CN1812908A - 用来测定车辆转向装置内的旋转运动的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用来测定车辆转向系统内的旋转运动的装置(1)。要测定其旋转运动的一根轴(3)可旋转地支承在一机座(2)内。在轴(3)上安装一可轴向移动的元件(4)，它通过一将轴(3)的旋转运动转变成纵向运动的传动连接(5)与轴(3)连接。传动连接(5)可以是一螺纹或一螺旋形滑槽导轨或滚珠环道。可轴向移动的元件(4)借助于一沿径向预紧的纵向导轨(6)并特别是通过纵向导轨(6)的在机座一侧设有倾斜侧面的构件(8)轴向导引。一包括装在可轴向移动的元件(4)上的信号发生器(14)和装在机座(2)上的传感器(15)的检测装置(7)检测可轴向移动的元件(4)的纵向运动。

Description

用来测定车辆转向装置内的旋转运动的装置
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的用来测定旋转运动的装置以及一种按并列权利要求前序部分的配备此装置的转向系统。
DE 10037211A1介绍了一种用来测定车辆转向系统转向操作机构的旋转运动的装置。一安装在转向轴上的可轴向移动的元件连同一在转向轴上的做成螺纹的传动连接构成一运动螺旋装置(力螺旋)。可轴向移动的元件在一由一在元件上的滑杆和一用于滑杆的导向通道组成的纵向导轨内轴向移动。这里在可轴向移动的元件上的磁力不规则性由一电磁传感器检测，并测定可轴向移动的元件的纵向运动。由此虽然可以测定转向操作机构旋转运动的绝对值，但是由于纵向导轨不可避免的间隙，所述装置不精确。
EP 1114765A2介绍了一种用来测定车辆转向系统内旋转运动的装置，其中通过一无间隙的传动箱将待测量轴的旋转运动转变成一螺旋轴的旋转运动。类似于在DE 10037211A1中所述的轴那样，测量螺旋轴的旋转运动，其中可轴向移动的元件可以沿轴的径向受弹簧力作用。
在EP 1114765A2中所述的装置制造复杂，需要较大的结构空间。此外可轴向移动的元件的无间隙纵向导引无法完全保证。因此影响到装置的测量精度。
本发明的目的是，创造一种用来测定车辆转向系统内的旋转运动的装置，它在结构简单和安装空间尽可能小的情况下可以具有非常高的测量精度。此外应推荐一种配备该装置的转向系统。
此目的通过具有权利要求1特征的装置以及具有并列权利要求特征的转向系统得以实现。
据此，在一机座内可旋转地支承一轴，在轴上安装一可沿轴的方向轴向移动的元件，它通过一将轴的旋转运动转变成纵向运动的传动连接与轴相连接。可轴向移动的元件通过一在轴的径向方向上预紧的纵向导轨沿轴向导引，其中设有一测定可轴向移动的元件的纵向运动的检测装置。按照本发明，纵向导轨的机座一侧的构件与可轴向移动的元件在相互倾斜并沿可轴向移的元件的轴向延伸的第一斜面上贴合。可轴向移动的元件和轴通过传动连接的第二斜面相互无间隙地嵌合，其中第一斜面和第二斜面具有相互一样的倾斜方向。也就是说本发明从这样的认识出发，即，不管是第一还是第二斜面都做成相同形状的，其中它们具有相同的尤其是呈梯形的倾斜方向。换言之：用于轴向导向的第一斜面与第二斜面同样地沿传动连接的周向成形。这有这样的优点，即通过机座一侧的构件施加在第一斜面上的径向压力在传动连接中造成那里的第二斜面的轴向压紧，从而提供确保有效形锁合的充分的无间隙性。
用来测定旋转运动的装置的这种容易实现的无间隙状态能使装置具有高的测量精度。亦即提供了一种非常准确的传感器-测量装置。
轴和可轴向移动的元件之间的传动连接最好做成螺旋式或螺纹式，并具有在轴上的相应的(第二)斜面和/或在可轴向移动的元件上的(第一)斜面，它们相互贴合。传动连接的斜面和机座一侧的构件与可轴向移动的元件之间的斜面分别具有其相同的倾斜方向。机座一侧的构件最好是一压紧件，它例如通过弹簧力或液压压力预紧。可轴向移动元件最好做成螺母，它在做成螺纹的轴上轴向导引。
通过纵向导轨的机座一侧的构件向可轴向移动的元件的方向的预紧，或者根据所有斜面的倾斜方向也可以背离可轴向移动的元件，而使所述的所有斜面无间隙地贴合，由此造成机座和可轴向移动的元件之间的检测装置有高的测量精度。
在可轴向移动的元件上的第一斜面宜设置在一轴向分布的、沿径向从元件的外壳面朝其纵轴定向的凹槽内。这里凹槽优选具有梯形横截面。
纵向导轨的机座侧构件可以用其轮廓，亦即用其(第一)斜面在该凹槽内与凹槽的(第一)斜面贴合，这就得到了可轴向移动元件的一种无间隙的纵向导向。
这里可轴向移动的元件优选绕轴环形或圆柱形或套筒形或角形地构成，其中轴与可轴向移动的元件之间的传动连接可以构成为形成一运动螺旋装置的螺纹。螺纹最好做成梯形螺纹或滚珠环道(Kugelumlauf)。
为了减小用来测定旋转运动的装置的安装空间，纵向导轨机座一侧的构件以其径向尺寸的绝大部分装在可轴向移动的元件的凹槽内。
轴的旋转运动通过轴与可轴向移动的元件之间的传动连接转变成此元件的纵向运动。可轴向移动的元件的纵向移动通过具有处理线路(电路)的检测装置进行测定。为此，在可轴向移动的元件的圆周上安装一传感器或信号发生器，它分别与设置在机座上或纵向导轨机座侧构件上的与它相邻的一信号发生器或传感器相连。
传感器可以是一磁阻传感器，它主要由一个或多个由喷敷在一硅基体上并通过硅-氮-保护层钝化的铁磁镍钴合金制成的折回形印制导线构成，铁磁的镍钴合金的电阻与磁场在磁场方向方面有很大关系。
信号发生器可以是一磁铁棒，它最好具有比可轴向移动的元件纵向运动的结构上规定的测量范围大的轴向长度，以便能够补偿信号发生器或可轴向移动的元件相对于传感器的安装误差。信号发生器做成磁铁环也是合适的。
特别是为了可以使检测装置具有冗余度，沿可轴向移动的元件的周向和/或纵向和在机座上宜设置多个传感器和与之相连的信号发生器。
可轴向移动的元件做成可轴向运动地安装在一构造成转向轴的轴上的螺母，可能是适宜的。这种结构特别适合于用来测定在转向操作机构(转向轮)区域内的转向角。
可移动的元件做成螺母，也可能是合适的，这时轴做成螺纹件，螺母可轴向运动地安装在它上面。螺纹件又装在一转向螺母上，转向螺母通过滚珠环道螺纹(Kugelumlaufgewinde)作用在一齿杆上。从而可以借助于所推荐的测量装置测定齿杆区域内的转向角。
下面借助于以下附图详细说明本发明的两个实施例：
图1表示一用来测定转向轴旋转运动的装置的示意横剖视图；
图2表示一在图1中所示的测量装置沿I-I线的示意纵剖视图；
图3表示一不同设计的在一齿杆上的旋转运动测量装置的示意横剖视图。
图1中表示一用来测定车辆转向系统中的轴3的旋转运动的装置1的示意横剖视图。
在机座2内可旋转地支承构造成转向轴的轴3。用装置1可测定轴3旋转运动和旋转位置的绝对值。为此设置一检测装置7，它包括一做成磁铁棒17的信号发生器14和一做成磁阻传感器或传感器面16的传感器15。
如图2以一沿图1中的I-I线的用来测定旋转运动的装置1纵剖视图表示的那样，磁铁棒17在可轴向移动的安装在轴3上的元件4的一个轴向区域18上延伸，并固定在该元件4上。
传感器15以小的径向距离设置在磁铁棒17的对面。传感器15固定安装在机座2上。传感器安装在可轴向移动的元件4上，磁铁棒17固定在机座上，也是可以的。
轴3和可轴向移动的元件4之间的传动连接5与设置在机座2上在机座和可轴向移动的元件4之间的纵向导轨6共同作用，使得当轴3沿图2中箭头方向X旋转时，可轴向移动的元件4轴向移动。在所示实施例中传动连接5做成螺纹12，特别是具有顶隙的梯形螺纹13。可轴向移动的圆柱形套筒形的元件4与梯形螺纹13以及轴3一起形成运动螺旋装置。
如果在轴3旋转时磁铁棒17和可轴向移动的元件4一起运动的话，那么磁阻传感器16便穿过磁铁棒17的磁力线，在传感器16内产生一信号-平面霍尔电压或电阻变化。此信号可以被车辆转向系统的控制和/或调节单元处理，并用来控制车辆转向系统的伺服电机。可轴向移动的单元4也可以不装在转向轴上，而是装在转向螺母上，这时检测装置测定一齿杆的纵向运动。
为使旋转运动测量装置1在装置的安装空间尽可能小的情况下具有高的测量精度，纵向导轨6和在轴3与可轴向移动的元件4之间的做成梯形螺纹13的传动连接5需要没有间隙。为此设置一纵向导轨6的机座一侧构件8，在本实施例中它朝轴3和可轴向移动的元件4的纵轴19方向预紧或弹簧压紧。
纵向导轨6的机座一侧的构件8在相互倾斜并沿纵轴19方向分布的第一斜面9、9′贴合在可轴向移动的元件4上。在本实施例中，纵向导轨6机座一侧的构件8具有(第一)斜面9，可轴向移动的元件4具有(第一)斜面9′。在可轴向移动的元件4上的斜面9′设计成类似于梯形的面。纵向导轨6的在机座一侧的弹簧压紧的构件8伸入做成这样的凹槽11内，可轴向移动的元件4位于此凹槽内并以其斜面9无间隙地贴合在凹槽11的斜面9′上。
通过梯形螺纹13在可轴向移动的元件4与轴3之间造成第二斜面10、10′，它们具有和纵向导轨6的第一斜面相同的倾斜方向。此外，梯形螺纹13，还有机座一侧的构件8，在凹槽11内具有顶隙，从而，通过纵向导轨6在机座一侧的弹簧压紧的构件8使所述的全部斜面9、9′无间隙地贴合，并用这种方式以最小的费用使装置1始终保持无间隙。
通过下述方式减小装置1的安装空间，即，纵向导轨6的机座侧构件8做成扁平的，并以其径向尺寸的绝大部分伸入可轴向移动的元件4的凹槽11内。传动连接5可以是一螺纹或螺旋形滑槽导轨或一滚珠环道。
为了简化检测装置7的调整并可以补偿检测装置7的安装误差，考虑将磁铁棒17或信号发生器14的轴向长度18选择得大于可轴向移动的元件4纵向运动所需要的结构上规定的测量范围。
图3中表示一个作为本发明第二个实施例的测量装置1′。那里表示测量装置安装在电子转向器内的一齿杆129上。齿杆配备一滚珠环道螺纹135，它与一转向螺母128共同作用。转向螺母128通过一带滚动体111的轴承支承在壳体100内，并通过一设计成皮带传动127的传动装置由电机126驱动，由此可以使齿杆129或推进杆偏转，支持通过一未画出的转向齿轮进行手动转向。为了测定转向运动以及转向角，转向螺母128配备一螺纹段133，一螺母136可在它上面轴向运动。螺纹段133和螺母136是按本发明设计的组件，亦即可旋转地支承的轴和可轴向移动的元件，它们具有设计得相同的斜面(这里未画出，参见图2)。用来测定螺母136轴向运动137的传感器元件130和131设置在所述组件上。

Claims (18)

1.用来测定车辆转向系统内的旋转运动的装置(1)，具有一可旋转地支承在一机座(2)内的轴(3)，在轴上安装一可沿轴(3)的方向轴向移动的元件(4)，此元件通过一将轴(3)的旋转运动转变成纵向运动的传动连接(5)与轴(3)相连接，其中可轴向移动的元件(4)通过一在轴(3)的径向方向上预紧的纵向导轨(6)沿轴向导引；还具有一测定可轴向移动的元件(4)的纵向运动的检测装置(7)，其特征为：纵向导轨(6)的一个在机座一侧的构件(8)与可轴向移动的元件(4)在相互倾斜并沿可轴向移动的元件(4)的轴向延伸的第一斜面(9，9′)上贴合，可轴向移动的元件(4)和轴(3)通过传动连接(5)的第二斜面(10，10′)相互无间隙地嵌合，其中在机座一侧的构件(8)与可轴向移动的元件(4)之间的第一斜面(9，9′)和传动连接(5)的第二斜面(10，10′)具有相互一样的倾斜方向。
2.按权利要求1的装置(1)，其特征为：可轴向移动的元件是一螺母(4)，轴是一螺杆，特别是一转向轴(3)，在机座一侧的构件是一压紧件(8)，它将螺母(4)径向压紧在螺杆(3)上。
3.按权利要求1的装置(1′)，其特征为：可轴向移动的元件是一螺母(4)，轴是一螺纹段(133)，它设置在转向螺母(128)上，转向螺母驱动一齿杆(129)的滚珠环道螺纹(135)。
4.按权利要求1至3之任一项的装置(1)，其特征为：可轴向移动的元件(4)的纵向导轨(6)在机座一侧的构件(8)贴合在第一斜面(9，9′)上。
5.按权利要求1至4之任一项的装置(1)，其特征为：可轴向移动的元件(4)的第一斜面(9′)是可轴向移动的元件(4)上的一个径向朝轴(3)延伸的凹槽(11)的一部分。
6.按上述权利要求之任一项的装置(1)，其特征为：第一斜面(9，9′)和第二斜面(10，10′)都具有呈梯形的倾斜方向。
7.按上述权利要求之任一项、特别是按权利要求2或3的装置(1)，其特征为：可轴向移动的元件(4)绕轴(3)环形或圆柱形或角形地构成，传动连接(5)是轴(3)与可轴向移动的元件(4)之间的一螺纹(12)。
8.按权利要求7的装置(1)，其特征为：螺纹(12)是一带顶隙的梯形螺纹(13)。
9.按权利要求5至8之任一项的装置(1)，其特征为：纵向导轨(6)在机座一侧的构件(8)以其径向尺寸的绝大部分伸入到可轴向移动的元件(4)的凹槽(11)内。
10.按权利要求1至7之任一项的装置(1)，其特征为：为使纵向导轨(6)和传动连接(5)无间隙，纵向导轨(6)的在机座一侧的构件(8)沿径向方向朝轴(3)预紧。
11.按上述权利要求之任一项的装置(1)，其特征为：检测装置(7)由一设置在可轴向移动的元件(4)上的信号发生器(14)和一与之相连的、在机座(2)或纵向导轨(6)的在机座一侧的构件(8)上的传感器(15)构成。
12.按上述权利要求之任一项的装置(1)，其特征为：检测装置(7)由一设置在可轴向移动的元件(4)上的传感器(15)和一与之相连的、在机座(2)或纵向导轨(6)的在机座一侧的构件(8)上的信号发生器(14)构成。
13.按权利要求11或12的装置(1)，其特征为：传感器(15)是一磁阻传感器(16)，信号发生器(14)是一磁铁棒(17)或磁铁环。
14.按权利要求11至13之任一项的装置，其特征为：信号发生器(14)具有一比可轴向移动的元件(4)的纵向运动的结构上规定的测量范围大的轴向长度(18)。
15.按权利要求11至14之任一项的装置(1)，其特征为：在可轴向移动的元件(4)的圆周上和/或沿纵向设置多个传感器(15)或多个信号发生器(14)。
16.按上述权利要求之任一项的装置(1)，其特征为：可轴向移动的元件(4)设置在一转向轴上，检测装置(7)测定一转向操作机构的旋转。
17.按上述权利要求之任一项的装置(1)，其特征为；可轴向移动的元件(4)设置在一做成转向螺母的轴上，检测装置(7)测量一齿杆的纵向运动。
18.具有一用来测定车辆转向系统内的旋转运动的装置(1)的车辆转向系统，所述装置具有一可旋转地支承在一机座(2)内的轴(3)，在轴上安装一可沿轴(3)的方向轴向移动的元件(4)，此元件通过一将轴(3)的旋转运动转变成纵向运动的传动连接(5)与轴(3)相连接，其中可轴向移动的元件(4)通过一在轴(3)的径向方向上预紧的纵向导轨(6)沿轴向导引；还具有一测定可轴向移动的元件(4)的纵向运动的检测装置(7)，其特征为：纵向导轨(6)的一个在机座一侧的构件(8)与可轴向移动的元件(4)在相互倾斜并沿可轴向移动的元件(4)的轴向延伸的第一斜面(9，9′)上贴合，可轴向移动的元件(4)和轴(3)通过传动连接(5)的第二斜面(10，10′)相互无间隙地嵌合，其中在机座一侧的构件(8)与可轴向移动的元件(4)之间的第一斜面(9，9′)和传动连接(5)的第二斜面(10，10′)具有相互一样的倾斜方向。
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