АКТИВНОЕ РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ВАРИАТОРОМ.
(патент России №2370398)
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", №10'2000г., "В недрах ЭУРа" А. Будкин). 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). 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, улучшение технических характеристик рулевого управления и его ресурса. 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, жёсткое 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.
Общий вид
РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ВАРИАТОРОМ содержит корпус 1, в котором с возможностью вращения установлены входной вал 2 рулевого управления с ведущей шестерней и выходной вал 3 с ведомой шестерней, вал 4 внешнего привода с эксцентриком 5, ведомую шестерню 6, связанную с ведущей шестерней входного вала 2 рулевого управления, установленную с возможностью свободного вращения на валу 4 внешнего привода и выполненную заодно с цевочным колесом 9 циклоидальной передачи (ЦП), промежуточное тело вращения 8, установленное на эксцентрике 5, состоящее из двух спаренных зубчатых шестерен циклоидальной передачи, ведущую шестерню 7, связанную с ведомой шестерней выходного вала 3 рулевого управления, установленную с возможностью свободного вращения на валу 4 внешнего привода и выполненную заодно с цевочным колесом 10 циклоидальной передачи, при этом спаренные зубчатые шестерни ЦП имеют разное количество зубьев.
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, жёсткое колесо связано с валом рулевого управления.
АКТИВНОЕ РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ВАРИАТОРОМ (далее ЦВ) работает следующим образом. При отсутствии момента вращения на валу 4 управляющего привода и жесткой его фиксации ЦВ работает как редуктор с постоянным передаточным отношением, напр., 1:18 (это отношение устанавливается применением стандартного рулевого механизма, напр., реечного с учетом передаточного числа самого циклоидального редуктора). В таком случае, для поворота управляемых колес на 60о необходимо осуществить поворот органа управления на 1080о или три оборота. Таким образом, при отсутствии напряжения в цепи управления автомобиль управляется по традиционной схеме с отсутствием усилителя, но с наличием механической связи между органом управления и колесами.
Для осуществления функции усиления и изменения передаточного числа необходимо привести во вращение вал 4 управляющего внешнего привода с установленным на нем промежуточным телом вращения 8, 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. Промежуточное тело вращения 8, обкатываясь по венцам цевочных колёс 9 и 10, благодаря разным передаточным числам ступеней и в зависимости от того, совпадает ли направление вращения вала 4 с направлением вращения шестерни входного вала 2 или противоположно ему, ускоряет либо замедляет вращение шестерни 7 относительно шестерни 6, 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.
В качестве управляющего внешнего привода вала 4 может быть применен электродвигатель.
АКТИВНОЕ РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ позволяет уменьшить число оборотов рулевого колеса на некоторых режимах, напр., при манёврах на малой скорости (парковка), а также блокировать редуктор при движении на больших скоростях или при отказе системы управления.
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 гибкое колесо, связанное с рулевым колесом передает вращение на жесткое колесо и далее на выходной вал рулевого управления, при этом происходит усиление момента вращения от органа управления к управляемым колесам. Благодаря значительному диапазону 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.
Модернизированный вариант рулевого управления (РУ). В качестве редуктора применён волновой редуктор с промежуточными телами качения (ВПТК), в котором вместо гибкого колеса используется сепаратор с шариками (роликами).
На первом видео дана анимация работы РУ при прямолинейном движении транспортного средства (угол поворота рулевого колеса равен нулю, привод управления заблокирован).
На втором видео дана анимация работы РУ при повороте рулевого колеса. Активируется привод управления генератором волн (эксцентриком) редуктора. Суммируются моменты вращения от рулевого колеса и управляющего привода, что в итоге приводит к ускоренному вращению выходного вала, связанного с гидроусилителем РУ (тяжёлая техника) или непосредственно с рулевым редуктором (лёгкая техника).
На третьем видео - анимация разборки редуктора АРУ на базе ВПТК с электрическим приводом.
