一种用于商用车循环球转向器的助力机构及在转向器上的助力方法与流程

本发明专利涉及一种用于商用车循环球转向器的助力机构及在转向器上的助力方法，属商用车电动循环球转向器技术领域。

背景技术：

目前，车辆普遍使用的电动转向器所用的减速机构为常规一级蜗轮蜗杆减速机构形式，由于金属蜗轮噪音大和效率低，蜗轮一般使用效率高，噪音小的尼龙材料，蜗杆使用金属材料，但尼龙材料因强度问题，无法承载大的扭矩，这种电动转向器的输出扭矩基本只能满足轻卡商用车输出扭矩的要求，无法满足中、重型商用汽车的扭矩输出需要；同时其结构形式单一，往往与整车外形空间干涉，很难满足客户整车间隙要求，因此，有必要对其进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种传动比大、效率高和减速机构位置可以灵活变动，以满足商用车大扭矩转向要求和空间布置紧凑车型要求的用于商用车循环球转向器的助力机构及在转向器上的助力方法。

本发明的技术方案是：

一种用于商用车循环球转向器的助力机构；包括控制器（ecu）、电机、蜗杆、蜗轮、小齿轮轴和大齿轮，其特征在于：助力机构壳体上固装有电机，电机的一端固装有控制器，控制器通过导线与传感器连接；助力机构壳体内通过两端的轴承装有蜗杆，蜗杆通过联轴器与电机的传动轴连接；蜗杆一侧通过大端轴承和小端轴承装有小齿轮轴，小齿轮轴的前端与安装在转向螺杆上的大齿轮啮合连接，小齿轮轴的后端固装有蜗轮，蜗轮与蜗杆啮合连接。

所述的传感器由传感器转子和传感器定子构成，传感器安装在循环球转向器的输入轴上，传感器通过导线与控制器连接。

所述的传感器转子和传感器定子用于采集扭杆的形变角度，并将产生的扭矩与角度信号上传控制器，控制器根据传感器信号及整车车转速信号，控制电机的输出扭矩。

所述的大齿轮为斜齿轮。

所述的大齿轮为锥齿轮。

所述的小齿轮轴为小斜齿轮轴。

所述的小齿轮轴为小锥齿轮轴。

所述的蜗杆和蜗轮构成的一级传动，蜗杆9为一级传动的输入端；小齿轮轴、大齿轮构成的二级传动，大齿轮为二级传动的输出端；其中：

一级传动输出力矩：t1=t2×i1×η1×i3×η3

二级传动输出力矩：t1=t2×i1×η1×i2×η2×i3×η3；

式中：t1为：电动循环球转向器输出力矩：t2为：电机额定力矩，i1为：蜗轮蜗杆传动比，η1为：蜗轮蜗杆传动效率，i2为：齿轮传动比；η2为：齿轮传动效率；i3为：转向器传动比：η3为：转向器传动效率。

本发明的有益效果为：

该用于商用车循环球转向器的助力机构结构简单，实用性好，助力机构电动按结构功能可分为蜗杆、蜗轮构成的一级传动机构，小齿轮轴、大齿轮构成的二级传动机构，由于电动助力机构采用两级减速机构的结构形式，两级传动比单级蜗轮蜗杆的传动比更大，在蜗轮蜗杆相同输出力矩下，再通过齿轮二级传动，从而提高了电动循环球转向器的输出能力；电动助力机构根据整车的空间需要可布置在电动循环球转向器的输入端，或转向器壳体的尾部，以满足客户整车间隙要求，解决了现有电动转向器的输出扭矩基本只能满足轻卡商用车输出扭矩的要求，无法满足中、重型商用汽车的扭矩输出需要；同时其结构形式单一，往往与整车外形空间干涉，很难满足客户整车间隙要求的问题。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图；

图2为电动助力机构的一级蜗轮蜗杆减速机构的剖切结构示意图；

图3为电动助力机构的二级斜齿轮减速机构的剖切结构示意图，

图4为电动助力机构的二级斜齿轮减速机构的空间剖切示意图；

图5为电动助力机构改进后的结构示意图；

图6为电动助力机构改进后的二级锥齿轮减速机构的剖切示意图。

图中：1、输入轴，2、扭杆，3、转向螺杆，4、转向器壳体，5、转向螺母，6、转向臂轴，7、控制器，8、电机，9、蜗杆，10、蜗轮，11、小齿轮轴，12、大齿轮，13、锁紧螺母，14、传感器，15、助力机构壳体，16、联轴器，17、大端轴承，18、小端轴承。

具体实施方式

该用于商用车循环球转向器的电动助力机构包括助力机构壳体15、控制器7、电机8、蜗杆9、蜗轮10、小齿轮轴11和大齿轮12，该助力机构装配时，通过助力机构壳体15固装在循环球转向器的转向器壳体4上，助力机构壳体15和转向器壳体4亦可为一体结构。循环球转向器包括：输入轴1、扭杆2、转向螺杆3、防尘盖、防尘封、轴承、上盖、中间壳体、调整垫片、转向器壳体4、转向螺母5、钢球、转向臂轴与侧盖总成和底盖，转动输入轴1后，输入轴1带动转向螺杆3旋转，通过转向螺杆3的圆周旋转运动带动转向螺母5进行往复移动，转向螺母5的往复移动带动转向臂轴6进行圆周旋转，从而实现整车转向。

固装在转向螺杆3上的大齿轮12、助力机构的电机8一端固装有控制器7，控制器7通过导线与安装在输入轴1上的传感器14连接（控制器借用现有成熟结构的控制器）。电机8的另一端与助力机构壳体15固定连接，助力机构壳体15内通过对称安装的轴承装有蜗杆9，蜗杆9通过联轴器16与电机8的传动轴连接；蜗杆9一侧的助力机构壳体15内通过大端轴承17和小端轴承18装有小齿轮轴11，大端轴承17一侧的小齿轮轴11上通过轴用挡圈和锁紧螺母13，以对大端轴承17进行轴向限位，锁紧螺母13后端的小齿轮轴11固装有蜗轮10，蜗轮10与蜗杆9啮合连接，小齿轮轴11的前端与固装在转向螺杆3上的大齿轮12啮合连接。

该助力机构的大齿轮12为斜齿轮。助力机构位置可以灵活变动，在设计时可布置在靠近循环球转向器的输入端端，或者在转向器壳体的尾部，实际需要根据整车的空间来进行设计。

助力机构按结构功能可分为蜗杆9和蜗轮10构成的一级传动机构，蜗杆9作为一级减速机构的输入端与蜗轮10相啮合，小齿轮轴11、大齿轮12构成的二级传动机构，大齿轮12作为二级减速机构的输出端。由于助力机构采用两级减速机构的结构形式，两级传动比单级蜗轮蜗杆的传动比更大，在蜗轮10、蜗杆9相同输出力矩下，再通大齿轮12的二级传动，从而提高了电动循环球转向器的输出能力。

本发明中，电动循环球转向器输出力矩：t1,电机额定力矩：t2，蜗轮蜗杆传动比：i1，蜗轮蜗杆传动效率：η1，齿轮传动比:i2；齿轮传动效率η2；转向器传动比：i3；转向器传动效率η3；

一级传动输出力矩：t1=t2×i1×η1×i3×η3（1）

二级传动输出力矩：t1=t2×i1×η1×i2×η2×i3×η3（2）

比较计算公式（1）和（2）里，一级传动中输出力矩远远小于二级传动输出力矩；

本发明采用二级传动机构中，可合理分配蜗轮蜗杆和齿轮的传动比（i1和i2），灵活改变蜗轮蜗杆和齿轮减速结构的方位，满足不同车型的整车安全空间间隙；

在总的传动比不变的情况下，可减小蜗轮蜗杆的传动比，增大金属齿轮的传动比，使尼龙蜗轮可靠性和安全性更高。

如：蜗轮蜗杆采用尼龙材料，只能承受一定的扭矩，在保证总的传动比不变前提下，可以增大齿轮的传动比，减小蜗轮蜗杆的传动比，尼龙蜗轮承受小的力矩，提高蜗轮的安全系数。

作为二级传动机构的改进，所述的小齿轮轴11为小锥齿轮轴，大齿轮12为锥齿轮。

该助力机构在汽车行驶过程中，驾驶员转动方向盘时，整车轮胎所受阻力传递至转向螺杆上，扭杆2在方向盘的转动力矩和转向螺杆的阻力作用下会发生相对转动，导致扭杆产生形变，传感器转子和传感器定子14会根据扭杆2的形变角度，产生扭矩与角度信号传递给控制器7，控制器7根据传感器信号及整车车转速等信号，控制电机8的输出扭矩，电机8将该扭矩传递给蜗轮蜗杆减速机构与齿轮传动减速机构上，并最终将扭矩传递到转向螺杆3上，然后通过转向螺杆3弹道内的钢球、转向螺母5、转向臂轴6将扭矩传递到转向摇臂上，转向摇臂将扭矩传递至整车节臂上，由此实现电动助力转向功能。具体为：

整车在直行行驶过程中，方向盘处于中间位置，扭杆没有发生形变，传感器没有产生角度和扭矩信号传递到ecu和电机中，电机不输出力矩传递至助力机构上.转向器不产生转向力矩，整车保持直线行驶。

整车在左转向过程中，方向盘向左转动，扭杆产生形变，传感器产生扭矩信号(t3).ecu根据传感器扭矩信号的大小，控制电机输出相应的力矩，力矩传递至蜗杆上，蜗杆通过啮合作用，将力矩传递至蜗轮上，蜗轮固定在小齿轮轴一端，力矩传递至小齿轮上，小齿轮通过啮合作用将力矩传递到大齿轮，大齿轮将力矩传递至螺杆上，螺杆通过循环球转向器将力矩传递至臂轴上，臂轴通过垂臂，拉杆和节臂将力矩传递至轮毂上，轮毂在力矩的作用下向左转动。

整车在右转向过程中，向盘向右转动，扭杆产生形变，传感器产生扭矩信号(-t3).ecu根据传感器扭矩信号的大小，控制电机输出相应的力矩，力矩传递至蜗杆上，蜗杆通过啮合作用将力矩传递至蜗轮上，蜗轮固定在小齿轮轴一端，力矩传递至小齿轮上，小齿轮通过啮合作用将力矩传递到大齿轮，大齿轮将力矩传递至螺杆上，螺杆通过循环球转向器将力矩传递至臂轴上，臂轴通过垂臂、拉杆和节臂将力矩传递至轮毂上，轮毂在力矩的作用下向右转动。

该助力机构结构简单，实用性好，由于助力机构采用两级减速机构的结构形式，两级传动比单级蜗轮蜗杆的传动比更大，在蜗轮10、蜗杆9相同输出力矩下，再通过大齿轮12的二级传动，从而提高了电动循环球转向器的输出能力。解决了现有电动转向器的输出扭矩基本只能满足轻卡商用车输出扭矩的要求，无法满足中、重型商用汽车的扭矩输出需要；同时其结构形式单一，往往与整车外形空间干涉，很难满足客户整车间隙要求的问题。