CN103085857A - 齿条驱动转向装置和采用该装置的齿条驱动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种齿条驱动转向装置和一种齿条驱动助力转向装置。本发明能够保护***设备，例如一用于驱动螺母皮带轮的马达和一电子控制单元，当马达带动皮带的操作过程中，会受到来自外部的反向过度负载，但通过本发明可以改善其耐用性，并且避免车辆在高速行驶中转向失效，进而提供给驾驶员一稳定的转向条件。

Description

齿条驱动转向装置和采用该装置的齿条驱动助力转向装置

技术领域

本发明涉及一种齿条驱动转向装置和采用该装置的齿条驱动助力转向装置，尤其涉及一种齿条驱动转向装置，其能够更准确且无损地将转向力从转向轴传送至齿条杆，而不使用一分离齿条杆支撑单元，例如一支持轭和一轭套，以至能够避免由于车辆在驾驶很长时间后或受到来自路面的反向冲击使得支持轭磨损而引起间隙的增加所产生的噪音，并且在转向操作过程中，提供给驾驶员一舒适的驾驶感，采用该装置的齿条驱动助力转向装置也是如此。

背景技术

正如本领域中已知的，一齿条驱动助力转向装置包括一转向***，包括一个控制两个车轮的方向盘，以及一助力装置，其用于提供辅助转向动力至所述转向***。

图1是一种常规齿条驱动电动助力转向装置的局部剖面示意图，图2是所述常规齿条驱动电动助力转向装置的一部分。

所述常规齿条驱动电动助力转向装置包括一转向***100，从一方向盘105延伸至两个车轮150，以及一助力装置160用于提供辅助转向动力至所述转向***100。

所述转向***100包括一转向轴110，其上端与所述方向盘105连接并随所述方向盘105一起旋转，其下端通过一对万向连接器115与一小齿轮轴120连接。所述小齿轮轴120通过一齿条齿轮机构（rack-pinion mechanism）135与一齿条杆155连接，所述齿条杆的相对两侧分别通过拉杆140和转向节臂145与所述车辆的车轮150连接。

在所述齿条齿轮机构135中，一形成于所述小齿轮轴120下端的小齿轮125与一形成于所述齿条杆155外表面一侧的齿条130彼此啮合。

所述助力装置160包括一扭矩传感器117，用于检测一驾驶员施加在所述方向盘105上的转向扭矩，且输出与所检测到的转向扭矩成比例的电信号；一电子控制单元（Electronic control unit，简称ECU），用于基于所述扭矩传感器117所传送的电信号而生成一控制信号；一马达165，用于基于所述电子控制单元所传送的控制信号而生成辅助转向动力；以及一助力单元170，用于通过马达165经由一皮带产生并传送所述助力。

根据相关的现有技术，一齿条杆支撑单元包括一小齿轮125、一齿条杆155、一支撑轭260、一弹簧263、以及一轭套265。一齿条-齿轮类型的变速器210将来自于上述转向轴（未图示）的一扭转力转换为线性运动。

所述齿条杆155与所述小齿轮125相啮合，以将旋转运动变为直线运动，以及一用于支撑所述齿条杆155朝向所述小齿轮的单元安装在所述齿条杆155的后侧，以便所述齿条杆155和所述小齿轮125能够彼此平滑地啮合。

用于支撑所述齿条杆155的所述单元包括一支撑轭260、一弹簧263、以及一轭套265，所述支撑轭260位于所述齿条杆155的后侧，也就是位于所述齿条130所在表面的相对一侧，且***所述变速器210的气缸250，以平行于所述齿条杆155做向前/向后的运动。

所述支撑轭260具有一圆柱状以在所述气缸250内向前和向后滑动，并且与所述齿条杆155相接触的所述支撑轭260的前端部分形成一半圆形凹槽，以与所述齿条杆155的后侧连接。

一弹簧263设置于所述支撑轭260的后侧，以便所述齿条杆155和所述小齿轮125彼此啮合，更有效地传送一力，以一预定压力推动所述支撑轭260，并补偿产生在所述齿条杆155和所述小齿轮125之间的间隙。

所述支撑轭260相对于所述齿条杆155的后侧摩擦地滑动，且由比常规齿条杆155更软的塑料制成，以避免所述齿条杆155由于摩擦而磨损或产生噪音。

容纳于一弹簧槽220的所述弹簧施加一压力，以至所述支撑轭260和所述齿条杆155彼此连接，所述弹簧通常是一螺旋弹簧，一轭套265位于所述弹簧263的后侧，以支撑所述弹簧263。

所述轭套265支撑所述弹簧263以施加一压力于所述支撑轭265上。在所述轭套265上形成螺纹和齿根，以与变速器210固定地连接，且锁定螺母240具有螺纹和齿根，与所述轭套265的螺纹和齿根相啮合。

然而，在所述齿条驱动助力转向装置中，由于所述齿条杆相当长的形状而引起所述齿条杆的弹性变形，进而使得在所述小齿轮和齿条之间的啮合力变小，进而非常必要使用一齿条杆支撑单元。

进一步，根据相关的现有技术，在所述齿条杆支撑单元中，若所述支撑轭磨损至一定程度，间隙会增加，进而使得正确地支撑所述齿条杆变得困难。

此外，由于在所述齿条杆和所述支撑轭之间的间隙增加，使得在所述支撑轭和所述轭套内产生嘎嘎的噪音。

进一步，当车辆行驶在一坎坷的路面时，例如未铺砌的路，受到来自路面的反向冲击负荷所产生的冲击噪音没有被吸收，更严重的情况的是，所述支撑轭或轭套可能被损坏。

发明内容

因此，本发明的提出是为了解决上述在现有技术中出现的问题，同时，本发明的目的之一是提供一种齿条驱动转向装置，其能够更准确地将转向力从转向轴传送至齿条杆且无损失，没有使用一分离齿条杆支撑单元，例如一支持轭和一轭套，以至能够避免噪音，该噪音是由于车辆在驾驶很长时间后或受到来自路面的反向冲击，使得支持轭磨损而引起间隙的增加所产生，并且在转向操作过程中，提供给驾驶员一舒适的驾驶感，同样对于齿条驱动助力转向装置也是如此。

为了完成该目的，本发明提供一齿条驱动转向装置，包括：一第一齿轮，设置于一转向轴的下端；一滚珠螺母，其一端具有一第二齿轮，与所述第一齿轮啮合，且在滚珠螺母的内表面具有一第一螺旋槽，以将所述转向轴的一转向力传送至一齿条杆；以及一齿条杆，与所述滚珠螺母的内侧相耦合，且相对于所述第一螺旋槽，在滚珠螺母的外表面具有一第二螺旋槽，以在所述滚珠螺母旋转时滑动。

本发明的另一目的，提供一齿条驱动助力转向装置，包括：一第一齿轮，设置于一转向轴的下端；一滚珠螺母，其一端具有一第二齿轮，与所述第一传送装置啮合，且在滚珠螺母的内表面具有一第一螺旋槽，以将所述转向轴的一转向力传送至一齿条杆；一齿条杆，与所述滚珠螺母的内侧相耦合，且相对于所述第一螺旋槽，在滚珠螺母的外表面具有一第二螺旋槽，以在所述滚珠螺母旋转时滑动；一马达，用于产生辅助转向力；以及一螺母皮带轮，与所述滚珠螺母的外表面相耦合，以至通过马达驱动一皮带所产生的驱动力使得所述滚珠螺母旋转，以传送辅助转向力。

根据本发明，能够更准确地将转向力从所述转向轴传送至所述齿条杆且无损失，没有使用一分离齿条杆支撑单元，例如一支持轭和一轭套，以至能够避免噪音，该噪音是由于车辆在驾驶很长时间后或受到来自路面的反向冲击，使得支持轭磨损而引起间隙的增加所产生的，并且在转向操作过程中，提供给驾驶员一舒适的驾驶感。

附图说明

结合参考以下的附图和详细说明将更好地理解本发明的上述和其他的目的、特性和优势，其中：

图1是一种常规齿条驱动电动助力转向装置的局部剖面示意图；

图2是所述常规齿条驱动电动助力转向装置的一部分的剖面示意图；

图3和图4是根据本发明一齿条驱动转向装置的局部剖面图；

图5是根据本发明一齿条驱动助力转向装置的局部透视图；以及

图6是图5的剖面图。

具体实施方式

以下，本发明的实施例将参照附属图来具体描述。在下面的描述过程中，同样的元素虽然它们在不同的图中出现，但会被赋予相同的参考编号。此外，在本发明的下面描述过程中，对于那些已知功能或不兼容配置的引入，若可能会使本发明的事物关系变得不明确，那么将其忽略。

此外，在描述本发明的组件时，可以使用的术语，例如第一，第二，A，B,(a),(b)或等类似词。这些用词不是为了用于定义一个实质，次序或者相应组件的顺序，而是仅仅为了把一相应组件与其他组件区别出来。应当指出，当在规范中描述一个组件与另一个组件“连接”（connected）“结合”（coupled）“耦合”（joined）时，只是说明第一个组件直接地与第二个组件“连接”“结合”“耦合”，但第三个组件可能与第一个组件或第二组件“连接”“结合”“耦合”。

图3和图4是根据本发明一齿条驱动转向装置的局部剖面图。图5是根据本发明一齿条驱动助力转向装置的局部透视图。图6是图5的剖面图。

如所示的附图，根据本发明所述齿条驱动转向装置包括：一第一齿轮307，设置于一转向轴305的下端；一滚珠螺母311，其一端具有一第二齿轮309，与所述第一齿轮307啮合，且在滚珠螺母的内表面具有一第一螺旋槽311a，以将所述转向轴305的一转向力传送至一齿条杆303；以及一齿条杆303，与所述滚珠螺母311的内侧相耦合，且相对于所述第一螺旋槽311a，在滚珠螺母的外表面具有一第二螺旋槽303a，以在所述滚珠螺母311旋转时滑动。

根据本发明齿条驱动助力转向装置，包括：一第一齿轮307，设置于一转向轴305的下端；一滚珠螺母311，其一端具有一第二齿轮309，与所述第一齿轮307啮合，且在滚珠螺母的内表面具有一第一螺旋槽311a，以将所述转向轴305的一转向力传送至一齿条杆303；一齿条杆303，与所述滚珠螺母311的内侧相耦合，且相对于所述第一螺旋槽311a，在滚珠螺母的外表面具有一第二螺旋槽303a，以在所述滚珠螺母311旋转时滑动；一马达320，用于产生辅助转向力；以及一螺母皮带轮315，与所述滚珠螺母311的外表面相耦合，以至通过马达320驱动一皮带319所产生的驱动力使得所述滚珠螺母311旋转，以传送辅助转向力。

不像在相关的现有技术中的一小齿轮（参见图1中的标注125）与一齿条（参见图1中的标注130）相啮合，设置于所述转向轴305下端的所述第一齿轮307通过一预定的距离与所述齿条杆303隔开，一第一齿轮的外表面形成于所述转向轴305的下端，以朝着所述转向轴305倾斜，并且轮齿形成于所述第一齿轮307的倾斜外表面，其中第一齿轮的外表面即为所述第一齿轮307的直径向外扩展。

也就是说，所述转向轴305和所述齿条杆303彼此不结合，以一预定的角度安装以使彼此之间隔开，所述第一齿轮307设置于所述转向轴305的下端，与同所述齿条杆303结合的所述滚珠螺母311的第二齿轮309相啮合，以传送所述转向轴305的旋转力至所述滚珠螺母311。

因此，当改善动力传送性能且不需要根据相关现有技术的一分离齿条杆支撑单元包括所述支撑轭（参见图2中的标注260）和轭套（参见图2中的标注265），在所述第一齿轮307和第二齿轮309之间的啮合力得以加强。

第一齿轮307可以分离地与所述转向轴305相耦合，或所述转向轴305的下端加工使得第一齿轮与所述转向轴305成一体，第一齿轮307的轮齿形成于所述转向轴305的下端的倾斜外表面上，在所述转向轴305的一方向上呈线性形状，或者以一预定的角度倾斜呈螺旋状。

所述滚珠螺母311通过滚珠（图中未示）与所述齿条杆303相耦合，以当滚珠螺母旋转时，在齿条罩内滑动齿条杆303，且螺母皮带轮315用于旋转所述滚珠螺母311，一轴承313用于支撑所述滚珠螺母311的旋转，所述轴承安装在所述滚珠螺母311的外表面。

一用于轴向滑动所述齿条杆303以生成一辅助转向力的动力传送结构设置在所述滚珠螺母311的内表面和所述齿条杆303的外表面，所述动力转送结构包括第二螺纹槽303a，以一螺旋状形成于所述齿条杆303的外表面，以具有一半球状或圆弧状，滚珠（未图示）能够***，相对于第二螺纹槽303a，所述第一螺纹槽311a以一螺旋状形成于滚珠螺母311的内表面，以具有一半球状或圆弧状。

所述滚珠螺母311是一中空管道，所述第一螺纹槽311a在中空管道的内表面，所述轴承313安装在所述中空管道的外表面，以被所述齿条罩301支撑且被其固定。

与所述第一齿轮307啮合的所述第二齿轮309设置于所述滚珠螺母311的一端，所述第二齿轮309形成于所述滚珠螺母311的一端，以朝着所述齿条杆303的中心轴倾斜，轮齿形成于所述滚珠螺母311的倾斜端。

所述第二齿轮309可以分离地与所述滚珠螺母311的一端相耦合，或所述滚珠螺母311的一端加工，以使得所述第二齿轮309与所述滚珠螺母311成一体，第二齿轮309形成于所述第二齿轮的所述滚珠螺母311的倾斜端，在所述齿条杆303的中心轴方向上呈线性形状，或相对于所述齿条杆303的中心轴方向以一预定角度倾斜呈螺旋状。

当所述转向轴305和齿条杆303的安装角度实质上相互垂直时，所述第一齿轮307和第二齿轮309可以为锥齿轮。

也就是说，锥齿轮可以耦合，或与所述转向轴305的下端及所述滚珠螺母311的一端形成一体。

同时，上述齿条驱动转向装置可以进一步包括一助力单元以构成所述齿条驱动助力转向装置。

也就是说，所述齿条驱动转向装置包括：一第一齿轮307，设置于一转向轴305的下端；一滚珠螺母311，其一端具有一第二齿轮309，与所述第一齿轮307啮合，且在滚珠螺母的内表面具有一第一螺旋槽311a，以将所述转向轴305的一转向力传送至一齿条杆303；一齿条杆303，与所述滚珠螺母311的内侧相耦合，且相对于所述第一螺旋槽311a，在滚珠螺母的外表面具有一第二螺旋槽303a，以在所述滚珠螺母311旋转时滑动；一马达320，用于产生辅助转向力；以及一螺母皮带轮315，与所述滚珠螺母311的外表面相耦合，以至通过马达320驱动一皮带319所产生的驱动力使得所述滚珠螺母311旋转，以传送辅助转向力。

此处，所述助力单元包括一驱动单元和一被驱动单元，所述驱动单元包括一马达，通过电子控制单元（ECU）330加以控制，一马达皮带轮317，与所述马达320的一轴321相耦合，以及一皮带319。

所述被驱动单元包括一滚珠螺母311，在所述齿条罩301内绕着所述齿条杆303支撑所述齿条杆303，以及一螺母皮带轮315，与所述滚珠螺母311的外表面相耦合。

与所述马达连接的所述马达皮带轮317和与所述齿条杆303相连的螺母皮带轮315彼此平行设置，所述皮带319安装在所述马达皮带轮317和所述螺母皮带轮上，以将马达320的一旋转力通过滚珠螺母311传送至齿条杆303，所述齿条杆通过所述滚珠螺母311的操作向左和向右移动，以生成一辅助转向力。 

所述滚珠螺母311通过滚珠与所述齿条杆303相耦合，以当齿条杆旋转时，在齿条罩内滑动齿条杆303，用于旋转滚珠螺母311的所述螺母皮带轮315和用于支撑滚珠螺母311旋转的轴承313安装在所述滚珠螺母311的一外表面上。

上述助力单元可进一步包括：一扭矩传感器（参见图1中标注117），用于当驾驶员操纵所述方向盘时，输出与转向扭矩成正比的一电信号；以及一电子控制单元330，用于基于所述扭矩传感器所传送的电信号生成一辅助转向控制信号，以将所述辅助转向控制信号传送至所述马达320。

因此，当驾驶员操纵所述方向盘时，所述扭矩传感器检测到一生成的转向扭矩，并且所述电子控制单元基于所述转向扭矩将辅助转向控制信号传送至马达以补偿驾驶员所施加的转向力。

如上所述，根据本发明能够更准确地将转向力从转向轴传送至齿条杆且无损失，没有使用一分离齿条杆支撑单元，例如一支持轭和一轭套，以至能够避免噪音，该噪音是由于车辆在驾驶很长时间后或受到路面的反向冲击，使得支持轭磨损而引起间隙的增加所产生，并且在转向操作过程中，提供给驾驶员一舒适的驾驶感。

甚至如上文所述，本发明的实施例中所有组件是以单个单元结合而成，或是以单个单元结合地进行操作，本发明的实施例不仅仅限于此。这意味着，在多个组件中，一个或多个组件可以结合在一起选择，作为一个或多个单元进行操作。

此外，术语，例如“包括”、“构成”、“具有”意味着一个或多个相应的组件存在，除非，它们有相反意思的描述。它应该被理解为包括一个或多个组件在内。所有术语所包含的一个或多个技术领域的意思与本领域的技术人员通常所理解的意思是相同的，除非它有别的定义。通常一个在字典中有所定义的术语要根据上下文的相关描述来进行解释，而不应该理想化，或者超出本意来进行解释，除非在当前规范中有明确的定义。

虽然本发明的最佳实施例已经说明了用途，但是在本领域的技术人员不得脱离其说明书的范围和发明的精神，来进行不同的修改、补充和替代。而本发明的实施例只是为了说明本发明的技术思想范围，而不是仅仅限于本发明的实施例。本发明的范围要根据附属的权利要求，例如所有的技术想法包括等同于本发明的权利要求范围，来进行解释。

Claims (11)

1.一种齿条驱动转向装置，其特征在于，包括：

一第一齿轮，设置于一转向轴的下端；

一滚珠螺母，其一端具有一与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，且在所述滚珠螺母的内表面具有一第一螺旋槽，以将所述转向轴的一转向力传送至一齿条杆；以及

一齿条杆，与所述滚珠螺母的内侧相耦合，且在滚珠螺母的外表面具有一与所述第一螺旋槽相对应的第二螺旋槽，以在所述滚珠螺母旋转时所述齿条杆能够滑动。

2.如权利要求1所述的齿条驱动转向装置，其特征在于，所述直径向外扩展的第一齿轮的外表面形成于所述转向轴的下端，以朝着所述转向轴倾斜，并且轮齿形成于所述第一转向装置的倾斜外表面。

3.如权利要求2所述的齿条驱动转向装置，其特征在于，所述第一齿轮分离地与所述转向轴耦合。

4.如权利要求2所述的齿条驱动转向装置，其特征在于，所述第一齿轮与所述转向轴形成一体。

5.如权利要求3或4所述的齿条驱动转向装置，其特征在于，所述第一齿轮的所述轮齿形成于所述转向轴下端的倾斜外表面上，在所述转向轴的一方向上呈线性形状，或者以一预定的角度倾斜呈螺旋状。

6.如权利要求1所述的齿条驱动转向装置，其特征在于，所述第二齿轮形成于所述滚珠螺母的一端，并朝着所述滚珠螺母的中心轴倾斜，轮齿形成于所述滚珠螺母的倾斜端。

7.如权利要求6所述的齿条驱动转向装置，其特征在于，所述第二齿轮分离地与所述滚珠螺母的一端相耦合。

8.如权利要求6所述的齿条驱动转向装置，其特征在于，所述第二齿轮与所述滚珠螺母形成一体。

9.如权利要求7或8所述的齿条驱动转向装置，其特征在于，第二齿轮的轮齿在所述第二齿轮的中心轴方向上呈线性形状，或相对于中心轴方向以一预定角度倾斜呈螺旋状。

10.一种齿条驱动助力转向装置，其特征在于，包括：

一第一齿轮，设置于一转向轴的下端；

一滚珠螺母，其一端具有一第二齿轮，与所述第一齿轮啮合，且在所述滚珠螺母的内表面具有一第一螺旋槽，以将所述转向轴的一转向力传送至一齿条杆； 

一齿条杆，与所述滚珠螺母的内侧相耦合，且相对于所述第一螺旋槽，在滚珠螺母的外表面具有一第二螺旋槽，以在所述滚珠螺母旋转时所述齿条杆能够滑动；

一马达，用于产生辅助转向力；以及

一螺母皮带轮，与所述滚珠螺母的外表面相耦合，以至通过马达驱动一皮带所产生的驱动力使得所述滚珠螺母旋转，以传送辅助转向力。

11.如权利要求10所述的齿条驱动助力转向装置，其特征在于，进一步包括：

一扭矩传感器，用于当驾驶员操纵所述方向盘时，输出与转向扭矩成正比的一电信号；以及

一电子控制单元，用于基于所述扭矩传感器所传送的电信号生成一辅助转向控制信号，以将所述辅助转向控制信号传送至所述马达。

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