CN115771558A - 用于机动车的转向系统的助力驱动装置和机动车的转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的转向系统的助力驱动装置(1)，包括能够绕其轴线(A)旋转地驱动的、具有蜗杆齿部(51)的蜗杆轴(5)，所述蜗杆齿部啮合到能够与转向轴(2)耦合的蜗轮(4)中，其中所述蜗杆轴(5)在壳体(3)中能够旋转地支承在至少一个轴承(7)中。为了在较小的制造和装配耗费的情况下实现更高的安全水平，本发明提出，壳体(3)具有带有限制孔(32)的中间壁(33)，蜗杆轴(5)延伸穿过该限制孔，其中，限制孔(32)以径向间隙环绕蜗杆轴(5)，并且限制孔(5)的通道横截面小于蜗杆齿部(51)的外径(D)。

Description

用于机动车的转向系统的助力驱动装置和机动车的转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的转向系统的助力驱动装置，包括能够绕其轴线旋转地驱动的、具有蜗杆齿部的蜗杆轴，蜗杆齿部啮合到能够与转向轴耦合的蜗轮中，其中，所述蜗杆轴在壳体中能够旋转地支承在至少一个轴承中。

背景技术

在机动车的助力转向系统中，除了由驾驶员作为转向指令通过在输入侧安装的方向盘引入到转向轴中的手动转向力矩之外，还将附加的辅助力矩耦合到转向系中，以便辅助用于车轮的转向回转的手动转向力矩。

在机电助力转向装置中，借助扭矩传感器，例如通过测量结合在转向轴的输入轴和输出轴之间的扭杆的相对扭转来检测手动转向力矩。根据所测量的转向力矩，在电控制单元中确定所需的助力辅助，并且相应地操控电助力驱动装置。调节驱动装置具有用于产生辅助力矩的电动马达，该辅助力矩耦合到转向轴中。

在所述类型的助力驱动装置中，辅助力矩通过蜗轮蜗杆传动装置耦合输入，该蜗轮蜗杆传动装置具有与马达的马达轴耦合的蜗杆轴，该蜗杆轴以其蜗杆齿部与蜗轮传动啮合。蜗轮与转向轴耦合，例如与输出轴耦合，该输出轴可以与转向传动机构的转向小齿轮连接，在转向传动机构中，转向小齿轮啮合到齿条中，该齿条将转向轴的旋转转换成转向横拉杆的平移运动并且由此转换成转向车轮的转向偏转。

在现有技术中，例如在EP 3 441 645B1中描述了一种这样的助力驱动装置。其中蜗杆轴以滚动轴承支承在壳体中，其中，滚动轴承的内环在蜗杆齿部之外的支承区段上力锁合地以压配合的方式固定在蜗杆轴上，并且外环压入壳体本体中。如果轴承中的一个例如由于松开与蜗杆轴或壳体的力锁合连接而失效，那么蜗杆齿部能够相对于蜗轮移动，使得传动机构锁止。由此触发的转向装置的锁止必须在任何情况下在安全方面被可靠地阻止。为了保证这一点，在已知的助力驱动装置中必须设置附加的安全措施，例如通过使用形状配合地接合的固定环等。然而，由此不利地需要附加的部件并且提高了制造和安装耗费。

发明内容

鉴于前述问题，本发明的目的是，在开头所述类型的助力驱动装置中以较低的制造和安装耗费实现较高的安全水平。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的转向系统用于机动车的转向系统的助力驱动装置和根据权利要求11的机动车的转向系统来实现。有利的改进方案由从属权利要求得出。

在一种用于机动车的转向系统的助力驱动装置中，包括能够绕其轴线旋转地驱动的、具有蜗杆齿部的蜗杆轴，蜗杆齿部啮合到能够与转向轴耦合的蜗轮中，其中，所述蜗杆轴在壳体中能够旋转地支承在至少一个轴承中，根据本发明规定，壳体具有带有限制孔的中间壁，所述蜗杆轴延伸穿过限制孔，其中，限制孔以径向间隙环绕蜗杆轴，并且限制孔的通道横截面小于蜗杆齿部的外径。

助力驱动装置包括蜗杆轴，蜗杆轴优选地可由电动马达驱动绕其轴线旋转，蜗杆轴以其蜗杆齿部以本身已知的方式与蜗轮的相应齿部啮合，蜗轮在安装状态抗扭地与转向轴连接。

根据本发明，在壳体内部在用于蜗杆轴的容纳腔中布置有中间壁，该中间壁横向于蜗杆轴的轴线并且具有限制孔，蜗杆轴穿过该限制孔。限制孔在轴向跟随蜗杆齿部的区段中环绕蜗杆轴，该区段没有蜗杆齿部，该区段具有比蜗杆齿部的在外部通过蜗杆齿部的环绕的蜗杆齿或螺纹齿测量的外径小的直径。

在正常的安装或运行状态中，蜗杆轴不接触中间壁。在蜗杆齿部和中间壁的朝向该蜗杆齿部的表面之间存在轴向间隙，并且在蜗杆轴的不具有蜗杆齿部的、相对于蜗杆齿部在轴向上相邻的区段(下面也被称为连接区段)和限制孔的内侧之间存在径向间隙。

通过使限制孔的与限制孔的开口直径对应的通道横截面小于蜗杆齿部的外径，使得该蜗杆齿部不能轴向穿过限制孔移动。即使轴承失效并且蜗杆轴在轴承中不再具有保持性和/或轴承在壳体中不再具有保持性，蜗杆轴的可能的轴向运动也通过如下方式受到限制，即，蜗杆齿部在径向上位于限制孔之外的边缘区域中轴向地抵靠中间壁并且停止。同时，蜗杆轴仅可以径向地，即横向于轴线运动到直至其被所述限制孔环绕的区段径向从内部止挡在所述限制孔的内侧上。由此也限制了蜗杆轴的可能的径向运动。

本发明的优点在于，即使轴承失效并且蜗杆轴不再能够轴向和/或径向地保持，蜗杆轴的轴向和径向的运动自由度也被有效地限制，从而保持了蜗杆齿部与蜗轮的传动啮合。由此，至少能够确保助力驱动装置的基本功能。在此，限制孔起到一种应急轴承的作用，其实现了蜗杆轴的继续旋转。由此，能够以有利的方式防止转向轴锁止，使得车辆保持可转向。这意味着显著的安全性收益。

蜗杆轴在限制孔内具有相对大的径向间隙，其可以在1mm或更大的数量级中，并且其构成前述的应急轴承的轴承间隙。该轴承间隙大到使得其在有限的运行时间仅实现不健全的功能，并且当在故障情况下在轴承失效的情况下激活应急轴承时，导致大的轴承噪声和不规则的相对运动和振动。这具有的优点是，故障的助力驱动装置在没有其他监控装置的情况下发出声学的和机械的报警信号，该报警信号可以由乘客或也可以自动地检测，以便使车辆受控地进入安全状态，例如驾驶员在轴承故障时由于本发明也可以在高速公路行驶时使车辆安全地运动至下一个出口，而不会对自己和其他人造成危险。

有利的是，中间壁与壳体一体地构造。这意味着，壳体件具有作为一体的元件的中间壁，该壳体件具有蜗杆轴的轴承中的至少一个或者具有用于这种轴承的至少一个保持装置或者轴承容纳部。这具有的优点是，除了壳体的根据本发明的结构性设计之外，不产生用于实现中间壁的附加的制造和安装耗费。

一种优选的构造方案规定，壳体具有铸件。在此，壳体可以具有基体，该基体包括容纳至少一个轴承的壳体本体，该壳体本体可以一体地以铸造方法、压铸方法或注塑方法由金属材料、例如铝合金或镁合金制成，或者也可以由塑料制成。这种铸造方法在相对小的耗费的情况下能够实现复杂的形状设计和合理的制造，从而能够顺利地实现根据本发明的中间壁连同限制孔的一体式集成。附加地或替代地，可以通过切削加工进行成型，例如用于优化前述应急轴承的支承面。

一个有利的实施方式可以规定，中间壁设置在蜗杆轴的在蜗杆齿部和轴承之间的连接区段中。蜗杆轴在蜗杆齿部的外部具有至少一个支承区段，所述支承区段容纳在轴承中并且相对于壳体可旋转地支承。支承区段优选可以构造为圆柱形。在支承区段和蜗杆齿部之间设置有连接区段，所述连接区段延伸穿过限制孔，并且由此构成上述的应急轴承。优选圆柱形的连接区段的直径根据本发明小于蜗杆齿部的外径，并且同样小于优选圆柱形的限制孔的直径，所述限制孔相应地以径向间隙环绕连接区段。

中间壁的轴向厚度小于连接区段的轴向长度，从而在中间壁的两侧存在相对于蜗杆齿部和相对于轴承的轴向间隙。

也可以想到并且可能的是，支承区段和连接区段过渡到彼此中。支承区段可以优选地具有相对于连接区段更小的或相同的直径。

蜗杆轴优选在连接区段的区域内相对于限制孔的内侧的径向间隙、以及中间壁与蜗杆齿部之间的轴向间隙优选被设定为，在轴承发生故障时，限制蜗杆轴相对于壳体的最大可能的径向和/或轴向位移，从而保持蜗杆齿部与蜗轮的传动啮合。由此，能够可靠地防止转向装置的锁死，并且能够继续进行助力辅助。

有利的是，限制孔和蜗杆轴在穿过限制孔的通道的区域中具有圆形的横截面。由于蜗杆轴被构造成圆柱形，例如在前述连接区段的区域中，并且限制孔也具有圆柱形的内部横截面，因此形成了轴颈轴承，其在结构上简单且紧凑，并且形成坚固的应急轴承。

优选可能的是，轴承具有滚动轴承。可以使用径向轴承作为滚动轴承，例如本身已知的球轴承或滚子轴承。滚动轴承的外环可以压入到壳体中或者以其他方式固定和紧固。滚动轴承的内环可以优选力锁合地固定在支承区段上，优选通过径向压紧在蜗杆轴的支承区段上。由此产生的压配合是一种经验证的标准连接方法，然而该方法具有如下原理上的缺点，即，尺寸公差严格并且表面粗糙度必须相对精确地限定，并且在此，必须将接合力保持和监控在狭窄的范围内。尽管如此，还保留了由于松开压配合引起轴承失效的剩余风险，其中，通过根据本发明的应急轴承功能可以避免潜在严重的间接损害。

可以规定，轴承相对于壳体是可移动的。为了提高运转平顺性，并且为了尽可能避免在由转向运动引起负载变化时产生噪音，已知的是，蜗杆在齿啮合的方向上以可横向于轴线相对于蜗轮在补偿装置中运动的方式支承并且为了产生无间隙的齿啮合而弹性预张紧。这种补偿装置例如可以具有可枢转地支承在壳体上的、弹簧加载的摇杆，轴承在摇杆中相对于枢转轴线保持有间隔，并且该摇杆通过枢转实现了横向于轴线的补偿运动。替代地，也可以实施实现了轴承横向运动的其他形式的滑动引导等。根据本发明，在这种实施例中优选地规定，蜗杆轴在限制孔内的径向间隙的尺寸使得蜗杆轴在运行中可能的补偿运动期间也不接触中间壁。

可能的是，蜗杆轴相对于蜗杆齿部在一侧或两侧地支承在壳体中。可以设置一个或两个轴承，其中优选地，根据本发明的中间壁仅布置在其中一个轴承与蜗杆齿部之间。由此可以使装配变得容易。为了实现尽可能无间隙的齿啮合，优选其中一个轴承可以横向于轴线相对于壳体移动，如前所述。

优选地，电动马达可以在驱动侧与蜗杆轴联接。马达可以以其马达壳体在驱动侧用法兰连接在助力驱动装置的壳体上，其中马达轴在驱动侧与蜗杆轴联接，必要时通过联轴器联接。

可以有利的是，中间壁相对于蜗杆齿部远离驱动侧地布置。在此，中间壁优选设置在远离驱动侧的轴承和蜗杆齿部之间。马达轴与蜗杆轴联接的驱动侧同样可以设置在壳体中的轴承中，或者支承在马达壳体中。远离驱动侧的布置实现了蜗杆轴在装配时沿轴线方向穿过限制孔，并且然后轴承例如通过压紧安装在从限制孔伸出的支承区段上。由此可以简化装配。

本发明的上述优点可优选地在用于机动车的转向系统中实现，所述转向系统包括转向轴和用于将辅助力矩耦合到转向轴中的马达助力驱动装置，其中，根据本发明，助力驱动装置根据上述实施方式构造，并且具有所述特征中的单个特征或组合。由此可以实现更高的运行和车辆安全性。

附图说明

下面根据附图对本发明的有利的实施方式进行详细解释。其中示出了：

图1以示意性透视图示出了根据本发明的助力驱动装置，

图2以示意性分解图示出了根据图1的助力驱动装置，

图3示出了根据图1和图2的助力驱动装置的横截面，

图4示出了从图3上方观察的穿过根据图1和图2的助力驱动装置的纵截面。

具体实施方式

在不同的附图中，相同的部件始终设有相同的附图标记，并且因此通常也分别仅命名或提及一次。

图1示出了处于组装状态的根据本发明的助力驱动装置1，图2示出了分解图。

助力驱动装置1构造用于将辅助力矩耦合到可围绕其纵轴线L旋转的转向轴2中。

助力驱动装置1具有壳体3，在壳体3中以可绕纵轴线L旋转的方式支承有与转向轴2抗扭地连接的蜗轮4。此外，蜗杆轴5围绕横向于纵轴线L的轴线A可旋转地支承在壳体3中。蜗杆轴5具有蜗杆齿部51，蜗杆齿部在其长度的一部分上(在关于轴线A的轴向方向上测量)延伸，并且啮合到蜗轮4的在外部环绕的齿部中以形成本身已知的蜗杆传动装置。

在驱动侧或马达侧，蜗杆轴5与示意性示出的电动马达6的未示出的马达轴旋转锁合地联接，蜗杆轴5可由马达绕轴线A旋转地驱动。经由与蜗轮4的传动啮合，辅助力矩可相应地被引入到转向轴2中。

图3示出横向于纵轴线L穿过助力转向装置沿着轴线A的横截面，并且图4示出同样沿着轴线A相对于图3从上方观察的沿着纵轴线L方向的剖视图。

在蜗杆轴5的远离驱动侧的(远离马达的)支承区段52中，构造为径向滚动轴承的轴承7压紧，即在此未详细示出的内环以本身已知的方式以压配合力锁合地与支承区段53连接。轴承7安装到摇杆71中，该摇杆可绕基本上平行于轴线A的枢转轴线S枢转地安装在壳体3上。由此，蜗杆轴5能够相对于蜗轮4运动，如在图2中用箭头所示，并且在该方向上通过弹簧72弹簧加载，使得蜗杆齿部51与蜗轮4无间隙地保持齿啮合。

在蜗杆齿部51和支承区段52之间，蜗杆轴5具有连接区段53，所述连接区段53轴向地穿过中间壁33中的限制孔32，如在图3和图4中可见。

中间壁33横向于轴线A延伸，限制孔32优选具有圆形的内横截面，该内横截面具有设定的内径d。

同轴地布置在所述限制孔32内部的连接区段53优选同样具有圆形的横截面，该横截面具有小于所述限制孔32的内径的外径。由此形成径向间隙，所述径向间隙能够为1mm或更大的数量级。优选地，间隙的尺寸至少确定为使得在常规运行中、例如在负荷变换时通过摇杆71的枢转引起的径向补偿运动中，连接区段53不从内部止挡在限制孔32的内壁上。

限制孔32的内径d小于蜗杆齿部51的外径D。

在图3和图4所示的正常运行状态下，中间壁33在轴线A的方向上与蜗杆齿部51轴向间隔开，即存在轴向间隙。在中间壁33的另一侧上，相对于轴承7同样存在轴向间隙。

在驱动侧(＝马达侧)，蜗杆轴5具有第二支承区段54，所述第二支承区段支承在第二轴承72中，所述第二轴承同样构造为滚动轴承，所述滚动轴承的外环压入到壳体3中。轴承72可以补偿轴线A的倾斜，该倾斜可能在轴承7的补偿运动中出现，补偿方式是，该轴承72例如构造为调心滚子轴承。

如果轴承7例如由于松开与蜗杆轴5的力锁合的连接而失效，那么蜗杆轴5在轴向上仅能够如此程度地在壳体3中沿远离驱动侧的方向运动，直至蜗杆齿部51在限制孔32的径向外部轴向地抵靠到中间壁33上。在此，蜗杆轴5在径向上仅能够如此程度地横向于轴线A偏移，直至连接区段53径向地从内部抵靠在限制孔32的内侧上。蜗杆轴5的可能的运动由此不仅在轴向上而且在径向上有效地被限制。在此，连接区段53和限制孔32形成简单的轴颈轴承，其作为应急轴承实现了蜗杆轴5的继续旋转，并且由此确保了车辆的可转向性。

径向和轴向的间隙设定为，使得在蜗杆轴5止挡时，蜗杆齿部51继续保持与蜗轮4传动啮合。

壳体3连同中间壁33在内优选可以一体地构造为铸件，其可以以浇铸方法、压铸方法或注塑方法由金属材料、例如铝合金或镁合金制成，或者也可以由塑料制成。

附图标记说明

1助力驱动装置

2转向轴

3壳体

32限制孔

33中间壁

4蜗轮

5蜗杆轴

51蜗杆齿部

52支承区段

53连接区段

54支承区段

6马达

7轴承

71摇杆

72轴承

L纵轴线

A轴线

S枢转轴线

Claims (11)

1.用于机动车的转向系统的助力驱动装置(1)，包括能够绕其轴线(A)旋转地驱动的、具有蜗杆齿部(51)的蜗杆轴(5)，所述蜗杆齿部啮合到能够与转向轴(2)耦合的蜗轮(4)中，其中所述蜗杆轴(5)在壳体(3)中能够旋转地支承在至少一个轴承(7)中，

其特征在于，

所述壳体(3)具有带有限制孔(32)的中间壁(33)，所述蜗杆轴(5)延伸穿过所述限制孔(32)，其中所述限制孔(32)以径向间隙环绕所述蜗杆轴(5)，并且所述限制孔(5)的通道横截面小于所述蜗杆齿部(51)的外径(D)。

2.根据权利要求1所述的助力驱动装置，其特征在于，所述中间壁(33)与所述壳体(3)一体地构造。

3.根据前述权利要求中任一项所述的助力驱动装置，其特征在于，所述壳体(3)具有铸件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的助力驱动装置，其特征在于，所述中间壁(33)在所述蜗杆轴(5)的连接区段(53)中布置在所述蜗杆齿部(51)和轴承(7)之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的助力驱动装置，其特征在于，所述限制孔(32)和所述蜗杆轴(5)在穿过所述限制孔(32)的通道的区域中具有圆形的横截面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的助力驱动装置，其特征在于，所述轴承(7)具有滚动轴承。

7.根据前述权利要求中任一项所述的助力驱动装置，其特征在于，所述轴承(7)能够相对于所述壳体(3)移动。

8.根据前述权利要求中任一项所述的助力驱动装置，其特征在于，所述蜗杆轴(5)关于所述蜗杆齿部(51)在一侧或两侧地支承在所述壳体(3)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的助力驱动装置，其特征在于，电动马达(6)在驱动侧与所述蜗杆轴(5)联接。

10.根据前述权利要求中任一项所述的助力驱动装置，其特征在于，所述中间壁(33)相对于所述蜗杆齿部(5)远离驱动侧地设置。

11.用于机动车的转向系统，其包括转向轴(2)和用于将辅助力矩耦合输入转向轴(2)中的马达驱动的助力驱动装置(1)，

其特征在于，

所述助力驱动装置(1)根据前述权利要求中任一项构造。

Images