汽车转向系统的转向器、汽车转向系统以及汽车

摘要

本发明公开了一种汽车转向系统的转向器、汽车转向系统以及汽车，所述汽车转向系统的转向器包括转向输入轴，该转向输入轴用于接收来自于方向盘(300)的转向扭矩；和转向执行装置(200)，该转向执行装置(200)用于驱动转向车轮的转向。其中，所述转向器还包括传动比调节装置(100)，所述转向输入轴通过该传动比调节装置(100)与所述转向执行装置(200)传动连接。通过本发明的方案，汽车在低速时可以以较小的方向盘转角实现迅速转向，而在高速时可以以较大的方向盘转角实现安全转向，而保持汽车行驶的稳定性和安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体地，涉及一种汽车转向系统的转向器、汽车 转向系统以及汽车。

背景技术

转向系统是汽车的重要组成部分，转向系统为用来改变或保持汽车行驶 方向的一系列装置，其中，方向盘和转向车轮的转向角度之比为转向传动比。

在现有的转向系统中(参见图1)，输入轴A与原转向器B连接，从而 方向盘到转向车轮的转向传动比是固定的，在低速行驶时，一般通过减小转 向系统的阻尼而实现轻便转向，而在高速行驶时，一般通过增加转向系统的 阻尼来确保安全转向。然而，驾驶员在实际驾驶汽车时，希望汽车在低速时 可以以较小的方向盘转角实现迅速转向，而在高速时可以保持汽车行驶的稳 定性和安全性。现有的固定传动比的转向器，显然是无法满足这些需求的。

鉴于现有技术的上述缺点，需要提供一种新型的关于汽车转向系统的技 术方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够改变方向盘到转向车轮的转向传动比的 汽车转向系统的转向器。

为了实现上述目的，本发明提供一种汽车转向系统的转向器，其包括：

转向输入轴，该转向输入轴用于接收来自于方向盘的转向扭矩；和

转向执行装置，该转向执行装置用于驱动转向车轮的转向；

所述转向器包括传动比调节装置，所述转向输入轴通过该传动比调节装 置与所述转向执行装置传动连接。

优选地，所述传动比调节装置包括：

行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括与所述转向输入轴连接的第一太阳 轮、与所述转向执行装置连接的第二太阳轮以及啮合在所述第一太阳轮和第 二太阳轮之间且由行星架可转动地支撑的行星齿轮；

调节单元，该调节单元包括连接有调速主动齿轮的电机，该调速主动齿 轮与所述行星架彼此齿轮啮合；和

锁止装置，该锁止装置能够对所述行星架进行锁止或者解锁。

优选地，所述第一太阳轮与所述第二太阳轮共轴设置且位于所述行星齿 轮的两侧，所述行星齿轮的中心轴线方向与所述第一太阳轮的中心轴线方向 彼此垂直，所述行星架上设置有与所述调速主动齿轮啮合的调速从动齿轮。

优选地，当汽车行驶速度大于30km/h且小于70km/h时，所述行星架锁 止。

优选地，当汽车行驶速度小于且等于30km/h时，所述方向盘带动所述 第一太阳轮转动而使所述电机启动，进而通过所述调速主动齿轮带动所述行 星架以与所述第一太阳轮相反的转动方向转动。

优选地，当汽车行驶速度大于且等于70km/h时，所述方向盘带动所述 第一太阳轮转动而使所述电机启动，进而通过所述调速主动齿轮带动所述行 星架以与所述第一太阳轮相同的转动方向转动。

优选地，所述转向器还包括壳体，所述行星架包括固定为一体的行星齿 轮轴、第一行星壳和第二行星壳，所述第一行星壳、第二行星壳均为可转动 地安装于所述壳体内且位于所述行星齿轮轴两侧，所述第一太阳轮位于所述 第一行星壳与所述行星齿轮轴之间的空间中，所述第二太阳轮位于所述行星 齿轮轴和所述第二行星壳之间的空间中，所述行星齿轮空套于所述行星齿轮 轴上，所述调速从动齿轮与所述第二行星壳为一体式结构。

优选地，所述转向执行装置为循环球式转向器。

本发明还提供一种汽车转向系统，其包括上述的汽车转向系统的转向 器、与所述转向输入轴连接的方向盘以及与所述转向执行装置连接的转向车 轮。

本发明另外还提供一种汽车，其包括上述的汽车转向系统。

采用上述技术方案，将转向输入轴通过传动比调节装置与转向执行装置 传动连接，从而实现方向盘与转向车轮间的转向传动比的变化。通过本发明 的方案，汽车在低速时可以以较小的方向盘转角实现迅速转向，而在高速时 可以以较大的方向盘转角实现安全转向，而保持汽车行驶的稳定性和安全 性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在 附图中：

图1是现有技术的转向器的剖视图；

图2是本发明的汽车转向系统的转向器的剖视图；

图3是本发明的汽车转向系统的转向器的结构示意图；

图4是图3的传动比调节装置的剖视图；

图5是图3的转向执行装置的剖视图；

图6是汽车低速转向时汽车转向系统的转向器的工作示意图；

图7是汽车中速转向时汽车转向系统的转向器的工作示意图；

图8是汽车高速转向时汽车转向系统的转向器的工作示意图。

附图标记说明

A  输入轴                        B  原转向器

100  传动比调节装置              200  转向执行装置

300  方向盘                      1  输入半轴

2  第一太阳轮                    3  行星齿轮

4  行星齿轮轴                    5  输出半轴

6  第二太阳轮                    7  调速主动齿轮

8  调速从动齿轮                  9  电机

10  第一行星壳                   11  轴承

12  推力垫片                     13  第一壳体

14  第二壳体                     15  螺杆

16  球状螺母架                   17  转向执行装置壳体

18  扇形齿轮

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发 明。

如图2所示，本发明提供一种汽车转向系统的转向器，该转向器包括转 向输入轴、传动比调节装置100和转向执行装置200。转向输入轴用于接收 来自于方向盘300的转向扭矩，转向输入轴通过该传动比调节装置100与转 向执行装置200传动连接，转向执行装置200用于驱动转向车轮的转向。其 中，汽车是指以由汽油、柴油、天然气或者以电池、太阳能等为能源的发动 机作为动力的运输工具。本发明将转向输入轴通过传动比调节装置与转向执 行装置传动连接，从而实现方向盘与转向车轮间的转向传动比的变化，而使 得汽车在低速时可以以较小的方向盘转角实现迅速转向，而在高速时可以以 较大的方向盘转角实现安全转向，而保持汽车行驶的稳定性和安全性。其中， 在本实施方式中，高速是指行驶速度大于且等于70km/m，低速是指行驶速 度小于且等于30km/m。而在整车设计匹配时，车速范围可以根据实际需要 重新设定的。

具体地，如图3和图4所示，本实施方式中传动比调节装置100包括行 星齿轮机构、调节单元和锁止装置。行星齿轮机构包括与转向输入轴连接的 第一太阳轮2、与转向执行装置200连接的第二太阳轮6以及啮合在第一太 阳轮2和第二太阳轮6之间且由行星架可转动地支撑的行星齿轮3。通过行 星架的转动带动行星齿轮3相对于第一太阳轮2和第二太阳轮6转动，而改 变第一太阳轮2和第二太阳轮6之间的传动比，而实现对方向盘与转向车轮 间的转向传动比的调节。调节单元包括连接有调速主动齿轮7的电机9，该 调速主动齿轮7与行星架彼此齿轮啮合。电机9通过调速主动齿轮7带动行 星架转动，而电机9的转动方向和转动速度根据汽车的行驶速度来决定。

其中，锁止装置能够对行星架进行锁止或者解锁，在汽车进行高速转向 或者低速转向时，锁止装置对行星架解锁，使得行星架能够在电机带动下转 动，而当汽车进行中速转向、静止或者直行时，不需要对汽车的转向传动比 进行改变，需要通过锁止装置对行星架进行锁止，以防止行星架转动而改变 汽车的转向传动比。本实施方式优选为电机9自带锁止装置，而使得调速主 动齿轮7锁止，从而使行星架锁止。或者，锁止装置也可以为限制调速主动 齿轮7或者行星架转动的装置，且该锁止装置能够根据需要与调速主动齿轮 7或者行星架接触或者脱离。

上述的行星齿轮机构能够有多种形式，而作为一种优选的实施方式，如 图3和图4所示，第一太阳轮2与第二太阳轮6共轴设置且位于行星齿轮3 的两侧，行星齿轮3的中心轴线方向与第一太阳轮2的中心轴线方向彼此垂 直，行星架上设置有与调速主动齿轮7啮合的调速从动齿轮8。其中，第一 太阳轮2通过键(例如花键)固定安装于输入半轴1的一端，且输入半轴1 的另一端与转向输入轴连接；而第二太阳轮6通过键(例如花键)固定安装 于输出半轴5的一端，且输出半轴5的另一端与转向执行装置200连接。调 速主动齿轮7通过调速从动齿轮8驱动行星架绕第一太阳轮2的中心轴线旋 转。

由行星齿轮系的运动关系可知，第二太阳轮6的转速是第一太阳轮2与 行星架转速的叠加。设定第一太阳轮2的转速为ω₁，第二太阳轮6的转速 为ω₂，行星架的转速为ω₃，由行星齿轮系的运动关系可知，ω₁+ω₂＝2ω₃。 当行星架锁止时，ω₃＝0，此时ω₁＝﹣ω₂，即第一太阳轮2与第二太阳轮6 的转速大小相等，方向相反；当行星齿轮架转动时，ω₃≠0，此时ω₁＝2ω₃﹣ω₂，即第一太阳轮2与第二太阳轮6的转速大小不相等，由此实现第一 太阳轮2与第二太阳轮6之间的转速大小的变化，从而改变方向盘和转向车 轮之间的转向传动比。

优选地，转向器还可包括壳体(具体为第一壳体13和第二壳体14)，行 星架包括固定为一体的行星齿轮轴4、第一行星壳10和第二行星壳，第一行 星壳10、第二行星壳均为可转动地安装于壳体内且位于行星齿轮轴4两侧。 第一太阳轮2位于第一行星壳10与行星齿轮轴之间的空间中且第一行星壳 10的转动轴线与第一太阳轮2的中心轴线重合，第二太阳轮6位于行星齿轮 轴4和第二行星壳之间的空间中且第二行星壳的转动轴线与第二太阳轮6的 中心轴线重合。第一行星壳10与第二行星壳通过紧固件(例如螺栓)固定， 行星齿轮轴4通过螺栓固定于第一行星壳10与第二行星壳之间。行星齿轮3 空套于行星齿轮轴4上，行星齿轮轴4为阶梯轴，方便对行星齿轮3的轴向 定位，优选地，行星齿轮轴4上能够对称地设置两个行星齿轮3，而使行星 齿轮机构的传动更加稳定，当然行星齿轮3的数量还可为四个，具体数量可 以根据需求设定。

另外，为了节省空间，调速从动齿轮8与第二行星壳为一体式结构，如 此设置也能够减少调速从动齿轮8与第二行星壳的装配工艺，进而减少加工 成本。而为了进一步减小转向器的尺寸，调速主动齿轮7和调速从动齿轮8 均优选采用双曲面圆锥齿轮。第一行星壳10与第一壳体13之间、第二行星 壳与第二壳体14之间设有轴承11，而保证行星齿轮机构运行的稳定性。第 一行星壳10与第一太阳轮2之间、第二行星壳与第二太阳轮6之间均设有 推力垫片12，用于防止行星齿轮机构的过度摩擦，也便于行星齿轮机构内的 间隙调整。

另外，转向执行装置200为循环球式转向器，其中，循环球式转向器可 分为循环球-齿条齿扇式转向器和循环球-曲柄销式转向器，在本实施方式中 优选为循环球-齿条齿扇式转向器。如图5所示，转向执行装置200包括转 向执行装置壳体17和设于转向执行装置壳体17内的与第二太阳轮6连接(具 体为与输出半轴5连接)的循环球-齿条齿扇式转向器，转向执行装置壳体 17与第二壳体14通过紧固件(例如螺栓)固定。循环球-齿条齿扇式转向器 包括螺杆15、扇形齿轮18、套设于螺杆15上的球状螺母架16和螺杆15与 球状螺母架16之间设有多个钢球，球状螺母架16外侧设有与扇形齿轮啮合 的卡齿，螺杆15一端与输出半轴5连接，螺杆15的旋向为右旋。因为第一 太阳轮2与第二太阳轮6的转动方向相反，在本实施方式中螺杆15的旋向 与传统循环球-齿条齿扇式转向器中螺杆的旋向相反，而使得转向车轮的转 动方向与方向盘300的转动方向一致。而在使用其他形式的行星齿轮机构进 行传动时，若第一太阳轮2与第二太阳轮6的转动方向一致，则循环球-齿 条齿扇式转向器中螺杆的旋向仍与传统的安装形式相同。

以下将结合附图对本实施方式的汽车转向系统的转向器的工作过程进 行具体说明。如图7所示，当汽车行驶速度大于30km/h且小于70km/h(中 速)时，行星架锁止(具体为电机9锁止)，方向盘300带动第一太阳轮2 转动，第二太阳轮6的转速等于第一太阳轮2的转速，第二太阳轮6通过所 述转向执行装置200带动转向车轮转向，其中，第一太阳轮2与第二太阳轮 6的传动比为i，且i＝1。

如图6所示，当汽车行驶速度小于且等于30km/h(低速)时，此时要 求可以以较小的方向盘转角实现汽车迅速转向。当转动方向盘300时，方向 盘300带动第一太阳轮2转动，电机9由锁止进入启动状态，电机9通过调 速主动齿轮7带动行星架以与第一太阳轮2相反的转动方向转动，第一太阳 轮2的转速经与行星架转速叠加后，传递至第二太阳轮6，使得第二太阳轮 6的转速大于第一太阳轮2的转速，第二太阳轮6通过转向执行装置200带 动转向车轮转向，(相对于固定传动比的转向器)使转向车轮产生较大的转 向角，从而改变了方向盘300到转向车轮的转向传动比。其中，第一太阳轮 2与第二太阳轮6的传动比为i₁，且i₁＝ω₁/(ω₁+2ω₃)＜1。当方向盘停止 转动时，电机9旋即被锁止，在这种模式下，方向盘与转向车轮之间的转向 传动比变回原值。

如图8所示，当汽车行驶速度大于且等于70km/h(高速)时，此时要 求可以保持行驶的稳定性和安全性，防止因方向盘300细微的动作而影响汽 车行驶的稳定。当转动方向盘300时，方向盘300带动第一太阳轮2转动， 电机9由锁止进入启动状态，电机9通过调速主动齿轮7带动行星架以与第 一太阳轮2相同的转动方向转动，第一太阳轮2的转速经与行星架转速叠加 后，传递至第二太阳轮6，使得第二太阳轮6的转速小于第一太阳轮2的转 速，第二太阳轮6通过转向执行装置200带动转向车轮转向，(相对于固定 传动比的转向器)使转向车轮产生较小的转向角，从而改变了方向盘300到 转向车轮的转向传动比。其中，第一太阳轮2与第二太阳轮6的传动比为i₂， 且i₂＝ω₁/(ω₁-2ω₃)＞1。当方向盘300出现细微动作时，对转向车轮的影 响降低至最小，从而提高汽车行驶的稳定性和安全性。当方向盘300停止转 动时，电机9旋即被锁止，在这种模式下，方向盘与转向车轮之间的转向传 动比变回原值。

本发明还提供一种汽车转向系统，其包括上述的汽车转向系统的转向 器、与转向输入轴连接的方向盘300以及与转向执行装置200连接的转向车 轮。

另外，本发明还提供一种汽车，其包括上述的汽车转向系统。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。