CN115989170A - 螺杆传动装置、转向单元以及行驶机构执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺杆传动装置(1)，所述螺杆传动装置包括螺杆传动机构(2)，所述螺杆传动机构具有螺杆(3)和与螺杆(3)接合的螺杆螺母(4)，其中螺杆螺母(4)相对于螺杆(3)可旋转地支承，其中螺杆螺母(4)与传感器设备(5)可传动地耦联，其中传感器设备(5)包括至少两个增量式角度传感器(6)，所述角度传感器具有相对于螺杆螺母(4)的不同的增速比和/或减速比，从中产生表示两个角度传感器(6)相对于彼此的角速度差的电信号，所述电信号用于在螺杆传动装置(1)的控制单元(7)中确定表示螺杆(3)的绝对角度位置的电信号。

Description

螺杆传动装置、转向单元以及行驶机构执行器

技术领域

本发明涉及一种螺杆传动装置，所述螺杆传动装置包括螺杆传动机构，所述螺杆传动机构具有螺杆和与螺杆接合的螺杆螺母，其中螺杆螺母相对于螺杆可旋转地支承。本发明还涉及一种具有螺杆传动装置的转向单元以及一种具有螺杆传动装置的行驶机构执行器。

背景技术

用于线控转向控制系统的转向单元例如从DE 10 2007 048 077 A1中已知。线控转向控制系统通常理解为如下转向系统：在所述转向系统中，可手动操纵的操作元件、典型地为方向盘在转向的常规的运行中不与转向执行器机械地连接，所述转向执行器执行转向指令。最多在故障情况下、在电功能失效时，在线控转向控制系统中通过操作者设置机械的转向操纵。

为了给线控转向操纵系统的操作者反馈，可以借助于电动马达将扭矩人工地施加到方向盘或转向盘紧固在其上的轴上，与机械的转向系统不同，在线控转向操纵系统中本身不提供所述反馈。在此，电动马达可以如从DE10 2007 048 077A1中原则上已知的那样例如与转向装置的轴同轴地设置。

对于通过线控转向控制系统机电地调节车轮还需要传感式地安全地和以高的精度求取转向轴和/或转向杆的绝对位置。例如从DE 10 2010 044 540A1中已知一种用于检测转向轴的旋转角度的设备，所述设备同样可以在线控转向操纵系统中使用。在所述情况下，将扭矩传输到转向轴上的马达平行于转向轴设置。

还已知的是，螺杆传动装置用于在转向单元内致动转向轴，或者也在致动转向杆的情况下在行驶机构执行器内使用所述螺杆传动装置。

发明内容

存在关于这种螺杆传动装置、转向单元和行驶机构执行器的安装友好性、所需的结构空间及其生产成本方面优化所述螺杆传动装置、转向单元和行驶机构执行器的持续的需求。因此，本发明的目的在于提供对应地改进的螺杆传动装置、转向单元和行驶机构执行器。

一方面，所述目的通过螺杆传动装置来实现，所述螺杆传动装置包括螺杆传动机构，所述螺杆传动机构具有螺杆和与螺杆接合的螺杆螺母，其中螺杆螺母相对于螺杆可旋转地支承，其中螺杆螺母与传感器设备可传动地耦联，其中传感器设备包括至少两个增量式角度传感器，所述角度传感器具有相对于螺杆螺母的不同的增速比和/或减速比，从中产生表示两个角度传感器相对于彼此的角速度差的电信号，所述电信号用于在螺杆传动装置的控制单元中确定表示螺杆的绝对角度位置的电信号。

由此实现如下优点：螺杆传动装置关于其安装友好性、其所需的结构空间及其生产成本被优化，对此在附图描述中还将详细讨论。

角度传感器尤其可以构成为增量式角度传感器。

根据本发明的一个有利的设计方案可以提出，螺杆螺母由尤其电动的马达驱动。所述设计方案的优点在于，螺杆传动装置可以以外力驱动的方式实施，并且可以良好地控制或调节电动马达。

根据本发明的另一优选的改进方案也可以提出，电动马达构成为空心轴电动马达，所述空心轴电动马达包围螺杆并且与所述螺杆同轴地设置。由此可以实现，螺杆传动装置的特别紧凑的构造是可实现的。

此外，根据本发明的一个同样有利的设计方案可以提出，螺杆螺母与尤其环形的第一齿轮抗扭地连接，并且第一齿轮本身与尤其环形的第二齿轮耦联，其中第一齿轮和第二齿轮具有彼此不同的滚动圆直径并且分别与螺杆同轴地设置。所述设计方案的有利的效果在于如下原因：可以利用标准部件，所述标准部件可以对应地成本有利地提供。

优选地也可以是，齿轮具有相同的滚动圆直径，然而具有彼此不同的模数。

在本申请的意义上，如下的每个旋转体应理解为齿轮，所述旋转体可以形状配合地和以传递扭矩的方式与相对应的旋转体接合。齿轮尤其可以包括正齿轮齿部。

原则上也可行的是，齿轮不同轴地设置，而是轴线平行地设置。然后，在所述上下文中，如果所述齿轮中的一个齿轮与第三齿轮接合，则是特别有利的。

根据本发明的另一特别优选的实施方式可以提出，传感器设备包括第一传感器盘和第二传感器盘，其中第一传感器盘与第一齿轮接合，并且第二传感器盘与第二齿轮接合。通过传感器盘与齿轮的尤其构成为插接齿部的可传动的接合可行的是，实现传感器盘与齿轮的抗扭的连接，使得传感器盘可以通过安装友好地插接到齿轮上与所述齿轮耦联。

此外，本发明也可以如下改进：第一传感器盘的旋转轴线和第二传感器盘的旋转轴线相对于螺杆的旋转轴线偏心地定位，由此可以结构简单地实现在传感器盘与螺杆之间的增速比或减速比上的微小的差，使得可以实现尽可能精确的增量角度确定。替选地，原则上也可设想，齿轮的旋转轴线与螺杆的旋转轴线偏心地设置。

在本发明的一个同样优选的设计变型方案中也可以提出，螺杆螺母包括相对于所述螺杆螺母同轴地和抗扭地设置的轴承套筒，所述轴承套筒在轴向方向上在两侧从螺杆螺母中伸出。由此可以实现齿轮和轴承的结构简单的和结构空间优化的连接。

也可以有利的是，本发明如下改进：在轴承套筒处，在轴向方向上在螺杆螺母的两侧分别设置有滚动轴承，轴承套筒经由所述滚动轴承相对于位置固定的马达壳体可旋转地支承，由此可以进一步优化螺杆传动装置的紧凑的构造。

本发明的目的还通过用于机动车辆的线控转向控制系统的转向单元来实现，所述转向单元具有可与方向盘连接的转向轴、马达，所述马达构成用于向转向轴施加扭矩，其中转向单元包括根据权利要求1至8中任一项所述的螺杆传动装置，其中转向轴与螺杆传动装置的螺杆以传递扭矩的方式连接，或者螺杆传动装置的螺杆构成为转向轴。

最后，本发明也可以以有利的方式如下实施：行驶机构执行器包括尤其电动的马达和与马达以传递扭矩的方式耦联的根据权利要求1至8中任一项所述的螺杆传动装置，其中螺杆传动装置与行驶机构执行器的转向杆耦联，使得可以在中间连接螺杆传动装置的情况下通过马达的转子的旋转来致动转向杆。

螺杆传动装置、转向单元以及行驶机构执行器尤其可以在机动车辆中使用，所述机动车辆也包括商用车，例如农业机械、工程机械或陆地运输车。

附图说明

在下文中根据附图详细阐述本发明，而不限制总的发明构思。

附图示出：

图1在示意性的轴向剖视图中示出根据本发明的螺杆传动装置，

图2在示意性的轴向剖视图中示出转向单元，

图3在示意性的轴向剖视图中示出行驶机构执行器，

图4示出具有线控转向控制系统的机动车辆，以及

图5示出传感器设备的传感器信号关于转向位移的变化曲线。

具体实施方式

图1示出螺杆传动装置1，所述螺杆传动装置包括螺杆传动机构2，所述螺杆传动机构具有螺杆3和与螺杆3接合的螺杆螺母4。螺杆螺母4相对于螺杆3可旋转地支承，使得螺杆螺母4的旋转引起螺杆3的平移的偏移。

螺杆螺母4与传感器设备5可传动地耦联。传感器设备5具有两个增量式角度传感器6，所述角度传感器具有相对于螺杆螺母4的不同的增速比和/或减速比，从中产生表示两个角度传感器6相对于彼此的角速度差的电信号。所述传感器信号在图5中示例性地对于转向位移再现。在传感器信号中清楚地看出角度传感器的两个信号的偏移，所述偏移从减速或增速中产生。传感器信号用于确定在螺杆传动装置1的控制单元7中表示螺杆3的绝对角度位置的电信号。

在图1的所示出的实施例中，螺杆螺母4由电动马达8驱动。马达8在此构成为空心轴马达，所述空心轴马达包围螺杆3并且与所述螺杆同轴地设置。电动马达8的转子与螺杆螺母4抗扭地连接。原则上也可考虑，电动马达8以与螺杆3轴线平行的方式设置。

电动马达8的转子经由形状配合的运行齿部驱动两个增量式角度传感器6。两个角度传感器6具有相对于电动马达8的转子或相对于螺杆螺母4的略微不同的增速比和/或减速比。从中产生两个角度传感器6相对于彼此的微小的角速度差，如也可以从图5的传感器信号变化曲线中得知所述角速度差。

根据两个增量式角度信号和两个角度传感器6相对于彼此的差动，也可以经由螺杆螺母4或角度传感器6的多次旋转计算螺杆螺母4的绝对角度。此外，通过叠加两个增量式测量的角度信号可以提高传感器信号的精度。

螺杆螺母4与环形的第一齿轮9抗扭地连接。第一齿轮9就其本身而言与环形的第二齿轮10耦联，其中第一齿轮9和第二齿轮10具有彼此不同的滚动圆直径并且分别与螺杆3同轴地设置。

因此，如在图1中示出的那样，齿轮9可以作为独立的构件与螺杆螺母4形状配合地、力配合地和/或材料配合地耦联。然而也可设想，齿轮9、10与螺杆螺母4、轴承套筒21或电动马达8的转子一件式地、尤其整体式地构成。

传感器设备5包括第一传感器盘11和第二传感器盘12，其中第一传感器盘11与第一齿轮9接合，并且第二传感器盘12与第二齿轮10接合。在所示出的实施方式中，可传动的接合构成为插接啮合，使得传感器盘11、12可以轴向插接到相应的齿轮9、10上。

第一传感器盘11的旋转轴线和第二传感器盘12的旋转轴线相对于螺杆3的旋转轴线偏心地定位。在图1中清楚地看出螺杆3的旋转轴线25相对于传感器盘11、12的旋转轴线26的偏移的设置。因此，齿轮9、10的运行齿部分别与传感器盘11、12或构成在传感器盘11、12上的运行齿部啮合。两个运行齿部在其传动比上具有微小的差。在图1的所示出的示例中，齿轮9、10的运行齿部构成为外齿部，在传感器盘11、12处的运行齿部构成为内齿部。传感器盘11、12的运行齿部与齿轮9、10的运行齿部偏心地定位。然后，通过在传动比上的差可以应用开始描述的传感器设计。

螺杆螺母4包括相对于所述螺杆螺母同轴地且抗扭地设置的轴承套筒21，所述轴承套筒在轴向方向上在两侧从螺杆螺母4中伸出。在轴承套筒21处，在轴向方向上在螺杆螺母4的两侧分别设置有滚动轴承22，轴承套筒21经由所述滚动轴承相对于位置固定的马达壳体23可旋转地支承。

图2示出用于机动车辆15的线控转向控制系统14的转向单元13，所述转向单元具有可与方向盘16连接的转向轴17，所述转向轴在图2的所示出的实施例中对应于螺杆3。马达18构成用于向转向轴17施加扭矩。转向单元13包括从图1中已知的螺杆传动装置1，其中转向轴17与螺杆传动装置1的螺杆3以传递扭矩的方式连接(未在图2中示出)或——如开始已经提及的——螺杆传动装置1的螺杆3构成为转向轴17。螺杆传动装置1的马达8在此对应于用于加载转向轴17的马达18。在所述实施方式中，通过螺杆螺母4的旋转实现螺杆3的轴向偏移。由此，方向盘16例如可以——除了检测通过驾驶员引起的转向运动之外——移入或移出，以便以符合人体工程学的方式适配于驾驶员的解剖学结构或例如以便偏移到完全缩回的驻车位置中，以便使上车或下车变得容易。

然而，替选地，也可以提出，螺杆螺母4包括内齿部，并且螺杆3在与螺杆螺母4接合的区域中具有正齿轮齿部。由此仅实现旋转运动的可传动的传输，而不实现螺杆3的轴向偏移。所述变型方案尤其可以有利地用于传输和检测转向运动，在那里不应引起方向盘16的轴向偏移。

图3示出行驶机构执行器24，所述行驶机构执行器包括电动马达19和与电动马达19以传递扭矩的方式耦联的螺杆传动装置1，如所述螺杆传动装置从图1中已知。螺杆传动装置1的电动马达8在此对应于行驶机构执行器24的电动马达19。在所示出的实施例中，螺杆传动装置1与行驶机构执行器18的转向杆20耦联，使得转向杆20可以在中间连接螺杆传动装置1的情况下通过电动马达19的转子的旋转来致动。

图4示出具有线控转向控制系统14的机动车辆15。线控转向控制系统14由如从图2中已知的转向单元13和在图3中示出的行驶机构执行器24构成。

最后，图5示出传感器设备5的传感器信号变化曲线，以用于更好地理解本发明。在X轴上绘制转向位移，在Y轴上绘制两个角度传感器6的传感器信号作为在0和1之间的因数。通过两个测量信号的叠加和两个所述测量信号相对于彼此的差，借助于两个角度传感器6的角度信息及其相对于彼此的差可以计算转向位移和螺杆螺母4或螺杆3的绝对位置。

本发明不限于在图中示出的实施方式。因此，上述描述不应视为限制性的，而应视为解释性的。下面的权利要求应理解为，所提及的特征存在于本发明的至少一个实施方式中。这并不排除其他特征的存在。如果权利要求和上述描述定义“第一”和“第二”特征，则所述名称用于区分两个相同类型的特征，而不规定优先次序。

附图标记列表

1 螺杆传动装置

2 螺杆传动机构

3 螺杆

4 螺杆螺母

5 传感器设备

6 角度传感器

7 控制单元

8 马达

9 齿轮

10 齿轮

11 传感器盘

12 传感器盘

13 转向单元

14 线控转向控制系统

15 机动车辆

16 方向盘

17 转向轴

18 马达

19 马达

20 转向杆

21 轴承套筒

22 滚动轴承

23 马达壳体

24 行驶机构执行器

25 旋转轴线

26 旋转轴线

Claims (10)

1.一种螺杆传动装置(1)，所述螺杆传动装置包括螺杆传动机构(2)，所述螺杆传动机构具有螺杆(3)和与所述螺杆(3)接合的螺杆螺母(4)，其中所述螺杆螺母(4)相对于所述螺杆(3)可旋转地支承，

其特征在于，

所述螺杆螺母(4)与传感器设备(5)可传动地耦联，其中所述传感器设备(5)包括至少两个增量式角度传感器(6)，所述角度传感器具有相对于所述螺杆螺母(4)的不同的增速比和/或减速比，从中产生表示两个所述角度传感器(6)相对于彼此的角速度差的电信号，所述电信号用于在所述螺杆传动装置(1)的控制单元(7)中确定表示所述螺杆(3)的绝对角度位置的电信号。

2.根据权利要求1所述的螺杆传动装置(1)，

其特征在于，

所述螺杆螺母(4)由尤其电动的马达(8)驱动。

3.根据权利要求2所述的螺杆传动装置(1)，

其特征在于，

所述马达(8)构成为空心轴马达，所述空心轴马达包围所述螺杆(3)并且与所述螺杆同轴地设置。

4.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆传动装置(1)，

其特征在于，

所述螺杆螺母(4)与尤其环形的第一齿轮(9)抗扭地连接，并且所述第一齿轮(9)本身与尤其环形的第二齿轮(10)耦联，其中所述第一齿轮(9)和第二齿轮(10)具有彼此不同的滚动圆直径并且分别与所述螺杆(3)同轴地设置。

5.根据权利要求4所述的螺杆传动装置(1)，

其特征在于，

所述传感器设备(5)包括第一传感器盘(11)和第二传感器盘(12)，其中所述第一传感器盘(11)与所述第一齿轮(9)接合，并且所述第二传感器盘(12)与所述第二齿轮(10)接合。

6.根据权利要求5所述的螺杆传动装置(1)，

其特征在于，

所述第一传感器盘(11)的旋转轴线和所述第二传感器盘(12)的旋转轴线相对于所述螺杆(3)的旋转轴线偏心地定位。

7.根据上述权利要求中任一项所述的螺杆传动装置(1)，

其特征在于，

所述螺杆螺母(4)包括相对于所述螺杆螺母同轴地和抗扭地设置的轴承套筒(21)，所述轴承套筒在轴向方向上在两侧从所述螺杆螺母(4)中伸出。

8.根据权利要求5所述的螺杆传动装置(1)，

其特征在于，

在所述轴承套筒(21)处，在轴向方向上在所述螺杆螺母(4)的两侧分别设置有滚动轴承(22)和/或滑动轴承，所述轴承套筒(21)经由所述滚动轴承和/或所述滑动轴承相对于位置固定的马达壳体(23)可旋转地支承。

9.一种用于机动车辆(15)的线控转向控制系统(14)的转向单元(13)，所述转向单元具有：可与方向盘(16)连接的转向轴(17)；马达(18)，所述马达构成用于向所述转向轴(17)施加扭矩，其中所述转向单元(13)包括根据权利要求1至8中任一项所述的螺杆传动装置(1)，其中所述转向轴(17)与所述螺杆传动装置(1)的螺杆(3)以传递扭矩的方式连接，或者所述螺杆传动装置(1)的螺杆(3)构成为转向轴(17)，其中尤其可以提出，所述螺杆螺母(4)包括内齿部，并且所述螺杆(3)在与所述螺杆螺母(4)接合的区域中具有正齿轮齿部。

10.一种行驶机构执行器(24)，尤其用于线控转向控制系统(14)，所述行驶机构执行器包括尤其电动的马达(19)和与所述马达(19)以传递扭矩的方式耦联的根据权利要求1至8中任一项所述的螺杆传动装置(1)，其中

所述螺杆传动装置(1)与所述行驶机构执行器(18)的转向杆(20)耦联，使得能够在中间连接所述螺杆传动装置(1)的情况下通过所述马达(19)的转子的旋转来致动所述转向杆(20)。

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