CN105313946B - 用于机动车的转向机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的转向机构，具有一转向装置外壳，在该外壳中以可移动的方式安装有转向齿杆，为了让转向车轮摆动，转向齿杆和车轮进行连接，其中，转向齿杆具有第一齿段，该第一齿段和小齿轮轴的第一转向小齿轮相咬合，小齿轮轴通过输入轴直接和方向盘相连，转向齿杆具有第二齿段，该第二齿段和第二小齿轮相咬合，其中，转向齿杆具有第三齿段，该第三齿段与第二齿段基于转向齿杆的纵轴相对，同时具有第三小齿轮，该小齿轮和第三齿段相咬合。

Description

用于机动车的转向机构

技术领域

本发明涉及一种转向机构，尤其涉及一种用于机动车的转向机构。

背景技术

对于所谓的中级车、豪华车、越野车和轻型商用车等较大和较重的车辆，说明了一种优先使用的机动车电子助力转向机构的结构形式，对于该形式而言，转向助力通过第二个小齿轮传导至转向齿杆。此外还存在一种转向机构，对于该结构而言，除了转向小齿轮的咬合外，在转向齿杆上还设有一球形螺纹，该螺纹通过一球形螺纹小齿轮和伺服电机相连。此处，转向助力通过球形螺纹传导至转向齿杆。由此降低了转向小齿轮的负载。包含对转向齿杆作用的球形螺纹小齿轮的转向机构相对较贵。

在DE102010027553A1中公开了一种小齿轮紧凑的价格低廉的转向机构，对于该机构而言，转向齿杆具有第一齿段和沿转向齿杆纵轴与第一齿段相对的第二齿段，其中转向小齿轮和第一齿段相咬合，第二个由伺服电机驱动的小齿轮和第二齿段相咬合。通过两个小齿轮的紧凑结构，可以取消价格昂贵的垫块。但因为助力力矩传导至输入轴区域，因此其结构空间的自由度受到较大限制。

发明内容

本发明的任务在于，创造一种转向机构，该转向机构具有较高的结构空间自由度，且可以提供重型机动车所需的转向助力。

本发明提供了一种用于机动车的转向机构，包含一转向装置外壳，在所述外壳中以可沿纵向移动的方式安装有一转向齿杆，为进行摆动，该转向齿杆和车轮相连，其中，转向齿杆具有第一齿段，所述第一齿段和小齿轮轴的第一转向小齿轮相咬合，小齿轮轴通过输入轴直接和方向盘相连；转向齿杆具有第二齿段，所述第二齿段和第二小齿轮相咬合；转向齿杆还具有第三齿段，所述第三齿段在转向齿杆的纵轴上和第二齿段相对；同时所述用于机动车的转向机构设有第三小齿轮，所述第三小齿轮和第三齿段相咬合。通过设置三个小齿轮，可以非常灵活的进行构建其结构空间。优先通过至少一个电动机施加所需的转向助力，该电动机和第二小齿轮和/或第三小齿轮进行咬合。

比较有利的方法是，第二齿段和第三齿段设置在第二转向齿杆段中，第一齿段设置在和第二转向齿杆段间隔一定距离的第一转向齿杆段中。该结构可以形成较高的结构空间自由度，因为助力力矩不会传导至输入轴区域。

在一种实施形式中，第二小齿轮由第一电动机驱动，第三小齿轮由第二电动机驱动。

该实施形式对于Steer-by-Wire(线控)转向的转向机构特别有利。

特别优先的方法是，两个相对小齿轮的旋转轴相互呈尖角设置，且两个在转向齿杆上相对于纵轴成相对排布的转向齿杆段设置在相互倾斜的平面内，因为该方式通过将转向齿杆在夹角中进行预应力可以实现无间隙的齿部咬合。可以理解和实现的是，两个相对小齿轮的旋转轴相互平行设置。在该情况下，可以设计特殊的垫块，该垫块可以排除齿部之间的间隙，齿部在预应力下进行咬合。对此可以使用小齿轮轴弹性预张紧安装技术或者其他技术，例如在涡轮转向机构中已经公开的间隙排除技术。

如果转向齿杆在第二转向齿杆段区域至少具有一个导向装置，该导向装置和至少一个导向元件共同作用使得转向齿杆沿平行的或者成夹角相互设置在转向小齿轮的旋转轴进行移动，转向小齿轮可以几乎无轴向力，间隙可以进行调节，且转向齿杆可以精确地进行控制。

可以设计成，第一转向齿杆段区域具有至少一个导向装置，该导向装置和至少一个导向元件共同作用使得转向齿杆沿第一转向小齿轮的旋转轴方向进行移动。

附图说明

在下文中将根据图纸对上述发明的实施示例进行更详细的说明。相同的元件或者功能相同的元件使用相同的标号。其中：

图1为具有两个小齿轮以及两个驱动电机和转向小齿轮的转向机构示意图；

图2为与图1类似的转向机构视图；

图3为图2的转向机构的另一视图；

图4为带扭转传感器的转向轴纵截面；

图5为带两个小齿轮以及一个驱动电机的转向机构空间示意图。

在不同实施示例中相同作用或相同类型的元件使用相同的标号，以便于理解。

具体实施方式

图1为具有两个小齿轮以及两个驱动电机和转向小齿轮的转向机构示意图，含方向盘1，该方向盘1和上部转向轴2和下部转向轴3以不可旋转的方式连接在一起。下部转向轴3进一步和第一转向小齿轮4以不可旋转的方式连接在一起。第一转向小齿轮4以已经公开的方式和转向齿杆6的第一齿段5相咬合。转向齿杆6沿其纵轴方向以可移动的方式安装在转向装置外壳中。在其自由端，转向齿杆6通过未作说明的锥形传动装置和转向横拉杆7相连。转向横拉杆7以已经公开的方式通过轴颈分别和一个机动车的转向车轮8相连。方向盘1的旋转通过上部转向轴2和下部转向轴3以及第一转向小齿轮4的连接形成转向齿杆6的纵向移动，由此形成转向车轮8的摆动。转向车轮8通过移动轨道9形成一个反向作用，该反向作用逆向于转向移动。为了让转向车轮8摆动需要一个力，该力在方向盘1上需要相应的旋转力矩。设有两个伺服电机10，11，以便在转向移动时为驾驶员提供助力。伺服电机10，11的旋转方向和旋转力矩通过转向轴上的扭转传感器12进行控制。伺服电机10，11将转向助力通过第二小齿轮13或者第三小齿轮15传递给转向齿杆6，第二小齿轮13和第二齿段14相咬合，第三小齿轮15和第三齿段16相咬合。第一齿段5位于第一齿杆段17内，第二和第三齿段14，16位于和第一齿杆段相距一定距离的第二齿杆段18内。此外，第二和第三齿段14，16设置在齿杆6上相对的两侧，其中，第三齿段16位于和第一齿段5相同的齿杆侧。第二小齿轮13的旋转轴131(虚线轴)和第三小齿轮15的旋转轴151(虚线轴)在本示例中相互平行设置。通过未作说明的预张紧元件和/或小齿轮13，15轴的偏心支架可以减小小齿轮13，15和转向齿杆6的第二齿段14，第三齿段16在传动咬合过程中的齿面间隙。也可以选择小齿轮轴相互成夹角的结构。

在图2和图3中对和图1类似的转向辅助传动区域进行了更详细的说明。转向齿杆6在相对的第二齿段14和第三齿段16区域具有大致为正方形的横截面。第二齿段14和第三齿段16设置在转向齿杆6两个相对的侧面。在该具体的实施形式中，第二齿段14和第三齿段16形成大约10度的夹角，从而使得第二齿段14和第三齿段16形成的平面从伺服电机10，11处看相互连接在一起。与之对应，第二小齿轮13的旋转轴131和第三小齿轮15的旋转轴151与图1中所示存在差异的是相互之间成夹角进行设置。小齿轮13和15的驱动端一端和伺服驱动装置10相连，另一端和伺服驱动装置11相连，且相互之间具有比转向小齿轮13和15自由端更大的距离。在第二齿段14和第三齿段16之间，转向齿杆6具有两个相对的导向装置19，该导向装置形式为纵向槽，并分布在转向齿杆的齿段纵向。导向装置19平行于第二齿段14和第三齿段16进行移动。与转向装置外壳位置固定的、位于转向机构中的导向元件20与导向装置19相咬合，该导向元件对转向齿杆6进行导向。转向齿杆6通过导向元件20固定在其垂直方向上，即固定在与小齿轮13和15旋转轴的相对位置。通过该方式，第二小齿轮13和第二齿段14以及第三小齿轮15和第三齿段16之间的齿部咬合的齿面间隙可以调节至规定的较小值，甚至为零。该调节使用V形结构的小齿轮13和15。通过此处未作说明的弹性元件，可以构成降低齿面间隙的相应预应力。

在图4中说明了扭转传感器12，带有设置在转向轴和第一转向小齿轮4之间的扭转棒21。方向盘1的旋转使得转向轴进行旋转，由此使得扭转棒21进行扭转。该扭转被扭转传感器识别，并输送给转向控制器。该控制器由此确定出伺服电机10，11正确的控制数值。转向力助力根据扭转棒21的扭转确定数值。

图5显示的是仅具有唯一一个伺服电机的实施示例。

在图5中，伺服电机11驱动第三小齿轮15，其中，第二小齿轮13通过齿轮传动装置的一个齿进行驱动。此处仅示意说明，第二小齿轮13和第一齿轮22以不可旋转的方式连接在一起，而第三小齿轮15和第二齿轮23以不可旋转的方式连接在一起。第一齿轮22和第二齿轮23相互咬合。两个齿轮具有相同的圆周，因此第二小齿轮13和第三小齿轮15的旋转角速度相同。这一点对于第二小齿轮13和第二齿段14以及第三小齿轮15和第三齿段16相同形状的咬合而言均需要。在另一种实施形式中也规定，转向齿杆6两侧的齿咬合具有不同的形状，尤其是两个小齿轮具有不同的圆周或者滚动圆周。对此必须通过相应匹配的齿轮或者其他同步装置进行同步。

如图3，图5所示，除了导向元件20，此处在第一转向小齿轮4和转向齿杆6的咬合区域同时还具有一导向装置24和与转向机构外壳位置固定、安排在转向机构中的导向元件25以及一个在与第一转向小齿轮4相对一侧的转向齿杆导向装置26。如当前技术水平已经公开的内容所示，导向装置26也可以由垫块构成。当然也可以规定一种实施形式，对于该实施形式而言取消用于调节小齿轮/转向齿杆咬合间隙的垫块。

根据图5另一种转向机构的实施形式规定，第一齿轮22和第二小齿轮13固定安装在转向机构外壳中，并和第二小齿轮13相连，而第二齿轮23和第三小齿轮15的安排在较小范围内为可移动结构，因此可以确保第二小齿轮13和第三小齿轮15之间的轴距为可变数值。通过合适的弹性装置，可以使得所述的转向机构保持无间隙状态。由此，在生产过程中需要遵守的公差得以增大，这可以简化生产过程。

上述图片应说明的是，根据本发明的对象并不局限于特定的传动装置形式和驱动装置。第二和第三小齿轮通过任意类型的具有一个或者两个伺服电机的传动装置进行驱动。

根据本发明的转向机构可以在第二个和转向齿杆相咬合的转向小齿轮间隔一定距离的转向齿杆段区域选择具有一个或者两个伺服电机的转向辅助装置，从而使得转向机构在具有灵活的结构空间形式的同时可以施加特别高的助力力矩。

根据本发明的转向机构适合用于在方向盘和转向机构之间无机械连接的线控转向系统。对此，根据图1，2，3的具有两个相互独立的驱动电机的实施形式可以提供较大的冗余，这一点对于线控系统比较有利。在两个电动机中的一个出现故障时，另一个电动机可以确保紧急情况下的工作。这一点在停车以及在车辆低速行驶需要转向系统所有驱动功率时特别重要。

Claims (6)

1.用于机动车的转向机构，具有一转向装置外壳，在所述外壳中以可移动的方式安装有转向齿杆(6)，所述转向齿杆(6)和车轮进行连接以使转向车轮摆动，其中，转向齿杆(6)具有第一齿段(5)，所述第一齿段(5)和小齿轮轴的第一转向小齿轮(4)相咬合，小齿轮轴通过输入轴(2)直接和方向盘(1)相连，转向齿杆(6)具有第二齿段(14)，所述第二齿段(14)和第二小齿轮(13)相咬合，其特征在于，转向齿杆(6)具有第三齿段(16)，所述第三齿段(16)与所述第二齿段(14)基于转向齿杆(6)的纵轴相对，同时所述用于机动车的转向机构具有第三小齿轮(15)，所述第三小齿轮(15)和第三齿段(16)相咬合；

在所述第一转向小齿轮(4)和所述转向齿杆(6)的咬合区域具有一个在与所述第一转向小齿轮(4)相对一侧的垫块。

2.根据权利要求1的所述用于机动车的转向机构，其特征在于，具有至少一个电动机，所述电动机和第二小齿轮(13)和/或第三小齿轮(15)相咬合。

3.根据权利要求1的所述用于机动车的转向机构，其特征在于，第二齿段(14)和第三齿段(16)设置在第二转向齿杆段(18)中，第一齿段(5)设置在和第二转向齿杆段(18)间隔一定距离的第一转向齿杆段(17)中。

4.根据上述权利要求1-3中任一项的所述用于机动车的转向机构，其特征在于，第二小齿轮(13)由第一电动机(10)进行驱动，第三小齿轮(15)由第二电动机(11)进行驱动。

5.根据权利要求4的所述用于机动车的转向机构，其特征在于，转向机构是线控转向系统的组成部件。

6.根据上述权利要求1-3中任一项的所述用于机动车的转向机构，其特征在于，至少一个电动机(10，11)通过转向轴上的扭转传感器(12)进行控制。