CN112298327A - 旋转限制装置、转向系统、以及用于限制转向系统中的旋转运动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于线控转向式转向系统的旋转限制装置(20)，包括固定布置的外壳体(18)和转向柱(14)，转向柱至少部分地接纳在外壳体(18)中并且能够相对于外壳体(18)旋转。此外，设置有至少一个致动构件(22)，所述至少一个致动构件布置在外壳体(18)与转向柱(14)之间，并且能够相对于外壳体(18)并且相对于转向柱(14)旋转有限的范围，以便机械地限制转向柱(14)相对于外壳体(18)的旋转。此外，公开了一种转向系统(10)以及一种用于限制转向系统(10)中的旋转运动的方法。

Description

旋转限制装置、转向系统、以及用于限制转向系统中的旋转运 动的方法
技术领域
本发明涉及一种用于线控转向式转向系统的旋转限制装置。此外，本发明涉及一种转向系统以及一种用于限制转向系统中的旋转运动的方法。
背景技术
从现有技术已知机电助力转向系统(还被称为“电动助力转向”(EPS)系统)。在此，转向系统的方向盘经由转向柱机械地联接至齿条。齿条的平移移动在此是机械受限的，这自动限制了方向盘的旋转。
这是重要的，尤其因为在方向盘上设置有电线，这些电线引向方向盘上的操作元件，这些电线沿相关联的转向柱或转向轴延伸，其结果是当方向盘旋转时电线同样转动或扭转。然而，在电线断裂或卡住之前，这些电线仅可以遵循有限的旋转运动。在这个方面，齿条或其机械限制装置承担了对电线的保护功能。
在所谓的线控转向式转向系统(SBW转向系统)的情况下，方向盘不再经由转向柱机械地连接至齿条，而是连接至并不与齿条机械相连的方向盘致动器。在这个方面，在线控转向式转向系统的情况下，由于并非机械联接至齿条，所以对方向盘的旋转运动确切地没有机械限制。另外，在许多SBW转向系统的情况下，是经由转向角度传感器来检测方向盘角度，在转向系统中只要方向盘不旋转超出某一转向角度范围就认为对该方向盘角度的校准有效。
发明内容
本发明的目的是在线控转向式转向系统中设置一种旋转限制装置，其结果是，可以机械地限制方向盘的旋转运动。
根据本发明，该目的的实现是通过一种用于线控转向式转向系统的旋转限制装置，所述旋转限制装置包括固定布置的外壳体和转向柱，所述转向柱至少部分地接纳在所述外壳体中并且能够相对于所述外壳体旋转。此外，设置有至少一个致动构件，所述至少一个致动构件布置在所述外壳体与所述转向柱之间，并且能够相对于所述外壳体并且相对于所述转向柱旋转有限的范围，以便机械地限制所述转向柱相对于所述外壳体的旋转。
此外，根据本发明，该目的的实现是通过一种用于限制转向系统中的旋转运动的方法，转向柱相对于固定的或不可旋转的外壳体沿旋转方向旋转。转向柱从限定的旋转角度开始抵靠致动构件，所述致动构件进一步与转向柱一起沿旋转方向旋转，直到当达到极限角度时致动构件抵靠外壳体，以机械地限制转向柱相对于外壳体的相对旋转运动。
本发明的基本构思是：通过设置致动构件来机械地限制转向柱相对于固定布置的外壳体的旋转，该致动构件设置在转向柱与外壳体之间并且可以相对于转向柱并且相对于外壳体旋转。连接在其间的致动构件确保了转向柱可以相对于外壳体相对旋转运动，该相对旋转运动从中心位置开始超过180°。例如如果转向柱和外壳体在各自情况下设有对应的止挡件，因为这些止挡件最迟从相对旋转小于180°就开始抵靠彼此，则情况将不是这样。
在这个方面，本旋转限制装置被配置成从大于180°的相对旋转角度起才生效。
在没有致动构件的情况下，只能实现小于180°的旋转角度范围。然而，根据本发明，每个致动构件增加小于180°、例如在120°与160°之间的值。在此，特定的附加旋转角度范围尤其取决于应用，这是因为如果部件需要吸收大的力矩，则这些部件更宽。
例如，可能的是，可以实现超过250°、尤其是400°或更大的相对旋转角度。
致动构件被布置为在旋转限制装置的径向内部的转向柱与径向外部的外壳体之间的附加旋转位置。
从根本上说，转向柱、致动构件和/或外壳体配置成使得它们可以吸收典型地在转向的情况下出现的力矩。这确保了，即使在旋转限制装置的最终位置(即在机械限制器件生效的情况下)，如果车辆驾驶员继续施加力矩也不会损坏旋转限制装置。
一个方面提供的是，所述转向柱被配置为在所述转向柱旋转过限定的旋转角度的情况下对所述致动构件加以驱动的驱动件。在这个方面，转向柱首先相对于致动构件并且相对于外壳体进行调节直到达到限定的旋转角度。转向柱从该旋转角度开始驱动致动构件，其结果是，转向柱和致动构件一起相对于外壳体、尤其绕共同的旋转轴线旋转。
在这个方面，在转向柱旋转的情况下，从限定的旋转角度开始所述致动构件可以与所述转向柱一起相对于所述外壳体旋转。致动构件和转向柱可以具有共同的旋转轴线，该旋转轴线尤其相对于转向柱居中定位。
根据一个实施例，致动构件是中空轴。相应地，致动构件和转向柱相对于彼此同轴地配置，这是因为它们具有共同的旋转轴线并且致动构件至少部分地接纳转向柱。从根本上说，这产生旋转限制装置的紧凑的构造。
另一个实施例提供的是，致动构件是滑动元件，所述滑动元件沿预先限定的轨道、尤其在凹槽内滑动。在此，被配置为滑动元件的致动构件可以在预先限定的轨道上移动，该预先限定的轨道相对于转向柱的中心点或转向柱的旋转轴线具有预先限定的半径。在这个方面，滑动元件同样绕转向柱的旋转轴线移动。设置预先限定的轨道的凹槽可以配置在外壳体或转向柱内。
特别地，设置有两个或更多个致动构件，所述两个或更多个致动构件布置在所述外壳体与所述转向柱之间。可以通过致动构件的数量来增加转向柱相对于外壳体所可以总体实现的旋转。在转向柱与外壳体之间设置的致动构件越多，所可以实现的相对旋转范围就越大。例如，在两个致动构件的情况下，在转向柱与外壳体之间已经可以实现±400°的相对旋转。
在多于一个致动构件的情况下，第一致动构件可以被配置为中空轴并且第二致动构件可以被配置为滑动元件，中空轴与滑动元件相互作用。换言之，致动构件可以相互作用，这是因为在各自情况下，旋转运动从旋转限制装置的径向最内侧的可旋转部件传输至旋转限制装置的径向最外侧的可旋转部件。这意味着，从转向柱开始，旋转运动被传输至径向更靠外的另外的致动构件，尤其传输远至与固定布置的外壳体相互作用的致动构件。换言之，径向最外侧致动构件与固定布置的外壳体相互作用，以便机械地限制转向柱相对于外壳体的旋转。
从根本上说，致动构件具有可旋转构型。
一个方面提供的是，转向柱具有至少一个径向向外突出的驱动区段，尤其具有两个相反的驱动面。该驱动区段可以被配置为径向向外突出的凸耳，该凸耳具有配置在凸耳的相反两侧上的两个驱动面。这确保了，相关联的致动构件可以通过驱动区段、尤其对应的驱动面沿从中心位置开始的两个旋转方向致动。
此外，致动构件可以具有径向向内突出的支承区段，尤其具有两个相反的支承面。致动构件的支承区段可以与相关联的转向柱的驱动区段相互作用。尤其，支承面与相关联的驱动面相互作用。根据转向柱的旋转方向，第一驱动面驱动第一支承面或第二驱动面驱动第二支承面，以便从预先限定的旋转角度开始沿对应的旋转方向进一步驱动致动构件，即使得该致动构件相对于外壳体旋转。
另外，致动构件可以具有径向向外突出的旋转限制区段，尤其具有两个相反的旋转限制面。向外突出的旋转限制区段可以同样配置为向外突出的凸耳，该凸耳在相反两侧上具有两个旋转限制面。以与上述面类似的方式，旋转限制面取决于转向柱的旋转方向而生效。
此外，外壳体可以具有径向向内突出的止挡件，尤其具有两个相反的止挡面。径向向内突出的止挡件可以同样被配置为径向向内突出的凸耳。根据转向柱的旋转方向，致动构件的第一旋转限制面抵靠第一止挡面或致动构件的第二旋转限制面抵靠第二止挡面，以便机械地限制转向柱相对于外壳体的相对旋转运动。
在最终位置，转向柱的驱动区段与致动构件的支承区段发生接触，并且致动构件的旋转限制区段与外壳体的止挡件发生接触。在这个方面，在相应的最终位置，施加至转向柱的力经由致动构件引入外壳体中。
从根本上说，驱动区段、支承区段、旋转限制区段和/或止挡件可以与旋转限制装置的对应的相关联的部件(即转向柱、致动构件或外壳体)一件式地配置。
作为替代方案，可以提供的是，驱动区段、支承区段、旋转限制区段和/或止挡件与对应的部件的基本元件(即转向柱、致动构件或外壳体的基本元件)分开配置。
此外，根据本发明，该目的的实现是通过一种转向系统，该转向系统具有上述类型的旋转限制装置，方向盘被紧固在转向柱的端侧上，并且/或者设置有指配给转向柱、尤其联接至转向柱的方向盘致动器。相应地，车辆驾驶员可以经由方向盘对转向柱引入旋转。
方向盘致动器可以在方向盘处产生反馈，该反馈与机械转向装置的转向感觉相对应。换言之，模拟了(电动)机械转向系统。
可以经由旋转限制装置以简单的方式机械地限制相对旋转，而无需更大构型的方向盘致动器。
附图说明
本发明的进一步优点和性质由以下说明和所参考的附图得出，并且在附图中：
-图1示出了根据本发明的转向系统的图解视图，
-图2a至图2c示出了根据本发明的、根据第一实施例的、处于三种不同状态的旋转限制装置的截面图，并且
-图3a至图3c示出了根据本发明的、根据第二实施例的、处于三种不同状态的旋转限制装置的截面图。
具体实施方式
图1示意性地示出转向系统10，该转向系统被配置为线控转向式转向系统，即没有与齿条11机械连接的转向系统。
转向系统10包括方向盘12，转向柱14在端侧上紧固至该方向盘。
此外，转向系统10包括方向盘致动器16，该方向盘致动器被指配给转向柱14、尤其在与方向盘12相反的端部处联接至转向柱14。
转向柱14至少部分地接纳在外壳体18中，转向柱14可以以相对方式相对于该外壳体旋转。在这个方面，转向柱14在图1中使用虚线示出。
另外，转向系统10包括至少部分地包绕转向柱14和外壳体18的旋转限制装置20。
此外，旋转限制装置20具有布置在外壳体18与转向柱14之间的致动构件22。致动构件22在图1中无法看到，但是在图2和图3中可以看到，在下文中仍然参考这些附图。
从根本上说，致动构件22可以相对于外壳体18并且相对于转向柱14旋转。
图2a至图2c在各自情况下以相同截面展示示出了处于不同位置的旋转限制装置20。
从图2a至图2c明显的是，致动构件22被配置为位于转向柱14与大致中空的外壳体18之间的中空轴，该转向柱被配置为实心轴，该大致中空的外壳体以在旋转意义上固定的方式布置。
换言之，致动构件22可以称为附加的旋转层，因为其可以相对于外壳体18并且相对于转向柱14旋转有限的范围。
从图2a(其中示出了中性位置或起始位置)可以清楚看出，转向柱14具有径向向外突出的驱动区段24，该径向向外突出的驱动区段被配置为具有相反两侧的凸耳。
驱动区段24的相反两侧在各自情况下用作与致动构件22相互作用的驱动面26、28。换言之，驱动区段24具有两个相反的驱动面26、28。
此外，致动构件22具有径向向内突出的支承区段30，该径向向内突出的支承区段同样包括两个相反的支承面32、34。支承区段30同样被配置为径向延伸至内部的凸耳。
从图2b和图2c可以清楚看出，当转向柱14相对于外壳体18旋转时，驱动区段24与支承区段30相互作用，如在下文中仍将解释的。
此外，致动构件22具有径向向外突出的旋转限制区段36，该旋转限制区段具有两个相反的旋转限制面38、40。
此外，外壳体18具有径向向内突出的止挡件42，该径向向内突出的止挡件包括两个相反的止挡面44、46。同样从图2b和图2c明显的是，在转向柱14的相对旋转的情况下当达到可允许的相对旋转的极限角度时，外壳体18的止挡件42与致动构件22的旋转限制区段36相互作用。
驱动区段24、支承区段30、旋转限制区段36以及止挡件42在各自情况下被配置为相对于在其他方面旋转对称地配置的转向柱14、致动构件22、以及外壳体18径向向内突出或径向向外突出的凸耳。
此外，从图2a至图2c明显的是，驱动区段24、支承区段30、旋转限制区段36、以及止挡件42配置为与旋转限制装置20对应的相关联的部件成一件。
从图2b和图2c(在各自情况下示出了旋转限制装置20和相关联的转向系统10的最终位置)明显的是，转向柱14被配置为在转向柱14旋转过限定的旋转角度的情况下对致动构件22加以驱动的驱动件。
在当前情况下，限定的旋转角度为大约150°。
在限定的旋转角度的情况下，转向柱14经由两个驱动面26、28中的一个驱动面抵靠致动构件22的支承区段30的相关联的支承面32、34。
在超过限定的旋转角度进一步旋转的情况下，转向柱14经由相应的驱动面26、28驱动致动构件22，其结果是，转向柱14进一步与致动构件22一起沿相应的旋转方向旋转，直到致动构件22经由其旋转限制区段36、尤其是相应的旋转限制面38、40抵靠外壳体18的止挡件42、尤其是对应的相关联的止挡面44、46。
这与旋转限制装置20相应的最终位置相对应，图2b和图2c中示出了最终位置。图2b示出了沿逆时针方向旋转的最终位置，而图2c示出了沿顺时针方向旋转的最终位置。
在所示的实施例中，转向柱14相对于外壳体18的总相对旋转运动总共为大约260°，也就是说超过180°。
这是由于以下事实：转向柱14首先相对于致动构件22进行调节，转向柱14进一步驱动致动构件22并且相对于外壳体18沿对应的旋转方向旋转，直到致动构件22抵靠固定布置的外壳体18以机械地限制转向柱14相对于外壳体18的相对旋转运动。
另外，从图2a(示出了旋转限制装置20或转向系统10的起始位置)明显的是，在起始位置，止挡件42和转向柱14的驱动区段24大致彼此相对地定位。在其间仅有被配置为中空轴的致动构件22。这确保了能够使转向柱14相对于外壳体18的相对旋转运动尽可能大。
图3a至图3c示出了旋转限制装置20的第二实施例，该第二实施例与图2a至图2c所示的实施例的不同之处在于旋转限制装置20包括两个致动构件22(即第一致动构件22a和第二致动构件22b)。
在此，第一致动构件22a被配置为滑动元件，该滑动元件可以沿通过凹槽形成的预先限定的轨道滑动。在这个方面，第一致动元件22a或滑动元件在凹槽内滑动。
以与第一实施例类似的方式，第二致动构件22b以与以上所述相类似的方式配置为与外壳体18相互作用的中空轴。
与图2a至图2c所示的第一实施例相比，转向柱14从限定的旋转角度开始调节第一致动构件22a(即滑动元件)。转向柱14驱动凹槽内的滑动元件，直到该滑动元件(即第一致动构件22a)与第二致动构件22b相互作用为止，以使得转向柱14、第一致动构件22a和第二致动构件22b能够相对于固定布置的外壳体18共同相对旋转。
由于两个致动构件22，所以直到转向柱14相对于外壳体18的相对旋转运动被机械限制时可以实现更大的旋转角度范围。在当前示例中，情况是相对旋转角度为大约400°。
如果要进一步增加相对旋转角度范围，则可以在转向柱14与外壳体18之间设置更多的致动构件22，更多的致动构件22在各自情况下彼此相互作用，以便在各自情况下将从转向柱14产生的旋转运动传输至径向外部的下一个致动构件22。这种情况会持续发生直到在达到极限角度的情况下最后或径向上最外侧的致动构件22抵靠外壳体18以便机械地限制转向柱14相对于外壳体18的相对旋转。
在这个方面，在线控转向式转向系统的情况下可以限制转向柱14相对于外壳体18的相对旋转，而无需改变方向盘致动器16。相应地，该方向盘致动器仍可以具有相对小的构型。因为经由旋转限制装置20以机械方式对相对旋转进行限制，所以这是可能的。
因此，转向系统10具有简单的构型并且仍然是紧凑的，转向系统10、尤其是旋转限制装置20被配置成吸收产生的力和力矩。另外，可以经由致动构件22的数量设定所可以实现的相对旋转角度。

Claims (12)

1.一种用于线控转向式转向系统的旋转限制装置(20)，所述旋转限制装置包括固定布置的外壳体(18)和转向柱(14)，所述转向柱至少部分地接纳在所述外壳体(18)中并且能够相对于所述外壳体(18)旋转，其中，设置有至少一个致动构件(22)，所述至少一个致动构件布置在所述外壳体(18)与所述转向柱(14)之间，并且能够相对于所述外壳体(18)并且相对于所述转向柱(14)旋转有限的范围，以便机械地限制所述转向柱(14)相对于所述外壳体(18)的旋转。
2.如权利要求1所述的旋转限制装置(20)，其中，所述转向柱(14)被配置为在所述转向柱(14)旋转过限定的旋转角度的情况下对所述致动构件(22)加以驱动的驱动件。
3.如权利要求2所述的旋转限制装置(20)，其中，在所述转向柱(14)旋转的情况下，从所述限定的旋转角度开始所述致动构件(22)与所述转向柱(14)一起相对于所述外壳体(18)旋转。
4.如前述权利要求之一所述的旋转限制装置(20)，其中，所述致动构件(22)是中空轴。
5.如前述权利要求之一所述的旋转限制装置(20)，其中，所述致动构件(22)是滑动元件，所述滑动元件沿预先限定的轨道、尤其在凹槽内滑动。
6.如前述权利要求之一所述的旋转限制装置(20)，其中，设置有两个或更多个致动构件，所述两个或更多个致动构件布置在所述外壳体与所述转向柱之间。
7.如前述权利要求之一所述的旋转限制装置(20)，其中，所述转向柱(14)具有至少一个径向向外突出的驱动区段(24)。
8.如前述权利要求之一所述的旋转限制装置(20)，其中，所述致动构件(22)具有径向向内突出的支承区段(30)。
9.如前述权利要求之一所述的旋转限制装置(20)，其中，所述致动构件(22)具有径向向外突出的旋转限制区段(36)。
10.如前述权利要求之一所述的旋转限制装置(20)，其中，所述外壳体(18)具有径向向内突出的止挡件(42)。
11.一种转向系统(10)，所述转向系统具有如前述权利要求之一所述的旋转限制装置，方向盘(12)被紧固在所述转向柱(14)的端侧，并且/或者设置有指配给所述转向柱(14)的方向盘致动器(16)。
12.一种用于限制转向系统(10)中的旋转运动的方法，转向柱(14)相对于固定的外壳体(18)沿旋转方向旋转，所述转向柱(14)从限定的旋转角度开始抵靠致动构件(22)，所述致动构件(22)进一步与所述转向柱(14)一起沿所述旋转方向旋转，直到当达到极限角度时所述致动构件(22)抵靠所述外壳体(18)，以机械地限制所述转向柱(14)相对于所述外壳体(18)的相对旋转运动。
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