專利名稱：一種電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering,EPS)系統(tǒng)是一種全新的電力電子伺服系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向(Hydraulic Power Steering，HPS)系統(tǒng)，它具有節(jié)約燃料、 有利于環(huán)保、可控轉(zhuǎn)向感覺等諸多優(yōu)點，并且適應(yīng)了新一代電動汽車和智能汽車電子化、智能化要求。助力傳動機構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮汽車上轉(zhuǎn)向機構(gòu)安裝空間的大小，結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量簡單、 緊湊，正向轉(zhuǎn)動效率高而逆向轉(zhuǎn)動效率適當(dāng)，并保證轉(zhuǎn)動慣量、摩擦和間隙盡可能小。因此助力傳動機構(gòu)是否合理直接會影響整個EPS系統(tǒng)的性能。目前國外的一些制造商已經(jīng)針對蝸輪蝸桿減速傳動機構(gòu)做出EPS成品。此方案由電動機、電磁離合器、車速傳感器、扭矩傳感器、蝸桿傳動機構(gòu)和電子控制單元(Electric Control Unit, E⑶)組成。電動機提供的助力通過蝸桿傳動機構(gòu)減速放大后作用于轉(zhuǎn)向軸，輔助駕駛員進行轉(zhuǎn)向動作。當(dāng)車輛高速行駛不需助力或助力轉(zhuǎn)向出現(xiàn)故障時，可以及時斷開電磁離合器以達到中止助力的目的。 由于電磁離合器的吸合和分離都需要一定的時間，必然會造成轉(zhuǎn)向的滯后而超時。在需要提供助力時，由于吸合過程中需要時間，導(dǎo)致提供助力滯后，轉(zhuǎn)向反應(yīng)時間過長。此系統(tǒng)還存在一個問題，很難保證方向盤轉(zhuǎn)向時平均轉(zhuǎn)速等于電動機減速后的輸出。這會造成方向盤手感過差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是提供一種電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其采用蝸輪蝸桿-NGW差動輪系進行助力傳動，解決了現(xiàn)有蝸桿傳動機構(gòu)進行助力傳動所帶來的轉(zhuǎn)向滯后且超時、方向盤手感過差的技術(shù)問題。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，其特征在于包括電動機、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、差動輪系機構(gòu)、齒輪齒條傳動機、轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸桿1由電動機9驅(qū)動；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸輪2與差動輪系的大太陽輪5同軸固連；所述差動輪系的小太陽輪3與汽車轉(zhuǎn)向軸8同軸固連；所述差動輪系的行星輪4的中心軸與齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒輪6同軸固連；所述齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒條7通過轉(zhuǎn)向梯型機構(gòu)驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向?！N電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括車速、扭矩和轉(zhuǎn)角傳感器和電子控制單元ECU ；其特征在于所述電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)包括電動機9、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、差動輪系機構(gòu)和齒輪齒條傳動機構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸桿1由電動機9驅(qū)動；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸輪2與差動輪系的大太陽輪 5同軸固連；所述差動輪系的小太陽輪3與汽車轉(zhuǎn)向軸8同軸固連；所述差動輪系的行星輪 4的中心軸與齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒輪6同軸固連；所述齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒條7用于驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向；所述電子控制單元ECU根據(jù)車速、扭矩和和轉(zhuǎn)角傳感器提供的車輛數(shù)據(jù)，控制電動機9輸出一個與方向盤手力轉(zhuǎn)向相同的輔助轉(zhuǎn)力矩。本實用新型具有如下優(yōu)點1、不需要滿足從電動機減速后的轉(zhuǎn)速和方向盤的轉(zhuǎn)速一致或接近。差動輪系機構(gòu)具有兩個自由度，即給定兩個輸入運動可以有確定的輸出運動。駕駛員進行轉(zhuǎn)向時，不同人作用在方向盤上的平均轉(zhuǎn)速不同，且不同路況轉(zhuǎn)向時平均轉(zhuǎn)速也不同。而選擇的電動機只能根據(jù)固定的傳動比提供確定數(shù)值的轉(zhuǎn)速。在直接采用蝸桿傳動機構(gòu)助力時則最好要求兩個轉(zhuǎn)速值相等或接近，否則會使轉(zhuǎn)向軸壽命降低。舉個簡單的例子一個人拉車比較費勁， 可是要是有個人幫忙一起拉，則每個人所付出的體力會明顯減少。但前提條件必須讓兩個人步調(diào)一致，即兩個人共同作用后仍要保證車的自由度為1。2、電動機不助力時差動輪系轉(zhuǎn)化為行星輪系，從齒條輸出的移動位移和速度減小，有利于減速增矩，解決了使駕駛員轉(zhuǎn)向輕便的問題。3、蝸輪蝸桿-NGW差動輪系(EPS)依靠輪系中轉(zhuǎn)動比α工、α2的設(shè)計，使得駕駛員能預(yù)測電動機驅(qū)動力在整個負載中所占的百分比，電動機克服了差動輪系分離的負載。因此EPS系統(tǒng)能很好地提高汽車操縱性。4、有助力輸入時，相同的方向盤角位移輸入下，齒條位移、速度均比較大。這樣可以解決緊急大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向時駕駛員大幅度轉(zhuǎn)動方向盤的問題。5、具有靈活性大，能較易滿足汽車轉(zhuǎn)向性能的要求，因而具有較為廣闊的應(yīng)用前
旦
ο6、本實用新型機構(gòu)能有效減小無助力時反饋到方向盤的力矩，有效的解決坑洼路面上助力失效情況下打手現(xiàn)象，而且使得反饋到方向盤上的手力平滑，不會給駕駛員造成疲勞感。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為方向盤角位移隨時間變化曲線；圖4為電動機減速后作用到太陽輪5的轉(zhuǎn)角變化曲線；圖5為有助力時齒條沿X軸位移和速度隨時間變化曲線；圖6為無助力時齒條沿X軸位移和速度隨時間變化曲線；圖7為本實用新型和梯形轉(zhuǎn)向機構(gòu)組合后的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1-蝸桿；2-蝸輪；3-小太陽輪；4-行星輪；5-內(nèi)齒圈結(jié)構(gòu)的大太陽輪；6_齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中的齒輪；7-齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器中的齒條；8-汽車轉(zhuǎn)向軸；9-電動機， H-行星架。
具體實施方式
電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括包括車速、扭矩和轉(zhuǎn)角傳感器和電子控制單元ECU;電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)由電動機、一套蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、一套差動輪系機構(gòu)、一套齒輪齒條機構(gòu)和轉(zhuǎn)向梯形構(gòu)成。動力源分別是電動機9和作用到方向盤上的操縱力。差動輪系的小太陽輪3裝在轉(zhuǎn)向輸入軸上，即汽車轉(zhuǎn)向軸上。大太陽輪5和蝸輪2同軸。因此電動機經(jīng)過一級蝸桿減速機構(gòu)帶動大太陽輪5運動。差動輪系的兩個輸入分別為方向盤力矩從小太陽輪5輸入，電動機助力矩從大太陽輪 5輸入，合成的運動由行星架H輸出。其工作原理是根據(jù)車速、扭矩和方向盤轉(zhuǎn)向角度大小等車輛數(shù)據(jù)，電子控制單元ECU按照事先存入確定的控制策略驅(qū)動電動機提供一個與方向盤手力轉(zhuǎn)向相同的輔助轉(zhuǎn)動力矩，并利用差動輪系的運動合成得到前輪轉(zhuǎn)向角度。采用這種方案，間接地減小了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動比，從而減小了手動轉(zhuǎn)向角度，進而減少駕駛員消耗的轉(zhuǎn)向功。當(dāng)電量不足，即需要采用手動轉(zhuǎn)向條件時，由于蝸桿傳動機構(gòu)設(shè)計成反方向自鎖機構(gòu)，故此時大太陽輪5輪固定。此種情況下蝸桿傳動機構(gòu)不工作，差動輪系機構(gòu)轉(zhuǎn)化為行星輪系機構(gòu)。轉(zhuǎn)向動作從方向盤帶動小太陽輪5轉(zhuǎn)動作為輸入，大太陽輪5不動，運動仍然從行星架H輸出。本實用新型原理1、蝸輪蝸桿-NGW差動輪系運動分析設(shè)小太陽輪5的轉(zhuǎn)速為Ii3，大太陽輪5的轉(zhuǎn)速為n5，行星架H的轉(zhuǎn)速為nH，小太陽輪5、5的齒數(shù)分別為Z3、Z5,由差動輪系統(tǒng)動比有
權(quán)利要求1.一種電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)，其特征在于包括電動機、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、差動輪系機構(gòu)、齒輪齒條傳動機、轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸桿由電動機驅(qū)動；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸輪與差動輪系的大太陽輪同軸固連；所述差動輪系的小太陽輪與汽車轉(zhuǎn)向軸同軸固連；所述差動輪系的行星輪的中心軸與齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒輪同軸固連；所述齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒條通過轉(zhuǎn)向梯型機構(gòu)驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向。
2.一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括車速、扭矩和轉(zhuǎn)角傳感器和電子控制單元；其特征在于所述電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)包括電動機、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、差動輪系機構(gòu)和齒輪齒條傳動機構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸桿由電動機驅(qū)動；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸輪與差動輪系的大太陽輪同軸固連；所述差動輪系的小太陽輪與汽車轉(zhuǎn)向軸同軸固連；所述差動輪系的行星輪的中心軸與齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒輪同軸固連；所述齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒條用于驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向；所述電子控制單元根據(jù)車速、扭矩和和轉(zhuǎn)角傳感器提供的車輛數(shù)據(jù)，控制電動機輸出一個與方向盤手力轉(zhuǎn)向相同的輔助轉(zhuǎn)力矩。
專利摘要本實用新型涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括電動機、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、差動輪系機構(gòu)、齒輪齒條傳動機、轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)；所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸桿由電動機驅(qū)動；蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸輪與差動輪系的大太陽輪同軸固連；差動輪系的小太陽輪與汽車轉(zhuǎn)向軸同軸固連；差動輪系的行星輪的中心軸與齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒輪同軸固連；齒輪齒條傳動機構(gòu)的齒條通過轉(zhuǎn)向梯型機構(gòu)驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向。本實用新型解決了現(xiàn)有蝸桿傳動機構(gòu)進行助力傳動所帶來的轉(zhuǎn)向滯后且超時、方向盤手感過差的技術(shù)問題。本實用新型從齒條輸出的移動位移和速度減小，有利于減速增矩，解決了使駕駛員轉(zhuǎn)向輕便的問題。
文檔編號B62D3/04GK202038360SQ20102067021
公開日2011年11月16日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者劉凱, 李文孝, 楊芬 申請人:西安航天遠征流體控制股份有限公司