CN107200058B - 用于可转向的车辆的转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可转向的车辆的转向系统，其包括至少两个可转向的车轮，这些车轮分别配有电气可运行的转向促动器，用于借助转向促动器能够通过施加转向力矩调整相应的可转向的车轮的转向角，其中，至少两个转向促动器能够相互机械耦合，使得在一个转向促动器失灵或故障时由另一个转向促动器提供的转向力矩能传递到所述一个转向促动器上，以便通过另一个转向促动器能够继续改变配有失灵的转向促动器的可转向的车轮的转向角。为了将转矩从一个转向促动器传递到另一个转向促动器，至少两个转向促动器通过可弯曲的轴或通过万向节轴能够相互机械耦合，万向节轴具有至少两个刚性的、通过万向节铰接地相互连接的轴。

Description

用于可转向的车辆的转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于可转向的车辆、尤其机动车的转向系统、尤其线控转向系统，其包括至少两个可转向的车轮，这些车轮分别配有电气可运行的转向促动器，用于借助所述转向促动器能够通过施加转向力矩调整相应的可转向的车轮的转向角，其中，至少两个转向促动器能够相互机械耦合，使得在一个转向促动器失灵或故障时由另一个转向促动器提供的转向力矩能传递到前述一个转向促动器上，以便通过另一个转向促动器能够继续改变配有失灵的转向促动器的可转向的车轮的转向角。

背景技术

在近些年人们为机动车研发了不同的线控转向系统(下面也称为SBW转向系统)，其中，在由车辆驾驶员操纵的方向盘和车辆的转向轮之间不再有机械连接。

线控转向系统的较新的方案是，每个可转向的车轮分别设有电气可运行转向促动器，用于借此通过施加转向力矩可以调整相应的可转向的车轮的转向角。由此带来的优点是，例如在所有行驶条件下实现理想的阿克曼角，这还使得在转弯行驶中实现更低的轮胎磨损和更好的轮胎附着。此外，为各个转向促动器的安置提供比传统的齿条转向器更多的结构空间。这种转向系统例如在DE 10 2008 039 547 A1中阐述。

为了即便在转向促动器失灵时仍然始终可保证车辆的一定的可转向性，可以冗余地，也就是例如双倍地设计有线控转向系统的不同的部件。这既涉及硬件、例如转向促动器本身、控制转向促动器的电子控制装置(ECU)、转向力矩传感器/转向角传感器、各个部件之间的通信路径和类似部件，也涉及控制线控转向系统的软件。

在转向促动器失灵时，转向促动器可以设计成，使得转向促动器阻止或自由地允许车轮的转动。转向促动器可以备选地设计成，使得当超过确定的转向力矩时转向促动器才允许可转向的车轮的转动。仍然作用的转向促动器随后也许可以承担失灵的转向促动器的转向工作，以便车辆至少可以可靠地停车。

由此，前述的文献DE 10 2008 039 547 A1例如建议，一对转向促动器通过保险缆相互机械地连接，使得在转向促动器故障时由另一个未故障的转向促动器产生的转向力矩的一部分通过保险缆可以传递至故障的转向促动器，以便与故障的转向促动器相连的车轮再次至少可以转动到确定的角度。

WO 2008/129275 A1公开了一种转向系统，其中自动控制的车辆的可转向的前轮和可转向的后轮分别被独立的转向促动器(一个用于前车桥并且一个用于后车桥)铰接。为了在转向促动器失灵时仍然能够继续对车辆的前轮和后轮转向，两个转向促动器通过离合器相互机械地、液压地或气动地耦合，使得仍然作用的转向促动器可以承担失灵的转向促动器的转向工作。在实施例中，转向促动器设计为电动机，其中，电动机的从动轴向着相应的转向促动器的两侧延伸并且从动轴的一个端部与用于对前轮和后轮转向的转向机构相连，并且从动轴的另一个端部与离合器相连，两个转向促动器或转向促动器的相应的从动轴通过离合器可以相互耦合。

由US 7,021,416 B2还已知一种线控转向系统，该线控转向系统具有机械的保险连接装置，该保险连接装置形式为在由驾驶员可操作的手柄和用于使两个可转向的车轮转向的齿杆转向机构之间的柔性轴。在线控转向系统发生电气故障时，可以借助电磁离合器建立柔性轴与齿杆转向机构的机械耦合，使得车轮在这种情况下通过手柄可以实现转向。

在US 2008/0149412 A1公开的用于车辆的线控转向系统中，在线控转向系统发生故障时也可以借助电磁离合器建立转向轮与用于对可转向的车轮转向的转向机构之间的机械耦合。

发明内容

在这种背景下，本发明的所要解决的技术问题是，提供一种用于车辆的改进的转向系统、尤其线控转向系统，其即便在转向系统中出现技术故障时至少可以一定程度上保证车辆的可转向性。此外，这种转向系统应格外紧凑地构造。

所述技术问题按照本发明提供一种用于可转向的车辆的转向系统解决。

应说明的是，以下对各个技术特征的说明可以任意地、技术上合理地相互组合并且成为本发明的另外的设计方案。所述说明书尤其结合附图附加地阐述和详细说明本发明的特征。

按照本发明，用于可转向的车辆的转向系统、尤其线控转向系统包括至少两个可转向的车轮，这些车轮分别配有电气可运行的转向促动器，用于借助所述转向促动器能够通过施加转向力矩调整相应的可转向的车轮的转向角。此外，至少两个转向促动器能够相互机械耦合，使得在一个转向促动器失灵或故障时由另一个转向促动器提供的转向力矩能传递到所述一个转向促动器上。以这种方式确保，通过另一个转向促动器能够至少一定程度上继续可改变配有失灵的转向促动器的可转向的车轮的转向角，以便例如使车辆可靠地停车或者以较低的速度可以至少继续行驶一段距离，例如用于到达修理厂。按照本发明，为了将转矩从一个转向促动器传递到另一个转向促动器，至少两个转向促动器通过可弯曲的、柔性的轴或通过万向节轴能够相互机械耦合，所述万向节轴具有至少两个刚性的、通过万向节轴铰接地相互连接的轴。转向促动器优选设计为电动机，该电动机的从动轴则通过可弯曲的轴或万向节轴相互机械耦合，使得相应从动轴的从动扭矩通过该方式在需要时从一个转向促动器可以传递到另一个转向促动器。由此，即便在转向系统中出现故障时也至少在一定程度上保证车辆的可转向性。

用于耦合至少两个转向促动器的可弯曲的轴和万向节轴还提供了特别节省结构空间的设计方案的主要优点。例如可以有效地利用通常在车辆的发动机舱内非常受限地提供的空间，方式是，可弯曲的轴或万向节轴布置在仍然空出的空间(间隙)内。由此，它们例如可以围绕布置在可转动的车轮之间的驱动马达和/或传动箱和类似装置布置，无需考虑其所需的空间。

只要可供使用的结构空间允许在转向促动器之间的刚性的、一件式的轴的布置，则可以设想借助刚性的、一件式的轴建立这种机械耦合，用于在转向促动器之间传递转矩。

此外，在转向促动器之间的柔性的、可弯曲的机械耦合可以备选地通过鲍登索系统和/或通过纯粹的牵引索系统提供，其中一个牵引索从一个转向促动器延伸至另一个转向促动器，并且另一个牵引索从另一个转向促动器延伸至所述一个转向促动器，使得在需要时针对两个操作方向给牵引索分别仅施加拉力负荷。鲍登索系统和牵引索系统在车辆中的布置都是节省空间的，方式是，它们布置在车辆中的空出的空间(间隙)内并且在此处延伸。牵引索例如通过导向锟相应地柔性地铺设。

备选地，转向促动器也可以相互液压地耦合。例如，在每个转向促动器上分别安装液压泵或者液压缸，其中，在故障情况下闭合的液压阀可以建立在转向促动器之间的液压连接。这种设计方案也可以在车辆中在相互有待连接的转向促动器之间特别节省空间地布置，方式是，在车辆中在空出的空间(间隙)内铺设相应的液压连接管道。

按照本发明的有利的设计方案，可弯曲的轴或万向节轴具有扭转弹性，使得在无故障运行时出现的在相互机械耦合的转向促动器之间的通常的转向角差通过可弯曲的轴或万向节轴被无传递地补偿，并且另外的转向角差引起在相互连接的转向促动器之间的转矩传递。换句话说，通过可弯曲的轴或万向节轴，在无故障运行时虽然出现了在转向促动器之间的通常的转向角差但基本上不会在相互机械耦合的转向促动器之间传递扭矩，反之若在转向促动器之间的转向角差超过无故障运行时通常出现的转向角差，则在通过可弯曲的轴或万向节轴之间相互机械耦合的转向促动器之间开始传递转矩。以这种方式，转向促动器既在转向系统的无故障运行时也在故障情况下可以与可弯曲的轴或万向节轴保持连接，使得在转向促动器之间不必设立附加的用于分离或建立机械耦合的离合器。由此，可以降低转向系统的重量和制造成本。此外，如此设计的转向系统仅需要较小的结构空间。

为了只有在转向系统故障时才建立转向促动器的机械耦合，用于从一个转向促动器向另一个转向促动器传递转向操作，本发明的有利的设计方案规定，在转向促动器的机械耦合装置(例如可弯曲的轴或万向节轴)中接入至少一个离合器，该至少一个离合器在转向系统的无故障运行时打开并且在故障时闭合。以这种方式确保，相互机械耦合的转向促动器在转向系统无故障运行时不会彼此影响。在转向促动器的机械耦合装置中接入离合器同样在使用刚性轴、鲍登索系统、牵引索系统作为转向促动器之间的机械耦合装置时或者在转向促动器之间液压耦合时类似地应用。

本发明的另外有利的设计方案规定，在转向促动器的机械耦合装置(例如可弯曲的轴或万向节轴)中接入至少一个形状配合连接的离合器。在此，形状配合连接的离合器设计为，允许在其输入侧和其输出侧之间发生一定程度的相对运动，使得在转向系统无故障运行时出现的在相互机械耦合的转向促动器之间的通常的转向角差通过所述离合器被无传递地补偿，并且另外的转向角差引起离合器的形状配合连接。换句话说，通过形状配合连接的离合器，在通过离合器实现的相互机械耦合的转向促动器之间不传递在转向系统的通常的无故障运行时出现的转向角差。只有当转向角差超过了通常的量值，例如在转向系统错误或故障情况下，则通过离合器有效的形状配合连接开始将转向角从一个转向促动器传递到另一个转向促动器。形状配合连接的离合器在机械的耦合装置中的接入同样在使用刚性轴、鲍登索系统、牵引索系统作为转向促动器之间的机械耦合装置时或者在转向促动器之间液压耦合时类似地应用。

本发明的另外有利的设计方案规定，在形状配合连接的离合器的形状配合连接的元件之间布置有至少一个弹簧件，所述至少一个弹簧件能够实现形状配合连接的离合器的弹性的形状配合连接，使得在离合器形状配合连接时伴随在其输入侧和其输出侧之间的增大的转向角差在相互耦合的转向促动器之间传递更高的转矩。这实现了从离合器的没有形状配合连接的工作区域至离合器的形状配合连接的工作区域的平滑的、节省材料的过渡，因为离合器的形状配合连接不是突然开始的。

根据本发明的另外有利的设计方案，每个转向促动器通过配属于该转向促动器的离合器能够与可弯曲的轴或万向节轴相分离或者与之相连接。由此避免了，转向促动器的机械的耦合、例如可弯曲的轴或万向节轴即便在转向系统无故障运行时也必须被驱动。以这种方式可以实现转向系统的有效的运行。在每个转向促动器上的相应设置的离合器同样在使用刚性轴、鲍登索系统、牵引索系统作为转向促动器之间的机械耦合装置时或者在转向促动器之间是液压连接时类似地应用。

根据本发明的另外有利的设计方案，设有车辆的至少两个可转向的前轮和车辆的两个可转向的后轮，它们分别配有用于调节转向角的转向促动器。在此，所有四个转向促动器能够通过可弯曲的轴或万向节轴相互机械耦合。由此，在转向促动器故障或失灵时，前车桥的转向装置和后车桥的转向装置均继续运行。该实施方式也同样在使用刚性轴、鲍登索系统、牵引索系统作为转向促动器之间的机械耦合装置时或者在转向促动器之间是液压连接时类似地应用。

本发明的另外有利的设计方案规定，每个转向促动器都具有对中弹簧件，所述对中弹簧件在故障时将转向促动器置于已定义的起始位置。由此，所配属的、故障的转向促动器的车轮被保持在定义的位置，这进一步提高了在转向系统故障时车辆运行的安全性。该实施方式也同样在使用万向轴、刚性轴、鲍登索系统、牵引索系统作为转向促动器之间的机械耦合装置时或者在转向促动器之间是液压连接时类似地应用。

附图说明

本发明的另外的特征和优点由以下对本发明的不应理解为限定的实施例的说明得出，所述实施例结合附图进一步详细地阐述。在附图中：

图1示出根据本发明的转向系统的实施例的俯视图，和

图2示出两个转向促动器的备选的机械离合装置的侧视图。

在不同的附图中在其功能方面同等的部件始终标以相同的附图标记，从而这些部件通常也仅描述一次。

具体实施方式

图1示出用于按照本发明的可转向的车辆(未示出)的转向系统1的实施例的俯视图。转向系统1包括两个转向轮2和3。每个车轮2和3分别配有可电气运行的转向促动器4和5。所述转向促动器4和5以已知的方式用于通过施加转向力矩可以调节相应可转向的车辆2和3的转向角。如图1所示，在这种情况下，所示的转向系统的两个转向促动器4和5通过可弯曲的轴6如此机械地相互耦合，使得在一个转向促动器4或5失灵或故障时由另一个转向促动器5或4提供的转向力矩可以传递到故障的转向促动器4或5上。以这种方式，配属于失灵的转向促动器4或5的车轮2或3的转向角可以继续被改变。可弯曲的轴6在此用于将转矩从一个转向促动器4或5传递到另一个转向促动器5或4，这些转向促动器分别设计为电机。

使用可弯曲的轴6的特别的优点在于，例如可弯曲的轴6可以节省空间地围绕驱动马达7和/或车辆的传动机构8布置。

在图1示出的转向系统1的实施例中，可弯曲的轴6与相应的转向促动器4和5静态相连。因此，可弯曲的轴6具有扭转弹性，使得在无故障的运行时出现的、通常的在相互机械耦合的转向促动器4和5之间的转向角差通过轴6基本上无传递地被补偿并且另外的转向角差引起在相互耦合的转向促动器4和5之间的转矩传递。

图2示出两个转向促动器9和10的可选的机械离合装置的侧视图，其中仅可识别出其相应的从动轴11和12。两个转向促动器9和10通过两个牵引绳13和14如此相互机械耦合，使得在从动轴11或12转动时沿两个方向分别始终仅在牵引绳13和14上加拉力载荷。

前述的按照本发明的转向系统不限于公开的实施方式，而是也包括相同作用的另外的实施方式。尤其替代可弯曲的轴也可以设有万向节轴，该万向节轴包括至少两个刚性的轴，所述至少两个刚性的轴通过万向节相互铰接地连接。万向节轴也可以包括大于两个的刚性的轴，所述大于两个的刚性的轴并排地通过相应的万向节相互连接并且以这种方式还可实现在车辆上的更灵活的布置。

如前所述，类似于例如柔性的、可弯曲的轴或万向节轴的设计方案还可考虑，具有用于至少两个转向促动器的机械耦合的刚性的一体式的轴、鲍登索系统、牵引绳系统和液压系统的设计方案。

在优选的实施方式中，按照本发明的转向系统作为在车辆、尤其机动车中的线控转向系统用于其转向。

附图标记列表

1 转向系统

2 可转向的车轮

3 可转向的车轮

4 转向促动器

5 转向促动器

6 可弯曲的轴

7 驱动马达

8 传动机构

9 转向促动器

10 转向促动器

11 从动轴

12 从动轴

13 牵引绳

14 牵引绳

Claims (8)

1.一种用于可转向的车辆的转向系统，其包括至少两个可转向的车轮(2、3)，所述车轮分别配有电气可运行的转向促动器(4、5)，用于借助所述转向促动器(4、5)能够通过施加转向力矩调整相应的可转向的车轮(2、3)的转向角，其中，至少两个转向促动器(4、5)能够相互机械耦合，使得在一个转向促动器(4、5)失灵或故障时由另一个转向促动器(4、5)提供的转向力矩能传递到前述一个转向促动器(4、5)上，以便通过另一个转向促动器(4、5)能够继续改变配有失灵的转向促动器(4、5)的可转向的车轮(2、3)的转向角，其特征在于，为了将转矩从一个转向促动器(4、5)传递到另一个转向促动器(4、5)，至少两个转向促动器(4、5)通过可弯曲的轴(6)或通过万向节轴能够相互机械耦合，所述万向节轴具有至少两个刚性的、通过万向节铰接地相互连接的轴。

2.按照权利要求1所述的转向系统，其特征在于，可弯曲的轴(6)或万向节轴具有扭转弹性，使得在无故障运行时出现的在相互机械耦合的转向促动器(4、5)之间的转向角差通过可弯曲的轴(6)或万向节轴被无传递地补偿，并且另外的转向角差引起在相互连接的转向促动器(4、5)之间的转矩传递。

3.按照权利要求1所述的转向系统，其特征在于，在转向促动器(4、5)的机械耦合装置中接入至少一个离合器，所述至少一个离合器在转向系统的无故障运行时打开并且在故障时闭合。

4.按照权利要求1所述的转向系统，其特征在于，在转向促动器(4、5)的机械耦合装置中接入至少一个形状配合连接的离合器，其中，形状配合连接的离合器设计为，允许在其输入侧和其输出侧之间发生一定程度的相对运动，使得在转向系统无故障运行时出现的在相互机械耦合的转向促动器(4、5)之间的转向角差通过所述离合器被无传递地补偿，并且另外的转向角差引起离合器的形状配合连接。

5.按照权利要求4所述的转向系统，其特征在于，在形状配合连接的离合器的形状配合连接的元件之间布置有至少一个弹簧件，所述弹簧件能够实现形状配合连接的离合器的弹性的形状配合连接，使得在离合器形状配合连接时伴随在其输入侧和其输出侧之间的增大的转向角差在相互耦合的转向促动器(4、5)之间传递更高的转矩。

6.按照权利要求3至5之一所述的转向系统，其特征在于，每个转向促动器(4、5)通过配属于该转向促动器的离合器能够与可弯曲的轴(6)或万向节轴相分离或者与之相连接。

7.按照权利要求1所述的转向系统，其特征在于，设有车辆的至少两个可转向的前轮(2,3)和车辆的两个可转向的后轮，它们分别配有用于调节转向角的转向促动器(4、5)，其中，所有四个转向促动器(4、5)能够通过可弯曲的轴(6)或万向节轴相互机械耦连。

8.按照权利要求1所述的转向系统，其特征在于，每个转向促动器(4、5)具有对中弹簧件，所述对中弹簧件在故障时将转向促动器(4、5)置于已定义的起始位置。

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