CN112566834A - 用于线控转向系统的转向传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的线控转向系统(1)的转向传动装置(61)，该转向传动装置(61)具有电动马达(14)，该电动马达(14)具有马达轴(15)，其中，马达轴(15)驱动螺旋传动装置(17)的主轴(16)，并且螺旋传动装置(17)包括主轴螺母(20)，使得源自马达轴(15)的旋转运动转换成主轴螺母(20)沿着轴线(160)的线性运动，其中，为了使机动车辆的轮转向，主轴螺母(20)连接至至少一个拉杆(9)。

Description

用于线控转向系统的转向传动装置

本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于机动车辆的线控转向系统的转向传动装置和具有权利要求7的前序部分的特征的线控转向系统。

在线控转向系统中，转向轮的位置不直接联接至转向输入装置，例如方向盘。存在方向盘与转向轮之间经由电信号的连接。转向角传感器检测驾驶员期望的转向动作，并且根据驾驶员期望的转向动作，经由转向致动器控制转向轮的位置。已知提供两个转向致动器，这两个转向致动器各自与可转向轮中的一个可转向轮相关联并且构造成调节相应的轮的转向角。还可以提供齿条转向传动装置，该齿条转向传动装置与由转向致动器驱动的小齿轮接合。

在机电式转向传动装置中，已知使用轴向平行的滚珠丝杠驱动器来将辅助驱动器的发动机扭矩转换成齿条的线性运动。齿条与转向小齿轮的连接允许齿条的轴向运动，同时防止了齿条的旋转。因此，滚珠丝杠驱动器构造成具有从动且以可旋转的方式支承的滚珠螺母。从专利申请DE 10 2012 015 181 A1已知一种机电式机动车辆转向系统，其具有与齿条平行的辅助驱动器，该辅助驱动器具有主轴和设置在主轴上的滚珠螺母。齿条和主轴在其端部处借助于端板连接至彼此，使得轴向方向上相对于彼此的移位不可能进行。与拉杆的连接可以在端部区域中进行。

这种滚珠丝杠驱动器(或滚柱丝杠驱动器或梯形丝杠驱动器)不仅吸收轴向力，而且吸收经由拉杆引入的径向力和倾斜力矩。因此，与主要的轴向载荷相比，丝杠驱动器产生了不利的载荷和由此引起的显著增大的尺寸。尽管采取了降低倾斜敏感性的结构措施(例如，借助于使用波形弹簧的滚珠丝杠驱动器的挠性连接)，但由于这些载荷分量，转向传动装置的摩擦性能显著恶化。

本发明的目的是提供一种用于机动车辆的线控转向系统的转向传动装置，该转向传动装置具有小的结构空间需求并且能够实现转向传动装置的更好的摩擦性能。

该目的通过具有权利要求1的特征的用于机动车辆的线控转向系统的转向传动装置和具有权利要求7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的转向传动装置，该转向传动装置具有电动马达，该电动马达具有马达轴，其中，马达轴驱动蜗杆传动装置的主轴，并且该蜗杆传动装置包括主轴螺母，使得源自马达轴的旋转运动转换成主轴螺母沿着轴线的线性运动，其中，为了使机动车辆的轮转向，主轴螺母连接至至少一个拉杆。与机电式转向系统相比，线控转向系统中省去了转向小齿轮的连接。根据本发明，驱动是经由以可旋转的方式支承的主轴进行的，从而节省了结构空间。优选地，蜗杆传动装置是滚珠丝杠驱动器、梯形丝杠驱动器或滚柱丝杠驱动器。优选地设置的是，蜗杆传动装置设置在壳体中，主轴以可旋转的方式支承在该壳体中，并且主轴螺母通过轴向导引件支承在该壳体中。

可以想到并且可能的是，在主轴或马达轴上设置旋转角度传感器，使得经过马达轴或主轴的旋转，可以测量旋转角度。

还可以想到并且可能的是，设置线性位置传感器，该线性位置传感器设置在主轴螺母或转向传动装置的另一可轴向移动的部件上并且检测其运动。

主轴螺母的直接连接优选地进行成连接至单个拉杆、特别是经由在轴向上刚性的操纵杆连接至单个拉杆，使得主轴螺母的线性运动传递至该拉杆。

优选地，操纵杆构造成使得线性运动的轴线平行于拉杆(或拉杆的铰接位置)的运动方向延伸。操纵杆优选地是线性的并且不具有角度。

操纵杆优选地连接至拉杆的内螺纹。此外，操纵杆可以借助于铰接件连接至拉杆，并且可以使铰接件沿轴向方向移动。铰接件优选地是内部铰接件。

此外，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：

-可电控的转向致动器，该转向致动器对转向轮进行作用，

-控制单元，

-反馈致动器，该反馈致动器能够由驾驶员经由转向输入装置以驾驶员期望转向角作用，并且该反馈致动器响应于驾驶员请求和机动车辆的行驶状态而将反馈信号传输至转向输入装置，

-用于信号传输的设备，该用于信号传输的设备将驾驶员的请求传输至控制单元，

其中，控制单元控制转向致动器，以将驾驶员的请求变换为转向轮的重定向，并且其中，包括转向致动器的转向传动装置是根据前述实施方式中的一个实施方式构造的。

在转向系统的有利的实施方式中，直接连接至主轴螺母的拉杆的运动借助于联接杆传递至转向系统的第二拉杆，该联接杆平行于主轴螺母的运动方向延伸。

优选地，电动马达设置在联接杆的区域中。主轴驱动器和具有控制单元的电动马达优选地平行于联接杆定向，该联接杆通过操纵杆启用。这是特别节省空间的实施方式。电动马达具有马达轴，该马达轴以旋转固定的方式连接至蜗杆传动装置的带螺纹主轴。该连接可以优选地直接进行或借助于联轴器进行。该连接优选地以对准的方式构造。也可以设置的是，马达经由减速齿轮传动机构来驱动带螺纹主轴。

有利的是，蜗杆传动装置或蜗杆传动装置的壳体借助于波纹管向外部密封。

优选地，联接杆设置在借助于至少一个波纹管向外部密封的壳体中。

下面参照附图更详细地说明本发明的优选实施方式。在图中，相同或具有相同功能的部件被赋予相同的附图标记，在附图中：

图1是线控转向系统的示意图，

图2是线控转向系统的控制框图，以及

图3是转向传动装置的示意图。

图1示出了线控转向系统1。转向轴2配装有未图示出的旋转角度传感器，该旋转角度传感器检测通过转动转向输入装置3而施加的驾驶员转向角，该转向输入装置3在示例中构造为方向盘。然而，还可以另外检测转向扭矩。操作杆可以用作转向输入装置。转向轴2还配装有反馈致动器4，该反馈致动器4用于模拟从道路70到方向盘3的反作用力并因此向驾驶员提供与车辆的转向和行驶行为有关的反馈。如图2中所示，驾驶员的转向请求经由旋转角度传感器所测得的转向轴2的旋转角α通过信号线传输至反馈致动器监测单元10。反馈致动器监测单元10将驾驶员的转向请求传输至控制单元60。反馈致动器监测单元10优选地还承担反馈致动器4的控制。反馈致动器监测单元10也可以与控制单元60一体地构造。控制单元60根据旋转角度传感器的信号和其他输入变量对控制转向轮7的位置的电动转向致动器6进行控制。转向致动器6经由转向杆转向传动装置8、比方说例如齿条转向传动装置并经由拉杆9和直接位于转向轮7上的其他部件起作用。根据本发明的转向传动装置61的详细描述根据图3来阐述。

图2示出了转向致动器6的控制系统。转向致动器6接收来自控制单元60的转向角α。在齿条12上测得的齿条位置120和其他道路信息13被传输至控制单元60。控制单元60借助于已知的测量或估算方法确定齿条力并由此计算转向扭矩T,_fb。反馈致动器4被相应地控制，从而产生转向感。控制单元60还接收驾驶员转向命令51，比如转向角状态。反馈致动器4尤其是经由信号线50接收来自旋转角度传感器的信号，该旋转角度传感器测量并存储转向角α、转向角加速度和转向角速度。反馈致动器4与对反馈致动器4进行控制的反馈致动器监测单元10通信。反馈致动器监测单元10从转向致动器6的控制单元60接收转向轮7的实际转向角β以及控制单元60已经建立的其他变量。

图3示出了根据本发明的转向传动装置61。具有控制单元(动力组件)的电动马达14具有马达轴15，该马达轴15以旋转固定的方式连接至滚珠丝杠驱动器17的带螺纹主轴16(驱动器主轴)。该连接可以直接进行或经由联轴器进行。该连接优选地以对准的方式构造。也可以设置的是，马达经由减速齿轮传动机构来驱动带螺纹主轴。带螺纹主轴16在其两个端部处以可围绕纵向轴线160旋转的方式支承在壳体19中的滚珠轴承18、特别是主轴轴承中。优选地设置的是，滚珠轴承18构造成在一侧是固定轴承并且在另一侧是活动轴承。滚珠丝杠驱动器17具有滚珠螺母20，该滚珠螺母20位于带螺纹主轴16上并且同心地围绕带螺纹主轴16。滚珠螺母20在其外侧部处被保持在线性导引件21中。线性导引件21固定至壳体19的内侧部或与壳体19一体地构造。线性导引件21确定滚珠螺母20沿着纵向轴线160的平移运动。由于这种支承，产生了带螺纹主轴16的旋转运动到滚珠螺母20沿着纵向轴线160的线性运动的转换。线性导引件21可以吸收径向和/或倾斜载荷。滚珠螺母20直接或借助于另外的部件连接至拉杆9。由于滚珠螺母20沿着纵向轴线160的运动，因此产生了转向运动。致动器6相对于轮的非居中布置结构可以通过连接元件的几何结构来补偿。

在图3中所示的实施方式中，主轴驱动器17的螺母20经由操纵杆22连接至第一拉杆9的铰接件23并使铰接件23沿轴向方向移动。铰接件23优选地是设置在拉杆9的远离轮的端部处的内部铰接件。该拉杆的运动经由联接杆24传递至另一侧、至第二拉杆9，其中，两个拉杆9的内部铰接件23借助于联接杆24连接。联接杆24被以线性的方式在简单的第二壳体25中导引，并且联接杆24吸收拉杆力的径向部分。主轴驱动器17和电动马达14或动力组件位于联接杆24的区域中并且与联接杆24平行地定向。操纵杆22构造成使得主轴驱动器17和动力组件位于联接杆24的直接邻近的位置处，这使得布置结构特别紧凑。操纵杆22优选地在纵向方向上是刚性的。在操纵杆22的最简单的实施方式中，操纵杆22是线性的并且不具有角度。操纵杆22优选地构造成使得操纵杆22以最短的间隔连接彼此平行的联接杆24和带螺纹主轴16。主轴驱动器17或壳体19可以用波纹管26在外部密封，该波纹管26例如固定至马达壳体。图示出了利用从壳体19沿朝向操纵杆22的方向延伸的波纹管26进行的密封。其中设置有联接杆24的壳体25也优选地在两个端部处用波纹管27在外部密封。在这种情况下，这两个波纹管27从壳体25朝向对应拉杆9的内螺纹23延伸。

由于径向和倾斜载荷被线性导引件21吸收，因而滚珠丝杠驱动器17几乎仅被轴向加载，并且可以构造成比常规结构显著更小、更轻且更具成本效益。在相同的载荷承受能力下，产生了明显改善的摩擦性能。主轴长度对应于传动机构17的行程加上螺纹跳动和轴承的附加量。省去了螺母20的轴承，这在径向方向上的结构空间要求方面提供了优势，其中，径向方向上的结构空间要求在很多情况下受到很大限制。由于滚珠丝杠驱动器17的更有利的尺寸，可以减小上游传动级(比方说例如带驱动器)的传动比，或者甚至可以完全免去上游传动级，这在成本方面提供了优势并且对于线控转向系统至关重要地提供了操作可靠性。另一优点是，与螺母旋转的解决方案相比，旋转不平衡度更低。

本发明不限于滚珠丝杠驱动器；通常也可以使用蜗杆传动装置，即滚柱丝杠驱动器或梯形丝杠驱动器。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的线控转向系统(1)的转向传动装置(61)，所述转向传动装置(61)具有电动马达(14)，所述电动马达(14)具有马达轴(15)，其特征在于，所述马达轴(15)驱动蜗杆传动装置(17)的主轴(16)，并且所述蜗杆传动装置(17)包括主轴螺母(20)，使得源自所述马达轴(15)的旋转运动转换成所述主轴螺母(20)沿着轴线(160)的线性运动，其中，为了使所述机动车辆的轮转向，所述主轴螺母(20)连接至至少一个拉杆(9)。

2.根据权利要求1所述的转向传动装置，其特征在于，所述蜗杆传动装置(17)是滚珠丝杠驱动器、梯形丝杠驱动器或滚柱丝杠驱动器。

3.根据权利要求1或2所述的转向传动装置，其特征在于，所述蜗杆传动装置(17)设置在壳体(19)中，所述主轴(16)以能够旋转的方式支承在所述壳体(19)中，并且所述主轴螺母(20)通过轴向导引件支承在所述壳体(19)中。

4.根据前述权利要求中的一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述主轴螺母(20)经由在轴向方向上刚性的操纵杆(22)直接连接至单个拉杆(9)，使得所述主轴螺母(20)的线性运动传递至该拉杆(9)。

5.根据权利要求4所述的转向传动装置，其特征在于，所述操纵杆(22)构造成使得所述线性运动的所述轴线(160)平行于所述拉杆(9)的运动方向延伸。

6.根据权利要求4或5所述的转向传动装置，其特征在于，所述操纵杆(22)连接至所述拉杆(9)的内螺纹(23)。

7.一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：

-能够电控的转向致动器(6)，所述转向致动器(6)对转向轮(7)进行作用，

-控制单元(60)，

-反馈致动器(4)，所述反馈致动器(4)能够由驾驶员经由转向输入装置(3)以驾驶员期望转向角作用，并且所述反馈致动器(4)响应于驾驶员的请求和所述机动车辆的行驶状态而将反馈信号传输至所述转向输入装置(3)，

-用于信号传输的设备，所述用于信号传输的设备将所述驾驶员的请求传输至所述控制单元(60)，

其中，所述控制单元(60)控制所述转向致动器，以将所述驾驶员的请求变换为所述转向轮(7)的重定向，其特征在于，所述转向致动器(6)是根据前述权利要求1至6中的一项构造的转向传动装置(61)的一部分。

8.根据权利要求7所述的线控转向系统，其特征在于，设置有联接杆(24)，所述联接杆(24)平行于所述主轴螺母(20)的运动方向延伸，并且所述联接杆(24)将直接连接至所述主轴螺母(20)的所述拉杆(9)的运动传递至所述转向系统的第二拉杆(9)。

9.根据权利要求8所述的线控转向系统，其特征在于，所述电动马达(14)设置在所述联接杆(24)的区域中。

10.根据前述权利要求7至9中的一项所述的线控转向系统，其特征在于，所述蜗杆传动装置(17)或所述蜗杆传动装置的壳体(19)借助于波纹管(26)向外部密封。

11.根据前述权利要求7至10中的一项所述的线控转向系统，其特征在于，所述联接杆(24)设置在借助于至少一个波纹管(27)向外部密封的壳体(25)中。

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