CN117157470A - 转向联轴器及其相关装置 - Google Patents

Abstract

除其他外，描述的是提供了一种用于将转向器械与转向辅助设备互连的转向联轴器(50)。该转向联轴器包括具有多个向内凸出的齿(53)的第一外轴(52)和具有多个向外凸出的齿(55)的第二内轴(54)，该第二内轴(54)与第一外轴直接配合以形成转向联轴器。第一轴和第二轴被配置为围绕共同的轮轴在两个旋转方向上一起旋转。转向联轴器还包括至少一个弹性垫(56)，其中所述至少一个弹性垫被设置在轴之一的凹处(58)中，并且所述至少一个弹性垫与凹处侧壁在凹处所在的轴的两个所述旋转方向上抵接。所述至少一个弹性垫还具有从凹处延伸出的凸起，并且其中所述凸起与侧部在与设置有凹处的轴相配合的轴的一个齿/多个齿的两个所述旋转方向上抵接。因此，转向联轴器能够被装配为使得在转向联轴器中能够实现无游隙或显著减小的游隙。这样，转向联轴器就可以由转向辅助设备(如电动马达)来辅助，而不会引起转向辅助设备中的振荡，从而改进动力效率，并且减少转向辅助设备的磨损。此外，还能够消除方向盘的振动。

Description

转向联轴器及其相关装置

技术领域

本公开内容涉及一种转向联轴器以及涉及一种用于主动转向的装置。

背景技术

转向设备，并且尤其是在用于机动车辆的主动转向系统中使用的转向设备，在设计时普遍会在转向联轴器的多个齿之间留有游隙。如US20040154422所描述，这会导致不同的问题。

此外，传统的主动转向系统通常设置有提供辅助转向力的电动马达。电动马达由控制器响应于不同的输入参数进行控制。为了给驾驶员提供具有良好“感觉”的准确的转向辅助，电动马达通常由以高增益和高频率操作的控制系统来控制。这种传统的主动转向系统在例如EP1982896和EP2448805中有所描述。

此外，JP20091088892还描述了一种在花键孔中带有弹性构件的转向联轴器。

人们一直希望改进转向联轴器和主动转向装置的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的转向联轴器，并且特别是一种适用于主动转向装置的转向联轴器。本发明的另一个目的是提供一种改进的主动转向装置。

这一目的和/或其他目的通过如所附权利要求中陈述的转向联轴器和转向联轴器装置来获得。

正如已经意识到的那样，当在车辆的主动转向装置中使用电动马达时，电动马达需要在具有高增益和以高频率操作的控制系统的控制下运行，以便在使用电动马达提供辅助扭矩的转向装置中输出所需的感觉。此外，众所周知，在装配转向联轴器时，转向联轴器中需要有游隙。因此，虽然在许多装配中可以拧紧外轴，但在组装转向联轴器时却无法做到这一点。这里需要将轴推到一起(需要一些游隙)，并且然后轴联轴器不能被拧紧，但游隙将仍然存在。

正如我们已经进一步认识到的那样，用于提供以高速和高频率操作的辅助扭矩的电动马达与转向联轴器中的必要的游隙的组合可能会引起问题。因此，当车辆在不需要辅助扭矩的情况下行驶时(通常是车辆直线向前或直线向后行驶时)，转向联轴器中的游隙会导致电动马达来回振荡。这种振荡将导致电动马达耗电，并将磨损电动马达和转向联轴器的部件。此外，驾驶员还会感觉到方向盘中的振动。这些问题可以通过在提供辅助扭矩的电动马达的控制中提供较小的增益或降低电动马达控制的频率来减少。然而，这将对转向和转向感觉产生负面影响。

根据本发明，提供了一种用于将转向器械与转向辅助设备连接的转向联轴器。该转向联轴器包括具有多个向内凸出的齿的第一外轴和具有多个向外凸出的齿的第二内轴，该第二内轴与该第一外轴直接配合，以形成能够以良好的安全系数转移高扭矩的转向联轴器。第一轴和第二轴被配置为围绕共同的轴线在两个旋转方向上一起旋转。转向联轴器还包括至少一个弹性垫，其中所述至少一个弹性垫被设置在轴之一的凹处中，并且在那里，所述至少一个弹性垫在凹处所在的轴的两个所述旋转方向上与凹处侧壁抵接。所述至少一个弹性垫还具有从凹处延伸出的凸起，并且其中所述凸起与侧部在与设置有凹处在的轴相配合的轴的一个齿/多个齿的两个所述旋转方向上抵接。因此，转向联轴器能够被装配为使得在转向联轴器中能够实现无游隙或显著减小的游隙。这样，转向联轴器就可以由转向辅助设备(如电动马达)来辅助，而不会引起转向辅助设备中的振荡，并且由此改进动力效率，并且减少转向辅助设备的磨损。此外，转向联轴器中的方向盘振动和噪音可以被消除，并且同时在内轴花键和外轴花键之间可以获得直接的动力转移，从而保持着直接的动力转移。因此，通过使用一个或多个弹性垫可以消除振动。垫子去除了花键之间的游隙。同时，金属花键之间的直接动力转移并没有被去除。因此，当扭矩在花键之间转移时，这是通过金属与金属之间的接触来执行的，从而提供了稳固的动力转移。

根据一些实施例，多个弹性垫设置在相应数量的凹处中。由此，能够实现转向联轴器的配合轴之间的改进的连接。

根据一些实施例，轴的多个齿形成为花键，以形成花键联轴器。这样，弹性垫就可以仅与轴的多个齿的一部分相抵接，从而使转向联轴器更加坚固且更加结实。

根据一些实施例，所述至少一个弹性垫由弹性体材料或橡胶材料制成。由此，能够实现高效、耐磨的垫子。橡胶或弹性体由于其滞后属性还能起到抑制任何振动的作用，这在转向辅助的电动马达趋于进入操作的振荡状态时是有益的。

根据一些实施例，所述至少一个弹性垫被压配到凹处中，并且所述至少一个弹性垫被压配抵靠到与设置有凹处的轴相配合的轴的多个齿上。由此，弹性垫就可以被牢固地安装在转向联轴器中，并且出于所有实际目的消除转向联轴器中的游隙。

根据一些实施例，弹性垫能够在轴的齿的轴向方向上有一些延伸，但仅在转向联轴器中的轴的齿的轴向长度的一部分上延伸。由此可以实现更强的连接，因为多个齿可以通过金属与金属的接触在更大的面积内接合。

根据一些实施例，容纳所述至少一个弹性垫的一个或多个凹处位于一个或多个凹处所在的轴的端部分。由此可以促进转向联轴器与弹性垫的装配。

根据一些实施例，所述至少一个弹性垫由实心材料形成。由此，弹性垫将具有能够承受转向联轴器中的力的坚固的结构。

根据一些实施例，所述至少一个弹性垫具有多个凸起，该多个凸起和与设置有凹处的轴相配合的轴的一个齿或多个齿的形状相匹配。由此，弹性垫和齿之间就能牢固地贴合。

根据一些实施例，当提供多个弹性垫时，所述多个弹性垫由连接部件连接在一起。由此，可以实现转向联轴器的轻松装配。连接部件和弹性垫能够作为一个整体元件被形成/制造。连接部件能够具有环形形状。进一步地，一个轴可以在端部分设置有凹槽，并且连接部件可以位于凹槽内。

根据一些实施例，凹槽具有下切部分，该下切部分被成形为防止所述连接部件在带有凹槽的轴的轴向方向上移动。由此，即使当弹性垫位于轴的端部分时，弹性垫也能够牢固地保持就位。

本发明还延伸至一种包括根据上文的转向联轴器的主动转向装置，该主动转向装置还包括与轴之一连接的电动马达，为车辆的转向提供辅助转向力。由此，可以获得一种节能的主动转向装置。该主动转向装置还包括控制模块，该控制模块与电动马达连接，用于控制由所述电动马达施加的所述辅助转向力。

根据另一方面，本文所描述的转向联轴器和主动转向装置可用于自主车辆，以改进自主车辆的控制。通过降低振荡的风险，可为自主车辆提供更稳固的转向控制，并且由此改进自主车辆的转向控制。

附图说明

现在将通过非限制性示例的方式并参照附图对本发明进行更详细的描述，其中：

-图1是图示转向联轴器装置的总视图，

-图2是主动转向单元的视图，

-图3是转向联轴器的透视图，

-图4是凹处中带有弹性垫的转向联轴器的轴的视图，

-图5是转向联轴器的轴的视图，其中弹性垫已从凹处中移除，以及

-图6是图示弹性垫的视图。

具体实施方式

下面将描述一种主动转向装置及其部件。在附图中，相同的附图标记在若干附图中表示相同或相应的零件。可以理解的是，这些图仅用于说明，并不以任何方式限制本发明的范围。此外，可以将所描述的不同实施例中的特征组合起来，以满足具体实现的需要。在一些实施例中可以省略某些部件。

图1示出了传统转向联轴器装置1的总视图。转向联轴器装置包括主动转向单元10。主动转向单元10通常包括机动化的转向辅助，以使得驾驶员转向更加容易。该机动化的转向辅助通常能够由被配置为输送辅助扭矩的电动马达来实现。该机动化的转向辅助设备可以本身已被知晓的方式由控制模块20进行控制。示例性主动转向单元10的第一上端12可连接转向柱，并且第二下端连接转向器械30。然而，在一些实施例中，车辆的转向柱和车辆的转向器械30之间还可以连接其他部件。

在图2中，以局部剖视立体图示出了主动转向单元10。主动转向单元10包括电动马达40。电动马达被配置为通过旋转位于主动转向单元10中的转向联轴器50的轴来作为转向辅助设备操作，以辅助驾驶员使车辆转向。还可以设想，主动转向单元10可用于自主车辆。

在图3中，转向联轴器50作为局部剖视立体图示出了更多细节。该转向联轴器包括第一外轴52，所述第一外轴52具有多个向内凸出的齿53。在一些实施例中，外轴可以由电动马达40旋转，或者如图2所示，电动马达的转子可以形成具有向内凸出的齿53的外轴。该转向联轴器进一步包括第二内轴54，该第二内轴54具有多个向外凸出的齿55，该第二内轴54的齿与第一外轴52的齿配合以形成转向联轴器50。外轴52和内轴54的配合的齿形成坚固的连接，该连接可将转向动力从外轴52转移到内轴54。外轴52和内轴54的齿53、55可以以能够在转向联轴器50中进行动力转移的适当方式配置。因此，如图3所示，外轴52和内轴54的齿53、55直接接触，从而使得稳固的动力转移成为可能。由此，在操作转向联轴器时，几乎所有的动力都是经由联轴器中的齿53、55转移的。根据一些实施例，在操作转向联轴器时，至少50％或优选地更多的例如至少80％或90％的动力经由齿53、55转移。这样做的好处是，通常由金属或一些其他硬质材料制成的齿53、55可以提供坚固并且有力的动力转移。同时，垫子可以去除转向联轴器中的游隙，从而振动和噪音能够被减少甚至消除。

通常，轴52、54的齿53、55可以被布置成花键或一些类似的配置，其中齿在外轴52和内轴54的轴向方向上被拉长。因此，这些齿可以布置成形成脊的轴花键(或锯齿)，也可以布置成作为一个轴的集成部件的齿型键，该齿型键与配对的轴中的槽啮合，以转移扭矩和旋转运动。因此，该转向联轴器50的外轴52和内轴54被配置为围绕共同的轴线在两个旋转方向上一起旋转。

转向联轴器50进一步包括至少一个弹性垫56。弹性垫56被设置在内轴54或外轴52中的一个的凹处58中。弹性垫56与凹处侧壁在凹处所在的轴的两个旋转方向上抵接。弹性垫56具有从凹处延伸的凸起。该凸起与侧部在与设置有凹处的轴相配合的轴的一个齿或者多个齿在两个所述旋转方向上抵接。

现在将参照图4、图5和图6对弹性垫56进行更详细的描述。在图4中，根据一个示例性实施例，多个弹性垫56被示出为放置在外轴52的凹处58中。在图4的实施例中，凹处58在其中一个轴上形成为空腔，以允许匹配轴利用其花键接触带有空腔的轴的花键。因此，当把一个或多个垫子56放入凹处58中时，在操作转向联轴器时，转向联轴器的齿(花键)仍然可以相互接触。空腔通常被设计成不具有在齿(花键)横截面上凸出的元件。凹处58有利地具有明显的壁，这样弹性垫可与良好且限定的支撑在其切向侧部上相适应，从而确保凹处的侧部与匹配轴的齿(花键)之间的接头没有游隙。因此，凹处58可形成有垂直于内轴或外轴的圆周的切线方向的侧部。这样，当凹处所在的轴旋转时，凹处将提供良好的支撑，这是因为平面凹处侧部垂直于轴的旋转方向。

然而，如上所述，还设想凹处位于内轴54中。弹性垫56由比轴52、54更有弹性的材料制成。弹性垫56可以有利地由橡胶或弹性体制成，然而轴52、54通常由金属材料或包含金属的材料制成。弹性垫56可以有利地被压配到凹处58中。弹性垫56具有面向内的朝向内轴所在位置的凸起59(在图6中最明显)。凸起59可被形成为与转向联轴器50的另一轴(在该示例性实施例中为内轴54)的齿匹配。凸起59可以以许多不同的方式形成。例如，在图4和图6所示的实施例中，每个垫子56上形成多个凸起59。然而，还可以设想，凸起59可以更简单并且仅与内轴的两个齿之间的凹槽匹配。在另一实施例中，弹性垫56的凸起59可形成为从齿的两侧抵接内轴中的单个齿。

弹性垫56可以有利地被压配抵靠到转向联轴器的另一轴的一个齿/多个齿。由此，可以提供非常坚固且稳固的组件，其中转向联轴器的轴52、54之间的游隙可以被显着地减小或者甚至消除。

在图5中，示出了移除了弹性垫的外轴52。如所示，外轴52设置有如上所述的凹处58。当凹处58位于内轴52或外轴54之一的端部分时，凹槽61可以设置在凹处58所在的轴的端部。凹槽61的目的是为连接部件形成空间，如下文结合图6所述。

图6中示出了由连接部件63连接的多个弹性垫56。通过连接多个弹性垫56，有利于弹性垫56在凹处58中的装配，并且垫子可以被更好地固定住。连接部件63可以是任何合适的形状，例如圆形的或多边形的。连接部件63可以位于凹槽61中，并且凹槽61可以成形为接收连接部件63。在图6中，连接部件是环形的并且具有附接到其上的五个弹性垫56。取决于具体实现，附接到连接部件上的弹性垫56的数量可以更多或更少。连接部件63与多个弹性垫56可以一体成型。通过将多个弹性垫56形成为一个整体元件，有利于多个弹性垫56的制造。而且，由于通过连接部件63保持在一起的多个弹性垫将更大且更对于拾取和放置就位更加用户友好，因此在装配之前和装配期间对弹性垫56的处理变得更加容易。图6还示出了弹性垫的凸起59。这里，每个凸起59具有三个凸出部分，但是如上所述，凸起的其他设计也可以使凸起59抵接配对轴的一个齿/多个齿。

进一步地，为了防止垫子56沿轴的轴向方向移动，可以在凹槽61中形成底切部分64。这在图3中最佳地看出，在该图中示出了底切部分64。由此，由于底切部分64阻止连接部件61沿轴向方向移动，附接至连接部件61的弹性垫56将被保持就位。在另一个实施例中，或作为补充，可以在一个凹处/多个凹处58中形成底切。

通过在如本文所述的转向联轴器中的轴之一的凹处58中提供弹性垫56，实际上可以消除转向联轴器中的游隙。由此，可以消除用于在主动转向系统中提供附加转向扭矩的电动马达中的振荡，并且电动马达需要使用更少的功率。而且，电动马达上的磨损减少，从而延长了电动马达的使用寿命。由于转向联轴器上的磨损减少，转向联轴器的使用寿命将增加，并且驾驶员在驾驶车辆时会有更好的感觉。

如果弹性垫是实心的(即内部没有任何孔或空腔)，则会具有优势，因为这样弹性垫就会稳固地放置在凹处中，并且凸起可以与配合轴的齿良好接触，并具有足够的硬度来承受振荡。

弹性垫56可以有利地位于转向联轴器的轴52、54之一的端部分。弹性垫56能够在轴的齿的轴向方向上具有一些延伸，但优选地仅在转向联轴器中的轴的齿53、55的轴向长度的一部分上延伸。例如，弹性垫56可以在轴52、54的齿53、55的轴向长度的5-50％上延伸。根据一个优选的实施例，弹性垫56仅在轴52的齿53、轴54的齿55的轴向长度的5-25％上延伸，从而使装配更容易，并通过更多的金属间接触使转得向联轴器更坚固。

本文所描述的转向联轴器和主动转向装置可用于自主车辆，以改进自主车辆的控制。通过降低振荡的风险，可为自主车辆提供更稳固的转向控制，从而改进自主车辆的转向控制。

Claims (17)

1.一种用于连接转向器械与转向辅助设备的转向联轴器(50)，包括：

第一外轴(52)，所述第一外轴(52)具有多个向内凸出的齿(53)，

第二内轴(54)，所述第二内轴(54)具有多个向外凸出的齿(55)，所述第二内轴(54)与所述第一外轴直接配合以形成转向联轴器，

所述第一轴和所述第二轴被配置为围绕共同的轴线在两个旋转方向上一起旋转，以及

至少一个弹性垫(56)，

其中所述至少一个弹性垫被设置在所述轴之一的凹处(58)中，并且所述至少一个弹性垫与凹处侧壁在所述凹处所在的轴的两个所述旋转方向上抵接，并且其中所述至少一个弹性垫具有从所述凹处延伸出的凸起(59)，并且其中所述凸起与侧部在与设置有所述凹处的轴相配合的轴的一个齿或多个齿的两个所述旋转方向上抵接。

2.根据权利要求1所述的转向联轴器，其中多个弹性垫(56)设置在相应数量的凹处(58)中。

3.根据权利要求1至2中任何一项所述的转向联轴器，其中所述轴(52，54)的所述齿(53，55)形成为花键，以形成花键联轴器。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的转向联轴器，其中所述至少一个弹性垫由弹性体材料或橡胶材料制成。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的转向联轴器，其中所述至少一个弹性垫被压配到所述凹处中，并且其中所述至少一个弹性垫被压配抵靠到与设置有所述凹处的轴相配合的轴的齿上。

6.根据权利要求1至5中任何一项所述的转向联轴器，其中所述弹性垫(56)仅在所述转向联轴器中的所述轴(52,54)的所述齿(53,55)的所述轴向长度的一部分上延伸。

7.根据权利要求1至6中任何一项所述的转向联轴器，其中容纳所述至少一个弹性垫的一个或多个所述凹处位于一个或多个所述凹处所在的轴的端部分。

8.根据权利要求1至7中任何一项所述的转向联轴器，其中所述至少一个弹性垫由实心材料形成。

9.根据权利要求1至8中任何一项所述的转向联轴器，其中所述至少一个弹性垫具有凸起(59)，所述凸起(59)具有和与设置有所述凹处的轴相配合的轴的一个齿或多个齿的形状相匹配的凸出部分。

10.根据权利要求1至9中任何一项所述的转向联轴器，当设置多个弹性垫时，其中所述多个弹性垫由连接部件(63)连接在一起。

11.根据权利要求10所述的转向联轴器，其中所述连接部件和所述弹性垫形成为一个整体元件。

12.根据权利要求10或11所述的转向联轴器，其中所述连接部件具有环形形状。

13.根据权利要求10至12中任何一项所述的转向联轴器，其中一个轴在所述端部分设置有凹槽(61)，并且其中所述连接部件位于所述凹槽中。

14.根据权利要求13所述的转向联轴器，其中所述凹槽具有下切部分(64)，所述下切部分(64)被成形为防止所述连接部件在具有所述凹槽的轴的轴向方向上移动。

15.一种主动转向装置(10)，包括根据权利要求1至14中任何一项所述的转向联轴器，并进一步包括电动马达(40)，所述电动马达(40)连接到所述轴之一，从而为车辆的转向提供辅助转向力。

16.根据权利要求15所述的主动转向装置，进一步包括控制模块(20)，所述控制模块(20)连接到所述电动马达，用于控制由所述电动马达施加的所述辅助转向力。

17.一种自主车辆，包括根据权利要求1至14中任何一项所述的转向联轴器或根据权利要求15至16中任何一项所述的主动转向装置。