一种大型商用车线控底盘用电动助力转向装置的制作方法

[0001]
本发明属于车辆转向系统技术领域，具体地说，本发明涉及一种大型商用车线控底盘用电动助力转向装置。


背景技术：

[0002]
纯电动助力转向系统是城市公交和公路客车转向系统的发展方向，客车用电动助力转向装置是车辆实现助力转向的执行单元，同时也是实现车辆完全自动驾驶和高级驾驶辅助功能的转向执行机构。
[0003]
现有的客车转向系统基本是液压助力转向系统或者电动液压助力转向系统，这两种转向系统油路布置与安装困难，后期维护成本高，因为需要使用液压油会造成一定的环境污染。另外这两种液压转向系统无法完全满足辅助驾驶或自动驾驶的转向功能需求。
[0004]
而且现有的客车转向系统的转向外拉杆的长度为固定尺寸，在与转向节臂装配时不便于调整，影响装配效率。


技术实现要素：

[0005]
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种大型商用车线控底盘用电动助力转向装置，目的是方便装配并提供搭载于转向管柱与转向节臂之间更高集成度和更少零件的转向装置。
[0006]
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：大型商用车线控底盘用电动助力转向装置，包括与转向节臂连接的转向拉杆组件，所述转向拉杆组件的长度可调节，转向拉杆组件包括转向内拉杆、与所述转向节臂转动连接的转向外拉杆以及与转向内拉杆和转向外拉杆为螺纹连接的拉杆连接管，转向内拉杆和转向外拉杆具有外螺纹且转向内拉杆和转向外拉杆上的外螺纹的旋向相反。
[0007]
所述转向内拉杆上的外螺纹为左旋外螺纹，所述拉杆连接管的一端设置左旋内螺纹；所述转向外拉杆上的外螺纹为右旋外螺纹，拉杆连接管的另一端设置右旋内螺纹。
[0008]
所述的大型商用车线控底盘用电动助力转向装置还包括输入轴、助力电机、与输入轴连接的转向大齿轮、与转向大齿轮啮合的转向小齿轮、与助力电机连接的助力小齿轮、与助力小齿轮啮合且与转向小齿轮同轴连接的助力大齿轮和与助力大齿轮连接且与所述转向内拉杆连接的滚珠丝杠机构和与滚珠丝杠机构连接。
[0009]
所述的大型商用车线控底盘用电动助力转向装置还包括壳体组件，所述助力电机设置于壳体组件上，所述滚珠丝杠机构、转向大齿轮、转向小齿轮、助力小齿轮和助力大齿轮位于壳体组件的内部。
[0010]
所述滚珠丝杠机构包括与所述转向大齿轮连接的丝杠、与丝杠相配合的螺母、与螺母连接的伸缩杆和对螺母进行导向的导向杆，伸缩杆通过关节轴承与所述转向内拉杆连接。
[0011]
所述导向杆设置两个，所述螺母上设置有两个无油轴套，各个导向杆分别穿过一
个无油轴套。
[0012]
所述关节轴承包括与所述伸缩杆连接的连接杆、与连接杆连接的球形外圈、设置于球形外圈的中心孔中的球形内圈、设置于球形内圈相对两端的垫圈和设置于球形外圈与所述转向内拉杆之间的防尘罩，转向内拉杆通过螺栓与球形内圈连接，螺栓穿过垫圈和球形内圈。
[0013]
所述转向内拉杆具有容纳所述关节轴承的容置槽，该容置槽为u形槽，所述防尘罩设置两个，所述球形外圈位于两个防尘罩之间且两个防尘罩分别与容置槽的两个相对内壁面相接触。
[0014]
本发明的大型商用车线控底盘用电动助力转向装置，转向拉杆组件的长度可调节，转向拉杆组件的长度调节效率高，方便与转向节臂的装配，以适配方向盘中位在左右极限行程的中点位置；而且可以实现转向系统电动化，便于客车实现自动驾驶和辅助驾驶功能。
附图说明
[0015]
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
[0016]
图1是本发明大型商用车线控底盘用电动助力转向装置的结构示意图；
[0017]
图2是本发明大型商用车线控底盘用电动助力转向装置的内部结构示意图；
[0018]
图3是客车电动助力转向系统的结构示意图；
[0019]
图4是转向拉杆组件的剖视图；
[0020]
图5是螺母与导向杆的配合示意图；
[0021]
图6是减速机构的结构示意图；
[0022]
图7是关节轴承的剖视图；
[0023]
图8是客车电动助力转向系统在右转方向盘时的动作原理图；
[0024]
图9是客车电动助力转向系统在左转方向盘时的动作原理图；
[0025]
图中标记为：1、方向盘；2、转向管柱；3、转向传动轴；4、电子控制单元；5、客车用电动转向助力装置；501、助力电机；502、伸缩杆；503、转向外拉杆；504、转向大齿轮；505、转向小齿轮；506、助力小齿轮；507、助力大齿轮；508、第一壳体；509、第二壳体；510、壳体连接管；511、丝杠；512、螺母；513、无油轴套；514、导向杆；515、连接杆；516、球形外圈；517、球形内圈；518、垫圈；519、防尘罩；520、螺栓；521、锁紧螺母；522、输入轴；523、转向内拉杆；524、拉杆连接管；6、转向节臂；7、车轮。
具体实施方式
[0026]
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
[0027]
需要说明的是，在下述的实施方式中，所述的“第一”和“第二”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。
[0028]
如图1至图4所示，本发明提供了一种大型商用车线控底盘用电动助力转向装置，包括与转向节臂6连接的转向拉杆组件，转向拉杆组件的长度可调节，转向拉杆组件包括转
向内拉杆523、与转向节臂6转动连接的转向外拉杆503以及与转向内拉杆523和转向外拉杆503为螺纹连接的拉杆连接管524，转向内拉杆523和转向外拉杆503具有外螺纹且转向内拉杆523和转向外拉杆503上的外螺纹的旋向相反。
[0029]
具体地说，如图4所示，拉杆连接管524为两端开口且内部中空的结构，转向内拉杆523的一端设置外螺纹且转向内拉杆523的该端插入拉杆连接管524的内部，转向内拉杆523上的外螺纹为左旋外螺纹，拉杆连接管524的一端设置左旋内螺纹，拉杆连接管524内的左旋内螺纹与转向内拉杆523上的外螺纹啮合；转向外拉杆503的一端设置外螺纹且转向外拉杆503的该端插入拉杆连接管524的内部，转向外拉杆503的另一端与转向节臂6转动连接，转向外拉杆503上的外螺纹为右旋外螺纹，拉杆连接管524的另一端设置右旋内螺纹，拉杆连接管524内的右旋内螺纹与转向外拉杆503上的外螺纹啮合，拉杆连接管524的两端设置的内螺纹的旋向相反。拉杆连接管524在转动过程中，两端的转向外拉杆503和转向内拉杆523能够相向移动或者相背离移动，以达到调节转向拉杆组件的长度的目的。采用螺纹旋转调节的方式，具有调节准确度好、精确高和调节方便的优点。
[0030]
因此，转向拉杆组件的长度方向尺寸调整，是由拉杆连接管524的旋转运动完成。由于拉杆连接管524上的左右旋内螺纹的设置，长度调整时效率高(转向内拉杆523和转向外拉杆503同时缩短或伸长)、结构简单、连接可靠。
[0031]
如图1至图7所示，本发明的客车用电动转向助力装置还包括扭矩角度传感器、与转向传动轴3连接的输入轴522、与输入轴522连接的转向大齿轮504、与转向大齿轮504啮合的转向小齿轮505、助力电机501、与助力电机501连接的助力小齿轮506、与助力小齿轮506啮合且与转向小齿轮505同轴连接的助力大齿轮507和与助力大齿轮507连接且与转向内拉杆523连接的滚珠丝杠机构和与滚珠丝杠机构连接。转向外拉杆503与车辆的其中一个车轮7的转向节臂6转动连接，车辆的两个车轮7的转向节与转向横拉杆转动连接，转向横拉杆使两个车轮7同步转向。
[0032]
如图1至图3和图6所示，转向管柱2的上端与方向盘1固定连接，转向管柱2的下端与转向传动轴3的上端固定连接，转向传动轴3的下端与输入轴522固定连接，转向大齿轮504与输入轴522为同轴固定连接，扭矩角度传感器设置于输入轴522上。转向小齿轮505与转向大齿轮504相啮合，构成增速机构，转向小齿轮505的直径小于转向大齿轮504的直径。转向小齿轮505与助力大齿轮507为同轴固定连接，助力小齿轮506与助力大齿轮507相啮合，构成减速机构，助力小齿轮506的直径小于助力大齿轮507的直径，助力小齿轮506与助力电机501的电机轴固定连接，助力小齿轮506的轴线与输入轴522的轴线在空间上相垂直。
[0033]
如图1至图3和图6所示，本发明的客车用电动转向助力装置还包括壳体组件，助力电机501设置于壳体组件上，滚珠丝杠机构、转向大齿轮504、转向小齿轮505、助力小齿轮506和助力大齿轮507位于壳体组件的内部。壳体组件包括第一壳体508、第二壳体509和壳体连接管510，壳体连接管510具有一定的长度且内部中空的壳体结构，第一壳体508和第二壳体509分别与壳体连接管510的长度方向上的相对两端固定连接。助力电机501与第一壳体508固定连接，输入轴522为可旋转的设置于第一壳体508上，转向大齿轮504、转向小齿轮505、助力小齿轮506和助力大齿轮507位于第一壳体508的内部，伸缩杆502穿过第二壳体509，伸缩杆502的一端位于壳体连接管510的内部，伸缩杆502的另一端位于第二壳体509的外部。采用两对齿轮副分别实现转向与助力功能，转向小齿轮505、转向大齿轮504、助力小
齿轮506和助力大齿轮507均为双曲面齿轮，结构紧凑、齿轮刚度大、传动平稳，相对齿轮尺寸小、重量轻。
[0034]
如图1至图3、图5和图6所示，滚珠丝杠机构包括与转向大齿轮504连接的丝杠511、与丝杠511相配合的螺母512、与螺母512连接的伸缩杆502和对螺母512进行导向的导向杆514，伸缩杆502通过关节轴承与转向内拉杆523连接。壳体连接管510为圆柱体，丝杠511与壳体连接管510为同轴设置，丝杠511为可旋转的设置于壳体连接管510的内部，丝杠511与转向大齿轮504为同轴固定连接，丝杠511与螺母512构成螺旋传动，螺母512位于壳体连接管510的内部，螺母512与伸缩杆502的一端固定连接，伸缩杆502为圆柱体，伸缩杆502与丝杠511和螺母512为同轴设置。丝杠511转动后，螺母512带动伸缩杆502同步沿轴向进行移动，伸缩杆502通过转向拉杆组件带动转向节臂6进行转动，实现车轮7的偏转，进而实现车辆的转向。
[0035]
转向功能：如图8所示，当驾驶员操纵方向盘1向右进行车辆转向时，带动输入轴522顺时针旋转，与输入轴522连成一体的转向大齿轮504顺时针转动，通过齿轮啮合带动转向小齿轮505逆时针转动，因转向小齿轮505与丝杠511连成一体，从而带动丝杠511逆时针转动并且使螺母512与伸缩杆502向内缩短，进而推动车轮7向右转动；如图9所示，当驾驶员操纵方向盘1向左进行车辆转向时，带动输入轴522逆时针旋转，与输入轴522连成一体的转向大齿轮504逆时针转动，通过齿轮啮合带动转向小齿轮505顺时针转动，因转向小齿轮505与丝杠511连成一体，从而带动丝杠511顺时针转动并且使螺母512与伸缩杆502向外伸长，进而推动车轮7向左转动。
[0036]
可以通过设定转向齿轮副的齿数比来调整方向盘1圈数，以适应不同车辆对方向盘1圈数的要求，齿数比越大、方向盘1圈数越小，反之齿数比越小、则方向盘1圈数越多。转向齿轮副为增速减扭，因而驾驶员操纵方向盘1的转舵力矩通过该齿轮副时，给转向小齿轮505的扭矩会按齿数比减小，因此该齿轮副受力小、寿命长、可靠耐用。
[0037]
助力功能：如图9所示，当驾驶员操纵方向盘1向右进行车辆转向时，带动输入轴522顺时针旋转，与输入轴522焊接在一起的扭矩角度传感器将获取的转向力和转向角度信号发送给电子控制单元4(ecu)，电子控制单元4(ecu)对信号处理并运算后，助力电机501及助力小齿轮506顺时针转动，通过齿轮啮合带动助力大齿轮507逆时针转动，因助力大齿轮507也与丝杠511连成一体，从而带动丝杠511逆时针转动并且使螺母512与伸缩杆502向内缩短，进而推动车轮7向右转动；如图9所示，当驾驶员操纵方向盘1向左进行车辆转向时，带动输入轴522逆时针旋转，与输入轴522焊接在一起的扭矩角度传感器将获取的转向力和转向角度信号发送给电子控制单元4(ecu)，电子控制单元4(ecu)对信号处理并运算后，助力电机501及助力小齿轮506逆时针转动，通过齿轮啮合带动助力大齿轮507顺时针转动，因助力大齿轮507也与丝杠511连成一体，从而带动丝杠511顺时针转动并且使螺母512与伸缩杆502向外伸长，进而推动车轮7向左转动。
[0038]
可以通过设定转向齿轮副的齿数比来改变输出扭矩的大小，以适应不同载荷车辆轮胎转向力矩的要求，齿数比越大、输出扭矩越大，反之齿数比越小、则输出扭矩越小。助力齿轮副为减速增扭，车辆轮胎转向驱动力矩基本由电机通过助力齿轮副提供，以减小驾驶员的操舵负担。
[0039]
如图5所示，导向杆514位于壳体连接管510的内部，导向杆514的轴线与丝杠511的
轴线相平行，导向杆514设置两个，两个导向杆514之间的夹角为180度。螺母512在直线往复移动时，采用两根导向杆514防止螺母512的圆周方向转动。螺母512上设置有两个无油轴套513，各个导向杆514分别穿过一个无油轴套513。螺母512的法兰面上加工有两个圆形通孔，各个无油轴套513分别安装在螺母512上的一个圆孔通孔中，无油轴套513采用三层复合材料制成的无油轴套513，两个导向杆514分别穿过两个无油轴套513的中心孔。无油轴套513与导向杆514采用小间隙配合，导向杆514的两端固定，当螺杠受转动力矩时，由两根导向杆514抑制螺母512圆周方向的力矩。导向杆514的外圆面镀铬并淬硬后磨光，以保证导向杆514刚度大和表面光洁，以满足导向杆514在保持直线运动时基本没有弯曲变形，并且无油轴套513的摩擦系数低，从而确保螺母512运动顺畅。
[0040]
如图1、图2和图7所示，关节轴承通过由螺栓520和锁紧螺母521构成的紧固件与转向拉杆组件连接，关节轴承包括与伸缩杆502连接的连接杆515、与连接杆515连接的球形外圈516、设置于球形外圈516的中心孔中的球形内圈517、设置于球形内圈517相对两端的垫圈518和设置于球形外圈516与转向内拉杆523之间的防尘罩519，转向内拉杆523通过螺栓520与球形内圈517连接，螺栓520穿过垫圈518和球形内圈517。转向内拉杆523具有容纳关节轴承的容置槽，该容置槽为u形槽，防尘罩519设置两个，球形外圈516位于两个防尘罩519之间且两个防尘罩519分别与容置槽的两个相对内壁面相接触。连接杆515的一端与伸缩杆502的端部固定连接，球形外圈516与连接杆515的另一端固定连接，球形内圈517的外球面与球形外圈516的内圆面相接触，球形外圈516的球心与球形内圈517的球心为同一点，球形外圈516与球形内圈517可相对转动。转向内拉杆523的端部具有让螺栓520穿过的通孔，垫圈518的中心处设置让螺栓520穿过的中心孔，垫圈518夹在球形内圈517与容置槽的内壁面之间，垫圈518与球形内圈517为同轴设置。推拉杆带动连接杆515和球形外圈516进行直线运动时，将推拉力通过球形内圈517传递给垫圈518，通过垫圈518将推拉力再传给螺栓520，再由螺栓520将推拉力传递给转向内拉杆523。转向拉杆组件在车辆转向过程中，不仅要进行直线往复运动，还要进行以围绕关节轴承的球形内圈517球心的偏摆运动，因此设置关节轴承进行连接。
[0041]
如图7所示，关节轴承的球形内圈517的两端各压装一个垫圈518，垫圈518上分别装配一个防尘罩519。转向内拉杆523的大端开一个u形槽，并加工一个圆形贯穿通孔，用一根螺栓520穿过该通孔并同时穿过关节轴承的球形内圈517，然后用一个锁紧螺母521拧紧。关节轴承的垫圈518，主要用来承受运动方向的剪切力，同时因为垫圈518高度的增加，使转向内拉杆523的偏摆角度变大，偏摆行程也相应增大。垫圈518上安装有防尘罩519，防尘罩519为圆环形结构，防尘罩519与垫圈518为同轴设置，防尘罩519的轴向上的两端端面分别与球形外圈516的端面和容置槽的内壁面贴合，在转向内拉杆523做偏摆运动时，防尘罩519可以有效地在转向内拉杆523与关节轴承间形成密封，以起到防尘防水的作用。上述结构的关节轴承装配方便、简单可靠，而且制作成本低。
[0042]
上述结构的大型商用车线控底盘用电动助力转向装置，具有如下的优点：
[0043]
1、质量轻，在新能源客车上应用更有优势；
[0044]
2、整车布置方便，沿用原有车辆转向器布置方案即可；
[0045]
3、产品集成度高，安装方便，无复杂的油路及油路附件需要组装；
[0046]
4、转向轻便、噪音低，转向舒适性与主动安全性高；
[0047]
5、无液压油路，不存在漏油问题，不会造成环境污染；
[0048]
6、可以快速匹配不同车型，只通过调试电子控制单元4的软件设置即可实现最佳性能；
[0049]
7、整个寿命周期内免维护，且可自行并快速进行故障诊断；
[0050]
8、可满足辅助驾驶和自动驾驶的转向功能需求；
[0051]
9、零件数量少、成本低；
[0052]
10、能耗低，助力电机501只有在进行车辆转向动作时工作；
[0053]
11、电动转向助力装置为一体式的伸缩结构，集成度高，直动伸缩结构机械效率高；
[0054]
12、该装置是根据汽车行驶速度及驾驶员转动方向盘的方向与力矩大小,通过电子控制单元(ecu)的信号处理与数据运算，控制转向助力电机的运转方向及扭矩输出，通过连接在电机上的助力小齿轮，去带动装配在滚珠丝杠上的助力大齿轮实现助力。
[0055]
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

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