向系统的转动惯量和摩擦损失，还显著降低了汽车整车质量和生产成本。

实用新型内容

本实用新型设计开发了一种采用差动助力转向的汽车主动转向系统，采用行星齿轮系作为转角耦合机构，具有较大的传动比变化范围，为耦合电机的选择和整车匹配带来了方便。

本实用新型提供的技术方案为：

一种采用差动助力转向的汽车主动转向系统，包括：

转向盘输入轴，其连接转向盘，用于接受转向盘的手动转向动力；

转向齿条，其设置在左转向轮和右转向轮之间，用于拉动所述左转向轮和所述右转向轮转向；

第一齿圈，其连接所述转向盘输入轴，所述转向盘输入轴能够驱动所述第一齿圈旋转；

行星架，其连接耦合电机，所述耦合电机能够驱动所述行星架转动；

多个第一行星轮，其可旋转支撑在所述行星架一侧，设置在所述第一齿圈内，并与所述第一齿圈啮合，所述行星架能够带动所述第一行星轮旋转；

第二齿圈，其连接所述转向齿条，并能够驱动所述转向齿条横向位移；

多个第二行星轮，其通过花键在所述第一行星轮的轴径配合，设置在所述行星架另一侧，并与所述第二齿圈啮合，所述第一行星轮能够带动所述第二行星轮旋转。

优选的是，还包括：

转向轴，其一端连接所述转向盘；

转向传动轴，其一端通过万向节连接所述转向轴另一端，所述转向传动轴另一端通过万向节连接所述转向盘输入轴；

其中，所述转向传动轴长度可调。

优选的是，所述行星架外侧具有弧形凹槽，所述行星架与蜗杆啮合，所述蜗杆连接所述耦合电机输出轴，用于将所述耦合电机输出的转角经蜗杆传递给行星轮。

优选的是，还包括：

转向器小齿轮，其上端与所述第二齿圈连接，其下端与所述转向齿条啮合；

左横拉杆，其一端与所述转向齿条一端铰接，另一端与左转向节铰接；

右横拉杆，其一端与所述转向齿条另一端铰接，另一端与右转向节铰接；

其中，所述左转向节设置在左转向轮内侧，所述右转向节设置在右转向轮内侧。

优选的是，还包括轮边独立驱动系统，其包括：

左内半轴；

左驱动电机，其输出轴通过万向节连接所述左内半轴一端；

左外半轴，其一端通过万向节连接所述左内半轴另一端，另一端穿过所述左转向节，连接左转向轮；

右内半轴；

右驱动电机，其输出轴通过万向节连接所述右内半轴一端；

右外半轴，其一端通过万向节连接所述右内半轴另一端，另一端穿过所述右转向节，连接右转向轮。

优选的是，还包括：

转向器壳，其固定在车身上，所述转向齿条设置在所述转向器壳内，并能够在所述转向器壳内滑动。

优选的是，所述转向盘为三幅式或四幅式转向盘。

本实用新型的有益效果

1.本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统所采用的2K-H型行星齿轮主动转向机构具有较大的传动比变化范围，为耦合电机的选择和整车匹配带来了方便。

2.本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统可以与各种类型的转向器匹配使用。

3.本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统适用于各种结构的前轴独立驱动汽车，电动机和车轮之间可以是传统传动轴连接，也可以采用轮毂电机放置在车轮内部进行直接驱动。

4.本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统节约了车辆的整体布置空间，有效的降低了整车质量和生产成本。

附图说明

图1为本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统结构简图；

图2为本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统转角耦合机构的三维轴测图；

图3为本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统转角耦合机构的结构简图；

图4为本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统的第一齿圈套轴测图；

图5为本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统的行星架轴测图；

图6为本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统的第一行星轮轴测图；

图7为本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统的第二行星轮轴测图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的采用差动助力转向的汽车主动转向系统包括转向操纵机构100、转角耦合机构200、转向器与转向传动机构300、轮边独立驱动系统、信号采集器件、主动转向控制器和CAN总线。

其中，主动转向控制器通过模拟信号线连接转向盘转角、转矩传感器，通过CAN总线连接其他车载传感器、耦合电机控制器和两个结构相同的驱动电机控制器，实现车辆的主动转向控制。

转向操纵机构100，包括：转向盘101、转向轴102、第一万向节103、转向传动轴104、第二万向节105和转向盘输入轴106。作为一种优选，转向盘101选用三幅式或四幅式转向盘。转向轴102上端通过花键与转向盘101连接。转向传动轴104由加工有内花键的套管和加工有外花键的轴套装在一起，通过套管和轴之间的相对滑动可以调节传动轴104的长度。转向传动轴104上端通过第一万向节103与转向轴102连接，下端通过第二万向节105与转向盘输入轴106连接。通过使用第一万向节103、第二万向节105和长度可调节的转向传动轴104可以适应不同车型的总体布置要求。

转向器与转向传动机构300，包括：转向器小齿轮301、转向器壳302、转向齿条303、两个结构相同的横拉杆球头销304、横拉杆305和转向节臂球头销306。转向器壳302固定在车身上。转向器小齿轮301上端与转角耦合机构200的第二齿圈套236通过花键连接，下端与转向齿条303啮合，转向齿条303两端通过左右两个横拉杆球头销304与左右两个横拉杆305铰接，左右两个横拉杆305再通过左右两个转向节臂球头销306与左右车轮的转向节406铰接。转向齿条303的水平移动通过左右转向横拉杆转化为转向节406的转动，实现车轮转向。

用差动助力转向的汽车主动转向系统的轮边独立驱动系统包括两套相同的行驶机构400。行驶机构400包括驱动电机401、内万向节402、内半轴403、外万向节404、外半轴405、转向节406、车轮407和轮毂轴承408。所述转向节406的轴颈通过轮毂轴承408支承在轮毂和车轮407上。转向节406的轴颈为空心，可供外半轴405穿过。驱动电机401的输出轴通过内万向节402与内半轴403连接，内半轴403通过外万向节404与外半轴405连接，外半轴405穿过转向节406的轴颈内孔通过轮辋螺栓和轮毂及车轮407连接传递驱动电机401的驱动转矩。汽车另一侧车轮的驱动方式与之完全相同。左右两侧驱动电机、万向节、半轴共同构成了本发明所述的轮边独立驱动系统，可以实现左右两侧车轮的独立驱动，并可利用左右车轮驱动力差值提供转向助力。

转角耦合机构200耦合电机动力输入部分主要由耦合电机221、蜗杆222、螺母223和定位销组成，耦合电机221的输出轴上设有定位销孔，蜗杆222上相应的位置也设有定位销孔，蜗杆222安装在耦合电机221输出轴上后，通过定位销实现周向定位并传递转矩。同时，耦合电机221输出轴前段设有螺纹，通过螺母223实现蜗杆222的轴向定位。

如图2-7所示，2K-H型行星齿轮机构主要由第一齿圈套231、第一齿圈232、三个结构相同的第一行星轮233、三个结构相同的第二行星轮234、第二齿圈235、第二齿圈套236、三个结构相同的弹性挡圈237、行星架238组成。第一齿圈232通过焊接的方式安装在第一齿圈套231上，第二齿圈235也通过焊接的方式安装在第二齿圈套236上，第一齿圈套231的轴颈231a用于安装支承轴承，轴颈231b上设有内花键孔，与转向盘输入轴106花键连接。第二齿圈套236上也设有用于安装支承轴承的轴颈和内花键孔，通过花键与转向器小齿轮301连接，行星架238兼具蜗轮的作用，其外圆表面加工有与蜗杆222配合的齿，作为一种优选，为了改善接触特性，其外圆表面加工有弧形凹槽238a。蜗杆222与行星架238啮合，耦合电机221输出的转矩和转角就经蜗轮蜗杆副传递给了行星轮。

行星架238上设有用于支承行星轮的肋板238b，沿其周向均布加工3个通孔，与第一行星轮233的轴颈233b间隙配合。第一行星轮233的轴颈233c上设有外花键，第二行星轮234上设有与之对应的内花键孔，第一行星轮233和第二行星轮234通过花键连接；同时，第一行星轮233的轴颈233c上还设有用于安装弹性挡圈237的凹槽233d，通过弹性挡圈237实现第二行星轮234的轴向定位。同时，第一行星轮233上设有轴颈233a，第二行星轮234上设有轴颈234a用于减小行星轮和行星架238之间的摩擦。第一行星轮233与第一齿圈232啮合，第二行星轮234与第二齿圈235啮合。

第一行星轮是233齿轮轴，其轴部从行星架238上开设的孔穿过，其轴头有花键，与第二行星轮234内孔花键配合，并通过轴头花键末端的卡环槽内放置的卡环把第二行星轮234限位在第一行星轮轴上。行星架238和第二行星轮无连接关系，只有轴间端面接触。

所述的转角耦合机构200可以实现转向盘101输入转角和耦合电机221输入转角的耦合，通过控制耦合电机221可以给转向器小齿轮301提供一个附加转角，实现车辆的主动转向。通过调整蜗杆222与行星架238外圆的齿数、第一齿圈232与第一行星轮233的齿数、第二齿圈235与第二行星轮234的齿数，可以匹配得到转向盘输入端到输出端、耦合电机输入端到输出端不同的传动比值。

如图2和3所示，本发明所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统的转角耦合机构200的安装关系为：以行星架238为装配基体，将第一行星轮233安装到行星架238上，再将第二行星轮234通过花键与第一行星轮233连接，安装弹性挡圈237。将第一齿圈套231与第一齿圈232焊接为一体从行星架238一侧装入，将第二齿圈套236与第二齿圈235焊接为一体从行星架238另一侧装入。将上述总成整体装入壳体212，将支承轴承装到第一齿圈套231和第二齿圈套236的轴颈上，将左端盖211和右端盖213通过螺栓与壳体212连接。将蜗杆222装到耦合电机221输出轴上，再安装定位销和螺母223，将上述总成安装到壳体212上，将耦合电机221的外壳和壳体212通过螺栓连接。耦合电机221的外壳和壳体212均固定在车身上。

如图2和图3所示，转角耦合机构200为2K-H型行星齿轮机构有两个相互独立的输入端和一个共同的输出端。其中转向盘101通过转向盘输入轴106控制一个输入端，耦合电机221控制另一个输入端，输出端通过第二齿圈套236与转向器小齿轮301花键连接。

两条动力传递路线分别是：

路线1：转向盘101—转向轴102—第一万向节103—转向传动轴104—第二万向节105—转向盘输入轴106—第一齿圈套231—第一齿圈232—第一行星轮233—第二行星轮234—第二齿圈235—第二齿圈套236—转向器小齿轮301。

路线2：耦合电机221—蜗杆222—行星架238—第二行星轮234—第二齿圈235—第二齿圈套236—转向器小齿轮301。

本实用新型所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统所采用的2K-H型行星齿轮主动转向机构具有较大的传动比变化范围，为耦合电机的选择和整车匹配带来了方便。采用差动助力转向的汽车主动转向系统可以与各种类型的转向器匹配使用，适用于各种结构的前轴独立驱动汽车，电动机和车轮之间可以是传统传动轴连接，也可以采用轮毂电机放置在车轮内部进行直接驱动。节约了车辆的整体布置空间，有效的降低了整车质量和生产成本。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种采用差动助力转向的汽车主动转向系统，其特征在于，包括：

转向盘输入轴，其连接转向盘，用于接受转向盘的手动转向动力；

转向齿条，其设置在左转向轮和右转向轮之间，用于拉动所述左转向轮和所述右转向轮转向；

第一齿圈，其连接所述转向盘输入轴，所述转向盘输入轴能够驱动所述第一齿圈旋转；

行星架，其连接耦合电机，所述耦合电机能够驱动所述行星架转动；

多个第一行星轮，其可旋转支撑在所述行星架一侧，设置在所述第一齿圈内，并与所述第一齿圈啮合，所述行星架能够带动所述第一行星轮旋转；

第二齿圈，其连接所述转向齿条，并能够驱动所述转向齿条横向位移；

多个第二行星轮，其通过花键在所述第一行星轮的轴径配合，设置在所述行星架另一侧，并与所述第二齿圈啮合，所述第一行星轮能够带动所述第二行星轮旋转。

2.根据权利要求1所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统，其特征在于，还包括：

转向轴，其一端连接所述转向盘；

转向传动轴，其一端通过万向节连接所述转向轴另一端，所述转向传动轴另一端通过万向节连接所述转向盘输入轴；

其中，所述转向传动轴长度可调。

3.根据权利要求2所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统，其特征在于，所述行星架外侧具有弧形凹槽，所述行星架与蜗杆啮合，所述蜗杆连接所述耦合电机输出轴，用于将所述耦合电机输出的转角经蜗杆传递给行星轮。

4.根据权利要求3所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统，其特征在于，还包括：

转向器小齿轮，其上端与所述第二齿圈连接，其下端与所述转向齿条啮合；

左横拉杆，其一端与所述转向齿条一端铰接，另一端与左转向节铰接；

右横拉杆，其一端与所述转向齿条另一端铰接，另一端与右转向节铰接；

其中，所述左转向节设置在左转向轮内侧，所述右转向节设置在右转向轮内侧。

5.根据权利要求4所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统，其特征在于，还包括轮边独立驱动系统，其包括：

左内半轴；

左驱动电机，其输出轴通过万向节连接所述左内半轴一端；

左外半轴，其一端通过万向节连接所述左内半轴另一端，另一端穿过所述左转向节，连接左转向轮；

右内半轴；

右驱动电机，其输出轴通过万向节连接所述右内半轴一端；

右外半轴，其一端通过万向节连接所述右内半轴另一端，另一端穿过所述右转向节，连接右转向轮。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统，其特征在于，还包括：

转向器壳，其固定在车身上，所述转向齿条设置在所述转向器壳内，并能够在所述转向器壳内滑动。

7.根据权利要求6所述的采用差动助力转向的汽车主动转向系统，其特征在于，所述转向盘为三幅式或四幅式转向盘。