CN111731372B - 线控转向式转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于机动车辆的线控转向式转向系统(10)，该线控转向式转向系统具有由驾驶员握持的转向器件、支承装置(12)、以及电动的转向器件致动器(14)。支承装置(12)具有第一套筒元件(18)和第二套筒元件(20)，第一套筒元件和第二套筒元件连接至彼此以沿套筒元件(18)和套筒元件(20)的轴向方向(A1)伸缩。支承装置(12)具有紧固元件(26)，该紧固元件可固定地连接至机动车辆的车身，其中，第二套筒元件(20)固定地安装在紧固元件(26)上，并且其中，转向器件和转向器件致动器(14)安装在第一套筒元件(18)上，使得该转向器件和该转向器件致动器不可在轴向方向(A1)上相对于第一套筒元件(18)移动。

Description

线控转向式转向系统
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的线控转向式转向系统。
背景技术
与传统转向系统相比，线控转向式转向系统不具有在机动车辆的方向盘与车轮之间的直接的机械操作性连接。而是，产生与转向移动相对应的转向信号并将其通过线缆传递至致动器，该致动器将转向信号转换成机动车辆的转向移动。
在这种情况下，被设计成在转向期间为驾驶员赋予期望的转向感的方向盘致动器通常与方向盘相关联。例如，方向盘致动器模拟道路对方向盘的反作用，在传统转向系统中，该反作用经由机械操作性连接传递至方向盘。
特别是对于自动驾驶的机动车辆，线控转向式转向系统是特别合适的，因为方向盘旨在至少部分自主驾驶模式下典型地被置于中立位置。在这种情况下，还可以期望的是在至少部分自主驾驶模式中，方向盘相对于车辆纵向方向至少部分地缩回，即在仪表盘的方向上移位。
发明内容
本发明的目的是提供一种线控转向式转向系统，该线控转向式转向系统使得能够简单地对方向盘进行纵向调节。
根据本发明，该目的的实现是通过一种用于机动车辆的线控转向式转向系统，所述线控转向式转向系统具有要由驾驶员握持的转向器件、支承装置、以及电动的转向器件致动器，其中，所述支承装置具有第一套筒元件和第二套筒元件，所述第一套筒元件和第二套筒元件连接至彼此以便沿所述套筒元件的轴向方向伸缩。支承装置具有紧固元件，该紧固元件可固定地连接至机动车辆的车身，其中，所述第二套筒元件固定地安装在所述紧固元件上，并且其中，所述转向器件和所述转向器件致动器安装在所述第一套筒元件上，使得所述转向器件和所述转向器件致动器不能够在所述轴向方向上相对于所述第一套筒元件移动。
在这种情况下，“固定地安装”应该理解为是指第二套筒元件和紧固元件不可相对于彼此移位，并且此外，第二套筒元件以相对于该第二套筒元件的轴向方向在旋转意义上固定的方式连接至紧固元件。这并不排除对第二套筒元件相对于紧固元件的倾斜进行调节的可能性。
根据本发明，转向器件和转向器件致动器可以经由套筒元件的伸缩移动以特别简单的方式在套筒元件的轴向方向上移位，并且被相应地调节、尤其是相对于仪表盘缩回和伸展。根据本发明的线控转向式转向系统使得能够在预定距离(例如上至30cm)上纵向地调节转向器件和转向器件致动器。
根据优选的实施例，转向器件致动器安装在第一套筒元件上、在第一套筒元件的与转向器件相关联的端部处，尤其是被设置成侧向地邻接第一套筒元件，如在套筒元件的轴向方向上观察到的。这产生了本发明的关于支承装置所需安装空间的特别有利的构型。
特别地，转向器件被设计为方向盘。
紧固元件优选地可固定地连接至机动车辆的仪表盘支撑件。
本发明的一个方面提供的是，两个套筒元件以在旋转意义上固定的方式连接至彼此。这确保了转向器件和转向器件致动器的稳定支承。
所述支承装置优选地包括与所述第一套筒元件和/或所述第二套筒元件相关联的驱动装置，其中，所述驱动装置被设计成使所述第一套筒元件和所述第二套筒元件在所述轴向方向上相对于彼此移位。相应地，转向器件和转向器件致动器可以藉由驱动装置来自动地调节，而无需驾驶员的进一步干预。例如，线控转向系统具有操作元件，这些操作元件尤其设置在转向器件上，并且驾驶员可以藉由这些操作元件来控制转向器件的调节。替代性地或附加地，当机动车辆切换到至少部分自主驾驶模式时，转向器件和转向器件致动器可以藉由驱动装置自动地调节。
驱动装置进一步优选地包括电动马达。替代性地或附加地，驱动装置还可以包括液压驱动元件和/或气动驱动元件。
根据本发明的实施例，所述电动马达被布置在所述第一套筒元件内或所述第二套筒元件内。这产生了支承装置的特别节省空间且鲁棒的构型。
然而，替代性地，电动马达还可以被布置在套筒元件的外部。
接合在转换装置的螺纹中的驱动主轴可以与所述电动马达相关联。转换装置被设计成将驱动主轴的旋转移动转换成两个套筒元件的相对平移移动。例如，为此目的，转换装置具有螺母、球形螺母、和/或内螺纹。特别地，电动马达被布置在两个套筒元件中的一个套筒元件中并且固定地连接至该套筒元件，而转换装置被布置在另一套筒元件中。
优选地设置有能量吸收装置，所述能量吸收装置被设计成在车辆碰撞的事件中吸收作用在所述支承装置上的所述轴向方向上的力。例如，在车辆碰撞的事件中，能量吸收装置有助于最佳地支撑充气的气囊，并且因此进一步提高驾驶员的安全性。特别地，仅在车辆发生碰撞的情况下并且/或者在超出套筒元件之间的预定相对移动的情况下能量吸收装置才是有效的。
能量吸收装置优选地与第一套筒元件和/或第二套筒元件相关联。相应地，能量吸收装置被设计成吸收来自套筒元件之间的相对移动的能量，特别地其中，仅在车辆发生碰撞的情况下启用能量吸收装置，并且/或者在超出套筒元件之间的预定相对移动之后能量吸收装置才是可操作的。能量吸收装置例如以弹簧的方式设计为可压缩的膨胀金属和/或被设计为吸收带。在这种情况下，吸收带被理解为是指能量吸收装置永久地变形并因此吸收能量。吸收带的示例是弯曲金属带，在这些弯曲金属带中，来自套筒元件的相对移动的能量被转换成金属的变形。
特别地，所述能量吸收装置被容纳在所述第一套筒元件中并且/或者在所述第二套筒元件中。这产生了支承装置的特别紧凑的构型。
所述支承装置可以包括倾斜调节装置，藉由所述倾斜调节装置，能够调节所述第二套筒元件相对于所述紧固元件的倾斜角度，特别地其中，所述倾斜调节装置具有机动化驱动装置，所述机动化驱动装置被设计成致动所述倾斜调节装置。相应地，除了纵向调节之外，可以藉由倾斜调节装置来设定转向器件的倾斜角度，特别地其中，倾斜角度的适配自动地发生，类似于藉由机动驱动装置进行的纵向调节。特别地，机动化驱动装置被设计为电动马达。
在本发明的可能构型中，设置有缆线管道，所述线控转向式转向系统的电力和/或信号配线接纳在所述缆线管道中。在这种情况下，电力和/或信号配线与线控转向式转向系统的转向器件致动器和/或连接至转向器件致动器的控制单元相关联，并且/或者与转向器件相关联的转向器件传感器相关联，以用于进行信号和/或电力传输。缆线管道被设计成补偿电力和/或信号配线在套筒元件的伸缩移动期间发生的移动。
特别地，可以以缆线筒的方式设计的缆线接纳元件与缆线管道相关联。在仪表盘方向上调节转向器件时，缆线接纳元件接纳信号和/或电力配线的至少一部分，并在相反方向上进行调节时再将这一部分释放。
根据本发明的另外的构型，设置有第三套筒元件和第四套筒元件，所述第三套筒元件和第四套筒元件连接至彼此以沿所述第三套筒元件和所述第四套筒元件的轴向方向伸缩，其中，所述第四套筒元件固定地安装在所述紧固元件上，并且其中，所述转向器件和所述转向器件致动器安装在所述第三套筒元件上，使得所述转向器件和所述转向器件致动器不能够在所述轴向方向上相对于所述第三套筒元件移动，特别地其中，包括所述第三套筒元件和所述第四套筒元件的单元与包括所述第一套筒元件和所述第二套筒元件的单元平行地延伸。因此，在纵向调节期间，转向器件和转向器件致动器藉由两对伸缩的套筒元件来引导。转向器件和转向器件致动器因此以特别稳定的方式安装，并且在调节期间以特别稳定的方式被(平行地)引导。
所述第一套筒元件和所述第三套筒元件的与所述转向器件相关联的端部处优选地设置有上固位元件，其中，所述上固位元件在相反的端部处固定地安装在所述第一套筒元件和所述第三套筒元件上，特别地其中，所述转向器件致动器固定地安装在所述上固位元件上。上固位元件增大了支承装置的横向刚度，并且因此还增大了该支承装置的固有频率。增加的固有频率具有的优点是：在转向系统中和/或机动车辆的车身中的振动和干扰(振动和干扰在某一频率范围内发生)与支承装置之间不会发生共振，这意味着减小了转向器件上的振动和干扰的反作用。
此外，转向器件致动器进一步优选地安装在固位元件上，尤其是在两对套筒元件之间，如在套筒元件的轴向方向上观察到的一样。这产生了支承装置的特别紧凑的构型。
根据本发明的另外的方面，所述第二套筒元件和所述第四套筒元件的与所述紧固元件相关联的端部处设置有下固位元件，其中，所述下固位元件在相反两端部处固定地安装在所述第二套筒元件和所述第四套筒元件上，特别地其中，所述下固位元件固定地安装在所述紧固元件上。下固位元件增大了支承装置的横向刚度，并且因此也增大了该支承装置的固有频率。
本发明的一个方面提供的是加强元件固定地安装在所述第一套筒元件和所述第三套筒元件上，或者安装在所述第二套筒元件和所述第四套筒元件上。加强元件进一步增大了支承装置的横向刚度，并且因此还增大了该支承装置的固有频率。
优选地设置有与所述第三套筒元件和/或所述第四套筒元件相关联的能量吸收装置，所述能量吸收装置被设计成在车辆碰撞的事件中吸收作用在所述支承装置上的所述轴向方向上的力，特别地其中，所述能量吸收装置被容纳在所述第三套筒元件中并且/或者容纳在所述第四套筒元件中。在这种情况下，能量吸收装置可以与上述能量吸收装置相类似地进行设计。
附图说明
本发明的进一步的优点和特性将在下面的描述和附图中揭示，将参考这些附图。
附图示出了：
-图1是根据第一变体的发明性线控转向式转向系统的示意性展示；
-图2是根据第二变体的发明性线控转向式转向系统的示意性展示；并且
-图3是根据第三变体的发明性线控转向式转向系统的示意性展示。
具体实施方式
在图1至图3中，在各自的情况下示意性地示出了根据不同变体实施例的机动车辆的线控转向式转向系统10的细节。
与传统的转向系统相比，线控转向式转向系统10不具有在转向器件(图中未展示)与机动车辆的车轮之间的直接机械操作性连接。替代地，藉由转向角度传感器产生与转向移动相对应的转向信号，并将其通过线缆传递至致动器，该致动器将转向信号转换成机动车辆的转向移动。
转向器件尤其是方向盘。
线控转向式转向系统10包括用于纵向可调节地支承转向器件的支承装置12和与转向器件相关联的电动的转向器件致动器14。
转向器件致动器14被设计成经由转向轴16向转向器件施加转矩，例如以模拟道路对转向器件的反作用和/或模拟界定旋转角度的机械止动件。
下面参照图1至图3描述的变体实施例大体上在支承装置12的构造方面不同，其中具有相同功能的部件具有相同的附图标记。
图1中示出了线控转向式转向系统10的第一变体实施例。
支承装置12具有第一套筒元件18、第二套筒元件20、上固位元件22、下固位元件24、以及紧固元件26。
两个套筒元件18、20连接至彼此，以沿它们的共同轴向方向A1伸缩。在这种情况下，第二套筒元件20的一部分在此被接纳在第一套筒元件18中。
相应地，两个套筒元件18、20具有相互相似(在数学意义上)但其他方面任意的截面。
特别地，两个套筒元件18、20以在旋转意义上固定的方式连接至彼此，特别地其中，设置有引导器件28以用于两个套筒元件18、20在旋转意义上固定的纵向引导。
第二套筒元件20在该第二套筒元件与紧固元件26相关联的端部处固定地连接至下固位元件24，该下固位元件横向于第二套筒元件20延伸。
下固位元件24连接至紧固元件26，使得该下固位元件不可在轴向方向A1上移位。紧固元件26进而可固定地连接至机动车辆车身，尤其是可固定连接至仪表盘支撑件。
第一套筒元件18在该第一套筒元件与转向器件相关联的端部处固定地连接至上固位元件22。
转向器件致动器14固定地安装在上固位元件22上。转向轴16从转向器件穿过上固位元件22或经过上固位元件22延伸至转向器件致动器14，其中，转向轴16被安装成可相对于上固位元件22旋转。
相应地，转向器件致动器14固定地连接至第一套筒元件18，而转向器件可旋转地连接至第一套筒元件18，但是使得转向器件不可相对于第一套筒元件18移位。
因此，经由转向轴16，上固位元件22，两个套筒元件18、20，下固位元件24，以及紧固元件26产生从转向器件到车辆车身的力流，其中，由于两个套筒元件18、20在轴向方向A1上的伸缩移动，转向器件和转向器件致动器14可调节通过最大距离d。
距离d的值可以与特定机动车辆的需求相适配。例如，距离d上至30cm。
特别地，转向器件和转向器件致动器14的调节藉由电动驱动装置30自动地进行。
例如，线控转向系统10具有操作元件，这些操作元件尤其设置在转向器件上，并且驾驶员可以藉由这些操作元件来控制转向器件的调节。替代性地或附加地，当机动车辆切换到至少部分自主驾驶模式时，转向器件和转向器件致动器14可以藉由驱动装置30自动地调节。
在所示的变体实施例中，驱动装置30被设计为电动马达，并且被布置在第一套筒元件18内。
然而，替代性地，驱动装置30还可以布置在第二套筒元件20中或者在两个套筒元件的外部。另外，驱动装置30可以替代性地或附加地还包括液压驱动元件和/或气动驱动元件。
驱动主轴32与驱动装置30相关联，该驱动主轴接合在转换装置34的螺纹中，该转换装置布置在第二套筒元件20中。
转换装置34被设计成将驱动主轴32的旋转移动转换成两个套筒元件18、20的相对平移移动，并且由此在轴向方向A1上调节转向器件和转向器件致动器14。
例如，为此目的，转换装置34具有螺母、球形螺母、和/或内螺纹。
此外，还设置有缆线管道36，线控转向式转向系统10的电力和/或信号配线38接纳在该缆线管道中。在这种情况下，电力和/或信号配线38与线控转向式转向系统10的转向器件致动器14和/或连接至转向器件致动器14的控制单元40相关联，并且/或者与转向器件相关联的转向器件传感器相关联，以用于进行信号和/或电力传输。
缆线管道36被设计成补偿电力和/或信号配线38在套筒元件18、20的伸缩移动期间发生的移动。
特别地，可以以缆线卷筒的方式设计的缆线接纳元件42与缆线管道相关联。在仪表盘方向上调节转向器件时，缆线接纳元件42接纳信号和/或电力配线38的至少一部分，并且当在相反方向上进行调节时再将这一部分释放。
设置有能量吸收装置43，该能量吸收装置被设计成在车辆碰撞的事件中吸收作用在支承装置12上的轴向方向A1上的力。特别地，仅在车辆碰撞的情况下并且/或者在超出套筒元件18、20之间的预定相对移动的情况下才启用能量吸收装置。
能量吸收装置43与第一套筒元件18和/或第二套筒元件20相关联。相应地，能量吸收装置43被设计成吸收来自套筒元件18、20之间的相对移动的能量。
能量吸收装置43例如呈弹簧的形式，该能量吸收装置被设计为可压缩的膨胀金属和/或被设计为吸收带。在这种情况下，吸收带被理解为是指能量吸收装置43永久地塑性变形并因此吸收能量。吸收带的示例是所谓的弯曲金属带，在这些弯曲金属带中，能量被转换成金属的变形。例如，吸收带的一个端部于是可固定地联接至第一套筒元件18，并且弯曲金属带的另一个端部可固定地联接至第二套筒元件20，特别地其中，吸收带仅在车辆碰撞的情况下固定地连接至两个套筒元件18、20。
支承装置12可以进一步包括倾斜调节装置44，藉由该倾斜调节装置，可以调节第二套筒元件20(并且因此还有第一套筒元件18、转向器件致动器14、以及转向器件)相对于紧固元件26的倾斜角度。
此处，倾斜调节装置44具有机动化驱动装置46，该机动化驱动装置被设计成致动倾斜调节装置44。
相应地，除了纵向调节之外，可以藉由倾斜调节装置44来设定转向器件的倾斜角度，特别地其中，倾斜角度的适配自动地发生，类似于藉由机动驱动装置46进行的纵向调节。特别地，机动化驱动装置46被设计为电动马达。
图2中示出了线控转向式转向系统的第二变体实施例，其中，下面仅解释与图1中示出的变体的不同之处。
此处，支承装置12包括第三套筒元件48和第四套筒元件50，该第三套筒元件和第四套筒元件与第一套筒元件18和第二套筒元件20相类似地连接至彼此以沿它们的共同轴向方向伸缩。
第三套筒元件48在该第三套筒元件与转向器件相关联的端部处固定地连接至上固位元件22。
第四套筒元件50在该第四套筒元件与紧固元件26相关联的端部处固定地连接至下固位元件24。
在这种情况下，包括第三套筒元件48和第四套筒元件50的单元与包括第一套筒元件18和第二套筒元件20的单元基本上平行地延伸。
相应地，套筒元件18、20、48、50形成用于转向器件和转向器件致动器14的平行引导件。
如沿轴向方向A1、A2看到的，转向器件致动器14被布置在包括第一套筒元件18和第二套筒元件20的单元与包括第三套筒元件48和第四套筒元件50的单元之间。
此外，用于纵向调节的驱动装置30在此与包括第一套筒元件18和第二套筒元件20的单元相关联，而能量吸收装置43与包括第三套筒元件48和第四套筒元件50的单元相关联。
可选地设置加强元件52。加强元件52在该加强元件的一个端部处固定地连接至第一套筒元件18的与第二套筒元件20相关联的端部。在该加强元件的另一个端部处，加强元件固定地连接至第三套筒元件48的与第四套筒元件50相关联的端部。
图3示出了线控转向式转向系统10的变体，该变体与图1中示出的变体实施例非常相似。
然而，第一套筒元件18的一部分被接纳在第二套筒元件20中。相应地，第三套筒元件48的一部分被接纳在第四套筒元件50中。
在此，驱动装置30与包括第三套筒元件48和第四套筒元件50的单元相关联，而能量吸收装置43与包括第一套筒元件18和第二套筒元件20的单元相关联。
加强元件52进一步安装在第二套筒元件20和第四套筒元件50上。

Claims (14)

1.一种用于机动车辆的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述线控转向式转向系统具有由驾驶员握持的转向器件、支承装置(12)、以及电动的转向器件致动器(14)，其中，
所述支承装置(12)具有第一套筒元件(18)和第二套筒元件(20)，所述第一套筒元件和所述第二套筒元件连接至彼此以沿所述套筒元件(18，20)的轴向方向(A1)伸缩，其中，
所述支承装置(12)具有紧固元件(26)，所述紧固元件能够固定地连接至所述机动车辆的车身，其中，
所述第二套筒元件(20)固定地安装在所述紧固元件(26)上，并且其中，所述转向器件和所述转向器件致动器(14)安装在所述第一套筒元件(18)上，使得所述转向器件和所述转向器件致动器不能在所述轴向方向(A1)上相对于所述第一套筒元件(18)移动，并且所述线控转向式转向系统附加地具有如下特征：
所述支承装置(12)包括与所述第一套筒元件(18)和/或所述第二套筒元件(20)相关联的驱动装置(30)，其中，所述驱动装置(30)被设计成使所述第一套筒元件(18)和所述第二套筒元件(20)在所述轴向方向(A1)上相对于彼此移位，所述驱动装置(30)包括电动马达，所述电动马达被布置在所述第一套筒元件(18)内或在所述第二套筒元件(20)内，和/或
设置有能量吸收装置(43)，所述能量吸收装置被设计成在车辆碰撞的事件中吸收作用在所述支承装置(12)上的所述轴向方向(A1)上的力，和/或
所述支承装置(12)包括倾斜调节装置(44)，藉由所述倾斜调节装置，能够调节所述第二套筒元件(20)相对于所述紧固元件(26)的倾斜角度，和/或
设置有第三套筒元件(48)和第四套筒元件(50)，所述第三套筒元件和第四套筒元件连接至彼此以沿所述第三套筒元件(48)和所述第四套筒元件(50)的轴向方向(A2)伸缩，其中，所述第四套筒元件(50)固定地安装在所述紧固元件(26)上，并且其中，所述转向器件和所述转向器件致动器(14)安装在所述第三套筒元件(48)上，使得所述转向器件和所述转向器件致动器不能在所述轴向方向(A2)上相对于所述第三套筒元件(48)移动。
2.如权利要求1所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述两个套筒元件(18，20)以在旋转意义上固定的方式连接至彼此。
3.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，接合在转换装置(34)的螺纹中的驱动主轴(32)与所述电动马达相关联。
4.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述能量吸收装置(43)被容纳在所述第一套筒元件(18)中并且/或者在所述第二套筒元件(20)中。
5.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述倾斜调节装置(44)具有机动化驱动装置(46)，所述机动化驱动装置被设计成致动所述倾斜调节装置(44)。
6.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，设置有缆线管道(36)，所述线控转向式转向系统(10)的电力和/或信号配线(38)接纳在所述缆线管道中。
7.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，包括所述第三套筒元件(48)和所述第四套筒元件(50)的单元与包括所述第一套筒元件(18)和所述第二套筒元件(20)的单元平行地延伸。
8.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述第一套筒元件(18)和所述第三套筒元件(48)的与所述转向器件相关联的端部处设置有上固位元件(22)，其中，所述上固位元件(22)在相反两端部处固定地安装在所述第一套筒元件(18)和所述第三套筒元件(48)上。
9.如权利要求8所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述转向器件致动器(14)固定地安装在所述上固位元件(22)上。
10.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述第二套筒元件(20)和所述第四套筒元件(50)的与所述紧固元件(26)相关联的端部处设置有下固位元件(24)，其中，所述下固位元件(24)在相反两端部处固定地安装在所述第二套筒元件(20)和所述第四套筒元件(50)上。
11.如权利要求10所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述下固位元件(24)固定地安装在所述紧固元件(26)上。
12.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，加强元件(52)固定地安装在所述第一套筒元件(18)和所述第三套筒元件(48)上，或者安装在所述第二套筒元件(20)和所述第四套筒元件(50)上。
13.如权利要求1或2所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，设置有与所述第三套筒元件(48)和/或所述第四套筒元件(50)相关联的能量吸收装置(43)，所述能量吸收装置被设计成在车辆碰撞的事件中吸收作用在所述支承装置(12)上的所述轴向方向(A1，A2)上的力。
14.如权利要求13所述的线控转向式转向系统(10)，其特征在于，所述能量吸收装置(43)被容纳在所述第三套筒元件(48)中并且/或者容纳在所述第四套筒元件(50)中。
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