CN1277584A - 用于汽车的电动助力转向器 - Google Patents
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Abstract
用于汽车的电动助力转向器包括输入轴(5),该轴与转向手轮有效连接,用来传递用于控制要被转向车轮所需的转向转矩。输出部件与要被转向车轮有效连接。伺服马达(7)设置在助力转向器上,通过该电机可以将辅助力施加给输入轴(5)或输出部件。输入轴(5)与输出部件通过扭杆(4)相互连接。用于获取作用于输入轴(5)上的转向转矩的检定单元包括各一个与输入轴(5)和输出部件连接的磁环(12,14)和附属传感器(13,15)。每个磁环(12,14)具有相同的电磁极偶数量。每个磁环(12,14)配有固定在壳体上的传感器(13,15),通过传感器不仅获取转向转矩而且获取输入轴(5)的旋转速度。
Description
本发明涉及权利要求1前序所述的用于汽车的电动助力转向器。助力转向器包括输入轴,该轴与转向手轮有效连接并用来传递用于控制要被转向车轮所需的转向转矩。输出部件与要被转向车轮有效连接。伺服马达设置在助力转向器上,通过该电机可以将辅助力施加给输入轴或输出部件。输入轴与输出部件通过旋转弹性体相互连接,使得在输入轴与输出部件之间实现受限地转动运动。非接触式检定单元用于无接触地获取作用于输入轴上的转向转矩的方向和大小。检定单元包括各一个与输入轴和输出部件连接的脉冲发生器和传感器。脉冲发生器由磁环构成,这些磁环在其圆周表面上具有交替排列的北磁极和南磁极。
这种形式的转向器例如由DE-C2-38 44 578为公众所知。对于这种助力转向器两个非电磁材料制成的转子与输入轴或输出部件连接。转子在其圆周上具有这样的电磁介质,使其构成交替的北磁极和南磁极。通过测量两个转子转角差在利用磁阻元件的条件下获取转矩。
通过获取转矩可以控制电动转向器的伺服系统。当在电动转向器条件下单纯根据转矩控制伺服系统时,这会在汽车运行中感到不习惯,因为相对于液压助力转向器来说会由此产生其它的摩擦比。也缺少针对转向矩的转向速度“回答信号”。为了克服这一缺陷,获取转向速度是必需的。为了获取转向速度对于公知的电动转向器,例如在DE-C2-37 11 854中所涉及的电动转向器具有附属的传感器。这个传感器例如具有直流测速发电机,该发电机以对应于转向速度的电压产生直流电流。这种形式的转向速度传感器对于为了获取转向速度来说,意味着相对较高的费用。
本发明的目的在于,改善此类电动助力转向器的控制。尤其是要实现,以简便的方法顺便获取转向速度。
这个目的通过权利要求1所表征的助力转向器而得以实现。这个解决方案尤其由此而实现,在此类助力转向器上构成两个具有相同极偶数量的磁环并在每个磁环上配有固定在壳体上的传感器,通过传感器不仅获得磁环的相对位置和与此相关的输入轴与输出部件相互间的相对位置而且获得输入轴的旋转速度。通过这种设计能够实现,采用两个磁环和两个附属于磁环的传感器不仅可以获取转矩而且可以获取输入轴的旋转速度以及与此相关的转向速度。通过获取转向速度可以在转向和回位时控制转向阻尼。在采用伺服马达作为电机的情况下,转向速度不仅可以被用来附加地控制电机转数的快慢而且可以改善控制质量。
本发明的根据目的并具有优点的实施例在从属权利要求中给出。带有附属第二传感器的第二磁环可以设置在输入轴上,第二传感器用于获取转向角度。通过获取转向角度可以对转向回位施加积极地影响。此外由此可以实现中间阻尼用以遏制回位过程中的过调量。此外将改善汽车的直线行驶状况。
另一个优点是转向器在直线行驶位置上的准确定心并使特性曲线取决于转向轮的偏转。这意味着,在直线行驶位置存在另一种如同停车状态的特性曲线。此外转向轮角度信号可以考虑用于其它的汽车控制设备,例如有效的行走机构或摇摆稳定机构。
设置在输入轴上的两个磁环具有不同的极偶数量。通过两个磁环和两个附属传感器在最好情况下能够在180°范围内确认明确的转向角度。如果要确定输入轴的绝对角度位置,可以对两个传感器配置电气单元,通过电气单元根据直线行驶位置的一次性确认就可以获取各次经过的转向角度并被储存。为了防止在出现事故,例如断电时绝对转向角度的丢失,可以在输入轴上设置带有附属第三传感器的第三磁环以获取绝对转向角度。第三磁环与输入轴通过减速器连接,减速器例如按照“谐波传动”式减速器来设计。
下面根据图示实施例来详细描述本发明。
图示为:
图1以齿条转向机构为例,按照本发明的助力转向器的纵向剖面图;
图2图1中的II-II剖面图。
以带有齿条减速器的助力转向器为例来描述本发明。但是本发明同样可以用于其它的助力转向器,如带有滚珠螺母传动的助力转向器或带有舵柱与转向装置分开的助力转向器。
与小齿轮轴2连接的小齿轮3可转动地支承在以壳体1简要表示的转向器壳体里面。小齿轮3作为输出部件与没有详细画出的、要被转向的车轮有效连接。在滚珠螺母转向机构中代替小齿轮3的是螺杆。小齿轮轴2通过扭杆4与转向装置的输入轴5连接。可以采用另一个转动弹性体来代替扭杆4。
小齿轮3通过齿轮或蜗轮蜗杆传动机构6与电机7传动连接。蜗轮蜗杆传动机构6的蜗轮8固定在小齿轮轴2上。此外小齿轮3通过齿条10与要被转向的车轮传动连接。
传感器壳体11固定在壳体1的一部分上,在图1所示实施例中位于上面、与输入轴5相邻的部位上。
以磁环12形式出现的脉冲发生器设置在小齿轮轴2上。磁环12与固定在传感器壳体11上的传感器13共同起作用。以磁环14形式出现的与磁环12相邻的第一脉冲发生器固定在输入轴5上。附属传感器15固定在传感器壳体11里面。两个磁环12和14在其圆周表面具有交替排列的北磁极和南磁极。两个磁环12和14具有相同的极偶数量。
两个传感器13和15的信号在电气单元16里面被获取并进行处理。由此,通过两个磁环12和14相互间的相对位置获取转矩。通过转向手轮导入到输入轴5上的转矩通过扭杆4传递到小齿轮轴2。在此所产生的输入轴5对于小齿轮轴2的相对扭转以及磁环14相对于磁环12的扭转取决于转矩并取决于扭杆4的弹性曲线。磁环12和14相互间的扭转角度在存在扭杆4的情况下取决于转向手轮上的操作扭矩。被测出的转矩用来作为伺服机构的测量值并由电气单元16继续传导给电机7。
除了转向转矩以外通过两个磁环12和14以及两个传感器13和15还可以获取输入轴5的旋转速度。通过测量被扫描的磁环极偶并推导出所用时间可以得到旋转速度。如果另外计算出磁场的水平和垂直矢量分量,就可以按照增量发生器的形式附加确定旋转方向。
如果在输入轴5上相邻于第一磁环14设置第二磁环17并在传感器壳体11里设置附属传感器18,就可以通过这两个磁环14和17以及两个传感器15和18确定转向角度。这一点可以通过两个磁环14和17相互间具有不同的极偶数量来实现。由此通过两个磁环14和17磁极的相互位置可以推断出转向角度。以这种方法确定的转向角度限定在180°范围内。因此回位转向角度得根据一次性确定的直线行驶位置通过电气单元16获取并被存储,以推断出实际转向角度。
在这种配置条件下干扰,例如断电可能会导致错误。为了防止这种错误,在输入轴5上设置带有附属传感器21的第三磁环20。传感器21与其它传感器一样固定在传感器壳体11里面。而磁环20通过减速器22与输入轴5连接。减速器22涉及一种“谐波传动”式减速器的内啮合减速器。减速器22包括外啮合齿轮23和内啮合空心轮24。空心轮24抗扭转并对于输入轴5轴线同心地支承在传感器壳体11里面。齿轮23以相对于输入轴5轴线的偏心值“e”偏心地支承在轴套25上。偏心值“e”对应于啮合中心距。这个减速器22能够获取经过转向手轮全部旋转范围的绝对转向角度。
与齿轮23固定连接的磁环20具有两个极偶。与传感器21相结合能够获取超过90°的绝对角度位置。当转向手轮总共旋转四圈时,这意味着,与减速器22相结合,如同已经提到过的,就可以获取经过全部转向范围的绝对转向角度位置。
磁环12,14和20以及传感器13,15和21与电气单元16共同构成非接触式获取出现在输入轴5上的转向转矩的方向和大小、转向速度和转向角度的检定单元。在此磁场的变化被检测,磁场的变化通过磁环12,14和20的运动而产生。
在另一种可能的实施例中检定单元可以设置在助力转向器的其它位置上,对于这种实施例电机7不是作用于小齿轮3,而是作用于齿条10或输入轴5,以及与输入轴5连接的转向舵柱。
Claims (9)
1.用于汽车的电动助力转向器,
—带有输入轴(5),该轴与转向手轮有效连接,用来传递要被转向车轮所需的转向转矩,
—带有输出部件,该部件与要被转向车轮有效连接,
—带有伺服马达(7),通过该马达可以将辅助力施加给输入轴(5)或输出部件,在此输入轴(5)与输出部件通过旋转弹性体这样来相互连接,使得在输入轴(5)与输出部件之间实现受限地转动运动,
—带有检定单元,用于无接触式获取作用于输入轴(5)上的转向转矩的方向和大小,
—在此检定单元包括各一个与输入轴(5)和输出部件连接的脉冲发生器和传感器,
—在此脉冲发生器由磁环(12,14)构成,这些磁环在其圆周表面上具有交替排列的北磁极和南磁极,
其特征为,每个磁环(12,14)具有相同的极偶数量并且每个磁环(12,14)配有固定在壳体上的传感器(13,15),通过传感器不仅获取磁环(12,14)的相对位置和与此相关的输入轴(5)与输出部件相互间的相对位置而且获取输入轴(5)的旋转速度。
2.如权利要求1的电动助力转向器,其特征为,带有附属第二传感器(18)的第二磁环(17)设置在输入轴(5)上用于获取转向角度。
3.如权利要求2的电动助力转向器,其特征为,第二磁环(17)与设置在输入轴(5)上的第一磁环(14)具有不同的极偶数量。
4.如权利要求3的电动助力转向器,其特征为,电气单元(16)配有传感器(13,15,18),通过该单元可以获取输入轴(5)在数圈旋转情况下的转向角度。
5.如权利要求3的电动助力转向器,其特征为,带有附属第三传感器(21)的第三磁环(20)设置在输入轴(5)上用于获取绝对转向角度。
6.如权利要求5的电动助力转向器,其特征为,第三传感器(20)通过减速器(22)与输入轴(5)连接。
7.如权利要求6的电动助力转向器,其特征为,减速器(22)按照“谐波传动”式减速器设计。
8.如权利要求5至7之一的电动助力转向器,其特征为,第三磁环(20)具有两个极偶。
9.如权利要求1至8之一的电动助力转向器,其特征为,伺服马达为电马达(7)。
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