專利名稱：獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線轉(zhuǎn)向(Steering-by-Wire)系統(tǒng)，和更具體地，涉及一種包含一個(gè)獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(actuator)。
背景技術(shù)：
汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系已從液壓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)到電動(dòng)液壓系統(tǒng)。目前，電動(dòng)轉(zhuǎn)向系已被廣泛應(yīng)用。在不久的將來(lái)，使用非常先進(jìn)的電控方式的線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將投入實(shí)際應(yīng)用。
這種線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以這樣一種方式被構(gòu)造，即去掉現(xiàn)有的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系中的轉(zhuǎn)向管柱，并在方向盤上安裝扭矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器，用以探測(cè)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，以及相應(yīng)地操縱一個(gè)獨(dú)立安裝的致動(dòng)器，例如電機(jī)，由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)向力。
如上所述，由于該線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)沒(méi)有被構(gòu)造通過(guò)轉(zhuǎn)向管柱來(lái)實(shí)現(xiàn)直接傳輸轉(zhuǎn)向力，因此不必用連接部件來(lái)連接配備在車輪的轉(zhuǎn)向裝置。
由于開(kāi)發(fā)了其中配備在車輪的兩個(gè)轉(zhuǎn)向裝置可互相獨(dú)立的線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從而有可能確保增加發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的可用空間。要得到獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，就需要提供一種適于給配備在車輪的兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)向裝置單獨(dú)施加轉(zhuǎn)向力的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。該轉(zhuǎn)向致動(dòng)器還必須進(jìn)一步滿足各種要求，比如，它必須尺寸小，重量輕，必須不受從車輪傳輸?shù)牧Φ牟倏v，必須有精確的安全控制，等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種滿足上述要求的包含獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明一選優(yōu)實(shí)施例，一個(gè)獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器包括一個(gè)固定到車身的殼體，和一個(gè)超聲波電機(jī)(ultrasonic motor)，其帶有一個(gè)固定在殼體內(nèi)的定子，和一個(gè)施加電流時(shí)相對(duì)定子轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子。殼體轉(zhuǎn)向拉桿穿過(guò)超聲波電機(jī)的中央部分，轉(zhuǎn)向拉桿伸出殼體的一端連接到一個(gè)橫拉桿；和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置用來(lái)將超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)向拉桿的線性運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)選地，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置可包括一個(gè)固定在殼體內(nèi)的環(huán)形齒輪；用銷釘分別安裝在超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)子的行星齒輪，行星齒輪與環(huán)形齒輪的內(nèi)圓周面嚙合；一個(gè)在其外圓周面與行星齒輪嚙合的中心齒輪，該中心齒輪在其內(nèi)圓周面形成有渦輪副；和形成在轉(zhuǎn)向拉桿與中心齒輪的渦輪副嚙合的齒條。
優(yōu)選地，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置可包括一個(gè)在內(nèi)整體地形成在超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子環(huán)形齒輪；多個(gè)與轉(zhuǎn)子環(huán)形齒輪嚙合以便轉(zhuǎn)動(dòng)的小齒輪，其轉(zhuǎn)軸被固定在殼體上；分別整體連接到小齒輪的渦輪副；和多個(gè)形成在轉(zhuǎn)向拉桿的齒條，分別與渦輪副嚙合。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明通過(guò)以下結(jié)合附圖所進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明將更好地理解本發(fā)明的上述和其它的目的、特性及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是示出獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的平面示意圖；圖2是示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的剖面圖；圖3是圖2的右剖面圖，其中省略了環(huán)形齒輪和定子；和圖4和圖5是分別示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的剖面圖和圖4的右剖面圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1所示意性地示出的獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，請(qǐng)注意配備在車輪上的轉(zhuǎn)向裝置是獨(dú)立安裝的，沒(méi)有互連。每個(gè)轉(zhuǎn)向裝置包括一個(gè)與車輪相連接的轉(zhuǎn)向節(jié)1，和一個(gè)操縱轉(zhuǎn)向節(jié)1的橫拉桿2。
由于兩個(gè)轉(zhuǎn)向裝置的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的齒條棒(bar)和其它連接部件就不必橫穿發(fā)動(dòng)機(jī)室，因而確保增加發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的可用空間。在圖1中，參考編號(hào)3和4分別表示方向盤和轉(zhuǎn)向控制信號(hào)生成裝置。轉(zhuǎn)向控制信號(hào)生成裝置由扭矩傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器組成。
如圖1所示，為了將轉(zhuǎn)向力分別施加給配備在兩個(gè)車輪上的兩個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)向裝置，必須提供轉(zhuǎn)向致動(dòng)器10，來(lái)通過(guò)各橫拉桿2輸入轉(zhuǎn)向力。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)向致動(dòng)器10包括一個(gè)固定到車身的殼體11；和一個(gè)超聲波電機(jī)13，帶有一個(gè)固定在殼體11內(nèi)的定子13a和一個(gè)在施加電流時(shí)相對(duì)定子13a轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子13b；一個(gè)轉(zhuǎn)向拉桿17穿過(guò)超聲波電機(jī)13的中央部分，以便在其伸出殼體11的一端與橫拉桿2相連；和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，用來(lái)將超聲波電機(jī)13的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)向拉桿17的線性運(yùn)動(dòng)。
如圖2和3所示，轉(zhuǎn)向致動(dòng)器10基本被構(gòu)造通過(guò)行星齒輪裝置使安裝在殼體11中的超聲波電機(jī)13的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)被傳輸給轉(zhuǎn)向拉桿17。
殼體11安裝在車身(或車架)的適當(dāng)位置，與近的一個(gè)橫拉桿2相關(guān)，以便易于連接到一個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)向裝置的相關(guān)橫拉桿2。
殼體11在其內(nèi)圓周面與環(huán)形齒輪12和定子13a整體連接，作為超聲波電機(jī)的一個(gè)構(gòu)件，來(lái)阻止(hinder)轉(zhuǎn)動(dòng)。
轉(zhuǎn)子13b，位于定子13a側(cè)面，作為超聲波電機(jī)13的另一個(gè)構(gòu)件，并且依次地，轉(zhuǎn)子13b用銷釘14與行星齒輪15轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
行星齒輪15同時(shí)與形成在環(huán)形齒輪12內(nèi)圓周面的齒輪齒，和形成在相對(duì)行星齒輪15在內(nèi)設(shè)置的中心齒輪16外圓周面的齒輪齒嚙合。
中心齒輪16在其內(nèi)圓周面形成有渦輪副16a，并且渦輪副16a與形成在相對(duì)中心齒輪16在內(nèi)設(shè)置的轉(zhuǎn)向拉桿17上面的齒條17a嚙合。
轉(zhuǎn)向拉桿17的兩端都伸出殼體11，由此可轉(zhuǎn)動(dòng)連接到作為轉(zhuǎn)向裝置輸入端的相關(guān)橫拉桿2。
在本實(shí)施例中，環(huán)形齒輪12，行星齒輪15，中心齒輪16和形成在轉(zhuǎn)向拉桿17上的齒條17a組成運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，用來(lái)將超聲波電機(jī)13的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)向拉桿17的線性運(yùn)動(dòng)。
以下說(shuō)明本實(shí)施例的運(yùn)行。
從上述轉(zhuǎn)向控制信號(hào)生成裝置4輸出的傳感器信號(hào)被輸入到一個(gè)單獨(dú)的控制單元，因而經(jīng)過(guò)計(jì)算過(guò)程(course)，由此最后用來(lái)控制供給超聲波電機(jī)13的電流。
超聲波電機(jī)(USM)是一個(gè)已知裝置，它包括一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，以由壓電陶瓷得到的擠壓(squeeze)狀態(tài)互相連接。當(dāng)電信號(hào)施加給壓電陶瓷時(shí)，定子沿一個(gè)橢圓形軌跡(根據(jù)20kHz以上的超聲波振蕩頻率)振蕩，并且該振蕩實(shí)現(xiàn)促使轉(zhuǎn)子被擠壓定子。結(jié)果是轉(zhuǎn)子按上述原理被驅(qū)動(dòng)，并且通過(guò)施加給壓電陶瓷的電信號(hào)，可按希望的方式自由地改變超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。因此，超聲波電機(jī)可被用作轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。
因此，超聲波電機(jī)13的轉(zhuǎn)子13b在控制電流施加在定子13a時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且，由于轉(zhuǎn)子13b的轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪15沿固定的環(huán)形齒輪12內(nèi)圓周面選擇性地轉(zhuǎn)動(dòng)和停止，由此使得與行星齒輪15嚙合的中心齒輪16轉(zhuǎn)動(dòng)。即，轉(zhuǎn)子13b起一個(gè)普通行星齒輪組件托架(carrier)的作用，并且轉(zhuǎn)子13b的運(yùn)行與普通行星齒輪組件的相同。
在中心齒輪16如上所述轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于形成在中心齒輪16內(nèi)圓周表面的渦輪副16a和形成在轉(zhuǎn)向拉桿17上表面的齒條17a之間的相互作用，轉(zhuǎn)向拉桿17根據(jù)中心齒輪16的轉(zhuǎn)動(dòng)方向前后移動(dòng)，由此使得連接到轉(zhuǎn)向拉桿17相關(guān)端的橫拉桿2能夠推或拉，從而控制車輪行進(jìn)方向。
同時(shí)，超聲波電機(jī)13具有以下各種優(yōu)點(diǎn)。首先，與傳統(tǒng)的有高速低扭矩特性的電機(jī)相比，超聲波電機(jī)具有相對(duì)的低速大扭矩特性，并且不需要獨(dú)立的減速機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗旧砟芤?0到100rpm的低速運(yùn)行。第二，超聲波電機(jī)具有自固定(self-fixing)能力。只要電信號(hào)沒(méi)有施加給超聲波電機(jī)，超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)子就保持在牢固的固定狀態(tài)，由此賦予超聲波電機(jī)制動(dòng)功能，并且省去使用獨(dú)立的制動(dòng)器。第三，超聲波電機(jī)因慣性小制動(dòng)力大而具有反應(yīng)能力高的特性，并且由于其有不超過(guò)1/1000秒的極短時(shí)間延遲而具有可調(diào)性強(qiáng)的特性，由此能進(jìn)行高精度的位置和速度控制。第四，超聲波電機(jī)由于不使用任何磁性器件，因而不產(chǎn)生磁場(chǎng)并不受磁場(chǎng)影響。最后，超聲波電機(jī)尺寸小，重量輕，不產(chǎn)生任何噪音。由于其沒(méi)有線圈，所以超聲波電機(jī)在其結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單，重量上輕，使得能夠小型化，并有助于降低整體運(yùn)行噪聲?？傊暡姍C(jī)具有最佳條件能夠完全滿足獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向致動(dòng)器的各種基本要求，其特征在于尺寸小，重量輕，不受從車輪傳輸?shù)牧Φ牟倏v，并能進(jìn)行精確控制。
以下進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明另一實(shí)施例的另一轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。
如圖4和5所示，轉(zhuǎn)向致動(dòng)器包括一個(gè)固定到車身的殼體31；一個(gè)超聲波電機(jī)32，帶有固定在殼體31內(nèi)的定子32a，和在施加電流時(shí)相對(duì)定子32a轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子32b；多個(gè)小齒輪33；分別與小齒輪33整體連接的渦輪副34；和轉(zhuǎn)向拉桿35，有多個(gè)分別與渦輪副34嚙合的齒條35a。小齒輪33以轉(zhuǎn)動(dòng)方式與在轉(zhuǎn)子32b整體形成的轉(zhuǎn)子環(huán)形齒輪32c相嚙合，并且其轉(zhuǎn)軸固定到殼體31。轉(zhuǎn)向拉桿35在其伸出殼體31的一端與橫拉桿相連。
在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子環(huán)形齒輪32c，多個(gè)小齒輪33，渦輪副34，和多個(gè)形成在轉(zhuǎn)向拉桿35的齒條35a組成運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，由此將超聲波電機(jī)32的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)向拉桿35的線性運(yùn)動(dòng)。
小齒輪33和渦輪副34在其沿其轉(zhuǎn)軸的軸向運(yùn)動(dòng)上受限制，并且適于支持作用在其的推力和徑向載荷，通過(guò)使用圓錐軸承等等，以已有技術(shù)的相同方式。
優(yōu)選地，至少有三個(gè)小齒輪33和渦輪副34在轉(zhuǎn)子32b內(nèi)沿圓周方向平均地安裝，同時(shí)圍繞轉(zhuǎn)向拉桿35。
在本實(shí)施例中，三個(gè)小齒輪33和渦輪副34在轉(zhuǎn)子32b內(nèi)沿著圓周方向以120°的間隔角度平均地安裝，和轉(zhuǎn)向拉桿35在形成有齒條35a的部分具有六角形截面形狀，以便要與渦輪副34嚙合的齒條35a形成在六角形截面形狀的三個(gè)表面，以120°間隔角度交替分布。
因此，轉(zhuǎn)向拉桿35被三個(gè)渦輪副34圍繞并限制。
本實(shí)施例的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，用與前一實(shí)施例相同的方式，根據(jù)從轉(zhuǎn)向控制信號(hào)生成裝置4輸出的傳感器信號(hào)，通過(guò)供給超聲波電機(jī)32的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)。
也就是說(shuō)，超聲波電機(jī)32的轉(zhuǎn)子32b在控制的電流施加給定子32a時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子32b的轉(zhuǎn)動(dòng)力在通過(guò)轉(zhuǎn)子環(huán)形齒輪32c和小齒輪33之后被用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪副34，并且依次地，渦輪副34的轉(zhuǎn)動(dòng)力使轉(zhuǎn)向拉桿35的齒條35a能線性運(yùn)動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)連接到轉(zhuǎn)向拉桿35的橫拉桿的運(yùn)動(dòng)。
在此，小齒輪33和渦輪副34，與前一實(shí)施例不同，其相對(duì)殼體31連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而不停止，由此使轉(zhuǎn)向拉桿35僅能線性地運(yùn)動(dòng)。
因此，本實(shí)施例可包括結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單的獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
從以上的說(shuō)明可以看出，本發(fā)明提供了一種獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，它不受車輪傳輸?shù)牧λ倏v，能夠精確控制，和特別是由于轉(zhuǎn)向拉桿驅(qū)動(dòng)與之相關(guān)的橫位桿來(lái)實(shí)現(xiàn)緊湊的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向拉桿安裝在與作為其驅(qū)動(dòng)源的超聲波電機(jī)配置的轉(zhuǎn)軸相同或相鄰的位置，由此確保增加發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的可用空間。
盡管為了說(shuō)明之目的，已公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可在不偏離所附權(quán)利要求公開(kāi)的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，進(jìn)行各種改變、增加和替換。
權(quán)利要求
1.一種獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，包括一個(gè)固定到車身的殼體；一個(gè)超聲波電機(jī)，帶有一個(gè)固定在所述殼體內(nèi)的定子，和一個(gè)施加電流時(shí)相對(duì)所述定子轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子；一個(gè)穿過(guò)所述超聲波電機(jī)中央部分的轉(zhuǎn)向拉桿，所述轉(zhuǎn)向拉桿伸出所述殼體的一端連接到橫拉桿；和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，將所述超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成所述轉(zhuǎn)向拉桿的線性運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)固定在所述殼體內(nèi)的環(huán)形齒輪；用銷釘分別安裝在所述超聲波電機(jī)所述轉(zhuǎn)子的行星齒輪，所述行星齒輪與所述環(huán)形齒輪的內(nèi)圓周面嚙合；一個(gè)在其外圓周面與所述行星齒輪嚙合的中心齒輪，所述中心齒輪在其內(nèi)圓周面形成有渦輪副；和形成在所述轉(zhuǎn)向拉桿的齒條，以與所述中心齒輪的所述渦輪副嚙合。
3.如權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)在內(nèi)整體形成在所述超聲波電機(jī)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子環(huán)形齒輪；多個(gè)與所述轉(zhuǎn)子環(huán)形齒輪嚙合以便轉(zhuǎn)動(dòng)的小齒輪，所述小齒輪的轉(zhuǎn)軸被固定在所述殼體；分別整體連接到所述小齒輪的渦輪副；和多個(gè)形成在所述轉(zhuǎn)向拉桿的齒條，以分別與所述渦輪副嚙合。
4.如權(quán)利要求3所述的致動(dòng)器，其中至少有三個(gè)所述小齒輪和渦輪副在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)沿圓周方向平均地安裝。
5.權(quán)利要求4所述的致動(dòng)器，其中所述三個(gè)小齒輪和渦輪副在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)沿著圓周方向以120°的間隔角度平均地安裝，和所述轉(zhuǎn)向拉桿在形成有所述齒條的部分具有六角形截面形狀，由此所述齒條形成在所述六角形截面的三個(gè)表面，以120°間隔角度交替分布。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種供獨(dú)立線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之用的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器。該轉(zhuǎn)向致動(dòng)器包括一個(gè)固定到車身的殼體，一個(gè)固定在殼體內(nèi)的環(huán)形齒輪，和一個(gè)連接到環(huán)形齒輪的超聲波電機(jī)。超聲波電機(jī)有一個(gè)轉(zhuǎn)子，與行星齒輪一起安裝，以便起到托架的作用。行星齒輪與中心齒輪的外圓周面嚙合，和中心齒輪的內(nèi)圓周面形成有渦輪副。渦輪副與形成在轉(zhuǎn)向拉桿的齒條嚙合。轉(zhuǎn)向拉桿在其伸出殼體的一端與橫拉桿相連。
文檔編號(hào)B62D7/06GK1572622SQ200310122408
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者尹重洛 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社