CN113710560B - 具有同心的驱动装置的用于机动车的线控转向系统 - Google Patents

Abstract

具有同心的驱动装置的用于机动车的线控转向系统。本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于机动车的线控转向系统(10)。根据本发明的用于机动车的线控转向系统(10)包括方向盘，该方向盘围绕转向轴线(L)可旋转地支承，以便通过检测方向盘的主动的转动运动而将转向力矩或转向力传递到机动车的可转向的车轮上，其中，设置有至少一个转向阻力器件(14)，借助于所述转向阻力器件持久地或根据一个或多个参数提高为了转动方向盘所需的力矩，其中，设置有方向盘调节器件(22)，以便能够调节方向盘沿着转向轴线(L)的轴向位置。在此，设置有相对于所述转向轴线(L)同心支承的用于方向盘调节器件(22)的驱动单元(24)。

Description

具有同心的驱动装置的用于机动车的线控转向系统

技术领域

本发明涉及用于机动车的线控转向系统。线控系统的特征在于，方向盘或其他控制器具的转向指令经由控制器或以其他方式以电的形式进一步导引至致动器，该致动器然后在机动车的可转向的车轮处实施转向指令。这样的系统能够在没有方向盘与车轮之间的机械连接的情况下实现并且就此而言提供大的结构上的自由度，尤其是在以下地方，在带有方向盘与车轮之间的机械连接的常规的转向系统中在该处尤其是布置有带有从方向盘延伸直至小齿轮的转向轴的转向柱。在一些结构形式中，在转向轴的区域中附加地布置有位于转向轴区域中的转向辅助装置，所述转向辅助装置在线控转向系统的情况下则也可以省却并且提供附加的结构上的自由度。

背景技术

由EP 1 201 528 A2已知被称为“模拟转向感觉系统(SSFS)”的用于转向的力反馈系统，该力反馈系统具有驱动马达，借助于该驱动马达能够将转矩-反馈传递到方向盘或其他控制器具上。在该文件中，也指出了将这样的系统使用在线控转向中。

发明内容

本发明基于以下任务，即，提供一种用于机动车的线控转向系统，该线控转向系统具有紧凑的结构并且借助于该线控转向系统如此实现沿方向盘的转动轴线方向的尽可能大的调节行程，使得方向盘可明显远离车辆驾驶员，尤其是在至少200mm的调节行程的情况下远离车辆驾驶员。

所述任务根据本发明借助下文的特征来解决。

根据本发明的用于机动车的线控转向系统包括方向盘，该方向盘围绕转向轴线可旋转地支承，以便通过检测方向盘的主动的转动运动而将转向力矩或转向力传递到机动车的可转向的车轮上，其中，设置有至少一个转向阻力器件，借助于所述转向阻力器件持久地或根据一个或多个参数提高为了转动方向盘所需的力矩，其中，设置有方向盘调节器件，以便能够调节方向盘沿着转向轴线的轴向位置。在此，设置有相对于所述转向轴线同心支承的用于方向盘调节器件的驱动单元。方向盘的转动运动在此尤其是通过车辆驾驶员执行。根据本发明的结构(在该结构中，用于方向盘调节器件的驱动单元相对于转向轴线同心地布置)实现，一方面实现非常紧凑的方向盘调节器件单元并且另一方面利用所述方向盘调节器件单元实现相对大的，沿转向轴线方向延伸的用于方向盘的调节深度，尤其是超过100mm，优选超过150mm且进一步优选超过200mm的调节深度。当机动车具有用于全自动或部分自动驾驶的器件时，这种调节深度结合线控转向系统则尤其是有利的。在这种情况下，方向盘，尤其是在方向盘不必由车辆驾驶员可达到或仅按需求由车辆驾驶员可达到的阶段中，可以沿车辆纵向方向向前，尤其是沿机动车的仪表板方向，调节并且由此运动远离车辆驾驶员，以便给车辆驾驶员提供较大的运动自由度。

在根据本发明的线控转向系统的一种具体的实施方式中(该实施方式能够特别简单且成本适宜地实现)，驱动单元具有相对于转向轴线同心地布置的螺杆和在功能上与该螺杆联结的螺纹元件。螺母或其他与螺杆互补构造的螺纹元件尤其是适合作为这样的螺纹元件。方向盘的移动在这种情况下能够以简单的方式尤其是通过如下方式实现，即，螺杆或螺纹元件被转动驱动并且基于该转动运动引起沿转向轴线方向的平移移动。

本发明尤其是涉及这样的线控转向系统，在所述线控转向系统中作为转向阻力器件设置有执行器，尤其是力反馈执行器。这种执行器尤其是有助的且有意义的，以便将由路面作用到车轮上的力作用和/或力矩作用可以触觉地经由方向盘反馈给车辆驾驶员。这种呈力和/或力矩形式的反馈可以借助于力反馈执行器产生并且经由方向盘传输给车辆驾驶员。这也可以间接地通过如下方式实现，力和/或力矩直接地如此传递到转向轴上，使得所述力和/或所述力矩能够由车辆驾驶员在方向盘上感觉到。

备选于或补充于上述方案，驱动单元穿过转向阻力器件地布置。由此结合设置为转向阻力器件的执行器并且结合螺杆尤其是表示，对于螺杆利用执行器的中央的空心空间，以便穿过执行器，尤其是在中央穿过执行器。

在线控转向系统的另一种具体的实施方式中(该实施方式一方面紧凑地设计并且另一方面实现转向阻力器件的受保护的布置结构)，转向阻力器件沿转向轴线的轴向方向观察布置在方向盘与驱动单元之间。

如果方向盘抗转动地与转向轴联结并且转向阻力器件至少部分抗转动地与转向轴连接，则力和/或力矩的(按需求的或持久的)导入可以借助于转向阻力器件直接导入到转向轴中。在这种情况下避免了中间元件和由于由此引起的弹性和阻尼现象引起的损耗。

如果在根据本发明的线控转向系统中驱动单元是(尤其是在车身侧固定连接的、即固定在车辆处的)壳体元件的一部分，则可以减小借助于调节单元运动的质量。此外，该设计方案实现了：首先将驱动单元预装配在壳体元件中并且接着在最终装配步骤中才在车辆侧安装。这在制造技术上尤其是对于在汽车制造商装配线上的短的节拍时间而言是有意义的并且实现了：按需求将装配工作的一部分转给供应商。

在根据本发明的线控转向系统的第一变型方案中，至少方向盘相对于壳体元件线性可移动地支承。如果仅方向盘连同与此抗转动联结的转向轴可移动地支承，则对于方向盘沿转向轴线方向的移动必须被驱动的重量是特别小的。另一方面，方向盘的调节，尤其是当该调节借助于螺杆实现时，与相对高的传动比相关联，由此较高的、待运动的重量在调节时仅轻微起作用。就此而言，根据本发明的线控转向系统在另一种变型方案中也可以设置整个移动单元的移动，尤其是与可线性移动地支承的内壳体和布置在内壳体中的转向阻力器件，例如执行器或力反馈执行器共同地进行的移动。

与此相应地，在根据本发明的线控转向系统的另一种具体的实施方式中，方向盘与移动单元包括转向阻力器件和驱动单元的至少一个元件在内共同地可线性移动地支承。

如果在根据本发明的线控转向系统中调节器件具有至少一个碰撞元件，该碰撞元件(尤其是由于失效或由于实现可逆的偏移的弹性)在超过沿转向轴线方向作用到方向盘上的最大力的情况下实现方向盘沿转向轴线方向的相对运动，则根据本发明的线控转向系统也可以碰撞优化地设计，因为车辆驾驶员在碰撞情况下的受伤风险无关于在方向盘中是否设置有气囊或方向盘中的气囊是否触发而减小。

如果如此布置或构造有用于驱动单元的功率电子单元，使得所述功率电子单元能够附加地用于转向阻力器件，尤其是用于执行器，如力反馈执行器，则得到根据本发明的线控转向系统的特别紧凑的且成本适宜的实现方案。在这种情况下，功率电子单元由转向阻力器件和驱动单元共同地利用。

附图说明

下面结合附图描述本发明的另外的具体的实施方式。附图中：

图1示出在完全移入的状态中的根据本发明的线控转向系统的实施例；以及

图2示出图1中的在移出百分之70状态下的线控转向系统。

具体实施方式

图1示出用于未示出机动车的线控转向系统10的部分区域，该线控转向系统具有(也未示出的)方向盘，该方向盘抗转动地与转向轴12联结。转向轴12围绕转向轴线L可旋转地支承，以便通过检测主动的方向盘的转动运动而将转向力矩或转向力传递到机动车的可转向的车轮上。未示出的方向盘的转动运动在此尤其是以已知的方式通过车辆驾驶员实现。

在所示出的实施方式中，作为转向阻力器件14设置有执行器16。利用所述用作转向阻力器件14的执行器(该执行器是力反馈执行器)，可以——持久地或根据一个或多个参数，如机动车正在运动所在的车辆地面——提高为了转动方向盘所需的力矩，以便为车辆驾驶员在方向盘上提供尽可能准确地与行驶情况相配的触觉印象，即与如下转向感觉相对应的触觉印象，该转向感觉在常规的转向中借助在方向盘与可转向的车轮之间的机械连接得到。

执行器16在所示出的实施方式中包括：执行器-马达18，在此尤其是呈空心轴马达形式的执行器-马达；以及由执行器-马达18驱动的执行器-模块20，该执行器-模块在该实施方式中基本上是具有固定的带的车轮环绕传动机构。执行器16的构造但对于本发明而言重要性是次要的。执行器16就此而言也可以在结构上不同地构造。

线控转向系统10还包括方向盘调节器件22，该方向盘调节器件实现，调节方向盘包括转向轴12在内沿着转向轴线L的轴向位置。通过纵览示出处于完全移入的位置中的转向轴12的图1和示出处于移出大致百分之70的位置中的转向轴12的图2能够良好地看出，哪些元件在移动运动时沿转向轴线L方向移动。

为了执行移动运动，方向盘调节器件22在所示出的实施方式中包括相对于转向轴线L同心支承的驱动单元24，该驱动单元具有调节器件-马达26。调节器件-马达26具有定子28和转子30并且在所示出的实施方式中构造为叶片式转子马达。

备选地(并且在图中未示出地)，替代叶片式转子马达尤其是也可以设置有离合单元，该离合单元实现，经由切换装置(例如滑动式继电器)将执行器-马达18附加地用作用于驱动单元24的驱动装置。在这种情况下可以省去单独的调节器件-马达26。

功率电子单元32(沿转向轴线L的轴向方向观察)布置在执行器16与主动单元24之间。功率电子单元32经由示意性示出的驱动单元接触部34与调节器件-马达26的定子28连接。

转子30抗转动地与螺母36连接，该螺母在内侧与螺杆38接合。螺母36在外侧经由轴承40可转动地支承，在此经由球轴承。包括螺母36和转子30的单元在外侧经由另外的轴承42支承，在此也是球轴承。

如可由图1和2看到的，上述元件至少在移入状态下完全布置在单侧敞开的外壳体44内，该外壳体由(在此平行于转向轴线L延伸的)壳体周部46和横向于转向轴线伸延的壳体背壁48构成。在壳体背壁48的区域中在壳体周部46与壳体背壁48的中间区域52之间布置有示意性示出的碰撞元件50，该中间区域沿轴向方向与螺杆38相连。碰撞元件50是变形元件并且如此设计，使得该碰撞元件在超过沿转向轴线L方向作用到方向盘上的最大力的情况下实现方向盘沿转向轴线L方向的相对运动。

适合作为用于吸收碰撞冲击的变形元件尤其是所谓的撕裂元件、优选“撕裂板材”，所述撕裂元件作为连接部安置在驾驶舱承载件62或与此固定连接的元件、如壳体背壁48，与相应的转向柱结构的适合的元件，如在该实施例中与螺杆38固定地连接的元件之间。在此，所述元件撕裂或撕开，以便实现转向柱沿轴向方向的移动。通常为此需要沿轴向方向的稳定的引导。在所示出的实施方式中，为此设置线性轴承60。

设置在螺杆38的在图1和2中位于右侧的端部的区域中的变形区实现，螺杆38可以在碰撞情况下在车辆纵向方向上观察向前沿轴向方向移动并且由此“偏移”。由此，可以避免螺杆38的侧向弯曲偏离以及由此产生的损伤，所述损伤导致成本高的修复。

壳体周部46在车身侧固定在未示出的机动车处，在此固定在示意性示出的驾驶舱承载件62处。

执行器16、调节器件-马达26、功率电子单元32以及功能上连接它们的元件布置在内壳体56中，该内壳体在所示出的实施方式中通过型材轨道58构成。内壳体56相对于外壳体借助于示意性示出的线性轴承60沿着转向轴线L可移动地支承。为了引起转向轴12沿转向轴线L方向的移动，螺母36借助于调节器件-马达26旋转地驱动。由此内壳体56连同所有布置在内壳体中的元件沿转向轴线L方向移动。

功率电子单元32在所示出的实施方式中如此布置，使得所述功率电子单元能够附加地用于执行器16。为此，设置有用于执行器-马达18的接触部54。

概括而言，在图1和2中所示出的实施方式中得到带有包括以下元件的(从未示出的方向盘起沿轴向方向观察)一系列功能元件的功能集成：

-方向盘的(短的)连接轴，至少直至转向阻力器件14，尤其是执行器16或力反馈执行器，

-执行器-马达18的直接地装配在力反馈执行器的传动机构的旋转元件上的转子部件，

-在相应其他的壳体部件中的所有旋转的元件的同心的支承件，

-用于操控执行器-马达18的功率电子单元32。

“所有旋转的元件”尤其是表示(未详细示出的且也未详细阐释的)联结的两级行星传动机构和执行器-马达18，尤其是空心轴马达的全部的轴。

在本说明书中、在附图中以及在权利要求书中公开的本发明的特征不仅能够单个地而且能够以任意组合对于在本发明的不同实施方式中实现本发明而言是重要的。本发明可以在权利要求书的范围内并且在考虑到主管的本领域技术人员的知识的情况下变化。

就此而言，尤其是要指出的是，在图1和2中所示出的实施方式中，转向阻力器件14，在此呈执行器16形式的转向阻力器件，在转向轴12沿转向轴线L方向移动时也随着转向轴12移动。备选地，转向阻力器件14，尤其是执行器16，也可以轴向滑动地相对于转向轴定位并且固定装配在车身处，从而转向阻力器件14或执行器16在转向轴12轴向移动时不一起运动，而是位置固定地保留在其安装在机动车中的位置处。

附图标记列表

10线控转向系统

12转向轴

14转向阻力器件

16执行器

18执行器-马达

20执行器-模块

22方向盘调节器件

24驱动单元

26调节器件-马达

28定子

30转子

32功率电子单元

34接触部

36螺母

38螺杆

40轴承

42轴承

44外壳体

46壳体周部

48壳体背壁

50碰撞元件

52中间区域

54接触部

56内壳体

58型材轨道

60线性轴承

62驾驶舱承载件

Claims (8)

1.用于机动车的线控转向系统(10)，所述线控转向系统包括方向盘，其中，所述方向盘围绕转向轴线(L)可旋转地支承，以便通过检测所述方向盘的主动的转动运动而将转向力矩或转向力传递到所述机动车的可转向的车轮上，其中，设置有至少一个转向阻力器件(14)，借助于所述转向阻力器件持久地或根据一个或多个参数提高为了转动所述方向盘所需的力矩，其中，设置有方向盘调节器件(22)，以便能够调节所述方向盘沿着所述转向轴线(L)的轴向位置，

其特征在于，

设置有相对于所述转向轴线(L)同心支承的用于所述方向盘调节器件(22)的驱动单元(24)，其中所述驱动单元(24)具有调节器件-马达(26)，其中所述驱动单元(24)具有相对于所述转向轴线(L)同心布置的螺杆(38)和在功能上与所述螺杆(38)联结的螺纹元件，其中所述调节器件(22)具有至少一个碰撞元件(50)，所述碰撞元件在超过沿所述转向轴线(L)方向作用到所述方向盘上的最大力的情况下实现所述方向盘沿所述转向轴线(L)方向的相对运动。

2.根据权利要求1所述的线控转向系统(10)，其特征在于，作为转向阻力器件(14)设置有执行器(16)和/或所述驱动单元(24)穿过所述转向阻力器件(14)地布置。

3.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，其特征在于，所述转向阻力器件(14)沿所述转向轴线(L)的轴向方向观察布置在所述方向盘与所述驱动单元(24)之间。

4.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，其特征在于，所述方向盘抗转动地与转向轴(12)联结，并且所述转向阻力器件(14)至少部分抗转动地与所述转向轴(12)连接。

5.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，其特征在于，所述驱动单元(24)是壳体元件的一部分。

6.根据权利要求5所述的线控转向系统(10)，其特征在于，至少所述方向盘相对于所述壳体元件可线性移动地支承。

7.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，其特征在于，所述方向盘与移动单元包括转向阻力器件(14)和所述驱动单元(24)的至少一个元件在内共同地可线性移动地支承。

8.根据权利要求1或2所述的线控转向系统(10)，其特征在于，如此布置或构造有用于所述驱动单元(24)的功率电子单元(32)，使得所述功率电子单元能够附加地用于所述转向阻力器件(14)。