CN216833881U - 一种商用车转向系统的电动助力机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于汽车制造技术领域,涉及一种商用车转向系统的电动助力机构，包括包括输入轴、输出轴、上壳体、中壳体、下壳体、扭杆、扭矩转角传感器、涡轮、蜗杆，电动助力机构的输出轴与循环球液压转向器输入轴通过内外花键连接，本实用新型可以匹配不同缸径的循环球液压转向器，即可应用于不同转向轴负荷的车型，通过ECU与整车交互可以实现随速助力，转向多模式、车道保持、侧风补偿、自动泊车等功能，从而降低驾驶员驾驶劳动强度。对于不同缸径的循环球液压转向器，只需在液压转向器上增加几个安装点即可，对传统液压转向器改动小，可以最大限度降低不同车型平台化开发的成本。

Description

一种商用车转向系统的电动助力机构

技术领域

本实用新型属于汽车制造技术领域，涉及一种商用车转向系统的电动助力机构。

背景技术

随着汽车工业的迅猛发展，智能驾驶技术蓬勃发展，在乘用车上已经广泛使用电动助力转向系统(EPS)。但是由于商用车整车重量较大，常规电动助力转向系统无法使用，目前商用车大多仍然使用传统循环球液压转向器，液压转向器由于自身结构原因，具有能耗大，易泄漏对环境不友好，回正性差，低速转向沉重，高速转向发飘，转向手感差等缺点，而且由于液压转向器无法与整车通讯，所以无法实现随速助力，转向多模式、车道保持、侧风补偿等功能，驾驶员驾驶劳动强度大，容易驾驶疲劳，当前成本最低、切换最快的解决方案，就是在传统液压转向器的基础上叠加一套电动助力机构，用以部分代替驾驶员的转向操纵力。根据电动助力机构的安装位置，分为转向管柱安装式和转向器安装式。

然而，转向管柱安装式助力机构存在由于自身结构原因，具有能耗大，易泄漏对环境不友好，回正性差，低速转向沉重，高速转向发飘，转向手感差等缺点，而且由于液压转向器无法与整车通讯，所以无法实现随速助力，转向多模式、车道保持、侧风补偿等功能，驾驶员驾驶劳动强度大，容易驾驶疲劳；电动助力机构安装于转向管柱时，需要对原车转向管柱结构做大量更改，且占用空间较大，使用成本较高，而且由于电机距离驾驶室距离较近，噪音要求也较高等一系列问题。而转向器安装式助力机构存在的问题包括：1、大多需要对液压转向器的输入端结构做出大量调整，诸如更改输入轴尺寸、转向器端盖结构、阀结构等，改动较大，且体积庞大，不利于整车布置，应用成本也较高；2、市场上当前应用的电动助力机构输出轴与液压转向器输入轴之间连接结构往往存在较大传动间隙，这会大大影响转向灵敏性；3、市场上当前应用的电动助力机构输出轴多采用单轴承支撑，支撑刚性差，容易引起输出轴轴线受力偏斜后导致的蜗轮偏磨问题；4、市场上当前应用的电动助力机构，蜗轮蜗杆啮合多采用定中心距方式，当蜗轮蜗杆因为磨损、受热、吸水或加工精度不够，产生啮合中心距跳动，容易造成转向手感波动，影响驾驶感受；5、市场上当前应用的电动助力机构，在电动助力机构与液压转向器之间大多只靠液压转向器内部的油封进行隔绝，当液压击穿油封发生泄漏时，容易对电气件以及蜗轮蜗杆啮合产生不良影响。

因此，急需一种转向器，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案是：一种商用车转向系统的电动助力机构，包括输入轴、输出轴、上壳体、中壳体、下壳体、扭杆、扭矩转角传感器、蜗轮、蜗杆，输入轴的外圆周上套设有上轴承，输出轴的外圆周上自上向下分别套设有中轴承和下轴承，上轴承的外瓦固定连接上壳体，中轴承的外瓦固定连接中壳体，下轴承的外瓦固定连接下壳体，扭杆的两端分别固定连接输入轴与输出轴，输入轴、输出轴、扭杆同轴，蜗轮套设在输出轴的外圆周上，蜗杆与蜗轮啮合后形成一对可逆减速传动副，输出轴伸出下壳体后连接至循环球液压转向器；扭矩转角传感器位于输入轴与输出轴的连接处，扭矩转角传感器电连接至车载ECU，扭矩转角传感器将检测到的扭矩及转角的电信号输出至车载ECU；下壳体上沿输出轴的轴向设有安装孔，下壳体通过安装孔固定连接循环球液压转向器的外壳，循环球液压转向器的输入端与输出轴同轴；输入轴与上壳体的连接处、输出轴与下壳体的连接处、蜗杆伸出端与中壳体的连接处均设有密封套件；由于采用下壳体上的安装孔直接固定连接循环球液压转向器的外壳的方式，本电动助力机构能够匹配不同缸径的循环球液压转向器，即可应用于不同转向轴负荷的车型。通过ECU与整车交互可以实现随速助力，转向多模式、车道保持、侧风补偿、自动泊车等功能，从而降低驾驶员驾驶劳动强度。对于不同缸径的循环球液压转向器，装配时只需在循环球液压转向器上增加几个安装点即可。

优选的，所述输出轴与循环球液压转向器的输入端通过内外花键连接。

更优的，所述内外花键连接处填充有高粘度的阻尼脂；在内外花键之间填充了高粘度阻尼脂，且利用密封装置进行密封，可以有效补偿循环球液压转向器的输入端与电动助力机构输出轴内外花键之间的间隙，减小了转向传动机构的间隙，进而改善操作转向时的手感。

优选的，所述上壳体、中壳体、下壳体组装后形成密封的上腔体和下腔体，输入轴、扭杆、输出轴的上部、扭矩转角传感器位于上腔体，蜗轮、蜗杆、输出轴的下部位于下腔体；由于采用互相独立的上腔体和下腔体，并且在输出轴伸出下壳体处设置了油封，得以隔离循环球液压转向器与电动助力机构，避免了液压泄漏时对电气件以及蜗轮蜗杆啮合的影响，提高了系统的可靠性。

优选的，所述扭杆的下端通过花键过盈连接输出轴的上部，扭杆的上端与输入轴的下端面对中配钻后压装连接，压装连接处延径向设有圆柱销锁紧扭杆与输入轴。

优选的，所述扭矩转角传感器与输入轴外圆周焊接连接，扭矩转角传感器的磁环与输出轴焊接连接。

优选的，所述蜗轮、蜗杆的啮合处设有间隙补偿装置，间隙补偿装置包括弹簧柱塞、塑料衬套、末端轴承、驱动端轴承，弹簧柱塞的弹力方向沿径向正对蜗杆的旋转轴，塑料衬套位于蜗杆的端面，塑料衬套的内圈为长圆孔，末端轴承的内瓦套设于蜗杆的外圆周，驱动端轴承套设于蜗杆的中段外圆周上；间隙补偿装置用以补偿蜗轮蜗杆因为磨损、受热、吸水或加工精度不够产生的啮合中心距跳动，有效减小了手感的波动，避免了敲击异响，保证良好的转向手感，实现蜗轮蜗杆啮合的可变中心距方式。

优选的，所述驱动端轴承为自调心球轴承。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供的电动助力机构可以匹配不同缸径的循环球液压转向器，即可应用于不同转向轴负荷的车型，通过ECU与整车交互可以实现随速助力，转向多模式、车道保持、侧风补偿、自动泊车等功能，从而降低驾驶员驾驶劳动强度。对于不同缸径的循环球液压转向器，只需在液压转向器上增加几个安装点即可，对传统液压转向器改动小，可以最大限度降低不同车型平台化开发的成本；

2、本实用新型在液压转向器输入轴与电动助力机构输出轴内外花键之间填充了高粘度阻尼脂，且利用密封套件进行密封，可以有效补偿液压转向器输入轴与电动助力机构输出轴内外花键之间的间隙，减小了转向传动机构的间隙，改善了手感；

3、本实用新型提供的电动助力机构，输出轴上的蜗轮采用双侧轴承支撑，相比单侧轴承支撑，支撑刚性更好好，避免了输出轴轴线受力偏斜后导致的蜗轮偏磨问题；

4、本实用新型提供的电动助力机构，在蜗轮蜗杆啮合方向上设置了间隙调整机构，用以补偿蜗轮蜗杆因为磨损、受热、吸水或加工精度不够产生的啮合中心距跳动，有效减小了手感的波动，避免了敲击异响，保证良好的转向手感；

5、本实用新型提供的电动助力机构在输出端设置了油封与液压转向器输入轴配合，用以隔绝液压转向器与电动助力机构，避免了液压泄漏时对电气件以及蜗轮蜗杆啮合的影响，提高了系统的可靠性；

6、本实用新型提供的电动助力机构，结构简单，体积紧凑，易于整车布置匹配。

附图说明

图1是一种商用车转向系统的电动助力机构的结构示意图；

图2是电动助力机构蜗轮轴方向剖视图；

图3是电动助力机构蜗杆轴方向剖视图。

图中：1、输入轴；2、输出轴；3、上壳体；4、中壳体；5、下壳体；6、扭杆；7、扭矩转角传感器；8、蜗轮；9、蜗杆；10、上轴承；11、中轴承；12、下轴承；13、循环球液压转向器；14、安装孔；15、上腔体；16、下腔体；17、圆柱销；18、间隙补偿装置；19、弹簧柱塞；20、塑料衬套；21、末端轴承； 22、驱动端轴承。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的相关技术进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1～3，一种商用车转向系统的电动助力机构，包括输入轴1、输出轴2、上壳体3、中壳体4、下壳体5、扭杆6、扭矩转角传感器7、蜗轮8、蜗杆9，输入轴1的外圆周上套设有上轴承10，输出轴2的外圆周上自上向下分别套设有中轴承11和下轴承12，上轴承10的外瓦固定连接上壳体3，中轴承 11的外瓦固定连接中壳体4，下轴承12的外瓦固定连接下壳体5，扭杆6的两端分别固定连接输入轴1与输出轴2，输入轴1、输出轴2、扭杆6同轴，蜗轮 8套设在输出轴2的外圆周上，蜗杆9与蜗轮8啮合后形成一对可逆减速传动副，输出轴2伸出下壳体5后连接至循环球液压转向器13；扭矩转角传感器7 位于输入轴1与输出轴2的连接处，扭矩转角传感器7电连接至车载ECU，扭矩转角传感器7将检测到的扭矩及转角的电信号输出至车载ECU；下壳体5上沿输出轴2的轴向设有安装孔14，下壳体5通过安装孔14固定连接循环球液压转向器13的外壳，循环球液压转向器13的输入端与输出轴2同轴；输入轴 1与上壳体3的连接处、输出轴2与下壳体5的连接处、蜗杆9伸出端与中壳体4的连接处均设有密封套件；由于采用下壳体5上的安装孔14直接固定连接循环球液压转向器13的外壳的方式，本电动助力机构能够匹配不同缸径的循环球液压转向器13，即可应用于不同转向轴负荷的车型。通过ECU与整车交互可以实现随速助力，转向多模式、车道保持、侧风补偿、自动泊车等功能，从而降低驾驶员驾驶劳动强度。对于不同缸径的循环球液压转向器14，装配时只需在循环球液压转向器14上增加几个安装点即可。

进一步的，所述输出轴2与循环球液压转向器13的输入端通过内外花键连接。

更进一步的，所述内外花键连接处填充有高粘度的阻尼脂；在内外花键之间填充了高粘度阻尼脂，且利用密封装置进行密封，可以有效补偿循环球液压转向器14的输入端与电动助力机构输出轴2内外花键之间的间隙，减小了转向传动机构的间隙，进而改善操作转向时的手感。

进一步的，所述上壳体3、中壳体4、下壳体5组装后形成密封的上腔体 15和下腔体16，输入轴1、扭杆6、输出轴2的上部、扭矩转角传感器7位于上腔体15，蜗轮8、蜗杆9、输出轴2的下部位于下腔体16；由于采用互相独立的上腔体15和下腔体16，并且在输出轴2伸出下壳体5处设置了油封，得以隔离循环球液压转向器13与电动助力机构，避免了液压泄漏时对电气件以及蜗轮8蜗杆9啮合的影响，提高了系统的可靠性。

进一步的，所述扭杆6的下端通过花键过盈连接输出轴2的上部，扭杆6 的上端与输入轴1的下端面对中配钻后压装连接，压装连接处延径向设有圆柱销17锁紧扭杆6与输入轴1。

进一步的，所述扭矩转角传感器7与输入轴1外圆周焊接连接，扭矩转角传感器7的磁环与输出轴2焊接连接。

进一步的，所述蜗轮8、蜗杆9的啮合处设有间隙补偿装置18，间隙补偿装置18包括弹簧柱塞19、塑料衬套20、末端轴承21、驱动端轴承22，弹簧柱塞19的弹力方向沿径向正对蜗杆9的旋转轴，塑料衬套20位于蜗杆9的端面，塑料衬套20的内圈为长圆孔，末端轴承21的内瓦套设于蜗杆9的外圆周，驱动端轴承22套设于蜗杆9的中段外圆周上；间隙补偿装置18用以补偿蜗轮8 蜗杆9因为磨损、受热、吸水或加工精度不够产生的啮合中心距跳动，有效减小了手感的波动，避免了敲击异响，保证良好的转向手感，实现蜗轮8蜗杆9 啮合的可变中心距方式。

进一步的，所述驱动端轴承22为自调心球轴承。

实施例

本实施例中，电动助力机构安装于循环球液压转向器13上。电动助力机构包含蜗轮8、蜗杆9、间隙补偿装置18、助力电机、车载ECU、扭矩转角传感器 7、输入轴1，输出轴2、扭杆6、轴承，壳体等零部件。

如图1所示，电动助力机构的输出轴2与循环球液压转向器13输入轴通过内外花键连接，在内外花键之间填充有高粘度的阻尼脂用以消除花键啮合间隙，改善转向手感。在输出轴2上设置有一个O型圈用以将阻尼脂密封在内外花键腔体内。通过3～4颗螺栓将下壳体5与循环球液压转向器13连接起来，电动助力机构即可与循环球液压转向器13连成一体。

本实施例的电动助力机构可以匹配不同缸径的循环球液压转向器13，即可应用于不同转向轴负荷的车型。对于不同缸径的循环球液压转向器13，只需在循环球液压转向器13上增加几个安装点即可，这样可以最大限度降低不同车型平台化开发的成本。

如图2所示,在蜗轮8两侧分别采用中轴承11和下轴承12对输出轴2进行支撑定位，蜗轮8蜗杆9啮合时蜗轮8上产生的径向合力由中轴承11和下轴承 12共同承载，降低了单个轴承上的载荷，又避免了单侧轴承支撑时，输出轴2 轴线倾斜导致蜗轮8偏磨的问题。在电动助力机构的输出轴2的输出端设置了油封，其内圈密封唇口与循环球液压转向器13输入轴密封，将电动助力机构与循环球液压转向器13的腔体隔开，避免了循环球液压转向器13发生泄漏时液压油对电动助力机构电气件及蜗轮8蜗杆9啮合产生的不良影响，提高了系统的可靠性。

如图3所示,电动助力机构蜗杆9轴纵向剖面图，在蜗轮蜗杆啮合方向设置了间隙补偿装置18，用以补偿蜗轮8蜗杆9因为磨损、受热、吸水或加工精度不够产生的啮合中心距跳动，有效减小了手感的波动，保证良好的转向手感；该间隙补偿装置18包含弹簧柱塞19、塑料衬套20、末端轴承21、驱动端轴承 22，其中驱动端轴承22为自调心球轴承，其内瓦与蜗杆9固连，当蜗轮8蜗杆 9产生啮合跳动时，驱动端轴承22允许蜗杆9轴绕着驱动端轴承22外瓦自由旋转，塑料衬套20内圈为长圆孔，允许蜗杆9末端轴承21在蜗轮8蜗杆9啮合方向摆动，弹簧柱塞19内部弹簧始终对蜗杆9末端轴承21施加一个弹簧预紧力将蜗杆9沿蜗轮8蜗杆9啮合方向将蜗杆9压向蜗轮8。当蜗轮8蜗杆9 因为磨损、受热、吸水或加工精度不够，产生啮合中心距跳动时，间隙补偿装置18可以施加一个弹性力用以弥补中心距的波动，避免敲击异响，保证良好的转向手感。

综上所述，本实用新型提供了一种商用车转向系统的电动助力机构，可以匹配不同缸径的循环球液压转向器，即可应用于不同转向轴负荷的车型。通过 ECU与整车交互可以实现随速助力，转向多模式、车道保持、侧风补偿、自动泊车等功能，从而降低驾驶员驾驶劳动强度。对于不同缸径的循环球液压转向器，只需在液压转向器上增加几个安装点即可，对传统液压转向器改动小，可以最大限度降低不同车型平台化开发的成本，因此本实用新型拥有广泛的应用前景。

需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种商用车转向系统的电动助力机构，其特征在于，包括输入轴(1)、输出轴(2)、上壳体(3)、中壳体(4)、下壳体(5)、扭杆(6)、扭矩转角传感器(7)、蜗轮(8)、蜗杆(9)，所述输入轴(1)的外圆周上套设有上轴承(10)，所述输出轴(2)的外圆周上自上向下分别套设有中轴承(11)和下轴承(12)，所述上轴承(10)的外瓦固定连接所述上壳体(3)，所述中轴承(11)的外瓦固定连接所述中壳体(4)，所述下轴承(12)的外瓦固定连接所述下壳体(5)，所述扭杆(6)的两端分别固定连接输入轴(1)与输出轴(2)，所述输入轴(1)、输出轴(2)、扭杆(6)同轴，所述蜗轮(8)套设在输出轴(2)的外圆周上，所述蜗杆(9)与蜗轮(8)啮合后形成一对可逆减速传动副，所述输出轴(2)伸出下壳体(5)后连接至循环球液压转向器(13)；

所述扭矩转角传感器(7)位于所述输入轴(1)与输出轴(2)的连接处，所述扭矩转角传感器(7)电连接至车载ECU，所述扭矩转角传感器(7)将检测到的扭矩及转角的电信号输出至车载ECU；

所述下壳体(5)上沿输出轴(2)的轴向设有安装孔(14)，所述下壳体(5)通过所述安装孔(14)固定连接所述循环球液压转向器(13)的外壳，所述循环球液压转向器(13)的输入端与输出轴(2)同轴；

所述输入轴(1)与上壳体(3)的连接处、输出轴(2)与下壳体(5)的连接处、蜗杆(9)伸出端与中壳体(4)的连接处均设有密封套件。

2.根据权利要求1所述的一种商用车转向系统的电动助力机构，其特征在于，所述输出轴(2)与循环球液压转向器(13)的输入端通过内外花键连接。

3.根据权利要求2所述的一种商用车转向系统的电动助力机构，其特征在于，所述内外花键连接处填充有高粘度的阻尼脂。

4.根据权利要求1所述的一种商用车转向系统的电动助力机构，其特征在于，所述上壳体(3)、中壳体(4)、下壳体(5)组装后形成密封的上腔体(15)和下腔体(16)，所述输入轴(1)、扭杆(6)、输出轴(2)的上部、扭矩转角传感器(7)位于上腔体(15)，所述蜗轮(8)、蜗杆(9)、输出轴(2)的下部位于下腔体(16)。

5.根据权利要求1所述的一种商用车转向系统的电动助力机构，其特征在于，所述扭杆(6)的下端通过花键过盈连接所述输出轴(2)的上部，所述扭杆(6)的上端与所述输入轴(1)的下端面对中配钻后压装连接，所述压装连接处沿径向设有圆柱销(17)锁紧所述扭杆(6)与所述输入轴(1)。

6.根据权利要求1所述的一种商用车转向系统的电动助力机构，其特征在于，所述扭矩转角传感器(7)与所述输入轴(1)外圆周焊接连接，所述扭矩转角传感器(7)的磁环与输出轴(2)焊接连接。

7.根据权利要求1所述的一种商用车转向系统的电动助力机构，其特征在于，所述蜗轮(8)、蜗杆(9)的啮合处设有间隙补偿装置(18)，所述间隙补偿装置(18)包括弹簧柱塞(19)、塑料衬套(20)、末端轴承(21)、驱动端轴承(22)，所述弹簧柱塞(19)的弹力方向沿径向正对蜗杆(9)的旋转轴，所述塑料衬套(20)位于蜗杆(9)的端面，所述塑料衬套(20)的内圈为长圆孔，所述末端轴承(21)的内瓦套设于蜗杆(9)的外圆周，所述驱动端轴承(22)套设于蜗杆(9)的中段外圆周上。

8.根据权利要求7所述的一种商用车转向系统的电动助力机构，其特征在于，所述驱动端轴承(22)为自调心球轴承。

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