專利名稱：用于汽車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序所述的用于汽車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器。助力轉(zhuǎn)向器包括輸入軸，該軸與轉(zhuǎn)向手輪有效連接并用來傳遞用于控制要被轉(zhuǎn)向車輪所需的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。輸出部件與要被轉(zhuǎn)向車輪有效連接。伺服馬達(dá)設(shè)置在助力轉(zhuǎn)向器上，通過該電機(jī)可以將輔助力施加給輸入軸或輸出部件。輸入軸與輸出部件通過旋轉(zhuǎn)彈性體相互連接，使得在輸入軸與輸出部件之間實(shí)現(xiàn)受限地轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。非接觸式檢定單元用于無接觸地獲取作用于輸入軸上的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的方向和大小。檢定單元包括各一個(gè)與輸入軸和輸出部件連接的脈沖發(fā)生器和傳感器。脈沖發(fā)生器由磁環(huán)構(gòu)成，這些磁環(huán)在其圓周表面上具有交替排列的北磁極和南磁極。
這種形式的轉(zhuǎn)向器例如由DE-C2-38 44 578為公眾所知。對(duì)于這種助力轉(zhuǎn)向器兩個(gè)非電磁材料制成的轉(zhuǎn)子與輸入軸或輸出部件連接。轉(zhuǎn)子在其圓周上具有這樣的電磁介質(zhì)，使其構(gòu)成交替的北磁極和南磁極。通過測量兩個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角差在利用磁阻元件的條件下獲取轉(zhuǎn)矩。
通過獲取轉(zhuǎn)矩可以控制電動(dòng)轉(zhuǎn)向器的伺服系統(tǒng)。當(dāng)在電動(dòng)轉(zhuǎn)向器條件下單純根據(jù)轉(zhuǎn)矩控制伺服系統(tǒng)時(shí)，這會(huì)在汽車運(yùn)行中感到不習(xí)慣，因?yàn)橄鄬?duì)于液壓助力轉(zhuǎn)向器來說會(huì)由此產(chǎn)生其它的摩擦比。也缺少針對(duì)轉(zhuǎn)向矩的轉(zhuǎn)向速度“回答信號(hào)”。為了克服這一缺陷，獲取轉(zhuǎn)向速度是必需的。為了獲取轉(zhuǎn)向速度對(duì)于公知的電動(dòng)轉(zhuǎn)向器，例如在DE-C2-37 11 854中所涉及的電動(dòng)轉(zhuǎn)向器具有附屬的傳感器。這個(gè)傳感器例如具有直流測速發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)以對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)向速度的電壓產(chǎn)生直流電流。這種形式的轉(zhuǎn)向速度傳感器對(duì)于為了獲取轉(zhuǎn)向速度來說，意味著相對(duì)較高的費(fèi)用。
本發(fā)明的目的在于，改善此類電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的控制。尤其是要實(shí)現(xiàn)，以簡便的方法順便獲取轉(zhuǎn)向速度。
這個(gè)目的通過權(quán)利要求1所表征的助力轉(zhuǎn)向器而得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)解決方案尤其由此而實(shí)現(xiàn)，在此類助力轉(zhuǎn)向器上構(gòu)成兩個(gè)具有相同極偶數(shù)量的磁環(huán)并在每個(gè)磁環(huán)上配有固定在殼體上的傳感器，通過傳感器不僅獲得磁環(huán)的相對(duì)位置和與此相關(guān)的輸入軸與輸出部件相互間的相對(duì)位置而且獲得輸入軸的旋轉(zhuǎn)速度。通過這種設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)，采用兩個(gè)磁環(huán)和兩個(gè)附屬于磁環(huán)的傳感器不僅可以獲取轉(zhuǎn)矩而且可以獲取輸入軸的旋轉(zhuǎn)速度以及與此相關(guān)的轉(zhuǎn)向速度。通過獲取轉(zhuǎn)向速度可以在轉(zhuǎn)向和回位時(shí)控制轉(zhuǎn)向阻尼。在采用伺服馬達(dá)作為電機(jī)的情況下，轉(zhuǎn)向速度不僅可以被用來附加地控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的快慢而且可以改善控制質(zhì)量。
本發(fā)明的根據(jù)目的并具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中給出。帶有附屬第二傳感器的第二磁環(huán)可以設(shè)置在輸入軸上，第二傳感器用于獲取轉(zhuǎn)向角度。通過獲取轉(zhuǎn)向角度可以對(duì)轉(zhuǎn)向回位施加積極地影響。此外由此可以實(shí)現(xiàn)中間阻尼用以遏制回位過程中的過調(diào)量。此外將改善汽車的直線行駛狀況。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)向器在直線行駛位置上的準(zhǔn)確定心并使特性曲線取決于轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)。這意味著，在直線行駛位置存在另一種如同停車狀態(tài)的特性曲線。此外轉(zhuǎn)向輪角度信號(hào)可以考慮用于其它的汽車控制設(shè)備，例如有效的行走機(jī)構(gòu)或搖擺穩(wěn)定機(jī)構(gòu)。
設(shè)置在輸入軸上的兩個(gè)磁環(huán)具有不同的極偶數(shù)量。通過兩個(gè)磁環(huán)和兩個(gè)附屬傳感器在最好情況下能夠在180°范圍內(nèi)確認(rèn)明確的轉(zhuǎn)向角度。如果要確定輸入軸的絕對(duì)角度位置，可以對(duì)兩個(gè)傳感器配置電氣單元，通過電氣單元根據(jù)直線行駛位置的一次性確認(rèn)就可以獲取各次經(jīng)過的轉(zhuǎn)向角度并被儲(chǔ)存。為了防止在出現(xiàn)事故，例如斷電時(shí)絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度的丟失，可以在輸入軸上設(shè)置帶有附屬第三傳感器的第三磁環(huán)以獲取絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度。第三磁環(huán)與輸入軸通過減速器連接，減速器例如按照“諧波傳動(dòng)”式減速器來設(shè)計(jì)。
下面根據(jù)圖示實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖示為


圖1以齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為例，按照本發(fā)明的助力轉(zhuǎn)向器的縱向剖面圖；圖2圖1中的II-II剖面圖。
以帶有齒條減速器的助力轉(zhuǎn)向器為例來描述本發(fā)明。但是本發(fā)明同樣可以用于其它的助力轉(zhuǎn)向器，如帶有滾珠螺母傳動(dòng)的助力轉(zhuǎn)向器或帶有舵柱與轉(zhuǎn)向裝置分開的助力轉(zhuǎn)向器。
與小齒輪軸2連接的小齒輪3可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在以殼體1簡要表示的轉(zhuǎn)向器殼體里面。小齒輪3作為輸出部件與沒有詳細(xì)畫出的、要被轉(zhuǎn)向的車輪有效連接。在滾珠螺母轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中代替小齒輪3的是螺桿。小齒輪軸2通過扭桿4與轉(zhuǎn)向裝置的輸入軸5連接。可以采用另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)彈性體來代替扭桿4。
小齒輪3通過齒輪或蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6與電機(jī)7傳動(dòng)連接。蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6的蝸輪8固定在小齒輪軸2上。此外小齒輪3通過齒條10與要被轉(zhuǎn)向的車輪傳動(dòng)連接。
傳感器殼體11固定在殼體1的一部分上，在圖1所示實(shí)施例中位于上面、與輸入軸5相鄰的部位上。
以磁環(huán)12形式出現(xiàn)的脈沖發(fā)生器設(shè)置在小齒輪軸2上。磁環(huán)12與固定在傳感器殼體11上的傳感器13共同起作用。以磁環(huán)14形式出現(xiàn)的與磁環(huán)12相鄰的第一脈沖發(fā)生器固定在輸入軸5上。附屬傳感器15固定在傳感器殼體11里面。兩個(gè)磁環(huán)12和14在其圓周表面具有交替排列的北磁極和南磁極。兩個(gè)磁環(huán)12和14具有相同的極偶數(shù)量。
兩個(gè)傳感器13和15的信號(hào)在電氣單元16里面被獲取并進(jìn)行處理。由此，通過兩個(gè)磁環(huán)12和14相互間的相對(duì)位置獲取轉(zhuǎn)矩。通過轉(zhuǎn)向手輪導(dǎo)入到輸入軸5上的轉(zhuǎn)矩通過扭桿4傳遞到小齒輪軸2。在此所產(chǎn)生的輸入軸5對(duì)于小齒輪軸2的相對(duì)扭轉(zhuǎn)以及磁環(huán)14相對(duì)于磁環(huán)12的扭轉(zhuǎn)取決于轉(zhuǎn)矩并取決于扭桿4的彈性曲線。磁環(huán)12和14相互間的扭轉(zhuǎn)角度在存在扭桿4的情況下取決于轉(zhuǎn)向手輪上的操作扭矩。被測出的轉(zhuǎn)矩用來作為伺服機(jī)構(gòu)的測量值并由電氣單元16繼續(xù)傳導(dǎo)給電機(jī)7。
除了轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩以外通過兩個(gè)磁環(huán)12和14以及兩個(gè)傳感器13和15還可以獲取輸入軸5的旋轉(zhuǎn)速度。通過測量被掃描的磁環(huán)極偶并推導(dǎo)出所用時(shí)間可以得到旋轉(zhuǎn)速度。如果另外計(jì)算出磁場的水平和垂直矢量分量，就可以按照增量發(fā)生器的形式附加確定旋轉(zhuǎn)方向。
如果在輸入軸5上相鄰于第一磁環(huán)14設(shè)置第二磁環(huán)17并在傳感器殼體11里設(shè)置附屬傳感器18，就可以通過這兩個(gè)磁環(huán)14和17以及兩個(gè)傳感器15和18確定轉(zhuǎn)向角度。這一點(diǎn)可以通過兩個(gè)磁環(huán)14和17相互間具有不同的極偶數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。由此通過兩個(gè)磁環(huán)14和17磁極的相互位置可以推斷出轉(zhuǎn)向角度。以這種方法確定的轉(zhuǎn)向角度限定在180°范圍內(nèi)。因此回位轉(zhuǎn)向角度得根據(jù)一次性確定的直線行駛位置通過電氣單元16獲取并被存儲(chǔ)，以推斷出實(shí)際轉(zhuǎn)向角度。
在這種配置條件下干擾，例如斷電可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。為了防止這種錯(cuò)誤，在輸入軸5上設(shè)置帶有附屬傳感器21的第三磁環(huán)20。傳感器21與其它傳感器一樣固定在傳感器殼體11里面。而磁環(huán)20通過減速器22與輸入軸5連接。減速器22涉及一種“諧波傳動(dòng)”式減速器的內(nèi)嚙合減速器。減速器22包括外嚙合齒輪23和內(nèi)嚙合空心輪24。空心輪24抗扭轉(zhuǎn)并對(duì)于輸入軸5軸線同心地支承在傳感器殼體11里面。齒輪23以相對(duì)于輸入軸5軸線的偏心值“e”偏心地支承在軸套25上。偏心值“e”對(duì)應(yīng)于嚙合中心距。這個(gè)減速器22能夠獲取經(jīng)過轉(zhuǎn)向手輪全部旋轉(zhuǎn)范圍的絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度。
與齒輪23固定連接的磁環(huán)20具有兩個(gè)極偶。與傳感器21相結(jié)合能夠獲取超過90°的絕對(duì)角度位置。當(dāng)轉(zhuǎn)向手輪總共旋轉(zhuǎn)四圈時(shí)，這意味著，與減速器22相結(jié)合，如同已經(jīng)提到過的，就可以獲取經(jīng)過全部轉(zhuǎn)向范圍的絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度位置。
磁環(huán)12，14和20以及傳感器13，15和21與電氣單元16共同構(gòu)成非接觸式獲取出現(xiàn)在輸入軸5上的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的方向和大小、轉(zhuǎn)向速度和轉(zhuǎn)向角度的檢定單元。在此磁場的變化被檢測，磁場的變化通過磁環(huán)12，14和20的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。
在另一種可能的實(shí)施例中檢定單元可以設(shè)置在助力轉(zhuǎn)向器的其它位置上，對(duì)于這種實(shí)施例電機(jī)7不是作用于小齒輪3，而是作用于齒條10或輸入軸5，以及與輸入軸5連接的轉(zhuǎn)向舵柱。
權(quán)利要求
1.用于汽車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，—帶有輸入軸(5)，該軸與轉(zhuǎn)向手輪有效連接，用來傳遞要被轉(zhuǎn)向車輪所需的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩，—帶有輸出部件，該部件與要被轉(zhuǎn)向車輪有效連接，—帶有伺服馬達(dá)(7)，通過該馬達(dá)可以將輔助力施加給輸入軸(5)或輸出部件，在此輸入軸(5)與輸出部件通過旋轉(zhuǎn)彈性體這樣來相互連接，使得在輸入軸(5)與輸出部件之間實(shí)現(xiàn)受限地轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，—帶有檢定單元，用于無接觸式獲取作用于輸入軸(5)上的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的方向和大小，—在此檢定單元包括各一個(gè)與輸入軸(5)和輸出部件連接的脈沖發(fā)生器和傳感器，—在此脈沖發(fā)生器由磁環(huán)(12，14)構(gòu)成，這些磁環(huán)在其圓周表面上具有交替排列的北磁極和南磁極，其特征為，每個(gè)磁環(huán)(12，14)具有相同的極偶數(shù)量并且每個(gè)磁環(huán)(12，14)配有固定在殼體上的傳感器(13，15)，通過傳感器不僅獲取磁環(huán)(12，14)的相對(duì)位置和與此相關(guān)的輸入軸(5)與輸出部件相互間的相對(duì)位置而且獲取輸入軸(5)的旋轉(zhuǎn)速度。
2.如權(quán)利要求1的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，其特征為，帶有附屬第二傳感器(18)的第二磁環(huán)(17)設(shè)置在輸入軸(5)上用于獲取轉(zhuǎn)向角度。
3.如權(quán)利要求2的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，其特征為，第二磁環(huán)(17)與設(shè)置在輸入軸(5)上的第一磁環(huán)(14)具有不同的極偶數(shù)量。
4.如權(quán)利要求3的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，其特征為，電氣單元(16)配有傳感器(13，15，18)，通過該單元可以獲取輸入軸(5)在數(shù)圈旋轉(zhuǎn)情況下的轉(zhuǎn)向角度。
5.如權(quán)利要求3的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，其特征為，帶有附屬第三傳感器(21)的第三磁環(huán)(20)設(shè)置在輸入軸(5)上用于獲取絕對(duì)轉(zhuǎn)向角度。
6.如權(quán)利要求5的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，其特征為，第三傳感器(20)通過減速器(22)與輸入軸(5)連接。
7.如權(quán)利要求6的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，其特征為，減速器(22)按照“諧波傳動(dòng)”式減速器設(shè)計(jì)。
8.如權(quán)利要求5至7之一的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，其特征為，第三磁環(huán)(20)具有兩個(gè)極偶。
9.如權(quán)利要求1至8之一的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器，其特征為，伺服馬達(dá)為電馬達(dá)(7)。
全文摘要
用于汽車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器包括輸入軸(5),該軸與轉(zhuǎn)向手輪有效連接,用來傳遞用于控制要被轉(zhuǎn)向車輪所需的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。輸出部件與要被轉(zhuǎn)向車輪有效連接。伺服馬達(dá)(7)設(shè)置在助力轉(zhuǎn)向器上,通過該電機(jī)可以將輔助力施加給輸入軸(5)或輸出部件。輸入軸(5)與輸出部件通過扭桿(4)相互連接。用于獲取作用于輸入軸(5)上的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的檢定單元包括各一個(gè)與輸入軸(5)和輸出部件連接的磁環(huán)(12,14)和附屬傳感器(13,15)。每個(gè)磁環(huán)(12,14)具有相同的電磁極偶數(shù)量。每個(gè)磁環(huán)(12,14)配有固定在殼體上的傳感器(13,15),通過傳感器不僅獲取轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩而且獲取輸入軸(5)的旋轉(zhuǎn)速度。
文檔編號(hào)G01L5/22GK1277584SQ98810605
公開日2000年12月20日 申請(qǐng)日期1998年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月29日
發(fā)明者彼得·布倫納, 馬丁·布達(dá)克, 維利·納格爾, 烏韋·洛萊特 申請(qǐng)人:腓特烈斯港齒輪工廠股份公司