CN111183087A - 转向系统的致动器和致动器在线控转向系统中的应用 - Google Patents

转向系统的致动器和致动器在线控转向系统中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种转向系统的致动器，该致动器具有：壳体(2)；布置在所述壳体(2)中的主轴驱动装置，该主轴驱动装置具有与在轴向上位置固定地得到支承的主轴螺母(6)处于配合之中的、能轴向移动的主轴(5)，所述主轴具有至少一个固定端部(8、9)；至少一个以能轴向移动的方式布置在所述壳体(2)中的主轴颈(10、11)，所述主轴颈与所述主轴(5)的至少一个固定端部(8、9)相连接；至少一个关节连接件(3、4)，所述关节连接件布置在所述壳体(2)的外部并且与所述至少一个主轴颈(10、11)相连接。所述至少一个主轴颈(10、11、110)具有颈缩部(10v、11v)，所述颈缩部构成易于弯曲的区域(122)。

Description

转向系统的致动器和致动器在线控转向系统中的应用
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的致动器以及所述致动器的一种应用。
背景技术
通过文献DE 10 2014 206 934 A1已知一种用于机动车的后轴转向系统的伺服马达、也被称为致动器或者简称为调节器。所述致动器居中地被固定在所述机动车的车轴支架上并且同时作用到两个后轮的转向系统上。所述致动器因此是所述转向系统的一部分并且具有由主轴和主轴螺母构成的主轴驱动装置，所述主轴螺母以能旋转的方式被支承在所述壳体中并且轴向地得到固定。所述主轴螺母通过电动马达来驱动并且引起所述主轴朝其中一侧或者朝另一侧的轴向移动。所述主轴具有大致居中地布置的、带有与主轴螺母处于配合之中的运动螺纹的螺纹区段以及两个构造为锥状的主轴端部，所述主轴端部分别通过螺纹套筒与轴承套筒相连接，所述螺纹套筒和轴承套筒本身滑动地在所述壳体中得到导引。在下面也被称为主轴颈的轴承套筒上布置了用于与转向拉杆系统相连接的关节叉。如果横向力作用到所述关节叉上并且由此也作用到所述主轴颈上，则对于这样的致动器来说就可能出现问题，其中所述横向力可能在所述主轴中引起弯曲力矩，从而对于所述主轴的部件来说出现应力的提高。
在文献DE 10 2016 200 101 A1中为了解决前面所提到的问题而已经建议，与主轴颈相连接的主轴为了降低弯曲应力而具有易于弯曲的区段。
发明内容
本发明的任务在于，提供致动器的一种替代方案，使得横向力对主轴具有尽可能地小的作用。
本发明包括独立权利要求1和13的特征。有利的设计方案由从属权利要求中得出。
本发明涉及转向系统、尤其是后轴转向系统的一种致动器，该致动器具有：壳体；布置在所述壳体中的主轴驱动装置，其中所述主轴驱动装置具有与在轴向上位置固定地得到支承的主轴螺母处于配合之中的、能轴向移动的主轴，所述主轴则具有至少一个固定端部。至少一个以能轴向移动的方式布置在所述壳体中的主轴颈与所述主轴的至少一个固定端部相连接。在此，至少一个优选以关节叉的形式布置在所述壳体的外部的关节连接件与所述至少一个主轴颈相连接。对于起单一作用的致动器来说，使所述主轴从所述壳体中移出来并且相对于其进行轴向移动。因此，在那里仅仅使用一个主轴颈。对于转向系统的中央调节器、或者也被称为在两侧起作用的致动器来说，则使所述主轴通过所述壳体向左或者向右轴向移动。所述主轴在这里在两个滑动轴承上得到了支撑。所述支撑以及与转向系统的连接分别通过左右各一个主轴颈来进行。所述主轴颈优选与所述主轴传力连接并且形状配合连接、尤其是彼此旋紧在一起。所述致动器的壳体在这两种情况下都在车身上得到了支撑。
根据本发明的第一方面，对于这样的致动器来说，所述至少一个主轴颈设有颈缩部，所述颈缩部构成易于弯曲的区域。如果本体、比如管子的横截面至少在一个局部区域中减小、换句话说在直径中减小，则谈及颈缩部。这能够在所述本体的一定的长度或者部分区段的范围内进行。换句话说，所述横截面变化能够在所述本体的端部上或者朝所述本体的端部进行。但是，也能够使与所述管子的端部隔开的区域、比如大致居中的区域变细。所述横截面的这种收缩比如能够通过压力成型法来进行。尤其对于全封闭本体(比如整体的管子)来说也谈及通过颈缩部来获得的横截面减小。比如对于柱筒状的本体(作为全封闭本体的管子)来说，得到具有降低的或者减小的横截面或直径的区域或区段。较小的横截面对于本体来说意味着，所述本体在这个区域中变得更易于弯曲。因此能够有针对性地制造以下本体，所述本体根据要求具有弯曲刚度更小的局部区域。
利用用于转向系统的致动器的、在局部区域中变细的主轴颈产生具有“额定弯曲部位”的构件。在出现由于横向力而通过关节叉被导入到所述转向系统中的弯曲力矩时，有针对性地允许弯曲。由此降低尤其在边缘纤维区域中的应力，由此决定性地提高所述主轴的使用寿命，因为弯曲力矩被导入到主轴颈中并且在那里被承受并且不必或者仅仅必须以小的程度由所述主轴本身来承受。由此，能够以有利的方式提高转向系统的致动器中的主轴的使用寿命。
在一种优选的实施方式中，所述至少一个主轴颈在其端部区域处基本上构造为柱筒状，其中所述易于弯曲的区域构造在所述端部区域之间。优选所述端部区域刚好构造为柱筒状，以用于能够实现相对于所述致动器的壳体中的滑动轴承的、特别好的滑动面。所述颈缩部在此按要求来构成，以用于得到所期望的易于弯曲的区域。所述颈缩部的横截面或者直径越小，所述区域变得越易于弯曲。所述颈缩部比如能够具有所述主轴颈的柱筒状的端部区域的、在量值方面一半的横截面或者直径。所述颈缩部同样能够为柱筒状。所述横截面或者直径也能够在所述颈缩部的区域中逐渐减小并且在最小值之后又逐渐增大。所述端部区域比如能够分别占所述主轴颈的纵向延伸度的三分之一。而后，所述具有减小的直径或者横截面的易于弯曲的区域具有约为所述主轴颈的总长的三分之一的纵向延伸度。但是，所述设计方案不局限于这里所提到的轴向的延伸度。
优选所述至少一个主轴颈的易于弯曲的区域处于所述壳体的滑动轴承的外部或者内部。在这两种情况下，所述易于弯曲的区域至少处于转向系统的致动器的零位中，也就是如果转向角为零，则优选处于所述壳体的内部。如果所述至少一个主轴颈的易于弯曲的区域处于所述滑动轴承的外部，则背向主轴的柱筒状的端部区域在所述滑动轴承中滑动。如果所述易于弯曲的区域处于滑动轴承的内部，则所述柱筒状的滑动面就被所述颈缩部或者易于弯曲的区域所中断。在后一种情况中，所述颈缩部具有较小的宽度、优选仅仅几毫米宽和深。所述颈缩部的宽度和深度取决于所述主轴颈的材料和所出现的力以及以下方向，所述力从所述方向作用到所述关节叉上并且最终作用到所述主轴颈上。从中产生合成的弯曲力矩，所述弯曲力矩必须通过所述主轴颈的易于弯曲的区域来承受。
优选所述至少一个主轴颈的两个柱筒状的端部区域具有相同的横截面或者直径或者不同的直径，其中所述易于弯曲的区域的颈缩部的横截面或者直径构造得小于所述端部区域的直径。
在一种优选的实施方式中，所述颈缩部或者用其获得的易于弯曲的区域构造为环绕的槽或者沟槽或者缺口。就缺口而言，比如以切削方式在所述柱筒状的主轴颈的表面中构造了环绕的凹处。所述缺口能够构造为V形或者基本上V形。所述缺口具有比如几毫米的较小宽度。所述沟槽是与所述缺口相类似的凹处，该凹处能够构造为U形或者基本上U形。所述沟槽相较于所述缺口具有更大的宽度。
优选所述槽能够类似于所述沟槽或者缺口而构造为U形或者V形。所述形状在侧视图或者在剖面图中清楚可见。这方面的实例可以从附图说明中获知。所述槽在这里无论如何被视为凹处，所述凹处具有比前面所提到的缺口或者沟槽明显大的宽度。所述槽能够具有几厘米的宽度。所述槽优选构造为环形槽。所述作为环形槽的横截面收窄部设有圆形轮廓、优选半圆形状或者成型地被槽加工到所述主轴颈中。所述主轴颈的横截面以所述主轴颈的端部区域的横截面为出发点连续地减小并且就这样在所述主轴颈由于横向力而经受弯曲应力时避免这个构件中的应力峰值。在另一种实施方式中，所述槽构造为，使得所述直径以第一端部区域为出发点首先逐渐减小并且而后跟随柱筒状的区域，该柱筒状的区域构造为与所述主轴颈或者主轴的纵轴线同心的结构。而后紧接着所述直径相反地逐渐地增大到所述主轴颈在其第二端部区域上的外直径。所述槽在这里也处于所述端部区域之间。
根据另一种优选的实施方式，所述主轴在其至少一个端部上具有环绕的缺口。所述缺口构造为轻微的横截面收窄部或者颈缩部，由此在所述主轴的端部区域中提供易于弯曲的区域。因此，在这个区域中同样受控地允许弯曲，以用于由此降低所述主轴的端部上的应力。所述主轴在所述缺口之后转变为固定端部，该固定端部具有用于与所述主轴颈传力连接的或者形状配合连接的螺纹。所述螺纹优选完全地伸入到所述主轴颈中。所述主轴颈为此具有第一螺纹盲孔，所述主轴的固定端部被旋入到所述第一螺纹盲孔中。由此能够在主轴与主轴颈之间建立固定的连接。
根据另一种优选的实施方式，所述主轴颈在与第一螺纹盲孔同轴的情况下具有对置的第二螺纹盲孔，将关节连接件与所述主轴颈形状配合连接并且传力连接的固定螺栓能够旋入到所述第二螺纹盲孔中。
根据另一种优选的实施方式，所述主轴颈的背向主轴的端部具有环形法兰、也就是比如圆环形的平坦的支承面，该支承面与所述关节连接件的相应的支承面被夹紧在一起。环形法兰与能够构造为关节叉的关节连接件之间的这种连接借助于固定螺栓来如此构成，从而不仅能够传递沿着轴向方向的拉力和压力，而且尤其也能够传递通过倾斜地或者横向地出现的力所引起的弯曲力矩。所述弯曲力矩从通过关节连接件进行的力的导入中、优选通过与转向拉杆系统相连接的关节叉来产生。
根据本发明的另一方面，转向系统的致动器优选用在线控转向系统中、优选用在机动车的后轴转向系统中。因为机动车中的后轴转向系统代表着对安全来说意义重大的系统，所以主轴和作为相对于其他转向系统构件的连接元件的主轴颈的、提高的抗断强度和延长的使用寿命特别有利地起作用。线控转向系统优选以机电的方式来运行并且与驾驶员的方向盘没有直接的或者紧接着的机械连接。所述转向能够通过一个或者多个根据电控制信号产生转向运动的致动器来进行。因为转向在一定程度上通过线缆来进行，所以谈及线控转向。所述转向系统的致动器的无故障的功能因此应该在整个车辆使用寿命期间得到保证。“线缆”在这方面仅仅应该是指同义词，因为转向信号或者控制信号也能够通过总线系统、像比如CAN总线或者至少部分地也无线地来传输。
附图说明
在附图中示出了本发明的一种实施例并且下面进行详细描述，其中此外从说明书和/或附图中能够得出另外的特征和/或优点。附图中：
图1示出了按照现有技术的、用于机动车的后轴转向系统的致动器；并且
图2示出了按照本发明的主轴颈的细节视图；并且
图3示出了转向系统的按照本发明的致动器。
具体实施方式
图1示出了已知的致动器1、也被称为伺服马达1，其具有被固定在机动车的车轴支架上的壳体2以及两个相对于彼此径向对置地布置的关节叉3、4，所述关节叉通常也被称为关节连接件3、4，它们用于与未示出的转向横拉杆相连接。所述致动器1包括具有能轴向移动的主轴5的主轴驱动装置，所述主轴5能够通过主轴螺母6由电动马达7来驱动、也就是能移动。所述主轴5在所述主轴螺母6的区域中具有构造为梯形螺纹的、自锁的运动螺纹5a，该运动螺纹与所述主轴螺母6的相应的内螺纹6a处于配合之中。在所述主轴螺母6旋转时，所述主轴螺母6执行(在图中)向右或者向左的轴向运动，其中以未示出的方式阻止所述主轴5进行扭转。所述主轴5具有两个对置的主轴端部或者固定端部8、9，它们本身固定地与主轴颈10、11相连接。所述主轴颈10、11在壳体侧在滑动轴承12、13中得到导引并且借助于螺栓14、15与所述两个关节叉3、4相连接。
图2示出了用于机动车用的转向系统的致动器的、按本发明的主轴颈110。图2中的相同的或者类似的部件利用和图1中相同的、但是增大了100的附图标记来表示。所述主轴颈110构造为棒状并且具有柱筒状的外壳110b，该外壳被以环形槽122r的形式构成的颈缩部10v所中断。所述主轴105具有带有螺纹108a的固定端部108。构造为关节叉104的关节连接件104部分地、也就是说在其固定区域中示出。所述关节叉104形成用于将车轮、比如机动车的后轮连接到未示出的转向杆上的接头。所述关节叉104具有贯通孔104a，该贯通孔被固定螺栓114穿过。
所述主轴颈110朝主轴105的方向具有第一螺纹盲孔119并且朝对置的端部的方向具有第二螺纹盲孔120。所述主轴颈110在其端侧的端部上在第二螺纹盲孔120的区域中具有环形法兰121，该环形法兰具有比如构造为圆环形的支承面121a。在第一盲孔119或者端部区域110l与第二盲孔120或者端部区域110r之间，所述主轴颈110具有易于弯曲的区域122，该区域相对于相邻的端部区域110l、110r具有减小的直径和减小的平面惯性矩。所述易于弯曲的区域122构造为颈缩部或者在这里构造为具有比如半圆形的轮廓的环绕的环形槽，从而实现逐渐的直径减小。所述主轴颈110一方面与所述主轴105的固定端部108相连接，并且另一方面借助于固定螺栓114与关节叉104相连接。在此，所述固定区域108被旋入到所述第一螺纹盲孔119中。所述主轴105具有环绕的、经过倒圆的缺口105a，该缺口额外地作为所述主轴上的易于弯曲的区域起作用。所述关节叉104通过螺栓114与所述环形法兰121的支承面121a固定地夹紧在一起，从而形成不易弯曲的连接部。
图3以和在图1中相类似的图示示出了一种致动器1。在左边部分中示出了主轴颈111，该主轴颈利用螺栓15与关节叉103夹紧在一起。所述主轴颈111具有中部的区域122，该中部的区域设有比所述端部区域111l、111r更小的直径d1和d2并且由此构造为相对于端部区域易于弯曲的结构。所述端部区域111l的柱筒状的表面在布置在壳体2中的滑动轴承13中滑动。所述端部区域111l具有比所述端部区域111r的直径d2更大的直径d1。
在图3中在右边示出的主轴颈111具有连续柱筒状的外直径d3，该外直径大约在当中被V形的缺口110v所中断。所述主轴颈110以其柱筒状的外表面在所述缺口110v的左区域和右区域中在所述滑动轴承12中滑动，所述滑动轴承12布置在所述致动器1的壳体2中。
所绘出的横向力Q斜着作用到所述关节叉103、104上并且引起作用到所述致动器1上并且由此作用到所述主轴颈110、111上的弯曲力矩，所述主轴颈由于相应的颈缩部110v、111v或者由此实现的易于弯曲的区域122而能够承受所述弯曲力矩，由此有针对性地使所述主轴5经受明显更小的弯曲应力。所述关节叉103具有一种结构形状，该结构形状具有斜着弯折的叉端部，以便计算斜着起作用的横向力Q。
附图标记列表：
1 致动器
2 壳体
3 关节叉
4 关节叉
5 主轴
5a 梯形螺纹
6 主轴螺母
6a 梯形螺纹
7 电动马达
8 主轴端部
9 主轴端部
10 主轴颈
11 主轴颈
12 滑动轴承
13 滑动轴承
14 螺栓
15 螺栓
103 关节叉
104 关节叉
104a 贯通孔
105 主轴
105a 缺口
108 固定端部、主轴端部
108a 螺纹
110 主轴颈
110l 端部区域
110r 端部区域
110v 颈缩部
111 主轴颈
111l 端部区域
111r 端部区域
111v 颈缩部、缺口
112 滑动轴承
114 螺栓
119 第一螺纹盲孔
120 第二螺纹盲孔
121 环形法兰
121a 支承面
122 易于弯曲的区域
122r 槽、环形槽
Q 横向力
d1 直径
d2 直径
d3 直径

Claims (10)

1.转向系统的致动器，其具有：
壳体(2)；
布置在所述壳体(2)中的主轴驱动装置，该主轴驱动装置具有与在轴向上位置固定地得到支承的主轴螺母(6)处于配合之中的、能轴向移动的主轴(5)，所述主轴具有至少一个固定端部(8、9)；
至少一个以能轴向移动的方式布置在所述壳体(2)中的主轴颈(10、11)，所述主轴颈与所述主轴(5)的至少一个固定端部(8、9)相连接；
至少一个关节连接件(3、4)，所述关节连接件布置在所述壳体(2)的外部并且与所述至少一个主轴颈(10、11)相连接，
其特征在于，所述至少一个主轴颈(10、11、110、111)具有颈缩部(110v、111v)，所述颈缩部构成易于弯曲的区域(122)。
2.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述至少一个主轴颈(10、11、110、111)在其端部区域(110l、110r、111l、111r)上基本上构造为柱筒状，其中所述易于弯曲的区域(122)构造在所述端部区域之间。
3.根据权利要求1或2所述的致动器，其特征在于，所述至少一个主轴颈(10、11、110)的易于弯曲的区域(122)位于所述壳体(2)的滑动轴承(12、13)的外部或者内部。
4.根据权利要求2或3所述的致动器，其特征在于，所述至少一个主轴颈(10、11、110)的两个柱筒状的端部区域(110l、110r、111l、111r)具有相同的直径或者不同的直径(d1、d2)，其中所述易于弯曲的区域(122)的颈缩部(110v、111v)的直径小于所述端部区域(110l、110r、111l、111r)的直径(d1、d2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其特征在于，所述颈缩部(110v、111v)构造为环绕的槽(122r)或者沟槽或者缺口(105a)。
6.根据权利要求5所述的致动器，其特征在于，所述槽(112r)或者沟槽或者缺口(105a)构造为U形或者V形。
7.根据权利要求5所述的致动器，其特征在于，所述槽是环形槽(122r)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其特征在于，所述主轴(105)在其至少一个端部上具有环绕的缺口(105a)，其中所述主轴(105)在所述缺口(105a)之后转变为固定端部(108)，所述固定端部具有用于与所述主轴颈(110)进行传力连接和形状配合连接的螺纹(108a)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其特征在于，所述主轴颈(110)的背向主轴的端部具有环形法兰(121)，该环形法兰用于支撑在关节连接件、优选关节叉(104)上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的致动器在机动车的优选后轴转向系统的线控转向系统中的应用。
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