一种电动马达式主动稳定杆.pdf

本发明涉及一种电动马达式主动稳定杆。包括作动器、左稳定杆和右稳定杆。所述作动器包括伺服电机和传动机构；所述伺服电机为本发明装置提供动力；所述传动机构由太阳轮、至少两个行星轮、行星架、内齿轮和至少一个少齿差行星轮构成。所述左稳定杆的一端连接着伺服电机的机壳，所述伺服电机的输出轴通过传动机构连接着右稳定杆的一端。与现有主动稳定杆相比，本发明电机式主动稳定杆具有结构紧凑、重量小、承载力强、成本低、安装方便等优点。

1.  一种电动马达式主动稳定杆，包括作动器、左稳定杆（12）和右稳定杆（14），所述作动器包括伺服电机（1）和传动机构，所述左稳定杆（12）的一端连接着伺服电机（1）的机壳，所述传动机构的输出轴（10）连接着右稳定杆（14）的一端，其特征在于：
所述传动机构为行星齿轮机构，包括太阳轮（3）、至少两个行星轮（4）、行星架（9）、内齿轮（7）、至少一个少齿差行星轮和至少两根曲柄轴（5）；所述太阳轮（3）固定设于伺服电机（1）的输出轴的端部，行星架（9）通过轴承设于伺服电机（1）的输出轴上；所述至少一个少齿差行星轮通过轴承设于至少两根曲柄轴（5）的偏心曲拐上；每根曲柄轴的中部设有至少一个偏心曲拐，两侧分别为主轴，所述行星轮（4）分别固定设于曲柄轴（5）的一侧主轴上，行星轮（4）分别与太阳轮（3）啮合；与行星轮（4）对应的曲柄轴（5）一端的主轴通过轴承设于行星架（9）上；曲柄轴（5）另一端的主轴通过轴承连接着输出轴（10）；所述内齿轮（7）固定连接着伺服电机（1）的机壳，且与少齿差行星轮啮合。

2.  根据权利要求1所述的一种电动马达式主动稳定杆，其特征在于：所述传动机构包括太阳轮（3）、三个行星轮（4）、行星架（9）、内齿轮（7）、一个少齿差行星轮和三根曲柄轴（5）；每个少齿差行星轮上均布开设有三个曲拐孔，少齿差行星轮通过轴承设于三根曲柄轴（5）的偏心曲拐上；三根曲柄轴（5）一端的主轴通过轴承设于行星架（9）上，另一端的主轴通过轴承连接着输出轴（10）。

3.  根据权利要求1所述的一种电动马达式主动稳定杆，其特征在于：所述传动机构包括太阳轮（3）、三个行星轮（4）、行星架（9）、内齿轮（7）、两个少齿差行星轮、三根曲柄轴（5）和三根连接轴（8）；每个少齿差行星轮上均布开设有三个曲拐孔和三个连接轴孔；每根曲柄轴（5）的中部设有两个偏心曲拐，且两个偏心曲拐的方向相反；一个少齿差行星轮通过轴承设于三根曲柄轴（5）同一侧的偏心曲拐上，另一个少齿差行星轮通过轴承设于三根曲柄轴（5）另一侧的偏心曲拐上；三根连接轴（8）穿过两个少齿差行星轮上对应的连接轴孔，一端分别连接着行星架（9），另一端分别连接着输出轴（10）。

4.  根据权利要求1或2或3所述的一种电动马达式主动稳定杆，其特征在于：所述曲柄轴（5）上的偏心曲拐和主轴之间的偏心距为3～50mm。

一种电动马达式主动稳定杆
技术领域
 本发明属于汽车底盘技术领域，具体涉及汽车主动稳定杆。
背景技术
汽车转弯时，由于车身质量的存在，车身在侧向加速下会发生侧倾，不仅易造成翻车等事故，而且降低了乘坐舒适性、汽车的操控性。为减少汽车在转弯时的侧倾，目前大多数乘用车都在车身或车架底部安装了被动稳定杆，其两端与悬架摆臂或避震器立柱相连，汽车发生侧倾时，扭转的稳定杆会给车身施加一个反侧倾力矩，从而抑制侧倾。
被动稳定杆虽然一定程度上抑制了侧倾，但不能对反侧倾力矩进行主动实时调节以使侧倾角始终为零，因此不能完全消除侧倾。主动稳定杆系统（active stabilizer bar system，ASBS）可根据传感器反馈或计算得到的侧向加速度、侧倾角、方向盘转角、车速等信号，调节激励器输出相应大小的反侧倾扭矩，从而主动抑制侧倾，使得侧倾角处在一定范围内。目前，国外高端越野、SUV、乘用车已经有了主动稳定杆系统的应用实例。
主动稳定杆可分为液压驱动式和电机驱动式两种。液压驱动式主要包括直线液压缸式、液压马达式、滚珠丝杠式，它们均采用液压油作为动力源，其系统包括油箱、油泵、液压阀、阀块、阀芯位置传感器、液压管路等零、部件，结构庞大复杂、重量大，安装时需要较大空间、很不不便，不但不利于车重的减轻，而且成本较高。
电机驱动式主动稳定杆主要是采用谐波减速器作为减速装置，但谐波减速器承载力差，尤其是主动稳定杆工作时要求电机轴频繁换向、迅速改变扭矩，谐波减速器在长期的较大的时变应力下容易破坏失效，因此只能用于少数轻型乘用车等传递扭矩较低的场合，对于一般乘用车、越野及SUV难以满足要求，应用有限。
 为克服谐波减速器承载能力差的缺陷，目前，国内有学者提出了采用蜗轮蜗杆作为减速装置的电机驱动式主动稳定杆和采用2K-H行星轮系作为减速装置的电机驱动式主动稳定杆。蜗轮蜗杆摩擦磨损大、传动效率低，在电机频繁换向、动作时，往往会消耗更多电能，且蜗轮蜗杆输入轴和输出轴垂直，当连接上电机式会导致外形尺寸大，给装车带来不便。2K-H行星轮系虽可以满足传动比、输出扭矩要求，但构件多、结构复杂，输出相同扭矩时重量往往比较大，不利于车身减重，外形尺寸也无明显降低。
发明内容
针对现有主动稳定杆存在的缺陷，本发明提供一种结构紧凑、重量小、承载力强、成本低、安装方便的电动马达式主动稳定杆。
一种电动马达式主动稳定杆包括作动器、左稳定杆12和右稳定杆14，所述作动器包括伺服电机1和传动机构，所述左稳定杆12的一端连接着伺服电机1的机壳，所述传动机构的输出轴10连接着右稳定杆14的一端；
所述传动机构为行星齿轮机构，包括太阳轮3、至少两个行星轮4、行星架9、内齿轮7、至少一个少齿差行星轮和至少两根曲柄轴5；所述太阳轮3固定设于伺服电机1的输出轴的端部，行星架9通过轴承设于伺服电机1的输出轴上；所述至少一个少齿差行星轮通过轴承设于至少两根曲柄轴5的偏心曲拐上；每根曲柄轴的中部设有至少一个偏心曲拐，两侧分别为主轴，所述行星轮4分别固定设于曲柄轴5的一侧主轴上，行星轮4分别与太阳轮3啮合；与行星轮4对应的曲柄轴5一端的主轴通过轴承设于行星架9上；曲柄轴5另一端的主轴通过轴承连接着输出轴10；所述内齿轮7固定连接着伺服电机1的机壳，且与少齿差行星轮啮合。
一种用于轻载的传动机构包括太阳轮3、三个行星轮4、行星架9、内齿轮7、一个少齿差行星轮和三根曲柄轴5；每个少齿差行星轮上均布开设有三个曲拐孔，少齿差行星轮通过轴承设于三根曲柄轴5的偏心曲拐上；三根曲柄轴5一端的主轴通过轴承设于行星架9上，另一端的主轴通过轴承连接着输出轴10。
一种用于重载的传动机构包括太阳轮3、三个行星轮4、行星架9、内齿轮7、两个少齿差行星轮、三根曲柄轴5和三根连接轴8；每个少齿差行星轮上均布开设有三个曲拐孔和三个连接轴孔；每根曲柄轴5的中部设有两个偏心曲拐，且两个偏心曲拐的方向相反；一个少齿差行星轮通过轴承设于三根曲柄轴5同一侧的偏心曲拐上，另一个少齿差行星轮通过轴承设于三根曲柄轴5另一侧的偏心曲拐上；三根连接轴8穿过两个少齿差行星轮上对应的连接轴孔，一端分别连接着行星架9，另一端分别连接着输出轴10。
所述曲柄轴5上的偏心曲拐和主轴之间的偏心距为3～50mm。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明省去了庞大复杂的液压系统，作动器由一个伺服电机和一个齿轮减速机构集成而成，齿轮减速机构又是由一个差动行星齿轮减速机构和一个少齿差齿轮减速机构耦合集成构成，通过共用部分零、部件，最大可能的减少了构件数目，使得结构紧凑、外形尺寸小、安装方便、成本大大降低。
2.与普通的2K-H型行星轮系相比，由于本发明的齿轮减速机构本身本身具有很大的传动比，无需二级减速，在实现相同的减速比的情况下，其构件少、结构紧凑、重量小；
不难计算齿轮减速机构的传动比为：
                                                      
由上式可以看出，通过设计各齿轮齿数，本发明的齿轮减速机构可以具有较大减速比。
3.与普通的2K-H型行星轮系相比，由于少齿差行星轮与齿圈啮合齿数多，承载力强，传递相同的扭矩需要的径向尺寸较小，同时传动效率高于蜗轮蜗杆减速机构，承载能力和寿命高于谐波减速器。
4.本发明结构紧凑、重量小、承载力强、成本低、安装方便。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明传动示意图。
图3为具有三个太阳轮、两个少齿差行星轮的作动器结构示意图。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为图3的B-B剖视图。
图6为图3的C-C剖视图。
图7为实施例1的曲柄轴结构示意图。
图8为图7的右视图。
图9为实施例1的少齿差行星轮结构示意图。
图10为具有两个太阳轮、一个少齿差行星轮的作动器结构示意图。
图11为图10的D-D剖视图。
图12为图10的E-E剖视图。
图13为实施例2的曲柄轴结构示意图。
图14为图13的左视图。
图15为实施例2的少齿差行星轮结构示意图。
上图中序号：伺服电机1、输入轴2、太阳轮3、行星轮4、曲柄轴5、右少齿差行星轮6、内齿轮7、连接轴8、行星架9、输出轴10、端盖11、左稳定杆12、左少齿差行星轮13、右稳定杆14。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1
参见图1，一种电动马达式主动稳定杆包括作动器、左稳定杆12和右稳定杆14，作动器包括伺服电机1和传动机构；左稳定杆12的一端连接着伺服电机1的机壳，传动机构的输出轴10连接着右稳定杆14的一端。
参见图10、图11和图12，传动机构包括太阳轮3、两个行星轮4、行星架9、内齿轮7、一个少齿差行星轮6和两根曲柄轴5。太阳轮3固定安装于伺服电机1的输出轴的端部，行星架9通过轴承安装于伺服电机1的输出轴上。参见图13和图14，每根曲柄轴5的中部设有一个偏心曲拐，两侧分别为主轴，偏心曲拐和主轴之间的偏心距为10mm。每个少齿差行星轮6上均布开设有两个曲拐孔，少齿差行星轮6通过轴承安装在两根曲柄轴5的偏心曲拐上，两根曲柄轴5一端的主轴通过轴承安装于行星架9上，另一端的主轴通过轴承连接着输出轴10的一端。
本实施例中的传动机构无连接轴，结构十分简单紧凑，且承载力高于普通减速器，适用于低速、轻载的小型车辆，如轻小型乘用车。
工作原理说明如下：
伺服电机1将动力通过输入轴2传递至太阳轮3，太阳轮3带动两个行星轮4旋转。因输出轴10在动力传递过程中是旋转的，行星架9通过两根曲柄轴5与输出轴10固定连接，所以两个行星轮4一边绕着曲柄轴5自转，一边在输出轴10带动下公转。由于每个行星轮4与对应的曲柄轴5通过平键固定连接，因此，两个行星轮4转动时通过曲柄轴5带动少齿差行星轮6与内齿轮7啮合公转。又因为少齿差行星轮6安装于曲柄轴5上的偏心曲拐上，所以输出轴10输出的即是少齿差行星轮6的公转角速度。最终完成动力由伺服电机1到输出轴10的传递过程。
因左稳定杆12与伺服电机1的机壳通过花键连接，右稳定杆14与输出轴10通过花键连接，最终在左稳定杆12与右稳定杆14上分别产生方向相反的扭矩，进而产生反侧倾力矩，实现抑制侧倾的作用。
具体工作过程分为两种工况：
1）汽车转弯发生侧倾时，伺服电机1得电动作输出动力，达到反侧倾的效果；
2）汽车直线行驶时，由于伺服电机1不动作，左稳定杆12与右稳定杆14相当于固结，此时主动稳定杆所起作用与被动稳定杆相同。
实施例2
参见图2和图3，传动机构包括太阳轮3、三个行星轮4、行星架9、内齿轮7、左少齿差行星轮13、右少齿差行星轮6、三根曲柄轴5和三根连接轴8。参见图4、图5和图6，太阳轮3固定安装于伺服电机1的输出轴的端部，行星架9通过轴承安装于伺服电机1的输出轴上，三个行星轮4分别固定安装于曲柄轴5的一侧主轴上，三个行星轮4分别与太阳轮3啮合。参见图7和图8，每根曲柄轴5的中部设有两个偏心曲拐，且两个偏心曲拐的方向相反，两侧分别为主轴；偏心曲拐和主轴之间的偏心距为15mm。
左少齿差行星轮13和右少齿差行星轮6、上分别均布开设有三个曲拐孔和三个连接轴孔；左少齿差行星轮13通过轴承安装于三根曲柄轴5左侧的偏心曲拐上，右少齿差行星轮6通过轴承安装于三根曲柄轴5右侧的偏心曲拐上；三根连接轴8分别穿过左少齿差行星轮13和右少齿差行星轮6上对应的连接轴孔，一端分别连接着行星架9，另一端分别连接着输出轴10。
本实施例因传递的力矩大，适用于高速、重载的大型车辆，如大型客货车辆等。
 工作原理说明如下：
伺服电机1将动力通过输入轴2传递至太阳轮3，太阳轮3带动三个行星轮4旋转。因输出轴10在动力传递过程中是旋转的，行星架9通过三根曲柄轴5和三根连接轴8与输出轴10固定连接，所以三个行星轮4一边绕着曲柄轴5自转，一边在输出轴10带动下公转。由于三个行星轮4与曲柄轴5通过平键固定连接，因此，三个行星轮4转动时通过曲柄轴5带动右少齿差行星轮6和左少齿差行星轮13与内齿轮7啮合公转。又因为右少齿差行星轮6、左少齿差行星轮13分别安装于曲柄轴5上对应的偏心曲拐上，所以输出轴10输出的即是右少齿差行星轮6和左少齿差行星轮13的公转角速度。最终完成动力由伺服电机1到输出轴10的传递过程。
 因左稳定杆12与伺服电机1的机壳通过花键连接，右稳定杆14与输出轴10通过花键连接，最终在左稳定杆12与右稳定杆14上分别产生方向相反的扭矩，进而产生反侧倾力矩，实现抑制侧倾的作用。