CN112776879A - 用于车辆的线控系统的手力促动器系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的线控系统的手力促动器系统，其包括手力促动器和制动单元。该手力促动器用于在第一转动方向上并且在与第一转动方向相反的第二转动方向上操纵用于驾驶员的输入装置。该制动单元适于将所述手力促动器或者在第一转动方向上或者在第二转动方向上机械地锁死，从而使得所述输入装置保持能够在相应的另一转动方向上运动。

Description

用于车辆的线控系统的手力促动器系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的线控系统的手力促动器系统和一种用于车辆的线控系统，该线控系统具有这种手力促动器系统。

背景技术

本发明的应用领域延伸到用于车辆的机电式转向系统、即所谓的线控转向系统，其中，在方向盘和车辆的转向轮之间不存在直接的机械耦合。取而代之的是，通过适当的传感装置检测转向角度并且必要时也检测方向盘的转动速度和/或施加到方向盘上的转矩并且将其以电调节值的方式传递给机电式转向促动器，该转向促动器将预给定的转向电信号转换为可转向车桥的车轮转向角的机械式调节。

由此，在该转向系统中，取消了关于实际实施的车轮转向角的直接机械式的反馈，其在机械耦合的系统中通常能够以方向盘上的与行驶速度有关的复位力矩并叠加振动的方式被驾驶员感觉到。

除了常规运行之外(手力促动器在该常规运行中模拟约10Nm范围内的转矩作为对驾驶员的反馈)，还可以模拟例如碰撞在路边石上或方向盘的机械式终端止挡。在这两种情况下，需模拟的转矩约为20-30Nm。然而，由于结构空间和成本方面的要求，将用于这种高转矩的电动机安装到手力促动器中是意义不大的。

此外，出于安全原因，不能将通常的制动单元安装在手力促动器中，因为通常的制动单元锁死方向盘的两个转动方向，而不是像在模拟终端止挡的情况中所需的那样只锁死一个转动方向。如果方向盘的两个转动方向被锁死，那么方向盘不再能够转动并且驾驶员不能向不应被锁死的转动方向进行转向输入。

DE 102018000621 A1公开了一种车辆的线控转向系统，其包括具有转向柱的方向盘，所述转向柱的运动能够以电子方式传递给转向促动器，用于调节车辆的行驶方向。在转向柱中布置有方向盘促动器，其由控制器驱控，用于模拟方向盘上的反馈力。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提供一种用于车辆的线控系统的手力促动器系统，其可以节省空间且节能地产生高转矩，用于例如模拟方向盘的终端止挡。

该任务通过本发明的用于车辆的线控系统的手力促动器系统和用于车辆的线控系统来解决。本发明的有利的实施方式和拓展方案由下面的说明以及附图得出。

用于车辆的线控系统的手力促动器系统包括手力促动器和制动单元。所述手力促动器设置用于在第一转动方向上并且在与第一转动方向相反的第二转动方向上操纵用于驾驶员的输入装置。所述制动单元适于将所述手力促动器或者在第一转动方向上或者在第二转动方向上机械地锁死，从而使得所述输入装置保持能够在相应的另一转动方向上运动。在该上下文中，转动方向可以通过液压的、气动的或者机械的(力锁合或形状锁合的)作用原理来锁死。

本发明的手力促动器系统的优点在于，该手力促动器系统具有可切换的制动单元，该制动单元使得方向盘在一个方向上或者在另一方向上的锁死成为可能。在此，制动单元设计为可以锁死一个转动方向，但与此同时，相反的转动方向仍然可以被操纵。因为手力促动器不必针对用于锁死这些转动方向之一的较高转矩进行设计，所以该手力促动器并且由此该手力促动器系统可以节省结构空间地和/或节能地集成到车辆中。该手力促动器可以针对车辆常规行驶运行中的驾驶员反馈的常规运行进行设计，例如针对直到约10Nm的转矩进行设计。该手力促动器不必针对更高的、双倍的或三倍的用于将例如碰撞在路边石上的信息反馈给驾驶员的转矩(例如20-30Nm范围内的转矩)进行设计。

该手力促动器例如可以是电动机，其布置在方向盘轴上并且设置用于主动调节限定的转矩。该手力促动器可以根据车辆车轮的转向角度操纵转动方向。通过这种方式，可以将机械反馈通过方向盘轴传送给驾驶员，该机械反馈可基于当前的转向状态和/或行驶状态例如车轮的转向角度通过手力促动器产生。

方向盘轴可以基本上构造为长形并且设置为使得其在端部区段处与输入装置例如方向盘机械地连接。与方向盘轴耦合的手力促动器可以模拟机电式车轮转向系统的已知的转向感觉，例如来自车辆车轮的间接反馈、方向盘轴的转角、扭转和/或转矩。通过这种方式，与方向盘轴耦合的方向盘可以在第一转动方向上或者在与第一转动方向相反的第二转动方向上转动。

术语“机械地”可以理解为：转动方向的锁死可以通过复数个部件的运动、例如手力促动器系统的复数个部件的结构上的机械耦合来实现。换言之，这些部件可以无需附加的辅助装置例如无需液压油就能相互配合，用于锁死第一或第二转动方向。“机械地”可以理解为与“液压地”、“电气地”和/或“气动地”不同。

所述手力促动器的各结构元件如手力促动器、方向盘或制动单元可通过方向盘轴至少间接地相互连接。由此，制动单元可通过方向盘轴与方向盘耦合并且锁死该方向盘在第一转动方向上或者在与第一转动方向相反的第二转动方向上的转动。方向盘在两个转动方向之一上的锁死可以机械地例如通过构件的结构上的耦合实现。然而，制动单元允许方向盘在未被锁死的转动方向上转动。换言之，方向盘可以在与被锁死的转动方向的分别相反的转动方向上继续被操纵。

所述第一转动方向和第二转动方向的锁死能够相互无关地被操纵。术语“相互无关地被操纵”可以理解为：当一个转动方向锁死时，相反的转动方向与此同时仍然是自由的。换言之，手力促动器在第一转动方向上的锁死并不妨碍该手力促动器在与第一转动方向相反的第二转动方向上的转动。通过这种方式，方向盘可以在锁死状态中在与被锁死的转动方向的分别相反的转动方向上继续被操纵。

在一个实施方式中，所述制动单元包括制动盘、第一制动元件和第二制动元件。所述第一制动元件能够将所述制动盘在第一转动方向上锁死，而该制动盘保持能够在第二转动方向上运动。所述第二制动元件能够将所述制动盘在第二转动方向上锁死，而该制动盘保持能够在第一转动方向上运动。

制动单元可以通过方向盘轴与手力促动器或电动机和方向盘耦合。第一和第二制动元件可以成形为楔形并且抗扭转地支承在手力促动器系统的壳体上。但是，这些制动元件也能够以其他方式成形。第一制动元件和第二制动元件可以沿着制动盘的圆周相互对置，在楔形制动元件的情况下，它们的楔尖则是相互面对。优选地，这些制动元件可以相对于制动盘的中轴线相互对置，所述中轴线通过制动盘的中点延伸。在此，每个制动元件的表面可以面向制动盘的圆周，其中，每个制动元件的斜面可以用轴承引导。

所述制动元件可以设计为使得它们通过控制元件与制动盘切向地配合。由于制动元件的楔形造型，制动盘可以在一个制动元件被操纵时锁死一个转动方向并且相反的转动方向仍然可以被自由地操纵。换言之，通过控制元件操纵第一制动元件可以锁死第一转动方向并且通过操纵元件操纵第二制动元件可以锁死第二转动方向。由于制动元件的该布置，制动元件的制动方向可以是分别相反的。然而，未被锁死的转动方向仍然保持自由和可动，也就是说，驾驶员可以在未被锁死的转动方向上转动方向盘，以便例如驶离障碍物。

在一个实施方式中，所述制动单元包括第一飞轮离合器和第二飞轮离合器，所述第一飞轮离合器和第二飞轮离合器分别具有内元件和外元件。制动单元可以由两个单侧作用的飞轮离合器组成。飞轮离合器是仅仅在一个转动方向上作用的离合器。每个飞轮离合器由内元件和外元件组成，其中，在内元件和外元件之间可以布置夹紧元件。在传递转矩时，夹紧元件可以夹紧在内元件和外元件之间并且在它们之间建立力锁合的连接。在颠倒转动方向时，该连接可以自动解除。第一飞轮离合器和第二飞轮离合器可以相互间隔开地布置在方向盘轴上。

在一个实施方式中，这两个外元件与所述手力促动器系统的壳体抗扭转地连接。此外，这两个内元件可转动地支承在方向盘轴上并通过耦合元件与该方向盘轴耦合。飞轮离合器可以是所谓的夹紧体飞轮，在这种夹紧体飞轮中，环形的外元件可以抗扭转地布置在该手力促动器系统的壳体上。与此相反地，内元件可以可转动地布置在方向盘轴上并且与轴承连接。由此，该飞轮离合器的内元件能够不可轴向移动地支承在方向盘轴上。为了传递转矩，耦合元件可以将方向盘轴与飞轮离合器的内元件抗扭转地连接。通过这种方式，可以在内元件与方向盘轴之间建立力锁合或形状锁合的连接并且阻止方向盘轴转动。

在一个实施方式中，第一内元件和第二内元件沿着其圆周具有多个楔块。第一内元件的楔块或楔尖在第一转动方向上定向并且第二内元件的楔块或楔尖在第二转动方向上定向。换言之，第一和第二内元件的圆周可以在其周向方向上具有多个尖或者第一内元件和第二内元件可以成形为星形。通过这种方式，可以在外元件与内元件之间形成缺口，所述缺口用作所述夹紧元件的接收空间。在传递转矩时可以产生径向力，从而使得该夹紧元件可以楔紧在其接收空间中并且可以阻止内元件转动。

一个飞轮离合器的内元件的楔块或楔块的楔尖可以在相同的转动方向上定向。换言之，第一飞轮离合器的第一内元件的楔块可以在第一转动方向上定向并且第二飞轮离合器的第二内元件的楔块可以在第二转动方向上定向。但是，第一飞轮离合器的第一内元件的楔块也可以在第二转动方向上定向并且第二飞轮离合器的第二内元件的楔块可以在第一转动方向上定向。通过这种方式，实现了可靠地阻止或锁死转动。

在一个实施方式中，第一内元件的楔块和第二内元件的楔块在彼此相反的周向上定向。通过这种方式，可以将第一内元件并且从而将第一飞轮离合器仅仅在第一转动方向上锁死，而第二转动方向保持自由，并且可以将第二内元件并且从而将第二飞轮离合器仅仅在第二转动方向上锁死，而第一转动方向仍然可以被操纵。

在一个实施方式中，所述制动单元还包括控制元件，该控制元件具有衔铁，该衔铁布置在第一飞轮离合器与第二飞轮离合器之间。所述衔铁通过耦合元件分别与所述第一飞轮离合器和第二飞轮离合器耦合。该控制元件例如可以是电磁元件优选电磁铁或螺线管或起重磁铁并且在未被通电状态中处于第一飞轮离合器与第二飞轮接合器之间的中间位置中。该耦合元件可以例如是多片离合器，其分别布置在第一飞轮离合器的第一内元件和第二飞轮离合器的第二内元件上。所述衔铁可以在未通电状态中处于第一多片离合器和第二多片离合器之间。这些多片离合器可以经由所述衔铁被所述电磁铁操纵。

在一个实施方式中，所述衔铁在所述控制元件未被操纵的状态中通过第一耦合元件闭合所述第一飞轮离合器或者通过第二耦合元件闭合所述第二飞轮离合器，从而使得闭合的飞轮离合器与方向盘轴处于配合中。

在电磁铁被操纵的状态中，所述衔铁可以根据所需的制动方向朝第一飞轮离合器或第二飞轮离合器的方向偏转，从而使得这两个飞轮离合器之一可以通过多片离合器闭合并且与方向盘轴形成配合。通过这种方式，方向盘轴可以通过相应的飞轮离合器保持并且不能在通过该飞轮离合器锁死的转动方向上继续扭转。同时，确保了方向盘轴可以在相反的、未被锁死的转动方向上继续扭转。此外，仍然可以通过驾驶员在相反的转动方向上进行转向角度输入。

如果衔铁例如通过电磁铁朝第一飞轮离合器的方向挤压，则第一飞轮离合器可以通过第一耦合元件与方向盘轴配合。通过这种方式，方向盘轴可以通过第一飞轮离合器保持并且不能在第一转动方向上继续扭转。然而，与此同时确保了方向盘轴保持能够第二转动方向上运动。

此外，在一个实施方式中，手力促动器系统还包括可选的传动装置，用于对转矩进行变速传动。该传动装置可以布置在方向盘轴的端部区段上，该端部区段与方向盘耦合。在传递机械功率时，该传动装置能够以所需的传动比传递转矩、转速或角速度。

本发明还包括一种用于车辆的线控系统，其包括上面和下面描述的手力促动器系统。该线控系统还包括机电式转向促动器，用于机械地调节可转向的车桥的车轮的转向角，该线控系统必要时还包括电子控制装置。在此，该线控系统从所述手力促动器系统获得调节预定值，所述调节预定值接着由所述电子控制装置转换为用于转向促动器例如电动机的控制指令。该转向促动器又影响车辆的车轮，其方式是，所述车轮根据该手力促动器系统的调节预定值转动。由此，可以产生可转向的车桥。

附图说明

从下面的说明、实施例和附图中得出本发明的另外的特征、优点和应用可能性。所有描述的和/或图示的特征可以与其在各个权利要求、附图、句子或段落中的表达无关地相互组合。在附图中，对于相同或类似的对象设置相同的附图标记。

附图中：

图1示出根据本发明的一个实施方式的线控系统；

图2示出根据本发明的一个实施方式的手力促动器系统；

图3示出根据本发明的另一个实施方式的手力促动器系统；

图4示出根据本发明的一个实施方式的制动单元；

图5示出根据本发明的另一个实施方式的制动单元；

图6示出根据本发明的一个实施方式的飞轮离合器。

具体实施方式

图1示出线控系统1，其包括下面将要描述的手力促动器系统10。典型地，该线控系统1布置在车辆的前部区域中并且设置用于使车辆的前轮根据驾驶员意愿转动或转弯。替换或附加地，该线控系统1也可以例如在主动式后轮转向或者在叉车的情况下作用于后轮。该手力促动器系统10可以例如在驾驶员座椅的区域中朝发动机舱的方向布置在仪表盘下面。

该线控系统1基本上由手力促动器系统10组成，方向盘轴6可旋转地支承在该手力促动器系统的壳体3中。在方向盘轴6的端部区段上至少间接地安装用于通过驾驶员操作的方向盘2。转向促动器9通过信号管路4或车辆总线与手力促动器系统10连接并且至少由动力组(马达和控制器)91和多件式的传动单元92组成。该传动单元92将马达的旋转运动优选转换为线性的调节运动，由此使得耦合在车辆的行驶机构上的转向促动器9在车辆的车轮5上调节出转向角度。

图2和3示出本发明的用于车辆的线控系统1的手力促动器系统10。该手力促动器系统10布置在柱形的壳体3中(见图5)并且包括至少一个手力促动器7和制动单元20，该手力促动器具有电动机。所述手力促动器7和所述制动单元布置在所述方向盘轴6上，其中，该方向盘轴6的端部区段至少间接地与方向盘2机械连接。传动装置8能够可选地布置在所述端部区段上，用于将机械功率转换到转矩、转速或角速度的预先确定的值上。在手力促动器系统10中，手力促动器7可以布置在方向盘2与制动单元20之间(见图2)或者制动单元20可以布置在方向盘2与手力促动器7之间(见图3)。

图4示出本发明的制动单元20的第一实施方式。该制动单20包括制动盘21、第一制动元件22a和第二制动元件22b。所述第一和第二制动元件22a、22b布置为固定在壳体上并且通过轴承26a、26b引导。所述制动元件22a、22b成型为楔形。所述制动元件22a、22b的楔尖23a、23b围绕制动盘21的中轴线27相互对置并且每个制动元件22a、22b的表面24a、24b面向制动单元20的圆周。

所述制动元件22a、22b可以分别通过控制元件25a、25b与制动盘21在切向方向上配合。由于制动元件22a、22b的楔形造型，制动盘21在一个制动元件22a、22b被操纵时在一个转动方向上锁死并且在相反的转动方向上仍然自由转动。特别是，第一制动元件22a的操纵可以锁死第一转动方向X并且第二制动元件22b的操纵可以锁死第二转动方向Y。由于制动元件的这种布置，制动元件22a、22b的夹紧方向X、Y分别是相反的。

图5示出本发明的制动单元20的另一实施方式。该制动单元20由两个单侧作用的飞轮离合器30a、30b组成，所述飞轮离合器具有相反的夹紧方向X、Y。如图6所示，飞轮离合器30a、30b分别设有外元件31a、31b和内元件32a、32b，所述外元件与手力促动器系统10的壳体3抗扭转地连接。所述飞轮离合器30a、30b的内元件32a、32b分别与支承元件36a、36b耦合并且不能轴向移动。然而，所述内元件32a、32b并非是抗扭转地支撑在方向盘轴6上。

所述内元件32a、32b沿着其圆周具有多个楔块34a、34b。第一内元件32a的所有楔块34a在第一转动方向X上定向并且第二内元件32b的所有楔块34b在第二转动方向Y上定向。换言之，第一内元件32a和第二内元件32b成形为星形。通过这种方式，在外元件31a、31b与内元件32a、32b之间产生缺口35a、35b，所述缺口用作夹紧元件33a、33b的接收空间。在传递转矩时可以产生径向力，从而使得夹紧元件33a、33b可以楔入到其接收空间中并且可以阻止内元件32a、32b转动。

第一内元件32a的楔块34a和第二内元件32b的楔块34b在相反的周向方向上定向，用于要么锁死第一转动方向X要么锁死第二转动方向Y。通过这种方式，第一内元件32a可以仅仅锁死第一转动方向X，而第二转动方向Y保持自由，并且第二内元件32b可以仅仅锁死第二转动方向Y，而第一转动方向X仍然可被操纵。

飞轮离合器30a、30b的内元件或内星32a、32b可以分别通过耦合元件37a、37b、例如多片离合器与方向盘轴6抗扭转地连接。这两个多片离合器37a、37b可以通过控制元件38例如电磁铁操控。该电磁铁38在未通电状态中位于中间位置，也就是在第一飞轮离合器30a与第二飞轮离合器30b之间。

在电磁铁38的被操纵状态中，与该电磁铁38耦合的衔铁39根据所需的制动方向朝第一飞轮离合器30a或第二飞轮离合器30b的方向偏转。通过这种方式，两个飞轮离合器30a、30b之一通过多片离合器37a、37b闭合并且飞轮离合器30a、30b与方向盘轴6形成配合。特别是，衔铁39在控制元件38未被操纵的状态中通过第一多片离合器37a闭合第一飞轮离合器30a或者通过第二多片离合器37b闭合第二飞轮离合器30b，从而使得闭合的飞轮离合器30a、30b与方向盘轴6形成配合。其结果是，方向盘轴6被保持并且该方向盘轴6不能在被锁死的转动方向上继续转动。同时，确保了该方向盘轴6可以在相反的转动方向上继续转动并且仍然可以通过驾驶员在相反的转动方向上进行转向角度输入。

补充地，需指出：“包括”和“具有”并不排除其他的元件或步骤并且“一个”或“一”不排除多个。此外需指出：参照上述实施例之一描述的特征或步骤也能够与上面描述的其他实施例的特征或步骤任意组合地使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制。

附图标记清单

1 线控系统

2 输入装置

3 手力促动器系统的壳体

4 信号管路

5 车轮

51 车桥

6 方向盘轴

7 手力促动器

8 传动装置

9 转向促动器

10 手力促动器系统

20 制动单元

21 制动盘

22a,22b 制动元件

23a,23b 制动元件的楔尖

24a,24b 制动元件的表面

25a,25b 控制元件

26a,26b 轴承

27 制动盘的中轴线

30a,30b 飞轮离合器

31a,31b 外元件

32a,32b 内元件

33a,33b 夹紧元件

34a,34b 楔块

35a,35b 缺口

36a,36b 支承元件

37a,37b 耦合元件

38 控制元件

39 衔铁

X 第一转动方向

Y 第二转动方向。

Claims (10)

1.一种用于车辆的线控系统(1)的手力促动器系统(10)，其包括：

手力促动器(7)，用于在第一转动方向(X)上并且在与该第一转动方向相反的第二转动方向(Y)上操纵用于驾驶员的输入装置(2)；

制动单元(20)，该制动单元适于将所述手力促动器(7)或者在第一转动方向(X)上或者在第二转动方向(Y)上机械地锁死，从而使得所述输入装置(2)保持能够在相应的另一转动方向上运动。

2.根据权利要求1所述的手力促动器系统(10)，其中，所述第一转动方向和第二转动方向(Y)的锁死能够被相互无关地操纵。

3.根据权利要求1或2所述的手力促动器系统(10)，其中，所述制动单元(20)包括制动盘(21)、第一制动元件(22a)和第二制动元件(22b)，其中，所述第一制动元件(22a)能够将所述制动盘(21)在第一转动方向(X)上锁死，而该制动盘(21)保持能够在第二转动方向(Y)上运动，其中，所述第二制动元件(22b)能够将所述制动盘(21)在第二转动方向(Y)上锁死，而该制动盘(21)保持能够在第一转动方向(X)上运动。

4.根据权利要求1或2所述的手力促动器系统(10)，其中，所述制动单元(20)包括第一飞轮离合器(30a)和第二飞轮离合器(30b)，所述第一飞轮离合器和第二飞轮离合器分别具有内元件(32a，32b)和外元件(31a，31b)。

5.根据权利要求4所述的手力促动器系统(10)，其中，每个外元件(31a，31b)与所述手力促动器系统(10)的壳体(3)抗扭转地连接并且每个内元件(32a，32b)可转动地支承在方向盘轴(6)上并通过耦合元件(37a，37b)与该方向盘轴(6)耦合。

6.根据权利要求4或5所述的手力促动器系统(10)，其中，第一内元件(32a)和第二内元件(32b)沿着周缘具有多个楔块(34a，34b)，其中，第一内元件(32a)的楔块(34a)在第一转动方向(X)上定向并且第二内元件(32b)的楔块(34b)在第二转动方向(Y)上定向。

7.根据权利要求6所述的手力促动器系统(10)，其中，所述第一内元件(32a)的楔块(34a)和所述第二内元件(32b)的楔块(34b)在彼此相反的周向上定向。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的手力促动器系统(10)，其中，所述制动单元(20)还包括控制元件(38)，该控制元件具有衔铁(39)，该衔铁布置在所述第一飞轮离合器(30a)与所述第二飞轮离合器(30b)之间，其中，所述衔铁(39)通过耦合元件(37a，37b)分别与所述第一飞轮离合器(30a)和所述第二飞轮离合器(30b)耦合。

9.根据权利要求8所述的手力促动器系统(10)，其中，所述衔铁(39)在所述控制元件(38)未被操纵的状态中通过第一耦合元件(37a)闭合所述第一飞轮离合器(30a)或者通过第二耦合元件(37b)闭合所述第二飞轮离合器(30b)，从而使得闭合的飞轮离合器(30a，30b)与方向盘轴(6)处于配合中。

10.一种用于车辆的线控系统(1)，其包括根据以上权利要求中任一项所述的手力促动器系统(10)以及机电式转向促动器(9)，该机电式转向促动器用于机械地调节可转向的车桥(51)的车轮(5)的转向角。

Images