CN103562048B - 电伺服转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电伺服转向系统（1），特别是用于汽车的助力转向系统，其包含：丝杠（2），该丝杠包含沿轴向不可移动地支承在支架（3）中的螺母（4）和沿轴向可移动的构件（5），该构件的外螺纹（6）与螺母（4）的内螺纹（7）相啮合；以及伺服电机（8），在该伺服电机的轴（9）与螺母（4）或一个与螺母（4）不可相对旋转地连接的圆盘（10）之间设置牵引机构（11），以用于将伺服电机（8）的轴（9）的旋转运动传递到螺母（4）上。为了提供这样一种电伺服转向系统，使其运行噪声简单地降低到最小程度并具有甚小的损耗功率，由此规定牵引机构（11）由至少一个绳或索形式的第一绳索（12）和一个第二绳索（13）形成，并且各绳索（12，13）如此至少间接地设置在伺服电机（8）的轴（9）上，使得在伺服电机（8）的轴（9）旋转时一个绳索（12，13）在轴（9）和该绳索（12，13）之间无打滑地卷绕在轴（9）上并且一个绳索（12，13）则从其上退绕。

Description

电伺服转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的电伺服转向系统，特别是用于汽车的助力转向系统，其包含丝杠，该丝杠包含沿轴向不可移动地支承在支架中的螺母和沿轴向可移动的构件。

背景技术

DE10304189A1介绍一种用于机动车的电伺服转向系统，其包含丝杠，该丝杠包含一个沿轴向不可移动地支承在支架中的螺母和一个可沿轴向移动的构件，该构件的外螺纹与螺母的内螺纹相啮合。一个伺服电机在其轴上配有齿形皮带轮，螺母具有一个与之不可相对旋转地连接的、构成为齿形皮带轮的圆盘，设置一条齿带作为牵引机构，借以将伺服电机的轴的旋转运动传递到螺母上。

在采用这种牵引传动装置的情况下，伺服电机的电机轴承上的径向力以及通常构成为球循环螺母的丝杠螺母上的径向力都是不可避免的，因为所用的齿带必须是被预紧的。可沿轴向移动的构件和伺服电机从而会经过与相关支承力矩有关的力而受到加荷。此外，齿带的预紧也会提高现有的支承部位的摩擦，从而总体上减小助力转向系统的移动力。按现有技术的这种助力转向系统的另一个缺点在于：由于齿啮合和由于齿带的未与齿盘相啮合的部位的振动，亦可能增大这种助力转向系统的运动噪声。

发明内容

本发明的任务是提供这样一种电伺服转向系统，其运行噪声可简单地被减小到最低程度，并且这种电伺服转向系统具有很小的损耗功率。

上述任务是利用根据本发明的用于机动车的电伺服转向系统解决，该电伺服转向系统包含：丝杠，该丝杠包含沿轴向不可移动地支承在支架中的螺母和沿轴向可移动的构件，该构件的外螺纹与螺母的内螺纹相啮合；以及伺服电机，在该伺服电机的轴与螺母或一个与螺母不可相对旋转地连接的圆盘之间设置牵引机构，以用于将伺服电机的轴的旋转运动传递到螺母上。牵引机构由至少一个绳或索形式的第一绳索和一个第二绳索形成，并且各绳索如此至少间接地设置在伺服电机的轴上，使得在伺服电机的轴旋转时一个绳索在轴和该绳索之间无打滑地卷绕在轴上并且一个绳索则退绕，并且在伺服电机的轴旋转时，一个绳索呈螺旋状地卷绕在轴上或卷绕在一个与该轴不可相对旋转地连接的圆盘上和/或卷绕在与螺母不可相对旋转地连接的圆盘上，其中，为了使一个绳索在伺服电机的轴上或在圆盘上和/或在与螺母不可相对旋转地连接的圆盘上实现卷绕和退绕，在轴的表面上或在圆盘的表面上或在与螺母不可相对旋转地连接的圆盘的表面上设置支持性的几何构形，绳索嵌入在所述几何构形中。

由于牵引机构由至少一个绳状或索状的第一绳索和一个绳状或索状的第二绳索形成，这些绳索如此至少间接地设置在伺服电机的轴上，使得在驱动轴旋转时一个绳索在轴和该绳索之间无打滑地至少间接地卷绕在该轴上并且一个绳索则从其上退绕，从而提供了一种伺服转向系统，其中可以实现几乎无预紧地从伺服电机至螺母的转矩传递，但是尽管如此仍然排除了驱动绳索的滑转。此外，消除了由于绳索上的各元件(这些元件可以促成绳索和轴或螺母上的圆盘之间的用于传递转矩的形锁合)的可能啮合之故而造成的运行噪声。

按电伺服转向系统的一个特别优选的实施例，这些绳索各自以其一个端部被固定在伺服电机的轴上。绳索端部的固定可以形锁合地或力锁合地在该轴上或在一个与该轴不可相对旋转地连接的圆盘上予以实现。在此这两个绳索的端部特别有利地彼此隔开轴向距离地固定在所述轴上，从而使得在该轴旋轴时这些绳索可沿一个方向或另一个方向呈螺旋状卷绕或退绕。各绳索可以是单个的、不相互连接的绳索。但这些绳索也可以是一个循环的环形的牵引机构的一部分，该牵引机构围绕伺服电机的轴的圆周和与螺母不可相对旋转地连接的圆盘的圆周缠绕。

这些绳索以一个剩余包缠角且优选各自以一个端部安置在或固定在伺服电机的驱动轴上。在伺服电机的轴转动时，一个绳索呈螺旋状地卷绕在该轴上或者卷绕在一个与该轴不可相对旋转地连接的圆盘上；一个绳索则从该轴或相应的圆盘上呈螺旋状地退绕。针对与螺母不可相对旋转地连接的圆盘而言，对于相应的绳索实现相反的过程。

为了支持相关绳索的呈螺旋状的卷绕且从而为了防止某个绳索的两个匝数的叠加，以及为了提高该绳索在伺服电机的轴上的摩擦锁合，或者为了提高在伺服电机的圆盘上的摩擦锁合和/或为了提高在与螺母不可相对旋转地连接的、该绳索嵌入在其中的圆盘上的摩擦锁合，根据电伺服转向系统的一个有利的具体实施方式，在轴和/或圆盘的表面上设置支持螺旋状的卷绕和支持摩擦锁合的几何构形，如某种围绕轴或圆盘的圆周呈螺旋状伸延的沟槽，绳索嵌置在所述沟槽中。

支持性的几何构形优选在伺服电机的轴上和/或在圆盘上促成绳索的相同的引入角和引出角。这一点优选通过该轴上和该圆盘上的支持性的螺旋状几何构形的相同螺旋角予以实现的。按照本发明的助力转向系统的一个特别优选的实施例，为了保护这些绳索，特别是避免产生裂纹，至少在该轴和绳索之间和/或在圆盘和绳索之间设置转矩限制装置。该转矩限制装置可以由滑动离合器形成。

这些绳索本身可以具有一种无凹凸结构的表面并且优选在其表面上构成为基本上平滑的牵引索或牵引绳。在此索这个概念指的是一个唯一的纤维或唯一的牵引金属线；而牵引绳则指的是多股绞合起来的索。为了形成牵引绳，也可使用多个由不同材料制成的索。这些绳索优选以一个至少大约为540度的剩余包缠角围绕轴或伺服电机的轴上的圆盘卷绕。

作为用于形成绳索的材料，适合的有非金属材料或金属材料如钢。此外，例如适合的是，绳由芳纶纤维、碳纤维、UHMWPE纤维(超高分子量聚乙烯)或E-玻璃纤维(无碱玻璃纤维布)和由此形成的粗纱或针织物和类似物形成。此外，为了形成绳索，还可采用上述材料的混合物。

在一个特别优选的实施例中，这些绳索具有圆形的横截面形状，而且优选具有小于2mm的直径。

为了使伺服电机的功率供给特性适配于转向功率需用量的特性，则必须通过所形成的牵引传动装置来改变转矩和转速。

仅作为示例，在助力转向系统的一个特别优选的实施例中，选择了伺服电机的轴和与螺母不可相对旋转地连接的圆盘之间的传动比为1:2至1:10。

附图说明

下面将参照一个实施例对本发明作说明，并参照附图详细阐述。附图表示：

图1根据本发明的一种电伺服转向系统的一个局部的、非按比例的纵剖面图；

图2用于如图1中所示的电伺服转向系统的一个牵引传动装置的示意透视图。

具体实施方式

图1中以一个纵剖面示出用于轿车的构成为电动的齿条助力转向系统的伺服转向系统1。在一个构成为圆柱形的转向器壳体15的支架3中支承构成为齿条16的、可沿轴向移动的构件5。与齿条16相平行，在转向器壳体15的一个径向法兰17上固定一个伺服电机8。齿条16在一个啮合区段上与转向轴上的一个未示出的小齿轮相啮合，并在一个主轴区段20上具有外螺纹6，该外螺纹与一个螺母4的球循环螺纹或内螺纹7相啮合。螺母4和主轴区段20形成一个丝杠2。螺母4与一个圆盘10不可相对旋转地连接并且经过一个径向轴承21支承在一个构成为壳体盖22的支架件上。

在伺服电机8的一个轴9上固定着另一个圆盘10′，该圆盘与圆盘10相比具有较小的直径。亦如图2所示，一个构成为循环绳索的牵引机构11是经过这两个圆盘10、10′被牵引的，并形成一个在拉伸运行中没有夹紧机构被操作的牵引传动装置23。牵引机构11在其总长度上具有始终不变的、圆形的横截面并且由高强度的塑料纤维绳构成，其第一绳索12和第二绳索13在圆盘10的对置两端上在其圆周的反向的两侧上引导出来。

围绕两个圆盘10、10′的圆周设置支持牵引机构11在圆盘10、10′上的定位的几何构形14，其构成为螺旋形的具有U形横截面形状的沟槽24、24′。

牵引构机11通常如此安放在相关的圆盘10、10′的圆周上，从而获得了一个至少为540°的剩余包缠角。因此，从轴9至螺母4的转矩-转速传递总仅是由相应的行进到轴9上的绳索所承担。在轴9向右转动时是由绳索12承担。驱动的或即使被传动的圆盘的打滑现象都是系统地排除的。转矩的传递可以几乎无预紧地实现。在使用齿带作为牵引机构时通常由于齿啮合而产生的干扰性运行噪声是不存在的。由于自由的牵引机构部位与齿带传动装置相比显著较小的质量，所以谐振频率远远地处于对于转向噪声重要的频率范围之上。

附图标记清单

1电伺服转向系统

2丝杠

3支架

4螺母

5可轴向移动的构件

6外螺纹

7螺母内螺纹

8伺服电机

9轴

10，10′圆盘

11牵引机构

12第一绳索

13第二绳索

14支持性的几何构形

15转向器壳体

16齿条

17径向法兰

20主轴区段

21径向轴承

22壳体盖

23牵引传动装置

24，24′沟槽

Claims (17)

1.用于机动车的电伺服转向系统，其包含：丝杠(2)，该丝杠包含沿轴向不可移动地支承在支架(3)中的螺母(4)和沿轴向可移动的构件(5)，该构件的外螺纹(6)与螺母(4)的内螺纹(7)相啮合；以及伺服电机(8)，在该伺服电机的轴(9)与螺母(4)或一个与螺母(4)不可相对旋转地连接的第一圆盘(10)之间设置牵引机构(11)，以用于将伺服电机(8)的轴(9)的旋转运动传递到螺母(4)上，其特征在于：牵引机构(11)由至少一个绳或索形式的第一绳索(12)和一个第二绳索(13)形成，并且各绳索(12，13)如此至少间接地设置在伺服电机(8)的轴(9)上，使得在伺服电机(8)的轴(9)旋转时一个绳索(12，13)在轴(9)和该绳索(12，13)之间无打滑地卷绕在轴(9)上并且一个绳索(12，13)则退绕，并且

在伺服电机(8)的轴(9)旋转时，一个绳索(12，13)呈螺旋状地卷绕在轴(9)上或卷绕在一个与该轴不可相对旋转地连接的第二圆盘(10′)上和/或卷绕在与螺母(4)不可相对旋转地连接的第一圆盘(10)上，其中，为了使一个绳索(12，13)在伺服电机(8)的轴(9)上或在第二圆盘(10′)上和/或在与螺母(4)不可相对旋转地连接的第一圆盘(10)上实现卷绕和退绕，在轴(9)的表面上或在第二圆盘(10′)的表面上或在与螺母(4)不可相对旋转地连接的第一圆盘(10)的表面上设置支持性的几何构形(14)，绳索(12，13)嵌入在所述几何构形中。

2.按权利要求1所述的电伺服转向系统，其特征在于：

各绳索(12，13)分别以其一个端部固定在伺服电机(8)的轴(9)上。

3.按权利要求1所述的电伺服转向系统，其特征在于：

各绳索(12，13)构成一个唯一的循环的牵引机构(11)。

4.按权利要求1所述的电伺服转向系统，其特征在于：

支持性的、其中嵌入绳索(12，13)的几何构形(14)由螺旋形的沟槽(24，24′)形成。

5.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

绳索(12，13)在轴(9)上或在第二圆盘(10′)上的各一个引入角和引出角是相同的。

6.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

为了保护绳索(12，13)，至少在轴(9)和绳索(12，13)之间和/或在第二圆盘(10′)和绳索(12，13)之间设置转矩限制装置。

7.按权利要求6所述的电伺服转向系统，其特征在于：

转矩限制装置由滑动离合器形成。

8.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

绳索(12，13)具有基本上无凹凸结构的表面。

9.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

绳索(12，13)是平滑的牵引绳或牵引索。

10.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

各绳索(12，13)一起以至少一个540度的剩余包缠角围绕伺服电机(8)的轴(9)或第二圆盘(10′)放置。

11.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

绳索(12，13)作为由非金属材料或金属材料制成的绳或索构成。

12.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

绳索(12，13)由芳纶纤维、碳纤维、UHMWPE纤维或E-玻璃纤维或者由这些材料的混合物制成。

13.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

绳索(12，13)具有圆形的横截面形状。

14.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

绳索(12，13)的直径小于2mm。

15.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：

在伺服电机(8)的轴(9)和第一圆盘(10)之间的传动比选择为1:2至1:10。

16.按以上权利要求1至4中任一项所述的电伺服转向系统，其特征在于：该电伺服转向系统是用于汽车的助力转向系统的电伺服转向系统。

17.按权利要求11所述的电伺服转向系统，其特征在于：

金属材料是钢。