CN111284556A - 一种循环球式电动助力转向器 - Google Patents

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成卫之
刘惟栋
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Abstract

本发明涉及车辆用转向设备的技术领域，提供了一种循环球式电动助力转向器，包括机械转向器、减速器、一体化电机控制器、传感器；所述机械转向器设置有转向器壳体、转向螺杆，所述减速器设置有减速器壳体；所述转向器壳体、减速器壳体之间通过可拆卸连接方式固定；所述减速器内部设置有转向输入轴与蜗轮轴，所述转向输入轴与蜗轮轴之间通过弹性扭杆柔性连接；所述转向输入轴的输入端、所述蜗轮轴的输出端之间的连接处安装传感器。本发明采用可同时输出扭矩信号和转角信号的海拉扭矩传感器，感应更灵敏，信号更稳定可靠。

Description

一种循环球式电动助力转向器
技术领域
本发明涉及车辆用转向设备的技术领域，具体的更涉及一种循环球式电动助力转向器。
背景技术
目前，车辆用转向器主要采用电动助力式，分管柱式、齿轮齿条式和循环球式三种。电动助力转向器由电动机直接提供助力，电动助力转向***主要包括转向盘转矩传感器、车速传感器、控制器、助力电动机及减速机构等。基本原理是控制器接受转向盘转矩信号和车速信号、发动机信号，根据事先确定好的助力特性输出控制信号控制电动机输出助力扭矩。电动助力转向***具有节能、安全性能高、有利于环保等许多优点，是未来动力转向技术的发展方向之一，但是目前的电动助力转向***还存在许多问题：一，多数只是应用在轿车上，且都为管柱式或齿轮齿条式转向器，适用范围较窄，目前前轴1.5t以上的特种车仍然采用液压式助力转向，安装复杂，能量损耗大，特别是纯电动新能源特种车；二，现有的电动助力转向器采用的传感器多为只能输出扭矩信号的扭矩传感器，***转向不够轻便、灵活，无法实现无人驾驶和辅助驾驶；三、减速器部分和机械循环球结构连接机构设置不合理，造成装配不方便且产品装配合格较低。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明中提供了一种循环球式电动助力转向器，包括机械转向器、减速器、一体化电机控制器26、传感器；所述机械转向器设置有转向器壳体12、转向螺杆15，所述减速器设置有减速器壳体6；所述转向器壳体12、减速器壳体6之间通过可拆卸连接方式固定；所述减速器内部设置有转向输入轴1与蜗轮轴9，所述转向输入轴1与蜗轮轴9之间通过弹性扭杆2 柔性连接；所述转向输入轴1的输入端、所述蜗轮轴9的输出端之间的连接处安装传感器。
作为一种优选的技术方案，所述传感器为海拉扭矩传感器4。
作为一种优选的技术方案，所述机械转向器还包括转向螺母齿条13、转向摇臂轴19、转向螺杆15；所述转向螺杆15两端分别通过第二推力球轴承16和第一推力球轴承11水平安装在转向器壳体12内部；所述转向螺杆15上套有转向螺母齿条13；转向螺母齿条13的内螺纹滚道与转向螺杆15的外螺纹滚道之间用钢球14和钢球导管进行连接，形成钢球循环滚道24，钢球循环滚道24内装有多个钢球14；所述转向螺母齿条13外侧的齿条与其下方的转向摇臂轴19 的扇形齿轮相啮合。
作为一种优选的技术方案，所述蜗轮轴9、转向螺杆15之间通过螺旋花键结构连接。
作为一种优选的技术方案，所述减速器还包括包括蜗轮8、蜗杆7；所述蜗杆7两端分别通过第一球轴承31和第二球轴承32安装在所述减速器壳体6内部；所述蜗杆7与蜗轮轴9上的蜗轮8啮合；所述蜗轮轴9的上部、海拉扭矩传感器 4的下部安装蜗轮8；所述蜗轮的渐开线齿轮与蜗杆7的模数螺纹径向啮合连接。
作为一种优选的技术方案，所述的转向螺母齿条13外侧的齿条和转向摇臂轴19的扇形齿轮的模数为5.5-9。
作为一种优选的技术方案，所述钢球10的直径为7.5-8.5mm。
作为一种优选的技术方案，所述减速器的蜗轮蜗杆传动比为18-23。
作为一种优选的技术方案，所述转向器壳体12右侧端面上设有4-φ15安装孔。
作为一种优选的技术方案，所述的蜗杆7和蜗轮的模数为1.75-3.25。
本发明的第二个方面提供了一种所述的循环球式电动助力转向器的应用，应用于车辆。
本发明所述的循环球式电动助力转向器在工作时，转动方向盘，给转向输入轴输入动力，转向输入轴与蜗轮轴总成之间产生转角，扭杆产生扭转变形，通过海拉扭矩传感器将产生的扭矩信号和转角信号输出并传入控制器，由控制器来按照设定好的控制模式控制电机工作，电机的动力输出端将动力依次传递给蜗杆和蜗轮，通过蜗杆和蜗轮减速一次放大之后，带动转向螺杆转动，转向螺杆的转动带动套装在其中部的转向螺母齿条作直线移动，再由转向螺母齿条带动转向摇臂轴转动，输出力矩经过二次放大，最终通过转向摇臂轴带动转向摇臂左右摆动，输出转向力矩。
与现有技术相比，本发明具有如下优异的有益效果：
1、本发明具有转向轻便、灵活，主动回正，无人驾驶，辅助驾驶：采用可同时输出输出扭矩信号和转角信号的海拉扭矩传感器，感应更灵敏，不但可实现主动回正，无人驾驶，辅助驾驶，保证助力效果，而且转向轻便、灵活，手感连续平滑。
2、本发明具有机构简单、装配方便：蜗轮输出轴和循环球式机械转向器的螺杆通过螺旋花键结构连接，蜗轮前后有球轴承支撑，传感器贯通在主传动轴上，前后有球轴承支撑，转向螺杆前后有推力球轴承支撑，机构稳定可靠、装配方式简单。转向器壳体右侧端面上设有4-φ15安装孔。在车架上的安装很方便，其连接尺寸可以与车辆机械转向互换。
3、本发明具有降低能耗、减少污染：采用的电机为直流无刷电机，输出功率为850W，输出转矩为8N.m，额定电压为24V，降低了发动机的功率损耗，节省了油料，降低了污染，也提高了转向***的低温工作性能。
4、本发明具有传感器精度高，抗干扰性能强：传感器采用通孔式测量、精度高，直接测量扭杆行程和大扭矩测量，量程范围内精确测量角度与扭矩；机械特性强，采用简单且有成本优势的press-fit工艺。
附图说明
图1为循环球式电动助力转向器主视图剖视示意图。
图2为循环球式电动助力转向器侧视图剖视示意图。
图3为循环球式电动助力转向器俯视图半剖视示意图。
其中：1-转向输入轴；2-扭杆；3-上盖组件；4-海拉传感器；5-传感器轴承套；6-减速器壳体；7-蜗杆；8-蜗轮；9-蜗轮轴；10-压紧螺母组件；11-第一推力球轴承；12-转向器壳体；13-转向螺母齿条；14-钢球；15-转向螺杆；16-第二推力球轴承；17-油封；18-滚针轴承；19-转向摇臂轴；20-侧盖组件；21-O型圈； 22-平垫圈；23-六角螺母；24-钢球循环滚道；25-钢球导管夹；26-一体化电机控制器；27-连接套；28-蜗杆锁紧螺母；29-蜗杆压紧螺母；30-挡圈；31-第一球轴承；32-第二球轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种循环球式电动助力转向器，包括机械转向器、减速器、一体化电机控制器26、传感器；所述机械转向器设置有转向器壳体12、转向螺杆 15，所述减速器设置有减速器壳体6；所述转向器壳体12、减速器壳体6之间通过可拆卸连接方式固定；所述减速器内部设置有转向输入轴1与蜗轮轴9，所述转向输入轴1与蜗轮轴9之间通过弹性扭杆2柔性连接；所述转向输入轴1的输入端、所述蜗轮轴9的输出端之间的连接处安装传感器。
在一些实施方式中，所述传感器为海拉扭矩传感器4。
在一些实施方式中，所述海拉扭矩传感器4的输出力矩信号为PWM，占空比12.5％-87.5％，转角输出为±720°。
在一些实施方式中，所述可拆卸连接方式为螺栓连接。
在一些实施方式中，所述机械转向器还包括转向螺母齿条13、转向摇臂轴19、转向螺杆15；所述转向螺杆15两端分别通过第二推力球轴承16和第一推力球轴承11水平安装在转向器壳体12内部；所述转向螺杆15上套有转向螺母齿条13；转向螺母齿条13的内螺纹滚道与转向螺杆15的外螺纹滚道之间用钢球14和钢球导管进行连接，形成钢球循环滚道24，钢球循环滚道24内装有多个钢球14；所述转向螺母齿条13外侧的齿条与其下方的转向摇臂轴19的扇形齿轮相啮合。
在一些实施方式中，所述的转向螺母齿条13上并排设有相同的两组钢球循环滚道24。
在本发明中，所述的转向螺母齿条设置两组钢球循环滚道，保证了转向器的机械强度、可靠性和安全性。
在一些实施方式中，所述蜗轮轴9、转向螺杆15之间通过螺旋花键结构连接。
在一些实施方式中，所述减速器还包括包括蜗轮8、蜗杆7；所述蜗杆7两端分别通过第一球轴承31和第二球轴承32安装在所述减速器壳体6内部；所述蜗杆7与蜗轮轴9上的蜗轮8啮合；所述蜗轮轴9的上部、海拉扭矩传感器4 的下部安装蜗轮8；所述蜗轮的渐开线齿轮与蜗杆7的模数螺纹径向啮合连接。
本发明中所述减速器为蜗轮蜗杆减速器，蜗杆7左右分别通过第一球轴承 31和第二球轴承32前后安装在减速器壳体内，蜗轮轴9的上部、海拉扭矩传感器4的下部安装蜗轮，蜗轮的渐开线齿轮与蜗杆7的模数螺纹径向啮合连接，壳体内的蜗轮蜗杆的传动比为20.5，通过蜗杆连接套27连接一体化电机控制器26。
本发明所述的循环球式机械转向器部分包括转向器壳体、转向螺母齿条、转向螺杆和转向摇臂轴，转向螺杆左右分别通过两个推力球轴承水平安装在转向器壳体内部，转向螺杆上套装转向螺母齿条，转向螺母齿条的内螺纹滚道与转向螺杆的外螺纹滚道之间用钢球和钢球导管进行连接，形成钢球循环滚道，钢球循环滚道内装有多个钢球；转向螺母齿条外侧的齿条与其下方的转向摇臂轴扇形齿轮相啮合；减速器部分包括减速器壳体，蜗轮轴，蜗轮，蜗杆左右分别通过球轴承和球轴承前后安装在减速器壳体内与蜗轮轴上的蜗轮啮合，传感器转子和定子分别套入到输入轴和蜗轮轴上，用点焊机焊牢固。
在一些实施方式中，所述的转向螺母齿条13外侧的齿条和转向摇臂轴19 的扇形齿轮的模数为5.5-9。
在一些优选的实施方式中，所述的转向螺母齿条13外侧的齿条和转向摇臂轴19的扇形齿轮的模数为7.5。
在一些实施方式中，所述钢球10的直径为7.5-8.5mm。
在一些优选的实施方式中，所述钢球10的直径为7.938mm。
在一些实施方式中，所述减速器的蜗轮蜗杆传动比为18-23。
在一些优选的实施方式中，所述减速器的蜗轮蜗杆传动比为20.5。
在一些实施方式中，所述转向器壳体12右侧端面上设有4-φ15安装孔。
本发明中，所述的转向器壳体右侧端面上设有4-φ15安装孔，在车架上的安装很方便，其连接尺寸可以与车辆机械转向互换。
在一些实施方式中，所述的蜗杆7和蜗轮的模数为1.75-3.25。
在一些优选的实施方式中，所述的蜗杆7和蜗轮的模数为2.65。
在一些实施方式中，所述蜗杆7的头数为2，蜗轮齿数为41。
在一些实施方式中，所述的一体化电机控制器26为直流无刷电机，输出功率为850w，输出转矩为8N·m，额定电压为24V。
在本发明中，所述所述的一体化电机控制器的电机为直流无刷电机，输出功率为850w，输出转矩为8N·m，额定电压为24V，保证了转向器的助力效果和最大输出力矩；且电机的安装位置可根据用户的实际需要进行任意变换。
在一些实施方式中，转向摇臂的转角±45°，传动比为20.31，输入端总圈数5.08圈，最大输出力矩为1600N·m。
本发明的第二个方面提供了一种所述的循环球式电动助力转向器的应用，应用于车辆。
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，以下实施例只能用于本发明做进一步说明，并不能理解为本发明保护的限制，该领域的专业技术人员根据上述发明的内容作出的非本质的改正和调整，仍属于本发明的保护的范围。
实施例1
一种循环球式电动助力转向器，如图1、图2、图3所示，包括机械转向器、减速器、所述的一体化电机控制器26、传感器；所述机械转向器设置有转向器壳体12、转向螺杆15，所述减速器设置有减速器壳体6；所述转向器壳体12、减速器壳体6之间通过可拆卸连接方式固定；所述减速器内部设置有转向输入轴 1与蜗轮轴9，所述转向输入轴1与蜗轮轴9之间通过弹性扭杆2柔性连接；所述转向输入轴1的输入端、所述蜗轮轴9的输出端之间的连接处安装传感器。
所述传感器为海拉扭矩传感器4。
所述海拉扭矩传感器4的输出力矩信号为PWM，占空比12.5％-87.5％，转角输出为±720°。
所述的转向螺母齿条13上并排设有相同的两组钢球循环滚道24。
所述蜗轮轴9、转向螺杆15之间通过螺旋花键结构连接。
所述减速器还包括包括蜗轮8、蜗杆7；所述蜗杆7两端分别通过第一球轴承31和第二球轴承32安装在所述减速器壳体6内部；所述蜗杆7与蜗轮轴9 上的蜗轮8啮合；所述蜗轮轴9的上部、海拉扭矩传感器4的下部安装蜗轮8；所述蜗轮的渐开线齿轮与蜗杆7的模数螺纹径向啮合连接。
所述的转向螺母齿条13外侧的齿条和转向摇臂轴19的扇形齿轮的模数为 7.5。
所述钢球10的直径为7.938mm。所述减速器的蜗轮蜗杆传动比为20.5。
所述转向器壳体12右侧端面上设有4-φ15安装孔。所述的蜗杆7和蜗轮的模数为2.65。
所述蜗杆7的头数为2，蜗轮齿数为41。
所述一体化电机控制器26的电机为直流无刷电机，输出功率为850w，输出转矩为8N·m，额定电压为24V。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种循环球式电动助力转向器，其特征在于，包括机械转向器、减速器、一体化电机控制器(26)、传感器；所述机械转向器设置有转向器壳体(12)、转向螺杆(15)，所述减速器设置有减速器壳体(6)；所述转向器壳体(12)、减速器壳体(6)之间通过可拆卸连接方式固定；所述减速器内部设置有转向输入轴(1)与蜗轮轴(9)，所述转向输入轴(1)与蜗轮轴(9)之间通过弹性扭杆(2)柔性连接；所述转向输入轴(1)的输入端、所述蜗轮轴(9)的输出端之间的连接处安装传感器；所述一体化电机控制器(26)与蜗杆(7)通过连接套(27)花键连接。
2.如权利要求1所述的循环球式电动助力转向器，其特征在于，所述传感器为海拉扭矩传感器(4)。
3.如权利要求1所述的循环球式电动助力转向器，其特征在于，所述机械转向器还包括转向螺母齿条(13)、转向摇臂轴(19)、转向螺杆(15)；所述转向螺杆(15)两端分别通过第二推力球轴承(16)和第一推力球轴承(11)水平安装在转向器壳体(12)内部；所述转向螺杆(15)上套有转向螺母齿条(13)；转向螺母齿条(13)的内螺纹滚道与转向螺杆(15)的外螺纹滚道之间用钢球(14)和钢球导管进行连接，形成钢球循环滚道(24)，钢球循环滚道(24)内装有多个钢球(14)；所述转向螺母齿条(13)外侧的齿条与其下方的转向摇臂轴(19)的扇形齿轮相啮合。
4.如权利要求3所述的循环球式电动助力转向器，其特征在于，所述蜗轮轴(9)、转向螺杆(15)之间通过螺旋花键结构连接。
5.如权利要求2所述的循环球式电动助力转向器，其特征在于，所述减速器还包括包括蜗轮(8)、蜗杆(7)；所述蜗杆(7)两端分别通过第一球轴承(31)和第二球轴承(32)安装在所述减速器壳体(6)内部；所述蜗杆(7)与蜗轮轴(9)上的蜗轮(8)啮合；所述蜗轮轴(9)的上部、海拉扭矩传感器(4)的下部安装蜗轮(8)；所述蜗轮的渐开线齿轮与蜗杆(7)的模数螺纹径向啮合连接。
6.如权利要求3所述的循环球式电动助力转向器，其特征在于，所述的转向螺母齿条(13)外侧的齿条和转向摇臂轴(19)的扇形齿轮的模数为5.5-9。
7.如权利要求3所述的循环球式电动助力转向器，其特征在于，所述钢球(10)的直径为7.5-8.5mm。
8.如权利要求5所述的循环球式电动助力转向器，其特征在于，所述减速器的蜗轮蜗杆传动比为18-23。
9.如权利要求1所述的循环球式电动助力转向器，其特征在于，所述转向器壳体(12)右侧端面上设有4-φ15安装孔。
10.一种如权利要求1-9所述的循环球式电动助力转向器的应用，其特征在于，应用于车辆。
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