專利名稱：一種前置式雙梯形電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器的輸出力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向橋兩側(cè)的轉(zhuǎn)向節(jié)，使兩側(cè)轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，并使兩轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角按照一定規(guī)律變化以保證汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)盡可能小。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)向搖臂、轉(zhuǎn)向直拉桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、轉(zhuǎn)向梯形臂(左右) 和轉(zhuǎn)向橫拉桿等組成。通常而言，汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，直接影響它的機(jī)動(dòng)性和轉(zhuǎn)彎能力。所以在轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要保證具有小的轉(zhuǎn)彎能力，還要保證轉(zhuǎn)向時(shí)車輪能繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心盡量做純滾動(dòng)。因汽車上的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要與獨(dú)立懸架相匹配，故選擇分段式梯形機(jī)構(gòu)。汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，要使各車輪都只滾動(dòng)不滑動(dòng)，各車輪必須圍繞一個(gè)中心點(diǎn)0轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示。顯然這個(gè)中心要落在后軸中心線的延長(zhǎng)線上，并且內(nèi)、外前輪也必須以這個(gè)中心點(diǎn)0為圓心而轉(zhuǎn)動(dòng)，即理想情況下，轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系應(yīng)滿足阿克曼轉(zhuǎn)向幾何學(xué)原理， 簡(jiǎn)稱阿克曼定律ctga =ctg β+B/L (1)但在實(shí)際中，車輛轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)很難在整個(gè)轉(zhuǎn)向范圍內(nèi)均滿足該條件，通常只是近似地滿足。所以實(shí)際應(yīng)用中只能是盡量改變轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)尺寸，使得內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角曲線無(wú)限接近理想內(nèi)外輪曲線；由于B、L是汽車總體參數(shù)中的固定值，當(dāng)以β作為該模型的自變量時(shí)，參數(shù)α為因變量，可根據(jù)式(1)求出理想狀態(tài)下梯形機(jī)構(gòu)的特性曲線。具體如下先根據(jù)已知的軸距L、輪距LQ(輪距軸距是某一車型的基本數(shù)據(jù)，所以在設(shè)計(jì)中作為已知量)，初步設(shè)定轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)度(根據(jù)空間尺寸及以往模型先初定)，進(jìn)而根據(jù)式(2) 可以計(jì)算出B = IMO (兩主銷軸線與地面交點(diǎn)間的距離)，將B與L代入公式(1)，通常汽車轉(zhuǎn)向時(shí)車輪轉(zhuǎn)角最頻繁的角度是10。，這里取β作為該模型的自變量讓其在0° 25° 范圍內(nèi)每次增加0.05° (每次運(yùn)算的步長(zhǎng)取0.05° )，則可利用matlab編寫的程序通過(guò)公式1計(jì)算出一系列α，進(jìn)而可以擬合出理想內(nèi)外角曲線，如圖2。參數(shù)B與前輪輪距和轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)度滿足下面關(guān)系B = LQ-2ZB(2)其中ZB-轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)度。普通汽車的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)并不能精確的滿足內(nèi)外車輪理想的轉(zhuǎn)角關(guān)系，只能以足夠的工程精度接近理想的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)。實(shí)際的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)中L值不再是汽車的軸距， 而是小于軸距的一個(gè)值L'，且L' <L，參見圖3，若令L' /L= ξ，ξ越接近1，則該車的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)就能越精確的反應(yīng)式(1)的要求，轉(zhuǎn)向也就越順暢。因此把ξ稱為轉(zhuǎn)向的平順性系數(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種前置式雙梯形電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其采用合適的尺寸參數(shù)，使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的平順性系數(shù)非常接近于1，解決了現(xiàn)有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)動(dòng)性和轉(zhuǎn)彎能力差的技術(shù)問(wèn)題。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種前置式雙梯形電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其包括由左梯型臂、左分段式橫拉桿、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條、右分段式橫拉桿和右梯型臂構(gòu)成的梯型機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；其特殊之處在于所述梯形機(jī)構(gòu)的左分段式橫拉桿或右分段式橫拉桿與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條間的夾角為11.5°至12.5°。上述轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸桿1由電動(dòng)機(jī)9驅(qū)動(dòng)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸輪2與差動(dòng)輪系的大太陽(yáng)輪5同軸固連；所述差動(dòng)輪系的小太陽(yáng)輪3與汽車轉(zhuǎn)向軸8 同軸固連；所述差動(dòng)輪系的行星輪4的中心軸與齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪6同軸固連；所述齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪6可帶動(dòng)齒條7驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向。上述梯形機(jī)構(gòu)的左分段式橫拉桿或右分段式橫拉桿與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條間的夾角為12°。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型選擇梯形機(jī)構(gòu)的左分段式橫拉桿或右分段式橫拉桿與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條間的夾角為12°，使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的平順性系數(shù)非常接近于1，使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)動(dòng)性和轉(zhuǎn)彎能力得到優(yōu)化和提升。本實(shí)用新型不需要滿足從電動(dòng)機(jī)減速后的轉(zhuǎn)速和方向盤的轉(zhuǎn)速一致或接近。差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度，即給定兩個(gè)輸入運(yùn)動(dòng)可以有確定的輸出運(yùn)動(dòng)。駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，不同人作用在方向盤上的平均轉(zhuǎn)速不同，且不同路況轉(zhuǎn)向時(shí)平均轉(zhuǎn)速也不同。而選擇的電動(dòng)機(jī)只能根據(jù)固定的傳動(dòng)比提供確定數(shù)值的轉(zhuǎn)速。在直接采用蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)助力時(shí)則最好要求兩個(gè)轉(zhuǎn)速值相等或接近，否則會(huì)使轉(zhuǎn)向軸壽命降低。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子一個(gè)人拉車比較費(fèi)勁，可是要是有個(gè)人幫忙一起拉，則每個(gè)人所付出的體力會(huì)明顯減少。但前提條件必須讓兩個(gè)人步調(diào)一致，即兩個(gè)人共同作用后仍要保證車的自由度為1。

圖1為理想情況下轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系示意圖；其中L_汽車的前后軸距； B-兩主銷軸線與地面交點(diǎn)間的距離α -外側(cè)車輪轉(zhuǎn)向角；β -內(nèi)側(cè)車輪轉(zhuǎn)向角；R-最小轉(zhuǎn)彎半徑；圖2為理想狀況下內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角曲線圖；圖3為實(shí)際情況下轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系示意圖；圖4為本實(shí)用新型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器前置式雙梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中D_齒條兩端球鉸中心距；Φ-分段式橫拉桿與轉(zhuǎn)向機(jī)夾角；E-分段式橫拉桿長(zhǎng)度；W-轉(zhuǎn)向機(jī)距離前軸的安裝距離；θ -梯形臂安裝底角；N-轉(zhuǎn)向梯形臂長(zhǎng)度；
4[0027]圖5是本實(shí)用新型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器前置式雙梯形轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；其中 B-兩主銷軸線與地面交點(diǎn)間的距離；M-轉(zhuǎn)向橫拉桿；N-轉(zhuǎn)向梯形臂；L-汽車的前后軸距； θ-安裝底角；圖6是Φ = 12度時(shí)梯形內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角計(jì)算曲線和理論曲線關(guān)系圖；圖7是本實(shí)用新型轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖8是本實(shí)用新型轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)自身帶有分段式橫拉桿，將其看作整體式橫拉桿以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這樣做并不會(huì)影響設(shè)計(jì)的精度。已知參數(shù)L、B ；需要確定的參數(shù)轉(zhuǎn)向橫拉桿M，轉(zhuǎn)向梯形臂N，安裝底角θ。圖6中實(shí)線表示理想內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角曲線，虛線線表示Φ = 12°時(shí)對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)仿真所得數(shù)據(jù)擬合的轉(zhuǎn)向曲線，*點(diǎn)表示實(shí)際計(jì)算時(shí)的一組數(shù)據(jù)。說(shuō)明Φ = 12°時(shí)對(duì)應(yīng)幾何參數(shù)算出的一組數(shù)據(jù)最接近理想轉(zhuǎn)向特性曲線故最終確定EPS模型中梯形機(jī)構(gòu)參數(shù)為B = 1240mm ；D = 562mm ；N = 213mm ；E = 255. 59mm ；W = 137. 15mm ； Φ = 12° ； θ = 63. 3°。
權(quán)利要求1.一種前置式雙梯形電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其包括由左梯型臂、左分段式橫拉桿、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條、右分段式橫拉桿和右梯型臂構(gòu)成的梯型機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；其特征在于所述梯形機(jī)構(gòu)的左分段式橫拉桿或右分段式橫拉桿與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條間的夾角為 11. 5° 至 12. 5°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前置式雙梯形電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其特征在于所述轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸桿由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸輪與差動(dòng)輪系的大太陽(yáng)輪同軸固連；所述差動(dòng)輪系的小太陽(yáng)輪與汽車轉(zhuǎn)向軸同軸固連；所述差動(dòng)輪系的行星輪的中心軸與齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪同軸固連；所述齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪可帶動(dòng)齒條驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的前置式雙梯形電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其特征在于所述梯形機(jī)構(gòu)的左分段式橫拉桿或右分段式橫拉桿與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條間的夾角為12°。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種前置式雙梯形電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，包括由左梯型臂、左分段式橫拉桿、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條、右分段式橫拉桿和右梯型臂構(gòu)成的梯型機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；梯形機(jī)構(gòu)的左分段式橫拉桿或右分段式橫拉桿與轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒條間的夾角為11.5°至12.5°。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)機(jī)動(dòng)性和轉(zhuǎn)彎能力差的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用合適的尺寸參數(shù)，使轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的平順性系數(shù)非常接近于1。
文檔編號(hào)B62D7/16GK202016502SQ20102066963
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者劉凱, 李文孝, 楊芬 申請(qǐng)人:西安航天遠(yuǎn)征流體控制股份有限公司