CN216269501U - 一种重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车转向技术领域，提供了一种重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器。包括：双电机助力转向装置由转矩转角传感器、双电机、减速机构、控制器组成；行星滚柱丝杠式转向器设置有行星滚柱丝杠传动副和齿条齿扇传动副，双电机助力转向装置的输出端与行星滚柱丝杠传动副中的丝杠连接，齿条齿扇传动副连接摇臂轴；双电机助力转向装置输出的助力转矩与方向盘的手力矩叠加后经行星滚柱丝杠传动副、齿条齿扇传动副输出到摇臂轴上。本实用新型的有益效果在于：在单个电机出现故障时，另一电机仍可以正常动作，保证转向系统的正常转向；转向助力可由两个电机共同承担，在24V电压体制现状下满足重载商用车的转向纯电动化需求。

Description

一种重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器

技术领域

本实用新型涉及汽车转向技术领域，具体涉及一种重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器。

背景技术

目前电动大客车、大型新能源客车、重载商用车为了满足转向的轻便型，均采用传统的液压助力转向系统。中国专利CN201820019163.8中公开了一种一种液压动力转向器，其为一种液压助力转向器，但是其中的液压助力系统油泵一直运转会增加转向系统能耗，不利于节能减排，并且液压系统本身存在漏油与维护问题，这大大提高了转向系统的维护成本，液压油还会造成环境污染。，此外，油泵、皮带轮、液压管路等元件占用空间，不好布置，低温工作性能也较差。

此外，为了满足电动化的需求，中国专利CN200510055247.4中公开了一种循环球式电动助力转向器，该转向器形式近年来在轻卡上已经实现产品化。但是由于循环球结构的机械强度限制，无法满足转向器输出大扭矩的需求，难以在重载商用车上得到应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，以解决现有技术中存在的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，包括：双电机助力转向装置和行星滚柱丝杠式转向器，所述双电机助力转向装置由转矩转角传感器、双电机、减速机构、控制器组成，所述转矩转角传感器用于采集方向盘的手力矩和转角信息；所述行星滚柱丝杠式转向器设置有行星滚柱丝杠传动副和齿条齿扇传动副，所述双电机助力转向装置的输出端与所述行星滚柱丝杠传动副中的丝杠连接，所述丝杠与所述齿条齿扇传动副传动连接，所述齿条齿扇传动副连接摇臂轴；所述双电机助力转向装置输出的助力转矩与所述方向盘的手力矩叠加后经所述行星滚柱丝杠传动副、齿条齿扇传动副输出到所述摇臂轴上，所述控制器根据车速、方向盘的手转矩及转角信息控制所述双电机动作；当一个助力电机故障时，另一个助力电机工作。

可选实施例中，相互连接的所述双电机助力转向装置的输入轴与所述丝杠之间安装有扭杆，所述扭杆与所述输入轴通过扭杆销连接，所述转矩转角传感器套设于所述输入轴上。

可选实施例中，所述行星滚柱丝杠传动副还设置有滚柱、螺母、内齿圈和滚柱保持架；其中，所述螺母与丝杠同轴安装，所述滚柱的两端套在所述滚柱保持架的圆孔内，且呈行星状均布在所述丝杠周围；所述螺母与所述滚柱之间、所述滚柱与所述丝杠之间均通过螺纹啮合；所述螺母的外圆面与转向器的壳体内圆面滑动配合。

可选实施例中，所述内齿圈设置在所述螺母的两端内侧，所述内齿圈与所述滚柱的两端小齿轮啮合。

可选实施例中，所述丝杠的两端通过上推力调心滚子轴承和下推力调心滚子轴承安装于转向器的壳体内；所述滚柱保持架的两端分别安装有一用于限位的弹性挡圈。

可选实施例中，所述螺母的外表面加工有轴向的齿条，所述齿条与齿扇啮合将所述丝杠与螺母的旋转运动转化为轴向直线运动，后所述齿扇的齿扇轴带动所述摇臂轴转动输出转矩。

可选实施例中，所述双电机助力转向装置设置在所述转矩转角传感器与所述丝杠之间，或布置在所述丝杠的后端。

可选实施例中，所述双电机助力转向装置中的每个电机的输出端分别通过一蜗杆与所述丝杠上的同一蜗轮传动连接，两个所述电机可同时驱动相应的蜗杆。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型中的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器采用双电机耦合驱动的动力转向形式，实现对结构空间的高效利用和便于维护，同时双电机耦合驱动助力在控制策略上进行优化进而高效的转矩输出，实现自动驾驶或辅助驾驶所需要的转向控制和冗余安全功能，且在单个电机出现故障时，另一个电机仍可以正常动作，保证转向系统的正常转向。

(2)本实用新型中的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器实现了中重载商用车转向系统的纯电动化，充分发挥了电动助力转向机构的优势，在满足大负载输出的情况下提供随速助力功能，可以实现低速大扭矩输出的转向轻便、高速时的良好的转向驾驶路感；需要指出的是，转向助力可以由两个电机共同承担，可以在24V电压体制现状下满足前轴和很大的重载商用车的转向电动化需求，而不至于产生很大电流(≤100A)，对于控制器的设计及线路都具有可行性，也可以选择更大的电压体制，如48V。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型蜗轮蜗杆减速机构位于丝杠下方位置的正向剖视图。

图2是本实用新型蜗轮蜗杆减速机构位于丝杠下方位置的俯视剖视图。

图3是本实用新型整体外观结构图。

图4是本实用新型将双电机及其蜗轮蜗杆减速器布置在传感器下端丝杠上方的正向剖视图。

图5是本实用新型中双蜗杆单蜗轮的结构布置形式。

其中，图中附图标记为：1为扭杆销，2为输入轴，3为扭杆，4为传感器盖，5为转矩转角传感器，6为转向器上盖，7为上推力调心滚子轴承，8为转向器壳体，9为丝杠，10为螺母，11为行星滚柱，12为滚柱保持架，13为弹性挡圈，14为蜗轮，15为下推力调心滚子轴承，16为转向器端盖，17为平键，18为齿扇轴，19为内齿圈，20为O型圈，21为输入轴轴承，22为传感器盖油封，23为蜗杆，24为蜗杆轴承，25为联轴器。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅附图1-5，本实施例的目的在于提供了一种重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，包括：双电机助力转向装置和行星滚柱丝杠式转向器，双电机助力转向装置由转矩转角传感器5、双电机、减速机构、控制器组成，转矩转角传感器5用于采集方向盘的手力矩和转角信息，转矩转角传感器5为非接触式扭矩传感器，与角度传感器一体化，当方向盘上面的有手力矩之后扭杆3产生变形，转矩转角传感器5检测到力矩信号，根据助力策略，控制双助力电机经过蜗杆23与蜗轮14减速机构，降速增扭，分别输出一个助力力矩线性叠加作用于丝杠9上，电动助力机构的输出力矩和手力矩在丝杠9上耦合。

其中，行星滚柱丝杠式转向器设置有行星滚柱丝杠传动副和齿条齿扇传动副，双电机助力转向装置的输出端与行星滚柱丝杠传动副中的丝杠9连接，丝杠9与齿条齿扇传动副传动连接，齿条齿扇传动副连接摇臂轴；双电机助力转向装置输出的助力转矩与方向盘的手力矩叠加后经行星滚柱丝杠传动副、齿条齿扇传动副输出到摇臂轴上，控制器根据车速、方向盘的手转矩及转角信息控制双电机动作；当一个助力电机故障时，另一个助力电机工作，采用双电机耦合驱动的动力转向形式，实现对结构空间的高效利用和便于维护，同时双电机耦合驱动助力在控制策略上进行优化进而高效的转矩输出，实现自动驾驶或辅助驾驶所需要的转向控制和冗余安全功能，且在单个电机出现故障时，另一个电机仍可以正常动作，保证转向系统的正常转向。

具体地，相互连接的双电机助力转向装置的输入轴2与丝杠9之间安装有扭杆3，扭杆3与输入轴2通过扭杆销1连接，转矩转角传感器5套设于输入轴2上。行星滚柱丝杠传动副还设置有滚柱11、螺母10、内齿圈19和滚柱保持架12；其中，螺母10与丝杠9同轴安装，滚柱11的两端套在滚柱保持架12的圆孔内，且呈行星状均布在丝杠9周围；螺母10与滚柱11之间、滚柱11与丝杠9之间均通过螺纹啮合；螺母10的外圆面与转向器的壳体内圆面滑动配合。内齿圈19设置在螺母10的两端内侧，内齿圈19与滚柱11的两端小齿轮啮合。丝杠9的两端通过上推力调心滚子轴承7和下推力调心滚子轴承15安装于转向器的壳体内；滚柱保持架12的两端分别安装有一用于限位的弹性挡圈13。

需要指出的是，螺母10的外表面加工有轴向的齿条，齿条与齿扇啮合将丝杠9与螺母10的旋转运动转化为轴向直线运动，后齿扇的齿扇轴18带动摇臂轴转动输出转矩。双电机助力转向装置设置在转矩转角传感器5与丝杠9之间，或布置在丝杠9的后端。双电机助力转向装置中的每个电机的输出端分别通过一蜗杆与丝杠9上的同一蜗轮14传动连接。

进一步地，丝杠9与滚柱11之间是螺纹传动，丝杆9的转动滚柱11自转与公转，同时带动滚柱保持架12与滚柱11一起进行绕丝杠9公转运动。在螺母10上的两端加工有内齿圈分别与行星滚柱11两端的小齿啮合，通过滚柱11齿轮与螺母10两端的内齿圈19啮合，保证滚柱11与丝杠9之间轴线平行，同时防止滚柱11卡滞。螺母10加工有内螺纹，行星滚柱11与螺母10之间也是螺纹传动，螺母10外圆面与转向器壳体内圆面滑动配合，形成对齿条径向力的支撑，防止丝杠所受径向力引起的弯曲变形而破坏传动，丝杠9两端通过两推力调心滚子轴承7、15满足丝杠大推力转动的技术需求。螺母10外表面加工有模数较大的齿条，与齿扇轴18上的齿扇啮合，螺母10转动的自由度被齿条齿扇限制，保证了螺母10在滚柱11的带动下只沿轴向直线运动。螺母12的轴向直线运动带动螺母10上的齿条直线运动，齿条与齿扇18之间啮合，则齿条的直线往复运动转换为齿扇17的转动，带动齿扇轴18转动输出力矩与转角。

值得一提的是，如附图4所示，考虑转向器的安装及摆臂的空间需求，可以将双电机及其传动机构布置在丝杆上方。为了增加蜗轮蜗杆的接触点的数量，降低蜗轮蜗杆校核强度，可以选用如附图5所示的双蜗杆单蜗轮的结构形式，蜗轮材料可以选用黄铜代替常规EPS所用的尼龙材质，以增大由于转向力矩增大造成的蜗轮强度问题。以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，包括：双电机助力转向装置和行星滚柱丝杠式转向器，其特征在于，

所述双电机助力转向装置由转矩转角传感器(5)、双电机、减速机构、控制器组成，所述转矩转角传感器(5)用于采集方向盘的手力矩和转角信息；

所述行星滚柱丝杠式转向器设置有行星滚柱丝杠传动副和齿条齿扇传动副，所述双电机助力转向装置的输出端与所述行星滚柱丝杠传动副中的丝杠(9)连接，所述丝杠(9)与所述齿条齿扇传动副传动连接，所述齿条齿扇传动副连接摇臂轴；

所述双电机助力转向装置输出的助力转矩与所述方向盘的手力矩叠加后经所述行星滚柱丝杠传动副、齿条齿扇传动副输出到所述摇臂轴上，所述控制器根据车速、方向盘的手转矩及转角信息控制所述双电机动作；当一个助力电机故障时，另一个助力电机工作。

2.如权利要求1所述的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，其特征在于，相互连接的所述双电机助力转向装置的输入轴(2)与所述丝杠(9)之间安装有扭杆(3)，所述扭杆(3)与所述输入轴(2)通过扭杆销(1)连接，所述转矩转角传感器(5)套设于所述输入轴(2)上。

3.如权利要求2所述的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，其特征在于，所述行星滚柱丝杠传动副还设置有滚柱(11)、螺母(10)、内齿圈(19)和滚柱保持架(12)；其中，所述螺母(10)与丝杠(9)同轴安装，所述滚柱(11)的两端套在所述滚柱保持架(12)的圆孔内，且呈行星状均布在所述丝杠(9)周围；所述螺母(10)与所述滚柱(11)之间、所述滚柱(11)与所述丝杠(9)之间均通过螺纹啮合；所述螺母(10)的外圆面与转向器的壳体内圆面滑动配合。

4.如权利要求3所述的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，其特征在于，所述内齿圈(19)设置在所述螺母(10)的两端内侧，所述内齿圈(19)与所述滚柱(11)的两端小齿轮啮合。

5.如权利要求4所述的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，其特征在于，所述丝杠(9)的两端通过上推力调心滚子轴承(7)和下推力调心滚子轴承(15)安装于转向器的壳体内；所述滚柱保持架(12)的两端分别安装有一用于限位的弹性挡圈(13)。

6.如权利要求3所述的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，其特征在于，所述螺母(10)的外表面加工有轴向的齿条，所述齿条与齿扇啮合将所述丝杠(9)与螺母(10)的旋转运动转化为轴向直线运动，后所述齿扇的齿扇轴(18)带动所述摇臂轴转动输出转矩。

7.如权利要求6所述的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，其特征在于，所述双电机助力转向装置设置在所述转矩转角传感器(5)与所述丝杠(9)之间，或布置在所述丝杠(9)的后端。

8.如权利要求6所述的重载商用车用双电机行星滚柱丝杠式电动助力转向器，其特征在于，所述双电机助力转向装置中的每个电机的输出端分别通过一蜗杆与所述丝杠(9)上的同一蜗轮(14)传动连接，两个所述电机可同时驱动相应的蜗杆。

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