汽车主动转向系统的主动转向传动装置

摘要

本发明公开了一种汽车主动转向系统的主动转向传动装置。该主动转向传动装置包括了一个机械传动装置和一个动力驱动装置，机械传动装置由两组并列的NGW型行星齿轮传动机构组成；由太阳轮、行星齿轮之一、内齿圈之一组成行星排I；由太阳轮、行星齿轮之二、内齿圈之二组成行星排II，太阳轮为两个行星排共用；输入轴与行星架之一连接，输出轴与行星架之二连接；内齿圈之二固定，内齿圈之一与蜗轮固接，电机驱动蜗轮旋转。本发明采用机械连接，安全性高，且主动转向输出是由动力驱动装置驱动内齿圈经行星架输出，是减速传动，电机和蜗轮蜗杆机构驱动力矩小，从而可以减小机构的尺寸、降低成本、减小占据的空间。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车转向系统，特别是涉及汽车主动转向系统的主动转向传动装置。

背景技术

汽车主动转向系统是继电动助力转向系统(EPS)之后的新一代转向技术。

“主动转向”是指：除了驾驶员的转向操作外，汽车自身也具有转向功能，即通过主动对车轮转向角的调节，提高车辆的稳定性、主动安全性和操纵舒适性。主动转向系统主要有两种型式：①机械式叠加转向；②线控转向。

目前主动转向技术的研究大多数集中在线控转向技术上。图1为目前采用较多的线控转向系统(Steer by Wire system，简称SBW系统)，基本组成是：方向盘1，电机2，控制器3，转向驱动电机4，转向器5。其中：电机2通过传动机构给方向盘1提供回正旋转力矩或施加转动阻力矩；转向驱动电机4给转向器5提供转向力矩驱动车轮转向；控制器3用网络线路与电机2、转向驱动电机4以及各种传感器(包括方向盘1的转角和转矩传感器、车速传感器、转向车轮转角传感器等)连接。工作原理是：控制器3根据所有传感器的信号作出判断，算出需要的车轮转向角和方向盘1需要的回正旋转力矩或转动阻力矩，控制电机2和4予以实现。SBW系统的优点是：取消了方向盘和转向器之间的机械连接，占据空间小，便于布置，路面的冲击也不会直接传到驾驶员手上。缺点是：安全性差，由于取消了机械连接，当系统出现故障时(例如断电)司机无法操纵转向，容易导致交通事故。

图2为宝马公司的汽车主动转向系统，它是一种机械式叠加转向系统，方法是将方向盘到转向器之间的转向轴断开，中间增加一个传动机构，该传动机构基本组成是：输入轴11，太阳轮12，行星齿轮13，内齿圈14，行星架15(行星架外圈是蜗轮)，蜗杆16(与电机连接)，内齿圈17，行星齿轮18，太阳轮19，输出轴20。连接关系是：输入轴11的一端与方向盘连接，另一端与太阳轮12联结，太阳轮12、行星齿轮13、内齿圈14、行星架15组成一个NGW型行星齿轮传动(注：NGW型是指由太阳轮、行星齿轮、内齿圈、行星架4元件组成，它们的传动关系是行星齿轮与内齿圈内啮合，太阳轮与行星齿轮外啮合，行星齿轮为公用齿轮)，内齿圈14是固定的。太阳轮19、行星齿轮18、内齿圈17、行星架15组成另一个NGW型行星齿轮传动，两个行星齿轮传动的行星架15是共用的，传动比也是一样的；输出轴20的一端与转向器的输入轴连接，另一端与太阳轮19联结；蜗杆16用电机驱动，蜗杆16与内齿圈17外圈上的蜗轮啮合。工作原理是：当转动方向盘(即输入轴11)转角ω1时，若蜗杆16不动，则内齿圈17不转动，输入转角经太阳轮12、行星齿轮13、行星架15、行星齿轮18、太阳轮19传到输出轴20，输出转角为ω1，传动比＝1。若电机驱动蜗杆16也转动时，内齿圈17被驱动旋转，此时改变了总传动比，因此实际输出转角被改变为ω2，传动比＝ω1/ω2。该转向系统的优点是：①在主动转向控制部分出现故障时(蜗杆16被自动锁住)，仍可以像普通的转向器一样正常操作，安全性好；②具有继承性，可以在现有转向器基础上，增加主动控制部分。但是该转向系统也存在如下不足：当电机驱动蜗杆16转动时，是通过内齿圈17、行星齿轮18，太阳轮19传动输出的，是增速传动(注：传动比＝Z_a/Z_b＜1，其中Z_a为太阳轮齿数，Z_b为内齿圈齿数)，这就要求电机和蜗杆蜗轮传动机构较大的驱动力矩，导致了机构较大的载荷和较大的尺寸。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种尺寸较小，安全性高、便于布置的汽车主动转向系统的主动转向传动装置。

本发明的目的可通过如下技术方案来实现。

一种汽车主动转向系统的主动转向传动装置，安装在方向盘和转向器之间，包括了一个机械传动装置和一个动力驱动装置，所述动力驱动装置由电机、蜗杆和蜗轮组成；蜗杆与蜗轮啮合并由电机驱动；所述机械传动装置由两组并列的NGW型行星齿轮传动机构组成；由太阳轮、行星齿轮之一、内齿圈之一组成行星排I；由太阳轮、行星齿轮之二、内齿圈之二组成行星排II，太阳轮为两个行星排共用；内齿圈之一与行星齿轮之一啮合，行星齿轮之一与太阳轮啮合；太阳轮还与行星齿轮之二啮合，行星齿轮之二与内齿圈之二啮合；内齿圈之二固定，内齿圈之一与蜗轮固接，电机驱动内齿圈之一旋转。

为进一步实现本发明目的，所述的行星排I通过行星架之一与输入轴连接，输入轴与方向盘连接；行星排II通过行星架之二与输出轴连接，输出轴连接转向器。所述的行星排I和行星排II的传动比相同。所述的太阳轮是浮动的，或者太阳轮是支撑在行星架之一和行星架之二两个行星架上。

本发明和现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明汽车主动转向系统的主动转向传动装置的动力驱动装置可以放在任意一侧，便于布置；

(2)主动转向输出是由动力驱动装置驱动内齿圈经行星架输出，是减速传动，因此电机和蜗轮蜗杆机构驱动力矩小，从而可以减小机构的尺寸、降低成本、减小占据的空间。

(3)方向盘到转向器是机械连接，安全性高，在电机驱动系统出现故障时(例如断电)，动力驱动装置自动锁住(相当于电机不动的工况)，此时仍可以像普通的转向器一样操纵方向盘正常转向输出。

附图说明

图1为线控转向系统原理示意图。

图2为宝马公司的汽车主动转向系统原理示意图.

图3为本发明汽车主动转向系统的主动转向传动装置原理示意图。

图4为本发明汽车主动转向系统的主动转向传动装置结构示意图。

图5为图4中A-A向剖视结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术特点，下面结合附图对本发明作进一步地说明，需要说明的是，具体实施方式并不是对本发明保护范围的限制。

如图3、4、5所示，本发明汽车主动转向系统的主动转向传动装置位于方向盘和转向器之间，包括了一个机械传动装置和一个动力驱动装置。动力驱动装置由电机32、蜗杆22和蜗轮28组成；蜗杆22与蜗轮28啮合并由电机32驱动。蜗杆22与蜗轮28位于壳体33内。机械传动装置的一端通过输入轴21与方向盘连接，另一端通过输出轴27与转向机连接。蜗轮28与内齿圈之一23固接在一起。机械传动装置由两组并列的NGW型行星齿轮传动机构组成；由太阳轮30、行星齿轮之一24、内齿圈之一23组成行星排I；由太阳轮30、行星齿轮之二26、内齿圈之二25组成行星排II；两个行星排的传动比是相同的，太阳轮30为两个行星排共用。这里的行星排是指行星传动齿轮组，行星排I通过行星架之一29与输入轴21连接；行星排II通过行星架之二31与输出轴27连接。输入轴21的一端与方向盘连接，另一端与行星架之一29固接在一起；输出轴27的一端与行星架之二31固接在一起，另一端连接转向器。内齿圈之一23与行星齿轮之一24啮合，行星齿轮之一24与太阳轮30啮合；太阳轮30还与行星齿轮之二26啮合，行星齿轮之二26与内齿圈之二25啮合。内齿圈之二25是固定的，内齿圈之一23与蜗轮28固接在一起，电机32可以驱动内齿圈23旋转。

当方向盘转动转角ω1、而若电机32不动(内齿圈之一23不转动)时，经输入轴21、行星架之一29、行星齿轮之一24、太阳轮30、行星齿轮之二26、行星架之二31到输出轴27，输出转角为ω1，传动比＝1。当方向盘不动(即输入轴21和行星架29不动)、电机32驱动蜗杆22转动时，则蜗轮28和内齿圈23被驱动旋转，经行星齿轮之一24、太阳轮30、行星齿轮之二26、行星架之二31到输出轴27，输出转角为ω2。若方向盘和电机32同时转动时，此时输出转角为两者的叠加：ω3＝ω1+ω2，传动比＝ω1/ω3。因此，主动转向通过控制电机驱动内齿圈之一23转动改变传动比或直接由电机驱动输出转向角。

为了结构简化，实际实施中可将主动转向传动装置与转向器集成在一起；太阳轮、行星齿轮之一、内齿圈之一、行星齿轮之二、内齿圈之二的齿轮可以采用斜齿轮以便减小噪声；太阳轮可以是浮动的，也可以支撑在行星架之一和行星架之二两个行星架上；主动转向传动装置的两组NGW行星齿轮传动的传动比可以是不同的，以便与转向器匹配符合最佳转向性能的要求。

上述汽车主动转向系统的主动转向传动装置中，机械传动装置的两组并列的NGW型行星齿轮传动机构为对称结构，因此，输入轴21和输出轴27可以互换。也就是说明输入轴21无论是设置在左端还是在右端均可。

本发明采用机械连接，安全性好，动力驱动装置出现故障后仍可以像普通的转向器一样安全操作。同时，与宝马公司的结构相比，主动转向输出是由动力驱动装置驱动内齿圈经行星架输出，是减速传动(注：传动比＝1+Z_a/Z_b＞1，其中Z_a为太阳轮齿数，Z_b为内齿圈齿数)，在输出力矩相同的情况下，所需要的电机和蜗轮蜗杆机构驱动力矩相对小，电机和蜗轮蜗杆的驱动力矩可以减小3～4倍。由于载荷减小，从而可以减小机构的尺寸、降低成本、减小在车内占据的空间。