专利名称：可变转向传动比的电动助力转向系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车制造技术领域，具体涉及一种可变转向传动比的电动助力转向系统。
背景技术：
汽车转向器作为汽车的重要零部件，其性能的好坏直接影响着汽车行驶的安全性和可 靠性。我国在发展汽车零部件的政策规划中，己将转向器列为优先发展的25种汽车关键 零部件之一。汽车电动助力转向在国外已部分取代传统液压动力转向，在国内EPS已成为 现代汽车技术新的研究热点。EPS采用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元 (Electric Control Unit,简称ECU)控制。它能节约燃料，提高主动安全性，且有利于环 保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术，所以一经出现就受到高度重视。国外各大 汽车公司对EPS的研究已经有20多年的历史，但是很长一段时间一直都没有取得大的进 展，其主要原因是EPS的成本太高。然而近几年来，随着电子技术的突飞猛进，电子元器 件价格的不断降低，大幅度降低EPS的成本己成为可能，加上EPS具有一系列较之传统转 向系统不可比拟的优点，使得它越来越受到人们的青睐。
但是现有的EPS不能改变转向传动比，即转向盘相对前轮的转向传动比是严格固定的， 这在很大程度上决定了方向的灵敏度、转向反馈力和路感，所以转向系统带来的驾驶感受 也不能改变(转向传动比小方向就灵敏、方向较重、路感强，转向传动比大方向平稳、转 向舒适、缺乏路感，设计师只能根据车型的定位选择一个合适的转向传动比，转向感受也 因此而不能改变)目前比较先进的助力转向也只能将转向力保持在某一个设定值上，而路 感和转向灵敏度是无法通过变动助力而改变的。这种设计的缺陷主要表现为低速或停车 工况下驾驶员需要大角度地转动转向盘，而高速时又不能满足低转向灵敏度的要求，否则 车辆的稳定性和安全性会随之下降。因此，同时满足转向系统在低速时的灵活性要求与高 速时的稳定性要求是当今车辆转向系统设计的核心问题之一。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种使汽车转向系统既能达 到转向助力的功能，又能根据车速去改变转向传动比的电动助力转向系统。本实用新型的目的是这样实现可变转向传动比的电动助力转向系统，包括转向盘、 转向轴、转矩传感器、电机助力器、ECU和齿轮齿条转向器；其特征在于，所述电机助力 器由转向传动轴、蜗轮一、蜗杆一、电磁阀和转向输出轴构成；所述转向变速箱由蜗轮二、 蜗杆二、主动太阳轮、行星轮和被动太阳轮构成变速机构；主动太阳轮与行星轮啮合，行 星轮与被动太阳轮啮合构成行星齿轮机构；转向传动轴与行星轮系的行星架固定连接，蜗 轮二与行星轮系的主动太阳轮固定连接，行星轮空套在行星架上，从动太阳轮与输出轴连 接。
本实用新型根据车速控制行星轮系完成低速时减小转向传动比，减小转向灵敏度和高 速时增大转向传动比增强路感的功能，从而增加汽车行驶的稳定性和安全性。它兼具了传 统机械转向系和电子转向系的优点，它既有机械转向传动机构，保证驾驶员有真实的路感， 又可以通过ECU控制电机运转，实现不同车速时转向的主动叠减或叠加，实现角传动比的 连续变化，从而将转向的灵敏性、轻便性和稳定性完美结合，提高操纵性能和安全性。
相比现有技术，它具有如下优点保留了原来从转向盘到转向轮的机械连接,在电机 发生故障时仍能保证转向安全性。与传统转向系统相比，仅在转向管柱上加入行星齿轮机 构，而原有齿轮齿条转向器的摩擦及刚度条件不变，对驾驶员来说有利于保持原有的操纵 感觉；由行星齿轮机构产生的作用反力矩，可通过改变原有的助力控制进行补偿。行星齿 轮机构运行于低速条件,有利于减少噪声。行星齿轮机构与转向管柱、转向小齿轮集成在 一起，结构更加紧凑。
图1是本实用新型的结构原理示意图2是本实用新型助力与变速机构的结构原理图3是转向角叠加过程示意图。
具体实施方式
如图1所示，可变转向传动比的电动助力转向系统，包括转向盘1、转向轴2、转矩 传感器3、电机助力器4、转向变速箱5、 ECU 6和齿轮齿条转向器8;为了能够具有可变 传动，设计采用一套行星齿轮机构，通过两个输入端一起作用达到变传动比输出的功能。 其中一个输入端为转向轴，另一个为电机驱动的蜗轮蜗杆，两个输入叠加在一起。图中， 7是车速信号，9是拉杆，IO是轮胎。本实用新型微电脑控制单元(ECU)接收从转矩传 感器3的转矩信号和车速传感器车速信号，通过运算输出电流信号到助力电机1和变传动 比电机2，从而实现总体控制功能。参见图2，所述电机助力器4，由转向传动轴21、蜗轮一 22、蜗杆一 23、电磁阀24 和转向输出轴30构成助力机构；转向变速箱5主要由蜗轮二25、蜗杆二26、主动太阳轮 27、行星轮28和被动太阳轮29构成的变速机构；主动太阳轮27与行星轮28啮合，行星 轮28与被动太阳轮29啮合构成行星齿轮机构；转向传动轴21与行星轮系的行星架固定 连接，蜗轮二25与行星轮系的主动太阳轮27固定连接，行星轮28空套在行星架上，从 动太阳轮29与输出轴30连接。
通常情况下，主动太阳轮和伺服电机是共同工作的，车轮转角是驾驶员转向角和伺服 电机调节转向角的叠加。
转向角的叠加实现如图3所示，总转向角S等于驾驶员转向盘转角和调节电机转角之
和，
公式= +<formula>formula see original document page 5</formula>
式(l)给出了小齿轮转角、转向盘转角和电机转角的关系，&,为电机转角，^为从动太阳
轮转角(既总转角)，^为转向盘转角，^为电机头部处蜗轮蜗杆的传动比；式(2)中的 Fse为^和前轮转角^的非线性函数关系；式(3)给出了 &和&的关系，！'v为整个转向系
统传动比。
为了满足转向系统低速轻便、高速稳定的要求，在设计时可事先根据理想的转向动态 响应特性求出传动比、转向盘转角和车速的关系，并做成表格存储于ECU中。在实际行驶 过程中，ECU根据当前车速和转向盘转角获得当前所需的传动比，再根据转向盘转角、主动 锥齿轮转角和齿条位移、前轮转角的非线性函数关系推得所需的电机转角，最后驱动电机 转过相应的角度，计算公式如式(4)所示。
<formula>formula see original document page 5</formula>其中^表示车辆的纵向车速。低速时，电动马达驱动的主动太阳轮转动方向与方向盘
转动相反，叠加后增加了实际的转向角度，可以减少转向力的需求。高速时，电动马达驱 动的行星架转动方向与方向盘转动相同，叠加后减少了实际的转向角度，汽车的反应会更 加"迟钝"，提高了汽车的稳定性和安全性。
该系统传动比在10—20之间，低速情况下，通过行星齿轮机构伺服电机2的调整角 和转向盘转角反向输入，使得系统的传动比较小，实际上是增大了驾驶员的转向角输入， 从而获得较大的期望横摆角速度增益并使得转向轻便；在中、高速情况下，伺服电机的调 整角和转向盘转角同向输入使得系统的传动比较大，实际上是减小驾驶员的转向角输入， 减小期望横摆角速度增益，并逐步提高车辆的稳定性。
由于电机转速过^:，电机输入端采用蜗轮蜗杆进行减速，蜗轮蜗杆设计使其螺旋角大 于当量摩擦角，从而使其具有自锁功能。 一旦发生故障，调节伺服电机2断电，蜗轮蜗杆 形成自锁，主动太阳轮锁止，只存在一个输入端，由转向轴单独输入，不影响其机械转向 的功能，这样可以有效的避免危险的发生。
而当伺服电机2即涡轮固定不动时，转向盘转角通过行星架将动力传递给行星齿轮机 构的从动太阳轮来输出。与此同时，前轴上的地面反力也通过相同的途径为驾驶员提供转 向路感，这也是在不装备该转向系统的车辆上驾驶员对于前轮转向的操纵过程。
或当转向盘不动，即行星架固定时，可由伺服电机驱动涡轮通过行星齿轮机构将动力 传递给从动太阳轮。
电机助力部分工作原理微电脑控制单元(ECU)根据转向传感装置和车速传感器传 出的信号，确定转向助力的大小和方向，并驱动电机辅助转向操作。电磁阀接收ECU传递 的电信号控制蜗轮与中间轴的连接，当无须助力或出现故障的时候ECU会停止传输电信号， 电磁阀断电，蜗轮与中间轴的连接断开，助力停止，但不影响转向功能的继续，进入机械 转向。
权利要求1、可变转向传动比的电动助力转向系统，包括转向盘(1)、转向轴(2)、转矩传感器(3)、电机助力器(4)、ECU(6)和齿轮齿条转向器(8)；其特征在于，所述电机助力器(4)由转向传动轴(21)、蜗轮一(22)、蜗杆一(23)、电磁阀(24)和转向输出轴(28)构成；所述转向变速箱(5)由蜗轮二(25)、蜗杆二(26)、主动太阳轮(27)、行星轮(28)和被动太阳轮(29)构成变速机构；主动太阳轮(27)与行星轮(28)啮合，行星轮(28)与被动太阳轮(29)啮合构成行星齿轮机构；转向传动轴(21)与行星轮系的行星架固定连接，蜗轮二(25)与行星轮系的主动太阳轮(27)固定连接，行星轮(28)空套在行星架上，从动太阳轮(29)与输出轴(30)连接。
专利摘要可变转向传动比的电动助力转向系统，包括转向盘、转向轴、转矩传感器、电机助力器、ECU和齿轮齿条转向器；所述电机助力器由转向传动轴、蜗轮一、蜗杆一、电磁阀和转向输出轴构成；所述转向变速箱由蜗轮二、蜗杆二、主动太阳轮、行星轮和被动太阳轮构成变速机构；主动太阳轮与行星轮啮合，行星轮与被动太阳轮啮合构成行星齿轮机构；转向传动轴与行星轮系的行星架固定连接，蜗轮二与行星轮系的主动太阳轮固定连接，行星轮空套在行星架上，从动太阳轮与输出轴连接。它既有机械转向传动机构，又可以通过ECU控制电机运转，实现不同车速时转向的主动叠减或叠加，实现角传动比的连续变化，从而将转向的灵敏性、轻便性和稳定性完美结合，提高操纵性能和安全性。
文档编号B62D3/00GK201261490SQ200820098629
公开日2009年6月24日 申请日期2008年6月23日 优先权日2008年6月23日
发明者叶宝林, 睿 周, 星 张, 张仕锡, 杨翔宇, 程清宽, 辉 邓 申请人:重庆工学院