小齿轮电动助力转向系统的制作方法

小齿轮电动助力转向系统
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求享有于2020年3月25日提交的美国临时专利申请序列号为62/994,464的优先权权益，其公开内容通过援引全部并入于本文中。
技术领域
3.本公开涉及车辆转向系统，并且更特别地，涉及一种双小齿轮电动助力转向系统。


背景技术：

4.已经研发出各种电动助力转向(eps)系统，用以辅助操作者进行车辆转向。一种类型的eps系统被称为齿条式电动助力转向(reps)系统。reps系统使用电动机来驱动具有与齿条接合(engage，啮合)的齿的辅助小齿轮(pinion，齿轮)。在双小齿轮reps系统中，辅助小齿轮与驱动小齿轮互补，该驱动小齿轮响应于操作者对转向柱的一部分的旋转而旋转。在这样的系统中，各小齿轮与齿条上相应的不同组的齿接合。特别地，辅助小齿轮与齿条上的一组辅助齿啮合(in meshed engagement，啮合接合)，并且驱动小齿轮与齿条上的一组驱动齿啮合。该组辅助齿和该组驱动齿具有各自的可彼此不同的节距(pitch，齿距)，以便满足各小齿轮的期望操作。这使得齿条的制造复杂化。此外，由于在驱动小齿轮的相对侧上需要单独的辅助机构壳体，因此上述系统对封装提出了挑战。


技术实现要素：

5.根据本公开的一个方面，一种齿条式电动助力转向系统包括：齿条，其包括具有恒定齿距(tooth pitch)的单组齿。该系统还包括：第一小齿轮，其操作性地联接到转向轴并且与齿条的单组齿啮合。该系统进一步包括：第二小齿轮，其操作性地联接到电动机并且与齿条的单组齿啮合。
6.根据本公开的另一方面，一种齿条式电动助力转向系统包括：齿条，其上形成有多个齿。该系统还包括：第一小齿轮，其操作性地联接到转向轴并且与齿条的多个齿啮合。该系统进一步包括：第二小齿轮，其操作性地联接到电动机并且与齿条的多个齿啮合，其中，第一小齿轮和第二小齿轮具有至少一个不同的结构参数。
7.根据本公开的再另一方面，一种齿条式电动助力转向系统包括：齿条，其上形成有多个齿。该系统还包括：第一小齿轮，其操作性地联接到转向轴并且与齿条的多个齿啮合。该系统进一步包括：第二小齿轮，其操作性地联接到电动机并且与齿条的多个齿啮合，其中第一小齿轮围绕第一轴线纵向地延伸，以及第二小齿轮围绕第二轴线纵向地延伸，其中第一轴线和第二轴线彼此不平行。
8.通过以下结合附图的描述，这些以及其他优点和特征将变得更加明显。
附图说明
9.在说明书结尾的权利要求中特别指出并明确要求视为本发明的主题。以下结合附
图的详细描述，本发明的前述和其他特征以及优点将变得明显，在附图中：
10.图1是齿条式电动助力转向系统的示意性视图；
11.图2是齿条式电动助力转向系统的立体图；
12.图3是齿条式电动助力转向系统的剖切图；以及
13.图4是齿条式电动助力转向系统的齿条与两个小齿轮相接合的正视图。
具体实施方式
14.以下的讨论针对的是本公开的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个实施例可能是优选的，但是不应将所公开的实施例解释为或以其他方式用于限制包括权利要求书在内的本公开的范围。另外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅意在作为该实施例的示例，而并非旨在暗示包括权利要求书在内的本公开的范围受限于该实施例。
15.如所描述的，车辆(vehicle，交通工具)(诸如汽车、卡车、运动型多功能车、跨界车、小型货车、海上航行器、飞机、全地形车、休闲车或任何其他合适的车辆)包括各种转向系统方案中的一种。例如，可以采用线控转向(sbw)和驾驶员界面转向。通常，这些不同的转向方案包括电动助力转向(eps)系统，该系统包括诸如方向盘、立柱、齿条
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小齿轮、和/或电动机致动器等部件。该eps系统通过提供期望的辅助扭矩来帮助操作者使车辆转向。该辅助扭矩以操作者施加的扭矩为基础。在稳态感觉中，操作者扭矩和辅助扭矩抵消由于轮胎
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道路相互作用产生的齿条力。
16.尽管已有的方案已经提供了一定程度的可使用性，但是助力转向系统设计和适用性的改进持续被关注。因此，诸如那些在此描述的被配置为提供助力转向系统的改进封装和操作框架的系统和方法可能是期望的。在一些实施例中，在此描述的系统和方法可被配置为提供对助力转向系统的操作框架的改进，以及改善与整个系统相关联的制造和组装过程。
17.现在参考附图，其中各种实施例在此被显示和描述，但并不限于此，所示出的是用于助力转向系统的系统、方法和设备，该助力转向系统允许以多种布置组装，致使获得改进的封装和其他操作益处。
18.首先参考图1，助力转向系统10被大体地示出。该助力转向系统10可以被配置为驾驶员界面转向系统、自动驾驶系统、或允许用于驾驶员界面和自动转向两者的系统。该转向系统可以包括输入装置2(诸如方向盘或其他hwa(高速公路辅助))，其中驾驶员可以通过旋转方向盘来机械地提供转向输入。转向柱4沿着一轴线从输入装置2延伸到输出组件5。转向柱4可以包括至少两个轴向可调节部，例如，第一部分6和第二部分7，其相对于彼此是轴向可调节的。输出组件5可以包括小齿轮轴组件、i型轴、万向接头、线控转向部件、或传统上与输入装置2相对定位的任何其他特征(部)。输出组件5可以经由连接件9连接到动力辅助组件8(rwa)。连接件9可以是转向齿轮输入轴、小齿轮轴组件的延续部、或者有限或无线数字通信协议其中之一。如下面将更详细描述的，动力辅助组件8的动作(behavior，行为)可以通过控制系统300控制。
19.图2和图3更详细地示出了助力转向系统10。该助力转向系统10在此还被称为小齿轮电动助力转向(peps)系统10。该peps系统10包括驱动小齿轮12，其操作性地联接到转向
轴组件14。驱动小齿轮12直接响应于车辆操作者的转向输入。在所示的实施例中，转向轴组件14包括通过扭杆20联接到下轴18的上轴16。在一些实施例中，还可以包括中间轴。在所示的实施例中，驱动小齿轮12响应于下轴18的相应旋转而旋转。
20.驱动小齿轮12与形成在齿条22上的一组齿21啮合。齿条22在其端部附近联接到各种其他转向部件，这些其他转向部件将齿条22的平移转换为车轮11的成角度的移动，以便控制车辆的方向(图1)。
21.为了辅助车辆的转向控制，设置有辅助机构24。辅助机构24包括电动机26，其从控制器300(图1)接收输入并致动辅助小齿轮28的旋转。辅助小齿轮28与齿条22的齿21啮合。辅助小齿轮28的旋转导致在齿条22上产生辅助力，该辅助力减小了操作者所需的施力，并且可以响应于转向操控(steering maneuvers)而向驾驶员提供反馈。
22.如在图3中所显示的，齿条22位于齿条壳体30内。齿条壳体30定位成与辅助机构壳体32相邻。齿条壳体30至少部分地容纳驱动小齿轮12和辅助小齿轮28。辅助小齿轮28从容纳在辅助机构壳体32内的电动机26延伸，或者可以通过中间部件被间接驱动。转向轴组件14还延伸穿过辅助机构壳体32。换言之，当与在驱动小齿轮的相对侧上或任何其他位置需要单独的辅助机构壳体的系统相比，封装得到了改进。
23.参考图4，驱动小齿轮12和辅助小齿轮28被更详细地显示。特别地，小齿轮12、28与齿条22之间的关系被示出。齿条22具有单组齿21，这些齿具有基本相同的设计参数(即，在制造公差和可变性之内)，诸如沿着将被小齿轮12、28接合的该组齿21的整个长度的恒定的节距和几何形状(geometry)。因此，小齿轮12、28与同组齿21(即，相同的节距和几何形状)接合。小齿轮12、28可以具有不同的齿轮齿参数，或者，如果各小齿轮的齿参数与跟齿条的适当接合相符，则小齿轮12、28的齿轮齿参数可以是相同的。尽管可以通过保持小齿轮轴线平行来实现与制造和组装以及整个尺寸相关的某些优点，但是完全可以使得这些轴线是不平行的而没有功能损失。可以使用以适当的动力学关系与齿条形状交界的任何小齿轮。可以变化的主要参数是齿的数量和小齿轮轴线与齿条的角度。如齿轮设计领域的技术人员所知那样，所有其他的小齿轮参数(诸如压力角、螺旋角、大直径和小直径、齿厚、齿顶高(addendum，齿顶)、齿根高(dedendum，齿根)、面宽和中心距离)是在考虑适当的齿轮功能的情况下通过匹配齿条齿参数来确定的。
24.在所示出的实施例中，辅助小齿轮28比驱动小齿轮12具有更少的齿。在其他的实施例中相反的情况也可以成立。应该注意，在一些实施例中，齿自身的结构特征可以作为结构区别。通过提供不同数量的齿，小齿轮12、28以不同的速度旋转。因此，驱动小齿轮12保持客户期望的传动比(ratio)，而辅助小齿轮28提供最大的输出。但是，应该理解的是，任何单个小齿轮参数都可以是两个小齿轮12、28之间的结构区别，或者多个小齿轮参数的任何组合都可以是小齿轮12、28之间的结构区别。如果需要，小齿轮12和28可以共享相同的齿参数。
25.在此公开的实施例提供了降低的成本和复杂性以及改善的封装。通过保持为两个小齿轮12、28共同设置的齿条齿，确保了与客户传动比相关联的需求和最大输出。这不同于具有变化齿距以适应基本相同的小齿轮的可变传动比齿条。在此公开的实施例因为在驱动小齿轮12的相对侧上不需要单独的辅助机构壳体而优化了封装。紧凑的设计使制造是友好的，并且可以用不太复杂的机器(也可以是较小的机器)组装。
26.虽然仅结合有限数量的实施例已经详细描述了本发明，但应容易理解的是，本发明并非受限这些公开的实施例。而是，本发明可以被修改为结合此前并未描述但与本发明的精神和范围相当的任意数量的变型、改变、替换或等同设置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但应该理解的是，本发明的多个方面可以仅包括所描述的多个实施例中的一些。因此，本发明不应被视为被前述描述所限制。