[發明專利]緊湊型電動助力轉向管柱、管柱式電動助力轉向器和汽車

有效

• 申請號: 201210485480.6
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103832467A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 張平;張成寶;周中堅;左張兵;鄭強;豐燁;馬國宸
• 申請（專利權）人: 上海汽車集團股份有限公司
• 主分類號: B62D5/04
• 分類號: B62D5/04;B62D1/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張昱;楊楷

技術領域

本發明涉及電動助力轉向系統技術領域，尤其涉及一種緊湊型電動助力轉向管柱、裝設有該緊湊型電動助力轉向管柱的管柱式電動助力轉向器和汽車。

背景技術

近年來，具備環保節能功能且性能優越的電動助力轉向系統(EPS)在整車上的應用逐漸增多。而管柱助力式電動助力轉向管柱由于結構簡單、可移植性強，因此較其他形式(如齒條助力式)的EPS應用要更為廣泛一些。管柱助力式電動助力轉向管柱的輸出扭矩可達到60—100Nm，而EPS由于受到布置空間限制等原因，它的電機扭矩一般在3—5Nm，這就需要一個大傳動比(至少在20以上)的減速機構，起到降(轉)速升扭(矩)的作用。

目前EPS上選用的減速機構多為蝸輪蝸桿機構，但存在著以下一些缺點：(1)正效率低，目前最高只有85%，也就是說一個傳動比為20的蝸輪蝸桿損失15%的能量后折算得到的有效傳動比只有17，這就需要實際增加蝸輪蝸桿傳動比至23以上，因此需要額外增加減速機構的尺寸；(2)逆效率低下，一般只有20%左右，就是說在EPS不工作(或EPS功能喪失時)，如果要轉向時則轉動方向盤，由蝸輪來驅動蝸桿(此時為逆傳動，傳動效率極低)，這就需要很大的力矩才能轉動方向盤、轉動車輪，因此是極不方便的；(3)由于蝸輪一般采用尼龍材料，而蝸桿采用鋼材制造，從而在EPS?使用一段時間后，蝸輪就會被磨損，從而在蝸輪蝸桿之間會產生間隙，使得傳動平順性受到影響，還會出現更大的力矩波動(力矩波動原本在正常情況下就大)，還會產生蝸輪蝸桿的齒由于間隙而敲擊產生噪音；(4)由于采用了蝸輪蝸桿減速機構，就必然使得助力電機軸線必須垂直于轉向管柱軸線，這樣就等于在轉向管柱的徑向上增加了電機占用空間，致使EPS?體積在徑向上變為大塊頭，這樣就造成在一些駕駛艙布置空間本來就比較狹小的車輛上根本無法布置下管柱式EPS，從而迫使選取價格更高的齒條助力式EPS，這無疑造成成本浪費或者直接棄用EPS。

如圖1、圖2所示，當前采用蝸輪蝸桿減速機構及助力電機的管柱式電動助力管柱的主要由上轉向軸100、上套管111、支架112、扭桿113、蝸輪蝸桿殼體114、蝸輪115、下轉向軸116、下套管117、電機118、蝸桿119、扭矩傳感器120、線束(未圖示)、控制器(未圖示)等零件組成。由圖2可以看出，由于電機118的軸線與蝸輪115的軸線(即上轉向軸100)垂直，并且需要布置在轉向軸(或稱為轉向管柱)的旁側，所以占用空間較大，造成有些車型可能無法布置。此外，由于蝸輪蝸桿之間的運動形式為滑動，因此能量損失較大且逆效率尤其低下，所以在相同的有效傳動比下，蝸輪尺寸要額外增大一些。另外，蝸輪蝸桿之間長期磨損之后，嚙合間隙會增大，這樣傳動噪音及扭矩波動就會增大。

發明內容

有鑒于此，本發明主要目的是提供一種緊湊型電動助力轉向管柱，其目的還在于提供裝設有所述緊湊型電動助力轉向管柱的管柱式電動助力轉向器以及汽車，以便有效解決現有技術中存在的上述問題以及其他方面的問題。

為了實現上述的發明目的，本發明采用了以下技術方案：

一種緊湊型電動助力轉向管柱，其包括固連于上套管和下套管的殼體、套設于所述上套管中的上轉向軸、套設于所述下套管中的下轉向軸、以及設置于所述上轉向軸和所述下轉向軸之間并與二者相連的扭桿，所述緊湊型電動助力轉向管柱還包括：

電機，其裝設于所述殼體內，并且包括與所述上轉向軸沿著相同軸向布置的電機轉子和電機定子；

行星齒輪機構，其裝設于所述殼體內，并且其輸入端、輸出端分別與所述電機的輸出端和所述下轉向軸相連，用于放大由所述電機輸出的助力扭矩；

扭矩傳感器，其裝設于所述扭桿上用于檢測該處的扭矩信號；以及

控制器，其被設置成用于接收并根據所述扭矩信號來控制所述電機的運轉，從而使得由所述電機輸出的助力扭矩經由所述行星齒輪機構放大后再從所述下轉向軸輸出。

在上述的緊湊型電動助力轉向管柱中，優選地，所述行星齒輪機構為3K型行星齒輪機構，其包括：

第一齒圈，其固連于所述殼體的內壁；

第一行星齒輪，其與所述第一齒圈相嚙合；

太陽齒輪，其固連于所述電機轉子并且與所述第一行星齒輪相嚙合；

第二齒圈，其固連于所述下轉向軸；

第二行星齒輪，其與所述第二齒圈相嚙合；

行星架，其套設于所述扭桿上并被設置成由所述第一行星齒輪和所述第二行星齒輪二者共用；以及

行星齒輪軸，其被設置成由所述第一行星齒輪和所述第二行星齒輪二者共用。