專利名稱：一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering,EPS)系統(tǒng)是一種全新的電力電子伺服系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向(Hydraulic Power Steering，HPS)系統(tǒng)，它具有節(jié)約燃料、 有利于環(huán)保、可控轉(zhuǎn)向感覺(jué)等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且適應(yīng)了新一代電動(dòng)汽車和智能汽車電子化、智能化要求。助力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮汽車上轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)安裝空間的大小，結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、 緊湊，正向轉(zhuǎn)動(dòng)效率高而逆向轉(zhuǎn)動(dòng)效率適當(dāng)，并保證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、摩擦和間隙盡可能小。因此助力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是否合理直接會(huì)影響整個(gè)EPS系統(tǒng)的性能。目前國(guó)外的一些制造商已經(jīng)針對(duì)蝸輪蝸桿減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)做出EPS成品。此方案由電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、車速傳感器、扭矩傳感器、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電子控制單元(Electric Control Unit, E⑶)組成。電動(dòng)機(jī)提供的助力通過(guò)蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速放大后作用于轉(zhuǎn)向軸，輔助駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作。當(dāng)車輛高速行駛不需助力或助力轉(zhuǎn)向出現(xiàn)故障時(shí)，可以及時(shí)斷開(kāi)電磁離合器以達(dá)到中止助力的目的。 由于電磁離合器的吸合和分離都需要一定的時(shí)間，必然會(huì)造成轉(zhuǎn)向的滯后而超時(shí)。在需要提供助力時(shí)，由于吸合過(guò)程中需要時(shí)間，導(dǎo)致提供助力滯后，轉(zhuǎn)向反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。此系統(tǒng)還存在一個(gè)問(wèn)題，很難保證方向盤(pán)轉(zhuǎn)向時(shí)平均轉(zhuǎn)速等于電動(dòng)機(jī)減速后的輸出。這會(huì)造成方向盤(pán)手感過(guò)差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其采用蝸輪蝸桿-NGW差動(dòng)輪系進(jìn)行助力傳動(dòng)，解決了現(xiàn)有蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行助力傳動(dòng)所帶來(lái)的轉(zhuǎn)向滯后且超時(shí)、方向盤(pán)手感過(guò)差的技術(shù)問(wèn)題。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸桿1由電動(dòng)機(jī)9驅(qū)動(dòng)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸輪2與差動(dòng)輪系的大太陽(yáng)輪5同軸固連；所述差動(dòng)輪系的小太陽(yáng)輪3與汽車轉(zhuǎn)向軸8同軸固連；所述差動(dòng)輪系的行星輪4的中心軸與齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪6同軸固連；所述齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條7通過(guò)轉(zhuǎn)向梯型機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向?！N電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括車速、扭矩和轉(zhuǎn)角傳感器和電子控制單元ECU ；其特征在于所述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)9、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸桿1由電動(dòng)機(jī)9驅(qū)動(dòng)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸輪2與差動(dòng)輪系的大太陽(yáng)輪 5同軸固連；所述差動(dòng)輪系的小太陽(yáng)輪3與汽車轉(zhuǎn)向軸8同軸固連；所述差動(dòng)輪系的行星輪 4的中心軸與齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪6同軸固連；所述齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條7用于驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向；所述電子控制單元ECU根據(jù)車速、扭矩和和轉(zhuǎn)角傳感器提供的車輛數(shù)據(jù)，控制電動(dòng)機(jī)9輸出一個(gè)與方向盤(pán)手力轉(zhuǎn)向相同的輔助轉(zhuǎn)力矩。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、不需要滿足從電動(dòng)機(jī)減速后的轉(zhuǎn)速和方向盤(pán)的轉(zhuǎn)速一致或接近。差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度，即給定兩個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)可以有確定的輸出運(yùn)動(dòng)。駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，不同人作用在方向盤(pán)上的平均轉(zhuǎn)速不同，且不同路況轉(zhuǎn)向時(shí)平均轉(zhuǎn)速也不同。而選擇的電動(dòng)機(jī)只能根據(jù)固定的傳動(dòng)比提供確定數(shù)值的轉(zhuǎn)速。在直接采用蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)助力時(shí)則最好要求兩個(gè)轉(zhuǎn)速值相等或接近，否則會(huì)使轉(zhuǎn)向軸壽命降低。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子一個(gè)人拉車比較費(fèi)勁， 可是要是有個(gè)人幫忙一起拉，則每個(gè)人所付出的體力會(huì)明顯減少。但前提條件必須讓兩個(gè)人步調(diào)一致，即兩個(gè)人共同作用后仍要保證車的自由度為1。2、電動(dòng)機(jī)不助力時(shí)差動(dòng)輪系轉(zhuǎn)化為行星輪系，從齒條輸出的移動(dòng)位移和速度減小，有利于減速增矩，解決了使駕駛員轉(zhuǎn)向輕便的問(wèn)題。3、蝸輪蝸桿-NGW差動(dòng)輪系(EPS)依靠輪系中轉(zhuǎn)動(dòng)比α工、α2的設(shè)計(jì)，使得駕駛員能預(yù)測(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力在整個(gè)負(fù)載中所占的百分比，電動(dòng)機(jī)克服了差動(dòng)輪系分離的負(fù)載。因此EPS系統(tǒng)能很好地提高汽車操縱性。4、有助力輸入時(shí)，相同的方向盤(pán)角位移輸入下，齒條位移、速度均比較大。這樣可以解決緊急大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)的問(wèn)題。5、具有靈活性大，能較易滿足汽車轉(zhuǎn)向性能的要求，因而具有較為廣闊的應(yīng)用前
旦
ο6、本實(shí)用新型機(jī)構(gòu)能有效減小無(wú)助力時(shí)反饋到方向盤(pán)的力矩，有效的解決坑洼路面上助力失效情況下打手現(xiàn)象，而且使得反饋到方向盤(pán)上的手力平滑，不會(huì)給駕駛員造成疲勞感。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為方向盤(pán)角位移隨時(shí)間變化曲線；圖4為電動(dòng)機(jī)減速后作用到太陽(yáng)輪5的轉(zhuǎn)角變化曲線；圖5為有助力時(shí)齒條沿X軸位移和速度隨時(shí)間變化曲線；圖6為無(wú)助力時(shí)齒條沿X軸位移和速度隨時(shí)間變化曲線；圖7為本實(shí)用新型和梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組合后的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-蝸桿；2-蝸輪；3-小太陽(yáng)輪；4-行星輪；5-內(nèi)齒圈結(jié)構(gòu)的大太陽(yáng)輪；6_齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中的齒輪；7-齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中的齒條；8-汽車轉(zhuǎn)向軸；9-電動(dòng)機(jī)， H-行星架。
具體實(shí)施方式
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括包括車速、扭矩和轉(zhuǎn)角傳感器和電子控制單元ECU;電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、一套蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、一套差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)、一套齒輪齒條機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向梯形構(gòu)成。動(dòng)力源分別是電動(dòng)機(jī)9和作用到方向盤(pán)上的操縱力。差動(dòng)輪系的小太陽(yáng)輪3裝在轉(zhuǎn)向輸入軸上，即汽車轉(zhuǎn)向軸上。大太陽(yáng)輪5和蝸輪2同軸。因此電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)一級(jí)蝸桿減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)大太陽(yáng)輪5運(yùn)動(dòng)。差動(dòng)輪系的兩個(gè)輸入分別為方向盤(pán)力矩從小太陽(yáng)輪5輸入，電動(dòng)機(jī)助力矩從大太陽(yáng)輪 5輸入，合成的運(yùn)動(dòng)由行星架H輸出。其工作原理是根據(jù)車速、扭矩和方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度大小等車輛數(shù)據(jù)，電子控制單元ECU按照事先存入確定的控制策略驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)與方向盤(pán)手力轉(zhuǎn)向相同的輔助轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，并利用差動(dòng)輪系的運(yùn)動(dòng)合成得到前輪轉(zhuǎn)向角度。采用這種方案，間接地減小了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動(dòng)比，從而減小了手動(dòng)轉(zhuǎn)向角度，進(jìn)而減少駕駛員消耗的轉(zhuǎn)向功。當(dāng)電量不足，即需要采用手動(dòng)轉(zhuǎn)向條件時(shí)，由于蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成反方向自鎖機(jī)構(gòu)，故此時(shí)大太陽(yáng)輪5輪固定。此種情況下蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不工作，差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為行星輪系機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向動(dòng)作從方向盤(pán)帶動(dòng)小太陽(yáng)輪5轉(zhuǎn)動(dòng)作為輸入，大太陽(yáng)輪5不動(dòng)，運(yùn)動(dòng)仍然從行星架H輸出。本實(shí)用新型原理1、蝸輪蝸桿-NGW差動(dòng)輪系運(yùn)動(dòng)分析設(shè)小太陽(yáng)輪5的轉(zhuǎn)速為Ii3，大太陽(yáng)輪5的轉(zhuǎn)速為n5，行星架H的轉(zhuǎn)速為nH，小太陽(yáng)輪5、5的齒數(shù)分別為Z3、Z5,由差動(dòng)輪系統(tǒng)動(dòng)比有
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸桿由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸輪與差動(dòng)輪系的大太陽(yáng)輪同軸固連；所述差動(dòng)輪系的小太陽(yáng)輪與汽車轉(zhuǎn)向軸同軸固連；所述差動(dòng)輪系的行星輪的中心軸與齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪同軸固連；所述齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條通過(guò)轉(zhuǎn)向梯型機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向。
2.一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括車速、扭矩和轉(zhuǎn)角傳感器和電子控制單元；其特征在于所述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸桿由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸輪與差動(dòng)輪系的大太陽(yáng)輪同軸固連；所述差動(dòng)輪系的小太陽(yáng)輪與汽車轉(zhuǎn)向軸同軸固連；所述差動(dòng)輪系的行星輪的中心軸與齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪同軸固連；所述齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條用于驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向；所述電子控制單元根據(jù)車速、扭矩和和轉(zhuǎn)角傳感器提供的車輛數(shù)據(jù)，控制電動(dòng)機(jī)輸出一個(gè)與方向盤(pán)手力轉(zhuǎn)向相同的輔助轉(zhuǎn)力矩。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)、齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸桿由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸輪與差動(dòng)輪系的大太陽(yáng)輪同軸固連；差動(dòng)輪系的小太陽(yáng)輪與汽車轉(zhuǎn)向軸同軸固連；差動(dòng)輪系的行星輪的中心軸與齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪同軸固連；齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條通過(guò)轉(zhuǎn)向梯型機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行助力傳動(dòng)所帶來(lái)的轉(zhuǎn)向滯后且超時(shí)、方向盤(pán)手感過(guò)差的技術(shù)問(wèn)題。本實(shí)用新型從齒條輸出的移動(dòng)位移和速度減小，有利于減速增矩，解決了使駕駛員轉(zhuǎn)向輕便的問(wèn)題。
文檔編號(hào)B62D3/04GK202038360SQ20102067021
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者劉凱, 李文孝, 楊芬 申請(qǐng)人:西安航天遠(yuǎn)征流體控制股份有限公司