用於車輛的轉向系統及具有該轉向系統的車輛的製作方法

2023-05-04 02:58:06 2

專利名稱：用於車輛的轉向系統及具有該轉向系統的車輛的製作方法
技術領域：
本發明涉及車輛領域，具體而言，涉及一種用於車輛的轉向系統及具有該轉向系統的車輛。
背景技術：
現有的主動控制轉向系統中電機通過渦輪蝸杆傳動來帶動保持架轉動，電機以及蝸輪蝸杆均位於保持架 的一側，從而使得現有的轉向系統存在結構複雜、體積大、傳動效率低的缺陷。

發明內容
本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的一個目的在於提出一種用於車輛的轉向系統，所述用於車輛的轉向系統通過將電機與輸入軸同軸布置，從而使得所述轉向系統的體積更小，進而使得所述轉向系統更容易布置在車輛上。本發明的另一個目的在於提出一種具有所述轉向系統的車輛。為了實現上述目的，根據本發明第一方面的實施例提出一種用於車輛的轉向系統。所述用於車輛的轉向系統包括:輸入軸，所述輸入軸的一端適於與所述車輛的方向盤相連；電機，所述電機包括定子和可在所述定子內轉動的轉子，所述轉子套在所述輸入軸的外面且相對於所述輸入軸可轉動，所述轉子的旋轉軸線與所述輸入軸的中心軸線重合；保持架，所述輸入軸的另一端固定在所述保持架上；小太陽輪和大太陽輪，所述小太陽輪與所述轉子相連，所述小太陽輪與所述大太陽輪彼此間隔開且所述小太陽輪的中心軸線、所述大太陽輪的中心軸線與所述輸入軸的中心軸線重合；短行星輪和長行星輪，所述短行星輪繞所述短行星輪的中心軸線可轉動地設在所述保持架上，所述短行星輪與所述小太陽輪嚙合，所述長行星輪繞所述長行星輪的中心軸線可轉動地設在所述保持架上，所述長行星輪分別與所述大太陽輪和所述短行星輪嚙合；以及輸出軸，所述輸出軸的一端與所述大太陽輪相連且另一端適於與轉向機構相連，所述輸出軸的中心軸線與所述輸入軸的中心軸線重合。
根據本發明實施例的用於車輛的轉向系統通過將所述電機的轉子套在所述輸入軸的外面，且使所述轉子的旋轉軸線與所述輸出軸的中心軸線重合，即使得所述電機與所述輸入軸同軸布置，從而使得所述轉向系統的體積更小，進而使得所述轉向系統更容易布置在所述車輛上。此外，根據本發明實施例的用於車輛的轉向系統通過齒輪傳動代替渦輪蝸杆的傳動，不僅結構簡單而且傳動效率更高。另外，根據本發明上述實施例的用於車輛的轉向系統還可以具有如下附加的技術特徵:根據本發明的一個實施例，所述短行星輪為多個且在所述小太陽輪的周向上均勻分布，所述長行星輪為多個且在所述大太陽輪的周向上均勻分布，所述短行星輪與所述長行星輪分別一一對應。由此可以使所述轉向系統的受力更均勻，從而使得所述轉向系統的運動更穩定，進而進一步保證了所述轉向系統的轉向穩定性。根據本發明的一個實施例，所述輸入軸與所述保持架焊接成一體。根據本發明的一個實施例，所述轉子與所述輸入軸之間設置有第一滾動軸承。由此可以使所述轉子與所述輸入軸之間的相對轉動時摩擦阻力更小，相對轉動更順暢。根據本發明的一個實施例，所述小太陽輪與所述輸入軸之間設置有第二滾動軸承。由此可以使所述小太陽輪與所述輸入軸之間的相對轉動時摩擦阻力更小，相對轉動更順暢。根據本發明的一個實施例，所述電機為永磁同步電機和步進電機中的一種。由此可以使所述轉向系統的適用範圍更廣。根據本發明的一個實施例，所述用於車輛的轉向系統還包括用於將所述轉子與所述輸入軸強制鎖止在一起的鎖止裝置。由此可以增加所述轉向系統的可靠性，從而提高所述車輛的安全性。根據本發明的一個實施例，所述鎖止裝置為離合器。

根據本發明第二方面的實施例提出一種車輛，所述車輛包括根據本發明第一方面所述的轉向系統。由此所述車輛具有布置容易、安全性能高、操控性好等優點。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1是根據本發明實施例的車輛的局部的結構示意圖；圖2是根據本發明實施例的用於車輛的轉向系統的局部的結構示意圖；圖3是根據本發明實施例的用於車輛的轉向系統的電機、輸入軸和輸出軸的轉速關係圖；圖4是根據本發明實施例的用於車輛的轉向系統在輸入軸轉速一定時電機和輸出軸的轉速關係圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」 「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵之「上」或之「下」可以包括第一和第二特徵直接接觸，也可以包括第一和第二特徵不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特徵接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」包括第一特徵在第二特徵正上方和斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」包括第一特徵在第二特徵正下方和斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。下面參照圖1-圖2描述根據本發明實施例的用於車輛10的轉向系統100。如圖1-圖2所示，根據本發明實施例的用於車輛10的轉向系統100包括輸入軸110、電機120、保持架130、小太陽輪140、大太陽輪150、短行星輪160、長行星輪170和輸出軸180。輸入軸110的一端適於與車輛10的方向盤200相連，由此可以將駕駛員手動旋轉方向盤200的力轉換為輸入軸110的旋轉。電機120包括定子121和可在定子121內轉動的轉子122，轉子122套在輸入軸110的外面且轉子122相對於輸入軸110可轉動，也就是說，轉子122是空套在輸入軸110外面的，轉子122的旋轉軸線(中心軸線)與輸出軸180的中心軸線重合。也就是說，電機120與輸入軸110同軸布置。輸入軸110的另一端固定在保持架130上。小太陽輪140與轉子122相連，小太陽輪140與大太陽輪150彼此間隔開且小太陽輪140的中心軸線、大太陽輪150的中心軸線與輸入軸110的中心軸線重合。短行星輪160繞短行星輪160的中心軸線可轉動地設在保持架130上，且短行星輪160與小太陽輪140嚙合。長行星輪170繞長行星輪170的中心軸線可轉動地設在保持架130上，長行星輪170分別與大太陽輪150和短行星輪160齧
八
口 ο換言之，上述的小太陽輪140、大太陽輪150、短行星輪160、長行星輪170和保持架130構成的動力耦合機構與本領域中用於自動變速箱的拉維娜行星齒輪機構的結構大致相同，拉維娜行星齒輪機構包括大小太陽輪、長短行星輪、共用行星架和內齒圈，其中根據本發明一個實施例的轉向系統100的小太陽輪140、大太陽輪150、短行星輪160、長行星輪170和保持架130與拉維娜行星齒輪機構的大小太陽輪、長短行星輪和共用行星架的配合方式完全相同。輸出軸180的一端與大太陽輪150相連且輸出軸180的另一端適於與轉向機構300相連，輸出軸180的中心軸線與輸入軸110的中心軸線重合。保持架130、小太陽輪140、大太陽輪150、短行星輪160和長行星輪170組成一個動力耦合機構，所述動力耦合機 構將方向盤200輸入的動力(也就是駕駛員手動旋轉方向盤200的力)以及電機120輸出的動力f禹合後傳遞給輸出軸180, f禹合後的動力又通過輸出軸180傳遞給轉向機構300，由此實現車輛10在不同工況下輸出不同的轉向角度。也就是說，所述動力耦合機構的輸入分別來自保持架130和小太陽輪140，經短行星輪160、長行星輪170最後傳遞給大太陽輪150輸出。根據本發明實施例的用於車輛10的轉向系統100通過將電機120的轉子122套在輸入軸110的外面，且使轉子122的旋轉軸線與輸出軸180的中心軸線重合，即使得電機120與輸入軸110同軸布置，從而使得轉向系統100的體積更小，進而使得轉向系統100更容易布置在車輛10上。此外，根據本發明實施例的用於車輛10的轉向系統100通過齒輪傳動代替渦輪蝸杆的傳動，不僅結構簡單而且傳動效率更高。有利地，短行星輪160可以為多個且該多個短行星輪160可以在小太陽輪140的周向上均勻分布，長行星輪170可以為多個且該多個長行星輪170可以在大太陽輪150的周向上均勻分布，短行星輪160與長行星輪170分別一一對應。換言之，短行星輪160與長行星輪170的個數相等，且分別均勻的分布在小太陽輪140與大太陽輪150的周向上。由此可以使轉向系統100的受力更均勻,從而使得轉向系統100的運動更穩定,進而進一步保證了轉向系統100的轉向穩定性。可選地，輸入軸110可以與保持架130焊接成一體。電機120可以為永磁同步電機和步進電機中的一種。轉向機構300可以為齒輪齒條式、蝸杆曲柄指銷式和循環球式中的一種。由此可以使轉向系統100的適用範圍更廣。在本發明的一個實施例中，轉子122與輸入軸110之間可以設置有第一滾動軸承。由此可以使轉子122與輸入軸110在相對轉動時摩擦阻力更小，相對轉動更順暢。小太陽輪140與輸入軸110之間可以設置有第二滾動軸承。由此可以使小太陽輪140與輸入軸110在相對轉動時摩擦阻力 更小，相對轉動更順暢。如圖1所示，轉向系統100還可以包括用於將轉子122與輸入軸110強制鎖止在一起的鎖止裝置190。由此，當電機120發生故障時，鎖止裝置190可以將轉子122與輸入軸110強制鎖止在一起，此時轉子122將與輸入軸110同步轉動，轉向系統100仍然可以通過駕駛員手動旋轉方向盤200進行操作，也就是說，即使電機120失效，車輛10還是可以正常轉向。由此可以增加轉向系統100的可靠性，從而提高車輛10的安全性。可選地，鎖止裝置190可以為離合器。在電機120正常工作時，離合器可處於斷開狀態，此時轉子122相對輸入軸110可轉動。而在電機120失效時，離合器可處於接合狀態，從而將轉子122與輸入軸110強制鎖止在一起同步轉動。具體而言，轉向系統100可以具有以下三種工作模式:I)固定傳動比模式:在固定傳動比模式下，轉向系統100可以控制電機120的轉速使得電機120的轉速和方向盤200的輸入轉速相同，也就是說，輸入軸110的轉速(保持架130的轉速)與小太陽輪140的轉速相同，本領域技術人員可以理解的是，根據所述動力耦合機構的運動特性，此時大太陽輪150的輸出轉速與輸入軸110的轉速相同，從而使得轉向系統100的傳動比固定。2)可變傳動比模式:輸入軸110驅動保持架130轉動，電機120驅動小太陽輪140轉動，大太陽輪150驅動輸出軸180。根據所述動力耦合機構的運動特性，此時電機120、輸入軸110和輸出軸180的轉速關係如圖3所示。可以理解的是，如圖4所示，當輸入軸的轉速N2—定時，通過調節電機120的轉速NI可以實現輸出軸180的轉速N3的調節，即轉向系統100的傳動比可以變化。其中，圖3和圖4中的三條縱軸分別表示電機120的轉速N1、輸入軸110的轉速N2和輸出軸180的轉速N3的大小；橫軸表示轉向系統100中的齒輪的傳動比關係，例如AB/BC=大太陽輪150的齒數/小太陽輪140的齒數；斜線表示電機120的轉速N1、輸入軸110的轉速N2和輸出軸180的轉速N3滿足連接後為一條直線的速度關係。「 + 」表示轉速增大，「」表示轉速減小。3)安全模式當電機120發生故障時，鎖止裝置190可以將轉子122與輸入軸110強制鎖止在一起，此時轉向系統100的傳動比也是固定。安全模式與固定傳動比模式的區別在於，固定傳動比模式下輸入軸110的轉速與電機120輸出並未鎖止在一起，只是通過調節電機120的轉速NI與輸入軸110的轉速N2相等來實現輸入軸110與電機120的轉子122同步轉動。可以理解的是，根據本發明實施例的用於車輛10的轉向系統100為主動轉向系統。例如，如圖4所示，當車輛10的速度較高時可以通過提高電機120的轉速使得車輛10輸出的轉向角度變小，當車輛10的速度較低時可以通過降低電機120的轉速使得車輛10輸出的轉向角度變大。由此可以增加車輛10高速時的穩定性，而且可以提高車輛10低速時的操控性。本發明還提供了一種車輛10。根據本發明實施例的車輛10包括根據本發明上述實施例的轉向系統100。因而，根據本發明實施例的車輛10具有布置容易、安全性能高、操控性好等優點。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或·示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
權利要求
1.一種用於車輛的轉向系統，其特徵在於，包括 輸入軸，所述輸入軸的一端適於與所述車輛的方向盤相連； 電機，所述電機包括定子和可在所述定子內轉動的轉子，所述轉子套在所述輸入軸的外面且相對於所述輸入軸可轉動，所述轉子的旋轉軸線與所述輸入軸的中心軸線重合； 保持架，所述輸入軸的另一端固定在所述保持架上； 小太陽輪和大太陽輪，所述小太陽輪與所述轉子相連，所述小太陽輪與所述大太陽輪彼此間隔開且所述小太陽輪的中心軸線、所述大太陽輪的中心軸線與所述輸入軸的中心軸線重合； 短行星輪和長行星輪，所述短行星輪繞所述短行星輪的中心軸線可轉動地設在所述保持架上，所述短行星輪與所述小太陽輪嚙合，所述長行星輪繞所述長行星輪的中心軸線可轉動地設在所述保持架上，所述長行星輪分別與所述大太陽輪和所述短行星輪嚙合；以及 輸出軸，所述輸出軸的一端與所述大太陽輪相連且另一端適於與轉向機構相連，所述輸出軸的中心軸線與所述輸入軸的中心軸線重合。
2.根據權利要求I所述的用於車輛的轉向系統，其特徵在於，所述短行星輪為多個且在所述小太陽輪的周向上均勻分布，所述長行星輪為多個且在所述大太陽輪的周向上均勻分布，所述短行星輪與所述長行星輪分別一一對應。
3.根據權利要求I所述的用於車輛的轉向系統，其特徵在於，所述輸入軸與所述保持架焊接成一體。
4.根據權利要求I所述的用於車輛的轉向系統，其特徵在於，所述轉子與所述輸入軸之間設置有第一滾動軸承。
5.根據權利要求I所述的用於車輛的轉向系統，其特徵在於，所述小太陽輪與所述輸入軸之間設置有第二滾動軸承。
6.根據權利要求I所述的用於車輛的轉向系統，其特徵在於，所述電機為永磁同步電機和步進電機中的一種。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的用於車輛的轉向系統，其特徵在於，還包括用於將所述轉子與所述輸入軸強制鎖止在一起的鎖止裝置。
8.根據權利要求7所述的用於車輛的轉向系統，其特徵在於，所述鎖止裝置為離合器。
9.一種車輛，其特徵在於，包括根據權利要求1-8中任一項所述的轉向系統。
全文摘要
本發明公開了一種用於車輛的轉向系統及具有該轉向系統的車輛。用於車輛的轉向系統包括輸入軸；電機，電機的轉子套在輸入軸的外面且相對於輸入軸可轉動，轉子的旋轉軸線與輸入軸的中心軸線重合；保持架，輸入軸的另一端固定在保持架上；小太陽輪和大太陽輪；短行星輪和長行星輪，短行星輪繞短行星輪的中心軸線可轉動地設在保持架上，短行星輪與小太陽輪嚙合，長行星輪繞長行星輪的中心軸線可轉動地設在保持架上，長行星輪分別與大太陽輪和短行星輪嚙合；以及輸出軸，輸出軸的中心軸線與輸入軸的中心軸線重合。根據本發明實施例的用於車輛的轉向系統具有體積小、容易布置、結構簡單、傳動效率高等優點。
文檔編號B62D3/02GK103253297SQ201310208390
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月29日 優先權日2013年5月29日
發明者黃勇, 賀永躍, 孫志偉 申請人:長城汽車股份有限公司