专利名称：一种前置式双梯形电动助力转向机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动助力转向机构。
背景技术：
转向传动机构的功用是将转向器的输出力和运动传递到转向桥两侧的转向节，使两侧转向轮偏转，并使两转向轮偏转角按照一定规律变化以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。传动机构主要由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂、转向梯形臂(左右) 和转向横拉杆等组成。通常而言，汽车转向传动机构设计的好坏，直接影响它的机动性和转弯能力。所以在转向传动机构的设计中，要保证具有小的转弯能力，还要保证转向时车轮能绕瞬时转向中心尽量做纯滚动。因汽车上的转向传动机构要与独立悬架相匹配，故选择分段式梯形机构。汽车转向时，要使各车轮都只滚动不滑动，各车轮必须围绕一个中心点0转动，如图1所示。显然这个中心要落在后轴中心线的延长线上，并且内、外前轮也必须以这个中心点0为圆心而转动，即理想情况下，转向时内外轮转角关系应满足阿克曼转向几何学原理， 简称阿克曼定律ctga =ctg β+B/L (1)但在实际中，车辆转向梯形机构设计时很难在整个转向范围内均满足该条件，通常只是近似地满足。所以实际应用中只能是尽量改变转向梯形机构尺寸，使得内外轮转角曲线无限接近理想内外轮曲线；由于B、L是汽车总体参数中的固定值，当以β作为该模型的自变量时，参数α为因变量，可根据式(1)求出理想状态下梯形机构的特性曲线。具体如下先根据已知的轴距L、轮距LQ(轮距轴距是某一车型的基本数据，所以在设计中作为已知量)，初步设定转向节臂长度(根据空间尺寸及以往模型先初定)，进而根据式O) 可以计算出B = IMO (两主销轴线与地面交点间的距离)，将B与L代入公式(1)，通常汽车转向时车轮转角最频繁的角度是10°，这里取β作为该模型的自变量让其在0° 25° 范围内每次增加0.05° (每次运算的步长取0.05° )，则可利用matlab编写的程序通过公式1计算出一系列α，进而可以拟合出理想内外角曲线，如图2。参数B与前轮轮距和转向节臂长度满足下面关系B = LQ-2ZB (2)其中ZB-转向节臂长度。普通汽车的转向梯形机构并不能精确的满足内外车轮理想的转角关系，只能以足够的工程精度接近理想的转向梯形机构。实际的转向梯形机构中L值不再是汽车的轴距， 而是小于轴距的一个值L'，且L' <L，参见图3，若令L' /L= ξ，ξ越接近1，则该车的转向梯形机构就能越精确的反应式(1)的要求，转向也就越顺畅。因此把ξ称为转向的平顺性系数。
发明内容
本发明目的是提供一种前置式双梯形电动助力转向机构，其采用合适的尺寸参数，使转向机构的平顺性系数非常接近于1，解决了现有转向机构机动性和转弯能力差的技术问题。本发明的技术解决方案是一种前置式双梯形电动助力转向机构，其包括由左梯型臂、左分段式横拉杆、转向传动机构的齿条、右分段式横拉杆和右梯型臂构成的梯型机构及相应的转向传动机构；其特殊之处在于所述梯形机构的左分段式横拉杆或右分段式横拉杆与转向传动机构的齿条间的夹角为11.5°至12.5°。上述转向传动机构包括电动机、蜗轮蜗杆传动机构、差动轮系机构和齿轮齿条传动机构的齿轮；所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆1由电动机9驱动；所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮2与差动轮系的大太阳轮5同轴固连；所述差动轮系的小太阳轮3与汽车转向轴8 同轴固连；所述差动轮系的行星轮4的中心轴与齿轮齿条传动机构的齿轮6同轴固连；所述齿轮齿条传动机构的齿轮6可带动齿条7驱动车轮转向。上述梯形机构的左分段式横拉杆或右分段式横拉杆与转向传动机构的齿条间的夹角为12°。本发明具有如下优点本发明选择梯形机构的左分段式横拉杆或右分段式横拉杆与转向传动机构的齿条间的夹角为12°，使转向机构的平顺性系数非常接近于1，使转向机构机动性和转弯能力得到优化和提升。本发明不需要满足从电动机减速后的转速和方向盘的转速一致或接近。差动轮系机构具有两个自由度，即给定两个输入运动可以有确定的输出运动。驾驶员进行转向时，不同人作用在方向盘上的平均转速不同，且不同路况转向时平均转速也不同。而选择的电动机只能根据固定的传动比提供确定数值的转速。在直接采用蜗杆传动机构助力时则最好要求两个转速值相等或接近，否则会使转向轴寿命降低。举个简单的例子一个人拉车比较费劲，可是要是有个人帮忙一起拉，则每个人所付出的体力会明显减少。但前提条件必须让两个人步调一致，即两个人共同作用后仍要保证车的自由度为1。
图1为理想情况下转向时内外轮转角关系示意图；其中L_汽车的前后轴距； B-两主销轴线与地面交点间的距离α -外侧车轮转向角；β -内侧车轮转向角；R-最小转弯半径；图2为理想状况下内外轮转角曲线图；图3为实际情况下转向时内外轮转角关系示意图；图4为本发明齿轮齿条式转向器前置式双梯形转向机构的结构示意图；其中 D-齿条两端球铰中心距；Φ-分段式横拉杆与转向机夹角；E-分段式横拉杆长度；W-转向机距离前轴的安装距离；θ -梯形臂安装底角；N-转向梯形臂长度；
图5是本发明齿轮齿条式转向器前置式双梯形转向机构的结构简图；其中B-两主销轴线与地面交点间的距离；M-转向横拉杆；N-转向梯形臂；L-汽车的前后轴距；θ -安装底角；图6是Φ = 12度时梯形内外轮转角计算曲线和理论曲线关系图；图7是本发明转向传动机构的结构原理示意图；图8是本发明转向传动机构的结构示意图。
具体实施例方式齿轮齿条式转向机构自身带有分段式横拉杆，将其看作整体式横拉杆以简化设计，这样做并不会影响设计的精度。已知参数L、B ；需要确定的参数转向横拉杆M，转向梯形臂N，安装底角θ。图6中实线表示理想内外轮转角曲线，虚线线表示Φ = 12°时对应结构仿真所得数据拟合的转向曲线，*点表示实际计算时的一组数据。说明Φ = 12°时对应几何参数算出的一组数据最接近理想转向特性曲线故最终确定EPS模型中梯形机构参数为B = 1240mm ；D = 562mm ；N = 213mm ；E = 255. 59mm ；W = 137. 15mm ； Φ = 12° ； θ = 63. 3°。
权利要求
1.一种前置式双梯形电动助力转向机构，其包括由左梯型臂、左分段式横拉杆、转向传动机构的齿条、右分段式横拉杆和右梯型臂构成的梯型机构及相应的转向传动机构；其特征在于所述梯形机构的左分段式横拉杆或右分段式横拉杆与转向传动机构的齿条间的夹角为 11. 5° 至 12. 5°。
2.根据权利要求1所述的前置式双梯形电动助力转向机构，其特征在于所述转向传动机构包括电动机、蜗轮蜗杆传动机构、差动轮系机构和齿轮齿条传动机构的齿轮；所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆由电动机驱动；所述蜗轮蜗杆传动机构的蜗轮与差动轮系的大太阳轮同轴固连；所述差动轮系的小太阳轮与汽车转向轴同轴固连；所述差动轮系的行星轮的中心轴与齿轮齿条传动机构的齿轮同轴固连；所述齿轮齿条传动机构的齿轮可带动齿条驱动车轮转向。
3.根据权利要求1或2所述的前置式双梯形电动助力转向机构，其特征在于所述梯形机构的左分段式横拉杆或右分段式横拉杆与转向传动机构的齿条间的夹角为12°。
全文摘要
本发明涉及一种前置式双梯形电动助力转向机构，包括由左梯型臂、左分段式横拉杆、转向传动机构的齿条、右分段式横拉杆和右梯型臂构成的梯型机构及相应的转向传动机构；梯形机构的左分段式横拉杆或右分段式横拉杆与转向传动机构的齿条间的夹角为11.5°至12.5°。本发明解决了现有转向机构机动性和转弯能力差的技术问题，本发明采用合适的尺寸参数，使转向机构的平顺性系数非常接近于1。
文档编号B62D7/16GK102556157SQ20101059660
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者刘凯, 李文孝, 杨芬 申请人:西安航天远征流体控制股份有限公司