CN114641421A - 用于机动车辆的转向装置的反馈致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的转向装置(1)的反馈致动器(2)，包括壳单元(3)，壳单元具有能够附接至机动车辆的外壳(31)，在该外壳中接纳有内壳(32)以便能够沿纵向方向可伸缩地进行调节，其中转向主轴(33)以可旋转的方式绕纵向轴线(L)安装，其中，驱动单元的电动马达(6)布置在壳单元(31)的内部中，该电动马达具有固定至壳单元(31)的定子(61)以及能够旋转地驱动的转子(62)，该转子具有与纵向轴线(L)同轴的转子轴(63)，该转子轴经由传动装置(7)联接至转向主轴(33)。为了提高操作性能和设计适应可能性，根据本发明，定子(61)固定至外壳(31)。

Description

用于机动车辆的转向装置的反馈致动器

现有技术

本发明涉及用于机动车辆的转向装置的反馈致动器，包括壳单元，壳单元具有能够附接至机动车辆的外壳并且在外壳中接纳有内壳，以使其可以沿纵向方向可伸缩地进行调节，在该内壳中安装有转向主轴，以使其能够绕纵向轴线旋转，驱动单元的电动马达布置在壳单元的内部空间中，该电动马达具有固定在壳单元上的定子和能够被旋转地驱动的转子，并且转子具有经由齿轮机构联接至转向主轴的转子轴。

用于机动车辆的线控转向系统通过输入单元的方向盘的旋转接收驾驶员的手动转向指令、比如常规机械转向操作，该方向盘附接在转向主轴的驾驶员侧的后端部处。然而，转向主轴并非经由转向齿轮机械地连接至要转向的轮，而是与旋转角度和/或扭矩传感器相互作用，扭矩传感器检测引入的转向指令并将由此确定的电控制信号输出至转向致动器，该转向致动器借助于电动致动驱动器来设定轮的相应的转向锁定。

在线控转向系统的情况下，驾驶员不会经由转向线从转向轮接收直接物理反馈，而在常规机械联接的转向系统的情况下，该反馈被以取决于道路状况、车速、当前转向角和其他操作状态的方式反馈至方向盘作为反作用力或恢复扭矩。触觉反馈的缺失使驾驶员难以可靠地检测当前的驾驶状况并执行合适的转向操作，由此损害车辆转向能力并且因此损害驾驶安全。

为了产生真实的驾驶感受，现有技术中已知的是从实际的瞬时驾驶情况中检测出诸如车速、转向角、转向反作用扭矩等参数或者在模拟中计算出这些参数，并由此形成反馈信号，该反馈信号被馈送到反馈致动器中。反馈致动器被集成到输入单元中并且具有致动器单元，该致动器单元包括带驱动单元的手动扭矩致动器或方向盘致动器，该驱动单元经由转向主轴将与实际反作用扭矩相对应的恢复扭矩(反馈扭矩)以取决于反馈信号的方式耦合到方向盘中。这种类型的“力反馈”系统为驾驶员提供了就像在常规转向系统的情况下一样的真实驾驶情况的印象，这有助于直观的反应。

DE 10 2015 213 303 A1已经公开了一种如在开始处提及的通用类型的反馈致动器。该反馈致动器包括具有内壳(也称为内套管或内部套管)的壳单元，在该内壳中安装有转向主轴，以使其能够绕纵向轴线旋转，在该转向主轴的面向驾驶员的后(关于驾驶方向)端部处附接有方向盘。内壳接纳在外壳(也称为外套管或导引支架)中，以使其能够沿纵向方向、即沿纵向轴线的方向以可伸缩的方式轴向地移位。因此，方向盘可以进行长度调节，并且内壳可以朝向行驶方向的前方尽可能远地缩回到外壳中，以便使转向柱能够尽可能紧凑地收纳在车辆内部隔室中，例如在自动驾驶操作期间。

致动器的驱动单元包括电动马达，电动马达与齿轮机构一起以节省安装空间的有利紧凑布置方式关于纵向轴线同轴地容置在壳单元中。在此，定子轴向且非旋转地固定在内壳中。由于内壳内的已知布置方式，因此在调节和收起期间，整个驱动单元与内壳一起相对于外壳轴向地移动。结果，在长度调节期间，需要使驱动单元的整个惰性质量加速，导致需要相对高的驱动功率以用于快速缩回和延伸。此外，供电线必须具有可移动的构型，以便能够在调节期间跟随内壳的相对运动。此外，内壳的内部空间中对于齿轮机构可用的安装空间受到严格限制，导致齿轮机构的设计受到限制并且/或者技术上变复杂。

考虑到上述问题，本发明的目的是提高操作性能和结构适应可能性。

发明内容

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的反馈致动器来实现。从属权利要求产生了有利的改进。

在用于机动车辆的转向装置的反馈致动器的情况下，包括壳单元，壳单元具有能够附接至机动车辆的外壳并且内壳接纳在外壳中，以使其可以沿纵向方向可伸缩地调节，转向主轴安装在该内壳中，以使其能够绕纵向轴线旋转，驱动单元的电动马达布置在壳单元的内部空间中，该电动马达具有固定在壳单元上的定子和能够被旋转地驱动的转子，并且转子具有经由齿轮机构联接至转向主轴的转子轴，根据本发明所提出的，定子固定在外壳上。

转子轴优选地相对于纵向轴线以同轴或轴向平行的方式定向。

由于定子的根据本发明的固定，马达优选地相对于纵向轴线以同轴或轴向平行的方式布置在外壳中，并且沿纵向方向、即轴向地并以相对于绕纵向轴线的旋转非旋转的方式紧固。如在现有技术中形成基础的有利的紧凑的总体设计可以通过将马达容置在壳单元中来实现。然而，由于驱动单元不是如先前固定于在调节期间移动的内壳上，而是替代固定于固定的外壳上，因此移动质量减小并且可以通过相对较低的驱动功率实现更加快速的调节。

由于马达固定地附接至壳单元，在调节期间不需要可以空间地移动的电线，使得提高了运行可靠性并且降低了生产和组装的复杂性。

根据本发明，驱动单元的马达附接在外壳内。连接至马达轴的齿轮机构确实也可以布置在外壳内，但并不是必须如此。特别地，不需要将齿轮机构容置在内壳内的紧密内部空间内。可以特别有利的是，齿轮机构至少部分地布置在外壳的内部空间的外部。因此，可以提供不受外壳或内壳的内部空间的尺寸限制的更大量的安装空间。由于不需要高度耐用、小型化的构造，因此可以降低构造和制造的复杂性。

定子可以固定在界定外壳的内部空间的内侧部上，例如，固定在壳面或轴向端侧部上。可以构造可释放或不可释放的连接，其可以针对较低的制造和组装复杂性进行优化。可以优选地使用形状配合地锁定和/或一体地连结的连接方式，例如螺钉连接、铆接连接、粘合结合或焊接结合、或者凸缘连接、嵌缝连接等连接方式。

外壳和/或内壳优选地至少部分地具有管状构型。管状构型应当理解为意指所有的中空轮廓，而不限于圆筒形横截面。例如，如本身已知的，具有圆形或非圆形横截面、例如三角形、正方形、六边形、八边形或多边形的横截面的外壳管或内壳管可以用作外壳管和内壳管。

在一个有利的改进中可以提供的是，在外壳与内壳之间布置有另外的壳管作为中间壳管，该另外的壳管可以相对于外壳和内壳进行调节。这种类型的布置方式也称为多重伸缩式布置结构。还可以提供有另外的壳管。

一个有利的实施方式是，马达具有比内壳的内横截面更小的外横截面。马达的外横截面通常与定子的外横截面对应。由于其小于内壳的轴向敞开的内横截面，为此，该内壳因此可以优选地构造为内壳管，因此在内壳被完全或至少部分地推动到外壳中的缩回状态中，马达可以至少部分地浸入到内壳的内部空间中。因此，壳单元可以具有特别紧凑的设计。

可以提供的是，在马达与外壳之间构造有同轴的中间空间，内壳可以接纳在该中间空间中。中间空间位于马达的定子与外壳的内侧部之间并且至少部分地沿马达的纵向方向延伸。中间空间提供了轴向运动空间，在轴向方向上的调节期间，可以将内壳推压到轴向运动空间中。在此，中间空间具有环状构型。马达可以优选地具有比于端侧部敞开的内套管的浸入到外壳中的前端部处的内横截面更小的外横截面。由于在沿纵向方向将内壳推动到外壳中期间，马达可以从前方轴向地浸入到内壳管中，因此可以实现壳单元的最大压缩收起位置中的较短长度。

可以提供的是，驱动单元经由轴装置联接至转向主轴，其长度可以沿纵向方向改变。由驱动单元产生的扭矩经由轴装置被传递至转向主轴。由于可调节长度轴装置，因此可以补偿外壳与内壳之间的能够在调节期间改变并且在壳单元的不同调节状态下不同的轴向间距，使得在壳单元的每个纵向设定中确保了扭矩的传递。在可以使用本身已知的可变长度轴装置、例如伸缩式花键轴或非圆形轴的情况下，在每种情况下，具有非圆形横截面的内轴以扭矩传递的方式接合到中空轴或外轴的相应的内横截面中，以使其能够轴向地移位。在本发明的情况下，例如，转向主轴具有中空轴，可以由驱动单元旋转地驱动的内轴接合到该中空轴中，或者反之亦然。与现有技术相比，轴装置的仅能够相对于外壳轴向地移动的一部分作为转向主轴的一部分安装在内壳中，因此内壳的全部移动质量在调节期间可以以有利的方式设计成相对较小。无论如何，该移动质量通常显著小于如在现有技术中驱动单元连接至内壳的情况。

可以优选地提供的是，马达布置在外壳的端部区域中，该端部区域在纵向方向上背对内壳。根据本发明，定子相应地固定在外壳的前部(沿行驶方向)区域中。因此，驱动单元可以从前端侧部安装在外壳上，优选地安装在外壳管上。简单的构造和简易的组装是有利的。此外，有利的可能性使得将齿轮机构附接在壳管外的端侧部上，例如将其凸缘连接至外壳管。

可以提供的是，齿轮机构至少部分地布置在外壳的内部空间的外部。因此，齿轮机构的外部尺寸、例如外横截面，可以大于外壳管的内横截面并且特别地可以大于内壳的甚至更小的内横截面。齿轮机构可以突出至外部超出外壳，并且可以例如容置在紧固至外壳的齿轮机构壳体中。例如，齿轮机构可以附接在外壳管的端侧部上，优选地轴向地附接在前端部处的前端侧部上、例如齿轮机构壳体中，马达轴可以联接至齿轮机构的同轴输入轴。在此有利的是，齿轮机构的总体设计和尺寸可以简单地适应于所需的传动性能以及车辆中可用的安装空间。例如，即使在不同的齿轮机构设计、带传动设计、行星齿轮机构设计或其他齿轮机构设计中，也可以实现单级、两级或多级齿轮机构。使用无级变速传动同样也是可以设想并且可能的。在此，可以简单地将具有不同特性的齿轮机构安装在壳单元上以适应于不同的车辆类型和用途。因此，增加了制造的灵活性。

可以提供的一个有利的改进是，转子轴构造为中空轴并且联接至转向主轴，齿轮机构的输出轴或转向主轴被同轴地导引通过该中空轴。相对于纵向轴线同轴的转子轴可以连接至齿轮机构的输入轴，例如穿过外壳的开口、例如穿过外壳管的前端侧部轴向开口而连接至齿轮机构的输入轴。齿轮机构可以附接在外壳管的前端部处，例如，如在上面描述的实施方式中，输入轴联接至转子轴。输入轴经由传动特定齿轮机构构件、比如中间齿轮、中间轴等与输出轴相互作用。输出轴同样相对于纵向轴线同轴地布置，并且穿过构造为中空轴的转子轴而被轴向地向内导引到外壳中，并且连接至转向主轴，或者转向主轴的轴部分穿过转子轴而被朝向外部导引出外壳并联接至输出轴。通过转子轴和输出轴的同轴布置方式可以实现特别紧凑的总体设计。

电气控制单元可以附接至外壳或者齿轮机构壳体。该电气控制单元可以具有用于操作马达的电气控制和连接装置。以这种方式可以有利地构造紧凑的总体设计。

可以具有单级或多级构型的齿轮机构优选地可以具有1:3与1:25之间、特别优选地1:5与1:15之间的传动比(总传动比)。例如，可以构造为单级或多级正齿轮机构、带传动或其他齿轮机构。可以有利的是，齿轮机构具有可释放或不可释放地连接至外壳的齿轮机构壳体。因此，齿轮机构可以作为齿轮机构组件进行提供并简单地安装。还可以想象并且可能的是，提供具有适于不同用途的传动性能的不同的齿轮机构组件，这些齿轮机构组件可以根据需要安装在壳单元上以实现不同的反馈特性。

可以提供的是，在内壳与外壳之间布置有机动调节驱动器。调节驱动器优选地包括作用在内壳与外壳之间的线性驱动器。因此，可以进行壳单元的机动长度调节。例如，调节驱动器可以具有能够通过电动致动马达进行驱动并作用于内壳和外壳上的旋转式或柱塞式主轴驱动器。

为了附接在机动车辆中，可以提供的是，壳单元由可以连接至车身的支承单元保持。支承单元用于保持壳单元，具体地，将外壳相对于机动车辆车身沿纵向方向固定。为了进行高度调节，壳单元可以附接成使其可以相对于支承单元沿横向于纵向轴线的竖向方向进行调节，以便能够相对于驾驶员的位置来设定方向盘的高度。高度调节可以通过使壳单元绕支承单元中的水平枢转轴线枢转进行，确切地说，手动地进行或者同样借助于机动致动驱动器以与在前文中对于长度调节所描述的类似的方式进行。

附图说明

在下文中将基于附图对本发明的有利实施方式进行更详细地说明，详细地，在附图中：

图1以示意性立体图示出了具有根据本发明的反馈致动器的用于机动车辆的转向装置，

图2以另一立体图示出了根据图1的转向装置，

图3示出了根据图1或图2的转向装置的纵向部段，

图4以部分打开的示意图示出了如在图2中以立体图所示的转向装置，以及

图5以部分打开的局部示意图示出了如在图1中以立体图所示的转向装置。

具体实施方式

在不同的附图中，总是为相同的部件提供相同的附图标记，并且因此，相同的部件通常在每种情况下也仅被命名或提及一次。

图1和图2示意性地示出了具有根据本发明的反馈致动器2的呈可调节长度转向柱的形式的用于机动车辆(未示出)的转向输入设备1的外部立体图。详细地，图1示出了从左后方(关于行驶方向)倾斜观察的视图，并且图2示出了从左前方、即与行驶方向相反的同一侧倾斜观察的视图。

反馈致动器2具有壳单元3，壳单元3具有大致呈管状的外壳31(也称为外套管或导引支架)，外壳31朝向后方敞开并且在外壳31中关于纵向轴线L同轴地接纳有管状的内壳32(也称为内套管或内部套管)，该内壳32能够在纵向方向上沿中心纵向轴线L的方向或者以如通过双箭头所指示的轴向伸缩的方式进行移位。

转向主轴33安装在轴承34中以使其可以在内壳32中绕纵向轴线L旋转。在面向驾驶员的位置的后端部处，转向主轴33具有用于附接方向盘(未示出)的接纳部段35。

转向主轴33构造为具有内轴36的可变长度轴，内轴36具有接纳部段35并且安装在轴承34中，该内轴36以扭矩传递和可轴向移位的方式浸入中空轴37中。内轴36和中空轴37可以具有相应的非圆形横截面或纵向花键系统以用于以本身已知的方式传递扭矩。

支承单元4具有用于紧固至车辆的车身(未示出)的紧固开口41。在其前方区域中，外壳31连接至支承单元4以使其可以绕相对于纵向轴线L横向定向的水平枢转轴线S枢转。在后方区域中，枢转杆42铰接在外壳31和支承单元2上，导致壳单元3可以相对于支承单元4进行枢转，附接至接纳部段35的方向盘可以在高度方向H上进行高度调节，如通过双箭头所指示的。

在所示出的示例中构造为线性柱塞主轴驱动器的长度调节驱动器5包括可以由致动马达51旋转驱动的主轴螺母52，其沿纵向方向支承在外壳31上，并且平行于纵向轴线L布置且沿纵向方向支承在内壳32上的螺纹主轴53接合到其中。通过借助于致动马达51的相对旋转，螺纹主轴53和主轴螺母52相对于彼此沿纵向方向移动，导致内壳32能够以伸缩的方式缩回或延伸以用于长度调节。

图5示出了壳单元3的纵向截面。反馈致动器2的电动马达6具有定子61，定子61同轴地环绕可以在其中被旋转地驱动的转子62。转子62具有转子轴63，转子轴63构造为中空轴并且关于纵向轴线L同轴地布置。马达6借助于下述事实连接至壳单元3：定子62在纵向方向上同轴地固定在外壳31的前方区域内部空间中并且相对于绕纵向轴线L的旋转以非旋转的方式固定。

在后端部处，齿轮机构7在内部空间外的端部侧紧固至外壳31。齿轮机构7具有齿轮机构壳体71，如所示出的，齿轮机构壳体71紧固在外壳的前轴向开口上。在此，如在所示的示例中，定子61可以轴向地连接至壳体71的面向外壳31的端壁，使得马达6被定位并固定在内部空间中。转向主轴33以可旋转的方式布置在转子轴63内，中空轴37被轴向地导引穿过转子轴63且转子轴63与中空轴37不发生接触。

转子轴63从外壳31的内部空间轴向地向后突出并且联接至齿轮机构7的输入齿轮72，该输入齿轮72相对于纵向轴线L同轴地安装并且构造为正齿轮。从图3和图4的示意性立体图中可以看出，其中，为了提高清晰度省略了齿轮机构壳体71，输入齿轮72与第一中间齿轮73啮合，第一中间齿轮73从纵向轴线L偏心地安装并且固定地连接至具有较少齿数的第二中间齿轮74以用于共同旋转，第二中间齿轮74接合到输出齿轮75中。

输出齿轮75相对于纵向轴线L同轴地安装并且经由中空轴37以扭矩传递的方式联接至转向主轴33。

通过马达6进行致动的转子62的旋转经由齿轮机构7而转换成输出齿轮75的逐级降低的、较慢的旋转，并且因此转换成转向主轴33的逐级降低的、较慢的旋转。通过齿轮72、73、74和75的齿数确定的传动比可以在1:3至1:25的范围内，优选地在1:5至1:15的范围内。如从所示的示例中可以看出，齿轮机构7具有大于外壳31的内横截面的外横截面。在此，通过将马达6集成到外壳31的内部空间中以及齿轮机构7的端部侧布置方式，还是可以实现紧凑的形状和对机动车辆中可用的安装空间的优化适应。

定子61并且因此马达6优选地具有小于内壳32的内径D的外径d，导致马达6具有小于内壳31的内横截面的外横截面。因此，在壳单元3的收缩期间，即，在图5中从左到右，内壳32可以沿纵向方向浸入到同轴的中间空间38中，中间空间38形成在马达6与外壳31的内壁之间。因此，可以实现较短的收起长度。

齿轮机构壳体71可以可释放地或不可释放地连接至外壳31。该连接可以借助于一体地连结和/或形状配合地锁定和/或非形状配合的连接进行。

用于致动马达6的电气控制单元8可以附接至齿轮机构壳体71。还可以设置成使得控制单元8同样地致动长度调节驱动器5。

为了沿竖向方向H进行高度调节，可以提供高度调节驱动器9，高度调节驱动器9原则上可以具有与作为主轴驱动器的长度调节驱动器5类似的构型，并且可以例如作用在外壳31与枢转杆42之间或者以一些其他方式作用在壳单元3与支承单元4之间。

附图标记列表

1 转向输入设备

2 反馈致动器

3 壳单元

31 外壳

32 内壳

33 转向主轴

34 轴承

35 接纳部段

36 内轴

37 中空轴

38 中间空间

4 支承单元

41 紧固开口

42 枢转杆

5 长度调节驱动器

51 致动马达

52 主轴螺母

53 螺纹主轴

6 马达

61 定子

62 转子

63 转子轴

7 齿轮机构

71 齿轮机构壳体

72 输入齿轮

73、74 中间齿轮

75 输出齿轮

8 控制单元

9 高度调节驱动器

D、d 外径

L 纵向轴线

S 枢转轴线

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的转向装置(1)的反馈致动器(2)，包括壳单元(3)，所述壳单元(3)具有能够附接至机动车辆的外壳(31)并且内壳(32)接纳在所述外壳(31)中，使得所述内壳(32)能够沿纵向方向可伸缩地调节，转向主轴(33)安装在所述内壳(32)中，使得所述转向主轴(33)能够绕纵向轴线(L)旋转，在所述壳单元(31)的内部空间中布置有驱动单元的电动马达(6)，所述电动马达(6)具有固定在所述壳单元(31)上的定子(61)以及能够被旋转地驱动的转子(62)，并且所述转子(62)具有经由齿轮机构(7)联接至所述转向主轴(33)的转子轴(63)，

其特征在于，

所述定子(61)固定在所述外壳(31)上。

2.根据权利要求1所述的反馈致动器，其特征在于，所述外壳(31)和/或所述内壳(32)至少部分地具有管状构型。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的反馈致动器，其特征在于，所述马达(6)具有比所述内壳(31)的内横截面更小的外横截面。

4.根据前述权利要求中的一项所述的反馈致动器，其特征在于，在所述马达(6)与所述外壳(31)之间构造有同轴的中间空间(38)，所述内壳(32)能够接纳在所述中间空间(38)中。

5.根据前述权利要求中的一项所述的反馈致动器，其特征在于，所述驱动单元(6、7)经由轴装置(36、37)联接至所述转向主轴(33)，所述轴装置(36、37)的长度能够在所述纵向方向上改变。

6.根据前述权利要求中的一项所述的反馈致动器，其特征在于，所述马达(6)布置在所述外壳(31)的端部区域中，所述端部区域在所述纵向方向上背对所述内壳(32)。

7.根据前述权利要求中的一项所述的反馈致动器，其特征在于，所述齿轮机构(7)至少部分地布置在所述外壳(31)的内部空间的外部。

8.根据前述权利要求中的一项所述的反馈致动器，其特征在于，所述齿轮机构(7)在端侧部上附接至所述外壳(31)。

9.根据前述权利要求中的一项所述的反馈致动器，其特征在于，所述转子轴(63)构造为中空轴并且联接至所述转向主轴(33)，所述齿轮机构(7)的输出轴或所述转向主轴(33)被同轴地导引穿过所述中空轴。

10.根据前述权利要求中的一项所述的反馈致动器，其特征在于，所述齿轮机构(7)具有在1:3与1:25之间的传动比。

11.根据前述权利要求中的一项所述的反馈致动器，其特征在于，在所述内壳(32)与所述外壳(31)之间布置有机动调节驱动器(5)。

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