RU2370398C2

RU2370398C2 - Electric power steering with wave reducer, active steering control with cycloidal variator

Info

Publication number: RU2370398C2
Application number: RU2007127942/11A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Константинович Снимщиков (RU); Вячеслав Константинович Снимщиков
Original assignee: Вячеслав Константинович Снимщиков
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-10-20
Also published as: RU2007127942A

Abstract

FIELD: motor industry.

SUBSTANCE: in active steer control reducer used to transmit rotation from control element to wheel is represented by cycloidal reducer, intermediate revolution body of which is installed on shaft (6) of control external drive, gears (7, 8) of stages are installed with the possibility of free rotation on this shaft and are connected to inlet (2) and output (4) shafts of steering control. Control external drive rotates shaft (6) with alternating frequency by signals of control unit depending on vehicle speed, angle of control element turn and speed of its rotation, at the same time transmission ratio of reducer varies in wide range. In electric power steering reducer that transmits rotation from electric engine to steering control shaft is represented by wave gear.

EFFECT: increased efficiency factor and loading capacity of cycloidal gear, reduced wear of rubbing parts due to multiply paired engagement, simplified manufacturing.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области автомобилестроения.The invention relates to the field of automotive industry.

Известен усилитель рулевого управления, содержащий в качестве редуктора, передающего вращение от электродвигателя к валу рулевой колонки, червячную передачу (журнал "За рулем", №10, 2000 г., «В недрах ЭУРа» А.Будкин, а также http://zr.ru/articles/40870). Недостатком его является сложность изготовления трехзаходного эвольвентного червяка, постоянное передаточное отношение, недостаточная обратная связь.Known power steering, containing as a gearbox transmitting rotation from an electric motor to the steering column shaft, a worm gear (Za Rulem magazine, No. 10, 2000, “In the bowels of the EUR”, A. Budkin, as well as http: // zr.ru/articles/40870). Its disadvantage is the difficulty of manufacturing a three-way involute worm, a constant gear ratio, and insufficient feedback.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является активное рулевое управление автомобилей БМВ (Active Steering), имеющее в качестве редуктора планетарный редуктор, водило которого перемещается электродвигателем через червячную передачу, регулированием оборотов которого достигается управление передаточным числом редуктора (журнал "За рулем", №10, 2002, «На пути к джойстику» А.Фомин, а также http://zr.ru/articles/41034). Недостатком его является наличие червячной передачи, сложность технологии изготовления, необходимость применения мощного высокомоментного электродвигателя.The closest analogue of the proposed device is the active steering of BMW cars (Active Steering), which has a planetary gear as a reducer, the carrier of which is driven by an electric motor through a worm gear, the speed control of which is achieved by controlling the gear ratio of the gearbox (Za Rulem magazine, No. 10, 2002 , “On the Way to the Joystick” by A. Fomin, as well as http://zr.ru/articles/41034). Its disadvantage is the presence of a worm gear, the complexity of manufacturing technology, the need to use a powerful high-torque electric motor.

Целью изобретения является увеличение возможностей регулирования передаточного числа в широком диапазоне, ресурса рулевого управления и улучшение его технических характеристик.The aim of the invention is to increase the ability to control the gear ratio in a wide range, the resource of the steering and the improvement of its technical characteristics.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве редуктора, передающего вращение от органа управления к колесам, применен циклоидальный редуктор, промежуточное тело вращения которого установлено на валу управляющего внешнего привода, имеющего возможность вращения и фиксации, а шестерни ступеней, установленные с возможностью свободного вращения на этом валу, связаны с входным и выходным валами рулевого управления, причем при активизации управляющий внешний привод вращает вал с переменной частотой по сигналам блока управления в зависимости от скорости автомобиля, угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит изменение передаточного отношения редуктора в широком диапазоне. В упрощенном варианте может быть применена волновая передача (редуктор), содержащая генератор волн на валу электродвигателя, гибкое колесо, неподвижно закрепленное в корпусе, жесткое колесо, связанное с валом рулевого управления, причем электродвигатель вращает вал по сигналам блока управления в зависимости от угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит усиление момента вращения от органа управления к управляемым колесам.This goal is achieved by the fact that as a gearbox transmitting rotation from the control to the wheels, a cycloidal gearbox is used, the intermediate body of rotation of which is mounted on the shaft of the control external drive that can be rotated and fixed, and the gears of the steps are installed with the possibility of free rotation on this the shaft are connected to the input and output steering shafts, and when activated, the control external drive rotates the shaft with a variable frequency according to the signals of the control unit depending ing on the vehicle speed, turning angle control body and its rate of rotation, wherein a change gear ratio in a wide range. In a simplified version, a wave transmission (gearbox) may be used, comprising a wave generator on the motor shaft, a flexible wheel fixedly mounted in the housing, a rigid wheel connected to the steering shaft, the electric motor rotating the shaft according to the signals of the control unit depending on the angle of rotation of the body control and speed of rotation, while there is an increase in the torque from the control to the steered wheels.

На чертеже изображен в разрезе (вид сверху) циклоидальный вариатор в сборе с валом рулевого управления.The drawing shows in section (top view) a cycloidal variator assembly with a steering shaft.

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ВАРИАТОРОМ содержит корпус 1, в котором с возможностью вращения установлены входной вал 2 рулевого управления с шестерней 3 и выходной вал 4 с шестерней 5, вал 6 внешнего привода, ведомую шестерню 7, связанную с шестерней 3 входного вала рулевого управления, установленную с возможностью свободного вращения на валу 6 внешнего привода и выполненную заодно с внутренней шестерней 8, имеющей в качестве образующей замкнутую гипоциклическую поверхность, промежуточное тело вращения, установленное на эксцентрике 9, жестко связанном с валом 6 внешнего привода, состоящее из колеса 10 первой ступени и сателлита 11 второй ступени, имеющего в качестве образующей замкнутую гипоциклическую поверхность, солнечное колесо 12 второй ступени с интегрированной ведущей шестерней 13, связанной с шестерней 5 выходного вала рулевого управления и установленной с возможностью свободного вращения на валу 6 внешнего привода.STEERING WITH A CYCLOIDAL VARIATOR includes a housing 1, in which the input shaft 2 of the steering with gear 3 and the output shaft 4 with gear 5, the shaft 6 of the external drive, the driven gear 7 connected to the gear 3 of the input steering shaft, mounted with the possibility of free rotation on the shaft 6 of the external drive and made integral with the internal gear 8, having as a generator a closed hypocyclic surface, an intermediate rotation body mounted on an eccentric 9, tightly connected to the shaft 6 of the external drive, consisting of a wheel 10 of the first stage and a satellite 11 of the second stage, having a closed hypocyclic surface forming a sun wheel 12 of the second stage with an integrated drive gear 13 connected to the gear 5 of the output steering shaft and installed with the possibility of free rotation on the shaft 6 of the external drive.

ЭЛЕКТРОУСИЛИТЕЛЬ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ С ВОЛНОВЫМ РЕДУКТОРОМ содержит корпус, в котором с возможностью вращения установлены вал электродвигателя и жесткое колесо волновой передачи, связанное с валом рулевого управления, генератор волн на валу электродвигателя, гибкое колесо, неподвижно закрепленное в корпусе, жесткое колесо связано с валом рулевого управления.The power steering with a wave reducer comprises a housing in which the motor shaft and a rigid wave transmission wheel connected to the steering shaft, a wave generator on the electric motor shaft, a flexible wheel fixedly mounted in the housing, and a rigid wheel are connected to the steering shaft are rotatably mounted .

Активное рулевое управление с циклоидальным вариатором (далее ЦВ) работает следующим образом. При отсутствии момента вращения на валу 6 управляющего привода и жесткой его фиксации ЦВ работает как редуктор с постоянным передаточным отношением, например, 1:18 (это отношение устанавливается применением стандартного рулевого механизма, например, реечного с учетом передаточного числа самого циклоидального редуктора). В таком случае, для поворота управляемых колес на 60° необходимо осуществить поворот органа управления на 1080° или три оборота. Таким образом, при отсутствии напряжения в бортовой сети автомобиль управляется по традиционной схеме с отсутствием усилителя, но с наличием механической связи между органом управления и колесами.Active steering with a cycloidal variator (hereinafter referred to as CV) operates as follows. In the absence of a torque on the shaft 6 of the control drive and its rigid fixation, the CV operates as a gearbox with a constant gear ratio, for example, 1:18 (this ratio is established by using a standard steering gear, for example, rack and pinion, taking into account the gear ratio of the cycloidal gear itself). In this case, to rotate the steered wheels by 60 °, it is necessary to rotate the control by 1080 ° or three turns. Thus, in the absence of voltage in the on-board network, the car is controlled according to the traditional scheme with the absence of an amplifier, but with the presence of a mechanical connection between the control and the wheels.

Для осуществления функции изменения передаточного числа необходимо привести во вращение вал 6 управляющего внешнего привода с установленным на нем промежуточным телом вращения, причем благодаря циклоидальному зацеплению передаточное число редуктора может достигать значительных величин (1:50 и более), что способствует расширению диапазона регулирования передаточного отношения всего механизма по сравнению с червячной передачей. Колесо 10 первой ступени, обкатываясь по поверхности внутренней шестерни 8, и сателлит 11, перемещаясь внутри солнечного колеса 12 в зависимости от того, совпадает ли направление вращения вала 6 с направлением вращения шестерни 7 или противоположно ему, ускоряет либо замедляет вращение шестерни 11 относительно шестерни 7, причем активизированный управляющий привод вращает вал с переменной частотой по сигналам блока управления в зависимости от скорости автомобиля, угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит изменение передаточного отношения редуктора в широком диапазоне.To carry out the function of changing the gear ratio, it is necessary to rotate the shaft 6 of the control external drive with an intermediate body of rotation mounted on it, and thanks to cycloidal gearing, the gear ratio of the gearbox can reach significant values (1:50 or more), which helps to expand the range of regulation of the gear ratio of mechanism compared to worm gear. The wheel 10 of the first stage, running around the surface of the inner gear 8, and the satellite 11, moving inside the sun wheel 12, depending on whether the direction of rotation of the shaft 6 coincides with the direction of rotation of the gear 7 or opposite to it, accelerates or slows down the rotation of gear 11 relative to gear 7 moreover, the activated control drive rotates the shaft with a variable frequency according to the signals of the control unit, depending on the speed of the car, the angle of rotation of the control and the speed of rotation, changing gear ratio in a wide range.

Возможно также обратное присоединение входного и выходного валов рулевого управления, при котором передаточное число ЦВ становится меньше единицы.It is also possible to reverse the input and output steering shafts, in which the gear ratio of the CV becomes less than one.

Последовательное соединение двух и более ЦВ с общим управляющим приводом позволяет изменять общее передаточное число пропорционально передаточному числу одного звена в степени, равной количеству звеньев, что уменьшает необходимый диапазон изменения числа оборотов управляющего привода.The serial connection of two or more CVs with a common control drive allows you to change the total gear ratio in proportion to the gear ratio of one link to an extent equal to the number of links, which reduces the necessary range of variation in the number of revolutions of the control drive.

Как вариант возможно изготовление редуктора, в котором шестерня 3 входного вала 2 связана с солнечным колесом первой ступени, шестерня 5 выходного вала 4 связана с солнечным колесом второй ступени, а промежуточное тело вращения выполнено в виде сдвоенного сателлита.Alternatively, it is possible to manufacture a gearbox in which the gear 3 of the input shaft 2 is connected with the sun wheel of the first stage, the gear 5 of the output shaft 4 is connected with the sun wheel of the second stage, and the intermediate rotation body is made in the form of a twin satellite.

В качестве управляющего внешнего привода вала 6 может быть применен электродвигатель.An electric motor can be used as a control external drive of the shaft 6.

Электроусилитель рулевого управления с волновым редуктором работает следующим образом. При повороте органа управления на некоторый угол сигнал с торсионного датчика поступает в блок управления, который дает команду на вращение вала электродвигателя, который вращает вал по сигналам блока управления в зависимости от угла поворота органа управления и скорости его вращения. Генератор волн через неподвижное гибкое колесо передает вращение на жесткое колесо и далее на вал рулевого управления, при этом происходит усиление момента вращения от органа управления к управляемым колесам. Благодаря значительному дипазону возможностей волновой передачи по выбору передаточного отношения также увеличиваются возможности настройки рулевого управления, а компактные, в сравнении с червячной передачей, размеры упрощают интеграцию механизма в рулевое управление.Electric power steering with a wave gear operates as follows. When the control is rotated by a certain angle, the signal from the torsion sensor enters the control unit, which gives the command to rotate the motor shaft, which rotates the shaft according to the signals of the control unit depending on the angle of rotation of the control and its speed of rotation. The wave generator through a stationary flexible wheel transmits rotation to the hard wheel and then to the steering shaft, while the torque is increased from the control to the steered wheels. Due to the significant range of wave transmission options for selecting the gear ratio, the steering settings are also increased, and their compact dimensions, compared to the worm gear, simplify the integration of the mechanism into the steering.

Достоинство предлагаемого изобретения заключается в высоком КПД и нагрузочной способности циклоидальной передачи, уменьшении износа трущихся деталей за счет многопарности зацепления, широком диапазоне передаточных отношений и регулирования, простоте изготовления. Продольное (параллельно валу рулевого управления) расположение вала управляющего привода (электродвигателя) предоставляет в некоторых случаях преимущество в компоновке рулевого управления по сравнению с поперечно расположенным червячным редуктором.The advantage of the invention lies in the high efficiency and load capacity of the cycloidal transmission, reducing wear of the rubbing parts due to multi-pair engagement, a wide range of gear ratios and regulation, ease of manufacture. The longitudinal (parallel to the steering shaft) arrangement of the control drive shaft (electric motor) provides, in some cases, an advantage in the layout of the steering compared to a transversely mounted worm gear.

Claims

1. Активное рулевое управление, отличающееся тем, что в качестве редуктора, передающего вращение от органа управления к колесам, применен циклоидальный редуктор, промежуточное тело вращения которого установлено на валу управляющего внешнего привода, имеющего возможность вращения и фиксации, а шестерни ступеней, установленные с возможностью свободного вращения на этом валу, связаны с входным и выходным валами рулевого управления, причем управляющий внешний привод вращает вал с переменной частотой по сигналам блока управления в зависимости от скорости автомобиля, угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит изменение передаточного отношения редуктора в широком диапазоне.1. Active steering, characterized in that as a gearbox transmitting rotation from the control to the wheels, a cycloidal gearbox is used, the intermediate body of rotation of which is mounted on the shaft of the control external drive, which has the ability to rotate and fix, and the gears of the steps are installed with the possibility free rotation on this shaft are connected with input and output steering shafts, and the control external drive rotates the shaft with a variable frequency according to the signals of the control unit depending depending on the speed of the car, the angle of rotation of the control element and the speed of its rotation, while the gear ratio changes in a wide range.

2. Активное рулевое управление по п.1, отличающееся тем, что циклоидальный редуктор содержит ведомую шестерню, установленную с возможностью свободного вращения на валу внешнего привода и выполненную заодно с внутренней шестерней, имеющей в качестве образующей замкнутую гипоциклическую поверхность, промежуточное тело вращения, установленное на эксцентрике, жестко связанном с валом внешнего привода, состоящее из колеса первой ступени и сателлита второй ступени, имеющего в качестве образующей замкнутую гипоциклическую поверхность, солнечное колесо второй ступени с интегрированной ведущей шестерней, установленной с возможностью свободного вращения на валу внешнего привода, причем ведомая шестерня связана с шестерней входного вала рулевого управления, ведущая шестерня связана с шестерней выходного вала рулевого управления, при этом передаточное число редуктора при фиксированном вале внешнего привода больше единицы.2. The active steering according to claim 1, characterized in that the cycloidal gearbox comprises a driven gear installed with the possibility of free rotation on the shaft of the external drive and made integral with the internal gear having, as forming a closed hypocyclic surface, an intermediate rotation body mounted on an eccentric, rigidly connected to the shaft of the external drive, consisting of a wheel of the first stage and a satellite of the second stage, which has as a generator a closed hypocyclic surface the second stage gear wheel with an integrated drive gear installed with the possibility of free rotation on the shaft of the external drive, the driven gear being connected to the gear of the input steering shaft, the driving gear connected to the gear of the output steering shaft, while the gear ratio of the gearbox with the fixed shaft of the external drive more than one.

3. Активное рулевое управление по п.1, отличающееся тем, что применено последовательное соединение двух и более циклоидальных вариаторов с общим управляющим приводом, при этом общее передаточное число изменяется пропорционально передаточному числу одного звена в степени, равной количеству звеньев.3. Active steering according to claim 1, characterized in that the serial connection of two or more cycloidal variators with a common control drive is used, while the total gear ratio varies in proportion to the gear ratio of one link to the degree equal to the number of links.

4. Активное рулевое управление по п.1, отличающееся тем, что внешний привод выполнен в виде электродвигателя.4. Active steering according to claim 1, characterized in that the external drive is made in the form of an electric motor.

5. Электроусилитель рулевого управления, отличающийся тем, что в качестве редуктора, передающего вращение от электродвигателя на вал рулевого управления, применена волновая передача (редуктор), содержащая генератор волн на валу электродвигателя, гибкое колесо, неподвижно закрепленное в корпусе, жесткое колесо, связанное с валом рулевого управления, причем электродвигатель вращает вал по сигналам блока управления в зависимости от угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит усиление момента вращения от органа управления к управляемым колесам. 5. Electric power steering, characterized in that as a gearbox transmitting rotation from the electric motor to the steering shaft, a wave transmission (gearbox) is used, comprising a wave generator on the electric motor shaft, a flexible wheel fixedly mounted in the housing, a hard wheel associated with the steering shaft, and the electric motor rotates the shaft according to the signals of the control unit depending on the angle of rotation of the control element and its rotation speed, while the torque is increased from Ghana of management to steered wheels.