CN102245460B - 尤其用于后轮转向系统的转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节机动车车轮，尤其是后轮的轮转向角的转向装置，所述转向装置包括至少一个轮导向部件(1)，通过所述至少一个轮导向部件使所述车轮的轮毂托架(66)与车身相连接，其中，所述轮毂托架(66)能围绕一基本平行于轮平面延伸的转动轴线摆动，所述轮导向部件(1)以与所述转动轴线间隔开的方式铰接在所述轮毂托架上并且能借助一机电式驱动单元(6)来调节所述轮导向部件的长度，其中，所述机电式驱动单元(6)一方面通过传动杆(9)与轮毂托架侧的接头(11)相连接以形成一摆动支承结构(67)，通过所述摆动支承结构实现与所述轮毂托架的连接，所述机电式驱动单元另一方面与车身侧的接头(5)相连接以形成另一摆动支承结构(68)，通过该另一摆动支承结构实现与车身的连接。为了将转向装置集成在非转向车轮的常规的轮悬架结构中并使之适应不同设计的轮悬架结构的受限的结构空间条件，本发明提出，至少一个接头能相对于所述机电式驱动单元被定位和固定在相对于所述机电式驱动单元的纵向轴线的任意的角位置中，使得所述轮导向部件能适应所存在的结构空间条件。

Description

尤其用于后轮转向系统的转向装置
技术领域
本发明涉及一种用于调节机动车车轮——尤其是后轮——的轮转向角的转向装置，所述转向装置包括至少一个轮导向部件(机构)，通过所述至少一个轮导向部件使所述车轮的轮毂托架与车身相连接，其中，所述轮毂托架能围绕一基本平行于轮平面延伸的转动轴线摆动，所述轮导向部件以与所述转动轴线间隔开的方式铰接在所述轮毂托架上并且能借助一机电式驱动单元来调节所述轮导向部件的长度，其中，所述机电式驱动单元一方面通过传动杆与轮毂托架侧的接头/铰接结构/活节相连接以形成一摆动支承结构，通过所述摆动支承结构实现与所述轮毂托架的连接，所述机电式驱动单元另一方面与车身侧的接头相连接以形成另一摆动支承结构，通过该另一摆动支承结构实现与车身的连接。
背景技术
从WO 2006/117343 A1已知这种类型的转向装置。该已知的转向装置具有与纵向轴线并行设置的电机。
从EP 0 340 823 A1已知一种用于调整机动车悬架的臂长的装置。通过这种措施使得机动车的后轮转向。
显然，用于不同车辆的轮悬架一般结构也不同，因而对于已知的装置总是需要进行改变以适应另一轮悬架的结构空间条件。
发明内容
由此，本发明的目的在于，实现一种开头所述类型的转向装置，该转向装置能以特别简单的方式集成到非转向车轮的常规轮悬架结构中并能适应各种设计不同的轮悬架结构的受限的结构空间条件。
根据本发明，这个目的通过一种具有权利要求1所述特征的转向装置而实现。在此提出，至少一个接头能相对于所述机电式驱动单元被定位和固定在相对于所述机电式驱动单元的纵向轴线的任意的角位置中，使得所述轮导向部件能适应所存在的结构空间条件。
由从属权利要求得到另外的有利的构造方案。
在本发明主题的一个特别有利的改进方案中，车身侧的接头能相对于机电式驱动单元的纵向轴线被定位在任意的角位置中并且能借助一螺纹套/螺纹环被固定在该位置中。
另一有利的改进方案提出，轮毂托架侧的接头构造成能被更换；通过使用传动杆适配器能改变所述轮毂托架侧的接头的几何位置以使所述轮导向部件适应所存在的结构空间条件。在此，机电式驱动单元具有电机，该电机设置成与机电式驱动单元的纵向轴线共轴。
在又一个有利的改进方案中提出，电机在中间连接有行星传动机构的情况下致动一滚珠丝杠传动机构，所述滚珠丝杠传动机构将电机的转动运动转换成传动杆的平移运动并对轮导向部件的长度进行调节。
传动杆适配器能借助螺纹旋入滚珠丝杠传动机构的丝杠中。
根据本发明主题的一个特别有利的改进方案提出，行星传动机构和滚珠丝杠传动机构都不构造成自锁式的；其中，设有锁定装置，所述锁定装置使一由锁止电磁装置致动的磁挺杆与一同所述滚珠丝杠传动机构连接的锁止环相接合，以便禁止对所述轮导向部件的长度调节。
另一个构造方案提出，在机电式驱动单元的壳体中与电机相邻地设有一控制单元。
为确定转子位置，电机具有至少一个传感器，该至少一个传感器构造成沿轴向设置在电机上的位置传感器或构造成与电机的转子相连接的环形传感器。
所述轮导向部件是独立轮悬架结构的横向控制臂和/或转向横拉杆(Spurstange)。
本发明主题的又一个构造方案提出，机电式驱动单元、轮毂托架侧的接头和车身侧的接头实施成能被独立处理的组件。
附图说明
下面借助实施例结合附图更详细地阐明本发明。附图中示出：
图1示出现有技术中的集成的后桥托架；
图2示出根据本发明的轮导向部件的剖视图；
图3a、3b、3c示出根据本发明的轮导向部件的三维视图，该轮导向部件具有能转动的车身侧的接头和不同的传动杆适配器；
图4a、4b示出用于将转动运动转换成平移运动的传动装置，该传动装置用在根据本发明的轮导向部件中；
图5a、5b示出一锁止装置，该锁止装置在需要时阻止根据本发明的轮导向部件的长度调节；
图6a至6d示出用于将根据图4的传动装置安装在轮导向部件的壳体中的抗转动装置；以及
图7示出根据本发明的轮导向部件的示意性剖视图。
具体实施方式
图1示出机动车的被驱动的后桥用的集成的后桥托架，其从现有技术已知。该集成后桥托架具有副车架71，该副车架在固定点72处与图1中未示出的车辆车身相连接。轮毂托架66通过轮导向控制臂74与副车架71相铰接。此外，在各轮毂托架66上分别固定安装一个用于支撑在车身上的弹簧滑柱组件75。另外，图1中示出了安装在轮毂托架上的轮支承结构76。车辆的能安装到轮毂托架66或者说轮支承结构76上的后轮各自通过轮驱动轴79来驱动。在此，轮驱动轴79通过差速传动装置80相互连接，该差速传动装置具有一沿车辆的纵向向前取向的法兰81，该法兰用于法兰连接由车辆发动机驱动的轴。
此外，在副车架71与轮毂托架66之间各设有一具有固定长度的转向横拉杆69，该转向横拉杆分别通过一摆动支承结构67、68与副车架71相连接并且与轮毂托架66相连接。
在下面描述的转向装置中提出，在集成后桥托架的每一侧上都通过一长度能被调节的轮导向部件来代替长度固定的轮导向部件。在此，如下面仍更详细阐明地，转向横拉杆69分别被图2中示出的、长度可变的轮导向部件1代替。或者，使独立悬架的横向控制臂70被图2中示出的、长度能被调节的轮导向部件1代替。
如图2所示，为了固定在副车架71上，轮导向部件1具有在车身侧的接头5，该接头与副车架71的支承侧板77a、77b(图1)一起形成摆动支承机构68。通过轮毂托架侧的形成摆动支承机构67的接头11，轮导向部件1可铰接在轮毂托架66上。
轮导向部件1包括机电式的驱动单元，借助该机电式的驱动单元通过传动装置使传动杆9运动，以使轮毂托架66围绕一基本上平行于轮平面延伸的转动轴线摆动。在此，在传动杆9上设置轮毂托架侧的接头11，该接头接合在摆动支承机构67上。
通过改变轮导向部件1的长度，使安装在轮毂托架66上的后轮的轮转向角改变。在示出的实施方式中，尤其当轮导向部件伸长时轮转向角朝向前束的方向变化，而当轮导向部件缩短时轮转向角则朝向后束的方向变化。
因为轮悬架结构通常允许轮朝向前束和后束的方向摆动，所以一般不需要改变其余的轮导向控制臂74。在此，在无进一步修改的情况下便能实现尤其是处在基于弹性运动学的转向运动的轮转向角范围内并且对于有效影响行驶动力学足够大的轮转向角。但同样可以提出，将轮悬架修改成实现更大的转向范围(Lenkeinschlaege)。
由于在针对具体车辆的集成后桥托架上的受限制的安装条件，很难针对不同车辆建立轮导向部件1的统一结构。能想到的是，对于每个车辆制造商建立一种专门调谐的结构。而对于所述的轮导向部件提出，该轮导向部件能集成在非转向车轮的常规轮悬架结构中并且在这种情况下能适应设计不同的轮悬架结构的受限的结构空间条件。同时，如下面还更详细阐明地，实现一种紧凑的结构型式。
如图2所示，轮导向部件1主要由3个主要组件构成：车身侧的接头5，该接头包括橡胶支承件4连同内置的针对具体车辆的橡胶支承件3；机电式驱动单元6和针对具体车辆的转向横拉杆适配器7，该转向横拉杆适配器由传动杆9和轮毂托架侧的接头11形成。
车身侧的接头5借助一螺纹套8与机电式驱动单元6相连接。在此，在最终安装时将车身侧的接头5定位成相对于机电式驱动单元6的纵向轴线A处在一与结构空间条件相适应的角位置中，并借助螺纹套8将其锁止在该位置中。一般来说，能够相对于机电式驱动单元6将车身侧的接头5定位在任意的角位置中并通过螺纹套8将其固定地保持在该位置中。由此，轮导向部件1能适应所存在的结构空间条件。另外，通过使用螺纹套8使两个壳体接口具有非常紧凑的结构型式并且两个壳体部件——橡胶支承件4和模块壳体13——在负荷下被对称地加载，这使得材料和结构空间减少。图3a中示意性地示出车身侧的接头5围绕纵向轴线A的自由定位。
图3b、3c联系图2示出，轮毂托架侧的接头11构造成可更换的。通过使用传动杆适配器7、7’，使轮毂托架侧的接头11的几何位置能改变并且轮导向部件1能适应所存在的结构空间条件。通过在传动杆9与机电式驱动单元6之间的统一的接口，使得传动杆适配器7、7’的使用成为可能并且能以简单的方式实现针对具体车辆的转向横拉杆长度10。在使用相同的机电式驱动单元6并且使用适合的车身侧接头5以及适合的转向横拉杆适配器7、7’的情况下实现不同的车辆应用。
由于机电式驱动单元6能相对于车身侧支承件5自由转动，集成后桥托架内部的借助附图标记12表示的不对称的壳体部分的位置更好地与局部不同的实际情况相适应。如图2所示，不对称的壳体部分12接纳控制单元20和锁止电磁装置(Verriegelungmagneten)18，它们的功能将在下面被阐明。
另外如图2所示，机电式驱动单元6由模块壳体13包围，该驱动单元主要由电机14和锁定装置18、24、35，该锁定装置用于阻止轮导向部件1的长度调节。电机14设置成与机电式驱动单元的纵向轴线A共轴。
图4a和4b中示出用于将电机14的转动运动转换成传动杆9的平移运动的传动装置15，该传动装置是一能预组装的组件。传动装置15包括行星传动机构22、滚珠丝杠传动机构23、锁止轮24和抗转动套筒25。
在此，行星传动机构22的行星齿圈/空心轮26被压装成与滚珠丝杠传动机构23的轴向支承件28的外圈27形锁合并且力锁合。借助附图标记29表示该压连接的位置。代替所示的压连接29，可使行星齿圈26和外圈27一体形成。另外，行星传动机构22的行星轮托架30被压装成与滚珠丝杠传动机构23的螺母31形锁合并且力锁合。或者，这里行星轮托架30和螺母31也可以一体形成。另外，锁止轮24与螺母31以形锁合和力锁合的方式相互连接，而抗转动套筒25与滚珠丝杠传动机构23的丝杠33以形锁合和力锁合的方式相互连接。在此，部分地在较硬的连接副上形成的滚花结构适用于形锁合和力锁合的连接。
在滚珠丝杠传动机构23的外圈27上设有螺纹34，借此使传动装置15能螺纹连接到机电式驱动单元6的模块壳体13中。
借助图5a和5b更详细地阐明锁定装置18、24、35的功能。在轮导向部件1的备用级/低效运行状态(Rueckfallebene)中，锁止电磁装置18在无电流情况下被接通。由此，被弹簧预载的磁挺杆35机械式地锁止到锁止环24的锁定片36中，并阻止轮导向部件1的调节运动。因为即使在后轮的转向过程中也能机械式地锁止轮导向部件1，所以通过由弹性体37脱耦的外锁定片36来对作用在磁挺杆35上的脉冲进行缓冲。通过对内圈39和锁定片36的成型部38来避免弹性体37在负载下的剪断。
借助图6a至6d阐明传动杆适配器7、7′的抗转动装置16：借助抗转动装置16在模块壳体13上支撑电机14的驱动力矩，由此产生滚珠丝杠传动机构33的线性运动、从而产生传动杆9的线性运动49。抗转动装置16优选是由塑料制成的、包括多个部件的构件。在此，外圈40与内圈41通过一注塑成型的弹性体嵌件42、借助这两个构件的成形部43以形锁合的方式弹性地相互连接。优选地，在外圈40上的弹性体嵌件42同时在将抗转动装置16沿轴向安装在模块壳体13中之后承担密封功能43。在外圈40上注塑成型的锁止凸耳44用于将抗转动装置16沿轴向锁止在模块壳体13中。
内圈41在抗转动装置16内形成丝杠33的滑动支承件45的功能，同时借助抗转动套筒25的压制成的花键廓形而形成径向支承。由于内圈41以弹性体方式嵌入(Elastomer-Einbettung)外圈40中，内圈41的支承力矩对侧面的加载被协调地平衡。由此，实现了噪声解耦。
优选地，在抗转动装置16的外圈40中集成有刮擦装置17的接纳部和波纹管19的接纳槽16。
下面参照图7描述机电式驱动单元6的安装过程。
将锁止电磁装置18插入模块壳体13中并且在该锁止电磁装置18的凸缘处以形锁合和力锁合的方式与该模块壳体相插接。
将用于将电机14的转动运动转换成传动杆9的平移运动的传动装置15旋入模块壳体13中。在此，通过一环绕的间隙47使行星传动机构22的齿圈26在声学和力学方面与模块壳体13解耦。通过这种声学解耦来衰减行星轮56的滚动噪声。为了在噪声方面实现优化，可选地将一阻尼环48集成到齿圈26中。
随后，将抗转动装置16沿轴向安装到模块壳体13中。在此，将抗转动装置16转动地穿入抗转动套筒25的花键廓形中并在撞到铲削部/凹部(Hinterdrehung)50的情况下借助锁止凸耳43沿轴向锁止。在安装相应的转向横拉杆适配器7、7′之后，借助在附图标记54表示的位置处进行的粘合过程使抗转动装置16相对于模块壳体13以不能转动的方式固定。
将波纹管19插入抗转动装置16的接纳槽46中。此时，抵靠止挡51将转向横拉杆适配器7、7′旋入具有内螺纹52的丝杠33中。在此，作用在丝杠33上的转矩由对置的六边形件53来支撑。这时，借助仍能在模块壳体13中转动的抗转动装置16来校准/定向转向横拉杆适配器7、7′相对于机电式驱动单元6的角位置。随后，通过在位置54处注入粘合剂将抗转动装置16与模块壳体13形锁合并且力锁合地固定从而不能(再)进行转动运动。
将电机14沿轴向插入模块壳体13中，其中，太阳轮55是电机14的组成部分并在安装过程中啮合到行星传动机构22的行星轮56中。电机14具有沿轴向设置的位置传感器57，该位置传感器通过内置在塑料中的导体线路58与沿轴向设置在前侧的插接装置59电气连接。或者，可以在用于与电机14连通的前侧上设置环形传感器60。在使用环形传感器60的情况下使得集成补偿弹簧61成为可能，该补偿弹簧在车辆静止或局部负载的情况下补偿作用在转向横拉杆上的压力。通过这种措施，在直行时电机14被卸载，这改善了能量平衡。另外，刚才提及的插接装置59包括用于电机相位62的电气接口。插接装置59的直径未超过电机的直径，由此实现了在模块壳体13中非常紧凑地沿轴向安装电机14。通过局部地在电机壳体上设置的滚花结构63以形锁合的方式将电机14固定在模块壳体13中。这时，通过螺纹套8安装车身侧的接头5。通过O型圈64密封两个壳体部分4、13。随后，进行控制单元20的安装。在轴向安装中，通过电气接口65使电机14和锁止电磁装置18与控制单元20接通，该电气接口是控制单元20的电路板的组成部分。通过安装盖件21进行轮导向部件1的最终组装。盖件21包括具有连出缆线32的外电气接口2，该连出缆线32连通至制动器控制设备或车辆总线(CAN)。可针对不同的车型单独地构造外电气接口2。在安装中，该外接口2与控制单元20的接口65接通。或者，控制单元20可集成在盖件21中，由此可省去在控制单元20的电路板与外电气接口2之间的电气接口65。在带有未示出的散热片的铝质盖件21的构型中，该盖件可用作冷却体。
附图标记列表
1轮导向部件
2外电气接口
3橡胶支承件
4支承件壳体
5车身侧的接头
6机电式驱动单元
7转向横拉杆适配器
8螺纹套
9传动杆
10转向横拉杆的长度
11轮毂托架侧的接头
12不对称的壳体部分
13模块壳体
14电机
15传动装置
16抗转动装置
17刮擦装置
18锁止电磁装置
19波纹管
20控制单元
21盖件
22行星传动机构
23滚珠丝杠传动机构
24锁止环
25抗转动套筒
26行星齿圈
27外圈
28轴向支承件
29压连接
30行星轮托架
31螺母
32连出缆线
33丝杠
34螺纹
35磁挺杆
36锁定片
37弹性体
38成型部
39内圈
40外圈
41内圈
42弹性体部件
43成形部
44锁止凸耳
45滑动支承件
46接纳槽
47间隙
48阻尼环
49线性运动
50铲削部
51止挡
52内螺纹
53六边形件
54用于注入粘合剂的位置
55太阳轮
56行星轮
57位置传感器
58导体线路
59插接装置
60环形传感器
61补偿弹簧
62电机相位
63滚花结构
64O型圈
65电气接口
66轮毂托架
67摆动支承结构
68摆动支承结构
69转向横拉杆
70横向控制臂
71副车架
72固定点
73
74轮导向控制臂
75弹簧滑柱组件
76轮支承结构
77a、77b支承侧板
78
79轮驱动轴
80差速传动装置
81法兰

Claims (13)

1.一种用于调节机动车车轮的轮转向角的转向装置，所述转向装置包括至少一个轮导向部件(1)，通过所述至少一个轮导向部件使所述车轮的轮毂托架(66)与车身相连接，其中，所述轮毂托架(66)能围绕一基本平行于轮平面延伸的转动轴线摆动，所述轮导向部件(1)以与所述转动轴线间隔开的方式铰接在所述轮毂托架(66)上并且能借助一机电式驱动单元(6)来调节所述轮导向部件的长度，其中，所述机电式驱动单元(6)一方面通过传动杆(9)与轮毂托架侧的接头(11)相连接以形成一摆动支承结构(67)，通过所述摆动支承结构实现与所述轮毂托架(66)的连接，所述机电式驱动单元另一方面与车身侧的接头(5)相连接以形成另一摆动支承结构(68)，通过该另一摆动支承结构实现与车身的连接，其特征在于，所述车身侧的接头(5)能相对于所述机电式驱动单元(6)被定位和固定在相对于所述机电式驱动单元(6)的纵向轴线(A)的任意的角位置中并且能借助一螺纹套(8)被固定在该位置中，使得所述轮导向部件(1)能适应所存在的结构空间条件。
2.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，所述转向装置用于调节机动车后轮的轮转向角。
3.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，所述轮毂托架侧的接头(11)构造成能被更换；通过使用传动杆适配器(7、7’)能改变所述轮毂托架侧的接头(11)的几何位置以使所述轮导向部件(1)适应所存在的结构空间条件。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的转向装置，其特征在于，所述机电式驱动单元(6)具有电机(14)，所述电机设置成与所述机电式驱动单元(6)的纵向轴线(A)共轴。
5.根据权利要求4所述的转向装置，其特征在于，所述电机(14)在中间连接有行星传动机构(22)的情况下致动一滚珠丝杠传动机构(23)，所述滚珠丝杠传动机构将所述电机(14)的转动运动转换成一传动杆(9)的平移运动并引起对所述轮导向部件(1)的长度的调节。
6.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，所述机电式驱动单元(6)具有电机(14)，所述电机设置成与所述机电式驱动单元(6)的纵向轴线(A)共轴，所述电机(14)在中间连接有行星传动机构(22)的情况下致动一滚珠丝杠传动机构(23)，所述滚珠丝杠传动机构将所述电机(14)的转动运动转换成一传动杆(9)的平移运动并引起对所述轮导向部件(1)的长度的调节。
7.根据权利要求6所述的转向装置，其特征在于，所述传动杆适配器(7、7′)能借助螺纹(52)旋入所述滚珠丝杠传动机构(23)的丝杠(33)中。
8.根据权利要求5所述的转向装置，其特征在于，所述行星传动机构(22)和所述滚珠丝杠传动机构(23)都不构造成自锁式的；其中，设有锁定装置(18、24、35)，所述锁定装置使一由锁止电磁装置(18)致动的磁挺杆(35)与一同所述滚珠丝杠传动机构(23)连接的锁止环(24)相接合，以便禁止对所述轮导向部件(1)的长度调节。
9.根据权利要求4所述的转向装置，其特征在于，在所述机电式驱动单元(6)的壳体(13)中与所述电机(14)相邻地设有一控制单元(20)。
10.根据权利要求4所述的转向装置，其特征在于，所述电机(14)具有至少一个用于确定转子位置的传感器(57、60)。
11.根据权利要求10所述的转向装置，其特征在于，所述传感器构造为沿轴向设置在所述电机(14)上的位置传感器(57)或构造成与所述电机(14)的转子相连接的环形传感器(60)。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的转向装置，其特征在于，所述轮导向部件(1)是独立轮悬架结构的横向控制臂(70)和/或转向横拉杆(69)。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的转向装置，其特征在于，所述机电式驱动单元(6)、所述轮毂托架侧的接头(11)和所述车身侧的接头(5)实施成能被独立处理的组件。
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