CN103717476A - 车辆中的转向系统 - Google Patents

Abstract

车辆中的转向系统具有用于传递转向角的转向轴（3）以及用于产生辅助的驱动力矩的电伺服电动机（7），所述伺服电动机与所述转向轴相耦合，其中所述转向轴和所述伺服电动机被容置在共同的轴承壳体（8）中。在电子装置电路板（40）上容置了用于对所述伺服电动机进行控制的电子组件，其中所述电子装置电路板具有凹部（41），所述转向轴从该凹部中穿过。

Description

车辆中的转向系统

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的、在车辆中的转向系统。

背景技术

车辆中的、已知的转向系统具有转向轴，驾驶员经由该转向轴通过对方向盘的操纵来预先给定转向角，所述转向角通过转向轴与齿条的耦合而转换成车辆的能转向的车轮的车轮转向角。为了进行转向力辅助，可以使用电伺服电动机，该伺服电动机例如按照DE 197 03 903 A1直接作用于所述转向轴并且向所述转向轴加载辅助的伺服力矩。

发明内容

本发明的目的是，利用简单的设计上的措施借助于紧凑的转向辅助结构来构造一种在车辆中的转向系统。

所述目的按照本发明利用权利要求1的特征来实现。从属权利要求给出了有利的改进方案。

借助于按本发明的转向系统，可以在车辆中将由驾驶员预先给定的转向角转换为能转向的车轮的车轮转向角。所述转向系统包括：一转向主轴或者转向轴，其与能由驾驶员操纵的方向盘相连接；以及一转向导杆，该转向导杆包括齿条，该齿条能由所述转向轴来操纵并且通过该齿条可以在能转向的车轮上设定所期望的转向角。为了进行转向力辅助而使用电伺服电动机，该伺服电动机有利地与转向轴相耦合。在操纵伺服电动机时，向转向轴的旋转运动加载辅助力矩。

在电伺服电动机的电动机轴与转向轴之间的动力耦合通过传动机构构件来实现，所述传动机构构件例如构造为蜗杆和蜗轮，其中所述蜗杆由电动机轴来驱动，并且所述蜗轮能够不可相对转动地与转向轴相连接。按照一种有利的实施方式，所述蜗杆与电动机轴一体构成。

转向轴和伺服电动机可以被容置在共同的轴承壳体中，其中电动机纵轴线有利地至少几乎正交于并且侧向偏置于转向轴轴线延伸。所述伺服电动机可以被保持在轴承壳体的轴承法兰上。尤其以下述方式将伺服电动机容置在轴承壳体中或者上：可以使用具有不同长度的定子的伺服电动机。

处于电子装置电路板上的电子组件用于控制所述电伺服电动机，所述电子装置电路板被保持在所述轴承壳体上。所述电子装置电路板具有凹部，所述转子轴从所述凹部中穿过，其中在安装的状态中所述电子装置电路板的平面至少几乎垂直于所述转向轴的纵轴线。以这种方式设计的转向系统紧凑地构成并且不仅沿着轴向方向而且沿着径向方向-关于转向轴纵轴线-具有较小的尺寸。被集成到轴承壳体中的电子装置电路板不要求较大的结构空间或者要求仅最小尺寸的结构空间。用于接纳转向轴的凹部被安装到轴承壳体中，所述电子装置电路板能够装入到所述凹部中，或者所述凹部能够被电子装置电路板遮盖。

所述转向轴从电子装置电路板中的凹部中穿过，该凹部要么构造成在四周被电子装置电路板包围的孔，或者构造成U形的凹部，该凹部一直延伸到所述电子装置电路板的边缘。

另一个优点在于，由于所述转向轴从电子装置电路板上的凹部中穿过，而使所述电子装置电路板位置正确地定心在轴承壳体中。沿着围绕转向轴纵轴线的旋转方向，可以通过设置在轴承壳体上的止挡或者形状配合连接元件来确定电子装置电路板的所期望的位置。总之，由此简化了安装。

按照一种有利的实施方式来规定，所述电子装置电路板不仅配备了功率电子装置而且配备了控制电子装置。在这种实施变型方案中，不仅功率电子装置而且控制电子装置都处于共同的电路板上，该电路板具有用于使转向轴穿过的凹部。而在一种替代的实施方式中则规定，功率电子装置和控制电子装置例如如此处于不同的、但是有利地相联接的电路板上，使得两个电路板被容置在一共同的电子装置壳体中。具有用于转向轴的凹部的电路板有利地是所述功率电子装置的基座，而第二电路板则接纳着所述控制电子装置。必要时，两个具有功率电子装置或者控制电子装置的电路板彼此折弯地、尤其是以90°角定向。在安装时，功率电子装置和伺服电动机的端子连接片或者连接触点必要时可以在一个共同的工作步骤中被焊接在电子装置电路板上。

按照另一种有利的实施方式，在所述伺服电动机的电动机轴的端面上布置了磁性元件，该磁性元件是转子位置传感装置的一部分，并且为该磁性元件配备了处于电子装置电路板上的、壳体固定地布置的磁场传感器。通过转子位置传感装置，可以确定电动机轴的当前的旋转位置。磁场传感器尤其是处于下述电子装置电路板上，该电子装置电路板正交于电动机轴纵轴线延伸。在此优选涉及一种电路板，该电路板附加于具有用于转向轴的凹部的电路板而设置并且优选与其围成至少几乎90°角。

在下述实施方式中——用于将电伺服电动机与转向轴耦合起来的传动机构部件构造为蜗杆和蜗轮，包括凹部的电路板优选与蜗轮相邻地布置。所述蜗轮与所述电子装置电路板在平行的平面中延伸。可能有利的是，在所述电子装置电路板与所述蜗轮之间布置了保护盘，该保护盘保护所述电路板或者布置在其上的电子装置电路板以防止受到源自蜗轮的脏物和润滑脂。

附图说明

其它的优点和有利的实施方式可以从其它权利要求、附图说明及附图中得知。附图示出了：

图1示出了车辆中的转向系统的示意图，其具有配属于该转向系统的转向轴的伺服电动机；

图2示出了轴承壳体连同伺服电动机和控制伺服电动机的功率及控制电子装置；

图3示出了按图2的实施方式，但是具有接纳伺服电动机的壳体区段的、所套装的外壳；

图4示出了用于接纳转向轴和伺服电动机的轴承壳体的、沿着电动机轴纵轴线的剖面；

图5示出了具有伺服电动机以及布置在电动机轴的端面之前的控制电子装置的轴承壳体，在所述伺服电动机的电动机轴上能够在端侧套装磁性元件；

图6示出了具有电子装置电路板的轴承壳体的透视图，在所述电子装置电路板中装有凹部，所述转向轴从该凹部中穿过；并且

图7示出了轴承壳体沿着转向轴纵轴线的剖面。

在附图中，相同的构件具有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出的车辆中的转向系统1包括方向盘2、转向轴3、转向传动机构4、具有齿条的转向导杆5以及能转向的车轮6。驾驶员通过操纵方向盘2在与方向盘相连接的转向轴3中预先给定转向角δ_LW，所述转向轴通过转向传动机构4沿着横向方向来调节转向导杆5的齿条，随后在能转向的车轮上设定车轮转向角δ_V。

电伺服电动机7用于进行转向力辅助，所述伺服电动机通过传动机构而将辅助的驱动力矩导入到所述转向轴3中。所述传动机构包括处于伺服电动机7的电动机轴的轴区段上的蜗杆以及与蜗杆啮合的蜗轮，该蜗轮不可相对转动地与所述转向轴3相连接。转向轴3以及电伺服电动机7的电动机轴被容置在转向系统1的轴承壳体8中。

在图2和3中并且在按照图4的剖面图中示出了一种具有轴承壳体8的实施例，该轴承壳体具有两部分的电动机轴承壳体10。电动机轴承壳体10的外壳10a与具有用于转向轴的接纳口9的壳体区段一体构成。第二外壳10b能够安装到第一外壳10a上。第一和第二外壳10a、10b非对称地构成；能够取下的第二外壳10b在定子侧的端面的区域中具有一垂直的、门楼状的区段，该区段能够装入到处于壳体固定的外壳10a上的相对应的凹部中。

轴承壳体8在第一壳体区段中具有用于转向轴的接纳口9。轴承壳体8的第二壳体区段形成用于接纳电伺服电动机7的电动机轴承壳体10，其中电动机轴承壳体10的纵轴线13正交于并且侧向地偏置于所述接纳口9或者说所装入的转向轴的纵轴线14延伸。在总体上，电动机轴承壳体10由容置了伺服电动机7的电动机轴15的电动机轴承壳体11和用于容置伺服电动机的定子16的定子壳体12组成。

电动机轴15支承在两个壳体侧的单轴承17和18中，其中与定子16相邻的、在轴向上紧邻地布置在定子之前的单轴承17构造为浮动轴承，并且远离定子的单轴承18构造为固定轴承。两个单轴承17和18在轴向上关于蜗杆19处于对置的侧面上，所述蜗杆与在图4中示意性示出的蜗轮20相啮合，所述蜗轮则不可相对转动地与转向轴3相连接。单轴承18与电动机轴15的自由端面相邻。整个在轴向上突出于定子16的、也作为蜗杆19的支座的轴区段与电动机轴15一体构成或者由电动机轴15构成。由此可以利用仅两个单轴承17、18来将电动机轴15支承在轴承壳体8中。

此外，在图2和4中示出了功率电子装置23，该功率电子装置包括一排处于用来控制伺服电动机的电路板上的功率电子装置组件。功率电子装置23布置在壳体侧的固定平台24上，该固定平台则连接到定子壳体12上并且构造为平板，该板相切于电动机轴壳体11并且平行于电动机轴延伸。在与伺服电动机的定子16对置的一侧上，所述电子装置具有折弯的区段25，该区段形成在电路板上面的控制电子装置。所述控制电子装置25正交于电动机轴纵轴线13延伸并且在轴向上处于伺服电动机的电动机轴的自由端面之前。控制电子装置25必要时可以具有磁场传感器，该磁场传感器检测磁性元件21的磁场，所述磁性元件被插装在电动机轴的自由端面上并且与电动机轴15一起旋转。磁性元件21和磁场传感器一起形成用于查明电动机轴15的当前的旋转位置的转子位置传感装置。

在按照图5的实施例中，示出了转子位置传感装置的磁性元件21以及在轴向上布置在前面的磁场传感器22。

在图6和7中示出了具有所安装的转向轴3以及电伺服电动机7的轴承壳体8。功率电子装置23的电子组件布置在电子装置电路板40上，该电子装置电路板具有凹部41，在安装的状态中转向轴3从所述凹部中穿过。电子装置电路板40的平面垂直于转向轴3的纵轴线14。功率电子装置23处于电子装置电路板40的上侧面上并且与电伺服电动机的定子16相连接，所述定子则布置在轴承壳体8的定子法兰28上。定子法兰28处于正交于电子装置电路板40的平面中。电动机轴纵轴线正交于转向轴纵轴线14并与其平行错开。电伺服电动机的电动机轴被容置在电动机轴壳体11中，该电动机轴壳体与轴承壳体8一体构成并且在电子装置电路板40的下方延伸。

在图7中示出了具有所套装的盖子42的轴承壳体8，该盖子有利地由塑料构成。该盖子42具有拱形部43，转向轴3从该拱形部中穿过。在安装的状态中，盖子42覆盖了电子装置电路板40连同被容置在其上的功率电子装置23并且必要时也覆盖了伺服电动机7。盖子42也可以由塑料制成，必要时由纤维增强的塑料制成。

电动机轴15是蜗杆的支座，蜗杆与蜗轮20相啮合，所述蜗轮则不可相对转动地与转向轴3相连接。转向轴3在蜗轮20的轴向对置的侧面上被容置在旋转轴承中，所述旋转轴承可以构造为偏心轴承，用于实现转向轴3的径向的可调节性。

出于保护原因，可能有利的是，紧邻在电子装置电路板40的下方布置一壳体固定的保护盘44，该保护盘的功能是，防止电子装置电路板40受到源自蜗轮20的润滑脂。保护盘44沿着径向方向至少与蜗轮20延伸得一样远。

控制电子装置同样可以布置在电子装置电路板40上。但是也可以实现一种实施方式，其中控制电子装置布置在另一个电路板上，该电路板——就像在按照图2到5的实施例中示出的那样——相对于功率电子装置以一角度、尤其是以90°角延伸。不过在这些情况中，也有利的是，垂直于转向轴纵轴线14延伸的电子装置电路板具有中心凹部，所述转向轴3从该中心凹部中穿过。

Claims (13)

1. 车辆中的转向系统，具有用于传递由驾驶员预先给定的转向角的转向轴（3）以及用于产生辅助的驱动力矩的电伺服电动机（7），其特征在于，具有用于对所述伺服电动机（7）进行控制的电子组件的电子装置电路板（40）设有凹部（41），其中所述转向轴（3）被引导穿过电子装置电路板（40）中的凹部（41），并且所述电子装置电路板（40）的平面至少几乎垂直于所述转向轴（3）的纵轴线。

2. 按权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述电子装置电路板（40）具有功率电子装置和控制电子装置。

3. 按权利要求1所述的转向系统，其特征在于，设置了具有功率电子装置（23）的第一电子装置电路板和具有控制电子装置（25）的第二电子装置电路板（40）。

4. 按权利要求3所述的转向系统，其特征在于，具有功率电子装置（23）的电子装置电路板（40）和具有控制电子装置（25）的电子装置电路板（40）彼此折弯地定向。

5. 按权利要求1到4中任一项所述的转向系统，其特征在于，包括用于转向轴（3）的凹部（41）的电子装置电路板（40）具有所述功率电子装置（23）。

6. 按权利要求1到5中任一项所述的转向系统，其特征在于，在所述伺服电动机（7）的电动机轴（15）的端面上布置了磁性元件（21），所述磁性元件是转子位置传感装置的一部分，并且为所述磁性元件配备了处于电子装置电路板（40）上的、壳体固定地布置的磁场传感器（22）。

7. 按权利要求6所述的转向系统，其特征在于，所述磁场传感器（22）布置在所述电子装置电路板（40）上，所述电子装置电路板正交于所述电动机轴纵轴线延伸。

8. 按权利要求1到7中任一项所述的转向系统，其特征在于，轴向上突出于所述伺服电动机（7）的定子（16）的轴区段与所述伺服电动机（7）的电动机轴（15）一体构成，所述轴区段是蜗杆（19）的支座，所述蜗杆和一与所述转向轴（3）相连接的蜗轮（20）相啮合。

9. 按权利要求8所述的转向系统，其特征在于，包括用于所述转向轴（3）的凹部（41）的电子装置电路板（40）与所述蜗轮（20）相邻地布置。

10. 按权利要求9所述的转向系统，其特征在于，在所述电子装置电路板（40）与所述蜗轮（20）之间布置了保护盘（44）。

11. 按权利要求1到10中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述转向轴（3）与所述伺服电动机（7）被容置在共同的轴承壳体（8）中，并且所述伺服电动机（7）与所述转向轴（3）相耦合。

12. 按权利要求1到11中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述轴承壳体（8）配备了一具有凹部（43）的盖子（42），所述转向轴（3）从所述凹部中穿过，其中所述盖子（42）覆盖了所述电子装置电路板（40）。

13. 按权利要求12所述的转向系统，其特征在于，所述盖子（42）由塑料制成。

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