一种轴向助力式汽车后轮转向装置的制作方法

1.本实用新型涉及电动驱动汽车转向领域，具体涉及一种轴向助力式汽车后轮转向装置。


背景技术：

2.后轮转向装置驱动车辆后轮转向，配合前轮转向，共同控制车辆运动轨迹以及辅助提升车辆稳定性。而当前后轮转向中，电机扭矩通过带传动传递给丝杠螺母，丝杠螺母将旋转运动转换为丝杠轴向运动，电机轴线与丝杠轴线平行但不同轴，导致电机占用空间大；同时因带传动存在，电机扭矩传递效率降低，且存在因皮带磨损导致的安全隐患。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种传动效率更高、空间占用更小、运行更可靠的轴向助力式汽车后轮转向装置。
4.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种轴向助力式汽车后轮转向装置，包括：
5.电机，其包括电机转子和电机定子；
6.丝杠，其两端通过节叉与车辆后轮连接；
7.传动机构，其与丝杠传动连接；所述传动机构与电机转子固定连接；所述传动机构用于将电机转子提供的扭矩转换为对丝杠的轴向力；
8.转向辅助机构；其套设在丝杠上；所述转向辅助机构用于限制丝杠旋转；
9.位移检测机构，其包括位移传感器靶板和位移传感器电路板；所述位移传感器靶板安装在丝杠上；所述位移传感器电路板沿着丝杠的长度方向安装在丝杠一侧；所述位移传感器靶板与位移传感器电路板相邻；所述位移传感器靶板用于随着丝杠沿位移传感器电路板长度方向轴向移动。
10.优选地，所述位移检测机构还包括靶板座和电路板底座；
11.所述位移传感器靶板安装在靶板座上，所述靶板座固定安装在丝杠上；
12.所述位移传感器电路板安装在电路板底座上，所述电路板底座固定安装在位移传感器罩盖上，所述位移传感器罩盖位于丝杠一侧。
13.优选地，所述位移传感器罩盖盖设在转向壳体上形成容纳腔；
14.所述靶板座穿过转向壳体伸入容纳腔中，所述位移传感器靶板和位移传感器电路板均位于容纳腔中。
15.优选地，还包括壳体和防尘罩；
16.所述电机定子两端分别连接壳体；
17.所述防尘罩设置在壳体与节叉之间。
18.优选地，所述防尘罩通过卡箍安装在壳体和节叉上。
19.优选地，所述壳体包括转向壳体和助力壳体；
20.所述防尘罩包括第一防尘罩和第二防尘罩；
21.所述节叉包括第一节叉和第二节叉；
22.所述第一防尘罩设置在转向壳体与第一节叉之间；
23.所述第二防尘罩设置在助力壳体与第二节叉之间。
24.优选地，所述助力壳体上开设有透气塞。
25.优选地，所述传动机构包括丝杠螺母；
26.所述丝杠螺母与电机转子过盈连接。
27.优选地，所述转向辅助机构包括滚珠花键套和钢球；
28.所述滚珠花键套套设在丝杠上，并与转向壳体固定连接；所述滚珠花键套和丝杠上之间设置有轴向钢球滚道；
29.所述钢球设置在轴向钢球滚道中。
30.优选地，所述电机转子为空心转子；
31.所述丝杠穿过电机转子。
32.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
33.1.采用空心转子的电机，空心转子内部容纳丝杠通过，缩小了安装空间；
34.2.一个丝杠螺母与电机转子固连，所述丝杠螺母与所述电机转子轴实现同步转动，将电机扭矩有效传转换成丝杠的轴向运动；
35.3.汽车后轮转向装置的两端分别设置转向壳体和助力壳体，电机两端与转向壳体和助力壳体分别用螺栓连接。其中转向壳体上设置位移传感器电路板，电路板安装在传感器罩盖上，丝杠的光杆部分设置了一个随丝杠同步移动的位移传感器的靶板座，靶板座上设置了靶板，与丝杠同步移动，靶板与电路板的相对位移即是丝杠的位移。结合车辆后轮传动杆系设计参数，即可实现后轮的转角精准测量；
36.4.所述丝杠一端外圆上设置轴向钢球滚道，转向壳体内孔设置一个滚珠花键套，所述滚珠花键套的外套与壳体固连，滚珠花键套内的钢球与丝杠上的轴向钢球滚道配合，防止丝杠在径向方向转动，确保电机转子转动时丝杠不会旋转，而形成的是轴向推力；
37.5.在助力壳体上设置了透气塞，使转向装置的内腔与外界大气压平衡，解决了因气压不平衡导致泄露风险。
附图说明
38.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
39.图1是本实用新型一种轴向助力式汽车后轮转向装置的结构示意图；
40.图2是位移检测机构的结构示意图；
41.图3是透气塞的结构示意图；
42.图4是t型丝杠传动副的结构示意图；
43.图5是助力壳体总成的结构示意图；
44.图6是转向壳体总成的结构示意图；
45.图7是助力壳体总成和转向壳体总成安装到电机上的结构示意图；
46.图8是传感器罩盖总成的结构示意图；
47.图9为将传感器罩盖总成装配到转向壳体上的结构示意图。
48.图中：1-电机；2-第一螺栓；3-转向壳体；4-丝杠；5-第一大卡箍；6-第一节叉螺栓；
7-第一节叉；8-第一小卡箍；9-第一防尘罩；10-位移传感器罩盖；11-传感器线束；12-防尘封；13-控制器连接器；14-控制器；15-螺母丝杠传动副；16-第二大卡箍；17-第二防尘罩；18-第二小卡箍；19-第二节叉螺栓；20-第二节叉；22-衬套；23-助力壳体；24-第二螺栓；25-丝杠螺母；26-位移传感器靶板；27-位移传感器电路板；28-位移传感器信号连接器；29-第三螺栓；30-滚珠花键套；31-第四螺栓；32-靶板座；33-轴向钢球滚道；34-透气塞；35-第一内螺纹孔；36-第二内螺纹孔；38-助力壳体总成；39-转向壳体总成；40-传感器罩盖总成。
具体实施方式
49.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
50.在本说明书一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书一个或多个实施例。在本说明书一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本说明书一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
51.应当理解，尽管在本说明书一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
52.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述：
53.本实用新型提供一种轴向助力式汽车后轮转向装置，包括：
54.电机1，其包括电机转子和电机定子；
55.丝杠4，其两端通过节叉与车辆后轮连接；
56.传动机构，其与丝杠4传动连接；所述传动机构与电机转子固定连接；所述传动机构用于将电机转子提供的扭矩转换为对丝杠4的轴向力；
57.转向辅助机构；其套设在丝杠4上；所述转向辅助机构用于限制丝杠4旋转；
58.位移检测机构，其包括位移传感器靶板26和位移传感器电路板27；所述位移传感器靶板26安装在丝杠4上；所述位移传感器电路板27沿着丝杠4的长度方向安装在丝杠4一侧；所述位移传感器靶板26与位移传感器电路板27相邻；所述位移传感器靶板26用于随着丝杠4沿位移传感器电路板27长度方向轴向移动。
59.优选地，所述位移检测机构还包括靶板座32和电路板底座；
60.所述位移传感器靶板26安装在靶板座32上，所述靶板座32固定安装在丝杠4上；
61.所述位移传感器电路板27安装在电路板底座上，所述电路板底座固定安装在位移传感器罩盖10上，所述位移传感器罩盖10位于丝杠4一侧。
62.优选地，还包括壳体和防尘罩；
63.所述电机定子两端分别连接壳体；
64.所述防尘罩设置在壳体与节叉之间。
65.优选地，所述防尘罩通过卡箍安装在壳体和节叉上。
66.优选地，所述壳体包括转向壳体3和助力壳体23；
67.所述防尘罩包括第一防尘罩9和第二防尘罩17；
68.所述节叉包括第一节叉7和第二节叉20；
69.所述第一防尘罩9设置在转向壳体3与第一节叉7之间；
70.所述第二防尘罩17设置在助力壳体23与第二节叉20之间。
71.优选地，所述位移传感器罩盖10盖设在转向壳体3上形成容纳腔；
72.所述靶板座32穿过转向壳体3伸入容纳腔中，所述位移传感器靶板26和位移传感器电路板27均位于容纳腔中。
73.优选地，所述助力壳体23上开设有透气塞34。
74.优选地，所述传动机构包括丝杠螺母25；
75.所述丝杠螺母25与电机转子过盈连接。
76.优选地，所述转向辅助机构包括滚珠花键套30和钢球；
77.所述滚珠花键套30套设在丝杠4上，并与转向壳体3固定连接；所述滚珠花键套30和丝杠4上之间设置有轴向钢球滚道33；
78.所述钢球设置在轴向钢球滚道33中。
79.优选地，所述电机转子为空心转子；
80.所述丝杠4穿过电机转子。
81.本实用新型的原理：
82.1.一种基于轴向助力式电驱单元的汽车后轮转向装置及其控制方法，包括电机1、第一螺栓2、转向壳体3、丝杠4、第一大卡箍5和第二大卡箍16、第一节叉螺栓6、第二节叉螺栓19、第一节叉7、第二节叉20、第一小卡箍8、第二小卡箍18、第一防尘罩9、第二防尘罩17、位移传感器罩盖10、传感器线束11、防尘封12、控制器连接器13、控制器14、助力壳体23、第二螺栓24、丝杠螺母25、位移传感器靶板26、位移传感器电路板27、位移传感器信号连接器28、第三螺栓29、滚珠花键套30、第四螺栓31、靶板座32、透气塞34；如图1、图2、图3所示。
83.2.丝杠螺母25与电机1的转子轴配合处设置过盈连接；丝杠螺母25采用丝杠螺母，丝杠螺母25内孔有螺纹，丝杠螺母25内部的螺纹与丝杠4配合组成螺母丝杠传动副15(即传动机构)。丝杠4和丝杠螺母组成t型丝杆。
84.3.汽车后轮转向装置的两端分别设置转向壳体3和助力壳体23，电机1的两端与转向壳体3和助力壳体23分别用第一螺栓2和第二螺栓24连接。转向壳体3上设置位移传感器罩盖10，位移传感器电路板27通过电路板底座安装在位移传感器罩盖10上，位移传感器罩盖10上设置位移传感器信号连接器28；传感器线束11一端与位移传感器信号连接器28连接，一端与控制器连接器13连接；丝杠4的光杆部分设置了一个随丝杠4同步移动的位移传感器的靶板座32，靶板座32用第四螺栓31固定在丝杠4上；靶板座32上设置位移传感器靶板26，其材质为金属。靶板座32与丝杠4同步移动，位移传感器靶板26与位移传感器电路板27的相对位移即是丝杠4的位移。
85.4.丝杠4的光杆部位的外圆上设置轴向钢球滚道33，转向壳体3内孔设置一个滚珠花键套30，滚珠花键套30的外套与转向壳体3固连，滚珠花键套30内的钢球与丝杠4上的轴向钢球滚道33配合，形成转向辅助机构；转向辅助机构能防止丝杠4转动，确保丝杠螺母25
旋转时，丝杠4不会旋转，而是轴向移动；
86.5.丝杠4的两端设置第一内螺纹孔35和第二内螺纹孔36；第一节叉7与丝杠4用第一节叉螺栓6连接固定，第二节叉20与丝杠4用第二节叉螺栓19连接固定。第一节叉7和第二节叉20与车辆后轮转向杆系连接。通过后轮传动杆系传动比，即实现后轮的转角测量；
87.6.第一节叉7与转向壳体3之间设置第一防尘罩9，第一节叉7和转向壳体3的外圆上设置环槽，采用第一大卡箍5和第一小卡箍8将第一防尘罩9箍紧固定；第二节叉20与助力壳体23之间设置第二防尘罩17，第二节叉20和助力壳体23的外圆上设置环槽，分别采用第二大卡箍16、第二小卡箍18将第二防尘罩17箍紧固定，实现有效密封；
88.7.在助力壳体23上设置了透气塞34，使转向装置的内腔与外界气压平衡，解决了因气压不平衡导致的可能的泄露；
89.8.在助力壳体23内孔设置衬套23，用于辅助支承丝杠4；
90.9.电机1具备2个可以独立工作的电机绕组，当其中一组失效时，另一组可以继续工作，提供助力，从而使所述电驱单元中的电机具备安全冗余功能。
91.10.控制器14的电路板设置双路控制电路，控制器连接器13上设置双路电源接口、双路通信接口，每路控制电路、电源、通信独立连接，组成独立控制电路。当电驱单元无任何失效时，双路控制电路分别控制电机的一个独立工作的电机绕组；当其中某路接口失效时，另一路可以正常控制对应的独立电机绕组，从而使所述电驱单元具备安全冗余功能。
92.本实用新型的具体实施方式：
93.1.将丝杠4装入电机1内孔，与丝杠螺母25配合，形成t型丝杠传动副15。如图4所示。
94.2.将衬套22装入助力壳体23，形成助力壳体总成38。如图5所示。
95.3.将防尘封12装入转向壳体3，将滚珠花键套30装入转向壳体3内孔，形成转向壳体总成39；如图6所示。
96.4.将助力壳体总成38装到电机1上，用第一螺栓23固定；将转向壳体总成39装到电机1上，用第一螺栓2固定。如图7所示。
97.5.将靶板座32与位移传感器靶板26装入到丝杠4上，用第四螺栓31固定。将位移传感器电路板27装入到传感器罩盖10上，热熔铆接固定，形成传感器罩盖总成40。如图8所示。
98.6.将传感器罩盖总成40装配到转向壳体3上，用第一螺栓28固定；将传感器线束11连接到传感器信号连接器28以及控制器连接器13。如图9所示。
99.将第一节叉7、第二节叉20装配到丝杠4两端，用分别用螺栓6和螺栓第二节叉螺栓19固定；将第一防尘罩9装配到转向壳体3和第一节叉7上，用第一大卡箍5和第一小卡箍8箍紧固定；将第二防尘罩17装配到助力壳体23和第二节叉20上，用第二大卡箍16和第二小卡箍18改进固定。装配完毕。如图1所示。
100.本实用新型提供一种基于容错冗余型并集成式驱动单元后轮转向系统，所需空间小，转动效率高，运行可靠，其创新点在于：
101.1.采用空心转子的电机，空心转子内部容纳丝杠通过，缩小了安装空间；
102.2.一个丝杠螺母与电机转子轴固连，所述丝杠螺母与所述电机转子轴实现同步转动，将电机扭矩有效传转换成丝杠的轴向运动；
103.3.汽车后轮转向装置的两端分别设置转向壳体和助力壳体，电机两端与转向壳体
和助力壳体分别用螺栓连接。其中转向壳体上设置位移传感器电路板，电路板安装在传感器罩盖上，传感器罩盖上设置信号连接器；传感器线束一端与所述信号连接器连接，一端与控制器连接器连接；丝杠的光杆部分设置了一个随丝杠同步移动的位移传感器的靶板座，靶板座上设置了方形金属片，金属片作为位移传感器的靶板，与丝杠同步移动，靶板与电路板的相对位移即是丝杠的位移。结合车辆后轮传动杆系设计参数，即可实现后轮的转角精准测量；
104.4.所述丝杠一端外圆上设置轴向钢球滚道，转向壳体内孔设置一个滚珠花键套，所述滚珠花键套的外套与壳体固连，滚珠花键套内的钢球与丝杠上的轴向钢球滚道配合，防止丝杠在径向方向转动，确保电机时丝杠不会旋转，而形成的是轴向移动和推力；
105.5.在助力壳体上设置了透气塞，使转向装置的内腔与外界大气压平衡，解决了因气压不平衡导致泄露风险；
106.6.在所述助力壳体内孔设置衬套，用于辅助支承丝杠；
107.7.在转向壳体内孔设置防尘封，阻断丝杠上的油脂进入电机内部；
108.8.转向电机所选为双绕组六相永磁同步电机，具备2个可以独立工作的电机绕组，正常工作时，两个绕组同时工作提供100％推力，当其中一个绕组失效时，另一个绕组可以继续工作，提供50％推力，从而使所述电驱单元中的电机具备安全冗余功能。
109.9.控制器的电路板设置双路控制电路，控制器的连接器上设置双路电源接口、双路通信接口，每路控制电路、电源、通信独立连接，组成独立控制电路。当电驱单元两路控制电路正常工作时，双路控制电路分别控制电机的一个绕组独立工作；当其中某路控制电路失效时，另一路可以正常控制所对应的一路独立绕组的电机，从而使所述电驱单元具备安全冗余功能。
110.所述控制器通过can总线接收车辆对后轮转向系统的角度/力矩控制命令，控制器通过控制算法控制电机旋转，输出力矩推动齿条移动，从而实现车辆后轮转向，与此同时，控制器通过读取位移传感器当前实际的移动行程，然后与当前控制目标就行比较和跟进，从而实现后轮转向行程控制的闭环。
111.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何在本实用新型揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于，包括：电机(1)，其包括电机转子和电机定子；丝杠(4)，其两端通过节叉与车辆后轮连接；传动机构，其与丝杠(4)传动连接；所述传动机构与电机转子固定连接；所述传动机构用于将电机转子提供的扭矩转换为对丝杠(4)的轴向力；转向辅助机构；其套设在丝杠(4)上；所述转向辅助机构用于限制丝杠(4)旋转；位移检测机构，其包括位移传感器靶板(26)和位移传感器电路板(27)；所述位移传感器靶板(26)安装在丝杠(4)上；所述位移传感器电路板(27)沿着丝杠(4)的长度方向安装在丝杠(4)一侧；所述位移传感器靶板(26)与位移传感器电路板(27)相邻。2.根据权利要求1所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：所述位移检测机构还包括靶板座(32)和电路板底座；所述位移传感器靶板(26)安装在靶板座(32)上，所述靶板座(32)固定安装在丝杠(4)上；所述位移传感器电路板(27)安装在电路板底座上，所述电路板底座固定安装在位移传感器罩盖(10)上，所述位移传感器罩盖(10)位于丝杠(4)一侧。3.根据权利要求2所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：所述位移传感器罩盖(10)盖设在转向壳体(3)上形成容纳腔；所述靶板座(32)穿过转向壳体(3)伸入容纳腔中，所述位移传感器靶板(26)和位移传感器电路板(27)均位于容纳腔中。4.根据权利要求1所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：还包括壳体和防尘罩；所述电机定子两端分别连接壳体；所述防尘罩设置在壳体与节叉之间。5.根据权利要求4所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：所述防尘罩通过卡箍安装在壳体和节叉上。6.根据权利要求5所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：所述壳体包括转向壳体(3)和助力壳体(23)；所述防尘罩包括第一防尘罩(9)和第二防尘罩(17)；所述节叉包括第一节叉(7)和第二节叉(20)；所述第一防尘罩(9)设置在转向壳体(3)与第一节叉(7)之间；所述第二防尘罩(17)设置在助力壳体(23)与第二节叉(20)之间。7.根据权利要求6所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：所述助力壳体(23)上开设有透气塞(34)。8.根据权利要求1所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：所述传动机构包括丝杠螺母(25)；所述丝杠螺母(25)与电机转子过盈连接。9.根据权利要求6所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：所述转向辅助机构包括滚珠花键套(30)和钢球；所述滚珠花键套(30)套设在丝杠(4)上，并与转向壳体(3)固定连接；所述滚珠花键套
(30)和丝杠(4)上之间设置有轴向钢球滚道(33)；所述钢球设置在轴向钢球滚道(33)中。10.根据权利要求1所述的轴向助力式汽车后轮转向装置，其特征在于：所述电机转子为空心转子；所述丝杠(4)穿过电机转子。

技术总结
本实用新型公开一种轴向助力式汽车后轮转向装置，属于电动驱动汽车转向领域；该装置包括：电机，其包括电机转子和电机定子；丝杠，其两端通过节叉与车辆后轮连接；传动机构，其与丝杠传动连接；所述传动机构与电机转子固定连接；所述传动机构用于将电机转子提供的扭矩转换为对丝杠的轴向力；转向辅助机构；其套设在丝杠上；所述转向辅助机构用于限制丝杠旋转；位移检测机构；本实用新型的传动效率更高、空间占用更小、运行更可靠，具有广阔的市场前景。景。景。


技术研发人员：邓健 徐刚春 张泽毅
受保护的技术使用者：杭州擎动智行科技有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/26