CN106536326B - 用于机动车辆转向系统的转向轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及与助力转向单元(112，114，116)一起使用的用于机动车辆转向系统的转向轴(1)，其包括输出轴(12)和支撑件(2)，支撑件(2)连接到输出轴(12)且能够与输出轴(12)一起转动，在支撑件(2)的径向外侧区域(20)中设置由塑料构成的蜗轮齿机构(3)，以形成与助力转向单元(112，114，116)连接的蜗轮(4)。支撑件(2)是输出轴(12)的一体组成部分。

Description

用于机动车辆转向系统的转向轴
技术领域
本发明涉及与转向辅助装置一起使用、尤其是与电气转向辅助装置或者机电转向辅助装置一起使用的、用于机动车辆转向系统的转向轴。
背景技术
与电气转向辅助装置或者与机电转向辅助装置一起使用的用于机动车辆转向系统的转向轴基本上是已知的。转向轴具有连接到方向盘的输入轴，机动车辆的驾驶员通过输入轴将转向转矩作为转向命令引入到机动车辆转向系统中。设置连接到输入轴的输出轴，转向转矩通过该输出轴经由横拉杆传递到待转向的各个车轮。为了能够确定连接到输出轴的电气辅助装置或者机电辅助装置各自需要的辅助力，通常，输入轴和输出轴通过扭力杆彼此弹性地连接，并且驾驶员引入输入轴的转矩可以通过确定输入轴和输出轴之间的相对扭转来确定。
由此确定的转矩可以构成用于确定将被引入到转向系统的辅助转矩的基础，或者用于确定转向辅助装置的辅助力的基础，以用于辅助驾驶员转向。
为了引入相应的辅助转矩，转向辅助装置(例如，电气转向辅助装置或者机电转向辅助装置)通常安装在输出轴上、转向齿轮上或者齿条上。在该情况中，各个转向辅助装置通过由驾驶员经方向盘引入输入轴的相对于输出轴的转矩来致动。
这里，已知通过扭力杆连接转向轴的输入轴和输出轴，并且根据输入轴和输出轴之间的相对扭转角度通过扭矩传感器来确定输入转矩。在液压伺服转向系统的情况中，例如，可以通过旋转滑阀来实现输入转矩的确定，并且在机电伺服转向系统的情况中，可以通过相应的磁传感器实现输入转矩的确定。
为了防止扭力杆过载，可以通过间隙形状配合使输入轴和输出轴彼此连接或耦合，使得如果超过扭力杆的弹性扭转的最大值时，输入轴和输出轴发生直接形状配合接合。
然后，辅助力例如通过蜗轮引入输出轴，该蜗轮连接到输出轴且能够与输出轴一起转动并且被电动机的蜗杆式驱动输出轴作用以引入相应的转向辅助转矩。
为了允许驱动蜗杆在蜗轮上低摩擦运行，优选地，蜗轮的蜗轮齿由塑料材料制造。以该方式，可以减小转向辅助装置的噪音排放。
DE 10 2012 101 383 A1已经公开了具有蜗轮的输出轴，其中，钢质内套筒安装在输出轴上并且在该钢质内套筒上注塑成型蜗轮齿。由于该结构的多个部件类型，因此该结构是笨重的。
DE 10 2008 043 214A1已经公开了直接在输出轴上注塑成型的蜗轮。然而，由于塑料一般比钢强度小，该蜗轮在轴向方向上具有相对宽的结构。
发明内容
从现有技术出发，相应地，本发明的目的是提供与转向辅助装置一起使用用于机动车辆的转向轴，该转向轴减小了结构空间并且结构更简单。
相应地，提出与转向辅助装置一起使用的用于机动车辆转向系统的转向轴，该转向轴包括输出轴和载体，载体连接到输出轴且能够与输出轴一起转动，在载体的径向外侧区域上设置由塑料构成的蜗轮齿，以形成用于与转向辅助装置连接的蜗轮。根据本发明，载体与输出轴形成为一体。在本发明的文本中，转向辅助装置应当理解为简单地将额外的辅助力或辅助转矩引入转向系统中以减小由驾驶员手动引入到转向系统中的力或转矩的装置，以及除了由驾驶员引入的转向角度之外将额外的转向角度引入到转向系统中的装置，或者两者的组合。
由于载体和输出轴形成为一体，所以可以免除输出轴的多部件设计。载体和输出轴可以例如通过成型工艺(优选地，冷挤压成型)在单个步骤中一起制造。相应地，载体和输出轴的强度极其高，还可以免除使用用于形成载体和/或用于形成蜗轮的其他部件。
由于由塑料构成的蜗轮齿直接施加在载体的径向外侧区域上，所以还可以减小结构空间，这是因为至少在输出轴的接近轴线的区域中，载体不具有塑料封装。载体由与输出轴相同的材料制成，即例如由钢制成。相应地，由于载体与输出轴形成为一体，所以载体在接近轴线的区域在轴线方向上的宽度明显小于使用塑料形成载体时的宽度。这是因为钢的强度高于塑料的强度。
优选地，载体是盘状的并且具体地，载体超出输出轴的高度h1与载体的宽度的比值≥1。优选地，载体超出输出轴的高度h1与载体的宽度b的比值大于或等于2，其中，优选地，该比值小于或等于4。换言之，载体超出输出轴外表面的径向界限或者高度是载体的最大半径，该径向界限或者高度明显大于该载体的宽度。相应地，载体基本为盘状并且是窄结构。
优选地，蜗轮齿优选地施加在载体的径向外侧区域中，使得蜗轮齿仅以实现强度所必须的程度来围绕载体。相应地，载体布置在输出轴和蜗轮齿之间的区域可以是自由的，以减小整体结构空间以及减小由于安装蜗轮齿而占据的空间。
优选地，在载体的施加蜗轮齿的外侧区域中，载体包括允许蜗轮齿在转动方向上与载体形状配合连接的齿部、滚花、平行于轴线的孔或洞，或者其他形状配合结构。相应地，可以确保当引入辅助力或者辅助转矩时蜗轮齿不会相对于载体滑移或转动，使得可以将辅助力或者辅助转矩精确引入转向组件中。
优选地，蜗轮齿由单一塑料制造，使得在这种情况下，还可以免除多部件结构，从而能够低廉地制造转向轴。
优选地，蜗轮齿被注塑成型、浇铸和/或粘接在载体的径向外侧区域上，以实现简单且低廉的制造。
优选地，用于连接各个关节轴的压配合接口和/或形状配合接口与输出轴一体地形成。因此，这里可以在可能由多个步骤组成的单个成型过程中与载体和各个接口一起形成输出轴。在替换实施例中，输出轴包括齿，该齿与齿条的相应齿啮合，并且由此将之前经由载体引入的辅助力或辅助转矩直接传递到齿条。因此，这里输出轴可以在单个成型过程中与载体一起形成，并且随后可以在输出轴的相应轴区域上形成齿。
优选地，载体的被蜗轮齿围绕的区域小于未被围绕的区域。具体地，被蜗轮齿围绕的圆环区域h1-h2小于未被围绕的圆环区域h2，结果如上所述，在载体的径向方向上的相对较大区域中没有蜗轮齿，由此可以相应地减小结构空间。
具体地，本发明包括用于机动车辆的转向系统，其包括伺服电动机和蜗轮，伺服电动机具有输出轴，蜗杆能够转动地耦合到输出轴，蜗轮耦合到转向轴且能够与转向轴一起转动，蜗轮与蜗杆啮合形成齿轮机构，其中，伺服电动机通过由蜗杆和蜗轮构成的齿轮机构将辅助力或辅助转矩引入转向轴以辅助转向运动，其特征在于，转向轴根据前面描述的特征中的一个或者多个来设计。
附图说明
通过以下对附图的描述更详细地讨论本发明的其他优选实施例和方面，其中：
图1是具有转向辅助装置的机动车辆转向系统的示意性立体图；
图2是具有蜗轮的输出轴的示意性立体图；
图3是与载体形成为一体的输出轴的示意性立体图；
图4是涡轮齿被施加到图3中的载体的输出轴的示意性剖视图；
图5是垂直于来自图4的蜗轮的轴线方向的示意性剖视图；
图6示出在又一示例性实施例中与载体一体形成的输出轴；
图7是施加有蜗轮齿的图6的输出轴的示意性剖视图；
图8是在又一示例性实施例中输出轴的示意性立体图；
图9是在又一示例性实施例中输出轴的示意性立体图；以及
图10是根据本发明的电气转向辅助装置的示意性立体图。
具体实施方式
以下，根据附图描述优选的示例性实施例。这里，在不同附图中，相同或相似元件或者作用相同的元件用相同的附图标记表示，并且为了避免冗余，将在以下说明书中部分地省略这些元件的重复描述。
图1是机动车辆转向系统100的示意图，其中，驾驶员可以通过方向盘102将作为转向命令的相应转矩输入转向轴1。然后，该转矩通过转向轴1传递到与齿条106啮合的转向齿轮104，然后，齿条106转而将预定转向角度通过相应的横拉杆108传递给机动车辆的可转向轮110。
可以以耦合到转向轴1的转向辅助装置112、耦合到齿轮104的转向辅助装置114和/或耦合到齿条106的转向辅助装置116的形式来设置电气转向辅助装置和/或液压转向辅助装置。各个转向辅助装置112、转向辅助装置114或者转向辅助装置116将辅助转矩引入转向轴1、或者引入转向齿轮104、和/或将辅助力引入齿条106，由此辅助驾驶员转向。图1中示出的三个不同转向辅助装置112、114和116示出了这三个不同转向辅助装置可能的布置位置。
通常，示出位置中仅仅一个位置具有转向辅助装置。考虑由转矩传感器118确定的输入转矩，来确定将由各个转向辅助装置112、114或116施加以辅助驾驶员的辅助转矩或者辅助力。或者，结合引入的辅助转矩或辅助力，可以通过转向辅助装置112、114、116将额外的转向角度引入转向系统，该额外的转向角度添加到由驾驶员通过方向盘102施加的转向角度。
转向轴1具有输入轴10和输出轴12，其中输入轴10连接到方向盘102，并且输出轴12通过转向齿轮104连接到齿条106。输入轴10和输出轴12通过扭力杆(图1中不可见)彼此可转动地弹性耦合。因此，当输出轴12没有与输入轴10准确地同步转动时，由驾驶员通过方向盘102引入输入轴10的转矩导致输入轴10相对于输出轴12的相对转动。输入轴10和输出轴12之间的该相对转动例如可以通过转动角度传感器测量，并且由于已知扭力杆的扭转刚度，相应地可以确定相对于输出轴的相应输入转矩。以该方式，由于输入轴10和输出轴12之间的相对转动的确定而形成转矩传感器118。该类型的转矩传感器118基本上是已知的，并且可以例如以旋转滑阀、或电磁阀或相对扭转的其他测量方式的形式实现。
相应地，仅仅当输出轴12抵抗与扭力杆的阻力而相对于输入轴10被扭转时，通过方向盘102由驾驶员施加到转向轴1或者施加到输入轴10的转矩才引起由转向辅助装置112、114、116中的一者引入的辅助转矩。
或者，转矩传感器118还可以布置在位置118′处，那么，在不同位置处相应地实现转向轴1分为输入轴10和输出轴12以及通过扭力杆的可转动弹性耦合，从而可以从通过扭力杆耦合到输入轴10的输出轴12的相对扭转确定相对转动以及相应输入转矩和/或待输入的辅助力。
图1中的转向轴1还包括至少一个万向节120，通过该万向节120，机动车辆中的转向轴1的轮廓可以适配空间条件。
图10示出根据本发明的转向辅助装置的实施例。用于机动车辆的转向系统包括伺服电动机11001，其具有输出轴11002，该输出轴11002可转动地耦合到蜗杆11003，并且所述转向系统还包括蜗轮4，该蜗轮4耦合到转向轴1且能够与转向轴1一起转动，并且该蜗轮4与蜗杆11003配合形成齿轮机构，其中，伺服电动机11001通过由蜗杆11003和蜗轮4组成的齿轮机构将辅助力或者辅助转矩引入转向轴1，以辅助转向运动。在图2到图8中的不同实施例中示出转向轴1并且将在下文更详细地描述。
图2示意性地示出了转向轴1的立体图。这里，转向轴1示为输出轴12的形式，其中，这里示出驱动输出侧端部122，该端部与例如图1中示出的万向节120接合并且将转向转矩相应地传递到转向系统的下游区域。设置载体2，该载体2布置在输出轴12上并且能够与输出轴12一起转动，在该载体2上布置有蜗轮齿3。通过蜗轮齿3，可以经由相应的驱动蜗杆将各个辅助力从载体2传递到输出轴12。蜗轮齿3和载体2一起形成蜗轮4，该蜗轮4连接到输出轴12并且能够与输出轴12一起转动，并且该涡轮4相应地适于引入各个额外的转向转矩。
载体2和蜗轮齿3一起限定蜗轮4。转向辅助装置112的电动机或伺服电动机的驱动输出可以相应地作用在蜗轮4上。在一个替换例中，还可以设置液压驱动器。因此，转向辅助装置112用于将通过转矩传感器118确定的辅助转矩引入输出轴12中，由此引入机动车辆转向系统100的位于输出轴12下游的所有部件中，以辅助驾驶员转向。
为了能够准确地确定将由蜗轮4引入的转矩或者辅助力的大小，如上所述，输入轴10和输出轴12彼此可转动地弹性连接，使得由驾驶员通过方向盘102引入输入轴10的各个转向命令，产生由转向辅助装置112向驾驶员提供的辅助，该辅助作用在蜗轮4上并由此作用在转向轴1上。为此，设置转矩传感器118，该转矩传感器118确定输入轴10和输出轴12之间的相对转动，或者确定输入轴10和输出轴12之间相应的相对转动角度，并且以此为基础，可以确定由转向辅助装置112提供的辅助转矩。
载体2和输出轴12形成为一体。例如，该单件式形式可以通过例如共同变形、优选地通过冷挤压相应的半成品件来实现，其中该半成品件的直径小于最终制造的载体2外径。
由塑料构成的蜗轮齿3优选地在载体2的径向外周区域中在载体2上注塑成型，但是蜗轮齿3还可以浇铸或者粘接(例如通过使两个分开的壳体粘接而连接)在该径向外周区域中。
图3中的示意性立体图中再次示出结合有载体2的输出轴12。可以看出，载体在其径向外侧区域20中具有齿部22，该齿部22用于与施加的蜗轮齿3刚性锁紧啮合。相应地可以在随后形成的蜗轮绕轴线1000转动时至少在转动方向上防止蜗轮齿相对于载体以及相对于输出轴12的滑移。以该方式，即使在通过转向辅助装置传递相对高的转矩或者相对高的辅助力的情况下，也能够实现各个力的可靠传递。
图4在穿过转向轴1的某个平面中的示意性剖视图中，该平面延伸经过轴线1000。可清楚看到，输出轴12与载体2具体通过成型过程而形成为一体。驱动输出侧端部122和驱动输入侧端部124同样在输出轴12中形成为一体，其中驱动输出侧端部122还具有用于扭力杆(未示出)的容纳部126。
如在图4中的剖视图清楚可见的，载体2大致呈盘状。这尤其意味着输出轴12的表面到载体2的径向最外侧区域的高度h1明显大于载体2的宽度b。这还可以表示如下：h1/b≥1。换言之，载体2是盘状形式并且相应地从输出轴12突出明显的距离。
蜗轮齿3不仅绕载体2的最外周施加，还围绕或者包围载体2的径向外侧区域20。输出轴12的外表面和蜗轮齿3径向最内侧界限之间的高度h2相应地小于载体2的总高度h1。
优选地，载体2被蜗轮齿3围绕的径向外侧区域20，即h1-h2明显小于载体2的未被蜗轮齿3围绕的区域h2。换言之，被围绕的径向外侧区域20的高度(h1-h2)仅相对于载体2的自由高度h2是相对小的。
以该方式，相应地可以在高度h2的区域中节约结构空间，其中，载体2仅仅在轴线1000方向上有宽度b，使得由蜗轮4占据的结构体积尽可能小。
由于载体2与输出轴12形成为一体，还可以在载体2和输出轴12之间实现高强度，使得可以确保通过转向辅助装置引入的转矩的可靠传递。
图5示出通过盘状载体2的平面的示意性剖视图。已经如上所述，盘状载体2在其外周上具有齿部22(这在图5中可以尤其清楚地看到)，该齿部22与蜗轮齿3以形状配合的方式接合。相应地，至少在转动方向上可以实现形状配合，该形状配合允许转矩从蜗轮齿3可靠地传递到载体2并且由此传递到输出轴12。
图6示意性地示出转向轴1的另外实施例，其中，在该情形中，输出轴12与载体2再次形成为一体。这里，在载体2的径向外侧区域20中设置孔24，该孔平行于轴线1000延伸并且同样用于将蜗轮齿以形状配合的方式连接到载体2。
这在图7中的经过轴线1000的平面中的示意性剖视图中可见。蜗轮齿3相应地延伸经过孔24。这可以通过在载体2的径向外侧区域20上通过注塑成型而形成涡轮齿3来实现，以这样的方式，蜗轮齿3的塑料材料流动经过孔24并且相应地实现蜗轮齿3和载体2的刚性锁紧连接。
图8示出具有输出轴12的转向轴1的又一示意性立体图。这里，挤压期间平行于轴线1000形成环26，该环26具有内齿和外齿，通过该环26可以实现载体2和蜗轮齿3之间的形状配合连接，其中，由于环26的加宽结构，可以通过该环的高强度更紧凑地制造蜗轮齿3，因此，可以额外地节省结构空间。
在该情形中，反过来，蜗轮齿3在轴线1000方向上大于载体的宽度b。相应地，也可以以该方式提供极其紧凑的输出轴12，该输出轴12相应地至少在围绕输出轴12的结构空间区域中设置在极其小的结构体积中，其中载体2具有自由高度h2。
相应地，通过蜗轮5的上述形状，可以实现紧凑且节省空间的结构，其中同时，减少了所需部件的数量，可以增强蜗轮4的强度。
输出轴12的驱动输出侧端部122例如通过万向节120设置与各个关节轴的形状配合接口。驱动输入侧端部124同样提供与扭力杆的压配合或者形状配合接口。
图9示出了替换实施例，其中，输出轴12具有齿，该齿与齿条106的相应齿啮合，并且由此将之前通过载体2引入的辅助力或者辅助转矩直接传递给齿条106。这里，在该例子中，输出轴还可以在单个成型过程中与载体一起形成，其中，接着可以将齿施加到输出轴的相应轴区域。
在适用的情况下，在不脱离本发明的范围内，在各个示例性实施例中的所有单独特征可以彼此组合和/或交换。
附图标记列表
1 转向轴
10 输入轴
12 输出轴
100 机动车辆转向系统
102 方向盘
104 转向齿轮
106 齿条
108 横拉杆
110 可转向轮
112 转向辅助装置
114 转向辅助装置
116 转向辅助装置
11001 伺服电动机
11002 输出轴
11003 蜗杆
118 转矩传感器
118’ 转矩传感器
120 万向节
122 驱动输出侧端部
124 驱动输入侧端部
126 用于扭力杆的容纳部
1000 轴线
2 载体
20 径向外侧区域
22 齿部
24 孔
26 环
3 蜗轮齿
4 蜗轮
h1 载体超出输出轴的高度
h2 输出轴和蜗轮齿之间的间距
b 载体的宽度

Claims (7)

1.一种与转向辅助装置(112，114，116)一起使用的用于机动车辆转向系统的转向轴(1)，所述转向轴(1)包括输出轴(12)和载体(2)，所述载体(2)连接到所述输出轴(12)且能够与所述输出轴(12)一起转动，在所述载体(2)的径向外侧区域(20)上设置由塑料构成的蜗轮齿(3)以形成蜗轮(4)，所述蜗轮(4)连接到所述转向辅助装置(112，114，116)，
其特征在于，
所述载体(2)与所述输出轴(12)形成为一体，并且
所述载体(2)的所述径向外侧区域(20)包括被设计为在转动方向上与所述蜗轮齿(3)形成形状配合连接的齿部(22)、滚花、平行于轴线的孔(24)和/或其他形状配合结构。
2.根据权利要求1所述的转向轴(1)，其特征在于，所述输出轴(12)和所述载体(2)通过成型过程或冷挤压成型来一起制造。
3.根据权利要求1或2所述的转向轴(1)，其特征在于，所述载体(2)是盘状的，并且所述载体(2)超出所述输出轴(12)的高度(h1)与所述载体(2)的宽度(b)的比值大于或等于1。
4.根据权利要求1或2所述的转向轴(1)，其特征在于，所述蜗轮齿(3)被注塑成型、浇铸和/或粘接到所述载体(2)的所述径向外侧区域(20)上。
5.根据权利要求1或2所述的转向轴(1)，其特征在于，所述载体(2)的被所述蜗轮齿(3)围绕的所述径向外侧区域(20)的高度(h1-h2)小于所述载体(2)中未被所述蜗轮齿(3)围绕的区域的高度(h2)。
6.根据权利要求1或2所述的转向轴(1)，其特征在于，用于与各个关节轴(120)连接的压配合接口和/或形状配合接口与所述输出轴(12)一体地形成。
7.一种用于机动车辆的转向系统，所述系统包括伺服电动机(11001)和蜗轮(4)，所述伺服电动机(11001)具有输出轴(11002)，蜗杆(11003)能够转动地耦合到所述输出轴(11002)，所述蜗轮(4)耦合到转向轴(1)且能够与所述转向轴(1)一起转动，所述蜗轮(4)与所述蜗杆(11003)啮合形成齿轮机构，其中，所述伺服电动机(11001)通过由所述蜗杆(11003)和所述蜗轮(4)构成的所述齿轮机构将辅助力或辅助转矩引入所述转向轴(1)以辅助转向运动，其特征在于，所述转向轴(1)根据前述权利要求中的任意一者来设计。
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