CN220483393U - 一种电动助力转向管柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动助力转向管柱，包括转向管柱总成和中间轴总成，所述中间轴总成与转向管柱总成连接，转向管柱总成包括转向轴、上部管、下部管、减速转向机构、角度调节电机、高度调节电机和蜗轮箱体，上部管和下部管并列套接在转向轴上，蜗轮箱体位于下部管上远离上部管的一端，角度调节电机安装在上部管上，减速转向机构和高度调节电机安装在下部管上。该转向管柱具有电动助力转向和智能迎宾功能，使得方向盘在轻松转向的同时还可根据需求进行高度和角度的调整。

Description

一种电动助力转向管柱

技术领域

本实用新型属于汽车零部件技术领域，具体涉及一种电动助力转向管柱。

背景技术

传统的电动助力转向管柱装置主要由驱动电机、电机控制器及机械调节机构组成。机械调节机构依靠调节手柄的开闭来改变转向盘位置，可以根据不同身高的用户来调节转向盘角度。但是机械调节机构调节时需要先开启锁紧手柄，调节完成后需要关闭锁紧手柄，受结构限制，锁紧手柄操作力较大，操作舒适性较差，且无法实现转向盘位置记忆及迎宾等高级功能。

2009-01-28日公开的申请号为CN200810196187的中国实用新型专利提供了一种汽车电动助力转向系统及其电机控制方法。一种汽车电动助力转向系统,包括电子控制单元,以及与之相连的方向盘转矩传感模块、车速传感模块、电机驱动模块和助力电机吸收电流检测模块,电子控制单元中还包含PID控制器。在该电动助力转向系统中,助力电机的控制过程采用自选择的PID控制方法,由于电机在助力和回正两个工作过程中外部负载不同,电机的特性也不同,故在不同的工作状态下采用不同的控制方式能够达到很好的控制效果。但该专利的技术方案整仍然无法解决上述技术问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便的电动助力转向管柱，该转向管柱具有电动助力转向和智能迎宾功能，使得方向盘在轻松转向的同时还可根据需求进行高度和角度的调整。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种电动助力转向管柱，包括转向管柱总成和中间轴总成，所述中间轴总成与转向管柱总成连接，转向管柱总成包括转向轴、上部管、下部管和蜗轮箱体，上部管和下部管并列套接在转向轴上，蜗轮箱体位于下部管上远离上部管的一端，蜗轮箱体固定连接在整车车体上，下部管与蜗轮箱体之间为过盈配合。

进一步的，所述中间轴总成的一端与转向管柱总成连接，中间轴总成的另一端与转向器连接，方向盘连接在转向管柱总成的转向轴上，转向器与整车连接。

进一步的，所述电动助力转向管柱还包括减速转向机构、角度调节电机和高度调节电机，角度调节电机安装在上部管上，减速转向机构和高度调节电机安装在下部管上。

进一步的，所述减速转向机构包括ECU、助力电机、蜗杆和蜗轮，蜗轮与蜗杆装配在蜗轮箱体中，ECU集成在助力电机上，助力电机的输出轴与蜗杆连接，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮连接在转向轴上。

进一步的，所述转向轴包括上部轴和下部轴，上部轴的一端连接方向盘，上部轴的另一端通过花键与下部轴连接，下部轴的另一端连接蜗轮，上部轴与上部管、下部轴与下部管之间均通过轴承连接，上部管的一端插接在下部管中，上部管与下部管之间为间隙配合。上部轴跟随上部管运动，下部轴跟随下部管运动。

进一步的，所述助力电机、角度调节电机和高度调节电机均与ECU电连接。

进一步的，所述电动助力转向管柱还包括高度调节螺杆螺母总成，高度调节电机固定连接在下部管的外壁上，高度调节电机的输出轴与高度调节螺杆螺母总成的一端连接，高度调节螺杆螺母总成的另一端连接上部管。

进一步的，所述高度调节螺杆螺母总成包括螺杆Ⅰ和螺母Ⅰ，螺母Ⅰ连接在上部管上，螺杆Ⅰ的一端与高度调节电机的输出轴连接，螺杆Ⅰ的另一端与螺母Ⅰ通过螺纹连接。

进一步的，所述智能电动助力转向管柱还包括角度调节螺杆螺母总成，角度调节电机固定连接在上部管的外壁上，角度调节电机的输出轴与角度调节螺杆螺母总成的一端连接，角度调节螺杆螺母总成的另一端连接在整车上。角度调节电机转动带动角度调节螺杆螺母总成转动，在角度调节螺杆螺母总成的作用下转向管柱总成整体发生角度位移，进而实现方向盘角度的调整。

采用本实用新型技术方案的优点为：

本实用新型的转向管柱具有电动助力转向和智能迎宾功能，使得方向盘在轻松转向的同时还可根据需求进行高度和角度的调整；本实用新型巧妙的将电动助力转向和智能迎宾功能集成到一个产品上，利用ECU集中控制的模式，使之在有限的整车布置空间下，实现了更多的智能化功能，是未来智能座舱升级的不可或缺的组成部分。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本实用新型智能电动助力转向管柱结构示意图；

图2为本实用新型转向管柱总成结构示意图；

图3为本实用新型减速转向机构示意图；

图4为本发明角度调节螺杆螺母总成示意图。

上述图中的标记分别为：1、转向轴；2、上部管；3、下部管；4、角度调节电机；5、高度调节螺杆螺母总成；51、螺杆Ⅰ；52、螺母Ⅰ；6、高度调节电机；7、减速转向机构；71、ECU；72、蜗轮；73、蜗杆；74、助力电机；8、中间轴总成；9、角度调节螺杆螺母总成。

具体实施方式

在本实用新型中，需要理解的是，术语“长度”；“宽度”；“上”；“下”；“前”；“后”；“左”；“右”；“竖直”；“水平”；“顶”；“底”“内”；“外”；“顺时针”；“逆时针”；“轴向”；“平面方向”；“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位；以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1至图3所示，一种智能电动助力转向管柱，包括转向管柱总成和中间轴总成8，所述中间轴总成8与转向管柱总成连接，转向管柱总成包括转向轴1、上部管2、下部管3、减速转向机构7、角度调节电机4和高度调节电机6，上部管2和下部管3并列套接在转向轴1上，角度调节电机4安装在上部管2上，减速转向机构和高度调节电机6安装在下部管3上。该转向管柱具有电动助力转向和智能迎宾功能，使得方向盘在轻松转向的同时还可根据需求进行高度和角度的调整。

电动助力转向管柱可以提供驾驶员更为舒适和轻松的驾驶体验感，而智能迎宾功能可以让驾驶员在享受更为便利的上下空间外，更能提升整车的豪华感，使之享受到宾至如归的氛围。本实用新型巧妙的将电动助力转向和智能迎宾功能集成到一个产品上，利用ECU集中控制的模式，使之在有限的整车布置空间下，实现了更多的智能化功能，是未来智能座舱升级的不可或缺的组成部分。

中间轴总成8的一端与转向管柱总成连接，中间轴总成8的另一端与转向器连接，方向盘连接在转向管柱总成的转向轴1上，转向器与整车连接。本实用新型的智能电动助力转向管柱包含了转向管柱总成和中间轴总成8两大部件，转向管柱总成主要以转向轴1、上部管2、下部管3、和蜗轮箱体10构成，其余零件为依附在上述构件的基础之上，而中间轴总成8只是作为转向管柱与转向器的连接，将转向轴的转动力矩传递到转向器上，从而实现整车转向。

减速转向机构包括ECU71、助力电机74、蜗杆73和蜗轮72，ECU71集成在助力电机74上，助力电机74的输出轴与蜗杆73连接，蜗轮72与蜗杆73啮合，蜗轮72连接在转向轴1上；转向轴1的一端与方向盘连接，转向轴1的另一端贯穿上部管2和下部管3与蜗轮72连接。智能电动助力转向管柱还包括蜗轮箱体10，蜗轮箱体10位于下部管3上远离上部管2的一端，蜗轮箱体10固定连接在整车车体上，下部管3与蜗轮箱体10之间为过盈配合，蜗轮72与蜗杆73装配在蜗轮箱体10中。

转向轴1包括上部轴11和下部轴12，上部轴11的一端连接方向盘，上部轴11的另一端通过花键与下部轴12连接，下部轴12的另一端连接蜗轮72，上部轴11与上部管2、下部轴12与下部管3之间均通过轴承连接，上部管2的一端插接在下部管3中，上部管2与下部管3之间为间隙配合。上部轴11跟随上部管2运动，下部轴12跟随下部管3运动。由于上部轴11与下部轴12之间通过花连接，所以两者之间可以相对滑动，方向盘是连接在上部轴11上，蜗轮72连接在下部轴12上。所以高度调节电机6带动螺杆Ⅰ51转动，螺杆Ⅰ51与螺母Ⅰ52发生相对运动，进而使上部管2和下部管3发生相对位移，上部轴11跟随上部管2运动，上部轴11与下部轴12之间进行相对滑动，进而对实现对方向盘高度的调节，达成高度调节的功能。

具体的，上部轴11与下部轴12连接部位，其中一个件的外表面设有花键，另一个件为空心结构其内壁设有与花键配合的凹槽，两者插接通过花键连接在一起，两者之间可以发生相对滑动；上部管2与下部管3连接方式为轴与孔插接配合方式，且两者之间为间隙配合。

助力电机74、角度调节电机4和高度调节电机6均与ECU71电连接。

电动转向助力功能的实现原理：当ECU71接收到整车信号后，经处理后将指令发送给助力电机74，助力电机74将转动力矩通过蜗杆73和蜗轮72传递到转向轴1上，从而助力转向操作，提供给驾驶人员较为轻松的转向操作感，该转向助力出于安全考虑，通常是调校到车速越快助力越小、车速越慢助力越大的设定。

智能电动助力转向管柱还包括高度调节螺杆螺母总成5，高度调节电机6固定连接在下部管3的外壁上，高度调节电机6的输出轴与高度调节螺杆螺母总成5的一端连接，高度调节螺杆螺母总成5与高度调节电机6的输出轴连接的一端同时连接在下部管3上，高度调节螺杆螺母总成5的另一端连接上部管2。高度调节螺杆螺母总成5包括螺杆Ⅰ51和螺母Ⅰ52，螺母Ⅰ52连接在上部管2上，螺杆Ⅰ51的一端与高度调节电机6的输出轴连接，螺杆Ⅰ51的另一端与螺母Ⅰ52通过螺纹连接。

迎宾功能之方向盘高度调节功能的实现原理：方向盘是连接到转向管柱的转向轴1上的，只要转向轴1发生与整车的相对位移，则即可实现方向盘的高度调节。高度调节电机6是与下部管3连接固定的，当接收到调节信号后，ECU71将指令传递给高度调节电机6，高度调节电机6通过高度调节螺杆螺母总成5传递高度调整推拉力，而高度调节螺杆螺母总成5是与上部管2相连接的，从而实现上部管2和下部管3的相对位移，达成高度调节的功能。

具体的，高度调节电机6与下部管3连接固定，高度调节螺杆螺母总成5的一端与上部管2相连接，当接收到调节信号后，ECU71将指令传递给高度调节电机6，高度调节电机6通过高度调节螺杆螺母总成5传递高度调整推拉力，上部轴11与下部管12之间为花键连接，上部轴11跟随上部管2运动，进而对方向盘的高度进行调节。

智能电动助力转向管柱还包括角度调节螺杆螺母总成9，角度调节电机4固定连接在上部管2的外壁上，角度调节电机4的输出轴与角度调节螺杆螺母总成9的一端连接，角度调节螺杆螺母总成9的另一端与整车连接。角度调节电机4转动带动角度调节螺杆螺母总成9转动，在角度调节螺杆螺母总成9的作用下转向管柱总成整体发生角度位移，进而实现方向盘角度的调整。

角度调节螺杆螺母总成9包括螺杆和螺母，螺杆、螺母通过螺纹配合，螺杆上设有螺杆旋转销轴92，螺母上设有螺母旋转销轴91，上部管上设有上部管旋转销轴93，螺母旋转销轴91与上部管旋转销轴93安装在同一连接板94上，螺杆旋转销轴92也通过连接板连接在上部管上，螺杆与角度调节电机4输出轴连接，角度调节电机4转动带动螺杆转动，螺杆旋转销轴92跟随运动，螺母旋转销轴91也发生运动，带动上部管旋转销轴93发生运动，从而带动上部管2和转向轴1产生角度摆动，从而实现方向盘角度方向的调节。

当角度调节螺母总成9工作时，螺杆产生轴向推力，受力后螺母旋转销轴91和螺杆旋转销轴92会发生旋转运动，带动上部管旋转销轴93发生旋转，从而带动上部管2和转向轴1产生角度摆动，从而实现方向盘角度方向的调节。

迎宾功能之方向盘角度调节功能的实现原理：方向盘是连接到转向管柱的转向轴1上的，只要转向轴1发生与整车的角度位移，则即可实现方向盘的角度调节。角度调节电机4是与上部管2连接固定的，当接收到调节信号后，ECU71将指令传递给角度调节电机4，角度调节电机4通过角度调节螺杆螺母总成9传递角度调整推拉力，而角度调节螺杆螺母总成9是整车相连接的，实现上部管2和下部管3整体角度位移，转向管柱总成整体发生角度位移，进而对方向盘的角度进行调节，达成角度调节功能。

电动助力转向通过一台助力电机实现转向助力，智能迎宾功能通过额外的两台较小功率的电机分别实现角度和高度的调节，使之方向盘能智能调节到自动设定或事先手工设置的位置，从而实现方向盘智能迎宾功能。而所有的控制模块均由一个集成的ECU完成，并将该ECU集成到助力电机，这样便于提供更多的自由布置空间，也有利于成本的节省。该ECU可通过与整车信号的互动，自动记忆或手动设置个性化的迎宾功能。

本实用新型中的助力电机通过蜗轮蜗杆减速机构将电机转动动力转化为转向助力，通过转向轴将转向力矩传递到转向器上。高度和角度调节电机通过一组螺杆系统，将电机转动动力转化为方向盘的高度或角度调节。

迎宾功能的方向盘角度调节和高度调节统一由ECU71控制，且是同时进行，可实现复杂的空间变化。出于成本和空间的考虑，ECU71被设计成集成到助力电机74上，实现一个控制器多种控制功能，提供驾驶人员更多的智能化体验。

本实用新型将电动助力转向和智能迎宾功能集成到一个转向管柱产品上，既能提供电动转向助力，又能提供电动方向盘调节，实现智能迎宾功能，结构紧凑，布置灵活。

本实用新型智能迎宾功能通过专用的调节推力电机实现，通过多头螺母结构传递推力，其关键零部件为尼龙材质，因而调节噪音较小，调节速度较快。电动助力转向通过一个核心的蜗轮蜗杆减速机构实现，其蜗轮采用高分子材料做成，具有强度高、噪音小的特点。此外，所有控制软件均集成在一个ECU，且将该ECU又集成到了助力电机上，从而极大的减少了空间布置的需求。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动助力转向管柱，其特征在于：包括转向管柱总成和中间轴总成(8)，所述中间轴总成(8)与转向管柱总成连接，转向管柱总成包括转向轴(1)、上部管(2)、下部管(3)和蜗轮箱体(10)，上部管(2)和下部管(3)并列套接在转向轴(1)上，蜗轮箱体(10)位于下部管(3)上远离上部管(2)的一端。

2.如权利要求1所述的一种电动助力转向管柱，其特征在于：所述中间轴总成(8)的一端与转向管柱总成连接，中间轴总成(8)的另一端与转向器连接，方向盘连接在转向管柱总成的转向轴(1)上，转向器与整车连接。

3.如权利要求1或2所述的一种电动助力转向管柱，其特征在于：所述电动助力转向管柱还包括减速转向机构、角度调节电机(4)和高度调节电机(6)，角度调节电机(4)安装在上部管(2)上，减速转向机构和高度调节电机(6)安装在下部管(3)上。

4.如权利要求3所述的一种电动助力转向管柱，其特征在于：所述减速转向机构包括ECU(71)、助力电机(74)、蜗杆(73)和蜗轮(72)，蜗轮(72)与蜗杆(73)装配在蜗轮箱体(10)中，ECU(71)集成在助力电机(74)上，助力电机(74)的输出轴与蜗杆(73)连接，蜗轮(72)与蜗杆(73)啮合，蜗轮(72)连接在转向轴(1)上。

5.如权利要求4所述的一种电动助力转向管柱，其特征在于：所述转向轴(1)包括上部轴(11)和下部轴(12)，上部轴(11)的一端连接方向盘，上部轴(11)的另一端通过花键与下部轴(12)连接，下部轴(12)的另一端连接蜗轮(72)，上部轴(11)与上部管(2)、下部轴(12)与下部管(3)之间均通过轴承连接，上部管(2)的一端插接在下部管(3)中，上部管(2)与下部管(3)之间为间隙配合。

6.如权利要求5所述的一种电动助力转向管柱，其特征在于：所述助力电机(74)、角度调节电机(4)和高度调节电机(6)均与ECU(71)电连接。

7.如权利要求6所述的一种电动助力转向管柱，其特征在于：所述电动助力转向管柱还包括高度调节螺杆螺母总成(5)，高度调节电机(6)固定连接在下部管(3)的外壁上，高度调节电机(6)的输出轴与高度调节螺杆螺母总成(5)的一端连接，高度调节螺杆螺母总成(5)的另一端连接上部管(2)。

8.如权利要求7所述的一种电动助力转向管柱，其特征在于：所述高度调节螺杆螺母总成(5)包括螺杆Ⅰ(51)和螺母Ⅰ(52)，螺母Ⅰ(52)连接在上部管(2)上，螺杆Ⅰ(51)的一端与高度调节电机(6)的输出轴连接，螺杆Ⅰ(51)的另一端与螺母Ⅰ(52)通过螺纹连接。

9.如权利要求7所述的一种电动助力转向管柱，其特征在于：所述电动助力转向管柱还包括角度调节螺杆螺母总成(9)，角度调节电机(4)固定连接在上部管(2)的外壁上，角度调节电机(4)的输出轴与角度调节螺杆螺母总成(9)的一端连接，角度调节螺杆螺母总成(9)的另一端连接在整车上。