专利名称：用于车辆的转向系统及具有该转向系统的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆领域，具体而言，涉及一种用于车辆的转向系统及具有该转向系统的车辆。
背景技术：
现有的主动控制转向系统中电机通过涡轮蜗杆传动来带动保持架转动，电机以及蜗轮蜗杆均位于保持架 的一侧，从而使得现有的转向系统存在结构复杂、体积大、传动效率低的缺陷。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于车辆的转向系统，所述用于车辆的转向系统通过将电机与输入轴同轴布置，从而使得所述转向系统的体积更小，进而使得所述转向系统更容易布置在车辆上。本发明的另一个目的在于提出一种具有所述转向系统的车辆。为了实现上述目的，根据本发明第一方面的实施例提出一种用于车辆的转向系统。所述用于车辆的转向系统包括:输入轴，所述输入轴的一端适于与所述车辆的方向盘相连；电机，所述电机包括定子和可在所述定子内转动的转子，所述转子套在所述输入轴的外面且相对于所述输入轴可转动，所述转子的旋转轴线与所述输入轴的中心轴线重合；保持架，所述输入轴的另一端固定在所述保持架上；小太阳轮和大太阳轮，所述小太阳轮与所述转子相连，所述小太阳轮与所述大太阳轮彼此间隔开且所述小太阳轮的中心轴线、所述大太阳轮的中心轴线与所述输入轴的中心轴线重合；短行星轮和长行星轮，所述短行星轮绕所述短行星轮的中心轴线可转动地设在所述保持架上，所述短行星轮与所述小太阳轮啮合，所述长行星轮绕所述长行星轮的中心轴线可转动地设在所述保持架上，所述长行星轮分别与所述大太阳轮和所述短行星轮啮合；以及输出轴，所述输出轴的一端与所述大太阳轮相连且另一端适于与转向机构相连，所述输出轴的中心轴线与所述输入轴的中心轴线重合。
根据本发明实施例的用于车辆的转向系统通过将所述电机的转子套在所述输入轴的外面，且使所述转子的旋转轴线与所述输出轴的中心轴线重合，即使得所述电机与所述输入轴同轴布置，从而使得所述转向系统的体积更小，进而使得所述转向系统更容易布置在所述车辆上。此外，根据本发明实施例的用于车辆的转向系统通过齿轮传动代替涡轮蜗杆的传动，不仅结构简单而且传动效率更高。另外，根据本发明上述实施例的用于车辆的转向系统还可以具有如下附加的技术特征:根据本发明的一个实施例，所述短行星轮为多个且在所述小太阳轮的周向上均匀分布，所述长行星轮为多个且在所述大太阳轮的周向上均匀分布，所述短行星轮与所述长行星轮分别一一对应。由此可以使所述转向系统的受力更均匀，从而使得所述转向系统的运动更稳定，进而进一步保证了所述转向系统的转向稳定性。根据本发明的一个实施例，所述输入轴与所述保持架焊接成一体。根据本发明的一个实施例，所述转子与所述输入轴之间设置有第一滚动轴承。由此可以使所述转子与所述输入轴之间的相对转动时摩擦阻力更小，相对转动更顺畅。根据本发明的一个实施例，所述小太阳轮与所述输入轴之间设置有第二滚动轴承。由此可以使所述小太阳轮与所述输入轴之间的相对转动时摩擦阻力更小，相对转动更顺畅。根据本发明的一个实施例，所述电机为永磁同步电机和步进电机中的一种。由此可以使所述转向系统的适用范围更广。根据本发明的一个实施例，所述用于车辆的转向系统还包括用于将所述转子与所述输入轴强制锁止在一起的锁止装置。由此可以增加所述转向系统的可靠性，从而提高所述车辆的安全性。根据本发明的一个实施例，所述锁止装置为离合器。
根据本发明第二方面的实施例提出一种车辆，所述车辆包括根据本发明第一方面所述的转向系统。由此所述车辆具有布置容易、安全性能高、操控性好等优点。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是根据本发明实施例的车辆的局部的结构示意图；图2是根据本发明实施例的用于车辆的转向系统的局部的结构示意图；图3是根据本发明实施例的用于车辆的转向系统的电机、输入轴和输出轴的转速关系图；图4是根据本发明实施例的用于车辆的转向系统在输入轴转速一定时电机和输出轴的转速关系图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面参照图1-图2描述根据本发明实施例的用于车辆10的转向系统100。如图1-图2所示，根据本发明实施例的用于车辆10的转向系统100包括输入轴110、电机120、保持架130、小太阳轮140、大太阳轮150、短行星轮160、长行星轮170和输出轴180。输入轴110的一端适于与车辆10的方向盘200相连，由此可以将驾驶员手动旋转方向盘200的力转换为输入轴110的旋转。电机120包括定子121和可在定子121内转动的转子122，转子122套在输入轴110的外面且转子122相对于输入轴110可转动，也就是说，转子122是空套在输入轴110外面的，转子122的旋转轴线(中心轴线)与输出轴180的中心轴线重合。也就是说，电机120与输入轴110同轴布置。输入轴110的另一端固定在保持架130上。小太阳轮140与转子122相连，小太阳轮140与大太阳轮150彼此间隔开且小太阳轮140的中心轴线、大太阳轮150的中心轴线与输入轴110的中心轴线重合。短行星轮160绕短行星轮160的中心轴线可转动地设在保持架130上，且短行星轮160与小太阳轮140啮合。长行星轮170绕长行星轮170的中心轴线可转动地设在保持架130上，长行星轮170分别与大太阳轮150和短行星轮160啮
八
口 ο换言之，上述的小太阳轮140、大太阳轮150、短行星轮160、长行星轮170和保持架130构成的动力耦合机构与本领域中用于自动变速箱的拉维娜行星齿轮机构的结构大致相同，拉维娜行星齿轮机构包括大小太阳轮、长短行星轮、共用行星架和内齿圈，其中根据本发明一个实施例的转向系统100的小太阳轮140、大太阳轮150、短行星轮160、长行星轮170和保持架130与拉维娜行星齿轮机构的大小太阳轮、长短行星轮和共用行星架的配合方式完全相同。输出轴180的一端与大太阳轮150相连且输出轴180的另一端适于与转向机构300相连，输出轴180的中心轴线与输入轴110的中心轴线重合。保持架130、小太阳轮140、大太阳轮150、短行星轮160和长行星轮170组成一个动力耦合机构，所述动力耦合机 构将方向盘200输入的动力(也就是驾驶员手动旋转方向盘200的力)以及电机120输出的动力f禹合后传递给输出轴180, f禹合后的动力又通过输出轴180传递给转向机构300，由此实现车辆10在不同工况下输出不同的转向角度。也就是说，所述动力耦合机构的输入分别来自保持架130和小太阳轮140，经短行星轮160、长行星轮170最后传递给大太阳轮150输出。根据本发明实施例的用于车辆10的转向系统100通过将电机120的转子122套在输入轴110的外面，且使转子122的旋转轴线与输出轴180的中心轴线重合，即使得电机120与输入轴110同轴布置，从而使得转向系统100的体积更小，进而使得转向系统100更容易布置在车辆10上。此外，根据本发明实施例的用于车辆10的转向系统100通过齿轮传动代替涡轮蜗杆的传动，不仅结构简单而且传动效率更高。有利地，短行星轮160可以为多个且该多个短行星轮160可以在小太阳轮140的周向上均匀分布，长行星轮170可以为多个且该多个长行星轮170可以在大太阳轮150的周向上均匀分布，短行星轮160与长行星轮170分别一一对应。换言之，短行星轮160与长行星轮170的个数相等，且分别均匀的分布在小太阳轮140与大太阳轮150的周向上。由此可以使转向系统100的受力更均匀,从而使得转向系统100的运动更稳定,进而进一步保证了转向系统100的转向稳定性。可选地，输入轴110可以与保持架130焊接成一体。电机120可以为永磁同步电机和步进电机中的一种。转向机构300可以为齿轮齿条式、蜗杆曲柄指销式和循环球式中的一种。由此可以使转向系统100的适用范围更广。在本发明的一个实施例中，转子122与输入轴110之间可以设置有第一滚动轴承。由此可以使转子122与输入轴110在相对转动时摩擦阻力更小，相对转动更顺畅。小太阳轮140与输入轴110之间可以设置有第二滚动轴承。由此可以使小太阳轮140与输入轴110在相对转动时摩擦阻力 更小，相对转动更顺畅。如图1所示，转向系统100还可以包括用于将转子122与输入轴110强制锁止在一起的锁止装置190。由此，当电机120发生故障时，锁止装置190可以将转子122与输入轴110强制锁止在一起，此时转子122将与输入轴110同步转动，转向系统100仍然可以通过驾驶员手动旋转方向盘200进行操作，也就是说，即使电机120失效，车辆10还是可以正常转向。由此可以增加转向系统100的可靠性，从而提高车辆10的安全性。可选地，锁止装置190可以为离合器。在电机120正常工作时，离合器可处于断开状态，此时转子122相对输入轴110可转动。而在电机120失效时，离合器可处于接合状态，从而将转子122与输入轴110强制锁止在一起同步转动。具体而言，转向系统100可以具有以下三种工作模式:I)固定传动比模式:在固定传动比模式下，转向系统100可以控制电机120的转速使得电机120的转速和方向盘200的输入转速相同，也就是说，输入轴110的转速(保持架130的转速)与小太阳轮140的转速相同，本领域技术人员可以理解的是，根据所述动力耦合机构的运动特性，此时大太阳轮150的输出转速与输入轴110的转速相同，从而使得转向系统100的传动比固定。2)可变传动比模式:输入轴110驱动保持架130转动，电机120驱动小太阳轮140转动，大太阳轮150驱动输出轴180。根据所述动力耦合机构的运动特性，此时电机120、输入轴110和输出轴180的转速关系如图3所示。可以理解的是，如图4所示，当输入轴的转速N2—定时，通过调节电机120的转速NI可以实现输出轴180的转速N3的调节，即转向系统100的传动比可以变化。其中，图3和图4中的三条纵轴分别表示电机120的转速N1、输入轴110的转速N2和输出轴180的转速N3的大小；横轴表示转向系统100中的齿轮的传动比关系，例如AB/BC=大太阳轮150的齿数/小太阳轮140的齿数；斜线表示电机120的转速N1、输入轴110的转速N2和输出轴180的转速N3满足连接后为一条直线的速度关系。“ + ”表示转速增大，“”表示转速减小。3)安全模式当电机120发生故障时，锁止装置190可以将转子122与输入轴110强制锁止在一起，此时转向系统100的传动比也是固定。安全模式与固定传动比模式的区别在于，固定传动比模式下输入轴110的转速与电机120输出并未锁止在一起，只是通过调节电机120的转速NI与输入轴110的转速N2相等来实现输入轴110与电机120的转子122同步转动。可以理解的是，根据本发明实施例的用于车辆10的转向系统100为主动转向系统。例如，如图4所示，当车辆10的速度较高时可以通过提高电机120的转速使得车辆10输出的转向角度变小，当车辆10的速度较低时可以通过降低电机120的转速使得车辆10输出的转向角度变大。由此可以增加车辆10高速时的稳定性，而且可以提高车辆10低速时的操控性。本发明还提供了一种车辆10。根据本发明实施例的车辆10包括根据本发明上述实施例的转向系统100。因而，根据本发明实施例的车辆10具有布置容易、安全性能高、操控性好等优点。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或·示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
权利要求
1.一种用于车辆的转向系统，其特征在于，包括 输入轴，所述输入轴的一端适于与所述车辆的方向盘相连； 电机，所述电机包括定子和可在所述定子内转动的转子，所述转子套在所述输入轴的外面且相对于所述输入轴可转动，所述转子的旋转轴线与所述输入轴的中心轴线重合； 保持架，所述输入轴的另一端固定在所述保持架上； 小太阳轮和大太阳轮，所述小太阳轮与所述转子相连，所述小太阳轮与所述大太阳轮彼此间隔开且所述小太阳轮的中心轴线、所述大太阳轮的中心轴线与所述输入轴的中心轴线重合； 短行星轮和长行星轮，所述短行星轮绕所述短行星轮的中心轴线可转动地设在所述保持架上，所述短行星轮与所述小太阳轮啮合，所述长行星轮绕所述长行星轮的中心轴线可转动地设在所述保持架上，所述长行星轮分别与所述大太阳轮和所述短行星轮啮合；以及 输出轴，所述输出轴的一端与所述大太阳轮相连且另一端适于与转向机构相连，所述输出轴的中心轴线与所述输入轴的中心轴线重合。
2.根据权利要求I所述的用于车辆的转向系统，其特征在于，所述短行星轮为多个且在所述小太阳轮的周向上均匀分布，所述长行星轮为多个且在所述大太阳轮的周向上均匀分布，所述短行星轮与所述长行星轮分别一一对应。
3.根据权利要求I所述的用于车辆的转向系统，其特征在于，所述输入轴与所述保持架焊接成一体。
4.根据权利要求I所述的用于车辆的转向系统，其特征在于，所述转子与所述输入轴之间设置有第一滚动轴承。
5.根据权利要求I所述的用于车辆的转向系统，其特征在于，所述小太阳轮与所述输入轴之间设置有第二滚动轴承。
6.根据权利要求I所述的用于车辆的转向系统，其特征在于，所述电机为永磁同步电机和步进电机中的一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于车辆的转向系统，其特征在于，还包括用于将所述转子与所述输入轴强制锁止在一起的锁止装置。
8.根据权利要求7所述的用于车辆的转向系统，其特征在于，所述锁止装置为离合器。
9.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的转向系统。
全文摘要
本发明公开了一种用于车辆的转向系统及具有该转向系统的车辆。用于车辆的转向系统包括输入轴；电机，电机的转子套在输入轴的外面且相对于输入轴可转动，转子的旋转轴线与输入轴的中心轴线重合；保持架，输入轴的另一端固定在保持架上；小太阳轮和大太阳轮；短行星轮和长行星轮，短行星轮绕短行星轮的中心轴线可转动地设在保持架上，短行星轮与小太阳轮啮合，长行星轮绕长行星轮的中心轴线可转动地设在保持架上，长行星轮分别与大太阳轮和短行星轮啮合；以及输出轴，输出轴的中心轴线与输入轴的中心轴线重合。根据本发明实施例的用于车辆的转向系统具有体积小、容易布置、结构简单、传动效率高等优点。
文档编号B62D3/02GK103253297SQ201310208390
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月29日 优先权日2013年5月29日
发明者黄勇, 贺永跃, 孙志伟 申请人:长城汽车股份有限公司