具有磁阻制动器的转向系统的制作方法

本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的转向系统。

机动车辆中的机电动力转向系统支持由驾驶员施加的转向力。驾驶员借助于方向盘确定的转向力被导向到扭转杆中，该扭转杆以依赖于力的方式旋转。该扭矩由将所述信息传递给电子控制单元的传感器来测量。这进而为电动伺服马达提供精确的指令，根据该精确的指令向转向系统施加附加扭矩。

在线控转向系统的情况下，方向盘与转向传动装置之间没有直接的机械联接，并且车辆的车轮借助于伺服马达直接移动。方向盘的最大锁定角度因此不再借助于转向传动装置中的机械止挡件来限定。然而，车轮的最大机械转向角度锁定在线控转向系统中仍然受到限制。因此，有必要向驾驶员指示何时达到最大转向锁定。在最简单的情况下，可以使用机械转向止挡件，该机械转向止挡件将方向盘的最大锁定角度限制为特定角度(或预定的转数)。

例如从文献de102008045195a1和de102013014138b3中已知这种转向止挡件。两篇文献都公开了在槽型连结部中被导引的滑块，并且该滑块在达到预定的最大移动时移动到机械阻挡位置中。

这种系统的缺点是，方向盘的锁定角度与车轮的相应转向角度锁定之间的可变的联接是不可能的。因此，例如期望的是，与在快速行驶的情况下相比，特定的锁定角度在慢速行驶的情况下引起了不同的转向角度锁定。这使得需要可变的端部止挡件。出于该目的，在现有技术中已知各种解决方案，包括例如de102013014135b3和jp2008285045a中的机械可变的端部止挡件。

本发明的目的是详细说明用于在转向系统中使用的可变的端部止挡件，该端部止挡件具有简单的设计。

该目的通过具有权利要求1的特征的转向系统来实现。本发明的有利扩展可以在从属权利要求中找到。

根据以上内容，提供了一种用于机动车辆的转向系统，该转向系统包括：作用在转向轮上的转向致动器，该转向致动器根据驾驶员的转向请求被电动控制并且借助于转向传动装置作用在转向轮上；以及致动器装置，该致动器装置将反作用力传输至与方向盘连接的转向轴，其中，转向系统包括保持制动器，该保持制动器可以电动启动并且可以呈现两个位置。保持制动器在超过了转向轴相对于固定地连接至车辆的壳体的预定旋转角度时在保持位置中阻止转向轴相对于壳体的旋转，并且保持制动器在打开位置中释放转向轴相对于壳体的旋转。保持制动器因此可以为转向系统提供可用的端部止挡件。这些端部止挡件完全灵活，因为可以例如根据速度选择预定旋转角度。

致动器装置具有给驾驶员提供与转向系统的情况及驾驶员周围环境相关的反馈的功能。目的在于使驾驶员将如原本会感觉到的那样感觉到道路以及转向系统的状态。可以通过车轮和方向盘的直接的机械联接来提供反馈。优选地通过电反馈致动器提供反馈，该电反馈致动器在车轮和方向盘机械联接的情况下可以增强或叠加反馈，并且在线控转向系统的情况下，电反馈致动器模拟反馈响应而无需机械反馈。保持制动器优选地为磁阻制动器：在这种情况下，利用了磁阻抗的最小化的原理。磁系统试图减小磁阻抗以增加系统的感应性。减小磁通所通过的空气间隙的尺寸引起磁阻抗的减小。这需要系统的较低的能量水平。试图减小磁阻抗的力称为磁阻力或麦克斯韦力。

磁阻力用于阻止转向轴。

保持制动器优选地实施成使得当保持制动器通电时，保持制动器通过以可旋转的方式连接至转向轴的第一元件与固定地连接至外壳的第二元件之间的磁阻抗的最小化而采取保持位置。这具有下述优点：在关断状态下，制动器没有任何摩擦或波动。此外，制动器不会由于结冰或碎屑而锁定。

线圈本体以单相通电。这意味着相同的相位应用于所有线圈本体。因此，用于控制线圈本体的控制装置可以是非常简单的设计，因为控制装置仅需要通向线圈本体的一个输出。

使线圈本体通电的方式可以是不可调节的设计。以电流仅能够被接通或关断的方式足以实现对电流的控制则可能是有利的。这具有简单的致动电路的优点。

保持制动器的保持力优选地是能够控制的，即，能够借助于电流强度和/或电压来控制。因此，可以实现可调节的保持力。这可以有意识地选择为在个别情况下低于例如经由方向盘外部地输入的扭矩。因此，可以实现带有波动的旋转，该波动可以例如向驾驶员指示错误的旋转方向。

保持制动器特别优选地被控制成使得可以实现软的转向止挡，使得例如由保持制动器施加的力在预定最大转向角度附近缓慢上升，并且直到达到最大转向角度时才达到最大保持力。

可以根据转子位置选择电流和/或电压。

旋转或可旋转元件和固定元件具有至少一对彼此相对的表面或成对地彼此相对且具有轮廓(轮廓对)的表面。轮廓设置在两个表面上。轮廓优选地仅仅施加在磁性有效部分上。轮廓优选地以互补的方式来实施。保持制动器可以具有一对或多对带有轮廓的表面。因此，可以获得相对较大的有效磁性区域。

轮廓优选地实施为齿状布置结构。一对表面中的各个表面的齿数优选地是相同的。以这种方式，当通电发生时，总是可以获得大量的具有最小磁阻的独特限定的优选位置。然而，一对表面中的一个表面与另一个表面的齿数之比可以始终是任何整数。这允许容易地调节优选位置的数目。

具有轮廓的成对的表面优选地相对于保持制动器的旋转轴线垂直地和/或水平地和/或倾斜地伸延。以这种方式，可以适应大量的安装空间情况。保持制动器优选地相对于转向轴同轴地布置。

保持制动器优选地与致动器装置一起布置在一个壳体中并且因此以特别节省空间的方式布置。

保持制动器优选地具有不多于三个的线圈本体，并且优选地具有两个线圈本体，特别优选地具有恰好一个线圈本体。少量的线圈本体减少了制造费用。

一个或多个线圈可以相对于保持制动器(环形线圈)的旋转轴线同轴地伸延。因为环形线圈可以在插入到转子或定子中之前进行预缠绕，所以这是有利的。

然而，线圈也可以实施为各自围绕一个定子脚的同轴绕组。

保持制动器具有两个元件，即，旋转元件和固定元件。这两个元件中的一个元件优选地不具有线圈本体。该元件在下文中还称为不带线圈的元件或不带线圈的本体。另一个元件优选地具有至少一个线圈本体。该元件在下文中还称为带有线圈的元件或本体。

带有线圈的元件可以以一个件或多个件实施。不带线圈的元件可以以一个件或多个件实施。

不带线圈的元件可以是永久磁化的或部分磁化的。也可以仅将不带线圈并且以多个部分实施的元件的个别部分磁化。磁场的磁化方向可以根据平面中的线圈布置结构相对于保持制动器的旋转轴线垂直或平行于保持制动器的旋转轴线。

除了磁化之外或作为磁化的替代，保持制动器还可以包括永磁体。

永久磁化增加系统的磁通密度。以这种方式可以实现更高的能量密度，并且因此可以实现更大的保持力。

保持制动器的永久磁化在无电流状态下仍引起具有最小磁阻的优选位置。保持制动器因此具有波动。保持制动器可以具有用于补偿波动的通电算法。在一种实施方式中，保持制动器具有：保持环，该保持环抵靠转向轴；内环，该内环借助于保持环以在旋转方向上固定的方式连接至转向轴；以及外环，该外环周向地围绕内环并且连接至壳体。保持制动器因此经由保持环直接作用在转向轴上。在本文中，外环或内环具有带有u形横截面的铁环，该铁环在环形凹槽中已经容纳可以通电的线圈。相应的另一个环优选地是在横截面上为矩形的铁环。内环在外表面上具有齿状布置结构，并且外环在内表面上具有齿状布置结构，所述齿状布置结构是互补的。齿状布置结构在此不相互接合。内环与外环之间有空气间隙。

在第二实施方式中，保持制动器具有内环，该内环具有u形横截面并且具有内周齿状布置结构和外周齿状布置结构，其中，可以通电的线圈容纳在内环的臂部之间的环形凹槽中。另外，保持制动器具有外环，该外环具有u形横截面并且在两个臂部的内侧上具有齿状布置结构，使得内环容纳在外环的两个臂部之间，并且两个空气间隙可用于使磁阻抗最小化。保持制动器的可用保持力从而可以相对于第一实施方式增加。在这种情况下可以规定，可以通电的内环连接至壳体，其中，外环附接至转向轴，或者可以通电的内环可以连接至转向轴的外部，其中，外环则附接至壳体。

实施方式的共同之处在于，形成为具有u形横截面的环的臂部优选地沿转向轴的纵向轴线的方向延伸并且相对于转向轴的纵向轴线同轴地布置。此外，如果内环和外环通常由铁制成则是有利的。线圈优选地利用灌浆材料附接在环形凹槽中。优选地根据需要借助于控制单元给线圈通电。在此，如果该控制单元具有包括全桥电路的用于使保持制动器退磁的装置则是有利的。

上述保持制动器在线控转向系统中的使用是特别有利的。在此，可以使用保持装置在反馈致动器中形成转向止挡件。

除了在转向系统中的应用外，上述制动和保持装置还可以用于其他技术领域中。特别地，这种电磁制动和保持装置包括以相对于彼此旋转的方式安装的定子和转子。定子和转子具有朝向彼此转动的表面，并且该表面通过轮廓形成非恒定空气间隙。定子或转子中的一者在此具有一个或多个线圈，其中，相应的另一个本体是不带线圈的本体。所有线圈都以单相通电。一个或多个线圈被设计成在通电发生时延迟或阻止(磁阻制动)定子与转子之间的相对运动。

以这种方式，可以实现具有简单设计的转子相对于定子的可变端部止挡件。

电磁制动和保持装置可以在打开位置与保持位置之间切换，该电磁制动和保持装置在超过转子相对于定子的预定旋转角度时在保持位置中阻止旋转，并且该电磁制动和保持装置在打开位置中释放定子与转子之间的旋转。

制动和保持装置优选地具有分布在圆周上的仅当通电发生时具有最小磁阻的多个优选位置。

电磁制动和保持装置可以具有带有轮廓的多个成对的表面。成对的表面可以相对于转子的旋转轴线水平地和/或垂直地和/或倾斜地布置。

电磁制动和保持装置优选地具有恰好单个线圈。单个线圈优选地绕转子的旋转轴线同轴地定位。

保持制动器可以具有模块化设计，或者可以以模块化的方式使用。因此，期望的保持力可以通过多次使用相同的部分而容易地实现。

下面根据附图更详细地说明本发明的优选实施方式。在所有附图中，相同的附图标记用于相同的元件或功能相同的元件，在附图中：

图1：示出了线控转向系统的示意图，

图2：示出了具有电流激励定子的磁阻制动器的示意性设计，

图3和图4：示出了处于保持位置的磁阻制动器的纵向截面和横截面，

图5：示出了穿过处于打开位置的图3中的磁阻制动器的横截面，

图6：示出了具有电流激励转子的磁阻制动器的示意性设计，

图7：示出了穿过实施为双转子的磁阻制动器的纵截面，

图8：示出了穿过处于保持位置的图7中的磁阻制动器的横截面，

图9：示出了穿过处于打开位置的图7中的磁阻制动器的横截面，

图10：示出了具有作为定子的电流激励内环的方向盘侧磁阻制动器的示意性设计，

图11：示出了具有作为转子的电流激励内环的方向盘侧磁阻制动器的示意性设计，

图12：示出了远离方向盘的具有作为定子的电流激励内环的磁阻制动器的示意性设计，以及

图13：示出了远离方向盘的具有作为转子的电流激励内环的磁阻制动器的示意性设计，

图14a至图14d：示出了各种齿形状，

图15a至图15c：示出了穿过具有u形的线圈架的磁阻制动器的各种实施方式的横截面，

图16a至图16b：示出了穿过具有层片的磁阻制动器的各种实施方式的横截面，

图17a至图17c：示出了穿过具有倾斜部件的磁阻制动器的各种实施方式的横截面，以及

图18：示出了穿过磁阻制动器的另一实施方式的横截面。

图1示出了线控转向系统1。旋转角度传感器(未示出)附接至转向轴2，该传感器检测驾驶员通过使转向输入装置3旋转而施加的转向角度，转向输入装置3在该示例中实施为方向盘。然而，旋转角度传感器附加地或可替代地还可以记录转向扭矩。

此外，反馈致动器4附接至转向轴2，该反馈致动器4用于模拟路面5对方向盘3的反作用力并且因此给驾驶员提供与车辆的转向行为和驾驶行为相关的反馈。驾驶员的转向请求通过转向轴2的由旋转角度传感器测量的旋转角α经由信号线6传输至控制单元7。控制单元7将驾驶员的转向请求经由信号线8传输至控制转向轮10的位置的电动转向致动器9。转向致动器9经由诸如例如齿条转向传动装置的转向杆转向传动装置11、以及经由横拉杆12和其他部件而间接作用在转向轮10上。控制单元7优选地还经由信号线14执行反馈致动器4的致动和保持制动器13的致动。保持制动器13被设计成锁定转向轴2的旋转，即，当超过转向轴2的预定旋转角度时，保持制动器13提供必要的保持力以防止转向轴2的旋转。保持制动器13优选地与反馈致动器4整体地实施在共同的壳体16中。控制单元7还从转向传动装置11经由信号线17接收传感器18的信号。

图2和图3示出了保持制动器13的实施方式。转向轴2在一个端部处具有用于将转向轴2附接至方向盘(未示出)的容纳部19。转向轴2在靠近方向盘的端部处和远离方向盘的端部处旋转地布置在壳体16中。壳体16围绕反馈致动器4和保持制动器13。反馈致动器4具有以在旋转方向上固定的方式连接至转向轴2的转子20、以及围绕转子20的定子21，该转子和定子是伺服马达的一部分。定子21具有定子凹槽22，该定子凹槽22在纵向截面上沿着转向轴2延伸，并且电绕组23插入定子凹槽22中。控制单元7连接至反馈致动器4并且致使绕组23通电。保持制动器13布置在反馈致动器4的远离方向盘的一侧上。保持制动器13同轴地围绕转向轴2。保持制动器13具有抵靠转向轴2的保持环24，并且该保持环24将转向轴2以在旋转方向上固定的方式连接至内环25。内环25由连接至壳体16的外环26围绕。保持制动器13根据磁阻原理运转。使保持制动器13起作用的方法通过使也称为磁阻的磁阻抗最小化而产生。外环26(在图2至图5的实施方式中示出)具有铁环，该铁环具有u形横截面并且在环形凹槽27中已经容纳线圈28。外环26的臂部在此沿转向轴2的纵向轴线200的方向延伸并且相对于转向轴2的纵向轴线200同轴地布置。线圈28优选地利用灌浆材料附接至环形凹槽27中。线圈28的匝29绕转向轴2的纵向轴线200沿周向方向伸延。匝29优选地由铜线形成。外环26连接至控制单元7并且可以经由控制单元7而通电。内环25也是铁环。内环25在外表面30上具有轮廓31，并且外环26在其内表面33上具有轮廓32。在示例中，一对表面构造成具有轮廓以使得轮廓31和轮廓32构造成彼此对应。

在外环26与内环25之间设置有空气间隙34以使得内环25能够随转向轴2旋转，同时外环26以位置固定的方式保持在壳体16上。技术上必需的空气间隙34被给予最小可能的尺寸。轮廓31、32优选地包括齿35，所述齿35优选地沿着内环25和外环26的圆周均匀地间隔开并且平行于转向轴2的纵向轴线200延伸。当线圈28通电时，在内环25与外环26之间产生闭合的磁通路径。使保持制动器13起作用的方法通过使也称为磁阻的磁阻抗最小化而产生。磁阻力在具有不同磁导率的两种材料(例如铁和空气)之间的表面处产生。所产生的磁阻力以使得希望减小磁阻的差异的方式起作用。当线圈28通电时，内环25因此在外环26中转动直到磁阻最小为止。在该情况下，如果在内环25与外环26之间的空气间隙34最小，则沿着路径的磁阻抗最小。如图5所示，如果内环25的齿35和外环26的齿35定位成彼此相对，则磁阻最小。当磁阻最小时，保持力很大以使得转向轴2的旋转被阻止。保持制动器13的保持位置在图4中示出。

控制单元7还具有用于使磁阻制动器13退磁的装置。为此优选地在控制单元7中设置全桥电路。内环25与外环26之间的磁通通过退磁而中断。保持制动器13的制动作用因此被消除并且内环25可以随转向轴2自由地旋转。图5示出了保持制动器13的打开状态。

在图6中所示的保持制动器13在原理方面对应于上述实施方式。区别在于，保持制动器13的内环250是具有u形横截面的铁环，该内环250在环形凹槽27中已经容纳线圈28。在这种情况下，保持制动器13的以在旋转方向上固定的方式连接至转向轴的内环250通电，而非为具有矩形横截面的铁环的外环260通电。

为了增加保持力，保持制动器13可以具有内环251和外环261，内环251连接至壳体16并且具有外周齿状布置结构36和内周齿状布置结构37，外环261与内环251互补并且呈u形形状，其中，外环261在两个臂部的内侧上具有齿状布置结构38、39。在图7至图13中示出了在内环251与外环261之间具有两个空气间隙40、41的这种实施方式。该实施方式也被称为“双转子”。

在图7至图9中，内环251具有带有线圈的铁环。内环251的通电引起内环251与外环261之间的磁阻抗的最小化。外环261在靠近环形凹槽的一侧上覆盖内环251。内环251因此完全容纳在外环261中。在每种情况下，内环251的臂部与外环261的臂部之间形成空气间隙40、41。两个环251、261上的轮廓或齿状布置结构实施成使得第一空气间隙40的成对齿的位置与第二空气间隙41的成对齿的位置是同步的，即，如果第一空气间隙40的成对齿彼此相对，则第二空气间隙41的成对齿也同时地彼此相对。在图8中，示出了保持制动器13处于保持位置。图9示出了保持制动器13的打开位置。

图10和图11示出了具有双转子的保持制动器13的两种实施方式，其中，保持制动器13布置在转向轴2的方向盘侧的端部处。在图10中，外环262附接至转向轴2。可以通电的内环252连接至壳体16。相反，在图11中，可以通电的内环253连接至转向轴2的外部，并且外环263附接至壳体16。

在图12和图13中，示出了具有双转子的保持制动器13的两种实施方式，其中，保持制动器13布置在转向轴2的远离方向盘的端部处。在图12中，可以通电的内环254连接至壳体16，并且外环264附接至转向轴2。相反，在图13中，可以通电的内环255连接至转向轴2的外部，并且外环265连接至壳体16。因为保持制动器在这两种情况下布置成直接邻近反馈致动器4，所以外环264、265以其敞开的侧部背向反馈致动器4。内环254、255因此在外环264、265中位于远离反馈致动器的一侧上。在这种情况下，外环264、265的后壁43保护保持制动器13免受由反馈致动器4产生的电磁场的影响。

图14a至图14d示出了用于在磁阻制动器中使用的不同齿形状。在图14a、图14b中，概括地示出了内环25和外环26的平坦的齿布置结构，其中，在图14a中，齿面36以圆形方式实施，而在图15b中，齿面36以平坦方式实施。在图14c中存在尖齿布置结构。在图14d中是波状齿布置结构。

图15a至图17c以横截面示出了磁阻制动器的各种实施方式，其中，已经省略了完整的图示。因此，在每种情况下只能看到完整横截面的一半横截面。

图15a示出了u在u中的形状，如上面已经在关于“双转子”的陈述中较详细地描述的。磁阻制动器具有固定部分26和旋转部分25，其中，这些部分中的一个部分包括可以通电的线圈28。所述部分作为固定或旋转的作用基本上可以互换。旋转轴线(未示出)定位于附图的平面的所示的一半横截面的下方或上方的水平线上，也就是说，平行于u形部分的臂部。所述部分在彼此面对的选定侧部上具有轮廓31、32(具有轮廓的一对表面)，在轮廓31与轮廓32之间存在空气间隙。所述部分到例如转向轴或壳体的附接在此借助于保持部分37来表示。保持部分在此各自附接至u形部分25、26的外部。保持部分的另一位置是可以想到的。保持部分优选地由非磁性材料制成，而部分25、26由磁性材料制成。

关于图15a所作的陈述基本上也适用于以下关于图15b至图17c的说明，所以仅讨论最重要的区别。

图15b示出了一个部分构造为呈u形形状并且另一部分构造为呈i形形状的扩展的u在i中的形状。形成u形形状的凹槽大部分在凹槽的开口处封闭。因此，有两个不同的轮廓对31、32和轮廓对310、320，所述轮廓对31、32和轮廓对310、320可以以相同的方式或以不同的方式来实施。

图15c示出了双c在双i中的形状，相比于图15b，该图15c具有第三轮廓对311、321和第四轮廓对312、322。

图16a示出了轮廓对31、32以分层的方式来实施的变型。轮廓对相对于磁阻制动器的旋转轴线垂直地实施。图16b示出了下述变型：在该变型中，相比于图16a，轮廓对31、32没有与旋转轴线垂直地延伸而是平行于旋转轴线延伸。

图17a至图17c示出了具有相对于旋转轴线对角地分开的固定部分和/或旋转部分的变型。这在至少两个平面中产生在此相对于旋转轴线平行和垂直的轮廓对。另一位置、例如轮廓对相对于旋转轴线的倾斜位置是可能的。图17a示出了双l在双l中的变型。图17b示出了具有圆形设计的变型。图16c示出了双l在双l中的形状，在该形状中，内部部分借助于穿过外部部分370向外延伸的保持部分而固定。

图18示出了磁阻制动器，该磁阻制动器与步进马达相关并且具有旋转部分25的相应数量的齿35和固定部分26的相应数量的齿35。与步进马达的情况一样，固定部分具有可以通电的多个线圈本体28。与之前的实施方式对比，该实施方式由于所述多个线圈而在部分26中具有特定的磁极。在部分25中不存在有源极。当启动发生时，所有线圈本体都用相同的电流、即以单相通电。

起作用的方法以类似于使步进马达和磁阻制动器起作用的方式出现。然而，利用这种设计，与步进马达对比，在旋转部分与固定部分之间由于相同的齿数而没有有效旋转的可能性。所述设计作为纯粹的保持制动器。

在所有的实施方式中，可以规定保持制动器的绕组以冗余的方式来实施。

内环和外环的齿的数目和形状可以不同。

在双转子的变型中，齿的位置优选地是异步的，即，第一空气间隙的成对齿重叠，第二空气间隙的成对齿不重叠或仅略微重叠。这增加了可能的闭锁位置的数目而没有增加齿数。

保持制动器通常可以设置在壳体的内部或外部。

齿的形状不限于所示的形状。齿可以具有波状形状、是尖的或平坦的、或者具有这些类型的混合形状或一些其他特殊形状。

固定部分和旋转部分优选地通过粉末冶金方法来制造。固定部分和旋转部分例如由非绝缘的粉末冶金物质组成，例如由粉末冶金磁性物质、粉末冶金软磁性物质、烧结磁性物质、烧结软磁性物质组成。然而，固定部分和旋转部分也可以包括完全或部分绝缘的粉末冶金物质、诸如例如非烧结的软磁物质(例如，玻璃晶体多功能物质(gcm)或软磁复合物(smc))或具有高比例的磁粉的注射成型塑料。

例如保持部分或紧固件的非磁化部分包括例如铜、铝或聚合物物质。

线圈材料可以优选地是铝或铜。