用于检测机电式转向系统的方向盘的转向运动的方向盘单元的制作方法

本发明涉及一种用于以传感方式检测机动车的机电式转向系统的方向盘的转向运动的方向盘单元。此外，本发明还涉及一种包括这种方向盘单元的机电式转向系统。

背景技术：

本发明的应用领域延伸至所谓的机动车线控转向系统，其中，在该机动车的方向盘和转向轮之间不存在直接的机械耦合。取而代之的是，通过适当的传感装置来检测方向盘的转向角度并且必要时也检测方向盘的转速和/或施加在方向盘上的转矩并且将其以电调节值的形式传送至机电式方向盘促动器单元，该方向盘促动器单元将以电方式预给定的转向信号转换为可操纵的车桥的车轮的转向角的机械调整。

因此，在这种机电式转向系统中取消了实际实施的车轮转向角的直接机械式反馈，该机械式反馈在机械耦合的系统中通常以方向盘上的取决于行驶速度的复位力矩和与此叠加的振动的形式以及通过方向盘的终端止挡位置能够被驾驶员感觉到。

由us2017/0320515a1公开了一种用于机动车的机电式转向系统，该转向系统在方向盘单元方面配备有专门的用于给方向盘施加机械反馈力以向驾驶员反馈当前的转向和车辆状态的力产生装置。为此，该方向盘单元具有用于通过向方向盘轴施加相应的转矩来产生反馈力的电动马达。通过适当地操控该电动马达可以通过方向盘向驾驶员发送像机械式耦合的转向系统中那样的实际驾驶感觉。此外，为此所设置的力产生装置还包括可锁定的联接器，其用作制动器地通过电磁促动器操控，用于当车轮到达在相应的转动方向上预给定的终端止挡位置时禁止方向盘轴进一步转动。为了该目的，该联接器在上述状况中根据电子控制装置来固定方向盘轴。在该现有技术中，用于施加机械反馈力的电动马达是主动式构件，该主动构件因此也需要电子控制装置。

由us2002/0189888a1公开了另一种用于机动车的机电式转向系统，其也配备有用于在方向盘上产生机械反馈力的电动马达。为了该目的，该电动马达与方向盘轴以轴平行的方式布置并且通过皮带传动装置作用在该方向盘上。与上面提及的现有技术相比，该解决方案在相对于方向盘轴的横向方向上要求更多的结构空间。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，提供一种用于以传感方式检测机动车的机电式转向系统的方向盘的转向运动的方向盘单元，其节省结构空间并且以简单的技术措施向驾驶员发送关于当前转向状态的机械反馈力。

以根据优选实施方式的前序部分结合其特征部分的方向盘单元为出发点来解决该任务。在包括这种方向盘单元的机电式转向系统方面请参见关于机电式转向系统的优选实施方式。可选实施方式给出了本发明的有利的进一步方案。

本发明包含的教导是，用于产生关于当前转向状态的机械反馈力的力产生装置包括轴向可调节地布置在方向盘轴的外螺纹区段上的非自锁转向轴螺母，该转向轴螺母在端侧由至少一个与其同轴布置的线性弹簧加载力，使得随着方向盘偏离直线行驶的调节的增大，在方向盘上可产生的用于向驾驶员反馈与车轮转向角相关的转向状态的复位力上升。

本发明的解决方案的优点尤其是在于，主要是使用被动式构件来实现本发明的解决方案，所述被动式构件不需要通过电子控制单元来操控。此外，被动式构件、尤其是转向轴螺母和两个配属的线性弹簧能够节省结构空间地以同轴方式围绕方向盘轴布置。

换言之，本发明的解决方案确保了当方向盘在一个方向或另一方向上转动时，通过转向轴螺母来压缩一个或另一个线性弹簧，由此建立用于产生机械反馈力的机械势能。

优选地，根据本发明所产生的的反馈力仅仅被用来向驾驶员反馈当前的转向状态。为了模仿其他反馈信息(例如车轮的终端止挡位置——其可以通过方向盘上的相应终端止挡被感觉到，或者车道的表面结构——其通过相应的机械振动来反馈)，根据进一步改进了本发明的措施提出，所述力产生装置还包括与所述方向盘轴连接的电动马达以及用于运动叠加地仅仅模仿该另外的转向和驾驶状态的机电式制动器。在本发明的该解决方案中，该附加的电动马达和/或该电磁制动器仅仅被用来降低或提高通过线性弹簧的弹性作用生成的力，用于在方向盘上产生真实的驾驶感觉。因此，与本文开头所描述的现有技术的完全主动式控制的方向盘单元相比，本发明的方向盘单元的电功率消耗要低得多。

根据一个优选的实施例，所提及的电动马达作为所述力产生装置的组成部分通过在端侧利用法兰连接在方向盘单元的壳体上用于对马达转速进行减速的传动装置与所述方向盘轴连接。传动装置在方向盘单元上的端侧的该布置方式确保了紧凑的结构形式。

方向盘轴上的外螺纹区段可以是完全不同的传动装置组件的组成部分，该传动装置组件将方向盘轴的转动运动转换为用于压缩线性弹簧的线性运动。根据第一实施方式提出，所述方向盘轴的外螺纹区段以及所述转向轴螺母的与该外螺纹区段对应的内螺纹实施为用于将转动运动转换为线性运动的米制螺纹、梯形螺纹或圆形螺纹。相互配合的螺纹的这种布置可以在制造技术上简单地实现。然而，为了最小化滑动摩擦损失，根据替换的实施方式提出，所述方向盘轴的外螺纹区段是用于将转动运动转换为线性运动的球-或滚子丝杠传动装置或行星齿轮传动装置的组成部分。

优选地，所述方向盘轴通过至少两个轴向地相互间隔开且在转向轴螺母的两侧布置在壳体中的滚动轴承径向地和轴向地支承。在此，这两个滚动轴承可以安置在方向盘单元的优选缸形壳体的端侧的端部区域中，以便使轴向的轴承距离最小化。例如可以使用球轴承作为滚动轴承。方向盘轴的径向支承使得方向盘的转动运动成为可能。轴向支承防止方向盘轴在轴向方向上移动并且同时在功能集成的意义上用作线性弹簧的支座。

根据一个优选的实施例方式，所述线性弹簧构造为螺旋弹簧。但是也可以采用其他类型的线性弹簧，例如弹性体弹簧，其在转向轴螺母轴向移动时产生期望的复位力。为了防止转向轴螺母在方向盘轴转动时一起转动，建议，沿纵向在壳体的内周面方面设置槽，该槽与在螺母侧位置固定地安置的键或者销相互作用，以便沿着轴向的运动方向纵向引导转向轴螺母。

优选地，所述线性弹簧在相应的、与转向轴螺母对置的端部上不直接贴靠在滚动轴承上，而是贴靠在布置在滚动轴承和线性弹簧之间的止挡套筒上，该止挡套筒优选至少部分包围该滚动轴承，以便将弹簧力传导到所述滚动轴承的安置于壳体中且与该壳体位置固定的外环上。由此，以简单的方式确保了滚动轴承内环的可相对运动性。

附图说明

下面根据附图与本发明的优选实施例的说明一起来详细阐述本发明的另外的改进措施。附图中：

图1示出用于机动车的机电式转向系统的示意图；和

图2示出图1中的转向系统的根据本发明的方向盘单元的示意性纵剖面图。

具体实施方式

根据图1，用于机动车的机电式转向系统基本上由方向盘单元1构成，方向盘轴3可转动地支承在该方向盘单元的缸形壳体2中。在该方向盘轴3的远中端安装有用于通过驾驶员操作的方向盘4。

经由电连接部5，所述方向盘单元1通过电子控制装置6与转向促动器单元7相连，该转向促动器单元在该实施例中以机电方式构成。转向促动器单元7用于将由方向盘单元1经由控制装置6以电方式预给定的转向信号转换为在此可操控的车桥9的车轮8a和8b的转向角的机械式调整。

根据图2，在方向盘单元1中，通过驾驶员由于转向运动而施加到方向盘4上的转矩通过方向盘轴3传递到壳体2的内部。在那里，方向盘轴3具有外螺纹区段10，该外螺纹区段与转向轴螺母11的这里未进一步示出的非自锁内螺纹区段相互作用，用于将方向盘4的转动运动转换为转向轴螺母11的线性运动。转向轴螺母11具有安置在周面上的键12，该键与加工在壳体内壁侧的槽13相互作用以沿着轴向的运动方向进行纵向引导。

所述方向盘轴3在径向上和轴向上通过相互间隔开地布置在壳体2中的滚动轴承14a和14b支撑。这两个滚动轴承14a和14b在壳体2中的固定通过分别布置在它们之间的止挡套筒15a或15b进行。止挡套筒15a和15b具有成角度的横截面并且除此之外在端侧还用做分别配属的线性弹簧16a或16b的止挡面，所述线性弹簧在该实施例中实施为由弹簧钢材料制成的螺旋弹簧。这两个线性弹簧16a和16b在转向轴螺母11的彼此面对的端侧上包围该转向轴螺母11。除了止挡套筒15a或15b外，所述两个滚动轴承14a和14b还与止挡盘19a或19b相互作用，用于在背离所述线性弹簧16a和16b的侧上轴向支撑所述滚动轴承14a和14b。这两个止挡盘19a和19b利用分别配属的涨圈20a或20b在壳体2的壁内侧被固定。

在该方向盘单元1中，转向轴螺母11由于方向盘4在一个或另一个方向上的转动而轴向移动以压缩两个线性弹簧16a和16b之一，以便由此储存势能。该能量被用来生成经由方向盘4向驾驶员反馈当前转向状态的反馈力的一部分。

但是，用于向方向盘4施加机械反馈力的力产生装置还包括与方向盘轴3连接的电动马达17以及机电式制动器18。该力产生装置的这些主动式构件用于运动叠加地模仿另外的转向和行驶状态，特别是车轮8a和8b的终端止挡位置、车道的表面结构等。

所述电动马达17在端侧利用法兰连接在壳体2上、也就是利用法兰连接在该壳体的与方向盘4对置的端部上并且设有集成式传动装置以对马达转速进行减速。在面向方向盘4的端部上，在壳体2中安装有本身公知的转向运动传感器21，该转向运动传感器检测方向盘4的转矩以及角度位置并且将其传送至控制装置6。

本发明不局限于上面描述的优选实施例。相反，被后面的权利要求的保护范围囊括的变型方案都是可考虑的。例如，也可以将用于纵向引导转向轴螺母11的槽不是布置壳体上而是加工在转向轴螺母上，相反，与其相互作用的键或销布置在对置的构件上。此外，转向促动器单元7也可以构造为电动液压式或诸如此类。

附图标记清单

1方向盘单元

2壳体

3方向盘轴

4方向盘

5电连接部

6电子控制装置

7转向促动器单元

8车轮

9车桥

10外螺纹区段

11转向轴螺母

12键

13槽

14滚动轴承

15止挡套筒

16线性弹簧

17电动马达

18机电式制动器

19止挡盘

20涨圈

21转向运动传感器。