CN104417599A - 转向止挡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有线控转向系统的车辆的转向止挡装置，具有转向轴(11)、锁止架(40)和锁止件(30)，所述转向轴用于连接转向操纵装置(10)、尤其为方向盘，所述锁止架能位置固定地布置在车辆上，所述锁止件能通过驱动装置(35)插入到一位于锁止架(40)的锁止区(42)与同转向轴(11)联接的锁止部位(12)之间的间隙(22)中。根据本发明，锁止件(30)被构造成：在锁止位置中通过在锁止件(30)与锁止部位(12)之间的摩擦力以及通过在锁止件(30)与锁止区(42)之间的摩擦力使转向轴(11)相对于锁止架(40)的转动运动被锁止。

Description

转向止挡装置

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的、用在非轨道车辆的线控转向系统中的转向止挡装置及相应方法。

背景技术

在线控转向系统中，在方向盘和转向车轮之间没有直接的机械连接。替代地，通过传感器测量方向盘的转角和/或转速和/或所施加的转矩，并且通过执行器使得车轮相应地转向。

因此，在线控转向系统中不存在驾驶员在方向盘上输入的转向角和车轮上实际执行的转向角之间的直接反馈。因此，驾驶员收不到关于转向传动机构是否在剧烈偏转下已经位于止挡部的反馈。所以在可自由转动的方向盘处可以产生无限大的转向角，而转向传动机构却不能设定出这样的转向角。DE 10 2008 045 195 A1或DE 10 2009 053 226 A1公开了这样的结构，其中通过形状配合的传力手段来模拟转向止挡装置。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于线控附件的转向止挡装置，其中，在达到最大可能的车轮转向时用户会收到触觉反馈。特别地，在此应注意，在不同的行驶条件下，可能要求不同的车轮最大转向角以及从方向盘位置到车轮转向的不同转换比例/传动比。

该目的通过权利要求1所述的特征和根据权利要求10所述的方法实现。有利的改进方案由从属权利要求给出。

用于具有线控转向系统的车辆的转向止挡装置包括转向轴、锁止架和锁止件，所述转向轴用于连接转向操纵装置、尤其为方向盘，所述锁止架能位置固定地布置在车辆上，所述锁止件能通过驱动装置插入到一位于锁止架的锁止区与同转向轴联接的锁止部位之间的间隙中。在此，锁止件被构造成：在锁止位置中通过在锁止件与锁止部位之间的摩擦力以及通过在锁止件与锁止区之间的摩擦力使转向轴相对于锁止架的转动运动被锁止。特别地，通过控制器可以实现：选择性地激活驱动装置并因此根据需要阻止或释放转向轴的转动。尤其当到达了方向盘虚拟的终端位置时为了给驾驶员发送车轮已经最大限度地偏转的信号而存在该种需要，或者在停车位置要求方向盘完全锁止以模拟方向盘锁时存在该种需要。

在线控转向系统中，并不存在从转向轴到调整车轮转向角的机械部件例如转向横拉杆的、通过齿轮级等进行的机械或液压连接。而是转向轴的转动被转换为电子信号，并通过该信号来实现车轮转向角的设定。

特别地，为锁止件规定一运动方向，该运动方向基本上对应于转向轴的轴线方向。如果在锁止件上存在在下面进行详述的锥度，那么术语“基本上对应于轴向方向”应理解为“在锥角内”。因为锁止件的运动方向不同于锁止力的方向，所以可以将锁止件的驱动装置的尺寸设计得较小。特别地，这些方向彼此垂直。具体而言，由于锁止件的沿转向轴的轴向方向的运动连同随后的锁止接合使转向轴转动的切向力转化为径向力，该径向力通过摩擦力引起切向力，这些切向力反作用于转向轴的进一步转动。

优选地，转向轴的锁止部位和锁止架的锁止区分别包括柱形和/或锥形——特别是圆柱形和/或圆锥形——的区段。由此可以在与锁止件接触时实现线接触。

特别地，转向轴的锁止部位和锁止件的锁止区都具有锥形、特别是圆锥形的区段，锁止件的锥角与转向轴的锁止部位的锥角同锁止架的锁止区的锥角的总和相当，因为以该种方式可以分别实现相互接触部件的线接触。在任何情况下锁止件的锥度都不大于45°，优选至多30°，特别地小于20°。

此外，锁止件可以优选地具有卵形、特别是扁圆形或椭圆形的横截面，特别地锁止件可以沿其轴向方向在所有被规定用于接合转向轴和锁止架的横截面处都具有卵形的横截面。特别地，卵形在本发明中可以包括：无角的横截面，其中通过横截面的中心延伸并彼此垂直的两个直径具有不同的尺寸。由此产生一个几何体，该几何体具有不同的径向延展尺寸(相对于转向轴的径向方向)，并且由于转动该几何体可以接受锁止力。

特别地，卵形的锁止件的最长横截面直径相对于位于锁止部位与锁止区之间的间隙的切线方向的转角，转向止挡装置构造成：为产生锁止作用而使锁止件被以至少3°、优选至少6°的导入角插入间隙中。由于插入时容易出现位置转动，当锁止件从其锁止角位置——例如该锁止角位置可以为20℃——转回到在插入时的角位置时便已使锁止作用在相反的转动方向上被放开。也就是说，如果锁止件再转回到导入角上，就不再存在锁止作用，这意味着锁止件在较小的角位置处可以很容易地从间隔或者间隙中缩回。如果不存在这种插入转动，那么锁止件在放开的转动运动中可能直接到达具有负导入角位置的相反的锁止位置。

此外，锁止件可以构造成：由于转向轴的转矩而在锁止转动时在锁止件中建立径向力，该径向力对应于保持转矩，所述保持转矩大于在转向轴上引起的转矩。保持转矩通过摩擦力R根据公式R＝ì*N算出。在此，N是径向锁止力，i是摩擦系数并且以转向轴的半径作为杠杆臂，由摩擦力R可算出保持转矩。由于力转化，该保持转矩大于驾驶员施加在方向盘上的转矩。由此在任何情况下都可以使转向止挡装置可靠地停止(einhalten)。

特别地，优选的多个围绕转向轴布置的锁止件可以同时插入间隙内。由此实现了在转向轴上的力的对称性，该对称性可以实现转向轴更简易且更廉价的支承。

一种用于引起转向止挡的方法中，连续地或以较短的间隔重复地测量转向轴的转动位置，如果转动位置已达到预先确定的最大允许值，则使锁止件插入到位于转向轴与锁止架或同该锁止架相连接的部件之间的间隙中，其中，由摩擦力引起转向止挡。

在此优选地，在锁止件插入到间隙中时连续地或以预先确定的时间间隔测量由驾驶员施加到转向轴上的转矩和/或转向轴的转角，在存在相对于最大值减小的转向轴转角的情况下和/或在存在沿使转向轴的转角减小的方向作用的转矩的情况下，在锁止件上施加拉力以使该锁止件从间隙缩回。

附图说明

以下将借助于附图对优选的实施方式进行说明。在附图中：

图1示出了转向止挡装置连同非轨道车辆的铰接轮区域的示意性结构，

图2示出了具有锁止件的转向轴的截面A-A，

图3示出了在临近输入运动结束并且发生锁止之前锁止件的位置，

图4示出了已插入间隙并锁止该间隙的锁止件，

图5示出了本发明的另一实施方式。

具体实施方式

图1示出了转向操纵装置10，或者特别地为方向盘10，该转向操纵装置与转向轴11相连。转向轴11设置有围绕的锁止架40。锁止架40可以完全包围转向轴11一直到方向盘10，或者替代地，可以仅局部设置该锁止架。在此特别地，该锁止架特别是至少部分地周围地封闭并具有较高的刚度。

所期望的锁止功能主要由锁止件30实现。锁止件30具有卵形、特别是椭圆形的横截面。在此，该锁止件在其轴向延展上可以具有相同的横截面或者在其轴向延展上逐渐变细。优选地，锁止件30的轴向对应于转向轴11的轴向并设置得与其平行。锁止件30沿其轴向z由自动的驱动装置35驱动，并因此能使锁止件沿该方向自动地移动，所述轴向对应于转向轴11的轴向。

转向轴11包括锁止部位12，锁止件30可以与该锁止部位相接合。锁止部位12可以是转向轴11的一部分，也可以是固定到转向轴11上的环状物或其它的例如法兰连接的构件的一部分，该锁止部位也可以是例如通过万向接头以抗转动/抗扭转的方式安装到转向轴11上的部件。在图1中，锁止部位12位于转向轴11的与方向盘10相反的端部处。该锁止部位也可以布置在径向伸出的环绕的凸缘上。锁止部位12被以约15°的角度(δ)倒角，使得直径朝向锁止件30的方向减小。在优选的实施方式中，倒角的角度(δ)为至少3°、优选至少10°。该角度(δ)为至多35°、优选至多20°。

锁止架40由具有足够强度的材料制成。该锁止架可以被设计为包围转向轴11的壳体。所述锁止架例如可以由(铝)压铸物或合成材料、特别是塑料制成，所述合成材料、特别是塑料经过纤维充分地强化。在此，锁止架的强度不必在转向轴11的整个长度上设计得都相同，而是主要是在锁止区42的区域中环绕地需要强度提高的区域。锁止区42可以设置有角度为γ的倒角，该倒角与转向轴11的锁止部位12的角度δ相当并且它朝向锁止件30的方向变宽。

锁止件30被设计为锥形，其中，其锥角β(参见图5)与锁止部位12角度δ和锁止区42角度γ的总和相当。根据图1，如果将锁止件30从下面推入转向轴11和锁止架40之间的间隙22内，那么由此会使锁止件30与锁止部位12和锁止区42分别产生线接触。

锁止件30的驱动装置35可以包括伺服电机或电磁铁。驱动装置35被位置固定地安装在车辆或锁止架40上。锁止件30以可绕其轴向轴线z旋转的方式安装在驱动装置35上。此外，在该轴向方向上可以设置弹性的支承减振装置。运动路径包括缩回位置或者释放位置，在该位置中锁止件30从转向轴11和锁止架40之间的间隙22中缩回，从而锁止件30不会与转向轴11或锁止架40接触或者与这两者都不接触。此外，对于锁止件30可以规定一个锁止位置。

可以按照图1设置转向传动机构，该转向传动机构包括用于调节车轮110的车轮转向的液压系统。在替代的实施方式中例如可以使用电驱动装置。在液压系统中设置液压泵124和三位调节阀130，该三位调节阀可以由电子控制器100控制，以便液压流体可以流入转向缸111中。从而能选择性地使转向活塞118在转向缸111内沿两个方向移动。转向活塞118在两侧各与一活塞杆114连接，在该活塞杆的端部上连接有转向横拉杆112，所述转向横拉杆分别与相应的车轮110连接。因此，可以通过转向活塞118的位置调整车轮110的转向角或者车轮转向角。如果希望车轮110向左转，那么控制器100将三通调节阀130切换到如下切换位置(如图1左侧所示)：其中流体由泵124流入转向缸111的右腔室中，并因此引起车轮转向。为了使车轮反向转向，调节阀130被置于相对的切换位置且流体被泵入到转向缸111的左腔室中。

图2示出了图1的截面A-A，其中，锁止件30以其较长的直径与间隔或者间隙22相切。

在常规行驶时，锁止件30可靠地远离于锁止部位12和锁止区42，从而不会发生接触。在行驶中通过组合式转矩转角传感器20测量方向盘10的角度。基于测量结果操控转向缸111并调整车轮转向角。为了实现锁止，使锁止件30被向渐缩的间隙22(见图1)中一直推入得深到使锁止件30与转向轴11的锁止部位12产生接触。

在本发明的上述示例性的实施方式中，转向角/车轮转向角比例为2.5比1。也就是说，方向盘10的转向角由其中间位置出发，沿着一个方向转向角可以达到900°，而沿着另一方向另一转向角可以达到-900°。转矩转角传感器20测量出方向盘10的相应位置，并将结果提供给控制器100。

一旦检测到的方向盘的转角，即转向角为+900°或-900°时，就通过控制器100激活伺服驱动装置35并将锁止件30移动到间隙22中。在此，锁止件30被轻易地扭转地插入。如果较短的轴截面轴在转向轴11的径向方向上，那么将其定义为0°的导入角。针对0°的导入角，锁止件30例如以8°的扭转(角)被插入。图3示出了锁止件30与转向轴11第一次接触时的状态。在转向轴11逆时针转动时(见图3中的箭头)使用正的导入角。由于转向轴11和锁止件30之间的摩擦力，锁止件30一直朝着更大的角度α的方向转动，直到该锁止件与锁止区42的内径相接触。在转向轴11朝着相同的方向进一步转动时，所产生的且基本上径向作用的法向压力N会增加。摩擦力R由公式R＝μ*N算出，其中μ是给定材料副的摩擦系数。摩擦力R是对所产生的锁止转矩的度量。以该种方式阻止转向轴11在(图3)示出的方向上进一步转动。

在锁止状态下，通过组合的转矩转角传感器20识别出施加在方向盘10上的转矩和必要时在相反方向上的转动。一旦转矩下降到低于预定的阈值，伺服驱动装置35就由控制器100激活，从而锁止件30被从间隔或者间隙22中拉出。附加地和/或替换地，可以根据转向轴11的转角来进行上述对伺服驱动装置35的激活。

锁止件30完全或至少足够远离间隙22之后，会以常规模式使用转向装置，即不使用锁止件30。

根据情况可能需要不同的转向角/车轮转向角比例。例如车辆可以具有运动型的行驶程序。在运动型的行驶方式中，转向系统应该更敏感地对转向角做出反应。因此，可以使1.5转的转向角、即+/-540°对应于最大的车轮转向角。在用于越野行驶的行驶程序中，可以预先确定一个改变的最大车轮转向角。另外，对于直径改变的车轮110(例如夏季或冬季轮胎)可以预先确定改变的最大车轮转向角。此外，可以根据速度由车辆控制器预先确定最大许用的车轮转向角。在这些情况下还希望，驾驶员收到关于方向盘10的最大转向角的改变的反馈信息。

在通过转矩转角传感器20测量的转向角较小时，控制器100可以将锁止件30置于工作位置，即锁止位置，以便产生改变的止挡部，并因此产生改变的最大转向角。

如果车辆被停止，那么可以通过将锁止件30完全移动到间隙22中实现方向盘锁定。由此，方向盘11的最大可能的转(角)值被限制在导入角α的正值和负值的范围内。优选地，导入角α可以为0°，以便使方向盘10的转动范围最小化。

在图5中示出了一个替代的实施方式，其中，椭圆形的锁定件30设计有如上所述的截锥部。在此，转向轴11和锁止架40的相应的接触面都是圆柱形的。由此，尽管在截锥部上产生了较大的表面压力，但是本实施方式会有利于使转向轴11的转动更好地传递到锁止件30上，并因此实现更好地锁止。此外，图5还示出了具有两个锁止件的变型方案。锁止件的数量还可以有更多，且优选地使它们围绕转向轴11均匀布置，以使它们作用在转向轴11上的径向力彼此抵消。

不同实施方式的特征可以彼此自由组合。

附图标记清单

10  转向操纵装置，尤其为方向盘

11  转向轴

12  锁止区，尤其为倒角

20  组合的转矩转角传感器

22  间隔，间隙

30  锁止件

35  驱动装置，伺服驱动装置

40  锁止架，尤其为壳体

42  锁止区，尤其为倒角

100 控制器

110 车轮

111 转向缸

112 转向横拉杆

114 活塞杆

118 转向活塞

124 液压泵

130 三位调节阀

z   轴向方向

Claims (11)

1.一种用于具有线控转向系统的车辆的转向止挡装置，具有转向轴(11)、锁止架(40)和锁止件(30)，所述转向轴用于连接转向操纵装置(10)、尤其为方向盘，所述锁止架能位置固定地布置在车辆上，所述锁止件能通过驱动装置(35)插入到一位于锁止架(40)的锁止区(42)与同转向轴(11)联接的锁止部位(12)之间的间隙(22)中，其特征在于，锁止件(30)被构造成：在锁止位置中通过在锁止件(30)与锁止部位(12)之间的摩擦力以及通过在锁止件(30)与锁止区(42)之间的摩擦力使转向轴(11)相对于锁止架(40)的转动运动被锁止。

2.根据权利要求1所述的转向止挡装置，其特征在于，为锁止件(30)设有具有驱动方向(z)的驱动装置(35)，所述驱动方向基本上对应于转向轴(11)的轴线方向。

3.根据权利要求1或2所述的转向止挡装置，其特征在于，转向轴(10)的锁止部位(12)和锁止架(40)的锁止区(42)包括柱形和/或锥形的区段，锁止件(30)构造成通过夹紧径向力实现对转向轴(11)转动的锁止。

4.根据上述权利要求之一所述的转向止挡装置，其特征在于，锁止件(30)能以如下方式插入到位于锁止部位(12)与锁止区(42)之间的间隙(22)中：使转向轴(11)的转动在第一方向上锁止力增加地起作用，而在与第一方向相反的方向上锁止力减小地起作用。

5.根据上述权利要求之一所述的转向止挡装置，其特征在于，转向轴(11)的锁止部位(12)和/或锁止架(40)的锁止区(42)都具有锥形的区段，锁止件(30)的锥角(β)与转向轴(11)的锁止部位(12)的锥角(γ)同锁止架(40)的锁止区(42)的锥角(δ)的总和相当。

6.根据上述权利要求之一所述的转向止挡装置，其特征在于，锁止件(30)包括卵形的横截面，特别是，锁止件沿其轴向方向在所有被规定用于接合转向轴(11)和锁止架(40)的横截面处都具有卵形的横截面。

7.根据权利要求6所述的转向止挡装置，其特征在于，导入角(α)被定义为：卵形的锁止件(30)的最长横截面直径相对于位于锁止部位(12)与锁止区(42)之间的间隙(22)的切线方向的转角，转向止挡装置构造成：为产生锁止作用而使锁止件被以至少3°、优选至少6°的导入角(α)插入间隙中。

8.根据上述权利要求之一所述的转向止挡装置，其特征在于，锁止件(30)构造成：由于转向轴(11)的转矩而在锁止转动时在锁止件(30)中建立径向力，该径向力对应于保持转矩，所述保持转矩大于在转向轴(11)上引起的转矩。

9.根据上述权利要求之一所述的转向止挡装置，其特征在于，多个围绕转向轴(11)布置的锁止件(30)能同时插入间隙(22)中。

10.一种用于引起转向止挡的方法，其特征在于，连续地或以较短的间隔重复地测量转向轴(11)的转动位置，如果转动位置已达到预先确定的最大允许值，则使锁止件(30)插入到位于转向轴(11)与锁止架(40)或同该锁止架相连接的部件之间的间隙(22)中，其中，由摩擦力引起转向止挡。

11.一种根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在锁止件(30)插入到间隙(22)中时连续地或以预先确定的时间间隔测量由驾驶员施加到转向轴(11)上的转矩和/或转向轴(11)的转角，在存在相对于最大值减小的转向轴(11)转角的情况下和/或在存在沿使转向轴(11)的转角减小的方向作用的转矩的情况下，在锁止件(30)上施加拉力以使该锁止件(30)从间隙(22)缩回。