一種新型汽車電動助力轉向裝置的製作方法

2024-03-24 23:54:05

本發明涉及一種新型汽車電動助力轉向裝置。

背景技術：

傳統的液壓助力轉向系統主要零部件有油壺、轉向油泵、油管、轉向器、皮帶等。其工作原理是發動機通過皮帶輪等部件驅動轉向油泵主軸旋轉產生液體流量與壓力，方向盤旋轉方向與角度使轉向器分配控制閥調節轉向油泵輸入轉向器液壓缸的流量與壓力大小，使轉向器橫拉杆左右移動，即在轉向系統上增加了一個輔助作用力，從而使汽車輪胎轉向。傳統的液壓助力轉向系統存在的問題如下：

1、傳統的液壓助力轉向系統實現可變轉向助力困難，即產生的助力大小不能隨著車速的提高而發生變化。在高速行駛過程中方向盤很輕，易出現轉方向時的「發飄」現象，影響高速行車時的安全，降低了駕駛員在高速行駛過程中操縱方向的穩定性和安全感。

2、傳統的液壓助力轉向系統是通過驅動轉向油泵產生液壓助力，其工作效率在70％～80％，主要是由於傳動液體的流動特性，在油管與轉向器分配閥等零件通過細長、小孔徑的通道時出現一定的液壓損耗，使轉向系統助力效率下降，導致在轉向過程中出現遲滯效應(即轉向的靈敏度)，使轉向時的跟隨特性與回正特性下降。

3、傳統的液壓助力轉向系統結構較為複雜，組裝困難，主要組成零部件有油壺、轉向油泵、油管、轉向器、皮帶等，其中轉向油泵屬於易損件，轉向打死時間過長時轉向油泵很容易損壞，使用壽命下降，最終導致轉向系統失去轉向力能。

4、傳統的液壓助力轉向系統在轉向過程中或轉向打死時，皮帶、轉向油泵等部件會發生工作時的噪音，影響駕駛員行車時的舒適感。

5、傳統的液壓助力轉向系統是將發動機部分的動力轉化成轉向油泵的液體壓力，只要發動機運轉，不管是否轉向都要損耗發動機輸出的部分動力，這樣就額外的增加了燃料的損耗，經濟性能下降。

6、傳統的液壓助力轉向系統工作用的介質外漏以及額外的增加了燃料的損耗，對環境造成不同程度的汙染。

技術實現要素：

針對以上技術問題，本發明提供一種轉向安全可靠、操縱穩定、更輕便的新型汽車電動助力轉向裝置。

本發明為解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種新型汽車電動助力轉向裝置，包括齒條、分布於齒條兩端的球頭拉杆，齒條的外周設有齒條殼體，齒條的中部設有與其嚙合的齒輪，齒輪與一安裝於一組合殼體內的主軸總成連接，所述主軸總成包括輸入軸、輸出軸以及連接於輸入軸和輸出軸之間的扭杆，所述齒輪的一端與輸出軸固定，所述汽車電動助力轉向裝置還包括電機、蝸輪、蝸杆、扭矩角度傳感器以及電子控制單元，蝸輪、蝸杆以及扭矩角度傳感器設於所述組合殼體內，所述蝸輪固定於輸出軸的外周，蝸杆和蝸輪嚙合，所述電機的驅動端與蝸杆連接，所述扭矩角度傳感器設置於輸入軸和輸出軸之間，扭矩角度傳感器的輸出端以及電機的控制端與電子控制單元的信號端連接。

作為優選的實施方式，所述組合殼體由主殼體和上蓋組合而成，所述蝸輪、蝸杆以及扭矩角度傳感器設於主殼體內，所述上蓋和所述齒條殼體分別置於主殼體的兩側並與其組合成型，所述輸入軸通過第一軸承固定於上蓋內。

作為優選的實施方式，所述輸出軸通過第二軸承固定於主殼體內，所述輸出軸的外周卡裝有用於限定第二軸承的軸用彈性擋圈。

作為優選的實施方式，所述扭杆的兩個軸端分別通過定位銷與輸入軸和輸出軸固定。

作為優選的實施方式，所述齒輪的一端通過定位銷與輸出軸固定。

作為優選的實施方式，所述蝸杆採用一端球軸承支撐、一端長徑比大於1的自潤軸套支撐。

本發明的有益效果是：本發明設有扭矩角度傳感器，能夠將輸入軸和輸出軸之間產生的角度轉動位移變成電信號輸送到電子控制單元，電子控制單元為汽車的控制核心，因此電子控制單元可以進一步結合車速信號、發動機轉速信號等，控制電機按相應指令輸出相應轉向方向及助力大小的輔助轉向助力轉矩。因此，本發明實現了精準的助力轉向控制，可以輕鬆的獲得可變轉向助力的特性，隨車速的變化提供不同的助力效果，提高了低速行駛時轉向的靈敏輕便與高速行駛時轉向的安全可靠及穩定性特點。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式進行進一步的說明：

圖1為本發明的整體結構圖；

圖2為本發明助力轉向部分的剖視圖。

標號說明：1-齒條，2-球頭拉杆，3-齒條殼體，4-齒輪，5-輸入軸，6-輸出軸，7-扭杆，8-電機，9-蝸輪，10-蝸杆，11-扭矩角度傳感器，12-電子控制單元，13-主殼體，14-上蓋，15-第一軸承，16-第二軸承，17-軸用彈性擋圈。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發明的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關係、各部分的作用及工作原理、製造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域的技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。

參照圖1和圖2，本發明的新型電動助力轉向裝置主要由傳統的機械式齒輪齒條轉向主體部分以及電動助力轉向部分組成。前者主要包括齒條1、球頭拉杆2、齒條殼體3、齒輪4，由輸入軸5、輸出軸6和扭杆7組成的主軸總成等。後者包括電機8、蝸輪9、蝸杆10、扭矩角度傳感器11以及電子控制單元12等。

齒條1設於齒條殼體3內，主軸總成以及蝸輪9、蝸杆10和扭矩角度傳感器11等設於一組合殼體內。如圖1所示，此組合殼體由主殼體13和上蓋14組合而成，蝸輪9、蝸杆10以及扭矩角度傳感器11設於主殼體13內，上蓋14和齒條殼體3分別置於主殼體13的兩側並與其組合成型，輸入軸5通過第一軸承15固定於上蓋14內。輸出軸6通過第二軸承16固定於主殼體13內，輸出軸6的外周卡裝有用於限定第二軸承16的軸用彈性擋圈17。蝸杆9採用一端球軸承支撐、一端長徑比大於1的自潤軸套支撐。

基於上述的組合結構，本發明的各個部分形成模塊化組合，在使用時可以根據需要對上蓋14、蝸杆10、蝸輪9、齒條殼體3等部件進行更換，從而滿足更多的裝車需求。

下面對本發明的具體結構進行描述。

如圖所示，球頭拉杆2分布於齒條1的兩端，齒輪4與齒條1的中部嚙合，當齒輪4轉動時可以帶動齒條1左右位移，從而實現轉向。因此通過控制齒輪4的轉動即可控制汽車的轉向。

齒輪4的一端與輸出軸6固定，具體為通過定位銷與輸出軸6固定。扭杆7連接於輸入軸5和輸出軸6之間，具體為扭杆7的兩個軸端分別通過定位銷與輸入軸5和輸出軸6固定。因此輸入軸5轉動時可以帶動輸出軸6轉動。

蝸輪9固定於輸出軸6的外周，蝸杆10和蝸輪9嚙合，電機8的驅動端與蝸杆10連接，扭矩角度傳感器11設置於輸入軸5和輸出軸6之間，扭矩角度傳感器11的輸出端以及電機8的控制端與電子控制單元12的信號端連接。電機8驅動端與蝸杆蝸輪減速器連接，傳遞效率達90％以上，使輸出的轉矩直接作用於轉向車輪。沒有傳統的液壓助力系統帶來的遲滯效應，提高了方向盤轉向時車輪的跟隨性能。在球頭拉杆2及慣性的作用下，使轉向車輪轉動擺振減小，提高了外力的抗幹擾能力。通過軟體編程控制，增加回正力矩或阻尼力矩，在低速時轉向後，方向盤能夠按需求準確地回到中間位置；在高速時轉向後，可防止在回正過程中方向盤的脈衝振動，提升了低速與高速行駛時方向的回正性能。

扭矩角度傳感器11能夠將輸入軸5和輸出軸6之間產生的角度轉動位移變成電信號輸送到電子控制單元12，電子控制單元12為汽車的控制核心，因此電子控制單元12可以進一步結合車速信號、發動機轉速信號等，控制電機8按相應指令輸出相應轉向方向及助力大小的輔助轉向助力轉矩。低速轉向時提供較大的轉向助力，使駕駛人員轉向更為輕便，當車速提高時，汽車電動助力轉向裝置產生的轉向助力逐漸變小，駕駛人員轉向時需要的轉向力將逐漸變大，有效的解決了傳統的液壓轉向系統在高速轉方向時的「發飄」現象，提高了駕駛人員在高速行駛過程中操縱方向的穩定性和安全感。

本發明實現了低燃油消耗，不消耗發動機的動力，是用電源來維持系統工作，只有在轉向時電機才會產生助力，不轉向時不消耗能量，為此，汽車電動助力轉向裝置大大減少了車輛使用的燃油消耗，比傳統的液壓助力轉向系統：在不轉向時，汽車電動助力轉向裝置(eps)降低至3％左右的燃油消耗；轉向時，降低至5％左右的燃油消耗。

本發明採用電源來工作，沒有傳統的液壓助力轉向系統工作介質的外漏問題，避免了對環境造成的汙染，是市場發展趨勢需求的環保車載轉向系統。

上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，但不是窮盡性的例舉，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。