CN115087582A - 用于商用车的机电式双回路转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于商用车的机电式双回路转向装置，该机电式双回路转向装置具有两个转向装置(1a，b)，这两个转向装置分别包括驱动单元(4)，用以操纵用于所述商用车的车轮(6a，b，c，d)各自的转向连杆(5a，b)，其中，每个驱动单元(4)具有各自的电动马达(7)，其中，所述双回路转向装置具有主电流供给部(8)，用以给所述电动马达(7)供给能量，其特征在于，所述双回路转向装置具有至少一个紧急电流供给部(9)，用以在所述主电流供给部(8)失效时给至少一个电动马达(7)供给能量。

Description

用于商用车的机电式双回路转向装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于商用车的机电式双回路转向装置以及一种商用车。
背景技术
为了商用车的转向，通常使用液压式双回路转向装置。这种双回路转向装置由两个用于对应各自的转向轴的转向装置组成，其中，驾驶员的转向力被液压辅助。在正常运行中，两个转向装置由液压泵提供液压辅助，该液压泵由车辆的主发动机驱动。为了冗余设计，与行驶有关地被驱动的紧急转向泵是必要的，在主发动机失效时切换到该紧急转向泵。同时，两个转向轴中的一个与液压辅助断开，以便不使紧急转向泵过载。这即使在主发动机发生故障的情况下也确保了商用车的可转向性。
液压系统比电动转向辅助装置更复杂，因此电动辅助的转向装置越来越多地被使用。在这里，驾驶员的转向力由电动马达辅助，该电动马达与US20120241244A1一样地借助变速装置与真正的转向轴啮合。液压辅助的第一转向轴和电动操纵的第二转向轴的组合也是已知的。例如，在DE19910001A1中可以看到这种双回路转向装置。这使得能够省去通往商用车第二轴(通常是后轴)的液压管路。替代地，仅需要一个通往第二轴的电缆。
在自主行驶过程中也使用了完全省去了驾驶员和转向装置的机械耦合并且仅通过电动马达来操纵的转向装置。为此，DE102012212608A1中示出一种带有实施为空心轴的转子的电动马达，该空心轴直接驱动转向轴。因此，车辆可以在没有驾驶员干预的情况下控制转向装置，并且能够实现自主驾驶或独立干预车辆转向装置。
然而，如果在电动辅助或纯电动运行的转向装置的情况下，主电流供给部失效，就仅能在没有动力辅助的情况下艰难地转向车辆，或者根本无法转向。
发明内容
由该现有技术出发，本发明的任务是，更有效地确保用于商用车的机电式双回路转向装置的运行，以防失效。
关于具有权利要求1前序部分特征的机电式双电路转向装置，该任务由权利要求1的特征部分的特征来解决。关于商用车，该任务由具有权利要求14特征的商用车来解决。
对于本发明来说重要的是，在主电流供给部失效的情况下，紧急电流供给部被激活，该紧急电流供给部给至少一个转向装置供给电能，使得能够保持商用车的安全转向。这结合了液压双回路转向装置冗余设计的优点以及机电式双回路转向装置不那么费事且维修率低的优点。
根据本发明的机电式双回路转向装置用于商用车，并且包括两个转向装置，这两个转向装置分别具有驱动单元，用以操纵用于商用车车轮的各个转向连杆。这两个转向装置优选安装在商用车的两个不同的车轴上。由此，改善了商用车的行驶行为并且减少了转弯半径。例如，车轮的转向杆可以与各个车轮的轮毂啮合并且因此使车轮围绕旋转轴线转动，使得能够实现车辆转向。在此，第一轴的车轮可以在与第二轴的车轮相同的方向上转动，使得可以在更高的速度下实现改进的驾驶行为。两个轴的车轮也可以相反地转动，使得在低速时也可以实现较小的转弯半径。
根据本发明，转向装置的每个驱动单元包括各自的电动马达。此外，根据本发明的双回路转向装置包括主电流供给部，用以给电动马达供给电能。电动马达可以操纵转向装置的转向轴。在此，电动马达可以直接接合到转向轴，或借助传动装置与该转向轴连接。同样能想到其他耦接方式。电动马达可以使转向轴摆转，其中，摆转运动通过转向装置的转向传动装置被转换成转向连杆的转向杆的平移运动。通过这种方式，车轮的转向连杆被操纵。
该机电式双回路转向装置的特点在于，该双回路转向装置具有至少一个紧急电流供给部，用以在主电流供给部失效时给至少一个电动马达供电。如果商用车的主电流供给部失效，紧急电流供给部能够维持商用车的可转向性，其方式是，紧急电流供给部给转向装置的电动马达供给电能。因此，车辆可以例如安全地停下，或者视紧急电流供给部的设计而定地可以继续不受干扰地运行。
不给所有电动马达供电可能是有利的，因此紧急电流供给部不会过载。例如，一个转向装置可以刚性地被调节并且仅另一转向装置可以用于商用车的转向。因此，双回路转向装置的优选实施方式的特点是，紧急电流供给部设置为用于仅给一个电动马达供给能量。
然而，如果紧急电流供给部允许，这两个转向装置也可以被供给以电能。因此，双回路转向装置的另一优选实施方式设置，双回路转向装置具有紧急电流供给部，用以在主电流供给部失效时给所有电动马达供电。为了使紧急电流供给部的系统保持得尽可能简单，并且不是所有构件都必须双重地实施，构建给转向装置的所有电动马达供给电能的紧急电流供给部可以是有利的。因此，仅必须从紧急电流供给部到相应的电动机设置电缆连接。在此，用于各个单独的转向装置的个别外围设备可以省略。
根据本发明的双回路转向装置的一个优选实施方式，该双回路转向装置的特点在于，双回路转向装置针对每个电动马达具有基本上独立的紧急电流供给部。在该变型中，为每个转向装置设置自身的紧急电流供给部。这具有以下优点，在主电流供给部失效时得到双回路转向装置的所有优点，例如改进的行驶行为。附加地，该双回路转向装置提供以下优点，甚至在失效时，紧急电流供给部还能使商用车保持可转向。
根据本发明的双回路转向装置的另一优选实施方式的特点在于，紧急电流供给部具有发电机，该发电机设置为用于，通过商用车的滚动被驱动，并且给这些电动马达中的至少一个供给能量。该变型设置附加的发电机，该发电机例如与商用车的驱动轴耦接，使得只要商用车车轮滚动则该发电机就转动，而与商用车的马达是否转动无关。因此，在行驶运行期间，即使在马达停机时也能确保电能的供给。在静止时，通过与缓冲存储器的组合也确保了对转向装置的临时电能供给，使得在静止时也可以进行转向辅助或转向，这将在下面详细地描述。
根据本发明的双回路转向装置的另一优选实施方式，该双回路转向装置的特点在于，紧急电流供给部具有能量存储器用以供给电动马达。进一步优选的是，紧急电流供给部设置为用于，保持能量存储器充电。优选地，该能量存储器是电容器。在这里，电容器构成在紧急运行中用于运行转向装置的能量源。视电容器大小而定地，转向装置可以在短时间内运行，用以使商用车立即安全地停车，或者在电容器较高的情况下，在较长时间中给转向装置供给电流，例如以便使商用车从道路转向到安全的停车地点。为了能够立即地切换到紧急电流供给部，电容器必须保持充电。
根据本发明的双回路转向装置的一个优选实施方式的特点在于，紧急电流供给部设置为用于，在主电流供给部失效时，通过使来自转向连杆的回位力再生来给能量存储器充电。如果商用车的车轮在行驶运行中发生偏转，则存在想要将车轮再朝中间位态推回的回位力。这种回位力可以通过再生被使用。为了操纵转向连杆，电动马达必须转动。当转向装置的回位力使转向轴反转时，电动马达强制地转动，并且能够以发电机运行模式再次产生电能。然后这些电能可以被利用，以便给电容器充电。因此，优选的是，电动马达设置为用于，在发电机运行中由于回位力而转动时给能量存储器充电。这使得或者能够延长可能的紧急电流运行，或者这可以被用于利用较小的电容将电容器设计得较小，以便使成本更低。此外，电容器通过其非常高的电流可以被快速充电，使得该电容器良好地适用于接收来自再生的能量。
按照根据本发明的双回路转向装置的一个优选实施方式，该双回路转向装置的特点在于，能量存储器具有蓄电池。如果根据上述变型，设置发电机，则能量存储器和尤其是蓄电池可以作为用于发电机的缓冲器，用以给电动马达供给能量。通过这种方式，转向装置被供给以能量。
可能的是，需要更高容量的能量存储器用于供给转向装置。优选地，蓄电池是锂离子、锂聚合物、铅或镍金属氢化物蓄电池。与电容器相比，这种蓄电池具有显著更大的容量，并且因此可以在较长时间地确保紧急电流供给。
按照根据本发明的双回路转向装置的另一优选实施方式，该双回路转向装置的特点在于，每个转向装置都有自己的、基本上封闭的转向壳体，并且在转向装置的至少一个转向壳体中布置紧急电流供给部和各自的驱动单元。通过这种结构方式，转向传动装置基本上由一个单元组成，使得不会产生转向装置的另外的更大的部件。然而不排除：转向装置的个别构件或紧急电流供给部位于转向器壳体以外。优选的是，能量存储器和尤其是电容器布置在转向壳体中。优选的是，发电机布置在转向壳体以外，例如布置在商用车的驱动轴上。
根据本发明的双回路转向装置的另一优选实施方式的特点在于，用于操纵转向连杆的力仅来自于各自的电动马达。如果车辆应能够例如自主地驾驶或独立地进行转向干预，转向系统应不仅能够加强驾驶员的转向力，而且此外能够仅由自己的力来操纵转向装置。因此，在这种情况下，用于操纵转向连杆的力也可以仅来自于电动马达。
按照根据本发明的双回路转向装置的一个优选实施方式，该双回路转向装置的特点在于，该双回路转向装置具有数据接口，用以通过高度自主的驾驶控制系统来操控电动马达，用以无驾驶员地运行商用车。这种高度自主的驾驶控制系统也被称为“高度自主驾驶系统(highly autonomous driving system)”。对于无驾驶员的行驶运行，需要在方向盘和转向装置上的各种传感器，以便感测和控制转向装置的当前状态。为此，在方向盘上需要数据接口，该数据接口可以处理例如转向角、转向力、马达参数、控制指令或类似数据。因此，高度自主驾驶系统能够访问、读取和控制转向装置。
按照根据本发明的双回路转向装置的另一优选实施方式，该双回路转向装置的特点在于，该双回路转向装置具有布置在商用车的方向选择元件上的传感器，该传感器感测应有转向角并将其传递给双回路转向装置的马达控制模块，该马达控制模块基于所感测的应有转向角来操控电动马达。车辆的方向选择元件、例如方向盘可以借助这些传感器来感测当前位态，并因此借助一个或多个传感器来感测应有转向角并将其传递给转向装置的马达控制模块。因此，控制模块可以将该应有转向角转换为马达控制信号，并且相应地操纵转向装置。以这种方式，商用车的方向选择元件和商用车的真正的转向装置之间不强制性地必须存在机械连接。优选地，应有转向角与实际转向角相比较。这改进了对转向装置电动马达的控制和调节，并导致更大的驾驶舒适性和更高的安全性。
根据本发明的双回路转向装置的一个优选实施方式的特点在于，各个电动马达为了操纵转向连杆包括线性促动器。为了可以省去借助于传动装置将电动马达的转动运动转换为平移运动，线性促动器是合适的。该线性促动器由于其结构类型决定地直接执行操纵转向连杆所需要的平移运动。优选的是，该线性促动器具有提升磁铁。这种结构类型与例如振动圈的结构类型相比具有以下优点，可以实现能够安全地操纵转向装置的、更简单的更高的调节力。与传动装置驱动相比，由于提升磁铁的直接驱动通常实现更高的调节速度和更短的调节时间。
根据本发明的双回路转向装置的另一优选实施方式的特点在于，各个电动马达具有实施为空心轴的转子，该转子与驱动单元的丝杠螺母抗扭地连接，该丝杠螺母设置为用于，驱动被驱动单元包括在内的丝杠主轴用以操纵转向连杆。该实施方式不需要在转向装置的电动马达和丝杠主轴之间的另外的传动装置。在这里，转子与丝杠螺母固定连接并因此直接驱动丝杠主轴。优点是，马达基本上是节省空间地围绕轴布置。
根据本发明的商用车的特点在于，该商用车包括根据本发明的机电式双回路转向装置。
根据本发明的机电式双回路转向装置的优选构型、特征和优点也适用于根据本发明的商用车，反之亦然。
附图说明
参照以下附图详细阐述本发明。这些附图仅应理解为示例性的并且本发明不应限于所示出的实施例中。
附图示出：
图1示出机电式双回路转向装置的概览图；
图2示出根据本发明的机电式双回路转向装置的第一实施例的转向装置的截面图；
图3示出根据本发明的机电式双电路转向装置的第二实施例的转向装置的截面图；和
图4示出根据本发明的机电式双电路转向装置的第三实施例的转向装置的俯视图。
具体实施方式
图1的图示示出用于商用车的机电式双回路转向装置的基本结构的概况。这种双回路转向装置具有两个转向装置1a、b，具体来说特定地是商用车的前转向轴2a和后转向轴2b各自的转向装置1a，b。同样示出，商用车的实施为方向盘的方向选择元件3，该方向选择元件以这里没有进一步示出的方式与转向装置1a、b电连接，转向杆5a、b将转向装置1a、b与各自的转向轴2a、b连接，以及车轮6a、b、c、d。这种结构适用于下面描述的所有实施例。在此，分别使用单个的转向装置1a、b，其中，但对应的其它转向装置1a、b相同地构造。
对于机电式双回路转向装置的第一实施例，具有驱动单元4的转向装置1a在图2中示出，其中，驱动单元4布置在转向装置1a的基本上封闭的转向壳体12中。在常规运行中，该驱动单元4的电动马达7由作为主电流供给部8的车载网络供给电能。此外，转向装置1a具有用于电动马达7的紧急电流供给部9的构造为电容10的能量存储器11。该紧急电流供给部9在主电流供给部8失效时给电动马达7供电。电动马达7的转子13构造有丝杠螺母14和丝杠主轴15，用以操纵各自的转向连杆5a、b。
图3中示出具有第二实施例的具有驱动单元4的转向装置1a。该第二实施例基本上相应于第一实施例，其中，然而在这里，电动马达7具有构造为提升磁铁的线性促动器16，用以操纵各自的转向装置5a、b。
最后，图4中示出具有第三实施例的驱动单元4的转向装置1a。在该实施例中，紧急电流供给部9不但具有构造为电容器10的能量存储器11，而且具有布置在转向壳体以外的发电机17。该发电机与车辆行驶有关地被驱动，在此给电动马达7供电并且给起到中间存储器作用的电容器10充电。通过这种方式，电容器10保持被充电。双回路转向装置的该实施例也具有马达控制模块18，给该马达控制模块传递应有转向角，该应有转向角已被方向选择元件3上的传感器感测到。马达控制模块18然后根据所感测的应有转向角操控电动马达7。通过这种方式实现了线控转向功能。此外，马达控制模块18也形成用于自主驾驶控制系统的数据接口19，使得能够实现商用车的无驾驶员运行。

Claims (14)

1.用于商用车的机电式双回路转向装置，该机电式双回路转向装置具有两个转向装置(1a，b)，这两个转向装置分别包括驱动单元(4)，所述驱动单元用以操纵用于所述商用车的车轮(6a，b，c，d)各自的转向连杆(5a，b)，其中，每个驱动单元(4)具有各自的电动马达(7)，其中，所述双回路转向装置具有主电流供给部(8)，用以给所述电动马达(7)供给能量，其特征在于，所述双回路转向装置具有至少一个紧急电流供给部(9)，用以在所述主电流供给部(8)失效时给至少一个电动马达(7)供给能量。
2.根据权利要求1所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，所述双回路转向装置针对每个电动马达(7)包括基本上独立的紧急电流供给部(9)。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，所述紧急电流供给部(9)具有发电机(17)，所述发电机设置为用于，通过所述商用车的车轮滚动而被驱动并且给至少一个电动马达(7)供给能量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，所述紧急电流供给部(9)具有能量存储器(11)，优选是电容器(10)，用以供给所述电动马达(7)，尤其是所述紧急电流供给部(9)设置为用于，保持所述能量存储器(11)充电。
5.根据权利要求4所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，所述紧急电流供给部(9)设置为用于，在所述主电流供给部(8)失效时，通过使来自所述转向连杆(5a，b)的回位力再生给所述能量存储器(11)充电。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，所述能量存储器(11)具有蓄电池，优选的是所述能量存储器(11)、尤其是蓄电池作为用于所述发电机(17)的缓存器，用以给所述电动马达(7)供给能量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，每个转向装置(1a，b)具有自己的、基本上封闭的转向器壳体(12)，并且在至少一个转向壳体(12)中布置所述紧急电流供给部(9)以及各自的驱动单元(4)，优选的是所述能量存储器(11)布置在所述转向壳体(12)中，尤其是所述发电机(17)布置在所述转向器壳体(12)以外。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，所述双回路转向装置具有紧急电流供给部(9)，用以在所述主电流供给部(8)失效时给所有电动马达(7)供给能量。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，用于操纵所述转向连杆(5a，b)的力仅来自于各自的电动马达(7)。
10.根据权利要求1至10中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，所述双回路转向装置包括数据接口(19)，用以通过自主驾驶控制系统操控所述电动马达(7)，所述自主驾驶控制系统用以实现所述商用车的无驾驶员运行。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，所述双回路转向装置具有布置在所述商用车的方向选择元件上的传感器，该传感器感测应有转向角并将其传递给所述双回路转向装置的马达控制模块(18)，该马达控制模块基于所感测的应有转向角来操控所述电动马达(7)，优选将预期的转向角与实际转向角相比较。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，各个电动马达(7)为了操纵所述转向连杆(5a，b)而包括线性促动器(16)，优选的是，所述线性促动器(16)具有提升磁铁。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的机电式双回路转向装置，其特征在于，各个电动马达(7)具有实施为空心轴的转子(13)，该转子与所述驱动单元(4)的丝杠螺母(14)固定连接，该丝杠螺母(14)设置为用于，驱动被所述驱动单元(4)包括在内的丝杠主轴(15)，用以操纵所述转向连杆(5a，b)。
14.商用车，其特征在于，该商用车具有根据权利要求1至13中任一项所述的机电式双回路转向装置。
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