CN110949493A - 电动动力转向系统以及用于生产转向系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有蜗轮机构的电动动力转向系统，其包括蜗杆轴和蜗轮，其中，电动马达与蜗杆轴相关联，电动马达以传递力的方式连接至蜗杆轴。在蜗杆轴上、蜗杆轴背离电动马达的端部处布置的支承元件被接纳在导引衬套，其中，导引衬套在其圆周侧上具有通道开口。设置有预张紧装置，其包括弹簧加载的致动器元件，致动器元件延伸穿过导引衬套的通道开口、并且在蜗轮的方向上以限定的预张紧力(K)作用在蜗杆轴上，其中，预张紧装置包括限位装置，限位装置被适配成限制使该蜗轮背离该蜗杆轴移位的枢转移动。此外，本发明涉及一种用于生产转向系统的方法和一种用于执行该方法的测试系统。

Description

电动动力转向系统以及用于生产转向系统的方法
技术领域
本发明涉及一种电动动力转向系统、一种用于生产转向系统的方法、以及一种用于执行该方法的测试系统。
背景技术
从现有技术中已知，电动动力转向系统包括蜗轮机构，转向系统的辅助马达经由该蜗轮机构以传递力的方式连接至转向柱或连接至转向系统的齿条。相应地，这包括动力转向机构，该动力转向机构包括转向柱驱动器或齿条齿轮驱动器。
通常，蜗轮机构的蜗杆轴枢转地安装于电动马达的相关联的端部，其中，枢转移动基本上发生在蜗轮机构的蜗轮所限定的平面中。预张紧装置可以作用在蜗杆轴的自由端部上，该预张紧装置在蜗轮的方向上具有预张紧力，以使蜗杆轴和蜗轮保持接合。
在蜗轮机构的操作中，存在如下的力，这种力产生使得蜗轮背离蜗杆轴移位的枢转移动。这些力例如是由于在不平坦的道路上行驶、以及由于蜗杆轴与蜗轮之间的相应的接合力而导致。这些枢转移动可以进而导致烦人的噪音，和/或至少以特定的扰动频率导致蜗杆轴和蜗轮变得脱离接合。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动动力转向系统，在该电动动力转向系统中纠正了现有技术中的缺点。
根据本发明，该目的通过具有蜗轮机构的电动动力转向系统实现，该电动动力转向系统包括蜗杆轴和蜗轮，其中，电动马达与蜗杆轴相关联，电动马达以传递力的方式连接至蜗杆轴。在蜗杆轴上、蜗杆轴背离电动马达的端部处布置的支承元件接纳在导引衬套，其中，导引衬套在其圆周侧上具有通道开口。设置有预张紧装置，其包括弹簧加载的致动器元件，致动器元件延伸穿过导引衬套的通道开口、并且在蜗轮的方向上以限定的预张紧力作用在蜗杆轴上，其中，预张紧装置包括限位装置，限位装置被适配成限制使该蜗轮背离该蜗杆轴移位的枢转移动。蜗杆轴的枢转移动的最大幅度在下文中被称为蜗杆轴的间隙。
限位装置限定蜗杆轴的间隙。间隙以蜗杆轴和蜗轮不脱离接合的方式来设定。限位装置因此保证总是执行从电动马达到蜗轮的可靠的动力传输。此外，限定的预张紧力避免了转向系统的操作期间可能发生的烦人的噪音。然而，由于限位装置，与现有技术相比可以减小预张紧力，借助于此，蜗杆轴与蜗轮之间的摩擦得以减小，因此改善了转向感受。
蜗轮以传递力的方式联接至转向柱或转向系统的齿条；因此，这包括具有转向柱驱动器或齿条齿轮驱动器的电动动力转向系统。
优选地，所述限位装置和所述致动器元件各自包括顶靠部，其中，相互接触的所述顶靠部限制使所述蜗轮背离所述蜗杆轴移位的所述枢转移动。顶靠部之间的距离(在转向系统处于以下状态时测得：其中蜗杆轴由于预张紧力而最大程度地偏转、并且其中电动马达并不将力作用在蜗杆轴上)限定蜗杆轴就枢转移动而言的间隙。
进一步优选地，这些顶靠部之间的距离基本上与蜗杆轴由于限定的预张紧力的偏转相等。在这种情况下，此距离在转向系统处于以下状态下时测得：其中蜗杆轴由于预张紧力而最大程度地偏转并且其中电动马达并不将力作用在蜗杆轴上。已经证实的是，顶靠部之间设定的此距离就烦人的噪音的发展而言是尤其有利的。此外，蜗杆轴的枢转移动被限制于蜗杆轴和蜗轮始终接合的范围。于是，始终保证了从电动马达到蜗轮的动力传输。
本发明的一个方面提供了，顶靠部之间的距离是基于环境温度和/或环境湿度来设定，尤其是基于预期的环境温度廓线和/或预期的环境湿度廓线来设定。蜗杆轴和/或蜗轮可以取决于温度和环境湿度而膨胀或收缩，蜗杆轴的间隙因此而改变。当设定顶靠部之间合适的距离时，这些环境参数的影响被减小或甚至被排除。当参考预期的环境温度廓线和预期的环境湿度廓线时，这例如是指其中将要使用转向系统的、即将要驾驶车辆的地域区域的温度廓线或湿度廓线。换言之，蜗杆轴的间隙是根据本地气象区来调节的。
根据本发明的另一个方面，蜗轮由塑料材料构成，其中，塑料材料的相对湿度适应于预期的环境湿度，尤其适应于预期的环境湿度廓线。结果，避免了塑料的相对湿度增大和/或减小；因此，蜗杆轴的间隙在其寿命期间在较小的程度上波动。当参考预期的环境湿度廓线时，这例如是指其中将使用具有转向系统的车辆的地域区域的湿度廓线。换言之，蜗轮的相对湿度适应于本地气象区。
根据本发明的一个实施例，所述限位装置包括间隙调节装置，能够借助于所述间隙调节装置调节所述限位装置的顶靠部。这允许容易地将蜗杆轴的间隙适配于不同需求。相应地，不必对每个应用生产不同的限位装置。
优选地，预张紧装置包括力调节装置，能够借助于所述力调节装置调节预张紧力。这允许以简单的方式遵循不同需求来适配作用在蜗杆轴上的预张紧力。相应地，不必对每个应用生产不同的预张紧装置。
本发明的另一个方面提供了，限定的预张紧力在8N与12N之间，优选地为大约10N。已经证明，预张紧力的这个范围连同限位装置就不希望的噪音的发展而言是尤其有利的，尽管在现有技术中这个力范围与低预张紧力相对应。
根据本发明的一个实施例，提供了径向地作用在支承元件上的至少一个阻尼装置。优选地，阻尼装置双向径向地作用在支承元件上。蜗杆轴的枢转移动由于阻尼装置而被加阻尼，因此，衰减了烦人的噪音的产生。术语“双向径向地”被理解为是指阻尼装置对使蜗轮背离蜗杆轴移位的枢转移动、以及使得蜗轮更靠近蜗杆轴的枢转移动二者均加阻尼。
双向径向加阻尼在产生枢转移动的扰动超出某一频率时是尤其有利的。在这种情况下，蜗杆轴通过这种加阻尼而固持在最小偏转附近、也就是靠近在没有预张紧力的情况下蜗杆轴将位于的位置。这例如当所确定的顶靠部与蜗杆轴的间隙相互作用时减小了噪音。
本发明的一个方面提供了，导引衬套和/或限位装置包括阻尼装置。例如，导引衬套包括阻尼元件，支承元件被接纳在该阻尼元件中，其中，阻尼元件至少在径向方向上、尤其是双向地对支承元件的移动(以及还有蜗杆轴的枢转移动)加阻尼。这种加阻尼可以例如通过支承元件与阻尼元件之间的摩擦而发生。
替代地或另外地，限位装置可以包括阻尼装置，该阻尼装置被设计成用于在蜗杆轴的径向方向上、尤其是双向地对致动器元件的移动加阻尼。
特别地，阻尼装置被设计为粘性阻尼器。粘性阻尼器优选地被设计成用于在蜗杆轴的径向方向上、尤其是双向地对致动器元件的移动加阻尼。在这种情况下，阻尼装置优选地并联连接至预张紧装置。
根据本发明，该目的进一步通过用于一种生产根据前述转向系统的方法实现，其中，在生产线终端处理中为每个转向系统单独地将蜗杆轴的、由限位装置限定的径向间隙设定为预定目标值。例如由于制造过程期间转向系统的各个零件的制造工差而可能发生的蜗杆轴的间隙的偏差可以以简单的方式得以补偿，因为该间隙是在所有的零件都组装好之后对于每个生产好的转向系统单独调节的。
优选地，提供了以下步骤：将预张紧力调节至预定值，测量蜗杆轴的径向间隙，将径向间隙调节至径向间隙的预定目标值，然后，重复之前两个步骤直到达到径向间隙的目标值。“直到达到径向间隙的目标值”应被理解为测量值从目标值偏离小于预定误差容限，例如小于5％、尤其是小于1％。由于迭代地调节间隙，所以保证了经调节的间隙的高准确度。
在本发明的一个实施例中，径向间隙是基于环境温度和/或环境湿度来设定的、尤其是基于预期的环境温度廓线和/或预期的环境湿度廓线来设定的。蜗杆轴和/或蜗轮可以取决于温度和环境湿度而膨胀或收缩，蜗杆轴的间隙因此而改变。当设定蜗杆轴的合适的间隙时，这些环境参数的影响被减小或甚至被排除。当参考预期的环境温度廓线和预期的环境湿度廓线时，这例如是指其中将使用具有转向系统的车辆的地域区域的温度廓线或湿度廓线。换言之，蜗杆轴的间隙是根据本地气象区来调节的。
根据本发明，该目的还通过用于执行以上所描述的方法的测试系统来实现。测试系统包括以上所描述的转向系统以及测量装置，其中，测量装置被设计成用于测量蜗杆轴的径向间隙，尤其是以无接触的方式进行测量。间隙的无接触式测量允许特别高的准确度，因为间隙不受测量尖端等的接触的影响。对于其他益处，请参考以上解释。
附图说明
从以下描述和参考的附图中，本发明的其他优点和特征将变得显而易见。在附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的根据第一变体的转向系统的一部分；
-图2示出了根据本发明的图1的转向系统的截面；
-图3示出了根据本发明的图2的转向系统的详细视图；
-图4(a)至(c)示出了根据本发明的转向系统的导引衬套的不同变体；
-图5示出了根据本发明的图4的转向系统的详细视图；
-图6示出了根据本发明的测试系统；
-图7示意性地示出了根据本发明的根据第二变体的转向系统的一部分；并且
-图8示意性地示出了根据本发明的用于生产转向系统的过程的顺序图。
具体实施方式
图1示意性地示出了电动动力转向系统10的第一变体。
转向系统10包括具有蜗杆轴14和蜗轮16的蜗轮机构12、并且还包括具有限位装置20的预张紧装置18。
蜗杆轴14包括与电动马达相关联的端部22(未示出)，其中，电动马达以传递力的方式连接至蜗杆轴14、并且因此也连接至蜗轮16。电动马达尤其包括转向系统10的辅助马达。
蜗轮16以传递力的方式联接至转向柱或转向系统10的齿条。因此，这包括具有转向柱驱动器或齿条齿轮驱动器的电动动力转向系统10。
在图1中，已经指示了转向系统10的基本操作，更具体地是与预张紧装置18和限位装置20相关的基本操作。
预张紧装置18被设计成用于在蜗轮16的方向上以预张紧力K作用在蜗杆轴14上，而限位装置20限定蜗杆轴14的径向间隙zS，如以下参考图2和图3更详细解释的。此处和下文中，“间隙zS”将被理解为是蜗杆轴14的径向枢转移动的最大幅度。
图2示出转向系统10的截面。与图1相比，在此可以看到电动马达的马达轴24，该马达轴经由联接元件25以传递力的方式联接至蜗杆轴14。
蜗杆轴14借助于固定支承件26可绕其轴向方向A旋转地安装，但该蜗杆轴沿其轴向方向A是不可移位地安装的。此外，固定支承件26允许蜗杆轴14绕固定支承件26的中心点至少在蜗轮16所限定的平面(这个平面与图2和图3在一起的平面基本上一致)上枢转移动。
图3示出了与转向系统10的蜗杆轴14相关联的自由端部的范围的详细视图。
在蜗杆轴14的端部22的相反的端部处，支承元件28被布置在蜗杆轴14上，该支承元件被设计为浮动支承件。支承元件28允许蜗杆轴14在平面蜗轮16所限定的平面(在这种情况下为绘图平面)上枢转移动，并且还允许蜗杆轴14围绕其轴向方向A旋转移动。更具体地，支承元件28与蜗杆轴14一起执行枢转移动。
支承元件28被接纳在导引衬套30中。导引衬套30在蜗轮16所限定的平面上的枢转移动期间导引支承元件28以及还有蜗杆轴14。
在图4(a)至(c)中，示出了导引衬套30的不同变体。导引衬套30在其周边侧上具有径向通道开口32。特别地，导引衬套30形成为C形环。
优选地，导引衬套30在其内部侧上包括阻尼元件33，支承元件28被接纳在该阻尼元件中，其中，阻尼元件33至少在径向方向上、尤其是双向地对支承元件28的移动(以及因此蜗杆轴14的枢转移动)加阻尼。加阻尼可以例如通过支承元件28与阻尼元件33之间的摩擦而发生。
术语“双向地”被理解为是指阻尼元件33对使蜗轮14背离蜗杆轴(16)移位的枢转移动、以及使得蜗轮更靠近蜗杆轴的枢转移动二者均加阻尼。
如图3中尤其可以很好地看出的，预张紧装置18形成分开生产的零件并且被插入到壳体部分36的凹部34中，其中，凹部在导引衬套30的轴向延伸的范围中在径向方向R上延伸。
预张紧装置18包括致动器元件38，藉由布置在预张紧装置18的本体40中的弹簧元件42以预张紧力K作用在该致动器元件上。
致动器元件38延伸穿过导引衬套30的通道开口32、并且将预张紧力K传输至支承元件28并且因此传输至蜗杆轴14。
预张紧力K在8N与12N之间，优选地为大约10N，即，10N±5％。
此外，预张紧装置18包括限位装置20，该限位装置在这种情况下包括互连的顶靠部44、46，这些顶靠部位于致动器元件38上和本体40上，并且因此这种限位装置限制蜗杆轴14的移动。
顶靠部44、46之间的距离(在转向系统10处于以下状态时测得，其中蜗杆轴14由于预张紧力K而最大程度地偏转、并且其中电动马达并不将力作用在蜗杆轴14上)限定蜗杆轴14就枢转移动而言的间隙zS。
限位装置20还包括间隙调节装置48，能够借助于该间隙调节装置调节两个顶靠部44、46的相对位置。在所示出的转向系统10的变体中，间隙调节装置48借助于位于本体40的外部侧和壳体部分36的内部侧上的互锁螺纹形成。
可任选地，预张紧装置18包括力调节装置50，可借助于该力调节装置调节预张紧力K。在所示出的转向系统10的变体中，力调节装置50由位于本体40的内部侧和螺纹栓形件52的外部侧上的互锁螺纹形成，其中，螺纹栓形件52连接至弹簧元件42。
藉由间隙调节装置48和力调节装置50，可以调节和/或同步间隙zS或预张紧力K，以便在一方面抑制烦人的噪音的发展，并且在另一方面使蜗杆轴14与蜗轮16之间的摩擦保持尽可能低。
于是间隙zS是以蜗杆轴14和蜗轮16不可以变得脱离接合的方式来设定的。
在另一方面，优选地间隙zS基本上与蜗杆轴14由于预张紧力K的偏转相等。于是，间隙和偏转是在转向系统10处于以下状态下时测得：其中蜗杆轴14由于预张紧力K而最大程度地偏转并且其中电动马达并不将力作用在蜗杆轴14上的。
间隙zS取决于若干参数。蜗杆轴14和/或蜗轮16可以例如取决于温度和环境湿度而膨胀或收缩，蜗杆轴14的间隙zS因此而改变。
于是可以提供，顶靠部44、46之间的距离基于环境温度和/或环境湿度来设定，尤其是基于预期的环境温度廓线和/或预期的环境湿度廓线来设定。当参考预期的环境温度廓线和预期的环境湿度廓线时，这例如是指其中将使用转向系统10的地域区域的温度廓线或湿度廓线。换言之，蜗杆轴14的间隙zS是根据本地气象区来调节的。
蜗轮16可以由塑料构成。优选地，所述塑料材料的相对湿度适应于预期的环境湿度、尤其是适应于预期的环境湿度廓线。当参考预期的环境湿度廓线时，这例如是指其中将使用转向系统10的地域区域的湿度廓线。换言之，蜗轮16的相对湿度适应于本地气象区。
图5示意性地示出转向系统10的另一个变体，在该变体中，在下文中仅描述了相对于上述变体的不同之处。对功能上完全相同部件使用相同的附图标记。
与转向系统10的上述变体的不同之处基本上与预张紧装置18的构型相对应，更精确地说，与限位装置20的构型相对应。
替代或除顶靠部44、46之外，限位装置在此例中包括阻尼装置54，该阻尼装置尤其设计为粘性阻尼器。
弹簧元件42的恒定粘度的流体56于是作用在致动器元件38上，使得取决于蜗杆轴14的枢转移动的速度而产生经修改且有效的预张紧力K。
阻尼装置54于是在径向方向R上、优选地双向地对蜗杆轴的枢转移动加阻尼。
图7示出用于上述转向系统10的测试系统58，该测试系统具有测量装置60。测量装置60被设计成用于测量蜗杆轴14的径向间隙zS，尤其是以无接触的方式进行测量。
此外，测试系统58被设计成用于执行以下参考图8所描述的用于生产转向系统的方法的至少一个步骤。
在生产线终端处理中在为每个所生产的转向系统(10)组装转向系统10的所有部件(步骤S1)之后，执行以下步骤。
首先，将预张紧力K设定为预定值(步骤S2)。
现在，尤其是借助于测量装置60，测量蜗杆轴14的径向间隙zS(步骤S3)。
然后尤其是借助于间隙调节装置48，将径向间隙zS调节至预定目标值zZ(步骤S4)。
预定目标值基本上与蜗杆轴14由于预张紧力K的偏转相等。于是，间隙zS和偏转是在转向系统10处于以下状态下时测得的：其中蜗杆轴14由于预张紧力K而最大程度地偏转并且其中电动马达并不将力作用在蜗杆轴14上。
可任选地，预张紧力K的目标值zZ是基于环境温度和/或环境湿度来调节的、尤其是基于预期的环境温度廓线和/或预期的环境湿度廓线来调节的，如上文已经解释的。
重复之前两个步骤、即步骤S3和S4直到达到径向间隙的目标值zZ。“直到达到径向间隙的目标值”应被理解为间隙zS的测量值从目标值偏离小于预定误差容限，例如小于5％、尤其是小于1％。
如果达到了预定目标值zZ，终止间隙zS的校准(步骤S5)。

Claims (15)

1.一种电动动力转向系统(10)，包括
蜗轮机构(12)，所述蜗轮机构包括蜗杆轴(14)和蜗轮(16)，其中，电动马达与所述蜗杆轴(14)相关联，所述电动马达以传递力的方式连接至所述蜗杆轴(14)，
支承元件(28)，所述支承元件被布置在所述蜗杆轴(14)上、处于在所述蜗杆轴(14)背离所述电动马达的端部处，
导引衬套(30)，所述支承元件(28)被接纳在所述导引衬套中(30)，其中，所述导引衬套(30)在其圆周侧上具有通道开口(32)，以及
预张紧装置(18)，所述预张紧装置包括弹簧加载的致动器元件(38)，所述致动器元件延伸穿过所述导引衬套(30)的通道开口(32)、并且在所述蜗轮(16)的方向上以限定的预张紧力(K)作用在所述蜗杆轴(14)上，其中，
所述预张紧装置(18)包括限位装置(20)，所述限位装置被适配成用于限制使所述蜗轮(16)背离所述蜗杆轴(14)移位的枢转移动。
2.根据权利要求1所述的转向系统(10)，其特征在于，所述限位装置(20)和所述致动器元件(38)各自都包括顶靠部(44，46)，其中，相互接触的所述顶靠部(44，46)限制使所述蜗轮(16)背离所述蜗杆轴(14)移位的所述枢转移动。
3.根据权利要求2所述的转向系统(10)，其特征在于，所述顶靠部(44，46)之间的距离基本上与所述蜗杆轴(14)由于所述限定的预张紧力(K)的偏转相等。
4.根据权利要求3所述的转向系统(10)，其特征在于，所述顶靠部(44，46)之间的距离是基于环境温度和/或环境湿度来设定的，尤其是基于预期的环境温度廓线和/或预期的环境湿度廓线来设定的。
5.根据前述权利要求之一所述的转向系统(10)，其特征在于，所述蜗轮(16)由塑料材料构成，其中，所述塑料材料的相对湿度适应于预期的环境湿度，尤其适应于所述预期的环境湿度廓线。
6.根据权利要求2至5之一所述的转向系统(10)，其特征在于，所述限位装置(20)包括间隙调节装置(48)，能够借助于所述间隙调节装置调节所述限位装置(20)的顶靠部(46)。
7.根据前述权利要求之一所述的转向系统(10)，其特征在于，所述预张紧装置(18)包括力调节装置(50)，能够借助于所述力调节装置调节所述预张紧力(K)。
8.根据前述权利要求之一所述的转向系统(10)，其特征在于，所述限定的预张紧力(K)在8N与12N之间，优选地为大约10N。
9.根据前述权利要求之一所述的转向系统(10)，其特征在于，设置有至少一个阻尼装置(33，54)，所述至少一个阻尼装置径向地作用在所述支承元件(28)上，尤其是其中，所述阻尼装置(33，54)双向径向地作用在所述支承元件(28)上。
10.根据前述权利要求之一所述的转向系统(10)，其特征在于，所述导引衬套(30)和/或所述限位装置(20)包括所述阻尼装置(33，54)。
11.根据权利要求10所述的转向系统(10)，其特征在于，所述阻尼装置(54)形成为粘性阻尼器。
12.一种用于生产根据前述权利要求中任一项所述的转向系统(10)的方法，其中，在生产线终端处理中为每个转向系统(10)单独地将所述蜗杆轴(14)的、由所述限位装置(20)限定的所述径向间隙(zS)设定为预定目标值(zZ)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，设置有以下步骤：
-将所述预张紧力(K)调节至预定值；
-测量所述蜗杆轴(14)的径向间隙(zS)；
-将所述径向间隙(zS)调节至所述径向间隙(zS)的预定目标值(zZ)；以及
-重复先前所述的两个步骤，直到达到所述径向间隙(zS)的目标值(zZ)。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述径向间隙(zS)的目标值(zZ)是基于环境温度和/或环境湿度来设定的、尤其是基于预期的环境温度廓线和/或预期的环境湿度廓线来设定的。
15.一种用于执行根据权利要求12至14之一所述的方法的测试系统(58)，包括根据权利要求1至11中任一项所述的转向系统(10)和测量装置(60)，其中，所述测量装置(60)被设计成用于测量所述蜗杆轴(14)的径向间隙(zS)，尤其是以无接触的方式进行测量。
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