CN102689649A - 循环球式动力转向系统 - Google Patents

Abstract

一种循环球式动力转向系统，该动力转向系统包括操作地连接至输入构件的输入轴，和操作地连接至转向臂的扇形齿轮。第一滚珠螺杆被形成在输入轴上。第一滚珠螺母围绕第一滚珠螺杆且通过多个滚珠轴承与其处于扭矩传递连通中。第一齿条被刚性地附连至第一滚珠螺母，且与扇形齿轮啮合用于与其一起传递扭矩。第二滚珠螺杆与第一滚珠螺杆实质上不同轴线。第二滚珠螺母围绕第二滚珠螺杆且通过滚珠轴承与第二滚珠螺杆处于扭矩传递连通中。第二齿条与扇形齿轮啮合用于与其一起传递扭矩。电马达被配置为通过第二滚珠螺杆选择性地供应扭矩给扇形齿轮。

Description

循环球式动力转向系统

技术领域

本公开涉及用于车辆的循环球式(recirculating ball)动力转向系统。

背景技术

车辆使用转向系统(例如通过方向盘)将来自驾驶员的对方向或路线的命令改变传达给车辆的可转向车轮——通常为前车轮。通过对驾驶员提供的动力增加动力或降低手动转动方向盘所需的力，动力转向系统辅助车辆驾驶员进行转向。

发明内容

提供一种动力转向系统，用于在输入构件和转向臂之间传递扭矩。动力转向系统包括操作地连接至输入构件的输入轴，且还包括操作地连接至转向臂的扇形齿轮。第一滚珠(球)螺杆被形成在输入轴上。第一滚珠(球)螺母围绕第一滚珠螺杆且通过多个滚珠(球)轴承与第一滚珠螺杆处于扭矩传递连通。第一齿条被刚性地附连至第一滚珠螺母，且与扇形齿轮啮合用于通过该扇形齿轮传递扭矩。

转向系统还包括第二滚珠螺杆，其与第一滚珠螺杆实质上不同轴线。第二滚珠螺母围绕第二滚珠螺杆且通过多个滚珠轴承与第二滚珠螺杆处于扭矩传递连通。第二齿条与扇形齿轮啮合用于通过该扇形齿轮传递扭矩。电马达被配置为通过第二滚珠螺杆选择性地供应扭矩给扇形齿轮。

当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。

附图说明

图1是用于车辆的循环球式动力转向系统的示意性等轴视图；

图2是可用于动力转向系统的循环球式机构的示意性部分横截面俯视图，该系统例如为图1中的系统，示出了安装在循环球式机构的前侧上的电马达；

图3是可用于动力转向系统的电动循环球式机构的示意性等轴部分横截面视图，该系统例如为图1中的系统，示出了安装在循环球式机构的后或输入轴侧上的电马达；

图4是可用于动力转向系统的循环球式机构的示意性等轴部分横截面视图，该系统例如为图1中的系统，示出了通过第二滚珠螺杆至循环球式机构的动力传递；

图5是可用于动力转向系统的循环球式机构的示意性等轴部分横截面视图，该系统例如为图1中的系统，示出了通过第二滚珠螺母至循环球式机构的动力传递；

图6是可用于动力转向系统的循环球式机构的示意性部分横截面俯视图，该系统例如为图1中的系统，示出了双孔循环球式机构；

图7是可用于动力转向系统的循环球式机构的示意性部分横截面俯视图，该系统例如为图1中的系统，示出了另一双孔循环球式机构；

图8A是可用于动力转向系统的循环球式机构的示意性等轴视图，该系统例如为图1中的系统，示出了具有两个电马达的双孔循环球式机构；和

图8B是沿截面线8-8截取的图8A中所示的循环球式机构的示意性横截面俯视图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记在可能时在多个附图中对应于相同或类似的部件，在图1中示出了用于车辆的循环球式动力转向系统10的示意图(车辆的其余部分未示出)。图1示出了转向系统10的一些主要部件，该系统可位于车辆的前部附近。其它附图中所示的特征和部件可并入且与图1中所示的那些一起使用。

虽然针对汽车应用进行了详细描述本发明，但是本领域技术人员应认识到本发明的更广阔的适用性。本领域技术人员将认识到，术语例如“上”、“下”、“向上”、“向下”等是对附图的描述，且不对由所附权利要求限定的本发明的范围构成限制。

转向系统10从输入构件(例如方向盘12)传递旋转和扭矩至输出构件，例如转向臂14(部分地被挡住视线)，转向臂移动继动拉杆(relay rod)16。车辆的一个或多个车轮17通过继动拉杆16和相连部件(没有单独标号，但是包括转向拉杆、转向节等)的运动而转动。转向柱18被连接至方向盘12，且包括各种连接件、传感器、开关和附件。示出的方向盘12仅是示意性的且其它类型的转向装置可用于转向系统10。循环球式机构20——其例子将在这里详述——从方向盘12传递扭矩至转向臂14。

在图1中所示的转向系统10中，方向盘12用作输入构件。输入信号——扭矩和旋转运动的形式——通过车辆的操作者或驾驶员输入至方向盘12。车辆的前车轮是图1中所示的转向系统10中的输出构件。因此，循环球式机构20是来自方向盘12的输入和去往转向臂14和车轮17的输出之间的媒介。其它输入和输出构件可用于转向系统10和循环球式机构20。例如，且非具限制性，循环球式机构20可接收来自电传线控系统(drive-by-wire system)的输入信号，该系统不直接连至方向盘12，在这种情况下，输入构件可为螺线管或小型电机且转向柱18可被去除或变短。此外，转向臂14和继动拉杆16可被连至车辆的后车轮(未示出)。

为了选择性地增加由车辆操作者从方向盘12传递的扭矩，转向系统10还包括一个或多个电机，例如第一电马达22和第二电马达23。循环球式机构20还从第一电马达22和第二电马达23传递扭矩和动力至转向臂14。因此，循环球式机构将来自方向盘12、第一电马达22和第二电马达23的扭矩组合，以移动转向臂14和继动拉杆16。方向盘12的扭矩和旋转被传递至循环球式机构220的输入轴24(部分地被阻挡视线)。

转向系统10的特征在于在方向盘12和输入轴24之间布置的转向柱18上没有助推机构，从而转向系统10不包括柱辅助装置。此外，循环球式机构20不包括液压助推或液压辅助装置。由第一电马达22和第二电马达23提供的扭矩和动力的量可基于车辆的驾驶状况而改变。

转向系统10可包括控制器或控制系统(未示出)。控制系统可包括一个或多个部件，该部件具有存储介质和适当量的可编程存储器，其能储存和执行一个或多个算法或方法，以实现转向系统10的控制且可能的话包括对车辆其它部件的控制。控制系统至少与第一电马达22、第二电马达23和输入轴24或与其相关的传感器通信。控制系统可与车辆的多个传感器和通信系统通信。控制系统的每个部件可包括分布式控制器架构，例如基于微处理器的电子控制单元(ECU)。附加的模块或处理器可存在于控制系统中。

现在参考图2，且继续参考图1，示出了可用于动力转向系统的循环球式机构220，该系统例如为图1中所示的转向系统10。图2总体地示出了循环球式机构220的俯视图。其它附图中所示特征和部件可并入且与图2中所示的那些一起使用。

循环球式机构220将来自方向盘(未示出)或另一输入构件的以及电马达222的扭矩组合且将扭矩传递至转向臂214或从转向臂传递扭矩。输入轴224操作地连接至方向盘，例如通过转向柱和连杆(未示出)且被支撑在壳体225中。输入轴224可被连接至其它输入构件。壳体225的一些部分可被去除或横截以更好地示出循环球式机构220的工作情况。壳体225(和所示的其它壳体构造)仅是示意性的且可采取与附图中所示的不同的形式。

输入轴224具有形成在一个端部上的第一滚珠螺杆226。所示的第一滚珠螺杆226与输入轴224形成为整体的单件式构件。壳体225可被形成为多于一件的构件且包括各种密封件和轴承以便有助于循环球式机构220的部件的运动。

第一滚珠螺母228环绕第一滚珠螺杆226且通过多个滚珠轴承227与第一滚珠螺杆226处于扭矩传递连通中，如示意性显示的，该滚珠轴承在第一滚珠螺杆226和第一滚珠螺母228之间循环运动。壳体225包围第一滚珠螺母228且引导其运动，从而第一滚珠螺母228滑动但是不在壳体225内旋转。方向盘的旋转导致输入轴224和第一滚珠螺杆226旋转。当第一滚珠螺杆226旋转时，该旋转被传递至第一滚珠螺母228且导致第一滚珠螺母228的线性运动(向左和向右，如图2所示)。

第一滚珠螺母228与扇形齿轮232啮合以通过扇形齿轮传递扭矩。扇形齿轮232被刚性地附接——例如通过花键连接——至转向臂214，且可被壳体225或其它结构支撑或支持。由此，第一滚珠螺母228的线性运动导致扇形齿轮232的旋转，从而方向盘的运动导致扇形齿轮232和转向臂214的运动。

循环球式机构220包括一个或多个传感器234，所述传感器被配置为确定输入轴224处的扭矩和角度取向。传感器234监视从操作者输入通信至方向盘的输入轴224的扭矩和位移，且还监视通过车轮传递至输入轴224的反作用扭矩。传感器234仅示意性地示出，且可包括不同类型的多个传感器。此外，传感器234可与一个或多个系统(未示出)通信，以处理来自传感器234的信号或指令。

电马达222被配置为通过循环球式机构220选择性地供应扭矩给扇形齿轮232。由电马达222传送的扭矩的量可部分地基于来自传感器234、控制系统或其它部件和传感器的信号而变化地传送。此外，电马达222可被控制为用于其它车辆系统，包括但不限于：电子稳定控制装置、停车辅助装置和车道偏离装置。在后轮转向或电传线控结构中，传感器234可直接监视方向盘，其可不机械地连接至输入轴224。

驱动单元236被布置在电马达222和第一滚珠螺母228之间，且实现电马达222和扇形齿轮232之间的扭矩传递。驱动单元236的一些部分已被去除或横截，以更好地示出驱动单元236的工作情况。在图2中所示的构造中，驱动单元236由蜗轮238驱动。驱动单元236被直接连接至且作用在壳体225的与输入轴224相对的端部(相对于车辆行进的向前方向的前侧)上的第一滚珠螺杆226上。第一滚珠螺杆226则传递扭矩至第一滚珠螺母228。因此，电马达222增大传送至扇形齿轮232和车轮的扭矩和动力。

驱动单元236的其它构造(其中一些在本文讨论)可用于循环球式机构220。例如，且非限制性的，驱动单元236可由链或带驱动，而不是由蜗轮238确定，或驱动单元236可包括其它齿轮、链轮等。此外，来自驱动单元236的连接部的位置可改变，只要电马达222和扇形齿轮232之间的联动被保持用于足够的扭矩传递和转向辅助。

替换地，循环球式机构220可被用于后轮转向系统。在这种配置中，循环球式机构220可不包括输入轴224且输入信号将来自控制系统，其可监视方向盘且将驾驶员指令转换为转动后轮(未示出)所需的扭矩。在后轮应用中，循环球式机构220可使用电马达222作为用于转动后轮的唯一扭矩来源。

现在参考图3，且继续参考图1和2，示出了可用于动力转向系统的循环球式机构320，该系统例如为图1中所示的转向系统10。图3总体地示出了循环球式机构320的侧视图，其类似于图2中所示的循环球式机构220。其它附图中所示特征和部件可被并入且与图3中所示的那些一起使用。

循环球式机构320将来自方向盘(未示出)或另一输入构件的以及电马达322的扭矩组合且传递扭矩至转向臂314或从转向臂传递扭矩。输入轴324被操作地连接至方向盘且被支撑在壳体325内。壳体325的一些部分可被去除或横截，以更好地示出循环球式机构320的工作情况。输入轴324具有形成在一个端部上的第一滚珠螺杆326。所示的第一滚珠螺杆326与输入轴324形成为整体的单件式构件。

第一滚珠螺母328环绕第一滚珠螺杆且通过多个滚珠轴承(未示出)与第一滚珠螺杆326处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第一滚珠螺杆326和第一滚珠螺母328之间循环运动。壳体325包围第一滚珠螺母328且引导其运动。方向盘的旋转导致输入轴324和第一滚珠螺杆326旋转。当第一滚珠螺杆326旋转时，该旋转被传递至第一滚珠螺母328且导致第一滚珠螺母328的线性运动(大致向左和向右，如图3所示)。

第一滚珠螺母328与扇形齿轮332(大部分被隐藏于视线外)啮合并接合，以与之传递扭矩。扇形齿轮332被刚性地附接至转向臂314，例如通过花键连接。由此，第一滚珠螺母328的线性运动导致扇形齿轮332的旋转，从而方向盘的运动导致扇形齿轮332和转向臂314的运动。

循环球式机构320包括一个或多个传感器334，所述传感器被配置为确定输入轴324或第一滚珠螺杆226处的扭矩和角度取向。传感器334监视从操作者输入通信至方向盘的输入轴324的扭矩和位移，且还监视通过车轮传递回至输入轴324的扭矩。传感器334可包括不同类型的多个传感器，且可与控制系统(未示出)通信以处理来自传感器334的信号或指令。

电马达322被配置为通过循环球式机构320选择性地供应扭矩给扇形齿轮332。由电马达322传送的扭矩的量可部分地基于来自传感器334、控制系统或其它部件和传感器的信号。

驱动单元336被布置在电马达322和第一滚珠螺母328之间，且实现电马达322和扇形齿轮332之间的扭矩传递。驱动单元336的一些部分已被去除或横截以更好地示出驱动单元336的工作情况。在图3中所示的构造中，驱动单元336由蜗轮338驱动，且被直接连接至且作用在第一滚珠螺杆326上。

图3的驱动单元336作用在壳体325的与输入轴324相邻的端部上，允许电马达322和驱动单元336被布置在循环球式机构的方向盘侧上。驱动单元336和第一滚珠螺杆326之间的连接被示意性地示出，且没有示出各齿轮齿。第一滚珠螺杆326则传递扭矩至第一滚珠螺母328。因此，电马达322增大传送至扇形齿轮332和车轮的扭矩和动力。

现在参考图4，且继续参考图1-3，示出了可用于例如图1中所示的转向系统10这样的动力转向系统的循环球式机构420。图4总体地示出了循环球式机构420的侧视图。其它附图中所示特征和部件可被并入且与图4中所示的那些一起使用。

循环球式机构420将来自方向盘(未示出)或另一输入构件的以及电马达422的扭矩组合且传递扭矩至转向臂414或从转向臂传递扭矩。输入轴424被操作地连接至方向盘且被支撑在壳体425内。穿过壳体425截取了横截平面，以更好地示出循环球式机构420的工作情况。输入轴424具有形成在一个端部上的第一滚珠螺杆426。所示的第一滚珠螺杆426与输入轴424形成为整体的单件式构件。

第一滚珠螺母428环绕第一滚珠螺杆426且通过多个滚珠轴承(未示出)与第一滚珠螺杆426处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第一滚珠螺杆426和第一滚珠螺母428之间循环运动。壳体425包围第一滚珠螺母428且引导其运动。方向盘的旋转导致输入轴424和第一滚珠螺杆426旋转。当第一滚珠螺杆426旋转时，该旋转被传递至第一滚珠螺母428且导致第一滚珠螺母428的线性运动(大致向左和向右，如图4所示)。

第一滚珠螺母428与扇形齿轮432(大部分被隐藏于视线外)啮合以与之传递扭矩。扇形齿轮432被刚性地附接至转向臂414，例如通过花键连接。由此，第一滚珠螺母428的线性运动导致扇形齿轮432的旋转，从而方向盘的运动导致扇形齿轮432和转向臂414的运动。

循环球式机构420包括一个或多个传感器434，所述传感器被配置为确定输入轴424或第一滚珠螺杆226处的扭矩和角度取向。传感器434监视输入轴424的、从操作者输入通信至方向盘的扭矩和位移，且还监视通过车轮传递回至输入轴424的扭矩。传感器434可包括不同类型的多个传感器，且可与控制系统(未示出)通信以处理来自传感器434的信号或指令。

电马达422被配置为通过循环球式机构420选择性地供应扭矩给扇形齿轮432。由电马达422传送的扭矩的量可部分地基于来自传感器434、控制系统或其它部件和传感器的信号。

驱动单元436被布置在电马达422和第一滚珠螺母428之间，且实现电马达422和扇形齿轮432之间的扭矩传递。驱动单元436的一些部分也已被横截以更好地示出驱动单元436的工作情况。

循环球式机构420还包括第二滚珠螺杆440，其与第一滚珠螺杆426实质上同轴线。第二滚珠螺杆440也通过多个滚珠轴承与第一滚珠螺母428处于扭矩传递连通中。因此，扭矩可从第一滚珠螺杆426和第二滚珠螺杆440中的任一个或二者传递至第一滚珠螺母428。

在图4中所示的构造中，驱动单元426由蜗轮438驱动，且通过连接至其的齿轮直接连接至和作用在第二滚珠螺杆440上。在图4中所示的构造中，驱动单元436作用在壳体425的与输入轴424相对的端部上。驱动单元436和第二滚珠螺杆440之间的连接被示意性地示出，且没有示出各齿轮齿。第二滚珠螺杆440和第一滚珠螺杆426则传递组合的扭矩至第一滚珠螺母428。因此，电马达422增大传送至扇形齿轮432和车轮的扭矩和动力。

现在参考图5，且继续参考图1-4，示出了可用于动力转向系统的循环球式机构520，该系统例如为图1中所示的转向系统10。图5总体地示出了循环球式机构520的侧视图。其它附图中所示的特征和部件可被并入且与图5中所示的那些一起使用。

循环球式机构520将来自方向盘(未示出)或另一输入构件的以及电马达522的扭矩组合且传递扭矩至转向臂514或从该转向臂传递扭矩。电马达522的大部分在图5中被隐藏于视线外。输入轴524被操作地连接至方向盘且被支撑在壳体525内。已穿过壳体525截取了横截平面，以更好地示出循环球式机构520的工作情况。

输入轴524具有形成在一个端部上的第一滚珠螺杆526。所示的第一滚珠螺杆526被与输入轴524形成为整体的单件式构件。壳体525可被形成为多于一个的构件且可包括各种密封件和轴承，以有助于循环球式机构520的部件的运动。

第一滚珠螺母528环绕第一滚珠螺杆526且通过多个滚珠轴承(未示出)与第一滚珠螺杆526处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第一滚珠螺杆526和第一滚珠螺母528之间循环运动。壳体525包围第一滚珠螺母528且引导它的运动。

方向盘的旋转导致输入轴524和第一滚珠螺杆526旋转。当第一滚珠螺杆526旋转时，该旋转被传递至第一滚珠螺母528且导致第一滚珠螺母528的线性运动(大致向左和向右，如图5所示)。

第一滚珠螺母528与扇形齿轮532(大部分被隐藏于视线外)啮合和接合以通过该扇形齿轮传递扭矩。扇形齿轮532被刚性地附接至转向臂514，例如通过花键连接。由此，第一滚珠螺母528的线性运动导致扇形齿轮532的旋转，从而方向盘的运动导致扇形齿轮532和转向臂514的运动。壳体525和扇形齿轮532阻止第一滚珠螺母528的旋转，从而其可平移但是不能旋转。

循环球式机构520包括一个或多个传感器534，所述传感器被配置为确定输入轴524或第一滚珠螺杆226处的扭矩和角度取向。传感器534监视输入轴524的、从操作者输入通信至方向盘的扭矩和位移，且还监视通过车轮传递回至输入轴524的扭矩。传感器534可包括不同类型的多个传感器，且可与控制系统(未示出)通信以处理来自传感器534的信号或指令。

电马达522被配置为通过循环球式机构520选择性地供应扭矩给扇形齿轮532。由电马达522传送的扭矩的量可部分地基于来自传感器534、控制系统或其它部件和传感器的信号。

驱动单元536被布置在电马达522和第一滚珠螺母528之间，且实现电马达522和扇形齿轮532之间的扭矩传递。驱动单元536的一些部分也已被横截以更好地示出驱动单元536的工作情况。

循环球式机构520还包括第二滚珠螺杆540，该第二滚珠螺杆与第一滚珠螺杆526实质上同轴线。第二滚珠螺杆540与第一滚珠螺母528整体地形成为单一部件。因此，第一滚珠螺母528和第二滚珠螺杆540协同运动。不同于图4中所示的第二滚珠螺杆440，图5中所示的第二滚珠螺杆540仅滑动且不旋转。

循环球式机构520还包括第二滚珠螺母542，其环绕第二滚珠螺杆540且通过多个滚珠轴承与第二滚珠螺杆540处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第二滚珠螺杆540和第二滚珠螺母542之间循环运动。循环球式机构520可包括在多个滚珠轴承内的两个单独组的滚珠轴承。壳体525还包围第二滚珠螺母540且引导它的运动。不同于第一滚珠螺母528，第二滚珠螺母542旋转，但是在壳体525内不平移。

在图5中所示的构造中，驱动单元536由链或带538驱动且通过与该驱动单元连接的减速齿轮或法兰直接连接至和作用在第二滚珠螺母542上。在图5中所示的构造中，驱动单元536作用在壳体525的与输入轴524相对的端部上。驱动单元536和第二滚珠螺母542之间的连接被示意性地示出。第二滚珠螺母542从电马达522传递扭矩至第二滚珠螺杆540，该第二滚珠螺杆被附接至第一滚珠螺母528。

通过第二滚珠螺母542来自电马达和通过第一滚珠螺杆526来自方向盘的经组合扭矩被传递至第一滚珠螺母528。因此，电马达522增大传送至扇形齿轮532和车轮的扭矩和动力。

这里所述的和图中所示的循环球式机构还可用于电传线控结构中的后轮转向系统。在这种结构中，循环球式机构可将来自方向盘的输入信号转换为用于一个或多个电马达的扭矩指令，其将控制后轮的运动。

现在参考图6，且继续参考图1和-5，示出了可用于动力转向系统(包括图1中所示的转向系统10和其它转向系统)的循环球式机构620。图6总体地示出了循环球式机构620的俯视图。其它附图中所示的特征和部件可并入且与图6中所示的那些一起使用。

循环球式机构620将来自方向盘(未示出)或另一输入构件的以及电马达622的扭矩组合且传递扭矩至转向臂614或从该转向臂传递扭矩。不同于图1-5中所示的构造(其中多数部件是共轴线的)，循环球式机构620具有双孔构造。

输入轴624被操作地连接至方向盘或另一输入构件且被支撑在壳体625内，该壳体可以以多个部件形成且可包括单独的隔间。壳体625的一些部分可被去除或横截，以更好地示出循环球式机构620的工作情况。

输入轴624具有形成在一个端部上的第一滚珠螺杆626。所示的第一滚珠螺杆626与输入轴624形成为整体的单件式构件，但是也可被单独形成和刚性地附接。壳体625可被形成为多于一个的构件且可包括各种密封件和轴承，以便有助于循环球式机构620的部件的运动。

第一滚珠螺母628环绕第一滚珠螺杆626且通过第一多个滚珠轴承627与第一滚珠螺杆626处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第一滚珠螺杆626和第一滚珠螺母628之间循环运动。第一滚珠螺杆626可被称为主滚珠螺杆或手动滚珠螺杆(当方向盘为输入构件时)。

方向盘的旋转导致输入轴624和第一滚珠螺杆626旋转。当第一滚珠螺杆626旋转时，该旋转被传递至第一滚珠螺母628且导致第一滚珠螺母628的线性运动(大致向左和向右，如图6所示)。

第一滚珠螺母628具有形成在其一侧上的第一齿条630。第一齿条630与扇形齿轮632啮合以通过该扇形齿轮传递扭矩。第一齿条630与扇形齿轮632上的第一多个扇齿633啮合。

扇形齿轮632被刚性地附接至转向臂614，例如通过花键连接。由此，第一滚珠螺母628的线性运动导致扇形齿轮632的旋转，从而方向盘的运动导致扇形齿轮632和转向臂614的运动。壳体625和扇形齿轮632实质上阻止第一滚珠螺母628的旋转，从而其可平移但是不可旋转。

循环球式机构620可包括一个或多个传感器634，所述传感器被配置为确定输入轴624或第一滚珠螺杆626处的扭矩和角度取向。传感器634监视输入轴624的、从操作者输入通信至方向盘的扭矩和位移，且还监视通过车轮传递回至输入轴624的扭矩。传感器634可包括不同类型的多个传感器，且可与控制系统(未示出)通信以处理来自传感器634的信号或指令。此外，在后轮转向或电传线控结构中，传感器634可直接监视方向盘，该方向盘可能没有机械地连接至输入轴624。

电马达622被配置为通过循环球式机构620选择性地供应扭矩给扇形齿轮632。由电马达622传送的扭矩的量可部分地基于来自传感器634、控制系统或其它部件和传感器的信号。

驱动单元636实现在电马达622和扇形齿轮632之间的扭矩传递。驱动单元636的一些部分可被横截或去除，以更好地示出驱动单元636的工作情况。在图6中所示的构造中，驱动单元636包括链或带638。

循环球式机构620还包括第二滚珠螺杆640和第二滚珠螺母642。第二滚珠螺母642环绕第二滚珠螺杆640且通过第二多个滚珠轴承(被第二滚珠螺母642隐藏于视线外)与第二滚珠螺杆640处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第二滚珠螺杆640和第二滚珠螺母642之间循环运动。第二滚珠螺杆640可被称为副滚珠螺杆或辅助滚珠螺杆。

第二滚珠螺杆640和第二滚珠螺母642可不与第一滚珠螺杆626和第一滚珠螺母628共轴线。在所示的构造中，第二滚珠螺杆640位于扇形齿轮632的与第一滚珠螺杆626相对的相对侧上，但是与第一滚珠螺杆626大致在一平面内。但是，取决于扇形齿轮632，第一滚珠螺杆626和第二滚珠螺杆640可不在一平面内或第二滚珠螺杆640可位于第一滚珠螺杆626之上或之下(在图6的视图内或外)。

在图6中所示的构造中，驱动单元636和带638通过与之附接的齿轮或法兰直接连接至和作用在第二滚珠螺母642上。驱动单元636和第二滚珠螺母642之间的连接被示意性地示出。第二滚珠螺母642从电马达622传递扭矩至第二滚珠螺杆640，该第二滚珠螺杆被刚性地附接至第二齿条644。不同于第一齿条630和第一滚珠螺母628，第二齿条644被独立于第二滚珠螺母642形成。替代地，第二齿条644与第二滚珠螺母640协同移动。

第二齿条644与第二多个扇齿645接合。扇形齿轮632由此被配置为接收来自第一齿条630和第二齿条644二者的扭矩。第一多个扇齿633和第二多个扇齿645在图6中被示出为构成单独的组，但是可实际上被基本上连续地绕扇形齿轮632形成。

当第二滚珠螺母642在来自电马达622的动力下旋转时，图6中所示的第二滚珠螺杆640滑动。第二滚珠螺母642旋转，但是不平移。循环球式机构620将通过第二滚珠螺母642和第二滚珠螺杆640(辅助滚珠螺杆)而来自电马达622的扭矩以及通过第一滚珠螺杆626(主滚珠螺杆)而来自输入轴624的扭矩进行组合。

经组合的扭矩通过第一齿条630和第二齿条644传递至扇形齿轮632的两侧且被传送至转向臂614。因此，电马达622增大传送至转向臂614和车轮的扭矩和动力。第二滚珠螺杆640可具有不同于第一滚珠螺杆626的螺旋升角(lead angle)。因此，在第二滚珠螺母642和第二滚珠螺杆640之间可具有不同于第一滚珠螺母628和第一滚珠螺杆626之间的不同水平的扭矩倍增。

现在参考图7，且继续参考图1和-6，示出了可用于动力转向系统(包括图1中所示的转向系统10和其它转向系统)的循环球式机构720。图7总体地示出了循环球式机构720的俯视图。其它附图中所示特征和部件可被并入且与图7中所示的那些一起使用。

循环球式机构720将来自方向盘(未示出)或另一输入构件的扭矩与来自电马达722的扭矩组合且传递扭矩至转向臂714或从该转向臂传递扭矩。循环球式机构720具有双孔构造。

输入轴724被操作地连接至方向盘或连接至另一输入构件且被支撑在壳体725内，该壳体可以以多个部件形成件且可包括单独的隔间。壳体725的一些部分可被去除或横截，以更好地示出循环球式机构720的工作情况。

输入轴724具有形成在其一个端部上的第一滚珠螺杆726。所示的第一滚珠螺杆726与输入轴724形成为整体的单件式构件，但是也可被单独形成和刚性地附接。壳体725可被形成为多于一个的构件且可包括各种密封件和轴承以便于循环球式机构720的部件的运动。

第一滚珠螺母728环绕第一滚珠螺杆且通过第一多个滚珠轴承727与第一滚珠螺杆726处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第一滚珠螺杆726和第一滚珠螺母728之间循环运动。第一滚珠螺杆726可被称为主滚珠螺杆或手动滚珠螺杆(当方向盘为输入构件时)。

输入轴724的旋转导致第一滚珠螺杆726旋转。当第一滚珠螺杆726旋转时，该旋转被传递至第一滚珠螺母728且导致第一滚珠螺母728的线性(大致向左和向右，如图7所示)运动。第一滚珠螺母728具有形成在其一侧上的第一齿条730。第一齿条730与扇形齿轮732啮合以通过该扇形齿轮传递扭矩。第一齿条730与扇形齿轮732上的第一多个扇齿733啮合。

扇形齿轮732被刚性地附接至转向臂714，例如通过花键连接。由此，第一滚珠螺母728的线性运动导致扇形齿轮732的旋转，从而方向盘的运动导致扇形齿轮732和转向臂714的运动。壳体725和扇形齿轮732实质上阻止第一滚珠螺母728的旋转，从而其可平移但是不可旋转。

循环球式机构720可包括一个或多个传感器734，所述传感器被配置为确定输入轴724或第一滚珠螺杆726处的扭矩和角度取向。传感器734监视输入轴724的、从操作者输入通信至方向盘的扭矩和位移，且还监视通过车轮传递回至输入轴724的扭矩。传感器734可包括不同类型的多个传感器，且可与控制系统(未示出)通信，以处理来自传感器734的信号或指令。此外，在后轮转向或电传线控结构中，传感器734可直接监视方向盘，该方向盘可能没有机械地连接至输入轴724。

电马达722被配置为通过循环球式机构720选择性地供应扭矩给扇形齿轮732。由电马达722传送的扭矩的量可部分地基于来自传感器734、控制系统或其它部件和传感器的信号。

驱动单元736实现在电马达722和扇形齿轮732之间的扭矩传递。驱动单元736的一些部分可被横截或去除，以更好地示出驱动单元736的工作情况。在图7中所示的构造中，驱动单元736包括链或带738。

循环球式机构720还包括第二滚珠螺杆740和第二滚珠螺母742。第二滚珠螺母742环绕第二滚珠螺杆740且通过第二多个滚珠轴承743与第二滚珠螺杆740处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第二滚珠螺杆740和第二滚珠螺母742之间循环运动。第二滚珠螺杆740可被称为副滚珠螺杆或辅助滚珠螺杆。

第二滚珠螺杆740和第二滚珠螺母742不与第一滚珠螺杆726和第一滚珠螺母728共轴线。在所示的构造中，第二滚珠螺杆740位于扇形齿轮732的与第一滚珠螺杆726相对的相对侧上，但是与第一滚珠螺杆726大致在一平面内。但是，取决于扇形齿轮732，第一滚珠螺杆726和第二滚珠螺杆740可不在一平面内或第二滚珠螺杆740可位于第一滚珠螺杆726之上或之下(在图7的视图内或外)。

在图7中所示的构造中，驱动单元736和带738通过连接至其的齿轮或法兰直接连接至和作用在第二滚珠螺杆740上。驱动单元736和第二滚珠螺杆740之间的连接被示意性地示出。第二滚珠螺杆740从电马达722传递扭矩至第二滚珠螺母742，该第二滚珠螺母被附接至第二齿条744。在所示的构造中，第二齿条744被形成在第二滚珠螺母742的外部上，从而第二齿条744和第二滚珠螺母742一致运动。

第二齿条744与第二多个第二扇齿745接合。扇形齿轮732由此被配置为接收来自第一齿条730和第二齿条744二者的扭矩。第一多个扇齿733和第二多个扇齿745在图7中被示出为构成单独的组，但是可被基本上连续地绕扇形齿轮732形成。

图7中所示的第二滚珠螺杆740在来自电马达722的动力下旋转且导致第二滚珠螺母742线性滑动。第二滚珠螺杆740旋转，但是在壳体725内不平移。循环球式机构720将通过第二滚珠螺杆740(辅助滚珠螺杆)而来自电马达722的扭矩以及通过第一滚珠螺杆726(主滚珠螺杆)而来自输入轴724的扭矩组合。

经组合的扭矩通过第一齿条730和第二齿条744传递至扇形齿轮732的两侧且被传送至转向臂714。因此，电马达722增大或辅助传送至转向臂714和车轮的扭矩和动力。第二滚珠螺杆740可具有不同于第一滚珠螺杆726的螺旋升角。因此，在第二滚珠螺母742和第二滚珠螺杆740之间可具有与第一滚珠螺母728和第一滚珠螺杆726之间的不同水平的扭矩倍增。

现在参考图8A和图8B，且继续参考图1-7，示出了可用于动力转向系统(包括图1中所示的转向系统10和其它转向系统)的循环球式机构820的两个视图。图8A示出了循环球式机构820的等轴视图，图8B示出了沿图8A的截面线8-8截取的循环球式机构820的横截面视图。其它附图中所示特征和部件可被并入且与图8中所示的那些一起使用。

循环球式机构820将来自方向盘(未示出)或另一输入构件的扭矩与来自第一电马达822的扭矩组合且传递扭矩至转向臂814或从该转向臂传递扭矩。循环球式机构820具有双孔构造，且还包括第二电马达823。

输入轴824被操作地连接至方向盘或连接至另一输入构件且被支撑在壳体825内，该壳体可以以多个部件形成且可包括单独的隔间。在图8B中壳体825的一些部分可被去除或横截，以更好地示出循环球式机构820的工作情况。

输入轴824具有形成在其一个端部上的第一滚珠螺杆826。所示的第一滚珠螺杆826与输入轴824形成为整体的单件式构件，但是也可被单独形成和刚性地附接。壳体825可以以多于一个的构件形成且可包括各种密封件和轴承，以便有助于循环球式机构820的部件的运动。

第一滚珠螺母828环绕第一滚珠螺杆826且通过第一多个滚珠轴承827与第一滚珠螺杆826处于扭矩传递连通中，示意性所示，该滚珠轴承在第一滚珠螺杆826和第一滚珠螺母828之间循环运动。第一滚珠螺杆826可被称为主滚珠螺杆或手动滚珠螺杆(当方向盘为输入构件时)。

输入轴824的旋转导致第一滚珠螺杆826旋转。当第一滚珠螺杆826旋转时，该旋转被传递至第一滚珠螺母828且导致第一滚珠螺母828的线性运动(大致向左和向右，如图8B所示)。第一滚珠螺母828具有形成在其一侧上的第一齿条830。第一齿条830与扇形齿轮832啮合，以通过该扇形齿轮传递扭矩。第一齿条830与扇形齿轮832上的第一多个扇齿833啮合。

扇形齿轮832被刚性地附接至转向臂814，例如通过花键连接。由此，第一滚珠螺母828的线性运动导致扇形齿轮832的旋转，从而方向盘的运动导致扇形齿轮832和转向臂814的运动。壳体825和扇形齿轮832实质上阻止第一滚珠螺母828的旋转，从而其可平移但是不可旋转。

循环球式机构820可包括一个或多个传感器(未示出)，其被配置为确定输入轴824或第一滚珠螺杆826处的扭矩和角度取向。传感器监视输入轴824的、从操作者输入通信至方向盘的扭矩和位移，且还监视通过车轮传递回至输入轴824的扭矩。传感器可包括不同类型的多个传感器，且可与控制系统(未示出)通信以处理来自传感器的信号或指令。此外，在后轮转向或电传线控结构中，传感器可直接监视方向盘，该方向盘可能没有机械地连接至输入轴824。

第一电马达822被配置为通过循环球式机构820选择性地供应扭矩给扇形齿轮832。由第一电马达822传送的扭矩的量可部分地基于来自传感器、控制系统或其它部件和传感器的信号。

第一驱动单元836实现在第一电马达822和扇形齿轮832之间的扭矩传递。第一驱动单元836的一些部分已被去除或横截，以更好地示出第一驱动单元836的工作情况。在图8A和8B中所示的构造中，第一驱动单元836包括第一蜗轮838(大部分被隐藏于视线外)。

在图8A和8B中所示的构造中，第一驱动单元836和第一蜗轮838通过与之连接的齿轮或法兰直接连接至和作用在第一滚珠螺杆826上。第一驱动单元836和第一滚珠螺杆826之间的连接被示意性地示出。第一滚珠螺杆826从第一电马达822传递扭矩至第一滚珠螺母828，该第一滚珠螺母被附接至第一齿条830。

循环球式机构820还包括第二滚珠螺杆840和第二滚珠螺母842。第二滚珠螺母842环绕第二滚珠螺杆840且通过第二多个滚珠轴承843与第二滚珠螺杆840处于扭矩传递连通中，该滚珠轴承在第二滚珠螺杆840和第二滚珠螺母842之间循环运动。第二滚珠螺杆840可被称为副滚珠螺杆或辅助滚珠螺杆，因为其不直接与输入构件(方向盘)通过输入轴824相连。

第二滚珠螺杆840和第二滚珠螺母842可不与第一滚珠螺杆826和第一滚珠螺母828共轴线。在所示的构造中，第二滚珠螺杆840位于扇形齿轮832的、与第一滚珠螺杆826相对的相对侧上，但是与第一滚珠螺杆826大致在一平面内。但是，取决于扇形齿轮832，第一滚珠螺杆826和第二滚珠螺杆840可不在一平面内或第二滚珠螺杆840可位于第一滚珠螺杆826之上或之下(如图8A所示，在图8B的视图内或外)。

第二驱动单元837实现在第二电马达823和扇形齿轮832之间的扭矩传递。第二驱动单元837的一些部分已被去除或横截，以更好地示出第二驱动单元837的工作情况。在图8A和8B中所示的构造中，第二驱动单元837包括第二蜗轮839。

在图8A和8B中所示的构造中，第二驱动单元837和第二蜗轮839通过与之连接的齿轮或法兰直接连接至和作用在第二滚珠螺杆840上。第二驱动单元837和第二滚珠螺杆840之间的连接被仅示意性地示出。第二滚珠螺杆840从第二电马达823传递扭矩至第二滚珠螺母842，该第二滚珠螺母被连接至第二齿条844。在所示的构造中，第二齿条844被形成在第二滚珠螺母842的外部上，从而第二齿条844和第二滚珠螺母842一致运动。

第二齿条844与第二多个扇齿845接合。扇形齿轮832由此被配置为接收来自第一齿条830和第二齿条844二者的扭矩。第一多个扇齿833和第二多个扇齿845在图8中被示出为构成单独的组，但是可被基本上连续地绕扇形齿轮832形成。

图8中所示的第二滚珠螺杆840在来自第二电马达823的动力下旋转且导致第二滚珠螺母842线性滑动。第二滚珠螺杆840旋转，但是在壳体825内不平移。循环球式机构820将通过第二滚珠螺母840而来自第二电马达823的扭矩、通过第一滚珠螺杆826而来自第一电马达822的扭矩和通过第一滚珠螺杆826而来自输入轴824的扭矩进行组合。

经组合的所有三个扭矩源通过第一齿条830和第二齿条844传递至扇形齿轮832的两侧且被传送至转向臂814。因此，第一电马达822和第二电马达823二者增大或辅助传送至转向臂814和车轮的扭矩和动力。第二滚珠螺杆840可具有不同于第一滚珠螺杆826的螺旋升角。因此，在第二滚珠螺母842和第二滚珠螺杆840之间可存与第一滚珠螺母828和第一滚珠螺杆826之间的不同水平的扭矩倍增，还存在通过第二电马达823和第一电马达822施加的不同水平的助力。

详细描述和附图和视图是本发明的支持和说明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然用于执行要求保护的本发明的一些较佳方式和其它实施例已经详细描述，存在用于实现所附权利要求中限定的本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种动力转向系统，用于在输入构件和转向臂之间传递扭矩，该动力转向系统包括：

输入轴，操作地连接至输入构件；

扇形齿轮，操作地连接至转向臂用于通过该扇形齿轮传递扭矩；

第一滚珠螺杆，其中第一滚珠螺杆形成在输入轴上；

第一滚珠螺母，其围绕第一滚珠螺杆且通过多个滚珠轴承与第一滚珠螺杆处于扭矩传递连通；

第一齿条，其被刚性地附连至第一滚珠螺母，其中该第一齿条与扇形齿轮啮合用于通过该扇形齿轮传递扭矩；

第二滚珠螺杆，其中该第二滚珠螺杆与第一滚珠螺杆实质上不同轴线；

第二滚珠螺母，其围绕第二滚珠螺杆且通过多个滚珠轴承与第二滚珠螺杆处于扭矩传递连通；

第二齿条，其与扇形齿轮啮合用于通过该扇形齿轮传递扭矩；以及

电马达，其被配置为通过第二滚珠螺杆选择性地供应扭矩给扇形齿轮。

2.如权利要求1所述的转向系统，还包括：

驱动单元，其布置在电马达和第一滚珠螺母之间。

3.如权利要求2所述的转向系统，其中第二齿条被刚性地附接至第二滚珠螺杆。

4.如权利要求3所述的转向系统，其中驱动单元被直接连接至和作用于第二滚珠螺母。

5.如权利要求4所述的转向系统，还包括：

传感器，其配置为确定输入轴处的扭矩。

6.如权利要求2所述的转向系统，其中第二齿条被刚性地附接至第二滚珠螺母。

7.如权利要求6所述的转向系统，其中驱动单元被直接连接至和作用于第二滚珠螺杆。

8.如权利要求7所述的转向系统，还包括：

传感器，其配置为确定输入轴处的扭矩。

9.如权利要求8所述的转向系统，其中输入构件是方向盘，从而输入轴与方向盘相连。

10.一种动力转向系统，用于传递扭矩至转向臂，该动力转向系统包括：

扇形齿轮，操作地连接至转向臂用于通过该扇形齿轮传递扭矩；

第一滚珠螺杆；

第一滚珠螺母，其围绕第一滚珠螺杆且通过多个滚珠轴承与第一滚珠螺杆处于扭矩传递连通；

第一齿条，其被刚性地附连至第一滚珠螺母，其中该第一齿条与扇形齿轮啮合用于通过该扇形齿轮传递扭矩；

第二滚珠螺杆，其中该第二滚珠螺杆与第一滚珠螺杆实质上不同轴线；

第二滚珠螺母，其围绕第二滚珠螺杆且通过多个滚珠轴承与第二滚珠螺杆处于扭矩传递连通；

第二齿条，其与扇形齿轮啮合用于通过该扇形齿轮传递扭矩；以及

电马达，其被配置为通过第二滚珠螺杆选择性地供应扭矩给扇形齿轮。

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