CN103921836A - 用于车辆的电动助力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的电动助力转向系统，该系统包含具有电动机外壳（3）的电动机驱动装置（2）、电动机轴（4）、用于安装电动机轴（4）的至少两个轴承（5，6）以及用于容纳其中一个轴承（5）的至少一个轴承板（7，19），其中另外的轴承（6）在径向方向上固定在电动机外壳（3）上的适当位置。电动助力转向系统进一步包含蜗杆（8），所述蜗杆（8）可以由电动机轴（4）驱动并且与容纳在变速器外壳（9）中的蜗轮（10）啮合。轴承板（7，19）通过如下方式借助于至少一个弹性元件（11）以弹性方式安装在电动机外壳（3）上：电动机外壳（3）可以相对于轴承板（7，19）倾斜。

Description

用于车辆的电动助力转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆、尤其是机动车辆的电动助力转向系统（electric power assisted steering system）。

背景技术

电动助力转向系统，尤其是利用叠加扭矩的原理的那些系统以及利用叠加转向角的原理的那些系统，都是在实践中以不同结构设计公知的。电动机总体上安装在电动机外壳中。所述电动机的从动轴和/或电动机轴要么作为一个部件要么通过联轴器（coupling）连接至同轴蜗杆（coaxial wormgear shaft）。蜗杆与蜗轮（worm gear wheel）啮合，蜗轮通常安装在变速器外壳中并且其本身用于驱动转向系统。就利用叠加扭矩的原理的电动助力转向系统而言，术语“驱动”理解为意味着为了驱动转向系统施加扭矩和/或为了减少驾驶员需要施加至方向盘的手动力施加辅助扭矩。施加的扭矩的量值通过扭矩传感器以及如有必要的话通过其它输入数据借助于控制过程进行控制。扭矩可以引入转向柱（steering column）或引入与齿轮齿条啮合的转向小齿轮（steering pinion）。

就利用叠加转向角的原理的电动助力转向系统而言，其还可以描述为主动转向系统或主动转向（AFS[主动前轮转向]），术语“驱动”理解为意味着根据车辆的速度的、车辆的方向盘和转向轮之间的转向比的改变。这是例如借助于设置在实际转向齿轮的上游的行星齿轮实现，其中输入轴（方向盘）的角度和输出轴（转向小齿轮）的角度通过太阳齿轮和行星轮（planetary wheel）传递。就叠加转向角而言，电动机驱动例如导致围绕太阳齿轮的附加相对运动的行星齿轮架。该运动产生期望的转向角叠加和/或转向比的改变。

用在电动助力转向系统的情况下的蜗轮总体上是合成材料部件，其在例如温度和湿度这样的环境条件的改变存在的情况下改变其尺寸。此外，由于磨损的结果，蜗轮可以同样地在其使用年限内改变其尺寸。组件中的制造公差对蜗轮和蜗杆之间的啮合布置中的间隙（play）存在附加影响。然而该啮合布置中的任何间隙和/或过多的间隙会有问题，原因在于例如当载荷的方向改变时啮合布置中会出现噪音这样的事实。此外，传递功率的量值减小并且驾驶员注意到转向感觉的改变。为此，存在建议在蜗轮和蜗杆之间的啮合布置中产生偏置布置（biased arrangement）的许多建议。

因此，EP1344710A2公开了例如电动助力转向系统，其中可以由电动机驱动的蜗杆在两端安装并且通过借助于偏置元件（biasing element）使蜗杆的轴承偏置来使蜗杆偏置向蜗轮的方向，该轴承远离电动机。蜗杆的转动轴线的偏移的合力角（resultant angle）借助于正驱动蜗杆的电动机轴之间的弹性联轴器得到补偿。

类似的方案同样在CN102398628A中描述，为了不仅在径向方向上而且在相对于蜗轮的蜗杆的轴向方向上使蜗杆偏置，可以借助于弹性元件在轴向方向上使蜗杆的轴承进一步偏置，该轴承靠近电动机。

JP2004284505A公开了一种电动助力转向系统，其中电动机的电动机轴的转动轴线相对于蜗杆的转动轴线倾斜。借助于设置在电动机轴的端面和蜗杆的端面之间的螺旋弹簧使蜗杆向相对于蜗轮的轴向方向偏置。

US6662897B2公开了一种电动助力转向系统，该系统具有为了驱动齿轮齿条而驱动滚珠螺杆机构（ball screw mechanism）的电动机。该电动机借助于至少两个轴承部分相对于其中安置有齿轮齿条和滚珠螺杆机构的齿轮外壳安装，其中借助于弹性轴承套圈（elastic bearing ring）在至少一个轴承部分提供轴承布置。轴承套圈包含容纳在轴承开口（bearingopening）中的圆柱形元件以及安置为抵靠围绕轴承开口的轴承部分的端面的凸缘元件。

发明内容

在该背景的基础上，本发明的目的是提供一种用于车辆、尤其是机动车辆的电动助力转向系统，该系统具有电动机驱动装置，其中该系统以较简单的方式确保在蜗杆和蜗轮之间的啮合布置中不存在间隙。此外，为了便于装配过程以及为了保持需要的安装空间尽可能小，将需要尽可能少的组件以提供该方案。

该目的通过具有以下技术特征的电动助力转向系统实现：

一种用于车辆的电动助力转向系统，包含具有电动机外壳的电动机驱动装置、电动机轴、用于安装电动机轴的至少两个轴承以及用于容纳其中一个轴承的至少一个轴承板，其中另一个轴承在径向方向上固定在电动机外壳上的适当位置，系统进一步包含蜗杆，所述蜗杆可以由电动机轴驱动并且与容纳在变速器外壳中的蜗轮啮合，其中，轴承板通过如下方式借助于至少一个弹性元件以弹性方式安装在电动机外壳上，即，电动机外壳可以相对于轴承板倾斜。

以下技术方案进一步公开了本发明的进一步有利实施例：

进一步地，弹性元件在轴向方向上设置在电动机外壳和轴承板之间，所述弹性元件借助于电动机轴固定。

进一步地，轴承板以非弹性方式安装在变速器外壳上。

进一步地，轴承板实施为借助于电机轴固定的、轴向方向上的至少两个部件，包括第一部件和第二部件，其中第一部件靠近电动机、以非弹性方式安装在电动机外壳上并且容纳其中一个轴承，并且其中第二部件远离电动机并且以非弹性方式安装在变速器外壳上，其中弹性元件设置在第一部件和第二部件之间。

进一步地，在每一种情况下，弹性元件硫化到靠近电动机的部件上并且硫化到远离电动机的部件上。

进一步地，弹性元件包含与在其切线方向上相比在轴向方向上大大降低的刚性水平，所述弹性元件借助于电动机轴固定。

进一步地，轴承板以偏心方式安装在变速器外壳上。

值得注意的是，以下的说明书中分别说明的特征可以以任何技术上有利的方式相互结合并且公开本发明的附加实施例。说明书尤其结合附图附加地表示本发明的特征并详述本发明。

根据本发明，用于车辆、尤其是机动车辆的电动助力转向系统，尤其是利用叠加扭矩的原理或叠加转向角的原理的转向系统，包含具有电动机外壳的电动机驱动装置、电动机轴、用于安装电动机轴的至少两个轴承以及相对于电动机外壳设置、用于容纳轴承中的一个的至少一个轴承板，其中另一个轴承在径向方向上固定在电动机外壳上的适当位置，该系统还包含可以由电动机轴驱动并且与容纳在变速器外壳中的蜗轮啮合的蜗杆。通过如下的方式，轴承板借助于至少一个弹性元件以弹性方式安装在电动机外壳上：电动机外壳可以相对于轴承板倾斜。

由于电动机轴在径向方向上在两个轴承中的一个处固定在电动机外壳上的适当位置，电动机轴倾斜并且结果使蜗杆实质上以与电动机外壳相对于轴承板的倾斜相同的角度倾斜，蜗杆由电动机轴驱动并且例如与电动机轴连接为一个部件。这使得可以根据倾斜方向使蜗杆朝向或远离蜗轮移动，以便可以通过弹性元件在径向方向上和在相对于蜗轮的切线方向上以该方式控制蜗杆和蜗轮之间的啮合布置。因此可以例如借助于弹性元件抑制在径向方向上和在切线方向上的两个传动元件的啮合布置中的任何碰撞。此外，还可以以该方式补偿两个传动元件的组件中的制造公差和由于例如温度或湿度这样的环境条件改变引起的组件的尺寸的改变以及由于磨损引起的组件的尺寸的改变。该方案此外是非常紧凑的，并且需要很少的组件和少量安装空间。此外，当电动机外壳倾斜时，在设置在电动机轴上的转子和固定至电动机外壳的定子之间形成的空气隙（air gap）保持基本不变，以便电动机的效率水平也保持基本不变。

为了实现根据本发明的电动助力转向系统的相对刚性实施例，本发明的有利实施例规定了轴承板以非弹性方式安装在变速器外壳上。结果，电动机轴的轴承以固定方式设置在变速器外壳上，该轴承容纳在轴承板中。

根据本发明的另一有利实施例，弹性元件在轴向方向上设置在电动机外壳和轴承板之间，其中弹性元件借助于电动机轴固定。尽管弹性元件必需吸收扭矩和扭曲应力（torsional stress），但所述弹性元件不承受径向力。

以尤其有利的方式，弹性元件包含与在其切线方向上相比在轴向方向上大大降低的刚性水平和/或大大超出的弹性水平，弹性元件借助于电动机轴固定。因此，弹性元件为较大扭矩的传输提供足够水平的耐受能力，其中可以以弹性方式同时吸收电动机外壳的扭曲应力和电动机外壳的单纯轴向运动。

根据本发明的另一有利实施例，轴承板实施为借助于电动机轴固定的、轴向方向上的至少两个部件，并且包含第一部件和第二部件，其中第一部件靠近电动机、以非弹性方式安装在电动机外壳上并且容纳轴承中的一个，第二部件远离电动机并且以非弹性方式安装在变速器外壳上。弹性元件设置在第一和第二部件之间。这样，以该方式实施的轴承板使得可以以完全弹性的方式安装电动机外壳。该实施例具有如下主要优点：位于电动机轴上的转子和固定至电动机外壳的定子之间的空气隙在电动机外壳相对于轴承板的任何倾斜运动过程中精确地保持不变。在每一种情况下弹性元件有利地硫化到靠近电动机的部件上并硫化到远离电动机的部件上。因此，两个部件轴承板以类似的方式实施为橡胶金属轴承的两个部件轴承板，其中两个金属轴承部件通过弹性元件相互连接。

根据本发明的另一有利实施例，轴承板以偏心方式安装在变速器外壳上。轴承板在变速器外壳上的偏心安装使得可以调整蜗杆和蜗轮之间的齿轮侧隙（gear backlash），换言之可以在偏置的情况下放置该啮合布置，因此可以完全去掉齿轮侧隙。

弹性元件最好是橡胶弹性元件，换言之由橡胶材料或与橡胶相似的材料实现的元件，例如以座圈、环形圆盘或垫圈的形式。

根据本发明的助力转向系统的主要优点是所述转向系统可以用于叠加扭矩和用于叠加转向角。因此，通过如前所述借助于弹性元件以弹性方式安装在电动机外壳中的电动机的电动机轴驱动蜗杆，并且所述蜗杆与转而安装在变速器外壳中的蜗轮啮合。为了减小驾驶员不得不施加给方向盘的手动力，蜗轮的转动运动然后用于施加扭矩，从而驱动转向系统和/或提供辅助扭矩（扭矩的叠加）。实现相同的程度并以尤其最佳的方式，例如根据车辆的速度，根据本发明的助力转向系统还可以借助于蜗轮传动装置用于改变车辆的方向盘和转向轮之间的转向比（转向角的叠加）。

附图说明

在这里参照在附图中说明的两个示例性实施例详细说明本发明的进一步有利的细节和特征，附图中：

图1表示根据本发明的电动助力转向系统的第一实施例的横向剖面图；以及

图2表示根据本发明的电动助力转向系统的第二实施例的横向剖面图。

附图标记列表

1   电动助力转向系统

2   电动机驱动装置

3   电动机外壳

4   电动机轴

5   第一轴承

6   第二轴承

7   轴承板

8   蜗杆

9   变速器外壳

10  蜗轮

11  弹性元件

12  倾斜运动

13  螺杆

14  啮合运动

15  空气隙

16  转子

17  定子

18  电动助力转向系统

19  轴承板

20  靠近电动机的轴承板的部件

21  远离电动机的轴承板的部件

22  偏心安装元件

具体实施方式

不同附图中的相同部件总是具有相同的附图标记，以便同样总体上仅描述所述部件一次。

图1表示根据本发明用于车辆（未示出）、尤其是机动车辆的电动助力转向系统1的第一实施例的横向剖面图。助力转向系统1包含具有电动机外壳3的电动机驱动装置2、电动机轴4、用于安装电动机轴4的第一轴承5和第二轴承6以及用于容纳第一轴承5的轴承板7。第二轴承6至少在径向方向上固定在电动机外壳3的适当位置。

如图1中看到的那样，电动机轴4驱动蜗杆8，蜗杆8与容纳在变速器外壳9中的蜗轮10啮合。蜗杆8连接至电动机轴4成为一个部件或借助于联轴器连接至电动机轴4，其中在后一情况下，联轴器相对于电动机轴4以同轴的方式保持蜗杆8。

从图1中可以进一步看到：通过如下的方式，轴承板7借助于弹性元件11以弹性方式安装在电动机外壳3上：电动机外壳3可以如图1中借助于运动箭头12所示的那样相对于轴承板7倾斜。在图1所示的示例性实施例的情况下的轴承板7借助于螺杆13以非弹性方式安装在变速器外壳9上。弹性元件11在轴向方向上设置在电动机外壳3和轴承板7之间，其借助于电动机轴4固定，如图1可以看到的那样。

由于在相对于电动机外壳3的径向方向上固定安装在轴承6中的电动机轴4和相对于电动机轴4以同轴的方式保持的蜗杆8，电动机外壳3的倾斜运动12还导致如图1中借助于第二运动箭头14所示的朝向或远离蜗轮10的蜗杆8的运动。由于设置在电动机外壳3和轴承板7之间的弹性元件11，根据本发明的电动助力转向系统1能够补偿在蜗轮10的径向方向上以及蜗轮10的切线方向上的啮合布置的运动。为了能够同样地使高扭矩从电动机2同时传递至蜗轮10，用在图1中的弹性元件7还包含与其切线方向相比在轴向方向上相当的刚性和/或大大高出的弹性水平，弹性元件7借助于电动机轴固定。因此，倾斜的力矩和/或电动机2的扭曲应力可以以弹性方式得到吸收，同时高扭矩可以通过电动机2输出至蜗杆8。

可以利用图1所示的助力转向系统补偿两个传动元件8和10的组件中的制造公差以及由于例如温度或湿度这样的环境条件的改变引起的组件的尺寸的改变以及还由于传动元件8和10的磨损引起的组件的尺寸的改变。该建议的方案除此之外非常紧凑，并且需要很少的组件和少量安装空间。此外，当电动机外壳3倾斜时，在设置在电动机轴4上的转子16和固定至电动机外壳3的定子17之间形成的空气隙15保持基本不变，以便电动机的效率水平也保持基本不变。

图2表示根据本发明的电动助力转向系统18的第二实施例的横向剖面图。主要由于轴承板的结构，助力转向系统18不同于助力转向系统1。在图1所示的示例性实施例的情况下，轴承板7被实施为一个部件。相比之下，图2所示的助力转向系统18包含多个部件轴承板19。具体地，轴承板19包含两个部件结构，该两个部件结构具有靠近电动机的第一部件20和远离电动机的第二部件21，该两个部件结构借助于电动机轴4在轴向方向上固定。轴承板19的第一部件20以非弹性方式安装在电动机外壳3上并且容纳电动机轴4的前轴承5，该第一部件靠近电动机。轴承板19的第二部件21以非弹性方式安装在变速器外壳9上，该第二部件远离电动机。在图2所示的示例性实施例情况下的弹性元件11设置在第一部件20和第二部件21之间。具体地，例如橡胶磨片（rubber disk）这样的弹性元件11在每一种情况下硫化到靠近电动机的部件20上并且硫化到远离电动机的部件21上。因此，轴承板19以类似的方式实施为橡胶金属轴承的轴承板，其中两个金属部件20和21通过橡胶弹性元件11相互连接。

图2所示的实施例具有相当大的优点：位于电动机轴4上的转子16和固定在电动机外壳3中的定子17之间的空气隙15在电动机外壳3的任何倾斜运动过程中相对于轴承板19精确地保持不变，原因在于整个电动机2通过轴承板19以弹性方式安装在变速器外壳9上。

在根据本发明的助力转向系统18的图2所示的示例性实施例的情况下，轴承板19，尤其是远离电动机的部件21通过偏心安装元件（eccentricmount element）22以偏心方式安装在变速器外壳9上。可以以该方式在蜗杆8和蜗轮10之间的啮合布置中提供偏置并且可以以该方式消除齿轮侧隙。两个传动元件8和10的组件中的制造公差和由于例如温度和湿度这样的环境条件的改变引起的传动元件的组件的尺寸的改变以及由于磨损引起的传动元件的组件的尺寸的改变借助于弹性元件11得到补偿，正如之前参照图1所示的示例性实施例以及本说明书的发明内容部分说明的那样。

根据本发明的用于车辆、尤其是机动车辆的上述助力转向系统并不限于这里公开的实施例，而是还可以包括任何相似功能的其它实施例。尤其是根据本发明以及这里描述的电动助力转向系统不限于叠加扭矩的助力转向系统的使用，而是可以同样地用于叠加转向角的助力转向系统，其中在后一情况下，借助于这里说明的蜗轮传动装置（worm gear transmission）叠加转向角。

在优选实施例中，根据本发明的用于车辆、尤其是机动车辆中的电动助力转向系统用于借助于叠加扭矩以及借助于叠加转向角操纵所述车辆。

Claims (7)

1.一种用于车辆的电动助力转向系统，包含具有电动机外壳（3）的电动机驱动装置（2）、电动机轴（4）、用于安装电动机轴（4）的至少两个轴承（5，6）以及用于容纳其中一个轴承（5）的至少一个轴承板（7，19），其中另一个轴承（6）在径向方向上固定在电动机外壳（3）上的适当位置，系统进一步包含蜗杆（8），所述蜗杆（8）可以由电动机轴（4）驱动并且与容纳在变速器外壳（9）中的蜗轮（10）啮合，

其特征在于

轴承板（7、19）通过如下方式借助于至少一个弹性元件（11）以弹性方式安装在电动机外壳（3）上，即，电动机外壳（3）可以相对于轴承板（7、19）倾斜。

2.根据权利要求1所述的助力转向系统，其特征在于，

弹性元件（11）在轴向方向上设置在电动机外壳（3）和轴承板（7）之间，所述弹性元件（11）借助于电动机轴（4）固定。

3.根据权利要求1或2所述的助力转向系统，其特征在于，

轴承板（7，19）以非弹性方式安装在变速器外壳（9）上。

4.根据前述任一项权利要求所述的助力转向系统，其特征在于，

轴承板（19）实施为借助于电机轴（4）固定的、轴向方向上的至少两个部件，包括第一部件（20）和第二部件（21），其中第一部件（20）靠近电动机、以非弹性方式安装在电动机外壳（3）上并且容纳其中一个轴承（5），并且其中第二部件（21）远离电动机并且以非弹性方式安装在变速器外壳（9）上，其中弹性元件（11）设置在第一部件（20）和第二部件（21）之间。

5.根据权利要求4所述的助力转向系统，其特征在于，

在每一种情况下，弹性元件（11）硫化到靠近电动机的部件（20）上并且硫化到远离电动机的部件（21）上。

6.根据前述任一项权利要求所述的助力转向系统，其特征在于，

弹性元件（11）包含与在其切线方向上相比在轴向方向上大大降低的刚性水平，所述弹性元件（11）借助于电动机轴（4）固定。

7.根据前述任一项权利要求所述的助力转向系统，其特征在于

轴承板（7，19）以偏心方式安装在变速器外壳（9）上。