[发明专利]一种电动助力转向变比传动机构、设计方法和分析方法

说明书

本发明属于车辆转向传动技术领域，公开了一种电动助力转向变比传动机构、设计方法和分析方法，方向盘通过转动轴与第一圆柱齿轮连接，第一圆柱齿轮通过转动轴与太阳轮连接；太阳轮通过行星轮与齿圈连接，齿圈通过连接轴与蜗轮蜗杆连接，行星轮通过行星架H与第二圆柱齿轮连接。方向盘与第一圆柱齿轮间的转动轴上设置有扭矩传感器，第二圆柱齿轮通过转动轴与齿轮齿条机构连接。本发明助力转向系统可以有效提高转向系统的轻便性和稳定性，同时降低驾驶员转向操作时的体力消耗，因此被广泛应用。同时本发明通过动力学分析与验证，改进前后驾驶员体力消耗降低了9.15％，可以有效降低驾驶员的体力消耗。

技术领域

本发明属于车辆转向传动技术领域，尤其涉及一种电动助力转向变比传动机构、设计方法和分析方法。

背景技术

目前，助力转向系统可以提高车辆低速转向轻便性和高速转向稳定性，但由于系统的传动比为定值，因此不能彻底解决辆低速转向轻便性和高速转向稳定性之间的矛盾关系。针对这一问题，有学者对转向系统的变比技术进行研究。现有变比方法包括：线控转向、电控助力式以及机械式。电控助力式变比技术同时兼顾了可靠性和安全性，具有良好的发展前景。助力传动机构是助力转向系统中的核心零部件之一，现有常用的助力传动方案有蜗轮蜗杆助力传动方案和差动轮系助力传动机构方案两种，研究表明差动轮系助力传动机构方案转向灵敏度好，但在无电机助力时需更大的转向力矩输入。蜗轮蜗杆助力传动方案和差动轮系助力传动机构方案，蜗轮蜗杆助力传动方案存在滞后和超调效应，

为了解决差动轮系助力传动机构方案传动效率低，在无助力时对驾驶员体力消耗大的问题，提出了一种变比差动轮系助力传动机构，对差动轮系中的非圆齿轮进行了设计，并通过动力学分析验证了方案的有效性。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：定传动比无法彻底解决不能彻底解决车辆低速转向轻便性和高速转向稳定性之间的矛盾。

现有的差动轮系助力传动机构方案传动效率低，在无助力时对驾驶员体力消耗大的问题。

解决以上问题及缺陷的难度为：变传动比的确定；基于变传动比曲线的非圆齿轮设计。

解决以上问题及缺陷的意义为：通过变传动比齿轮的设计，可以解决转向系统在没有助力条件下的低速转向轻便性和高速转向稳定性之间的矛盾，同时减小驾驶员转向体力消耗。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电动助力转向变比传动机构、设计方法和分析方法。

本发明是这样实现的，一种电动助力转向系统变比传动机构，所述电动助力转向系统变比传动机构设置有：

方向盘；

方向盘通过转动轴与第一圆柱齿轮连接，第一圆柱齿轮通过转动轴与太阳轮连接；

太阳轮通过行星轮与齿圈连接，齿圈通过连接轴与蜗轮蜗杆连接，行星轮通过行星架H与第二圆柱齿轮连接。

进一步，所述方向盘与第一圆柱齿轮间的转动轴上设置有扭矩传感器。

进一步，所述第二圆柱齿轮通过转动轴与齿轮齿条机构连接。

本发明另一目的在于提供一种基于所述的电动助力转向系统变比传动机构的电动助力转向系统变比传动机构设计方法，所述电动助力转向系统变比传动机构设计方法，包括：

行星架H输出的力矩是方向盘输入的力矩和助力电机经过蜗轮蜗杆机构减速后的力矩叠加而成，根据周转轮系传动比计算方法可以得到：

式中，z₃、z₅分别为齿圈和太阳轮的齿数，n₃、n₅、n_H分别为齿圈、太阳轮和行星架的转速；