CN221273189U - 车用转向装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种车用转向装置与车辆，所述车用转向装置包括同轴设置的第一减速器和第二减速器；所述第一减速器的一侧设有转向输出端，所述第一减速器远离所述第二减速器的一端设有手动输入端，所述手动输入端用于连接方向盘；所述第二减速器连接于所述第一减速器，所述第二减速器远离所述第一减速器的一端设有电动输入端，所述电动输入端用于连接电机。本申请可以减小车用转向装置的径向包络尺寸，提高车用转向装置空间布置的便利性。

Description

车用转向装置

技术领域

本申请涉及转向器技术领域，尤其涉及一种车用转向装置。

背景技术

重型商用车转向器主要采用液压转向器，即纯液压循环球结构转向器(HPS)。这种方案采用发动机驱动液压泵，产生液压力作为转向助，其需要单独设置油泵、油箱和液压油管，结构复杂，重量大；并且车辆在转向状态和非转向状态时，油泵都需要保持液压力，需要持续消耗发动机动力，能耗高，噪音大，震动大；此外，这种方案难以实现线控转向，无法满足自动驾驶和辅助驾驶等需求。

因此，出现了一种电动液压循环球结构转向器(EHPS)，这种方案在液压转向器的基础上增加了电机作为转向力输入，其解决了目前自动驾驶对线控转向的迫切需求，可以满足辅助驾驶，主动转向，随速助力等功能。但是，由于电动液压转向器保留了整个液压系统，因此其具有纯液压转向器相同的缺点，并且，由于因其增加了电机动力输入，增加相关的电机，减速器和控制器等组件，导致整体尺寸偏大，不利于空间布置。

实用新型内容

本申请提供了一种车用转向装置，以减小车用转向装置的径向包络尺寸，提高车用转向装置空间布置的便利性。

本申请第一方面提供了一种车用转向装置，所述车用转向装置包括同轴设置的第一减速器和第二减速器；

所述第一减速器的一侧设有转向输出端，所述第一减速器远离所述第二减速器的一端设有手动输入端，所述手动输入端用于连接方向盘；

所述第二减速器连接于所述第一减速器，所述第二减速器远离所述第一减速器的一端设有电动输入端，所述电动输入端用于连接电机。

可选地，所述第一减速器包括相互配合的丝杆和转向螺母，所述丝杆与所述转向螺母形成丝杆螺母结构；

所述手动输入端设置于所述丝杆的一端，所述第二减速器连接于所述丝杆的另一端，所述转向输出端设置于所述转向螺母的周向一侧。

可选地，所述丝杆的两端分别设置有轴承组，所述轴承组包括至少两个轴承。

可选地，所述轴承组包括径向滚针轴承和轴向推力滚子轴承，所述径向滚针轴承与所述轴向推力滚子轴承沿所述丝杆的轴向依次排列。

可选地，所述径向滚针轴承包括第一轴套，所述轴向推力滚子轴承包括具有径向部分和轴向部分的第二轴套，所述第一轴套与所述第二轴套一体设置。

可选地，所述轴向推力滚子轴承包括第二轴套，所述第二轴套与所述丝杆相对固定；

所述第二轴套的外表面凸设有止挡部，所述丝杆的外表面凸设有轴肩，所述止挡部与所述轴肩沿所述丝杆的轴向相互顶抵。

可选地，所述第二减速器采用行星减速器。

可选地，所述车用转向装置还包括换向器，所述换向器的一端连接于所述第一减速器，所述换向器的另一端形成所述手动输入端。

可选地，所述换向器靠近所述第一减速器的一端设有多个第一连接孔，各所述第一连接孔围绕所述换向器的中心均匀分布；

所述第一减速器设有与所述第一连接孔相配合的第二连接孔。

可选地，所述车用转向装置还包括电机，所述第一减速器、所述第二减速器和所述电机同轴设置，所述电机连接于所述电动输入端。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供的车用转向装置包括第一减速器和第二减速器。第一减速器的一侧设有转向输出端，第一减速器远离第二减速器的一端设有手动输入端，手动输入端用于连接方向盘，使用者通过操纵方向盘转动，并通过第一减速器进行减速增扭，从而实现手动转向功能；第二减速器连接于第一减速器，第二减速器远离第一减速器的一端设有电动输入端，电动输入端用于连接电机，电机转动时可输入电动转向助力，并通过第二减速器和第一减速器依次进行减速增扭，从而实现电动助力转向功能；第一减速器和第二减速器同轴设置，使得该车用转向装置整体沿轴向延伸，从而减小该车用转向装置的径向包络尺寸，易于实现空间布置，使整车布置更加紧凑合理。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例提供的车用转向装置的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的车用转向装置的局部剖面结构示意图；

图3为本申请实施例提供的换向器的侧视图；

图4为本申请实施例提供的轴承组的结构示意图。

附图标记：

1-第一减速器；

11-第一壳体；

12-端盖；

13-丝杆；

14-转向螺母；

15-轴承组；

151-径向滚针轴承；

1511-第一轴套；

1512-外圈；

1513-滚针；

1514-第一保持架；

152-轴向推力滚子轴承；

1521-第二轴套；

1521a-止挡部；

1522-垫圈；

1523-滚子；

1524-第二保持架；

16-扇形齿轮；

2-第二减速器；

3-电机；

4-控制器；

5-换向器；

51-换向壳体；

511-第一连接孔；

512-法兰；

52-输入轴组件；

521-第一轴；

522-第二轴；

523-扭杆；

524-传感器；

53-输出轴组件。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1-图4所示，本申请实施例提供了一种车用转向装置，其包括第一减速器1和第二减速器2。第一减速器1的一侧设有转向输出端，转向输出端用于输出转向力，实现车轮转向；第一减速器1远离第二减速器2的一端设有手动输入端，手动输入端用于连接方向盘，使用者通过操纵方向盘转动，并通过第一减速器1进行减速增扭，从而实现手动转向功能；第二减速器2连接于第一减速器1，第二减速器2远离第一减速器1的一端设有电动输入端，电动输入端用于连接电机3，电机3转动时可输入电动转向助力，并通过第二减速器2和第一减速器1依次进行减速增扭，从而实现电动助力转向功能；第一减速器1和第二减速器2同轴设置，使得该车用转向装置整体沿轴向延伸，形成较大的轴向尺寸和较小的径向尺寸，从而减小该车用转向装置的径向包络尺寸，易于实现空间布置，使整车布置更加紧凑合理。

其中，第二减速器2与第一减速器1同轴设置具体是指，第二减速器2位于第一减速器1沿自身轴向的一端，第二减速器2的动力输出轴与第一减速器1的动力输入轴同轴并且相互连接，从而使第二减速器2与第一减速器1实现同轴输出。第二减速器2与第一减速器1分别设置成独立的部件，并通过可拆卸的方式相互连接，使安装和拆卸都十分方便，从而增加了后期维护的便利性。

进一步地，车用转向装置还包括电机3，第一减速器1、第二减速器2和电机3同轴设置，能够有效控制该车用转向装置的径向包络尺寸；电机3连接于电动输入端，通过电机3提供电动转向助力，从而实现纯电动转向器(EPS)方案，也就是说，仅通过电机3就能够实现电动助力转向功能，整体结构简单，外形尺寸较小，重量较轻，且易于实现线控转向功能，满足日益增长的自动驾驶等方面的需求；此外，由于本申请实施例提供的车用转向装置无液压系统，具有节约能耗，降低噪音和震动等优良性能。

其中，电机3可以采用特殊的六相电机3，可分为3+3两组分别进行控制，实现冗余功能。电机3可以连接有控制器4，控制器4可以接收手动输入端的信号，并控制电机3的工作。控制器4可分别接受两组信号，控制上述六相电机3，实现控制器4冗余功能。

进一步地，车用转向装置还包括换向器5，该换向器5为转角换向器5，也就是说，换向器5的两端呈夹角设置；换向器5的一端连接于第一减速器1，换向器5的另一端形成手动输入端，从而使手动输入端的位置和方向与方向盘相适应，实现车用转向装置的卧式安装，可以更方便地在底盘上进行布置，提高车用转向装置安装的稳定性。

进一步地，换向器5包括换向壳体51、输入轴组件52和输出轴组件53。输入轴组件52至少有一部分安装于换向壳体51内，输入轴组件52的一部分伸出换向壳体51而形成手动输入端，并能够与方向盘的转向管柱连接(例如，通过花键等结构连接)；输出轴组件53至少有一部分安装于换向壳体51内，输出轴组件53的一部分伸出换向壳体51而连接第一减速器1的输入轴(例如，通过花键等结构连接)；输出轴组件53与输入轴组件52呈夹角设置，并且，输出轴组件53与输入轴组件52之间通过锥齿轮副形成传动配合，从而改变动力传动方向。

进一步地，输出轴组件53包括第一轴521、第二轴522、扭杆523和传感器524，从而实现手动输入端的力矩检测和转角检测，并通过该检测信号控制电机3的工作。第一轴521和第二轴522沿自身轴线方向依次排列；扭杆523一般由弹性金属材料制作，具有固定扭转刚度，扭杆523的两端分别固定连接于第一轴521和第二轴522，在不同的方向盘力矩输入的情况下，扭杆523输入轴和扭杆523输出轴之间会存在不同的角度的扭转，力矩越大，则角度越大。传感器524连接于第一轴521，实现力矩检测和角度检测等功能，例如：传感器524可以根据第一轴521和第二轴522之间的扭转角度和扭杆523的扭转刚度可实现力矩的检测；或者，传感器524可以直接检测第一轴521或方向盘的转动角度；或者，传感器524根据上述第一轴521和第二轴522之间的扭转角度和扭杆523输入轴转动角度，输出第二轴522的转动角度。

进一步地，换向器5靠近第一减速器1的一端设有多个第一连接孔511，第一减速器1设有与第一连接孔511相配合的第二连接孔，通过在第一连接孔511和第二连接孔安装螺栓等紧固件，可以实现换向器5的安装固定；各第一连接孔511围绕换向器5的中心均匀分布，也就是说，各第一连接孔511等角度分布，并且各第一连接孔511距离输出轴组件53的轴线的距离相等，使换向器5的安装方向能够根据需要进行调节，从而适应多种配置和型号的安装要求。

在一种实施例中，换向壳体51靠近第一减速器1的一端设有安装法兰512，安装法律通过螺栓与第一减速器1相互连接，法兰512上以输出轴组件53的轴线为中心均匀布置有8个安装孔，任意两个安装孔的间隔角度均为45°，从而使换向器5可以绕着输出轴组件53的轴线任意旋转45°或45°的整数倍安装。

进一步地，第一减速器1可以包括第一壳体11、端盖12和减速组件。端盖12连接于第一壳体11的端部，端盖12与第一壳体11之间形成腔体，减速组件安装于该腔体内；端盖12与第一壳体11之间通过螺栓等紧固件形成可拆卸连接，以方便第一减速器1的拆卸维护。

进一步地，第一减速器1包括相互配合的丝杆13和转向螺母14，丝杆13与转向螺母14形成丝杆螺母结构，丝杆13作为第一减速器1的动力输入轴，通过丝杆螺母结构将丝杆13的转动，转化为螺母的直线移动，实现减速增扭；丝杆13的一端设有手动输入端，丝杆13的另一端连接第二减速器2，从而在丝杆13的两端分别提供动力，使丝杆13整体受力均匀，降低丝杆13局部发生损坏的风险；转向螺母14的一侧设有转向输出端，转向螺母14的直线移动作用于转向输出端，从而实现车轮转向。具体来说，丝杆13与转向螺母14安装于第一壳体11内，丝杆13的两端转动连接于端盖12，通过端盖12对丝杆13的两端进行支撑，使丝杆13在第一壳体11内稳定旋转。

进一步地，丝杆13与转向螺母14之间设有螺旋滚道，螺旋滚道内设有滚珠，滚珠与螺旋滚道滑动配合，形成滚珠丝杆螺母结构，运动平稳可靠，传动效率高，从而使操作更加省力和高效，而且滚珠丝杆螺母结构的故障率低，维修保养简单，从而可以降低后期维护成本。

进一步地，丝杆13的两端分别设置有轴承组15，轴承组15包括至少两个轴承，各轴承安装于丝杆13和端盖12之间，将多个轴承相互组合，可以实现更高的性能、稳定性和可靠性，例如，可以确保丝杆13绕自身轴线实现高精度旋转，防止丝杆13在径向和轴向方向窜动，从而满足车用转向器的高承载要求。

进一步地，轴承组15包括径向滚针轴承151和轴向推力滚子轴承152，径向滚针轴承151提供径向承载力，轴向推力滚子轴承152提供轴向载荷，由于径向载荷和轴向载荷分别由不同的轴承承受，从而可以减小单个轴承所承受的负荷，延长轴承的使用寿命；径向滚针轴承151与轴向推力滚子轴承152沿丝杆13的轴向依次排列，可以增大径向承载力，保持高定位精度；由于丝杆13承受了较大的轴向载荷，即使运行磨损后，也不会影响径向运转精度。

具体地，径向滚针轴承151包括第一轴套1511、外圈1512、滚针1513和第一保持架1514。第一轴套1511与丝杆13过盈装配在一起，外圈1512与端盖12过盈装配在一起，滚针1513和第一保持架1514沿丝杆13的径向设置在第一轴套1511和外圈1512之间，丝杆13可在径向滚针轴承151的径向支撑作用下，自由旋转。

具体地，轴向推力滚子轴承152包括第二轴套1521、垫圈1522、滚子1523和第二保持架1524。第二轴套1521与丝杆13过盈装配在一起，从而实现二者的相对固定，滚子1523和第二保持架1524沿丝杆13的轴向设置在第二轴套1521与垫圈1522之间，丝杆13可在轴向推力滚子轴承152的轴向支撑作用下，自由旋转；通过在丝杆13的两端分别安装轴向推力滚子轴承152，使丝杆13在轴向支撑作用下难以轴向窜动，从而可承受较大轴向力。

进一步地，第二轴套1521的外表面凸设有止挡部1521a，止挡部1521a沿第二轴套1521的径向凸设于第二轴套1521的外表面，止挡部1521a的一端可以设置成锥面；丝杆13的外表面凸设有轴肩，止挡部1521a与轴肩沿丝杆13的轴向相互顶抵；垫圈1522套设于第二轴套1521的外部，垫圈1522远离止挡部1521a的一侧顶抵于端盖12表面，滚子1523和第二保持架1524夹设于垫圈1522和止挡部之间，从而对丝杆13提供轴向支撑。

进一步地，第二轴套1521包括径向部分和轴向部分，从而使轴向推力滚子轴承152既能够承受径向载荷又能够承受轴向载荷，即使径向滚针轴承151发生损坏时，仍然能够满足径向载荷要求。具体来说，第二轴套1521的周向外表面(沿自身径向的外表面)为径向部分，滚针1513围绕第二轴套1521的径向部分设置，从而使轴向推力滚子轴承152能够承受径向载荷；第二轴套1521的止挡部1521a为轴向部分，滚针1513设置于止挡部1521a的一侧，从而使轴向推力滚子轴承152能够承受轴向载荷。

进一步地，径向滚针轴承151和轴向推力滚子轴承152可以共用同一个轴承套，也就是说，第一轴套1511和第二轴套1521一体设置，止挡部1521a设置于第二轴套1521远离第一轴套1511的一端，止挡部1521a远离第一轴套1511的一侧与丝杆13设置的轴肩相互顶抵，从而减小轴承组15占用的空间，使整体结构更加紧凑。

进一步地，转向螺母14的外侧设有齿形结构，转向螺母14的一侧设有扇形齿轮16，扇形齿轮16形成该车用转向器的转向输出端；扇形齿轮16与齿形结构相互啮合，从而将转向螺母14的直线移动转化为扇形齿轮16的转动，并进一步实现减速增扭的效果。

进一步地，第二减速器2采用行星减速器，行星减速器的高速侧用于连接电机3，低速侧用于连接第一减速器1，从而对电机3力矩实现减速增扭。行星减速器包括第二壳体和两级行星齿轮减速组件，两级行星齿轮减速组件的输出侧设有减速输出轴，减速输出轴与第一减速器1的丝杆13同轴设置，并且相互连接(例如，通过花键等结构连接)，实现第一减速器1与第二减速器2的同轴设置和传动连接，将电机3力矩传递至第一减速器1的丝杆13。

另外，本申请实施例还提供了一种车辆，其包括本申请实施例提供的任意一种车用转向装置。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车用转向装置，其特征在于，所述车用转向装置包括同轴设置的第一减速器和第二减速器；

所述第一减速器的一侧设有转向输出端，所述第一减速器远离所述第二减速器的一端设有手动输入端，所述手动输入端用于连接方向盘；

所述第二减速器连接于所述第一减速器，所述第二减速器远离所述第一减速器的一端设有电动输入端，所述电动输入端用于连接电机。

2.根据权利要求1所述的车用转向装置，其特征在于，所述第一减速器包括相互配合的丝杆和转向螺母，所述丝杆与所述转向螺母形成丝杆螺母结构；

所述手动输入端设置于所述丝杆的一端，所述第二减速器连接于所述丝杆的另一端，所述转向输出端设置于所述转向螺母的周向一侧。

3.根据权利要求2所述的车用转向装置，其特征在于，所述丝杆的两端分别设置有轴承组，所述轴承组包括至少两个轴承。

4.根据权利要求3所述的车用转向装置，其特征在于，所述轴承组包括径向滚针轴承和轴向推力滚子轴承，所述径向滚针轴承与所述轴向推力滚子轴承沿所述丝杆的轴向依次排列。

5.根据权利要求4所述的车用转向装置，其特征在于，所述径向滚针轴承包括第一轴套，所述轴向推力滚子轴承包括具有径向部分和轴向部分的第二轴套，所述第一轴套与所述第二轴套一体设置。

6.根据权利要求4所述的车用转向装置，其特征在于，所述轴向推力滚子轴承包括第二轴套，所述第二轴套与所述丝杆相对固定；

所述第二轴套的外表面凸设有止挡部，所述丝杆的外表面凸设有轴肩，所述止挡部与所述轴肩沿所述丝杆的轴向相互顶抵。

7.根据权利要求1所述的车用转向装置，其特征在于，所述第二减速器采用行星减速器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的车用转向装置，其特征在于，所述车用转向装置还包括换向器，所述换向器的一端连接于所述第一减速器，所述换向器的另一端形成所述手动输入端。

9.根据权利要求8所述的车用转向装置，其特征在于，所述换向器靠近所述第一减速器的一端设有多个第一连接孔，各所述第一连接孔围绕所述换向器的中心均匀分布；

所述第一减速器设有与所述第一连接孔相配合的第二连接孔。

10.根据权利要求1-9任一项所述的车用转向装置，其特征在于，所述车用转向装置还包括电机，所述第一减速器、所述第二减速器和所述电机同轴设置，所述电机连接于所述电动输入端。