CN102256831A - 具有由复合材料制成的降噪部件的转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有转向盘(1)、上转向轴(2)、下转向轴(3)和转向传动装置(4)的转向系统，该转向系统具有伺服驱动器或叠加驱动器(100、200、300)，其中，至少一个壳体部件由以复合材料实现的金属板制成，该复合材料具有第一金属层和第二金属层，在该第一金属层与该第二金属层之间设置有由粘弹性材料或弹性体制成的层。

Description

具有由复合材料制成的降噪部件的转向系统

技术领域

本发明涉及一种具有如权利要求1的前序部分所述的特征的转向系统。

背景技术

转向系统、尤其是带有电动力辅助设备的转向系统包括大量可能的噪音源。例如，这些噪音源可以是经由系杆安装在该转向机构中的转向盘的机械效应。此外，该转向机构的可旋转部件与齿条或与其它连接于系杆的连杆之间的机械接合也是噪音源。带有减速齿轮的电动伺服驱动器是另一潜在的噪音源。对于内部隔音特别良好并因此在运转期间是安静的机动车辆，这种噪音以特别负面的方式吸引了人们的注意力。随着混合动力车和带有电气驱动器的车辆的预期增加，可以预计到，由于来自内燃机的发动机噪音的部分或全部消失，内部的噪声级将会再一次降低。

在此背景下，意欲吸收和/或减弱其它噪音源。这同样涉及转向系统、并且特别涉及电动力转向系统，这是因为使用电动力驱动器会产生能够引起驾驶员注意的噪音谱。

转向系统的范围内的常见噪音抑制措施是将转向管柱、并且特别是转向传动装置设置成将其装配在橡胶-金属衬套中。这一设置避免了噪音从转向装置传递至车身。然而，这样一来，无论是噪音本身的发生还是借助于空传噪音的传递都没有得到减弱。该转向装置的部件也塞满了泡沫塑料或设置有隔音材料。这些措施是费事的并导致了增加的重量和增加的成本。

发明内容

因此，本发明的目的是形成一种转向系统，其中，以简单的方式减弱了该转向系统在运转中在机动车辆内部产生的噪音。

该目的通过具有如权利要求1所述的特征的转向系统来实现。在从属权利要求所述的特征中呈现出了本发明的优选实施方式。

附图说明

下面借助于附图对本发明的示例性实施方式进行更为详细的说明。

图1：示出了带有可调转向管柱的电动力辅助转向系统；

图2：示出了电动伺服驱动器的垂直于该转向管柱的横截面；

图3：在电机的纵剖面中示出了图2的驱动器；

图4：示出了用于在电动转向系统中使用的带有内部减速齿轮的电动伺服电机；

图5：在纵剖面中示出了图4的电机，并且电机与齿轮部件分离；

图6：在立体图中示出了图5的电机；

图7：示出了电力辅助转向传动装置，其中，伺服电机被设置成平行于齿条；

图8：示出了通过电力转向系统的循环滚珠式传动装置的纵截面；

图9：示出了图7的电机的剖视立体图；

图10：示出了带有根据本发明的调节电机的电动可调转向管柱，以及

图11：示出了带有保持板和根据本发明的电机的电动可调转向管柱的另一示例。

具体实施方式

图1示出了转向系统，其中，转向盘1经由上转向轴2和下转向轴3连接于转向传动装置4。该转向传动装置4设计成齿条转向机构，其中，下转向轴3的传动齿轮在接合区域5中与在壳体4中可纵向移动的齿条6啮合。齿条6又连接于两个系杆7，系杆7经由球头轴8操作车辆前轴的导向轮。

转向系统设置有安装在车身的控制台11中的可调转向管柱10。在这方面，该转向系统是示意性的，在此示出了叠加转向机构中的伺服驱动器或叠加传动装置的三个可能的位置。第一位置100示出了上转向轴2所处的区域中的可能的伺服驱动器或叠加传动装置。附图标记200示出了分配给转向传动装置4上的齿轮接合区域5的电动力辅助驱动器。最后，附图标记300示出了另一位置，在该位置处，电动辅助驱动器可以设置成直接连接于齿条，该电动辅助驱动器例如是与齿条同轴设置的中空轴电机或者是横向地间隔开并经由同步带传动器驱动齿条的电机。在这两种情形下，循环滚珠式传动装置对于将旋转运动转换成直线运动而言是有利的。

图2示出了带有蜗杆驱动器102的电机101，该电机101可以作用在上转向轴2或下转向轴3上。

图3在沿电机轴103的纵剖面中示出了图2的电机。该电机具有其中设置有定子组件105的罐状壳体104。转子106以抗扭转的方式连接于滚珠轴承安装的电机轴103。弹性联轴器107驱动同样是滚珠轴承安装的蜗杆轴108。蜗杆轴108与以抗扭转的方式设置在上转向轴2上的涡轮109啮合。因此，电机101的电流馈电引起上转向轴2沿一个方向或另一个方向旋转。

图4在立体图中示出了带有附装传动装置的电动伺服电机200。电机200被设置为具有同轴的输入轴3和输出轴201的单元，其中，输出轴201可以形成为与图1的区域5中的传动齿轮相连或与其形成为一体件。电机200具有连接于结构单元的电机部分202和传动部分203。辅助驱动器设置有由200表示的位置，用于集成在图1中。

图5示出了图4的驱动器，其在纵剖面中被拉开。传动部分203安装在外壳204中，该外壳204在远离电机202的一侧上具有正面，该正面具有用于下转向轴3的滚珠轴承205的同轴钻孔。该正面附连有圆筒区域，该圆筒区域设置有用于装配电机202的沟槽206。电机202又具有基本上呈圆筒形套筒状的壳体207，该壳体207在远离传动部分203的一侧上由壳盖208封闭。壳盖208为连接于转向传动装置的轴210而保持居中设置的滚珠轴承209。在面向传动部分203的一端上，圆筒状的壳体207由盖子211封闭，该盖子211可以形成为深长的部分并且具有以下特点的形状：一方面，该形状与沟槽206相一致，另一方面，该形状允许在内部空间中存在联轴器212和另一滚动轴承213。

图6在另一立体图中示出了电机部分202。电机壳体207具有设置成用于将电机203附连于转向传动装置4或机动车辆的底盘的保持架213。该保持架213可以被设计成呈支架形式的金属板成形部件，其以粘附的方式结合于或焊接于电机壳体207。

图7示出了处于平行于齿条4设置的位置中的电动伺服驱动器300的配置。电机300具有电机部分301和传动部分302，其电动部件和机械部件同样设置在金属板成形部件上的壳体中。伺服驱动器300经由传动齿轮303和同步带304驱动循环滚珠305，该循环滚珠305又经由滚珠丝杠307在未在图中示出的转向机构壳体中沿齿条6的纵向方向移动该齿条。

图8在纵剖面中更为详细地示出了循环滚珠305。附图标记标示了已在图7中描述的部件。在该图中，示出了转向机构壳体4，该转向机构壳体4被设计为薄壁部件，并且在其正面上具有用于附连壳盖311的凸缘310。同时，壳盖311被设计为用于滚珠丝杠驱动器305的滚动轴承312的轴承座。传动装置壳体302一方面附连于壳盖311，并且另一方面附连于转向机构壳体4(未示出)。

最后，图9在局部剖视立体图中示出了电机壳体400，其中，定子组件401插入到该电机壳体400中。设置两个环402和403以将定子组件401固定在电机壳体400中。这两个环沿周向方向具有波纹状的横截面。当将定子组件401插入壳体400中时，环402和403的径向外置表面区域紧靠在电机壳体400的内壁上，而环402和403的径向内置区域紧靠在定子组件401上。定子组件401的外径小于电机壳体400的内径，使得在壳体400与定子组件401之间不存在直接的机械接触。

细节405示出了通过图9中的环402的横截面。

在图10中。示出了电动可调转向管柱，其中，转向盘可以借助于调节电机501在其位置中沿转向轴2的纵向轴线移动。为此，电机501的电动力经由包括涡轮502和齿轮503的齿轮连接机构传递至螺杆轴504。该螺旋运动经由螺母505转换为平移运动，该平移运动经由驱动器单元506传送至上管套12a。通过将电机支承在车身侧上的下管套单元12b上，由此可以在上管套单元12a与下管套单元12b之间做出纵向调整。转向盘1附连其上的转向轴2枢转安装于上管套单元12a。

根据基于本发明的实施方式，电机501的壳体包括复合材料，该复合材料包括多层夹层状的金属板，其中，正如已利用本发明的另一示例性实施方式所描述的那样，在两个金属层之间设置有由弹性体或粘弹性材料组成的层。此外，支承附件507和508有利地也由该复合材料制成。通过同样由该符合材料制成的用于驱动器装置506的保持架509可以有利地进一步增加隔音和/或噪音抑制的效果。这样，从电机传递至牢固地附连于车身的下管套单元12b并传递至可移动的上管套单元12a的所有振动都可以得到减弱或吸收。

例如，在下管套单元12b相对于车身可枢转地附连在支承装置(此处未示出)中的情况下，本申请也可以在垂直可调的转向管柱上实现。

在图11中，示出了本发明的用于可纵向电动调整的转向管柱的另一实施方式。在此，与对应于图10的方案相比，于此设计为管的上管套单元12a通过电动调节机构相对于同样设计为管的下管套单元12b在转向轴2的纵向方向移动。支承在车身上的电动调节机构由电机601组成，该电机601将其旋转运动经由传动装置602传送成调整心轴603的旋转运动。调整心轴603被支承在包括保持板605的支承部604中。该旋转运动经由螺母606转换成平移运动。该平移运动经由联接元件607传送至管套单元。在此，可以想象到并且可能的是，借助于相应的运动学，在转向轴12在纵向方向位移的同时，相对于该纵向方向绕旋转中心608实现旋转。在现有技术中，用于转向管柱的一系列不同种类的这种可电动控制的调整系统是已知的，故可在此省略这种装置的详细设计特征。

根据本发明，将下列元件中的单个或全部设置成由已述复合材料制成：

电机601的壳体、支承装置604的保持板605和用于将驱动器607附连于管套单元的连接元件。此外，如已经大体上解释的那样，优选地，该保持控制台11也由该复合材料制成，其中，转向管柱在车辆中附连到该保持控制台11上。

在这方面，利用现有技术中基本上已知的所述部件，存在多个在运转期间产生结构噪音和空传噪音的噪音源。

根据本发明，通过在不同位置使用复合材料来吸收和/或减弱这些噪音源。复合材料是多层夹层状的金属板，其中，在两个金属层之间设置有由弹性体或粘弹性材料组成的层。这两个金属顶层可以由钢或轻金属制成，金属外层的壁厚优选地处于0.3mm-1mm的范围中。其间的隔音层的厚度也可以是0.3mm-1mm。这种复合材料可以是板状的或条状的，并且可以基本上与传统钢板一样进行加工。具体来说，同样可以对其进行冲孔、镗孔和深拉。该金属板优选地通过粘附结合而连接于其它机械部件。

下面说明在图1到图11中的部件中，金属板用于隔离噪音的位置。

在图1中，转向管柱10的控制台11可以由上述复合材料例如在深拉工艺中制成。该部件也可以用模子压制而成。上转向轴2在可由复合金属板制成的管套12中移动。另外，转向管柱10悬挂在支架13上，该支架13也可以由复合材料制成。下面进一步描述的部件也可以通过使用复合材料而被制成用以吸收和/或减弱噪音。

用于伺服电机200的壳体可以被深拉或滚压为罐。伺服电机300的壳体可以由该复合材料制成。最后，整个转向机构壳体4也可以由该复合材料制成。下面将会对其进行更加详细地说明。

在图2和图3中，罐状电机壳体104由通过聚合体层110示出的复合材料制成。这同样适用于其中安装有蜗杆轴108的壳体111。

特别地，对于图4、图5和图6的示例性实施方式，套筒形的电机壳体207可以由复合材料制成，使得电机向外产生的噪音被吸收和/或减弱。为此，壳体207具有嵌入到金属板管套中的聚合体层或粘弹性层220。同理，盖子211由复合材料制成。聚合体层221嵌入盖子211中。正面上的盖208同样可以由所述复合材料制成以完善隔音。在此，隔音层由222表示。

图5中的传动部分203设置有由吸收和/或减弱噪音的复合材料组成的罐形壳体。在此，复合材料具有粘弹性的或弹性材料的中间层223。

减弱结构噪音可以经由保持架213来实现，其中，当图4至图6的伺服驱动器处于运转中时，要求减弱结构噪音。保持架213形成为图6中下侧上的支架，并且由复合材料制成。这些支架优选地以粘附的方式结合于电机的壳体202。上述设置的支架213可以制成为金属板成形部件。利用这种设置，复合材料有效地抑制了会从伺服电机202传递至支承结构部件、即底盘或转向传动装置4的结构噪音。

在图6的保持架213或图1的支架13以适当的方式、即在噪音生成部件并不与支承结构发生直接的金属接触的情况下旋接于车身的情况下，那么橡胶轴承、橡胶-金属衬套等就可以被省却。从而使安装更加简单、低廉并更为严密。

在图7到图9中，示出了根据本发明的转向系统的用于噪音吸收和/或噪音减弱实施方式的其它示例。在图7中，电机301的壳体、传动装置壳体302和/或管状滚珠螺母305可以由复合材料制成。特别地，在齿条转向机构的情况下，在传动齿轮和齿条6的接合区域5之间设置有一部件，通常是管状转向机构壳体4，其由复合材料制成。壳盖311也可以具有粘弹性的隔音层。在此，该层由313和314表示。

最后，图9中，将所示电机的壳体400设置成使其由复合材料制成。为此，在套筒形壳体中设置有隔音层410，该隔音层410将内壳壁与外壳壁在声学上隔离开。公差环405提供了进一步的脱离联接的可能性，其中，该公差环405由在中间具有粘弹性的隔音层411的复合材料制成。

最后，在图9的电机的情况下，将定子叠片设置成使其由复合材料制成。同理，未示出的转子的铁芯叠片也可以由复合材料制成。

可以以适当的方式加工最初描述的复合材料，从而可以制造所述部件。其可以形成，由此必须要注意的是该中间层不发生移动。该材料可以被弯曲、拉伸、镗孔和冲孔。当成形时，该材料可以直接以这样一种方式成形，使得形成适当的轴承座，例如图8中的用于滚动轴承312的轴承座或图5中的用于滚动轴承205和209的轴承座。将复合材料用于转向系统的各种部件的优点也是，可以省却其它隔音措施，例如塞满泡沫材料或使用额外的密封件。由此，又可以降低重量。由于在使用金属板壳体的情况下，会预期发出更多的噪音，所以，虽然技术上具有可行性，但迄今为止已用在转向系统中的在固有属性上较重的铸造金属壳体尚未或者很少被金属板壳体所取代。复合材料的使用去除了这一缺陷，使得现在的转向机构壳体或其部件也可以由板状复合材料制成，并可省却铸造金属壳体。

在将部件设计成由复合材料制成的情况下，所必须注意的是：复合材料尽可能包封住整个噪音源，例如电机、液压泵、轴承壳套或快速旋转的齿轮，由此，使得尽可能与其余部件和环绕的车身部件必存在纯金属连接。

在本发明的另一特别实施方式中，将包括电活性聚合物的层在该复合材料的两个金属层之间用作中间层。该层与电场或磁场起反应，并且特别适合于包封住电机或适合于在电机中使用用于定子和转子的铁芯叠片。频率特性可以借助于对应的设计利用层厚和/或聚合物层中的电活性元素的比例来具体控制。这样，可以获得对某些临界频率的噪音的特别良好的抑制和/或隔离功能。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的转向系统，包括：转向盘(1)、上转向轴(2)、下转向轴(3)和电气驱动器(100、200、300、501、601)，其中，所述上转向轴(2)以枢转安装的方式保持在管套单元(12)中，并且所述电气驱动器能够直接地或间接地连接于车身，其特征在于，至少一个壳体部件和/或一个保持部件由以复合材料实现的金属板制成，其中，所述复合材料具有第一金属层和第二金属层，在所述第一金属层与所述第二金属层之间设置有由粘弹性材料或弹性体制成的层。

2.根据权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述转向管柱具有由所述复合材料制成的控制台(11)。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的转向系统，其特征在于，电机壳体(104、207、208、400)由所述复合材料制成。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的转向系统，其特征在于，定子组件(401)借助于由复合材料制成的公差环(402、403)附连在所述电机壳体(400)中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的转向系统，其特征在于，所述转向管柱(10)经由由复合材料制成的支架(13)附连于所述控制台(11)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的转向系统，其特征在于，所述上转向轴(2)设置在由复合材料制成的管套(12)中。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的转向系统，其特征在于，所述电气驱动器(100、200、300、501、601)是用于可轴向和/或垂直调整的转向管柱的驱动器。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的转向系统，其特征在于，所述电气驱动器(100、200、300、501、601)是用于动力转向系统的驱动器。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的转向系统，其特征在于，所述电气驱动器(100、200、300、501、601)是用于叠加转向系统的驱动器。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的转向系统，其特征在于，在由复合材料制成的保持架(213)上设置有伺服电机或叠加驱动器。

Images