CN114599569A - 用于车辆的机电转向系统的转向传动装置和车辆的机电转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的机电转向系统的转向传动装置(120)。所述转向传动装置(120)具有电动马达(230)、伺服传动装置(240)和角度传动装置(250)，所述角度传动装置用于将所述转向系统的转向柱与所述转向系统的转向摇臂连接。角度传动装置(250)是机械式被驱动的循环球传动装置，所述循环球传动装置具有球形螺母(254)，该球形螺母与所述转向传动装置(120)的和所述转向摇臂可连接或已连接的部段轴(122)嵌合。循环球传动装置的主轴(252)是连续的。所述主轴(252)在一侧与所述伺服传动装置(240)的输出轴连接，其中，所述伺服传动装置(240)通过电动马达(230)可被驱动或被驱动。

Description

用于车辆的机电转向系统的转向传动装置和车辆的机电转向 系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的机电转向系统的转向传动装置并且涉及一种车辆、尤其是商用车的机电转向系统。
背景技术
作为商用车转向系统的一部分的伺服转向系统通常可以实现为液压系统。液压系统在能源效率方面可能是不利的，其中，为了提供转向力，必须在任何时刻都通过转向装置泵送高体积流。此外，除了真正的转向功能以外的功能扩展，例如驾驶辅助系统实施起来较费事。此外，在转向泵和转向传动装置之间由于它们的分开的安装地点，可能需要在车辆装配时必须安装、填充和检查的管线。
发明内容
在该背景下，本发明的任务是，实现一种用于车辆的机电转向系统的改进的转向传动装置和一种车辆的改进的机电转向系统。
该任务通过根据独立权利要求的一种用于车辆的机电转向系统的转向传动装置和一种车辆的机电转向系统来解决。
根据这些实施方式，尤其是为了商用车的转向系统的伺服转向或为商用车的转向系统可以提供伺服传动单元，例如行星式伺服传动单元或偏心式伺服传动单元，用于具有循环球传动装置的电动伺服转向系统。在此，例如可以布置循环球转向传动装置连同电运行的伺服传动装置、尤其是行星传动装置或行星式偏心传动装置，用于商用车的电伺服转向。例如，伺服辅助可以通过由电动马达被驱动的行星式伺服传动装置或行星式偏心伺服传动装置来加强。这种伺服传动单元，尤其是行星式伺服传动装置或行星式偏心伺服传动装置可以与循环球转向单元的主轴连接，该主轴可以将加强的电辅助扭矩传递到伺服转向传动装置的部段轴或输出轴上。
有利地，与具有带有相同传动比的两个传动等级的传统行星式伺服传动装置相比，根据这些实施方式尤其可以减少安装空间要求。附加地，与传统的两级行星传动装置相比，例如可以减少进行啮合或嵌合的部件的数量。换句话说，因此可以为车辆、尤其是商用车的机电转向系统提供节省空间且维护少的转向传动装置。因此，与传统的两级行星传动装置相比，可以通过减小的齿轮数量来降低产品成本。
用于车辆的机电转向系统的转向传动装置具有电动马达、伺服传动装置和角度传动装置，用以将转向系统的转向柱与转向系统的转向摇臂连接，其中，角度传动装置是机械式被驱动的循环球传动装置，该循环球传动装置具有球形螺母，该球形螺母与转向传动装置的和转向摇臂可连接或已连接的部段轴处于嵌合中，其中，循环球传动装置的主轴是连续的，其中，主轴在一侧与伺服传动装置的输出轴连接，其中，伺服传动装置通过电动马达可驱动或被驱动。
该车辆可以是用于运送人员并且附加地或替代地运送货物的机动车，尤其是商用车，例如是载重车或类似车辆。各个传动装置也可以被称为传动单元。伺服传动装置可以与电动马达耦接。当两个部件已连接或耦接时，这些部件之间可以存在形状锁合并且附加地或替代地存在力锁合。
根据一个实施方式，伺服传动装置可以是行星传动装置。在此，行星传动装置可以具有带有相同的齿数和几何形状的行星齿轮。在此，这些行星齿轮可以与具有不同齿数的两个独立的齿圈啮合。这些行星齿轮可以经由支架通过电动马达可驱动或被驱动。行星齿轮可以装配在支架上。支架可以通过电动马达来驱动。这种实施方式提供以下优点，可以以特别节省空间且可靠以及不具有不平衡的方式来实现对转向系统的机电式驱动。
替代地，伺服传动装置可以是偏心式行星传动装置。在此，偏心式行星传动装置可以具有共同的行星齿轮。在此，行星齿轮可以与两个齿圈啮合。在此，两个齿圈之间的齿数差可以大于或等于1。行星齿轮可以偏心地装配在支架上，该支架通过电动马达可驱动或被驱动。这种实施方式提供以下优点，为转向系统提供机电式驱动，该机电式驱动是特别节省空间且可靠以及可负载的。
在此，行星齿轮的尖端可以根据嵌合横截面被切除地成型出。这种实施方式提供以下优点，可以考虑不同的嵌合横截面，以便实现可靠的扭矩传递。
在此，行星齿轮可以可调整地装配在支架上，以设定行星齿轮和两个齿圈中的至少一个齿圈之间的齿轮嵌合的齿隙。更确切地说，可以通过偏心将一个传动等级或挡位，例如优选挡位2设定为几乎没有齿隙。这种实施方式提供以下优点，可以利用最小磨损和最小损失来实现扭矩传递。
根据一个实施方式，至少一个行星齿轮的齿部区域和附加地或替代地齿圈的齿部区域可以成型为具有型廓变位。这种实施方式提供以下优点，可以实现各齿轮的符合规定且可靠的嵌合或啮合。
此外，循环球传动装置的球形螺母可以具有线性导向装置，该线性导向装置构造为用于，接收通过部段轴和球形螺母之间的啮合被引入的径向载荷。这种实施方式提供了以下优点：通过这种加强和用以使运行中可能作用到球机构上的径向载荷减小的附加轴承紧固能够实现转向传动装置的可靠的持续运行。
在此，线性导向装置可以实施为滑动轴承，尤其是多层滑动轴承或塑料滑动轴承。这种实施方式提供以下优点，可以使用传统的且简单可用的轴承设备，以便实现可靠的载荷接收。
替代地，线性导向装置可以实施为滚子轴承、尤其是滚针轴承或实施为滚针轴承和滚子轴承的组合。这种实施方式提供以下优点，可以使用传统且简单可用的轴承设备，以便实现可靠的载荷接收。
一种车辆的机电转向系统具有转向柱和转向摇臂，其中，机电转向系统具有上述转向传动装置的一个实施方式，其中，转向柱和转向摇臂借助转向传动装置相互连接。
结合机电转向系统，可以有利地采用或使用上述转向传动装置的一个实施方式，以便将转向力矩和辅助力矩通过角度传动装置施加到部段轴上，该转向力矩代表给方向盘的转向输入的扭矩，该辅助力矩代表通过电动马达和伺服传动装置提供的扭矩。机电转向系统可以被称为机电式伺服转向或具有机电驱动部的伺服转向。
附图说明
在下面的说明中参照附图更详细地阐述这里所提出方案的实施例。附图示出：
图1示出具有根据一个实施例的机电转向系统的车辆的示意图；
图2示出根据一个实施例的转向传动装置的示意图；
图3示出图2中的转向传动装置的示意图；
图4示出图2和图3中的转向传动装置的部分局部的示意图；
图5示出图2、图3或图4中的转向传动装置的示意图；
图6示出图2、图3、图4或图5中的转向传动装置的示意图；
图7示出根据一个实施例的转向传动装置的示意图；
图8示出图7中的转向传动装置的示意图；
图9示出图7或图8中的转向传动装置的示意图；
图10示出图7、图8或图9中的转向传动装置的示意图；
图11示出图7、图8、图9或图10中的转向传动装置的示意图。
具体实施方式
图1示出具有根据一个实施例的机电转向系统110的车辆100的示意图。车辆100是机动车，尤其是商用车，例如是载重车或类似车辆。转向系统110具有转向柱114和转向摇臂116。转向柱114与方向盘112连接。方向盘112也可以是转向系统110的一部分。转向摇臂116通过合适的装置与例如车辆100的一个车轴的可转向车轮耦接。此外，转向系统110具有转向传动装置120。转向传动装置120实施为机电式转向传动装置或具有机电驱动部。借助转向传动装置120或者说通过转向传动装置120，转向柱114和转向摇臂116相互连接。在此，图1中也示出转向传动装置120的部段轴122。部段轴122与转向摇臂116连接。参照下面的附图更详细地讨论转向传动装置120。
图2示出根据一个实施例的转向传动装置120的示意图。转向传动装置120在此以斜视图示出。转向传动装置120相当于或相似于图1中的转向传动装置。因此，转向传动装置120设置为用于车辆的机电转向系统。转向传动装置120具有电动马达230、伺服传动装置240或者说伺服传动单元240和角度传动装置250。此外，转向传动装置120具有部段轴122和输入轴221。部段轴122与转向系统的转向摇臂可耦接或已耦接。部段轴122用于将摆转运动性通过转向摇臂传递给转向系统的转向杆，该转向杆例如使车辆的前轮朝所希望的方向运动。输入轴221与转向系统的转向柱可耦接或已耦接。
角度传动装置250构造为用于，将与输入轴221已耦接的转向系统转向柱与和部段轴122耦接的转向系统转向摇臂连接。角度传动装置250是机械式被驱动的循环球传动装置。在此，角度传动装置250具有主轴252和球形螺母254，该球形螺母与部段轴122通过齿部区段256耦接或嵌接。主轴252实施为连续的。主轴252在输入轴221和伺服传动装置240之间延伸。在一个端部，主轴252通过扭杆与输入轴221连接。在相反端部，主轴252与伺服传动装置240连接，更确切地说与伺服传动装置240的输出轴连接。伺服传动装置240通过电动马达230可被驱动或已被驱动。电动马达230与伺服传动装置240连接。根据图2中所示出的实施例，伺服传动装置240实施为行星式伺服传动装置或行星传动装置。伺服传动装置240连接在电动马达230和角度传动装置250之间。
转向传动装置120具有与例如160毫米乘210毫米乘160毫米的安装空间相应的示例性尺寸。
图3示出图2中的转向传动装置120的示意图。在图3中，转向传动装置120以部分截面图示出。在此，从伺服传动装置240出发，也示出第一齿圈342，第二齿圈344，支架346和多个行星齿轮348中的一个行星齿轮。实施为行星传动装置或行星式伺服传动装置的伺服传动装置240具有多个行星齿轮348。这些行星齿轮348具有相同齿数和相同几何形状。第一齿圈342和第二齿圈344是相互独立的。此外，第一齿圈342和第二齿圈344具有不同的齿数。行星齿轮348与齿圈342和344啮合。行星齿轮348通过支架346与电动马达230耦接并且通过该电动马达能被驱动或已被驱动。
根据在这里所示出的实施例，行星式伺服传动单元或伺服传动装置240包括传统的行星传动链，该行星传动链具有两个齿圈342和344，这两个齿圈具有内齿部或内齿轮作为中心轮轴并且具有支架346或者说支架轴，该支架或者说支架轴通过电动马达230的扭矩被驱动。支架346例如包括三个环绕地布置的行星轮或者说行星齿轮348，每个行星轮与两个齿圈342和344或者说外齿轮啮合。产生的齿轮嵌合力由装配在行星轮销上的行星轮轴承来接收，其中，这些力被传递到支架346或者说行星轮支架上。第一齿圈342紧固在转向传动装置120的壳体上并且因此不能旋转。第二齿圈344通过轴毂连接部或类似方式直接与主轴252连接，并且该第二齿圈是伺服传动装置240的输出轴。
第一齿圈342的齿数略小于第二齿圈344的齿数，由此得出略大于1.0的正静止传动比。静止传动比的含义是，当支架轴固定并且一个中心轴驱动另一中心轴时的行星齿轮链特征比。在齿轮组配置给定的情况下，这导致了通过威利斯方程确定的高比例。对于有效的齿轮接触，伺服传动装置240的齿轮齿部可以设计为低损耗齿部，这种低损耗齿部为改进的效率提供延长的滑动或滑移。
第一齿圈342可以具有为53的齿数zH1，zH1＝53。第二齿圈344可以具有为55的齿数zH2，zH2＝55。每个行星齿轮348可以具有为23的齿数zP，zP＝23。电动马达230的扭矩例如可以为20牛米。伺服传动装置240的效率η例如可以为90.85％。在此，通过伺服传动装置240可以将例如512牛米的扭矩传递给主轴252。角度传动装置250的效率η例如可以是90％。角度传动装置250的传动比iBS例如可以是18，iBS＝18。总传动比iGES例如可以为495，iGES＝495。在此，从角度传动装置150传递给部段轴122的扭矩例如可以为8197牛米。
图4示出图2或图3中的转向传动装置120的部分局部的示意图。在图4中，以部分截面图示出转向传动装置120。图4中示出的转向传动装置120部分局部包括电动马达230、伺服传动装置240和主轴252的部分区段。
图5示出图2、图3或图4中的转向传动装置的示意图。在图5中，转向传动装置120以侧视图示出。尤其是，图5中的图示与图2中的图示相当，除了它们的视角不同。
图6示出图2、图3、图4或图5中的转向传动装置的示意图。在图6中，转向传动装置120以对电动马达230的俯视图示出。尤其，图6中的图示相当于图2或图5中的图示，除了它们的视角不同。在此，由图示决定地，从转向传动装置120出发明确地示出部段轴122和电动马达230。
图7示出根据一个实施例的转向传动装置120的示意图。在此，转向传动装置120以倾斜图示出。图7中的转向传动装置120相当于图2中的转向传动装置，除了伺服传动装置240实施为偏心传动装置、偏心式行星传动装置或者说行星式偏心传动装置。
转向传动装置120具有与例如180毫米乘235毫米乘180毫米的安装空间相当的示例性尺寸。
图8示出图7中的转向传动装置120示意图。图8中以部分截面图示出转向传动装置120。图8中的图示相似于图3中的图示。在此，从伺服传动装置240出发，也示出第一齿圈342，第二齿圈344和共同的行星齿轮348或行星齿轮对。共同的行星齿轮348与两个齿圈342和344啮合。在此，两个齿圈342和344之间的齿数差大于或等于1。共同的行星齿轮348偏心地装配在支架上，该支架通过电动马达230可驱动或被驱动。
实施为行星式偏心伺服传动单元或偏心传动装置的伺服传动装置240包括传统的行星传动链，该传统的行星传动链具有两个齿圈342和344或者说内齿轮作为中心轮轴以及支架或者说支架轴，该支架或者说支架轴通过电动马达230的扭矩被驱动。支架直接与电机或者说电动马达230的转子轴连接并且具有行星齿轮348，该行星齿轮与两个齿圈342和344啮合。产生的齿轮嵌合力通过装配在行星销上的行星轴承来接收，其中，这些力被传递给支架或者说行星架。第一齿圈342紧固在转向传动装置120的壳体上并且因此不能旋转。第二齿圈344通过轴毂连接部直接与主轴252连接并且该第二齿圈是伺服传动装置240的输出轴。
根据一个实施例，行星销与支架或者说支架轴的连接部实施为可调整的。因此，在装配期间，可以这样设定该偏心连接部，使得可以消除行星齿轮348与两个齿圈342和344中的一个齿圈之间的齿轮嵌合的齿隙。无齿隙的齿轮嵌合使得能够在没有扭矩中断的情况下改变伺服传动装置240的或转向传动装置120的旋转方向。
第一齿圈342的齿数略小于第二齿圈344的齿数，由此得出略大于1.0的正静止传动比。静止传动比的含义是，当支架轴是固定的并且一个中心轴驱动另一中心轴时的行星齿轮组特征比。在齿轮组配置给定的情况下，这导致通过威利斯方程确定的高比例。共同的行星齿轮348的齿数这样选择，使得内齿轮的齿数差大约为7或8。
第一齿圈342可以具有为28的齿数zH1，zH1＝28。第二齿圈344可以具有为29的齿数zH2，zH2＝29。共同的行星齿轮348可以具有为21的齿数zP，zP＝21。电动马达230的扭矩例如可以为20牛米。伺服传动装置240的效率η例如可以是92.85％。在此，通过伺服传动装置240可以将例如为534牛米的扭矩传递到主轴252上。角度传动装置250的效率η例如可以为90％。角度传动装置250的传动比iBS例如可以为18，iBS＝18。总传动比iGES例如可以为522，iGES＝522。在此，从角度传动装置150传递到部段轴122上的扭矩例如可以是8699牛米。
行星齿轮348的齿部几何形状为了与两个齿圈342和344的两个齿轮嵌合是相同的，这使得能够简单地制造行星齿轮348。与固定的、即第一齿圈342的齿轮嵌合位于行星齿轮348的齿轮齿部的上部区域中，而与第二齿圈344的齿轮嵌合则位于行星齿轮348的齿轮齿部的下部区域中，该第二齿圈与主轴252或者说主轴轴连接。为了避免干扰，行星齿轮348的齿部尖端在第二齿圈344的嵌合区域中旋转到较小直径，该第二齿圈与主轴252连接并且具有较高的齿数。为了有效的齿轮接触，齿轮齿部可以设计为低损耗齿部，该低损耗齿部为了改进的效率提供延长的滑动或滑移。
图9示出图7或图8中的转向传动装置120的示意图。在图9中以部分截面图示出转向传动装置120。图9中的图示相似于图4中的图示。图9中示出的转向传动装置120部分区段包括电动马达230、伺服传动装置240和主轴252的部分区段。
图10示出图7、图8或图9中的转向传动装置120的示意图。在图10中，转向传动装置120以侧视图示出。图10中的图示相似于图5中的图示。尤其是，图10中的图示相当于图7中的图示，除了它们的视角不同。
图11示出图7、图8、图9或图10中的转向传动装置120的示意图。在图11中，以对电动马达230的俯视图示出转向传动装置120。图11中的图示相似于图6中的图示。尤其是，图11中的图示相当于图7或图10中的图示，除了它们的视角不同。在此，由图示决定地，从转向传动装置120出发明确地示出部段轴122和电动马达230。
参照上述附图应注意，根据转向传动装置120的一个实施例，至少一个行星齿轮348和/或齿圈342和344的齿部区域也可以成型为具有型廓变位。
附图标记列表
100 车辆
110 转向系统
112 方向盘
114 转向柱
116 转向摇臂
120 转向传动装置
122 部段轴
221 输入轴
230 电动马达
240 伺服传动装置
250 角度传动装置
252 主轴
254 球形螺母
256 齿部区段
342第一齿圈
344 第二齿圈
346 支架
348 行星齿轮

Claims (10)

1.一种用于车辆(100)的机电转向系统(110)的转向传动装置(120)，其中，所述转向传动装置(120)具有电动马达(230)、伺服传动装置(240)和角度传动装置(250)，所述角度传动装置用于将所述转向系统(110)的转向柱(114)与所述转向系统(110)的转向摇臂(116)连接，其特征在于，所述角度传动装置(250)是机械式被驱动的循环球传动装置，所述循环球传动装置具有球形螺母(254)，该球形螺母与所述转向传动装置(120)的与所述转向摇臂(116)可连接或已连接的部段轴(122)处于嵌合中，其中，所述循环球传动装置的主轴(252)是连续的，其中，所述主轴(252)在一侧与所述伺服传动装置(240)的输出轴连接，其中，所述伺服传动装置(240)通过所述电动马达(230)可驱动或被驱动。
2.根据权利要求1所述的转向传动装置(120)，其特征在于，所述伺服传动装置(240)是行星传动装置，其中，所述行星传动装置具有带有相同的齿数和几何形状的行星齿轮(348)，其中，所述行星齿轮(348)与具有不同齿数的两个独立的齿圈(342，344)啮合，其中，所述行星齿轮(348)经由支架(346)通过所述电动马达(230)可驱动或被驱动。
3.根据权利要求1所述的转向传动装置(120)，其特征在于，所述伺服传动装置(240)是偏心式行星传动装置，其中，所述偏心式行星传动装置具有共同的行星齿轮(348)，其中，所述行星齿轮(348)与两个齿圈(342，344)啮合，其中，所述两个齿圈(342，344)之间的齿数差大于或等于1，其中，所述行星齿轮(348)偏心地装配在支架上，所述支架通过所述电动马达(230)可驱动或被驱动。
4.根据权利要求3所述的转向传动装置(120)，其特征在于，所述行星齿轮(348)的尖端以根据嵌合横截面被切割去的方式成型出。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的转向传动装置(120)，其特征在于，所述行星齿轮(348)可调整地装配在支架上，以设定所述行星齿轮(348)和所述两个齿圈(342，344)中的至少一个齿圈之间的齿轮嵌合的齿隙。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的转向传动装置(120)，其特征在于，所述至少一个行星齿轮(348)的齿部区域和/或所述齿圈(342，344)的齿部区域成型为具有型廓变位。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转向传动装置(120)，其特征在于，所述循环球传动装置的球形螺母(254)具有线性导向装置，所述线性导向装置构造为用于，接收通过所述部段轴(122)和所述球形螺母(254)之间的啮合被引入的径向载荷。
8.根据权利要求7所述的转向传动装置(120)，其特征在于，所述线性导向装置实施为滑动轴承，尤其是多层滑动轴承或塑料滑动轴承。
9.根据权利要求7所述的转向传动装置(120)，其特征在于，所述线性导向装置实施为滚子轴承、尤其是滚针轴承或实施为滚针轴承和滚子轴承的组合。
10.一种车辆(100)的机电转向系统(110)，其中，所述转向系统(110)具有转向柱(114)和转向摇臂(116)，其特征在于，设置根据前述权利要求中任一项所述的转向传动装置(120)，其中，所述转向柱(114)和所述转向摇臂(116)借助所述转向传动装置(120)相互连接。
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