Электроусилитель рулевого управления, встраиваемый в рулевую колонку автомобиля

 

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к конструкции электроусилителя рулевого управления, встраиваемого в рулевую колонку автомобиля для снижения усилия на рулевом колесе. Электроусилитель содержит корпус с промежуточной торцевой стенкой, разделяющей его на два объема с разновеликими радиальными размерами относительно оси вала рулевого управления. Первый объем включает в себя первую торцевую стенку и промежуточную торцевую стенку, внутри которого размещен выходной вал с полым участком, охваченный полым ротором электродвигателя, установленным в торцевых стенках первого объема на двух подшипниках, с установленным в полом участке выходного вала торсионом датчика момента и полым концом входного вала со шлицевой частью. Во втором объеме, содержащем вторую торцевую стенку и промежуточную торцевую стенку, размещены измеритель угла скручивания торсиона и часть входного вала с наружными шлицами, установленная на подшипнике во второй торцевой стенке второго объема. В измерителе угла скручивания торсиона один неподвижный элемент соединен с корпусом электроусилителя во втором объеме, а второй подвижный элемент соединен с торцом полого участка выходного вала. Технический результат заключается в снижении габаритных размеров электроусилителя рулевого управления для расширения его компоновочных возможностей, повышении надежности работы и комфортности в автомобиле. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к конструкции электроусилителя рулевого управления, встраиваемого в рулевую колонку автомобиля для снижения усилия на рулевом колесе.

Известен электроусилитель рулевого управления (журнал "За рулем", 10, 2000 г. , статья "В недрах ЭУРа", стр. 74-75; патент РФ 2158692, публ. 10.11.2000 г.), содержащий корпус с торцевыми стенками, в котором размещены электромеханизм компенсирующего момента и частично вал рулевого управления в составе входного вала и выходного вала, установленный на подшипниках в торцевых стенках корпуса, при этом выходной вал связан с электромеханизмом компенсирующего момента, датчик момента в составе торсиона, соединяющего входной и выходной валы, и измерителя угла скручивания торсиона, содержащего по меньшей мере один неподвижный элемент, соединенный с корпусом электроусилителя и два подвижных элемента, один из которых соединен с входным валом рулевого управления.

Указанный электроусилитель рулевого управления обладает рядом существенных недостатков.

Большие размеры электроусилителя в радиальных относительно оси рулевого вала габаритах из-за перпендикулярного положения оси электродвигателя электромеханизма компенсирующего момента к оси вала рулевого управления ограничивают компоновочные возможности электроусилителя на автомобиле, например, из-за упора электродвигателя электромеханизма в каркас панели приборов автомобиля.

Наличие в электромеханизме компенсирующего момента редуктора, связанного с выходным валом, снижает надежность работы электроусилителя из-за возможного заклинивания вала рулевого управления при отказе редуктора, шестерня которого соединена с выходным валом.

Рулевая колонка с известным электроусилителем из-за отсутствия в конструкции устройства регулировки не регулируется по углу наклона, что создает определенные неудобства для водителя.

Известен электроусилитель рулевого управления, описанный в свидетельстве РФ 15325 на полезную модель (публ. 10.10.2000 г.), выбранный за прототип, содержащий корпус с торцевыми стенками, в котором размещены электромеханизм компенсирующего момента, частично вал рулевого управления в составе входного вала и выходного вала. установленный на подшипниках в торцевых стенках корпуса, при этом выходной вал связан с электромеханизмом компенсирующего момента, датчик момента в составе торсиона, соединяющего входной и выходной валы, и измерителя угла скручивания торсиона. содержащего по меньшей мере один неподвижный элемент, соединенный с корпусом электроусилителя, и два подвижных элемента, один из которых связан с входным валом рулевого управления.

В известном электроусилителе электромеханизм компенсирующего момента расположен соосно с валом рулевого управления, поэтому радиальный размер его корпуса значительно меньший чем в аналоге, что расширяет его компоновочные возможности.

В рассматриваемом электроусилителе отсутствует редуктор, поэтому ротор электродвигателя непосредственно передает вращающий момент выходному валу, что является преимуществом по сравнению с аналогом, так как повышает надежность работы.

Однако известный электроусилитель также имеет ряд существенных недостатков.

Одним из них являются большие габаритные размеры корпуса электроусилителя как по длине вдоль оси, так и радиальные относительно оси вала рулевого управления, которые ограничивают компоновочные возможности электроусилителя на автомобиле, например, из-за упора одной торцевой стенки корпуса электроусилителя в каркас панели приборов автомобиля, а второй торцевой стенки корпуса своей радиальной частью в установочную поверхность объекта, при этом снижая расстояние от рулевого колеса до подушки сидения.

В известном электроусилителе радиальный размер самого измерителя угла скручивания торсиона значительно меньше радиального размера торцевой стенки корпуса, поэтому торцевая стенка корпуса, к которой примыкает измеритель угла скручивания, имеет не оптимальный радиальный размер по отношению к радиальному размеру измерителя угла скручивания торсиона, что определяет большую длину корпуса с максимальным радиальным размером.

Вторым из недостатков является недостаточная надежность работы электроусилителя из-за возможного отказа в работе электромеханизма в результате радиального биения ротора электродвигателя с выходным валом, поскольку выходной вал, соединенный с одним торцом полого ротора, внутри которого размещается торсион, консольно установлен на одном подшипнике на одной торцевой стенке корпуса. Таким образом, выходной вал с полым ротором имеет одну опору, при этом второй торец полого ротора соединен с подвижным элементом измерителя угла скручивания торсиона и не имеет опоры. Кроме того, выходной вал испытывает радиальный изгибающий момент от входного вала, установленного также на одном подшипнике во второй торцевой стенке корпуса.

Рулевая колонка с известным электроусилителем из-за отсутствия в конструкции устройства регулировки не регулируется по углу наклона, что создает определенные неудобства для водителя.

Задачей изобретения является снижение габаритных размеров электроусилителя рулевого управления для расширения его компоновочных возможностей, повышение надежности работы и комфортности в автомобиле.

Указанная задача в электроусилителе рулевого управления, встраиваемом в рулевую колонку автомобиля, содержащем корпус с торцевыми стенками, в котором размещены электромеханизм компенсирующего момента в составе электродвигателя с полым ротором, частично вал рулевого управления в составе входного вала и жестко связанного с торцом полого ротора выходного вала, установленных на подшипниках в торцевых стенках корпуса, датчик момента в составе торсиона, установленного внутри полого ротора и соединяющего входной и выходной валы, и измерителя угла скручивания торсиона, содержащего один неподвижный элемент, соединенный с корпусом электроусилителя, и два подвижных элемента, один из которых связан с входным валом, решается тем. что корпус снабжен промежуточной торцевой стенкой, разделяющей его на два объема с разновеликими радиальными размерами относительно оси вала рулевого управления, при этом корпус электродвигателя электромеханизма компенсирующего момента образован первым объемом, содержащим первую торцевую стенку и промежуточную торцевую стенку, внутри которого размещен выходной вал с полым участком, охваченный полым ротором электродвигателя, установленным в торцевых стенках первого объема на двух подшипниках, с установленным в полом участке выходного вала торсионом датчика момента и полым концом входного вала со шлицевой частью, а во втором объеме, содержащем вторую торцевую стенку и промежуточную торцевую стенку, размещены измеритель угла скручивания торсиона и часть входного вала с наружными шлицами, установленная на подшипнике во второй торцевой стенке второго объема, при этом в измерителе угла скручивания торсиона один неподвижный элемент соединен с корпусом электроусилителя во втором объеме, а второй подвижный элемент соединен с торцом полого участка выходного вала.

Верхняя и нижняя поверхности торцевых стенок первого объема корпуса электроусилителя могут быть выполнены содержащими продольные цилиндрические участки с основаниями в виде сегмента круга.

Электроусилитель преимущественно снабжен кронштейном, шарнирно соединенным с кронштейном нижнего крепления на объекте и примыкающим к первой торцевой стенке первого объема корпуса с его наружной стороны.

Радиальный размер второго объема корпуса электроусилителя выполнен, как правило, в соответствии с радиальным размером неподвижного элемента-корпуса измерителя угла скручивания торсиона и по меньшей мере в полтора раза меньшим радиального размера первого объема корпуса.

Со второй торцевой стенкой второго объема корпуса электроусилителя с ее наружной стороной может быть соединен кожух с установленной в нем на подшипнике частью входного вала, обращенной в сторону рулевого колеса и с опорой верхней, указанный узел установлен относительно кронштейна верхнего крепления на объекте подвижно с подпружиниванием и с возможностью фиксации посредством рычага регулировки положения рулевой колонки.

Корпус электроусилителя с кожухом, опорой верхней и валом рулевого управления, как правило, подпружинен относительно кронштейна верхнего крепления на объекте посредством двух цилиндрических пружин, расположенных по сторонам второго объема корпуса симметрично относительно вертикальной плоскости, содержащей ось вала рулевого управления.

Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "новизна". В то же время совокупность отличительных признаков, приводящая к решению поставленной задачи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует условию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется следующими чертежами. На фиг.1 показан электроусилитель рулевого управления в продольном вертикальном разрезе с монтажом на объекте, на фиг.2 - вид на торцевую часть корпуса и ее положение относительно установочной плоскости на объекте (разрез А-А на фиг.1), на фиг.3 изображен вид на установочную плоскость кронштейнов без монтажных элементов на объекте (вид Б на фиг.1).

Электроусилитель рулевого управления, встраиваемый в рулевую колонку автомобиля, содержит корпус 1, датчик момента в составе торсиона 2 и измерителя 3 угла скручивания торсиона 2, вал рулевого управления, состоящий из входного вала 4 и выходного вала 5, электромеханизм компенсирующего момента в составе электродвигателя 6 с полым ротором 7, связанным с выходным валом 5 и установленным на двух подшипниках 8, 9. Выходной вал 5 охвачен установленным на нем полым ротором 7. Корпус 1 выполнен состоящим из двух объемов 10, 11 с разновеликими радиальными размерами относительно оси рулевого вала. В первом объеме 10, являющимся корпусом электродвигателя 6, размещаются частично входной вал 4 с полым участком 12, торсион 2 и частично выходной вал 5 с полым участком 13, на котором закреплен охватывающий его ротор 7, а во втором объеме 11 - измеритель 3 угла скручивания торсиона 2 и, частично, входной и выходной валы 4, 5. Первый объем 10 содержит две торцевые стенки 14, 15. сверху, как правило, содержащие продольные цилиндрические участки 16, 17 с основаниями в виде сегмента круга, как наиболее оптимальные по габаритным размерам.

Часть выходного вала 5, расположенная вне первого объема 10 корпуса 1, содержит концевую шлицевую часть 18, на которой крепится вилка промежуточного вала (не показана). Входной вал 4 имеет резьбовой конец 19, на который крепится рулевое колесо (не показано). Части входного вала 4 и выходного вала 5, находящиеся внутри первого объема 10, имеют шлицевые части 20, 21, свободно заходящие друг в друга для подвижного соединения между собой при малых крутящих нагрузках на рулевой вал, а при больших нагрузках шлицы частей 20, 21 упираются друг в друга, определяя максимальный угол скручивания торсиона 2. Торсион 2 размещается в полых участках 12, 13 входного и выходного валов 4, 5.

Измеритель 3 угла скручивания торсиона 2 содержит неподвижный элемент - корпус 22 и два подвижных элемента 23, 24. Выступами 25 на корпусе 22 измеритель 3 устанавливается и фиксируется в пазах 26 второго объема 11. Подвижный элемент 23 соединяется с шлицевой частью 20 входного вала 4, а подвижный элемент 24 - с торцом 27 выходного вала 5.

Поверхность 28 торцевой стенки 14 первого объема 10 отстоит от торца 29 выходного вала 5 на расстояние, равное, по меньшей мере, двойной длине концевой шлицевой части 18 вала 5 для обеспечения выхода торцевой стенки 14 из зоны каркаса 30 панели приборов. К торцевой стенке 14 крепится опора 31 электроусилителя, а к торцевой стенке 32 второго объема 11 крепится кожух 33 входного вала 4 с опорой 34 верхней.

Входной вал 4 установлен на двух подшипниках 35 и 36 в торцевой стенке 32 второго объема 11 и в кожухе 33.

Опора 34 верхняя с кожухом 33, корпусом 1, входным валом 4, выходным валом 5 и опорой 31 установлены относительно кронштейна 37 подвижно с подпружиниванием посредством двух цилиндрических пружин 38, 39 и с возможностью фиксации посредством рычага 40 регулировки положения рулевой колонки по углу.

Пружины 38, 39 расположены по сторонам второго объема 11 корпуса 1 симметрично относительно вертикальной плоскости, содержащей ось 41 вала рулевого управления, и крепятся концами 42, 43 к элементам 44, 45 кронштейна 46, установленного в нижней части 47 первого объема 10, а концами 48, 49 - к элементам 50, 51 кронштейна 37.

Опора 34 верхняя содержит отверстие 52 продольной формы, через которое проходит ось 53 рычага 40 регулировки положения рулевой колонки. Величина возможных изменений угла регулировки определяется длиной отверстия 52.

Кронштейн 37 содержит две вертикальные стойки 54, 55 с отверстиями 56, 57, через которые проходит ось 53 рычага 40, и верхнюю плоскую поверхность 58, на которой имеются два установочных отверстия 59, 60 удлиненной формы, ориентированные вдоль оси 41 вала рулевого управления.

Опора 31 злектроусилителя с помощью втулочно-болтового соединения 61 шарнирно соединена с кронштейном 62 нижним для крепления на объекте. Кронштейн 62 содержит плоскую поверхность 63 с двумя отверстиями 64, 65, открытыми в сторону промежуточного вала рулевого механизма.

Плоская поверхность 66 кронштейна 46 содержит два отверстия для крепления кожуха 67 рулевой колонки винтами 68, 69.

Устанавливается электроусилитель рулевого управления плоской поверхностью 58 с отверстиями 59, 60 кронштейна 37 и плоской поверхностью 63 с отверстиями 64, 65 кронштейна 62 на монтажной плоскости 70, имеющей плоскую поверхность 71 с двумя нижними крепежными болтами 72, 73 и двумя верхними крепежными болтами 74, 75, и поверхность в виде желоба 76, и крепится четырьмя гайками 77 так, чтобы была возможность захода цилиндрического участка 17 промежуточной стенки 15 первого объема 10 за плоскую поверхность 71 монтажной плоскости 70. Это необходимо для обеспечения оптимального расстояния от рулевого колеса (не показано) до подушки сиденья (не показано), что определяет компоновочные возможности ни автомобиле.

При парковке или во время движения автомобиля при повороте входного вала 4 скручивается торсион 2. Угол скручивания торсиона 2 определяется измерителем 3 угла скручивания торсиона 2. Сигнал о величине скручивания, а также другие сигналы, например, о скорости движения автомобиля и т.д. передаются в блок управления (не показан) электроусилителя рулевого управления, который, при необходимости, включает и выключает электромеханизм компенсирующего момента, помогая, таким образом, вращению выходного вала 5.

В случае необходимости регулировки положения рулевой колонки вместе с встроенным в нее электроусилителем рулевого управления корпус 1 с кожухом 33, опорой 34 и валом рулевого управления отстопаривается поворотом рычага 40 по часовой стрелке от вертикальных стоек 54, 55 кронштейна 37. Водитель поворачивает рулевую колонку с электроусилителем на втулочно-болтовом соединении 61 в требуемое угловое положение и фиксирует ее обратным перемещением рычага 40.

Снабжение корпуса промежуточной торцевой стенкой и исполнение второго объема с уменьшенным радиальным размером позволяют снизить длину корпуса с максимальным радиальным размером вдоль оси вала рулевого управления и расстояние от оси вала рулевого управления до установочной плоскости на объекте, тем самым исключить упор одной торцевой стенкой корпуса в каркас панели приборов, разместить по сторонам второго объема оттягивающие пружины устройства регулировки рулевой колонки автомобиля, и тем самым расширить компоновочные возможности электроусилителя в ограниченном пространстве автомобиля, например, в каркасе панели приборов.

Наличие на верхней поверхности торцевых стенок первого объема корпуса электроусилителя продольных цилиндрических участков с основаниями в виде сегмента круга позволяет снизить расстояние от оси вала рулевого управления до установочной плоскости на объекте, тем самым также расширить компоновочные возможности электроусилителя.

В результате выполнения корпуса с промежуточной торцевой стенкой и установки выходного вала с полым участком, охваченным полым ротором электродвигателя, на двух подшипниках в торцевых стенках первого объема, а также установки входного вала на двух подшипниках в торцевой стенке второго объема и в кожухе устраняется консольность их установки, что повышает надежность работы конструкции электроусилителя.

Снабжение электроусилителя устройством регулировки рулевой колонки автомобиля и конструктивное размещение его оттягивающих пружин по сторонам второго объема корпуса расширяет компоновочные возможности электроусилителя и повышает комфортность водителя в автомобиле.

Выполнение корпуса с промежуточной торцевой стенкой и соединение неподвижного элемента-корпуса измерителя угла скручивания торсиона с корпусом второго объема, а второго подвижного элемента с торцом полого участка выходного вала позволяют повысить также технологичность сборки электроусилителя, так как при этом обеспечивается возможность производить независимую сборку электродвигателя электромеханизма компенсирующего момента с выходным валом и измерителя угла скручивания торсиона с входным валом и кожухом, тем самым сократив цикл сборки электроусилителя в целом.

Формула изобретения

1. Электроусилитель рулевого управления, встраиваемый в рулевую колонку автомобиля, содержащий корпус с торцевыми стенками, в котором размещены электромеханизм компенсирующего момента в составе электродвигателя с полым ротором, частично вал рулевого управления в составе входного вала и жестко связанного с торцом полого ротора выходного вала, установленных на подшипниках в торцевых стенках корпуса, датчик момента в составе торсиона, установленного внутри полого ротора и соединяющего входной и выходной валы, и измерителя угла скручивания торсиона, содержащего один неподвижный элемент, соединенный с корпусом электроусилителя, и два подвижных элемента, один из которых связан с входным валом, отличающийся тем, что корпус снабжен промежуточной торцевой стенкой, разделяющей его на два объема с разновеликими радиальными размерами относительно оси вала рулевого управления, при этом корпус электродвигателя электромеханизма компенсирующего момента образован первым объемом, содержащим первую торцевую стенку и промежуточную торцевую стенку, внутри которого размещен выходной вал с полым участком, охваченный полым ротором электродвигателя, установленным в торцевых стенках первого объема на двух подшипниках, с установленным в полом участке выходного вала торсионом датчика момента и полым концом входного вала со шлицевой частью, а во втором объеме, содержащем вторую торцевую стенку и промежуточную торцевую стенку, размещены измеритель угла скручивания торсиона и часть входного вала с наружными шлицами, установленная на подшипнике во второй торцевой стенке второго объема, при этом в измерителе угла скручивания торсиона один неподвижный элемент соединен с корпусом электроусилителя во втором объеме, а второй подвижный элемент соединен с торцом полого участка выходного вала.

2. Электроусилитель рулевого управления по п. 1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя поверхности торцевых стенок первого объема корпуса электроусилителя выполнены содержащими продольные цилиндрические участки с основаниями в виде сегмента круга.

3. Электроусилитель рулевого управления по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен кронштейном электроусилителя, шарнирно соединенным с кронштейном нижним креплением на объекте и примыкающим к первой торцевой стенке первого объема корпуса с его наружной стороны.

4. Электроусилитель рулевого управления по п. 1, отличающийся тем, что радиальный размер второго объема корпуса электроусилителя выполнен в соответствии с радиальным размером неподвижного элемента-корпуса измерителя угла скручивания торсиона и по меньшей мере в полтора раза меньшим радиального размера первого объема корпуса.

5. Электроусилитель рулевого управления по п. 1, отличающийся тем, что со второй торцевой стенкой второго объема корпуса электроусилителя с ее наружной стороной соединен кожух с установленной в нем на подшипнике частью входного вала, обращенной в сторону рулевого колеса, и с опорой верхней, указанный узел установлен относительно кронштейна верхнего крепления на объекте подвижно с подпружиниванием и с возможностью фиксации посредством рычага регулировки положения рулевой колонки.

6. Электроусилитель рулевого управления по п. 1, отличающийся тем, что корпус электроусилителя с кожухом, опорой верхней и валом рулевого управления подпружинен относительно кронштейна верхнего крепления на объекте посредством двух цилиндрических пружин, расположенных по сторонам второго объема корпуса симметрично относительно вертикальной плоскости, содержащей ось вала рулевого управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3