CN108290601B - 用于线控转向式转向机构的反馈致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的反馈致动器(5)，机动车辆包括作用于转向轮(7)并且根据驾驶员的转向命令而被电子控制的转向调节器(6)，其中，反馈致动器(5)将来自道路(20)的反馈经由转向轴(2)传递至方向盘(4)并且反馈致动器(5)包括作为扭矩生成装置的预加载的曲柄驱动装置(11)和电动机(10)。

Description

用于线控转向式转向机构的反馈致动器

技术领域

本发明涉及用于转向系统的反馈致动器和线控转向式转向机构。

背景技术

就线控转向式转向系统来说，转向轮的位置不直接与方向盘联接。方向盘和转向轮之间经由电信号相连。驾驶员的转向命令由转向角度传感器获取，并且根据驾驶员的转向命令，经由转向调节器来调节转向轮的位置。由于未设置与车轮的机械连接，使得在致动方向盘后，力反馈缺失，例如，停车时的相关响应，其中，出于舒适的原因期望较小的力，或者在常规驾驶期间，其中，期望对应于车辆响应的较高的转向扭矩。为了在利用线控转向来转向的情况下模拟道路对方向盘的反馈，需要在方向盘和转向柱上设置反馈致动器，该反馈致动器根据方向盘的反馈作用来表征转向感觉。该反馈致动器通常由电动机构成，该电动机经由减速传动装置作用在转向柱上。就方向盘致动器来说，不利之处在于它们的生产与高成本相关联，并且要求在转向柱区域中存在相当大的空间。

DE 195 39 101 C1公开了反作用模拟，其中，在方向盘和转向轴上施加回复扭矩。因此，设置了在方向盘上施加回复扭矩的复位弹簧装置。由电动机产生作为转向角的函数的回复扭矩的期望曲线。该解决方案的缺点在于，由于所需的高水平的回复扭矩，马达必须相应地设计成具有大范围尺寸。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于机动车辆的转向机构的改进的反馈致动器。

该目的通过本发明的反馈致动器和线控转向式转向机构来实现。

据此，提供了一种用于配备有转向调节器的机动车辆的转向机构的反馈致动器，该转向调节器作用于转向车轮并且根据驾驶员的转向命令被电子控制，其中，反馈致动器将来自道路的反馈经由转向轴传递至方向盘，并且其中，反馈致动器具有作为扭矩生成装置的预加载的曲柄驱动装置和电动机。由于存在预加载的曲柄驱动装置，电动机可以明显地设计得更小。这节省了安装空间、重量和成本。

如果将根据本发明的反馈致动器用于线控转向式转向系统中，则是有利的。此外，在传统的转向系统中、例如在电动助力转向机构中使用这样的反馈致动器是可以想到且可能的。优选地，由反馈致动器形成的扭矩形成为由预加载的曲柄驱动装置施加到转向轴上的扭矩与由电动机施加到转向轴上的扭矩加和，以模拟道路的反馈。

如果预加载的曲柄驱动装置具有通过减速传动装置以传递扭矩的方式连接至转向轴的曲轴，则是有利的。优选地，曲柄驱动装置具有带有作用在弹簧元件上的至少一个压块的肘杆式连杆机构。

优选地，肘杆式连杆机构还借助于至少两个关节接头而相对于曲轴对称、特别地轴对称，其中，作用在弹簧元件上的压块布置在每个杆臂的与曲轴间隔开的端部上。

在优选实施方式中，总共设置两个杆臂，并且弹簧元件由碟形弹簧柱形成。曲柄驱动装置优选地以如下方式设计：在转向轴和曲柄驱动装置的中立位置中，两个关节接头同样地弯曲。这具有如下优点：由曲柄驱动装置引导到转向轴上的扭矩在两个转向方向上均相同。有利的是，弯曲的关节接头相对于曲轴呈相同角度的布置可以理解为同样地弯曲的关节接头。因此，杆臂以如下方式彼此连接：当使转向轴旋转时，一个关节接头优选地弯曲并且另一个关节接头优选地伸直。

当使转向轴旋转时，可以通过作用在转向轴上的电动机来调节由预加载的曲柄驱动装置产生的以渐减的方式增加的反扭矩。因此，如果根据机动车辆的速度进行调节，则是有利的。

当使转向轴旋转时，优选地，可以通过作用在转向轴上的电动机来调节由曲柄驱动装置产生的以渐减的方式增加的反扭矩。因此，优选地根据机动车辆的速度和转向速度进行调节。

此外，提供了一种使用反馈致动器的线控转向式转向系统，该线控转向式转向系统将模拟方向盘与转向装置之间的联接的力施加到转向系统的连接至转向轴的方向盘上，其中，反馈致动器具有作为扭矩生成装置的预加载的曲柄驱动装置和电动机。

附图说明

随后，将使用附图来更详细地解释本发明的示例性实施方式。在所有附图中，相同的部件或功能相同的部件都具有相同的附图标记。

附图示出：

图1：线控转向式车辆转向机构的示意图，

图2：具有转向轴、摩擦元件、电动机和反馈致动器的方向盘的空间示图，

图3：反馈致动器的曲柄驱动装置的放大空间视图，

图4：图3的曲柄驱动装置的处于中立位置的另一空间示图，

图5：图3的曲柄驱动装置的处于方向盘的向内转的位置的空间视图，以及

图6：曲柄驱动装置的转向扭矩曲线。

具体实施方式

在图1中，示出了线控转向式转向机构1。旋转角度传感器(未示出)附接至转向轴2，旋转角度传感器检测通过转动方向盘4而施加的手动扭矩。此外，反馈致动器5附接至转向轴2，该反馈致动器5用于将道路的反馈作用传递至方向盘4，从而为驾驶员提供关于车辆的转向和驾驶行为的反馈。驾驶员的转向命令经由信号线以由旋转角度传感器测量的转向轴2的旋转角度的形式传递至控制单元。控制单元根据来自旋转角度传感器的信号以及诸如机动车辆速度、横摆角速度等的其它参数来控制电动转向调节器6，从而控制转向轮7的位置。转向调节器6经由转向装置8以及拉杆9和其他部件间接地作用在转向轮7上。

图2示出了根据本发明的具有电动机10和曲柄驱动装置11的反馈致动器5。方向盘4以传递扭矩的方式连接至转向轴2。在转向轴2的端部布置有可调节的摩擦阻尼元件3，摩擦阻尼元件3根据机动车辆速度和转向角速度以及转向方向叠加所施加的手动扭矩，以便为驾驶员提供尽可能自然的转向感觉。电动机10经由带传动装置12连接至转向轴2。曲柄驱动装置11具有通过正时带传动装置13连接至转向轴2的曲轴14。

在图3、图4和图5中详细示出了曲柄驱动装置11。图4示出了转向机构的直线位置，即所谓的零位。相反，在图5中，方向盘4偏转并且车轮7向内转。

肘杆式连杆机构15以传递扭矩的方式连接至曲轴14，所述连杆机构具有两个杆臂16，每个杆臂16均具有关节接头17并且连接至压块19，压块19在每个杆臂16的与其曲轴间隔开的端部18处旋转地安装在每个杆臂上。压块19分别垂直地作用在碟形弹簧柱20上。肘杆式连杆机构15相对于曲轴轴线对称并布置在壳体28中。压块19和蝶形弹簧20在一个水平面上垂直于曲轴轴线。杆臂16的旋转地安装在曲轴14上的端部彼此永久连接。正时带传动装置13具有永久连接至转向轴2的带轮21、以传递扭矩的方式连接有两个带轮23、24的中间轴22和永久连接至曲轴14的带轮25以及两个正时带26、27。带轮21、23、24、25的尺寸被选择为使得正时带传动装置13具有期望的减小量。用于布置有肘杆式连杆机构15的壳体28的紧固件29连接至中间轴22。

为了将随着高达特定的转向角度(例如120°)而持续增加的阻力或转向扭矩传递给驾驶员，由驾驶员经由方向盘4引入至转向轴2的旋转角度被传递，然后该旋转角度经由正时带传动装置13传递至曲柄驱动装置11。因此，根据旋转方向，一个关节接头17是伸直的，另一个关节接头17是弯曲的，使得紧固至伸直的关节接头17的压块19朝着碟形弹簧柱20的方向移动，并且该压块19压靠在壳体28上。由多个碟形弹簧组成的碟形弹簧柱20在被压到一起时产生以渐减的方式增加的反作用力，该反作用力在曲柄操作过程中经由曲柄杆18、16传递至轴14并且导致与曲柄杆臂的长度成比例的取决于角度的扭矩。在碟形弹簧柱的轴线方向上的行程运动具有正弦曲线轮廓(sinusoidal progression)(取决于角度和路径)；这与碟形弹簧的渐减特性曲线叠加，导致典型的扭矩特性曲线，该曲线模拟了愉快的驾驶感觉。在图6中示出了T相对于α的曲柄驱动装置11的渐减的方向盘扭矩曲线或手动扭矩曲线的示例。该曲线最初急剧地上升，直到方向盘角度达到X、手动扭矩达到Tx，然后达到近似饱和。

由于与转向轴2联接的电动机10，由碟形弹簧20产生的手动扭矩曲线可根据即将到来的速度而增加或减少。该扭矩根据由道路向路边传递的侧偏力而增大或减小。电动机10能够作用于转向轴2或曲轴14。

根据本发明的反馈致动器产生用于机动车辆的驾驶和停车操作的手动扭矩曲线。为了得到剧烈上升和下降的扭矩曲线，使用了曲柄驱动装置和肘杆的原理。此外，使用碟形弹簧柱来产生力。因此，通过切向力在曲轴上建立扭矩，这又导致具有碟形弹簧的特性的扭矩曲线的渐减过程。

由电动机执行手动扭矩曲线的取决于速度的调节，该电动机通过适当的变速器接合转向轴。借助于机械部件，电动机可以设计得明显更小，这节省了成本和重量。系统中的基础摩擦和用于停车操作的手动扭矩曲线通过转向系中的可调节摩擦元件呈现。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的线控转向式转向机构(1)的反馈致动器(5)，所述机动车辆设置有作用于转向轮(7)并且根据驾驶员的转向命令而被电子控制的转向调节器(6)，其中，所述反馈致动器(5)将来自道路(70)的反馈经由转向轴(2)传递至方向盘(4)，其特征在于，所述反馈致动器(5)具有作为扭矩生成装置的预加载的曲柄驱动装置(11)和电动机(10)；所述曲柄驱动装置(11)具有肘杆式连杆机构(15)，所述肘杆式连杆机构(15)具有作用在弹簧元件上的至少一个压块(19)；所述肘杆式连杆机构(15)借助于至少两个关节接头(17)而相对于曲轴(14)对称，其中，作用在弹簧元件(20)上的压块(19)布置在每个杆臂(16)的与所述曲轴间隔开的端部(18)上。

2.根据权利要求1所述的反馈致动器(5)，其特征在于，所述反馈致动器(5)产生扭矩以模拟道路(70)的反馈，所述扭矩通过由预加载的所述曲柄驱动装置施加到所述转向轴(2)上的扭矩与由所述电动机(10)施加到所述转向轴(2)上的扭矩加和而形成。

3.根据权利要求1或2所述的反馈致动器(5)，其特征在于，预加载的所述曲柄驱动装置(11)具有所述曲轴(14)，所述曲轴(14)通过减速传动装置(13)以传递扭矩的方式连接至所述转向轴(2)。

4.根据权利要求1或2所述的反馈致动器(5)，其特征在于，总共设置有两个杆臂(16)，并且所述弹簧元件(20)由碟形弹簧柱形成。

5.根据权利要求1或2所述的反馈致动器(5)，其特征在于，在所述转向轴(2)和所述曲柄驱动装置(11)的中立位置中，两个关节接头(17)同样地弯曲。

6.根据权利要求1-2中任一项所述的反馈致动器(5)，其特征在于，所述杆臂(16)以如下方式彼此连接：当使所述转向轴(2)旋转时，一个关节接头(17)弯曲而另一个关节接头(17)伸直。

7.根据前述权利要求1-2中任一项所述的反馈致动器(5)，其特征在于，当使所述转向轴(2)旋转时，由预加载的所述曲柄驱动装置(11)产生的以渐减的方式增加的反扭矩能够通过作用在所述转向轴(2)上的所述电动机(10)来调节。

8.根据权利要求7所述的反馈致动器(5)，其特征在于，根据所述机动车辆的速度进行所述调节。

9.一种用于机动车辆的线控转向式转向机构(1)，所述线控转向式转向机构(1)具有：转向调节器(6)，所述转向调节器(6)作用于转向轮(7)并且根据驾驶员的转向命令而被电子控制；以及反馈致动器(5)，所述反馈致动器(5)将来自道路(70)的反馈经由转向轴(2)传递至方向盘(4)，其特征在于，所述反馈致动器(5)设计成如权利要求1至8中任一项所述的反馈致动器(5)。

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