[发明专利]紧凑型电动助力转向管柱、管柱式电动助力转向器和汽车

说明书

技术领域

本发明涉及电动助力转向系统技术领域，尤其涉及一种紧凑型电动助力转向管柱、装设有该紧凑型电动助力转向管柱的管柱式电动助力转向器和汽车。

背景技术

近年来，具备环保节能功能且性能优越的电动助力转向系统(EPS)在整车上的应用逐渐增多。而管柱助力式电动助力转向管柱由于结构简单、可移植性强，因此较其他形式(如齿条助力式)的EPS应用要更为广泛一些。管柱助力式电动助力转向管柱的输出扭矩可达到60—100Nm，而EPS由于受到布置空间限制等原因，它的电机扭矩一般在3—5Nm，这就需要一个大传动比(至少在20以上)的减速机构，起到降(转)速升扭(矩)的作用。

目前EPS上选用的减速机构多为蜗轮蜗杆机构，但存在着以下一些缺点：(1)正效率低，目前最高只有85%，也就是说一个传动比为20的蜗轮蜗杆损失15%的能量后折算得到的有效传动比只有17，这就需要实际增加蜗轮蜗杆传动比至23以上，因此需要额外增加减速机构的尺寸；(2)逆效率低下，一般只有20%左右，就是说在EPS不工作(或EPS功能丧失时)，如果要转向时则转动方向盘，由蜗轮来驱动蜗杆(此时为逆传动，传动效率极低)，这就需要很大的力矩才能转动方向盘、转动车轮，因此是极不方便的；(3)由于蜗轮一般采用尼龙材料，而蜗杆采用钢材制造，从而在EPS 使用一段时间后，蜗轮就会被磨损，从而在蜗轮蜗杆之间会产生间隙，使得传动平顺性受到影响，还会出现更大的力矩波动(力矩波动原本在正常情况下就大)，还会产生蜗轮蜗杆的齿由于间隙而敲击产生噪音；(4)由于采用了蜗轮蜗杆减速机构，就必然使得助力电机轴线必须垂直于转向管柱轴线，这样就等于在转向管柱的径向上增加了电机占用空间，致使EPS 体积在径向上变为大块头，这样就造成在一些驾驶舱布置空间本来就比较狭小的车辆上根本无法布置下管柱式EPS，从而迫使选取价格更高的齿条助力式EPS，这无疑造成成本浪费或者直接弃用EPS。

如图1、图2所示，当前采用蜗轮蜗杆减速机构及助力电机的管柱式电动助力管柱的主要由上转向轴100、上套管111、支架112、扭杆113、蜗轮蜗杆壳体114、蜗轮115、下转向轴116、下套管117、电机118、蜗杆119、扭矩传感器120、线束(未图示)、控制器(未图示)等零件组成。由图2可以看出，由于电机118的轴线与蜗轮115的轴线(即上转向轴100)垂直，并且需要布置在转向轴(或称为转向管柱)的旁侧，所以占用空间较大，造成有些车型可能无法布置。此外，由于蜗轮蜗杆之间的运动形式为滑动，因此能量损失较大且逆效率尤其低下，所以在相同的有效传动比下，蜗轮尺寸要额外增大一些。另外，蜗轮蜗杆之间长期磨损之后，啮合间隙会增大，这样传动噪音及扭矩波动就会增大。

发明内容

有鉴于此，本发明主要目的是提供一种紧凑型电动助力转向管柱，其目的还在于提供装设有所述紧凑型电动助力转向管柱的管柱式电动助力转向器以及汽车，以便有效解决现有技术中存在的上述问题以及其他方面的问题。

为了实现上述的发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种紧凑型电动助力转向管柱，其包括固连于上套管和下套管的壳体、套设于所述上套管中的上转向轴、套设于所述下套管中的下转向轴、以及设置于所述上转向轴和所述下转向轴之间并与二者相连的扭杆，所述紧凑型电动助力转向管柱还包括：

电机，其装设于所述壳体内，并且包括与所述上转向轴沿着相同轴向布置的电机转子和电机定子；

行星齿轮机构，其装设于所述壳体内，并且其输入端、输出端分别与所述电机的输出端和所述下转向轴相连，用于放大由所述电机输出的助力扭矩；

扭矩传感器，其装设于所述扭杆上用于检测该处的扭矩信号；以及

控制器，其被设置成用于接收并根据所述扭矩信号来控制所述电机的运转，从而使得由所述电机输出的助力扭矩经由所述行星齿轮机构放大后再从所述下转向轴输出。

在上述的紧凑型电动助力转向管柱中，优选地，所述行星齿轮机构为3K型行星齿轮机构，其包括：

第一齿圈，其固连于所述壳体的内壁；

第一行星齿轮，其与所述第一齿圈相啮合；

太阳齿轮，其固连于所述电机转子并且与所述第一行星齿轮相啮合；

第二齿圈，其固连于所述下转向轴；

第二行星齿轮，其与所述第二齿圈相啮合；

行星架，其套设于所述扭杆上并被设置成由所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮二者共用；以及

行星齿轮轴，其被设置成由所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮二者共用。