CN103732477A - 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由驾驶员预先给定的转向角的转向轴以及用于产生辅助的驱动力矩的电伺服电动机，其中所述伺服电动机与所述转向轴相耦合。具有用于控制所述伺服电动机的电子组件的电子装置单元布置成正交于所述伺服电动机的纵轴线并且轴向地布置在所述伺服电动机的电动机轴的端面之前。

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、车辆中的转向系统。

背景技术

例如从DE 197 03 903 A1中公开了一种车辆中的转向系统，通过该转向系统能够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。所述转向系统包括转向轴以及与该转向轴相耦合的齿条，在转向轴转动时移动所述齿条，用于沿着横向方向来设定车轮转向角。为了进行转向力辅助，为所述转向系统配备了电伺服电动机，该伺服电动机的转子向转向轴加载辅助的伺服力矩。

发明内容

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

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。

按本发明的转向系统在车辆中用于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：一转向主轴或者说转向轴，其与能由驾驶员操纵的方向盘相连接；以及一转向导杆，该转向导杆具有齿条，该齿条能够由所述转向轴来操纵并且通过该齿条能够在能转向的车轮上设定所期望的转向角。

此外，为所述转向系统配备了用于产生辅助的驱动力矩的电伺服电动机，该伺服电动机与所述转向轴相耦合。在操纵所述伺服电动机时，向所述转向轴的旋转运动加载辅助的力矩。所述伺服电动机与所述转向轴之间的动力耦合通过传动机构、例如通过蜗杆和蜗轮来实现，其中所述蜗杆与所述伺服电动机的电动机轴相连接，并且所述蜗轮不可相对转动地与所述转向轴相耦合。所述蜗杆有利地处于与所述电动机轴一体构成的、轴向地突出于所述伺服电动机的定子的轴区段上。

此外规定，具有用于控制所述伺服电动机的电子组件的电子装置单元、例如电路板或者电子装置电路板布置成正交于所述伺服电动机的纵轴线。所述电子装置单元轴向地布置在所述伺服电动机的电动机轴的端面之前。这种实施方式具有以下优点：轴向地布置在电动机轴之前的区域可以用于布置对于电伺服电动机的控制来说必需的、电子组件的至少一部分。通过这种方式，在转向系统的转向力辅助的范围内实现更好的空间利用，并且由此在总体上实现一种更加紧凑的、较小地构造的实施方式。

另一优点在于，可以将磁场传感器集成到轴向地布置在电动机轴的端面之前的电子装置单元中，所述磁场传感器是用于确定所述电动机轴的当前的角度位置的转子位置传感装置的一部分。处于电子装置单元上的磁场传感器记录磁性元件的旋转磁场，所述磁性元件布置在电动机轴的所面对的端面上并且与所述电动机轴一起旋转。磁场传感器和磁性元件一起构成转子位置传感装置。通过将电子装置单元定位在电动机轴的轴向端面上，由此同样能以节省空间的方式来布置磁场传感器。

按照另一种有利的实施方式，所述电子装置单元被容置在电子装置壳体中，该电子装置壳体相对于所述伺服电动机布置在固定的位置中。所述电子装置壳体有利地不仅包括一功率电子装置而且包括一具有所述控制逻辑电路的控制电子装置。在此可能有利的是，使所述电子装置单元-所述功率电子装置和所述控制电子装置-以彼此正交的方式定向，这提供了以相对于所述电动机轴平行地偏置的方式布置所述电子装置单元之一的可行方案。所述平行于电动机轴偏置地布置的电子装置单元同样代表着一种节省空间的实施方式。所述正交于伺服电动机的电动机轴定向并且沿轴向布置在电动机轴的端面之前的电子装置单元，有利地是包括所述控制逻辑电路的电路板，而所述相对于电动机轴平行地偏置的电子装置单元则包括所述功率电子装置。但是，原则上也可以考虑相反地布置控制电子装置和功率电子装置。

所述以与电动机轴正交的方式定向的电子装置电路板，不仅可以定位在所述电动机轴的、背向定子的自由端面上而且可以定位为直接在所述定子的背面上与所述定子相邻。在最后提到的情况中，所述电子装置电路板相对于电动机轴纵轴线呈一直角并且沿轴向布置在所述电动机轴的端面之前。

所述转向轴和所述电伺服电动机有利地被接纳在共同的轴承壳体中。所述优选由金属构成的轴承壳体具有用于接纳所述转向轴的接纳口和另一用于接纳伺服电动机的壳体区段。这个壳体区段包括用于接纳所述伺服电动机的电动机轴的电动机轴壳体，其中所述电动机轴壳体至少近似正交于转向轴的轴线延伸。此外，所述为伺服电动机分配的壳体区段可以包括用于接纳所述伺服电动机的定子的定子壳体。不仅对于所述电动机轴壳体来说而且对于所述定子壳体来说，都不仅可以考虑单构件的结构而且可以考虑双构件的结构。对于单构件的结构来说，所述电动机轴壳体以及所述定子壳体与所述轴承壳体一体构成。在所述具有两个用于电动机轴壳体和定子壳体的外壳的双构件的结构中，所述外壳之一与所述轴承壳体一体构成，而所述第二外壳则单独地构成并且能够套装到所配属的第一外壳上。

所述轴承壳体也是电子装置电路板的以及必要时用于接纳电子装置电路板的电子装置壳体的基座。所述电子装置电路板按布置方式要么被放在电动机轴壳体上要么被放在定子壳体上。也可以考虑将电子装置布置在接纳平台上，该接纳平台构造为平板并且与轴承壳体一体构成。所述接纳平台优选接纳了电子装置单元、例如功率电子装置，其中另一个部件垂直于固定平台的平面延伸，所述固定平台的平面有利地相对于电动机轴的轴线轴向平行地并且错开地布置。

附图说明

其它的优点和有利的实施方式可以从其它的权利要求、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；

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。所述定子壳体12可以是电动机轴承壳体10的一体的组成部分。但是也可以考虑一种实施方式，其中所述构件12仅形成用于接纳伺服电动机的、具有自身的定子壳体的定子16的支架，从而原则上存在下述可能性：按要求使用不同的定子或者安装超越不同的结构系列的相同的定子；所述定子壳体可以构造为板件或者塑料件。

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延伸并且在轴向上以较小的间距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22，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22一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。作为磁场传感器22，考虑使用GMR传感器、AMR传感器和霍耳传感器、尤其是3D霍耳传感器。

功率电子装置23和控制电子装置25优选一体构成、例如构造为折弯的弯曲电路板的形式，用于将处于电路板的不同区段上的、相应的电子组件连接起来的印制导线被蚀刻到弯曲电路板中。为了从处于控制电子装置25的区域中的磁场传感器到功率电子装置23进行信号传输，由此不需要附加的线缆，更确切地说信号传输通过印制导线来实现。弯曲电路板例如以90°角折弯。但是，原则上也可以考虑其它的角度位置。

电动机轴承壳体10优选由导热的材料、尤其是金属、例如浇铸铝构成，并且由此能够将由功率电子装置23产生的热很好地排出。所述定子壳体可以完全或者部分由塑料材料制成；散热过程在这种情况下首先通过由导热的材料制成的电动机轴承壳体10来实现。

在按照图5的实施例中，在柱状的定子壳体12的外侧面上布置了平坦的固定平台26，该固定平台与定子壳体12一体构成。固定平台26相切于定子壳体12延伸并且接纳功率电子装置23，该功率电子装置布置在电子装置壳体27中。除了功率电子装置23，在电子装置壳体27中还容置了控制电子装置25，该控制电子装置关于功率电子装置23以直角延伸并且正交于电动机轴纵轴线延伸。在安装的状态中，控制电子装置25在轴向上布置在电动机轴15的定子侧的端面之前，磁性元件21可以被固定在电动机轴15上，为磁性元件配备处于控制电子装置25的电路板上的磁场传感器。

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），所述伺服电动机与所述转向轴（3）相耦合，其特征在于，具有用于控制所述伺服电动机（7）的电子组件的电子装置单元（25）布置成正交于所述伺服电动机（13）的纵轴线并且轴向地布置在所述伺服电动机（7）的电动机轴（15）的端面之前。

2. 按权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述电子装置单元（25）被容置在电子装置壳体（27）中，所述电子装置壳体相对于所述伺服电动机（7）布置在固定的位置中。

3. 按权利要求2所述的转向系统，其特征在于，所述电子装置壳体（27）接纳功率电子装置（23）和控制电子装置（25）。

4. 按权利要求2或3所述的转向系统，其特征在于，所述功率电子装置（23）和所述控制电子装置（25）彼此弯曲地、例如以90°角定向。

5. 按权利要求2到4中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述功率电子装置（23）和所述控制电子装置（25）一体构成，例如构造为弯曲电路板的形式。

6. 按权利要求5所述的转向系统，其特征在于，用于将处于所述电路板的不同区段上的相应的电子组件连接起来的印制导线被蚀刻到所述电路板中。

7. 按权利要求1到6中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述转向轴（3）和所述伺服电动机（7）被容置在一共同的轴承壳体（8）中。

8. 按权利要求2到6和7中任一项所述的转向系统，其特征在于，所述电子装置壳体（27）被保持在所述轴承壳体（8）上。

9. 按权利要求7或8所述的转向系统，其特征在于，所述轴承壳体（8）具有一用于固定所述电子装置电路板的固定平台（24）。

10. 按权利要求1到9中任一项所述的转向系统，其特征在于，轴向地布置在所述伺服电动机（7）的电动机轴（15）的端面之前的电子装置单元（25）具有转子位置传感器（22），所述转子位置传感器是转子位置传感装置的一部分。

11. 按权利要求10所述的转向系统，其特征在于，所述转子位置传感器（22）构造为磁场传感器，为所述磁场传感器配备了布置在所述电机轴（15）的端面上的磁性元件（21）。

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，所述电子装置单元（25）具有控制逻辑电路。

13. 按权利要求1到12中任一项所述的转向系统，其特征在于，轴向地突出于所述伺服电动机的定子（16）的轴区段与所述伺服电动机（7）的电动机轴（15）一体构成，所述轴区段是蜗杆的支座，所述蜗杆与一和所述转向轴（3）相连接的蜗轮（20）相啮合。

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