CN116323371A

CN116323371A - 用于车辆、尤其商用车的转向系统

Info

Publication number: CN116323371A
Application number: CN202180065889.XA
Authority: CN
Inventors: M·吕布斯托尔夫
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-06-23
Also published as: DE102020125258A1; JP2023542721A; WO2022063517A1; US20230331292A1

Abstract

本发明涉及一种用于车辆、尤其商用车的转向系统(10)，所述转向系统具有：至少一个第一转向传动装置(12)和至少一个第一转向机构(14)，用于至少一个第一车轮(16)的转向，其中，所述第一转向传动装置(12)与所述第一转向机构(14)耦合；至少一个第二转向传动装置(18)和至少一个第二转向机构(20)，用于至少一个第二车轮(22)的转向，其中，所述第二转向传动装置(18)与所述第二转向机构(20)耦合；以及至少一个张紧机构(26)，所述张紧机构与所述第一转向传动装置(12)和所述第二转向传动装置(18)耦合，使得所述第一转向传动装置(12)和所述第二转向传动装置(18)尤其在静止状态中并且反向地能彼此预紧。

Description

用于车辆、尤其商用车的转向系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆、尤其商用车的转向系统，所述转向系统具有：至少一个第一转向传动装置和至少一个第一转向机构，用于至少一个第一车轮的转向，其中，第一转向传动装置与第一转向机构耦合；至少一个第二转向传动装置和至少一个第二转向机构，用于至少一个第二车轮的转向，其中，第二转向传动装置与第二转向机构耦合；以及至少一个张紧机构。

未来，对于用于车辆、尤其商用车的转向系统提出不断增加的功能要求，因为转向系统在车辆的(部分)自动化的过程中起着核心的作用。

在此特别重要的是，转向系统精确且可靠地起作用，考虑这些增加的功能要求，并且仍然可以在结构空间要求方面进一步优化。

背景技术

由现有技术已经公知了用于车辆的转向系统。

例如DE 10114600 A1示出一种车辆转向装置，其具有：可由驾驶员操纵的转向操纵装置、尤其是方向盘；各一个机电调整机组，分别用于控制位于车体右侧和左侧的可转向车轴的车轮对的可转向车轮；器件，在配属于可转向车轴的两个调整机组之一失效或受到干扰时，所述器件通过相应的另一功能良好的调整机组确保对该车轴的两个车轮的控制。

此外，DE 112012806263 T5公开了一种车辆转向装置，其包含：转向装置，其配置为用于根据车辆方向盘的操作使转向的方向盘转动，其中，该转向装置包含用于转向的第一电动机和第二电动机，它们具有彼此共同设定的电特性；第一电流传感器，其被配置为用于检测流过第一电动机的电流的第一电流值；第二电流传感器，其被配置为用于检测流过第二电动机的电流的第二电流值；以及异常诊断单元。

现有技术中的这种转向装置仍然是复杂的，由多个部件构成，并且是昂贵的，需要大的结构空间，并且具有大的重量。

发明内容

因此，本发明的任务在于，以有利的方式改进开头所述类型的转向系统，尤其是如下地改进：转向系统冗余地构造、具有较小的重量、能成本有利地制造并且实现对车轮的精确的转向指令。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的转向系统来解决。据此设置一种用于车辆、尤其商用车的转向系统，所述转向系统具有：至少一个第一转向传动装置和至少一个第一转向机构，用于至少一个第一车轮的转向，其中，第一转向传动装置与第一转向机构耦合；至少一个第二转向传动装置和至少一个第二转向机构，用于至少一个第二车轮的转向，其中，第二转向传动装置与第二转向机构耦合；以及至少一个张紧机构，所述张紧机构与第一转向传动装置和第二转向传动装置耦合，使得第一转向传动装置和第二转向传动装置尤其在静止状态中并且反向地能彼此预紧。

本发明基于这样的基本构思：转向系统具有两个独立的转向传动装置，从而转向系统构造为冗余的转向系统。此外，第一和第二转向传动装置通过张紧机构彼此耦合，该张紧机构将两个转向传动装置预紧。这种预紧具有的优点或背景是，可以消除或补偿两个转向传动装置中的以及与其耦合的第一和第二转向机构中的转向游隙。由此，转向系统可以更精确地工作，从而一方面改善转向系统的运行安全性并且另一方面改善车辆或商用车的运行安全性。在正常运行的情况下，张紧机构仅用于将两个转向传动装置预紧，而不是用于将转向运动从第一转向传动装置传递到第二转向传动装置上或反之。尤其是，在此，第一转向传动装置和第二转向传动装置在静止状态下并且反向地可彼此预紧。在第一和/或第二转向传动装置失效的情况下，张紧机构除了其作为游隙补偿元件的功能外还用作携动件，以便将仍完好的第一或第二转向传动装置的转向运动传递到第一或第二转向机构上并因此继续可靠地确保两个车轮的可转向性。

此外可以设置，张紧机构铰接在第一转向机构和第二转向机构上。根据本发明，第一和第二转向机构构造为具有一个或多个铰接部的连杆机构，所述连杆机构将相应的转向横拉杆与第一和第二转向传动装置连接。因此，张紧机构可以非常简单地与第一和第二转向机构连接或耦合。因此，可以省去昂贵且需耗费地制造的转向组成部件、如齿条，从而可以提供成本有利的转向系统。然而，张紧机构是第一和第二转向机构之间的唯一的机械连接或耦合元件，因为在正常运行中第一和第二转向机构彼此独立地被第一和第二转向传动装置驱动。

此外可以设想，张紧机构在装配状态下可弹性预紧和/或被预紧。这种类型的弹性和机械预紧在结构上提供了非常简单且可靠的可能性来使两个转向机构和转向传动装置彼此预紧，因为不必设置附加的构件来确保预紧。此外，该解决方案非常成本有利并且是容易的。在此，张紧机构尤其可以构造为可弹性预紧的和/或被预紧的张紧杆、张紧棒、张紧辐条、张紧管、张紧钳或虎钳。

此外可以考虑，张紧机构具有至少一个长度调节机构和/或伸缩机构。由此可以特别精确地调设预紧。这是特别有利的，因为过大的预紧会对两个转向机构和转向传动装置造成机械负荷并且缩短其使用寿命。然而，过小的预紧同样是不利的，因为然后会使基本上消除转向系统的所有游隙的效果失效。因此，借助于张紧机构精确地调设预紧在根据本发明的可靠地起作用的转向系统的意义上是非常重要的。

此外可能的是，张紧机构具有至少一个弹性的弹簧元件。通过弹簧元件可以针对相应的转向系统来特定地调设重要的参数，例如：张紧机构的预紧力、阻尼特性、预紧行程、预紧方向和预紧弹性，从而可以通过选择匹配的弹性的弹簧元件来在过大和过小的预紧之间实现良好的折衷。与长度调节机构和/或伸缩机构相结合，弹性的弹簧元件是特别有利的，因为由此能够更精确地调设上述参数。

此外可以设置，弹性的弹簧元件构造为轴向弹簧元件。因此，通过设置轴向弹簧元件，可以非常简单地调设上述参数，因为根据本发明的实施例的张紧机构可以构造为棒形的、梁形的或杆形的刚性元件(也就是说，其长度与高度和宽度相比明显更长)。因此，张紧机构基本上在轴向方向上与轴向弹簧元件相结合地发挥其如上所述的功能或预紧作用。

同样可以设想，弹性的弹簧元件构造为径向弹簧元件，尤其是板形弹簧元件。通过径向弹簧元件，张紧机构的预紧可以在结构上非常简单地、节省重量地在使用非常少的构件的情况下实现，因为例如板形弹簧元件是非常简单、但也非常可靠且成熟的、具有明确限定的弹性特性的机器元件。因此，径向弹簧元件是一种非常有效和可靠的构件用于构成张紧机构，因为为了其构型必要时仅需要一个构件。

此外可以考虑，第二转向传动装置在结构上在至少一个维度上构造为比第一转向传动装置小。第二转向传动装置(也称为所谓的“动力组”)不与车辆方向盘和转向柱机械连接，使得其仅通过控制和/或调节装置来操控。因此，在第二转向传动装置中，能够省去用于机械连接到转向柱上的一些构件，由此所述第二转向传动装置整体上能够构造为比第一转向传动装置小。因此，提供了特别轻的、紧凑的并且有效的转向系统，尽管有两个转向传动装置，该转向系统还是重量中性的或者甚至比已知的电动转向系统轻，所述已知的电动转向系统在商用车制造中基本上构建在一转向传动装置上。

此外可能的是，第二转向传动装置在结构上在至少一个维度上构造为比第一转向传动装置小至少约10％、优选至少20％并且特别优选至少25％。通过结构空间的这种节省，在车辆中可以更灵活和/或更大地设计其他组件，因为在车辆中、并且尤其在商用车中的功能密度在自主驾驶的背景下进一步不断增加，其中，结构空间需求基本上保持不变。就此而言，转向系统的节省空间的构型是特别重要的，所述节省空间的构型通过第二转向传动装置的这种减小来实现。

附加地可以设置，第一转向传动装置与至少一个第一电动机耦合，其中，第二转向传动装置与至少一个第二电动机耦合。因此，除了纯机电的转向支持外，这种耦合是特别有利的，因为通过转向系统的第一和第二电动机能够通过第一和第二转向传动装置来实现辅助功能、例如车道保持辅助、(部分)自主的转向、碰撞辅助和/或风补偿辅助。在此，这两个电动机可以与车辆或转向系统的尤其中央的控制和/或调节装置连接(例如通过CAN总线、LIN总线和/或以太网)，所述控制和/或调节装置同时处理由辅助系统所需的传感器提供的信号并且响应于此地操控这两个电动机。因此，提供了特别有效、快速和动态的转向系统。

此外可以设想，第二转向传动装置能够仅通过第二电动机来驱动。此外，第二电动机能够独立于第一电动机地由转向系统的控制和/或调节装置来操控。因此，可以特别有利地省去附加的液压转向支持装置，其包括附加的结构空间以及昂贵的构件，例如泵、阀、致动器和线路。此外，简化了转向系统的控制或调节装置，因为仅必须操控第一和第二电动机，并且因此可以省去转向液压装置的附加的和昂贵的控制或调节装置。

同样可以考虑，第一转向传动装置具有至少一个机械的直接传动装置，第一转向传动装置可以通过该直接传动装置与至少一个转向柱以及车辆方向盘耦合。由此，在转向系统中设置附加的安全层面，因为在最不利的情况下、即在第一和第二电动机失效时可以通过转向系统自身仍然机械地由车辆驾驶员通过车辆方向盘可靠地控制车辆。在这种情况下，张紧机构附加地用作携动件，该携动件将第一转向传动装置或转向机构的转向运动同步地传递到第二转向传动装置或第二转向机构上，从而车轴的两个车轮可以按照规定转向。车轴可以是车辆或商用车的前轴。附加地或替代地，这也可以是后轴。因此，通过机械的直接传动装置提高了车辆的安全性，并且能够避免车辆不能转向的状况。

附图说明

现在参照在单个附图中示出的实施例详细地阐述本发明的其他细节和优点。

唯一的附图1示出根据本发明的转向系统的实施例的示意性立体图。

具体实施方式

图1相应地示出了用于车辆(在图1中未示出)的根据本发明的转向系统10。

车辆构造为商用车。

转向系统10包括第一转向传动装置12和第一转向机构14，用于至少一个第一车轮16的转向。

此外，第一转向传动装置12与第一转向机构14耦合。

第一转向机构14包括第一转向直拉杆14a和第二转向直拉杆14b，它们通过转动铰接部彼此连接。

此外，第二转向直拉杆14b借助于另外的转动铰接部与转向横拉杆14c耦合，该转向横拉杆又安置在车轮支架14d上，用于接收和支承第一车轮16。

第一转向直拉杆14a又抗扭转地与第一转向传动装置12的输出轴耦合。

因此，将第一转向传动装置12的输出轴的转动传递到第一转向机构14上，由此使其转向横拉杆14c枢转，这引起第一车轮16的转向运动或扭转。

此外，转向系统具有第二转向传动装置18和第二转向机构20，用于第二车轮22的转向。

根据图1，第二转向传动装置18与第二转向机构20耦合。

第二转向机构20包括另外的第一转向直拉杆20a和第二转向直拉杆20b，它们通过转动铰接部彼此连接。

此外，第二转向直拉杆20b通过另外的转动铰接部与另外的转向横拉杆20c耦合，该另外的转向横拉杆又安置在车轮支架20d上，用于接收和支承第二车轮22。

另外的第一转向直拉杆20a抗扭转地与第二转向传动装置18的输出轴耦合。

因此，将第二转向传动装置18的该输出轴的转动传递到第二转向机构20上，使得转向横拉杆20c枢转，这引起第二车轮22的转向运动或扭转。

第一和第二转向传动装置12、18(例如通过多个螺纹连接)分别固定在车架梁上，其中，两个转向传动装置12、18的输出轴分别延伸穿过车架梁并且分别抗扭转地与相应的第一转向直拉杆14a、20a耦合。

在本实施例中，第一和第二车轮16、22或转向系统10配属于商用车的前轴24。

替代地或附加地，第一和第二车轮16、22或转向系统10也可以配属于商用车的后轴。

此外，转向系统具有张紧机构26，该张紧机构与第一转向传动装置12并且与第二转向传动装置18耦合。

根据图1，张紧机构可以构造为可弹性预紧的和/或被预紧的张紧杆、张紧棒、张紧辐条、张紧管、张紧钳或虎钳。

这种耦合这样实现：第一转向传动装置12和第二转向传动装置18能相对于彼此预紧。

尤其可以设置，第一转向传动装置12和第二转向传动装置18在静止状态下并且反向地可彼此预紧。

因此，在装配状态下，张紧机构26可弹性预紧或能够预紧。

此外，张紧机构26铰接在第一转向机构14和第二转向机构20上。

根据图1，在相应的第二转向直拉杆14b、20b和相应的转向横拉杆14c、20c之间的转动铰接部处实现铰接。

反向的预紧意味着，第一和第二转向机构14、20通过张紧机构26在相应的第二转向直拉杆14b、20b和相应的转向横拉杆14c、20c之间的转动铰接部处被弹性地压开一定量，以便补偿或消除转向系统10的转向游隙。

在这种情况下，尤其在转动铰接部处，两个转向横拉杆14c、20c与两个第二转向直拉杆14b、20b的间距增大，使得消除转向游隙。

然而，在该情况下也可以替代地设置，反向的预紧意味着，第一和第二转向机构14、20通过张紧机构26分别在第二转向直拉杆14b、20b和转向横拉杆14c、20c之间的转动铰接部处被弹性地压紧一定量，以便补偿、抵消或消除转向系统10的转向游隙。

在这种情况下，尤其在转动铰接部处，两个转向横拉杆14c、20c与两个第二转向直拉杆14b、20b的间距缩小，使得消除转向游隙。

此外，张紧机构26可以具有长度调节机构26a。

长度调节机构26a例如能够通过可相对彼此轴向移动的两个线性引导部构成，所述线性引导部在期望的位置中(例如通过一个或多个螺纹连接)彼此固定。

附加地或替代地，张紧机构26可以具有伸缩机构。

此外，张紧机构26可以具有弹性的弹簧元件(在图1中未示出)。

弹性的弹簧元件可以构造为轴向弹簧元件。

在此，轴向弹簧元件可以构造为轴向压力弹簧元件或轴向拉力弹簧元件。

在该情况下，尤其可以考虑螺旋压力弹簧、膜片弹簧、盘形弹簧、渐开线弹簧、环形弹簧、气压弹簧或油压弹簧作为轴向压力弹簧元件。

此外，就此而言，尤其可以考虑螺旋拉力弹簧和所有其它前述也适合作为轴向拉力弹簧的弹簧元件。

此外，弹性的弹簧元件可以附加地或替代地构造为径向弹簧元件。

在此，尤其可以考虑板形弹簧元件或杆形弹簧元件。

根据图1，第二转向传动装置18在结构上在至少一个维度上构造为比第一转向传动装置12小。

第二转向传动装置18尤其在结构上在一个维度上构造为比第一转向传动装置12小至少约10％。

然而优选地，第二转向传动装置18在结构上在至少一个维度上构造为比第一转向传动装置12小至少20％。

然而特别优选地，第二转向传动装置18在结构上在至少一个维度上构造为比第一转向传动装置12小至少25％。

该维度根据图1例如是两个转向传动装置12、18的长度。

然而，附加地或替代地可以设想，该维度也是两个转向传动装置12、18的宽度或高度。

此外，第二转向传动装置18也可以在结构上在两个维度或三个维度上构造为比第一转向传动装置12小。

此外，第一转向传动装置12与第一电动机28耦合。

第一电动机28法兰式地连接到第一转向传动装置12上并且在内部驱动丝杠或滚珠丝杠，其然后将其驱动力矩或转向力矩传递到第一输出轴上。

第一输出轴又与第一转向机构14耦合，使得输出轴的转动运动转换成第一车轮16的转向运动。

此外，第一转向传动装置12具有机械的直接传动装置30，第一转向传动装置12可以通过该直接传动装置与转向柱32以及车辆方向盘34耦合。

如同第一电动机28那样，机械的直接传动装置30也与丝杠或滚珠丝杠抗扭转地连接，并且通过车辆方向盘34的手动转向运动(由车辆驾驶员产生)经由转向柱32驱动该丝杠或滚珠丝杠。

此外，根据图1，第二转向传动装置18与第二电动机36耦合。

第二电动机36法兰式地连接到第二转向传动装置18上并且在内部驱动另外的丝杠或滚珠丝杠，其然后将驱动力矩或转向力矩传递到第二输出轴上。

第二输出轴又与第二转向机构20耦合，使得输出轴的转动运动转换成第二车轮22的转向运动。

如进一步在图1中可见，第二转向传动装置18能仅通过第二电动机来驱动。

因此，第二转向传动装置18不与转向柱32或车辆方向盘34机械耦合，而是仅通过第二电动机36驱动。

转向系统10的功能现在能够如下描述：

车辆驾驶员在正常运行中、即转向系统的所有部件按照规定起作用时通过车辆方向盘34控制转向系统10。

一旦车辆驾驶员通过转动来控制车辆方向盘34，即当前的转动角度发生相对变化，则该转动一方面机械地通过转向柱32传递到第一转向传动装置12上。

第一转向传动装置12又将转向柱32的该转动机械地传递到第一转向机构14上，该第一转向机构又响应于车辆方向盘34上的转动来使第一车轮16限定地枢转或扭转。

另一方面，转动角度传感器同时连续地检测转向柱32和/或车辆方向盘34的转动角度和转动方向，并且将这些值传输给转向系统10或商用车的控制和/或调节装置(在图1中未示出)。

此外，转矩传感器同时连续地检测转向柱32和/或车辆方向盘34的转向力矩并且将这些值同样传输给控制和/或调节装置。

然后，基于用于转向柱32和/或车辆方向盘34的转动角度、转动方向和转向力矩的这些值，由控制和/或调节装置以相对于手动机械转向运动的最小时间偏差(由于系统的惯性)同步地且彼此独立地操控第一和第二电动机28、36。

由此，两个电动机28、36能够彼此独立地并且与通过车辆方向盘34进行的手动机械操控同步地或同时进行地操控两个转向传动装置12、18，由此实现转向支持。

通过张紧机构26实现第一和第二转向传动装置12、18之间的游隙补偿，该张紧机构通过第一和第二转向机构14、20将第一和第二转向传动装置12、18预紧。

如果第一和/或第二电动机28、36失效，那么张紧机构26附加地用作携动件，以便将第一转向机构14的转向运动传递到第二转向机构20，并且反之亦然。

然而，在唯一的完好的电动机28、36的情况下能够确保操控，因为两个电动机28、36能够彼此独立地操控。

附图标记列表

10 转向系统

12 第一转向传动装置

14 第一转向机构

14a 第一转向直拉杆

14b 第二转向直拉杆

14c 转向横拉杆

14d 车轮支架

16 第一车轮

18 第二转向传动装置

20 第二转向机构

20a 第一转向直拉杆

20b 第二转向直拉杆

20c 转向横拉杆

20d 车轮支架

22 第二车轮

24 前轴

26 张紧机构

26a 长度调节机构

28 第一电动机

30 机械的直接传动装置

32 转向柱

34 车辆方向盘

36 第二电动机

Claims

1.一种用于车辆、尤其商用车的转向系统(10)，所述转向系统具有：

至少一个第一转向传动装置(12)和至少一个第一转向机构(14)，用于至少一个第一车轮(16)的转向，其中，所述第一转向传动装置(12)与所述第一转向机构(14)耦合；

至少一个第二转向传动装置(18)和至少一个第二转向机构(20)，用于至少一个第二车轮(22)的转向，其中，所述第二转向传动装置(18)与所述第二转向机构(20)耦合；以及

至少一个张紧机构(26)，所述张紧机构与所述第一转向传动装置(12)和所述第二转向传动装置(18)耦合，使得所述第一转向传动装置(12)和所述第二转向传动装置(18)尤其在静止状态中并且反向地能彼此预紧。

2.根据权利要求1所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述张紧机构(26)铰接在所述第一转向机构(14)和所述第二转向机构(20)上。

3.根据权利要求1或2所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述张紧机构(26)在装配状态下能弹性预紧和/或被预紧。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述张紧机构(26)具有至少一个长度调节机构和/或伸缩机构。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述张紧机构(26)具有至少一个弹性的弹簧元件。

6.根据权利要求5所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述弹性的弹簧元件构造为轴向弹簧元件。

7.根据权利要求5所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述弹性的弹簧元件构造为径向弹簧元件、尤其是板形弹簧元件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述第二转向传动装置(18)在结构上在至少一个维度上构造为比所述第一转向传动装置(12)小。

9.根据权利要求8所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述第二转向传动装置(18)在结构上在至少一个维度上构造为比所述第一转向传动装置(12)小至少约10％、优选至少20％并且特别优选至少25％。

10.根据前述权利要求中任一项所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述第一转向传动装置(12)与至少一个第一电动机(28)耦合，其中，所述第二转向传动装置(18)与至少一个第二电动机(36)耦合。

11.根据权利要求10所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述第二转向传动装置(18)能够仅通过所述第二电动机(36)来驱动。

12.根据前述权利要求中任一项所述的转向系统(10)，其特征在于，

所述第一转向传动装置(12)具有至少一个机械的直接传动装置(30)，所述第一转向传动装置(12)能够通过所述直接传动装置与至少一个转向柱(32)以及车辆方向盘(34)耦合。