CN110612244B - 机电的机动车转向系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机电的机动车转向系，其包括转向柱(2)、齿条(3)、将转向柱(2)与齿条(3)相连结的转向小齿轮(4)以及带有电动机(11)和布置在转向小齿轮(4)处的蜗轮(13)的电驱动装置(5)。齿条(3)处于电驱动装置(5)的蜗轮(13)与转向柱(2)之间。

Description

机电的机动车转向系
技术领域
本发明涉及一种机电的机动车转向系(Kraftfahrzeuglenkung)，其包括转向柱、齿条、转向小齿轮(其将转向柱与齿条相连结)以及带有电动机和蜗轮(其布置在转向小齿轮处)的电驱动装置。
背景技术
机电的机动车转向系由于其燃料节省潜力越来越流行。在此可关于电驱动装置的布置来区分不同的类型。
在第一转向系类型中将电驱动装置的驱动力矩导入转向柱中(EPSc-“柱”)。然而在此，最大驱动力矩由于经由转向柱的传递而受限制。因为电驱动装置在此通常位于转向柱的上部区域中、即靠近驾驶员，在碰撞特性方面产生特殊挑战。
第二可能性在于将电驱动装置直接置于转向小齿轮处(EPSp-“小齿轮”)。由此，比在EPSc类型的转向系中更高的转向效率是可能的。然而，包装可能性(Packagemoeglichkeit)由于电驱动装置布置在转向小齿轮处而受限制，特别是在该区域中通常附加地布置有转矩传感器。这样的转向系例如在文件EP 1 545 959 A1中来说明。
在第三转向系类型中电驱动装置安装在第二小齿轮处，除了转向小齿轮之外其与齿条啮合(EPSdp-“双小齿轮”)。在齿条处须相应地来构造两个啮合区段(Verzahnungsabschnitt)用于这两个小齿轮，使得与EPSp类型的转向系相比耗费更大。
代替经由第二小齿轮，可通过滚珠螺旋传动(Kugelgewindetrieb)和齿形皮带传动(Zahnriementrieb)的组合将由电动机所产生的力传递到齿条上(EPSapa-“轴平行”)。
发明内容
本发明意图改善EPSp类型的机电的车辆转向系，在其中电驱动装置直接作用在转向小齿轮处。在此本发明目的尤其在于在这样的转向系中实现更有利的包装。
该目的通过机电的机动车转向系来实现。根据本发明的机动车转向系包括转向柱、齿条、转向小齿轮(其将转向柱与齿条连结)以及带有电动机和蜗轮(其布置在转向小齿轮处)的电驱动装置。其特征在于，齿条处于电驱动装置的蜗轮与转向柱之间。
这使电驱动装置的更紧凑的结构方式和更灵活的布置成为可能。
在一实施变体中蜗轮悬垂地(fliegend)支承在转向小齿轮的端部区段处，由此使其装配容易。
转向小齿轮优选地借助于第一轴承和第二轴承可旋转地支承在转向系壳体中，其中，转向小齿轮的啮合区段(其与齿条处于接合中)可处于这两个轴承之间。转向小齿轮的支承由此同时用于蜗轮的支承。
在由此的变型中然而也可能的是，不仅转向小齿轮的啮合区段(其与齿条处于接合中)还有蜗轮处于这两个轴承之间。
另外，电驱动装置可具有蜗轮轴(Schneckenwelle)，其与电动机以驱动方式相连结并且与蜗轮处于接合中。在一实施变体中，蜗轮轴的旋转轴线和蜗轮的旋转轴线相互包围在20°至80°的范围中的交角(Kreuzungswinkel)。这两个旋转轴线当然彼此倾斜地伸延。交角当前被理解成由旋转轴线的方向矢量所包围的交叉角(Schnittwinkel)。
在备选的实施变体中设置成，蜗轮轴的旋转轴线与蜗轮的旋转轴线包围90°的交角。
鉴于紧凑的结构型式，电驱动装置可具有单级的变速器。
优选地，对此蜗轮轴与电动机的旋转轴线同轴地伸延。由此，蜗轮轴同样可被集成到发动机从动轴中。
在机动车转向系在机动车处的安装位置中关于竖直方向，可将蜗轮布置在齿条之下，由此避免与在转向小齿轮与转向柱之间的交接部位处的转矩传感器的结构空间冲突。
在机动车转向系的安装位置中关于竖直方向，电动机也可布置在齿条之下。
在特殊的实施变体中，电动机的旋转轴线可平行于齿条伸延。也可能将电动机在其位置中相对于轴线平行的位置摆动地布置于在齿条之下的平面中。
此外在另外的实施变体中，使电动机的旋转轴线的位置于在齿条之下与转向小齿轮相交的平面中摆动。
此外，蜗轮可作为独立的构件固定在转向小齿轮处。在此，该固定可形状配合地或力配合地实现。
在蜗轮与转向小齿轮之间的力配合的连接的情况中，该连接可构造成使得其在超过预设的力矩时打滑(durchrutschen)，以提供过载保护。
附图说明
接下来根据在附图中所示出的实施例详细阐述本发明。其中：
图1以从前面的视图示出了根据本发明的机电的机动车转向系的第一实施例，
图2示出了第一实施例的立体图，
图3示出了根据本发明的机电的机动车转向系的第二实施例，
图4示出了对于带有固定在其处的蜗轮的转向小齿轮的第一实施变体，
图5示出了对于带有固定在其处的蜗轮的转向小齿轮的第二实施变体，
图6示出了根据本发明的机电的机动车转向系的第三实施例，
图7示出了根据本发明的机电的机动车转向系的第四实施例。
具体实施方式
接下来详细阐述的实施例全部涉及EPSp类型的机电的机动车转向系，其带有直接作用在转向小齿轮处的电驱动装置。
图1示出这样的转向系1的第一实施例，其带有转向柱2、齿条3、转向小齿轮4(其将转向柱2与齿条3相连结)以及电驱动装置5(其驱动力矩在转向小齿轮4处被导入转向系1中)。
仅示出转向柱2中的向未详细示出的转向盘(Lenkrad)的方向延伸的中间轴，转向小齿轮4联结到该中间轴处。在转向柱2与转向小齿轮4之间的连结区域中布置有转矩测量装置6。
转向小齿轮4经由两个轴承7和8可旋转地支承于在图1中未详细示出的转向系壳体中。转向小齿轮4具有啮合区段9，其与齿条3的齿部处于接合中。此外在图1中示出按压件10，其将齿条3压靠转向小齿轮4的啮合区段9。
转向小齿轮4的旋转轴线A在机动车处的安装位置中在由车辆横向y和竖直方向z张开的竖直平面yz中与竖直方向z包围带有在0至40°的范围中的数值的角度α。在由车辆纵向x和竖直方向z张开的竖直平面xz中旋转轴线A与竖直方向z包围带有在0至60°的范围中的数值的角度。
电驱动装置5包括电动机11以及后接于其的变速器级，其带有蜗轮轴12和蜗轮13。
优选地，变速器级是单级的。蜗轮轴12在该情况中直接联接到电动机11处。尤其可将蜗轮轴集成到发动机从动轴中。
蜗轮轴12可与电动机11的旋转轴线D同轴地伸延。
蜗轮13布置和固定在转向小齿轮4处。
优选地，蜗轮轴12的旋转轴线B与蜗轮13的旋转轴线C(其与转向小齿轮4的旋转轴线A重合)相互包围在20°至80°的范围中的交角β。
根据本发明，蜗轮13处于齿条3的与转向柱2相对而置的侧面上。齿条3因此布置在电驱动装置5的蜗轮13与转向柱2之间。
电驱动装置5的布置不受转矩测量装置6妨碍。这提高电驱动装置5相对于齿条3的不同位置的可能性。此外由此得到紧凑的设计。
在图1和2中所示出的实施例中电驱动装置5关于在安装位置中的竖直方向z布置在齿条3之下。
蜗轮13和优选地还有电动机11尤其可关于竖直方向布置在齿条3之下。此外，在根据图1和2的变体中电动机11的旋转轴线D平行于齿条3伸延。然而也可与这样的布置不同，如这另外在下面还详细阐述的那样。
如已提及的那样，转向小齿轮4经由两个轴承7和8可旋转地支承。通过这两个轴承7和8同时来支撑变速器级的啮合力，从而对于蜗轮13不需要附加的轴承。
蜗轮13尤其能够悬垂地支承在转向小齿轮4的端部区段14处，由此第二轴承8位于转向小齿轮4的啮合区段9与端部区段14(蜗轮13固定在其处)之间。转向小齿轮4的啮合区段9在此处于这两个轴承7与8之间。
对于结构性实现的示例在图3中根据第二实施例示出。相应于第一实施例的构件当前设有相同的附图标记。
尤其在图3中附加地示出转向系壳体15，转向小齿轮4经由第一轴承7(例如以滚针轴承的形式)和第二轴承8(例如以球轴承的形式)支撑在转向系壳体中。
转向壳体15在输入侧构造用于支撑转矩测量装置6的法兰16，转向柱2以中间轴延伸到转矩测量装置中并且借助于扭杆17与转向小齿轮4相连结。
电驱动装置5作用在转向小齿轮4的与转向柱2相对而置的端部区段14处。对此，蜗轮13固定在该自由端部区段14处。转向系壳体15相应地在其与法兰16相对而置的侧面上构造用于蜗轮13的罐状的容纳部18。罐状的容纳部18可通过盖子19封闭。
蜗轮13当前以轮毂区段20推到转向小齿轮4的端部区段14上并且借助于紧固元件21在轴向上紧固在其处。在图3中所示的示例性的固定变体中经由该轴向紧固同时将第二轴承8的轴承内圈22固定在转向小齿轮4处。第二轴承8的轴承外圈23例如可借助于轴挡圈(Wellensicherungsring)24固定在转向系壳体15中。
在蜗轮13的轮毂区段20的内周缘与转向小齿轮4的端部区段14的外周缘之间可设置有例如以配合齿部(Passverzahnung)的形式的形状配合的连接。
然而也可能仅力配合地进行蜗轮13在转向小齿轮4处的固定，这样使得其在超过预设的力矩时打滑，以提供过载保护。例如可利用合适的紧固元件21来施加相应的预张紧。
图4示出对于蜗轮13在转向小齿轮4处的固定的一实施变体。在此，蜗轮13的轮毂区段20在其内周缘处具有啮合区段25，其在轴向上推到构造在转向小齿轮4处的外齿部26上。固定螺栓当前用作紧固元件21，其在端侧拧入转向小齿轮4的端部区段14中并且将轮毂区段20抵靠转向小齿轮4处的贴靠凸肩(Anlageschulter)张紧。
轮毂区段20可延伸直至转向小齿轮4的啮合区段9并且同时用作第二轴承8的轴承内圈而或构造用于固定这样的轴承内圈22的区段27。
蜗轮13的齿圈区段(Zahnkranzabschnitt)28经由连接区段29与轮毂区段20相连接。蜗轮13的所提及的区段20、28和29可相互一件式地来实施。然而也可将各个区段作为单独的构件来制造并且将这些构件相互连接。由此对于各个区段20、28和29可使用不同的原料。
图5示出对于蜗轮13在转向小齿轮4处借助于纯粹力配合的连接的固定的另一实施变体。
力配合的连接例如可设计为锥式接合(Kegelverband)。
对此，在转向小齿轮4的端部区段处可构造有柱状支座30。蜗轮13的轮毂区段20以及锥形套筒31被推到该支座30上。锥形套筒31在支座30的外周缘处对中并且在其外周缘处具有锥面32，其与在轮毂区段20的内周缘处的锥面33处于接合中。这两个锥面32和33借助于以固定螺母34(其拧到在转向小齿轮4的端部处的螺纹区段35上)的形式的紧固元件21相互被张紧。代替固定螺母34，可如在图4中那样同样使用固定螺栓，同样在图4中可借助于类似图5的固定螺母34轴向紧固。
图6以第三实施例的形式示出前述的机电的机动车转向系的另一变型可能性。相应于第一和第二实施例的构件当前又设有相同的附图标记。
不同于上面所述的实施形式，在第三实施例中不仅转向小齿轮4的啮合区段9(其与齿条3处于接合中)而且蜗轮13布置在这两个轴承7和8之间。
这里，蜗轮轴12的旋转轴线B和蜗轮13的旋转轴线C或转向小齿轮4的旋转轴线A也相互包围在20°至80°的范围中的交角β。
此外，如上面那样原则上也可能将电驱动装置5相对于在图6中所示出的位置(在其中旋转轴线B平行于齿条3伸延)摆动地布置于在齿条3之下的水平平面(其包含蜗轮轴12的旋转轴线B)中。
图7在第四实施例的范围中示出对于电驱动装置相对于齿条3的布置的另一变型可能性。在此设置成，蜗轮轴12的旋转轴线B和蜗轮13的旋转轴线C包围90°的交角β。蜗轮13在此然而保持布置在齿条3的与转向柱2相对而置的侧面上。尤其蜗轮13在该情况中位于转向小齿轮4的啮合区段9与在转向小齿轮4的端部区段14处的第二轴承8之间。电动机11的旋转轴线D相应地相对于水平面xy以不等于零的角度安放。
这里还又可能将电驱动装置5相对于在图7中所示出的位置摆动地布置在一平面中，在该平面上蜗轮13的旋转轴线C相垂直。该平面优选地在齿条3之下的竖直方向上与转向小齿轮4相交。
前面根据实施例和另外的变型详细阐述了本发明。实施例和变型用于证明本发明的可实施性。上面在上下文中另外阐述的单个技术特征，只要这在技术上是可能的，即使这没有明确说明，也可独立于其以及与另外的单个特征相组合地来实现。本发明因此明确不限于具体说明的实施例和变型，而是包括所有由权利要求书所限定的设计方案。
附图标记清单：
1 机电的机动车转向系(简称：转向系)
2 转向柱
3 齿条
4 转向小齿轮
5 电驱动装置
6 转矩测量装置
7 第一轴承
8 第二轴承
9 转向小齿轮的啮合区段
10 按压件
11 电动机
12 蜗轮轴
13 蜗轮
14 转向小齿轮的端部区段
15 转向系壳体
16 法兰
17 扭杆
18 罐状的容纳部
19 盖子
20 轮毂区段
21 紧固元件
22 轴承内圈
23 轴承外圈
24 轴挡圈
25 啮合区段
26 外齿部
27 用于轴承固定的区段
28 齿圈区段
29 连接区段
30 支座
31 锥形套筒
32 锥面
33 锥面
34 固定螺母
35 螺纹区段
A 转向小齿轮的旋转轴线
B 蜗轮轴的旋转轴线
C 蜗轮的旋转轴线
D 电动机的旋转轴线
EPS 电动助力转向=电动转向
x 车辆纵向
y 车辆横向
z 竖直方向(相应于车辆高度方向)
α 在投影到yz平面中时旋转轴线A相对于竖直方向的角度
β 在旋转轴线B与C之间的交角。

Claims (9)

1.一种机电的机动车转向系，其包括：
转向柱(2)，
齿条(3)，
转向小齿轮(4)，其将所述转向柱(2)与所述齿条(3)相连结，以及
电驱动装置(5)，其带有电动机(11)和布置在所述转向小齿轮(4)处的蜗轮(13)，
其特征在于，
所述齿条(3)处于所述电驱动装置(5)的蜗轮(13)与所述转向柱(2)之间，其中所述转向小齿轮(4)借助于第一轴承(7)和第二轴承(8)可旋转地支承在转向系壳体(15)中，其中，所述转向小齿轮(4)的与所述齿条(3)处于接合中的啮合区段(9)以及所述蜗轮(13)处于这两个轴承(7; 8)之间。
2.根据权利要求1所述的机电的机动车转向系，其特征在于，所述蜗轮(13)悬垂地支承在所述转向小齿轮(4)的端部区段(14)处。
3.根据权利要求1或2所述的机电的机动车转向系，其特征在于，所述电驱动装置(5)具有蜗轮轴(12)，其与所述电动机(11)以驱动方式相连结并且与所述蜗轮(13)处于接合中，其中，所述蜗轮轴(12)的旋转轴线(B)与所述蜗轮(13)的旋转轴线(A)相互包围在20°至80°的范围中的交角(β)。
4.根据权利要求1或2所述的机电的机动车转向系，其特征在于，所述电驱动装置(5)具有蜗轮轴(12)，其与所述电动机(11)以驱动方式相连结并且与所述蜗轮(13)处于接合中，其中，所述蜗轮轴(12)的旋转轴线(B)与所述蜗轮(13)的旋转轴线(A)包围90°的交角(β)。
5.根据权利要求1或2所述的机电的机动车转向系，其特征在于，所述蜗轮轴(12)与所述电动机(11)的旋转轴线(D)同轴地伸延。
6.根据权利要求1或2所述的机电的机动车转向系，其特征在于，在所述机动车转向系的安装位置中所述蜗轮(13)关于竖直方向布置在所述齿条(3)之下。
7.根据权利要求1或2所述的机电的机动车转向系，其特征在于，在所述机动车转向系的安装位置中所述电动机(11)关于竖直方向布置在所述齿条(3)之下。
8.根据权利要求1或2所述的机电的机动车转向系，其特征在于，所述电动机(11)具有旋转轴线(D)，其平行于所述齿条(3)伸延。
9.根据权利要求1或2所述的机电的机动车转向系，其特征在于，所述蜗轮(13)力配合地固定在所述转向小齿轮(4)处并且该连接构造成使得其在超过预设的力矩时打滑以提供过载保护。
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