CN1851292A - 行星辊驱动装置及包含该装置的转向设备 - Google Patents

Abstract

该行星辊驱动装置，包括：具有作为第一输入轴的第一齿轮架和作为第一输出轴的第一中心辊的行星辊加速齿轮；具有作为第二输入轴的第二中心辊和作为第二输出轴的第二齿轮架的行星辊减速齿轮，第二输入轴与第一输出轴相连接；驱动行星辊加速齿轮的第一辊环和行星辊加速齿轮的第二辊环中的一个的辊环驱动机构；容纳行星辊加速齿轮、行星辊减速齿轮和辊环驱动机构的外壳；对应于外部环境条件控制辊环驱动机构的旋转的辊环旋转控制电路；以及设置在外壳中并向第一输入轴或第二输出轴提供辅助扭矩的扭矩辅助机构。

Description

行星辊驱动装置及包含该装置的转向设备

技术领域

本发明涉及：包括行星辊传动机构的一种行星辊驱动装置，所述传动机构能够把输入轴与输出轴之间的转速比控制在以1∶1为中心的预定值；以及包括该行星辊驱动装置的转向设备。

背景技术

随着车辆性能的提高，近来用于车辆的转向设备在控制操作的容易性和安全性方面有所改善。这种转向设备包括助力装置，该助力装置对应于车速帮助提供进行转向柄的换档变转速的控制操作所需的动力。

转向设备包括在第一公开号为2004-58896的日本未审查专利申请中披露的传统行星辊驱动装置，所述转向设备通过利用变速马达使行星齿轮机构的内齿轮顺时针和逆时针地旋转而改变变速的转向柄转速。内齿轮直接连接到转向柄轴上。此外，该转向设备还能够通过利用电磁柱塞紧固内齿轮而保持恒定转速比。另外，通过向车轮转向杆提供助力机构，该转向设备对应于车速来控制转速控制马达以及助力机构。

除此以外，日本专利No.2949604中披露的传统转向设备具有利用一个驱动马达和两个电磁离合器来选择性地驱动和控制用于转向柄的变速机构和助力机构的构造。

另外，在第一公开号为2001-30922的日本未审查专利申请中披露的传统转向设备中，采用以输入轴为中心齿轮的行星齿轮减速机构的行星齿轮架作为减速轴；且链轮固定到减速轴上。通过与链轮啮合的链条，垂直于减速轴设置的转向杆左右移动。由两个空转链轮引导链条，这两个空转链轮围绕着绕减速轴旋转的旋转体的轴线自由旋转。对于转向杆的助力通过其上安装有空转链轮并由马达驱动旋转的旋转体的旋转扭矩来执行。所述转向设备具有把旋转运动转换为直线运动的构造，并且该构造能够使每一旋转端侧的移动转向杆减速。

在第一公开号为2004-58896的日本未审查专利公开中披露的传统转向设备中，直接连接到转向柄轴和行星齿轮机构的减速装置变成了噪声源。此外，由于助力机构单独安装在转向杆的某个位置上，所以发动机室的空间变得紧张。此外，由于转向设备有许多零部件，所以其制造成本很高。

在日本专利No.2949604中披露的传统转向设备中，由于由一个驱动马达和两个电磁离合器对应于车速选择性地控制转向可变速机构和助力机构，因此转向设备不能同时一起使用这些机构。

在第一公开号为2001-30922的日本未审查专利申请披露的传统转向设备中，具有这样的问题：移动转向杆在摆动末端侧的减速比是恒定的，无法控制。此外，由于转向设备设置在转向杆的某个位置处，所以发动机室的空间变得紧张。

本发明的目的是提供：通过把噪声低且直接连接到轴(比如转向柄)上的转向变速机构与助力机构组合成一体而变得易于安装的行星辊驱动装置；以及包括该行星辊驱动装置的转向设备。

发明内容

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

(1)本发明的行星辊驱动装置包括：行星辊加速齿轮，所述行星辊加速齿轮具有作为第一输入轴的第一齿轮架和作为第一输出轴的第一中心辊；行星辊减速齿轮，所述行星辊减速齿轮具有作为第二输入轴的第二中心辊和作为第二输出轴的第二齿轮架，所述第二输入轴与第一输出轴相结合；驱动行星辊加速齿轮的第一辊环和行星辊减速齿轮的第二辊环中的一个的辊环驱动机构；容纳行星辊加速齿轮、行星辊减速齿轮和辊环驱动机构的外壳；对应于外部环境条件来控制辊环驱动机构的旋转的辊环旋转控制电路；以及设置在外壳中并向第一输入轴或第二输入轴提供辅助扭矩的扭矩辅助机构。

根据所述行星辊驱动装置，转速改变机构(即，行星辊加速齿轮和行星辊减速齿轮)以及扭矩辅助机构一体地安装在外壳中；因此，当采用行星辊驱动装置用于车辆的转向设备时，安装到转向柄轴的工序变得容易，且发动机室能够确保足够的空间。

(2)扭矩辅助机构可包括：马达；直接连接马达的减速齿轮，该齿轮直接连接到马达上；以及辅助扭矩控制电路，其对应于外部环境条件来控制马达输出，从而控制辅助扭矩。

在这种情况下，由行星辊驱动装置对驱动动力传动轴(即，第一输入轴或第二输出轴)的助力能够由马达的输出扭矩来完成。因此，在采用行星辊驱动装置用于车辆转向设备的情况下，当车辆停止或车速很低时，转向柄能够通过施加到驱动动力传动轴上的大的辅助扭矩而容易地转动。此外，当车辆以中高速行驶时，能够通过减小辅助扭矩而避免太敏感的控制操作。

(3)直接连接马达的减速齿轮可以是具有蜗杆导程角的蜗杆减速齿轮，所述导程角在即使动力从蜗轮传送到蜗杆时也能防止自锁。

当扭矩辅助机构被用于车辆的转向设备时，即使使用蜗杆减速齿轮，也能够通过从车轮传递的反作用力将方向盘回复至基位。

(4)直接连接马达的减速齿轮可以是蜗杆减速齿轮。行星辊驱动装置还可以包括当不向马达供应电流时终止传递辅助扭矩的电磁离合器。

在这种情况下，当不向马达供应电流时，能够在解除与扭矩辅助机构的连接的同时执行控制操作。

(5)行星辊驱动装置还可以包括直接连接到蜗杆减速齿轮的蜗杆轴上并测量蜗杆轴的转角的编码器。

在这种情况下，与向转向柄轴提供角度测量传感器相比，提供直接连接到蜗杆轴的编码器能够使结构更紧凑。此外，编码器能够更精确地测量驱动动力传动轴(即蜗杆轴)的转角。

(6)本发明的一种转向设备包括：根据(1)至(5)中任意一项的行星辊驱动装置；连接到第一输入轴的转向柄；以及连接到第二输出轴的转向装置。

根据所述转向设备，能够获得与根据(1)至(5)的上述行星辊驱动装置相同的操作和相同的有利效果。特别地，在通过摩擦辊传递转向柄的旋转扭矩，同时通过蜗杆传递助力和被改变的转速的情况下，能够抑制操作过程中产生的噪声。在这种情况下，由于能够通过利用摩擦辊和蜗杆一起防止辊之间的滑动，所以转向柄能够完全恢复到基本位置。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的包括辅助机构的行星辊驱动装置的侧剖视图。

图2是根据本发明第二实施例的包括电磁离合器机构的行星辊驱动装置的侧剖视图。

图3是具有本发明的行星辊驱动装置的、设置在车辆中的转向设备的示意图。

图4是表示图3所示车辆的转向设备的控制过程的方块图。

具体实施方式

以下参考附图说明本发明的具有扭矩辅助机构的行星辊驱动装置，其适用于车辆转向设备。

图1是根据本发明第一实施例的、在辊环驱动机构的侧面设有辅助机构的行星辊驱动装置的侧剖视图。图2是根据本发明第二实施例的、在辅助机构中具有电磁离合器机构的行星辊驱动装置的侧剖视图。图3是设在车辆中具有图1所示行星辊驱动装置的转向设备的示意图。图4是表示图3所示的车辆转向设备的控制过程的方块图。

＜第一实施例＞

图1中，附图标记10表示输入轴，而附图标记11表示输出轴。附图标记20表示具有基本上呈圆筒形状的外壳。该外壳20设有包括前端壁的前盖20a、前壳20b、后壳20c以及后盖20d。这些前盖20a、前壳20b、后壳20c以及后盖20d通过螺栓彼此连接在一起。

具有作为输入轴(第一输入轴)的齿轮架(第一齿轮架)和作为输出轴(第一输出轴)的中心辊(第一中心辊)的行星辊加速齿轮30，以及用于助力的定位在邻近行星辊加速齿轮30的位置处的蜗杆减速齿轮(蜗轮56和蜗轮57)，容纳在由前盖20a和前壳20b形成的空间内。具有作为输入轴(第二输入轴)的中心辊(第二中心辊)和作为输出轴(第二输出轴)的齿轮架(第二齿轮架)的行星辊减速齿轮40，以及定位在邻近行星辊减速齿轮40的位置处的蜗杆减速齿轮(辊环驱动装置)50，容纳在由后壳20c和后盖20d形成的空间内。

输入轴10穿过前盖20a，并具有齿轮架10a，所述齿轮架10a形成为以厚盘形状扩展。轴承设置在形成于齿轮架10a的后侧表面上的中心部分处的孔中。多个指向后面(即，朝着从输入轴10到输出轴11的方向)的行星销32被设置成垂直于齿轮架10a的后侧表面。

每一个行星辊33都由行星销32通过轴承来支撑，从而能够自由地旋转。行星辊33是带齿辊，每一个行星辊都具有辊子33a以及与辊子33a一体并且同轴的齿轮33b。有意地在齿轮33b和与齿轮33b啮合的齿轮34b之间形成大的齿隙。齿隙是用来避免在没有施加过度扭矩的平常状态下齿轮之间的齿面间的接触，从而能够仅通过辊子33a的摩擦平稳地传递动力。该齿隙还设置在：齿轮33b与中心辊35的齿轮35b之间；行星辊减速齿轮40的行星辊43的齿轮与辊环44的齿轮之间；以及行星辊43的齿轮与中心辊45的齿轮之间。

附图标记34a表示具有滚动面的内环，所述滚动面与行星辊33的辊子33a相接触并且形成在内环内侧。附图标记34b表示与齿轮33b相啮合的内齿轮。辊环34由内环34a和内齿轮34b构成。辊环34具有形成在其外周中的外花键；且外花键与形成在前壳20b的内侧处的内花键相啮合。内环34a和内齿轮34b相互分离以便能够容易地组装。行星辊减速齿轮40的辊环44也具有相同的结构。

辊环34相对于前壳20b的转动通过形成在其外周中的外花键而被防止；不过，辊环34在径向上稍微可动，从而能够自由地弹性变形。该结构能够防止传统的问题，比如辊环34紧固在前壳20b中，以及由于固定到辊环34中的键或销引起的局部硬度改变。附图标记35表示定位成与输入轴10共轴的中心辊。该中心辊35与行星辊33一样具有辊子35a和与辊子35a一体并共轴的齿轮35b。辊颈部分35c设置到中心辊35的前端部，而花键轴35d设置到中心辊35的后端部。

输入轴10由设置在前盖20a中的轴承、并通过行星销32和行星辊33由辊环34可旋转地支撑着，其中所述轴承支撑着比齿轮架10a更靠前地形成的辊颈部分。

中心辊35由行星辊33和支撑位于前面的辊颈部分35c的轴承可旋转地支撑着。

形成在中心辊35后面的花键轴35d通过形成花键毂的套管接头36与在后文描述的行星辊减速齿轮40的中心辊45相连接。

蜗轮56固定到行星辊加速齿轮30侧面上的齿轮架10a上。与蜗轮56啮合并驱动该蜗轮的蜗杆57通过轴承由前壳20b支撑。蜗杆57由与蜗杆57直接接合的助力马达58(参见图3)驱动。控制器70(参考图3)选择助力马达58的转向；且对应于输入轴10所必需的辅助扭矩的电力将被供应到助力马达58上。

这样实现蜗轮56与蜗杆57之间的啮合：使得能够通过采用大的蜗杆导程角来防止它们之间的自锁。利用这种结构，即使在终止向助力马达58供应电力时输入轴10也能转动。

行星辊减速齿轮40是具有作为输入轴的中心辊和作为输出轴的齿轮架的减速齿轮，并具有与行星辊加速齿轮30基本相同的构造。行星辊减速齿轮40容纳在由后壳20c和后盖20d形成的空间内，从而位于关于行星辊加速齿轮30对称的位置处。行星辊减速齿轮40与行星辊加速齿轮30的不同之处在于，辊环44不是紧固到后壳20b上，而是紧固到可旋转的蜗杆减速齿轮50的内侧直径上。

输出轴11的前端部穿过后盖20d，并***后壳20c中。输出轴11具有形成为以厚盘形状扩展的齿轮架11a。在齿轮架11a周围设置轴承。行星销42、行星辊43、辊环44和中心辊45具有与行星辊加速齿轮30的相应元件相同的结构。

输出轴11由设置在后盖20d中的轴承、并通过行星销42、行星辊43、辊环44、蜗轮51和轴承由后壳20c可旋转地支撑着，该后盖20d支撑着比齿轮架11a更靠后地形成的辊颈部分。

附图标记51表示通过紧固在蜗轮51内部的两个轴承由后壳20c和齿轮架11a可旋转地支撑着的蜗轮。前轴承(即，位于输入侧上的轴承)由具有从后壳20c的前端向内弯曲、然后向后弯区的L形横截面的臂部支撑着。后轴承(位于输出侧的轴承)装配到齿轮架11a的外部，以便被保持在与***齿轮架11a中的行星销42相同的横截面位置(即，输出轴11的轴向上的相同位置)处。

花键毂形成在蜗轮51的内部，并与设置在辊环44外周中的外花键相啮合。

附图标记52表示与蜗轮51相啮合的双导程蜗杆。双导程蜗杆52的输入轴与转向角马达55(参见图3)相连接，该马达是紧固到外壳20c的伺服马达。双导程蜗杆52由其两端处的轴承可旋转地支撑着。双导程蜗杆52的推力由两个彼此面对并紧固在输入动力侧的角轴承承受。可以通过调整这两个角轴承的位置来调整双导程蜗杆52与蜗轮51之间的啮合间隙从而使其最小。

当通过使输入轴10旋转而使齿轮架10a旋转时，紧固到齿轮架10a上的多个行星销32也围绕输入轴10旋转。此外，由行星销32可旋转地支撑着的行星辊33将利用与内环34a相接触产生的摩擦力在相反旋转方向上相对于输入轴10绕转。与行星辊33相接触的中心辊35被两者之间的摩擦力驱动，从而在增大转速的同时在与输入轴10相同的旋转方向上旋转。

中心辊35和中心辊45由套管接头36连接；从而，中心辊45将传递其转向和转速与中心辊35的相同的驱动力。该驱动力通过与上述传递路径相反的路径(即，从行星辊43到行星销42的传递路径方向)，然后传递到输出轴11。在如下情况下输入轴10与输出轴11之间的旋转比为1∶1∶行星辊33与行星辊43具有相同的辊子直径；辊环34和行星辊43具有相同的辊子直径；中心辊35与中心辊45具有相同的辊子直径；并且辊环44通过停止蜗杆减速齿轮50的伺服马达55而被固定。

通过致动蜗杆减速齿轮50而使蜗轮51在与输入轴10相同的旋转方向上旋转，由此能够减少行星辊43的旋转；从而，将减小减速比。另一方面，使蜗轮51相对于输入轴10在相反旋转方向上旋转将增加行星辊43的旋转；从而，增大减速比。也就是说，输入轴10与输出轴11之间的旋转比例对应于由减速比所施加的蜗轮51的转速计算得到的值而增大或减小。

由于双导程蜗杆52能减少啮合的齿间隙，所以即使在频繁改变其旋转方向的情况下，其减速精度也不会变差。此外，由于双导程蜗杆52由与双导程蜗杆52直接连接的转向角马达55来驱动，所以能获得任意的减速比。

由于行星辊加速齿轮30和行星辊减速齿轮40利用辊子33、34、35、43、44和45之间产生的摩擦力执行扭矩传输，因此驱动力的传输将安静而平滑地进行；因此，即使是在行星辊加速齿轮30和行星辊减速齿轮40执行互反的旋转的情况下，也能实现小的运动和迅速的反应。

由于其中每一个的节径都与辊子33、34、35、43、44和45的辊子直径相同的齿轮设置在辊子的旁边，因此，即使是在施加了超过辊子之间摩擦力的扭矩载荷时，也能够抑制辊子之间的滑动。从而，有可能防止输入轴10与输出轴11之间的转角的无意识改变。

＜第二实施例＞

就像图2所示的行星辊驱动装置7，当助力机构的蜗轮蜗杆57和66的导程角可能导致两者之间发生自锁、或者当由于蜗轮蜗杆57和66之间存在摩擦而需要对输入轴10执行重操作时，理想的是提供电磁离合器60。在这种情况下，当停止向助力马达58供应电流时，电磁离合器60可自动中断助力扭矩。

电磁离合器60设有：环形磁体61，所述环形磁体61具有U形横截面，以及形成在其内侧以便与齿轮架65a的花键相啮合、并能沿着轴向运动的凹花键；固定到磁体61上的摩擦板62；连至薄壳20e的电磁线圈63；以及迫使磁体61朝向远离蜗轮66的方向、并在其内侧具有星形槽口的复位弹簧64。

为了将电磁离合器60安装到输入轴侧，输入轴10被修改为输入轴65，所述输入轴65具有通过增加输入轴10的齿轮架的厚度而形成的更厚的盘部分；从而，该齿轮架的附图标记改为65a。除了延伸的轴向长度和设置在其外周中的花键65b以外，齿轮架65a的形状与第一实施例的齿轮架10a的形状相同。衬套66a紧固在蜗轮66的内部，以使蜗轮66装配到齿轮架65a的外周上。除了该结构以外，蜗轮66的形状与蜗轮56的完全相同。为了安置电磁离合器60，外壳20的输入轴侧上的内部容积通过把薄壳20e夹在前盖20a与前壳20b之间而被增大。

下面将解释电磁离合器60的操作。当电流供应到助力马达58时，电流流经电磁线圈63，从而施加指向远离蜗轮的方向(即，朝向图2的左侧)的电磁力到磁体61上。然后磁体61被推向蜗轮66侧，且摩擦板62接触蜗轮66并被挤压。然后，来自蜗轮66的助力扭矩经由磁体61和花键65b传输至齿轮架65a。如果由于偶然事件等导致停止向助力马达58供应电流，那么流经电磁线圈63的电流同时被终止，从而失去电磁线圈63的电磁力。然后，磁体61通过复位弹簧64的压迫力向远离蜗轮66的一侧运动；从而断开了磁体61与蜗轮66之间的助力扭矩的传输。因此，磁体61摆脱了助力马达58的机械摩擦阻力。

此外，在第一实施例的行星辊驱动装置3和第二实施例的行星辊驱动装置7中，扭矩辅助机构设置在输入轴10或65侧，而通过转向马达55使辊环44旋转的变速机构设置在输出轴11侧。不过，利用该结构，可以这样布置：使得输入轴10或65用作输出轴，而输出轴11用作输入轴。

图3所示的车辆转向设备设有结构与以上所述内容相同的行星辊驱动装置3(或行星辊驱动装置7)；并且输入轴10(或输入轴65)和转向柄2直接相互接合。扭矩传感器72设置在输入轴10(或输入轴65)上，以测量施加到转向柄2上的转向柄操作扭矩。转向角传感器74设置于行星辊驱动装置3的输出轴11。输出轴11与转向装置4的输入轴相连接。转向装置4将输出轴11的旋转运动转换为水平方向上的直线运动，从而执行轮5的转向操作。附图标记75表示直接连接到助力马达58的转轴上的编码器。附图标记73表示直接连接到转向马达55的编码器，该编码器改变行星辊驱动装置3的输出轴11的转速。编码器75将在助力马达58进行驱动的同时精确测量输入轴10(或输入轴65)的转角。

以下，将参考图3所示的示意图和图4所示的控制方块图来阐述车辆转向设备的控制过程。

当车辆行驶时，车速信号从车速传感器71传送到控制器70。当操作转向柄2时，来自转向角传感器74的转向角信号和由设在转向柄2(输入轴10)上的扭矩传感器72测得的操作扭矩被传送到控制器70。

在控制器70中，来自转向角传感器74的转向角信号被传送到比较电路81。比较电路81在转向角和转速设定装置中设定的角速度中选择对应于转向角信号的角速度；然后通过转向角转速控制电路83、输出电路84和旋转方向切换电路驱动转向角马达55以选定的角速度旋转。这时，转向角传感器74参考转向中点检测旋转方向(即，右或左)，并且其后，旋转方向切换电路85切换电流的流动方向。因此，不管旋转方向是右还是左，都会执行对应于转向角的相同转向角速度变化。将通过编码器75测量转向角马达55的旋转。来自编码器75的信号反馈到转向角速度控制电路83。转向角速度控制电路83确认转向角马达55是否被控制成设定速度，并根据需要调整转向角马达55。

辅助扭矩控制电路89采用在(i)依据比较电路86在来自转向角传感器74的转向角信号与“对应于转向角的辅助扭矩设定值”之间的比较结果选择的辅助扭矩，和(ii)依据比较电路88在来自车速传感器71的车速信号与对应于车速的来自辅助扭矩设定装置87的辅助扭矩之间的比较结果选择的辅助扭矩之间的较大辅助扭矩。通过输出电路90和旋转方向切换电路91传输选定的辅助扭矩，以便以选定的辅助扭矩驱动辅助马达58。旋转方向切换电路91从转向角传感器74接收指示转向柄旋转方向(即，顺时针方向或逆时针方向)的信号，并对应于旋转方向切换电流方向。然后，将具有选定旋转方向(即，顺时针方向或逆时针方向)的辅助扭矩施加到输出轴11。来自扭矩传感器72的信号指示通过从对应于实际操纵动力的扭矩中减去辅助扭矩而获得的(转向柄的)扭矩；从而，比较电路92比较该扭矩与普通的操纵操作扭矩，并控制该辅助扭矩以便使它们之间没有差异。

尽管以上已经说明和描绘了本发明的优选实施例，但应该理解的是这些是本发明的示例，不应被认为是限制。可以进行补充、省略、替代和其他修改而不会脱离本发明的主旨和范围。因此，本发明不应被认为由前面的说明来限定，而仅由所附的权利要求的范围来限定。

Claims (6)

1.一种行星辊驱动装置，包括：

具有作为第一输入轴的第一齿轮架和作为第一输出轴的第一中心辊的行星辊加速齿轮；

具有作为第二输入轴的第二中心辊和作为第二输出轴的第二齿轮架的行星辊减速齿轮，所述第二输入轴与第一输出轴相连接；

驱动行星辊加速齿轮的第一辊环和行星辊加速齿轮的第二辊环中的一个的辊环驱动机构；

容纳行星辊加速齿轮、行星辊减速齿轮和辊环驱动机构的外壳；

对应于外部环境条件控制辊环驱动机构的旋转的辊环旋转控制电路；以及

设置在外壳中并向第一输入轴或第二输出轴提供辅助扭矩的扭矩辅助机构。

2.根据权利要求1的行星辊驱动装置，其中

扭矩辅助机构包括：

马达；

直接连接马达的减速齿轮，所述齿轮直接连接到马达上；以及

辅助扭矩控制电路，所述电路控制马达输出，从而对应于外部环境条件来控制所述辅助扭矩。

3.根据权利要求2的行星辊驱动装置，其中

直接连接马达的减速齿轮是具有蜗杆导程角的蜗杆减速齿轮，所述导程角在即使动力从蜗轮传送到蜗杆时也能防止自锁。

4.根据权利要求2的行星辊驱动装置，

直接连接马达的减速齿轮是蜗杆减速齿轮，行星辊驱动装置还包括当不向马达供应电流时终止传输辅助扭矩的电磁离合器。

5.根据权利要求3的行星辊驱动装置，还包括

直接连接到蜗杆减速齿轮的蜗杆轴上并测量蜗杆轴的转角的编码器。

6.一种转向设备，包括：

根据权利要求1的行星辊驱动装置；

连接到第一输入轴的转向柄；以及

连接到第二输出轴的转向装置。

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