CN111032482A - 机动车辆的具有带有集成mrf轴承的反馈致动器的线控转向系统 - Google Patents

机动车辆的具有带有集成mrf轴承的反馈致动器的线控转向系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的线控转向系统(1)，该线控转向系统(1)包括用以模拟转向装置(5)的转向感的反馈致动器(4)，其中，所述反馈致动器(4)具有电动马达(11)，该电动马达(11)具有连接至驾驶员输入轴(6)以能够传递扭矩的马达轴(12)，其中，所述马达轴(12)能够在至少一个滚动轴承(20)中旋转，其特征在于，所述至少一个滚动轴承(202)的滚动元件(23)布置在磁流变流体(27)中，并且反馈致动器(4)还包括用以使磁场穿过所述磁流变流体(27)以使所述流体变硬并限制所述滚动元件(23)的运动的装置(24)。

Description

机动车辆的具有带有集成MRF轴承的反馈致动器的线控转向 系统
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的机动车辆的线控转向系统。
背景技术
在线控转向系统中，车辆的方向盘与转向机构分离。转向运动通过具有电动马达的转向致动器实现。转向致动器响应于各种转向参数、比如方向盘角度和车速等的检测值来进行操作。检测值从传感器以电子的方式传达至转向致动器，从而使电动马达驱动齿条并使可转向轮沿期望的方向定向。转向致动器可以被称为转向器。
即使方向盘与车轮之间的机械联动已被消除，仍期望线控转向系统产生与常规机械联动的转向系统相同的功能和转向感。在移动车轮时产生的力必须反馈至方向盘，以向驾驶员提供用于车辆的方向控制的信息。反馈还有助于转向的感受，这种感受被称为转向感。在线控转向系统中，通过连接至方向盘的反馈致动器分别产生反馈和转向感。
专利申请DE 10 2015 210 528 A1公开了一种具有阻尼装置的反馈致动器，该阻尼装置包括弹簧元件，该阻尼装置将与转向扭矩相反的阻尼扭矩引入至转向轴中。该反馈致动器的缺点是其大的成型体积和复杂的结构。
发明内容
本发明的目的是提供在机动车辆的线控转向系统中的改进的反馈致动器，该反馈致动器产生更好的转向感，同时具有节省空间且简单的设计。
该目的通过具有权利要求1的特征的机动车辆的线控转向系统来实现。
因此，提供了一种用于机动车辆的线控转向系统，该线控转向系统包括用以模拟转向装置的转向感的反馈致动器，其中，所述反馈致动器具有电动马达，该电动马达具有连接至驾驶员输入轴以能够传递扭矩的马达轴，其中，所述马达轴能够在至少一个滚动轴承中旋转，并且其中，所述至少一个滚动轴承的滚动元件布置在磁流变流体中，并且其中，反馈致动器还包括使磁场穿过所述磁流变流体以使所述流体变硬并限制所述滚动元件的运动的装置。该磁流变流体制动元件允许被动的力反馈。反馈致动器马达的扭矩和成本通过这种方式大大降低。
优选地，使磁场穿过所述磁流变流体的装置包括环形线圈。
有利的是，如果将线圈布置在所述至少一个滚动轴承的壳体中，其中，所述至少一个滚动轴承的壳体优选地填充有磁流变流体。MRF阻尼装置通过这种方式设计为一个集成单元并且不需要额外的包装空间。
在优选实施方式中，马达轴能够在上轴承和下轴承中旋转，其中，上轴承保持马达轴的自由端部并且下轴承定位在马达的转子的相反侧处。在这方面，下轴承的滚动元件优选地布置在磁流变流体中。
此外，马达轴可以保持作为传动装置的一部分的马达皮带轮，其中，传动装置包括皮带，该皮带在一侧上连接至马达皮带轮并且在另一侧上连接至布置在驾驶员输入轴上的皮带轮。替代性地，马达轴可以保持第一齿轮，而驱动输入轴可以保持第二齿轮，其中，第一齿轮与第二齿轮啮合。优选地，第一齿轮是蜗杆而第二齿轮是蜗轮。
替代性地，马达轴可以直接联接至驾驶员输入轴。
附图说明
以下借助于附图来说明本发明的一个示例性实施方式。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件或功能上相似的部件。
图1以示意图示出了线控转向系统；
图2示出了反馈致动器的示意图；以及
图3示出了反馈致动器的电动马达的纵向剖视图。
具体实施方式
图1是线控转向系统1的示意图，该线控转向系统1包括用以致动车轮3的致动控制系统2和用以模拟常规机械联动转向系统的转向感的反馈致动器4。在示例中为方向盘的转向装置5连接至驾驶员输入轴6。位置传感器7和扭矩传感器8以可操作的方式连接至驾驶员输入轴6。位置传感器7以电子的方式检测驾驶员输入轴6的角位置，而扭矩传感器8以电子的方式检测和评估作用在驾驶员输入轴6上的扭力。方向盘5的角移位被检测、传输至致动控制系统2，在致动控制系统2中进行处理并被应用至伺服马达9从而经由齿条101和小齿轮102系统10移动可转向车轮3。
如图2中所示，反馈致动器4包括电动马达11，该电动马达11具有由马达11旋转地驱动并连接至驾驶员输入轴6的马达轴12。由于在致动控制系统与可转向轮之间没有直接的机械联接，因此驾驶员不会通过转向机构收到来自路面的任何反馈。因此，反馈致动器4基于多个转向参数、比如车速、转向装置角度、转向装置角速度、转向装置转弯加速度、车辆的横摆率、路面状况以及车辆的其他行驶参数而产生对方向盘5的反作用扭矩。
作为传动装置14的一部分的马达皮带轮13形成在马达轴12中或形成在马达轴12上。在马达皮带轮13上附接有皮带15，该皮带15驱动连接至驾驶员输入轴6的皮带轮16。
如图3中所示，电动马达11包括装有定子18的马达壳体17。转子19构造成与马达轴12一起旋转。允许马达轴12在轴承组件20中旋转。轴承组件20包括上轴承201和下轴承202，其中，上轴承201保持马达轴12的背离传动装置(未示出)的自由端部，而下轴承202位于转子19的相反侧。下轴承202具有保持滚动元件23的内轴承环21和外轴承环22。在外轴承环22的前侧处布置有用作电磁体的环形线圈24。线圈24布置在轴承壳体25中，其中，轴承202在一个侧部上，而盖26在另一个侧部上。轴承壳体25填充有磁流变流体(MRF)27。轴承202包括用以避免磁流变流体27能够在电动马达11内部流动的密封件。
当受到磁场作用时，MRF27极大地增加了其表观粘度，直至变成粘弹性固体。这样，可以通过改变磁场强度非常精确地控制MRF的屈服应力。
因此，当通过使来自未示出的电源的电流流过线圈24而产生磁场时，磁流变流体27变硬(粘度更高)，使得需要更大的扭矩以使滚珠轴承202旋转，并且因此需要更大的扭矩以使马达轴12旋转，并且马达轴的运动将被制动。此外，电流可能增加，并且磁流变流体27在其间凝固，从而阻止了滚珠轴承202的运动，并且因此阻止了马达轴12的运动。当电源关闭并且磁流变流体27为自由流动的液体时，磁流变流体27对滚珠轴承的运动的阻抗很小。
根据本发明的轴承使得可以通过改变MRF的粘度来连续地控制阻尼率。可以用大扭矩锁定方向盘的终端位置，以及消除路缘冲击并提供路缘损坏保护。即使在电动马达故障的情况下，也可以进行阻尼。
示出了滚珠轴承，但是可以用其他类型的滚动元件来代替该滚珠轴承。

Claims (7)

1.一种用于机动车辆的线控转向系统(1)，所述线控转向系统(1)包括用以模拟转向装置(5)的转向感的反馈致动器(4)，其中，所述反馈致动器(4)具有电动马达(11)，所述电动马达(11)具有连接至驾驶员输入轴(6)以能够传递扭矩的马达轴(12)，其中，所述马达轴(12)能够在至少一个滚动轴承(20)中旋转，其特征在于，所述至少一个滚动轴承(202)的滚动元件(23)布置在磁流变流体(27)中，并且所述反馈致动器(4)还包括用以使磁场穿过所述磁流变流体(27)以使所述流体变硬并限制所述滚动元件(23)的运动的装置(24)。
2.根据权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，用以使磁场穿过所述磁流变流体(27)的所述装置包括环形线圈(24)。
3.根据权利要求2所述的线控转向系统，其特征在于，所述线圈(24)布置在所述至少一个滚动轴承的壳体(25)中。
4.根据权利要求3所述的线控转向系统，其特征在于，所述至少一个滚动轴承的壳体(25)填充有所述磁流变流体(27)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的线控转向系统，其特征在于，所述马达轴(12)能够在上轴承(201)和下轴承(202)中旋转，其中，所述上轴承(202)保持所述马达轴(12)的自由端部，而所述下轴承(202)定位在所述马达的转子(19)的相反侧处。
6.根据权利要求5所述的线控转向系统，其特征在于，所述下轴承(202)的所述滚动元件(23)布置在磁流变流体(27)中。
7.根据前述权利要求中的一项所述的线控转向系统，其特征在于，所述马达轴(12)具有作为传动装置(14)的一部分的马达皮带轮(13)，其中，所述马达皮带轮(13)附接有皮带(15)，所述皮带(15)驱动连接至所述驾驶员输入轴(6)的皮带轮(16)。
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