CN112840137A - 用于线控转向式转向传动装置的联接杆的滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆的线控转向式转向系统(1)的转向传动装置(7)，该转向传动装置(7)包括联接杆(16)，该联接杆(16)安装在转向传动装置壳体(8)中，并且在该联接杆(16)上形成有导螺杆(12)，该导螺杆(12)被导螺杆螺母(11)包围，所述导螺杆和导螺杆螺母是螺杆驱动器(10)的一部分，其中：联接杆(16)可以借助于螺杆驱动器(10)沿着纵向轴线(100)平移；联接杆(16)借助于滑动轴承(19)在转向传动装置壳体(8)中安装成使得联接杆可以沿着纵向轴线(100)滑动；并且滑动轴承(19)被设计成补偿转向传动装置壳体(8)与导螺杆螺母(11)之间的热膨胀。

Description

用于线控转向式转向传动装置的联接杆的滑动轴承

本发明涉及具有权利要求1的特征的用于机动车辆的线控转向式转向系统的转向传动装置以及具有权利要求16的前序部分的特征的线控转向式转向系统。

在线控转向式转向系统中，转向轮的位置不直接联接至转向输入装置、例如方向盘。方向盘与转向轮之间的连接经由电信号进行。驾驶员的转向请求由转向角度传感器检测，并且转向轮的位置根据驾驶员的转向求经由转向致动器来控制。

在机电式转向传动装置系统中，齿条及小齿轮转向传动装置的带齿齿条的防扭转保护和安装通过与将带齿齿条压靠于小齿轮的压力件的相互作用来提供。例如在专利文献DE 198 05 015 C1中公开了这种防扭转装置。

由于在线控转向式转向系统中没有齿条及小齿轮转向传动装置，因此必须针对联接杆的防扭转保护开发一种新的解决方案。

因此，本发明的目的是指出一种用于机动车辆的线控转向式转向系统的转向传动装置，在该转向传动装置中，可以容易地保护联接杆免于扭转。

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式转向系统的转向传动装置和具有权利要求16的特征的线控转向式转向系统来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。

相应地，提供了一种用于机动车辆的线控转向式转向系统的转向传动装置，该转向传动装置包括联接杆，该联接杆安装在转向传动装置壳体中，并且在该联接杆上形成有螺纹主轴，该螺纹主轴被作为螺旋传动装置的一部分的主轴螺母包围，其中，该联接杆能够借助于螺旋传动装置沿着纵向轴线移位，并且其中，该联接杆借助于滑动轴承在转向传动装置壳体中安装成能够沿着纵向轴线移位，其中，滑动轴承构造成补偿转向传动装置壳体与主轴螺母之间的热膨胀。借助于滑动轴承，可以调节联接杆与滑动轴承之间的齿隙，以便获得转向传动装置的最佳摩擦学性能和最佳声学性能。优选地，滑动轴承被设计成在操作温度范围内将联接杆与转向传动装置壳体之间的齿隙设定在限定的极限值内。特别地，滑动轴承衬套优选地由塑料、POM、PA、PEEK、PTFE制成或者具有塑料涂层，特别优选地由PA66GF30(以30体积％的玻璃纤维进行增强的聚酰胺66)制成。

滑动轴承可以制成为一件或由多件制成。可以借助于一体的或者附加的弹性元件将滑动轴承附接至联接杆和/或转向传动装置壳体。联接杆在轴承的功能区域中的几何形状可以根据生产概念通过成形或材料移除来优化以进行生产。此外，在滑动轴承严重磨损或损坏的情况下，例如可以经由联接杆与转向传动装置壳体之间超过特定扭转角度的直接接触来提供紧急运行功能。

优选地，螺旋传动装置是滚珠丝杠驱动器。

滑动轴承优选地通过形状配合连接至转向传动装置壳体，并且供滑动轴承与联接杆接触的滑动面优选地构造成使得滑动轴承以与联接杆相互作用的方式形成防扭转装置。

在优选实施方式中，滑动轴承包括包围联接杆的滑动轴承衬套。这种滑动轴承衬套特别紧凑，因为它只占很小的空间。

优选地，联接杆由钢制成，并且转向传动装置壳体由铝制成。

在优选实施方式中，滑动轴承衬套由具有在2·10^-5K^-1至5·10^-4K^-1的范围内的热膨胀系数的材料制成，优选地由具有大于2.5·10^-5K^-1的热膨胀系数的材料制成，并且特别地，由具有在2.5·10^-5K^-1至4·10^-4K^-1之间的热膨胀系数的材料制成。

滑动轴承衬套优选地呈大致筒形形状并且具有居中布置的开口，开口的横截面偏离圆形形式，并且开口在安装状态下接纳联接杆的对应的非圆形部分，以便形成防扭转装置，从而首先在周向方向上实现形状配合，并且其次在滑动轴承衬套与联接杆之间实现适当的居中。术语“筒形”应该从数学意义上理解，并且被描述为具有通过壳表面连接在一起的两个全等的基部表面的形式。术语“非圆形”在该定义中是指基部表面不是圆形。开口或位于具有滑动轴承衬套的接合区域中的联接杆可以形成为规则或不规则的多边形或形成为多边形轮廓。可以规定的是，滑动轴承衬套具有从第一端面开始、延伸到壳表面中并且平行于纵向方向延伸的凹口，借助于该凹口可以影响滑动轴承衬套的膨胀行为。优选地，可以在外侧部上设置弹簧臂，所述弹簧臂沿周向方向均匀地间隔开并且在滑动轴承衬套的安装状态下支承在转向传动装置壳体上，以允许滑动轴承衬套的振动阻尼和轴向锁定。优选地，设置有至少两个弹簧臂；特别优选地，设置有三个弹簧臂。此处，如果弹簧臂在外侧部上布置在滑动轴承衬套的凹部中间或凹部中、平行于纵向方向延伸、并且从径向上看位于滑动轴承衬套的也被称为包络圆的圆形包络线的区域中，则是有利的。优选地，弹簧臂在其自由端部处具有从包络线向外突出的突出部，并且因此弹簧臂在安装状态下利用其外侧部完全表面地支承在转向传动装置壳体上。在有利实施方式中，弹簧臂大约从滑动轴承衬套的壳高度的中间延伸至滑动轴承衬套的第二端部，其中，第二端部相对于分配给第一端部的第一端面位于沿着纵向轴线的相反侧上。

优选地，转向传动装置壳体中的用于滑动轴承衬套的座形成有大致筒形的横截面并且具有沿纵向方向延伸的凹槽，滑动轴承衬套的外侧部上的对应的腹板接合在该凹槽中以形成防扭转装置。

此外，提供了一种用于机动车辆的线控转向式转向系统，该线控转向式转向系统包括：

-转向传动装置，该转向传动装置作用在转向轮上，

-控制单元，

-反馈致动器，该反馈致动器可以由驾驶员经由转向输入装置施加针对转向角度的驾驶员请求，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将反馈信号发射至转向输入装置，

-用于信号传输的装置，该装置将驾驶员请求传输至控制单元，

其中，控制单元控制转向传动装置，以将驾驶员请求转换为转向轮的偏转，并且其中，转向传动装置如上面描述的那样构造。此处，如果将联接杆连接至用于使机动车辆的轮转向的横拉杆，则是有利的。

下面参照附图对本发明的优选的示例性实施方式进行更详细地说明。在各图中，类似的部件或具有类似效果的部件用相同的附图标记来表示。附图示出的是：

图1是线控转向式转向系统的示意性描绘，

图2是穿过具有滚珠丝杠驱动器和联接杆的转向传动装置的纵向截面，

图3是联接杆的端部的俯视图，

图4是联接杆的空间视图，

图5A、图5B、图5C是联接杆的滑动轴承衬套的三个图示，

图6是穿过根据另一实施方式的滑动轴承衬套和联接杆的横截面，以及

图6A是图6的详细视图。

图1示出了线控转向式转向系统1。旋转角度传感器(未示出)布置在转向轴2上并且检测驾驶员通过使转向输入装置3旋转而施加的转向角度，转向输入装置3在该示例中被形成为方向盘。然而，还可以附加地检测转向力矩。转向输入装置也可以是操纵杆。此外，在转向轴2上布置有反馈致动器4，该反馈致动器4用于模拟路面60对方向盘3的反馈，并且因此向驾驶员提供与车辆的转向和驾驶行为有关的反馈。驾驶员的转向请求经由转向轴2的由旋转角度传感器测量的旋转角度传输至反馈致动器监测单元(未示出)。反馈致动器监测单元将驾驶员的转向请求传输至控制单元。反馈致动器监测单元优选地还控制反馈致动器4。反馈致动器监测单元也可以与控制单元一体地形成。致动器单元根据来自旋转角度传感器的信号以及其他输入参数对控制转向轮6的位置的电动转向致动器5进行致动。转向致动器5是转向传动装置7的一部分，该转向传动装置7包括安装成能够在转向传动装置壳体8中移动的联接杆。该联接杆经由横拉杆9和其他部件间接作用在转向轮6上。

图2示出了穿过根据本发明的具有可驱动的滚珠丝杠驱动器10的转向传动装置7的纵向截面。滚珠螺母11与转向传动装置7的纵向轴线100同轴地布置，并且形成在联接杆16上的滚珠丝杠主轴12穿过与纵向轴线100同轴的所述滚珠螺母。扭矩可以从滚珠螺母11经由滚珠13传输至滚珠丝杠主轴12。滚珠螺母11借助于两个滚珠轴承14以可旋转的方式安装在转向传动装置壳体8中。滚珠螺母11的旋转运动转换为滚珠丝杠主轴12沿着纵向轴线100的平移运动。图3以在联接杆16的远离滚珠丝杠的端部上的俯视图示出了转向传动装置7。在该区域中，联接杆16的横截面具有非圆形轮廓。

如图4中示出的，滚珠丝杠主轴12形成在联接杆16的第一端部区域15上。联接杆16在与第一端部区域相反的第二端部区域18处借助于滑动轴承衬套19沿着纵向轴线100以可移位的方式安装在转向传动装置壳体(未示出)中。在第二端部区域18中，联接杆16的横截面具有非圆形轮廓，该非圆形轮廓以与滑动轴承衬套19相互作用的方式形成防扭转装置。特别地，联接杆在端部区域18中的外周面是非圆形的并且构成与滑动轴承衬套19的内部面相对应的五边形。

如图5A至图5C中示出的，滑动轴承衬套19为大致筒形。滑动轴承衬套19在中间具有开口20，该开口20的横截面偏离圆形形式，并且联接杆16的对应的非圆形部分在安装状态下接纳在开口20中以形成防扭转装置。联接杆与滑动轴承衬套(滑动面)之间以及滑动轴承衬套与转向传动装置壳体之间的接合部的几何形状被构造成使得扭矩可以从联接杆传输至转向传动装置壳体，并且可以设定限定的扭转齿隙和限定的扭转刚度。滑动轴承衬套19具有从第一端面21开始、延伸到壳表面中并且平行于纵向方向100延伸的凹口22，借助于该凹口22可以影响滑动轴承衬套19的膨胀行为。另外，在滑动轴承衬套19的外侧部上沿周向方向设置有均匀间隔的弹簧臂23，并且在安装状态下，弹簧臂23支承在转向传动装置壳体8上以允许振动阻尼。弹簧臂23在外侧部上布置在滑动轴承衬套24的凹部24间。此处，弹簧臂23平行于纵向方向100延伸，并且从径向上看，弹簧臂23位于滑动轴承衬套19的圆形包络线290的区域中。弹簧臂23在其自由端部处具有从包络线290突出的突出部25，并且因此，在安装状态下，弹簧臂23利用其外侧部26完全表面地支承在转向传动装置壳体8上。弹簧臂23大约从滑动轴承衬套的壳高度的中间延伸至滑动轴承衬套的第二端部26，其中，第二端部30相对于分配给第一端部的第一端面21位于沿着纵向轴线的相反侧上。如图4中示出的，在安装状态下，第二端部30被定向成指向滚珠丝杠驱动器。

图6和图6A中示出了在另一实施方式中的安装在转向传动装置壳体8中的滑动轴承衬套19以及被滑动轴承衬套19包围的联接杆16。滑动轴承衬套19通过形状配合连接至转向传动装置壳体8。转向传动装置壳体8中的座27形成有大致筒形的横截面并且具有沿纵向方向100延伸的凹槽28，滑动轴承衬套19的外侧部上的对应的腹板29接合在凹槽28中以形成防扭转装置。腹板29围绕周缘均匀地间隔。示例性实施方式示出了三个腹板29。腹板29像弹簧臂一样仅延伸超过滑动轴承衬套19的壳高度的一部分(参见图5A至图5C)，优选地延伸超过滑动轴承衬套19的壳高度的大约一半。腹板29被分配至与弹簧臂23相同的端部26。在所示出的示例性实施方式中，联接杆16具有三角形形状。本发明不限于联接杆的这种形状。可以设想也具有非圆形的几何形状并且适用于滑动轴承和防扭转保护的其他形状。

联接杆16和转向传动装置壳体8由不同的材料制成。特别地，联接杆16由钢制成，并且转向传动装置壳体8由铝制成。因此，这两个部件具有不同的热膨胀系数。滑动轴承衬套19构造成在操作温度范围T_min至T_max内将联接杆16与转向传动装置壳体8之间的齿隙δ设定在限定的极限值δ_min±ε_max内。因此，滑动轴承衬套19补偿了联接杆16和滑动轴承衬套19的热膨胀。滑动轴承衬套19优选地由具有比铝和钢更大的热膨胀的材料制成。特别地，滑动轴承衬套19优选地由塑料、POM、PA、PEEK、PTFE制成或者具有塑料涂层，特别优选地由PA66GF30(以30体积％的玻璃纤维进行增强的聚酰胺66)制成。

例如，如果联接杆16在整个温度范围内的热膨胀引起齿隙值的变化Δδ1，并且转向传动装置壳体8的热膨胀引起变化Δδ3，则滑动轴承衬套必须允许齿隙变化Δδ＝-Δδ1-Δδ3，以实现所述极限内的补偿。

图6A示出了二维情况，在该情况下热膨胀仅取决于半径、径向方向上的壁厚以及联接杆16、滑动轴承衬套19和转向传动装置壳体8这三个部件的热膨胀系数。在这种情况下(并且在具有简化的旋转对称的几何形状的情况下)，要由滑动轴承衬套在温度间隔ΔT内补偿的齿隙变化Δδ为：

其中，

α₁是联接杆16的热膨胀系数，

α₂是滑动轴承衬套19的热膨胀系数，

α₃是转向传动装置壳体8的热膨胀系数，

R₁是联接杆16的外部半径，

R₃是转向传动装置壳体8在凹槽28的区域中相对于壳体壁厚的中间的内部半径，

t₂是滑动轴承衬套19在除了腹板29之外的区域中沿径向方向的壁厚，以及

t₃是转向传动装置壳体8在除了凹槽28之外的区域中沿径向方向的壁厚。

该公式给出了滑动轴承衬套相对于热膨胀系数α₂和壁厚t₂的最佳尺寸。

在实际情况下，滑动轴承衬套19的热膨胀还受到三维几何形状的周缘条件比如转向传动装置壳体的连接、并且特别是滑动轴承衬套中的切口/槽的数量、长度和宽度的影响，因此必须以数值的方式确定衬套的最佳热膨胀系数和最佳几何形状。

因此，对于给定范围的几何参数(半径、壁厚)而言，滑动轴承衬套的热膨胀系数α₂(长度膨胀系数)的取值范围为：2·10^-5K^-1至5·10^-4K^-1。

Claims (17)

1.一种用于机动车辆的线控转向式转向系统(1)的转向传动装置(7)，所述转向传动装置(7)包括联接杆(16)，所述联接杆(16)安装在转向传动装置壳体(8)中，并且在所述联接杆(16)上形成有螺纹主轴(12)，所述螺纹主轴(12)被作为螺旋传动装置(10)的一部分的主轴螺母(11)包围，其中，所述联接杆(16)借助于滑动轴承(19)在所述转向传动装置壳体(8)中安装成能够沿着纵向轴线(100)移位，其特征在于，所述滑动轴承(19)构造成补偿所述转向传动装置壳体(8)与所述主轴螺母(11)之间的热膨胀。

2.根据权利要求1所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承(19)被设计成在操作温度范围(T_min至T_max)内将所述联接杆(16)与所述转向传动装置壳体(8)之间的齿隙(δ)设定在限定的极限值(δ_min至ε_max)内。

3.根据权利要求1或2所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承(19)通过形状配合连接至所述转向传动装置壳体(8)，并且供所述滑动轴承(19)与所述联接杆(16)接触的滑动面构造成使得所述滑动轴承(19)以与所述联接杆(16)相互作用的方式形成防扭转装置。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承包括滑动轴承衬套(19)，所述滑动轴承衬套(19)包围所述联接杆(16)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述联接杆(16)由钢制成，并且所述转向传动装置壳体(8)由铝制成。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承衬套(19)由具有在2·10^-5K^-1至5·10^-4K^-1的范围内的热膨胀系数的材料制成。

7.根据权利要求6所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承衬套(19)由具有大于2.5·10^-5K^-1的热膨胀系数的材料制成。

8.根据权利要求6或7所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承衬套(19)由具有在2.5·10^-5K^-1至4·10^-4K^-1的范围内的热膨胀系数的材料制成。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承衬套(19)形成为大致筒形并且具有居中布置的开口(20)，所述开口(20)的横截面偏离圆形形式，并且所述开口(20)在安装状态下接纳所述联接杆(16)的对应的非圆形部分(18)，以便形成防扭转装置。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承衬套(19)具有从第一端面(21)开始、延伸到壳表面中并且平行于纵向方向(100)延伸的凹口(22)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述滑动轴承衬套(19)在外侧部上具有弹簧臂(23)，所述弹簧臂(23)沿周向方向均匀地间隔开并且在所述滑动轴承衬套(19)的安装状态下支承在所述转向传动装置壳体(8)上。

12.根据权利要求11所述的转向传动装置，其特征在于，所述弹簧臂(23)在外侧部上布置在所述滑动轴承衬套(19)的凹部(24)中间、平行于所述纵向方向(100)延伸、并且从径向上看位于所述滑动轴承衬套(19)的圆形包络线(290)的区域中。

13.根据权利要求11或12所述的转向传动装置，其特征在于，所述弹簧臂(23)在所述弹簧臂(23)的自由端部处具有从所述包络线(290)突出的突出部(25)，并且所述弹簧臂(23)在安装状态下利用所述弹簧臂(23)的外侧部(26)完全表面地支承在所述转向传动装置壳体(8)上。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述弹簧臂(23)大约从所述滑动轴承衬套(19)的壳高度的中间延伸至所述滑动轴承衬套(19)的第二端部(30)，其中，所述第二端部(30)相对于分配给第一端部的所述第一端面(21)位于沿着所述纵向轴线(100)的相反侧上。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的转向传动装置，其特征在于，所述转向传动装置壳体(8)中的用于所述滑动轴承衬套(19)的座(27)形成有大致筒形的横截面并且具有沿所述纵向方向(100)延伸的凹槽(28)，所述滑动轴承衬套(19)的外侧部上的对应的腹板(29)接合在所述凹槽(28)中以形成所述防扭转装置。

16.一种用于机动车辆的线控转向式转向系统(1)，所述线控转向式转向系统(1)包括：

-转向传动装置(7)，所述转向传动装置(7)作用在转向轮(6)上，

-控制单元，

-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)施加针对转向角度的驾驶员请求，并且所述反馈致动器(4)响应于所述驾驶员请求和所述机动车辆的行驶状态将反馈信号发射至所述转向输入装置，

-用于信号传输的装置，所述装置将所述驾驶员请求传输至所述控制单元，

其中，所述控制单元控制所述转向传动装置(7)，以将所述驾驶员请求转换为所述转向轮(6)的偏转，其特征在于，所述转向传动装置(7)如前述权利要求1至15中的任一项所述的那样来构造。

17.根据权利要求16所述的线控转向式转向系统，其特征在于，所述联接杆(16)连接至用于使所述机动车辆的所述轮(6)转向的横拉杆(9)。

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