ЭЛЕКТРОУСИЛИТЕЛЬ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ С ВОЛНОВЫМ РЕДУКТОРОМ, АКТИВНОЕ РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ВАРИАТОРОМ
ELECTRIC POWER STEERING WITH WAVE REDUCER, ACTIVE STEERING CONTROL WITH CYCLOIDAL VARIATOR

Изобретение относится к области автомобилестроения.
Известен усилитель рулевого управления, содержащий в качестве редуктора, передающего вращение от электродвигателя к валу рулевой колонки, червячную передачу (журнал "За рулем", №10, 2000 г., «В недрах ЭУРа» А.Будкин, а также http://zr.ru/articles/40870). Недостатком его является сложность изготовления трехзаходного эвольвентного червяка, постоянное передаточное отношение, недостаточная обратная связь.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является активное рулевое управление автомобилей БМВ (Active Steering), имеющее в качестве редуктора планетарный редуктор, водило которого перемещается электродвигателем через червячную передачу, регулированием оборотов которого достигается управление передаточным числом редуктора (журнал "За рулем", №10, 2002, «На пути к джойстику» А.Фомин, а также http://zr.ru/articles/41034). Недостатком его является наличие червячной передачи, сложность технологии изготовления, необходимость применения мощного высокомоментного электродвигателя.
Целью изобретения является увеличение возможностей регулирования передаточного числа в широком диапазоне, ресурса рулевого управления и улучшение его технических характеристик.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве редуктора, передающего вращение от органа управления к колесам, применен циклоидальный редуктор, промежуточное тело вращения которого установлено на валу управляющего внешнего привода, имеющего возможность вращения и фиксации, а шестерни ступеней, установленные с возможностью свободного вращения на этом валу, связаны с входным и выходным валами рулевого управления, причем при активизации управляющий внешний привод вращает вал с переменной частотой по сигналам блока управления в зависимости от скорости автомобиля, угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит изменение передаточного отношения редуктора в широком диапазоне. В упрощенном варианте может быть применена волновая передача (редуктор), содержащая генератор волн на валу электродвигателя, гибкое колесо, неподвижно закрепленное в корпусе, жесткое колесо, связанное с валом рулевого управления, причем электродвигатель вращает вал по сигналам блока управления в зависимости от угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит усиление момента вращения от органа управления к управляемым колесам.
На чертеже изображен в разрезе (вид сверху) циклоидальный вариатор в сборе с валом рулевого управления.
РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ВАРИАТОРОМ содержит корпус 1, в котором с возможностью вращения установлены входной вал 2 рулевого управления с шестерней 3 и выходной вал 4 с шестерней 5, вал 6 внешнего привода, ведомую шестерню 7, связанную с шестерней 3 входного вала рулевого управления, установленную с возможностью свободного вращения на валу 6 внешнего привода и выполненную заодно с внутренней шестерней 8, имеющей в качестве образующей замкнутую гипоциклическую поверхность, промежуточное тело вращения, установленное на эксцентрике 9, жестко связанном с валом 6 внешнего привода, состоящее из колеса 10 первой ступени и сателлита 11 второй ступени, имеющего в качестве образующей замкнутую гипоциклическую поверхность, солнечное колесо 12 второй ступени с интегрированной ведущей шестерней 13, связанной с шестерней 5 выходного вала рулевого управления и установленной с возможностью свободного вращения на валу 6 внешнего привода.
ЭЛЕКТРОУСИЛИТЕЛЬ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ С ВОЛНОВЫМ РЕДУКТОРОМ содержит корпус, в котором с возможностью вращения установлены вал электродвигателя и жесткое колесо волновой передачи, связанное с валом рулевого управления, генератор волн на валу электродвигателя, гибкое колесо, неподвижно закрепленное в корпусе, жесткое колесо связано с валом рулевого управления.
Активное рулевое управление с циклоидальным вариатором (далее ЦВ) работает следующим образом. При отсутствии момента вращения на валу 6 управляющего привода и жесткой его фиксации ЦВ работает как редуктор с постоянным передаточным отношением, например, 1:18 (это отношение устанавливается применением стандартного рулевого механизма, например, реечного с учетом передаточного числа самого циклоидального редуктора). В таком случае, для поворота управляемых колес на 60° необходимо осуществить поворот органа управления на 1080° или три оборота. Таким образом, при отсутствии напряжения в бортовой сети автомобиль управляется по традиционной схеме с отсутствием усилителя, но с наличием механической связи между органом управления и колесами.
Для осуществления функции изменения передаточного числа необходимо привести во вращение вал 6 управляющего внешнего привода с установленным на нем промежуточным телом вращения, причем благодаря циклоидальному зацеплению передаточное число редуктора может достигать значительных величин (1:50 и более), что способствует расширению диапазона регулирования передаточного отношения всего механизма по сравнению с червячной передачей. Колесо 10 первой ступени, обкатываясь по поверхности внутренней шестерни 8, и сателлит 11, перемещаясь внутри солнечного колеса 12 в зависимости от того, совпадает ли направление вращения вала 6 с направлением вращения шестерни 7 или противоположно ему, ускоряет либо замедляет вращение шестерни 11 относительно шестерни 7, причем активизированный управляющий привод вращает вал с переменной частотой по сигналам блока управления в зависимости от скорости автомобиля, угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит изменение передаточного отношения редуктора в широком диапазоне.
Возможно также обратное присоединение входного и выходного валов рулевого управления, при котором передаточное число ЦВ становится меньше единицы.
Последовательное соединение двух и более ЦВ с общим управляющим приводом позволяет изменять общее передаточное число пропорционально передаточному числу одного звена в степени, равной количеству звеньев, что уменьшает необходимый диапазон изменения числа оборотов управляющего привода.
Как вариант возможно изготовление редуктора, в котором шестерня 3 входного вала 2 связана с солнечным колесом первой ступени, шестерня 5 выходного вала 4 связана с солнечным колесом второй ступени, а промежуточное тело вращения выполнено в виде сдвоенного сателлита.
В качестве управляющего внешнего привода вала 6 может быть применен электродвигатель.
Электроусилитель рулевого управления с волновым редуктором работает следующим образом. При повороте органа управления на некоторый угол сигнал с торсионного датчика поступает в блок управления, который дает команду на вращение вала электродвигателя, который вращает вал по сигналам блока управления в зависимости от угла поворота органа управления и скорости его вращения. Генератор волн через неподвижное гибкое колесо передает вращение на жесткое колесо и далее на вал рулевого управления, при этом происходит усиление момента вращения от органа управления к управляемым колесам. Благодаря значительному дипазону возможностей волновой передачи по выбору передаточного отношения также увеличиваются возможности настройки рулевого управления, а компактные, в сравнении с червячной передачей, размеры упрощают интеграцию механизма в рулевое управление.
Достоинство предлагаемого изобретения заключается в высоком КПД и нагрузочной способности циклоидальной передачи, уменьшении износа трущихся деталей за счет многопарности зацепления, широком диапазоне передаточных отношений и регулирования, простоте изготовления. Продольное (параллельно валу рулевого управления) расположение вала управляющего привода (электродвигателя) предоставляет в некоторых случаях преимущество в компоновке рулевого управления по сравнению с поперечно расположенным червячным редуктором.