专利名称：结合有应变仪的转向系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机动车的转向系统，该转向系统包括转向输入轴和应变仪。
背景技术：
机动车转向系统包括由驾驶员操作的方向盘，所述方向盘产生转向 扭矩，该转向扭矩通过转向柱和齿轮施加给具有转向轮的车轴。在操纵 或低速行驶期间，为了减小机动车处于停滞状态时操纵方向盘的力，许 多机动车都设置有转向辅助系统，其被称为助力转向系统。
在机动车中不仅采用手动的、液压的、电液的转向系统，而且还越 来越多地采用机电转向系统。通过直接介入机动车的相应的电子元件和 数据处理系统，转向操纵感能够与机动车的相应类型和相应驾驶状况相 匹配。由驾驶员施加的扭矩总是需要获得的变量。不管转向辅助系统的 物理原理如何，如果将注意力集中在现实的操作感上，那么实际的辅助 便总是取决于所施加的扭矩。
如果在液压转向系统中，助力的量是通过以机械方式操作的旋转滑 阀来提供的，那么在通过电力致动器进行助力的情况下就总是需要将扭 矩转换为电信号。
这种机电式助力转向系统的示例有 .单/双小齿轮的EPAS 中心/同心齿条EPAS 柱式EPAS
机电转向系统主要应用在微型汽车或中型汽车中，因为12伏车载 动力系统提供的动力有限，使得轴负载高的机动车类型不能或难以采用 机电转向系统。为此，转向操作当前由依赖于液压操作的系统来进行， 然而其中的转向阀由电动阀来替代。结果，能够对高轴负载进行操作而 不会失去EPAS的传统功能。此外，将驾驶员施加的扭矩转换为电信号是不可避免的。
相关示例有 电子阀系统(E阀)
中间位置封闭系统(Closed-center System)
不管相应的转向辅助系统的物理原理如何，都需要将转向扭矩作测 量值，以便能够在诸如电动机等致动器的帮助下为机动车的驾驶员产生 适当的转向助力。因此，有必要获取由机动车驾驶员施加的扭矩并将其 转换为电信号。本领域普通技术人员目前已知多种不同的扭矩传感器， 借助这些传感器可以检测到所产生的相应的转向扭矩。
这些传感器包括下列示例
磁弹性传感器，其利用磁场改变时电阻改变的效应，
感应传感器，其依赖于电磁的物理定律，但是其不具有像上述 传感器那样的两个或更多线圏，而是只有一个线围，
霍耳效应传感器，其利用霍耳效应测量某位置的磁场和电流，
或者
电位传感器，其属于基于电位计的被动传感器，而且在其帮助 下诸如长度和角度的物理变量显示为诸如电压或电流的模电变量。
所有这些事实上已知的系统的缺点在于，它们必须包括设计为具有 规定刚度的扭杆，通过该扭杆的旋转角度检测到诸如由液压操作的转向 系统所施加的转向扭矩，这样才有可能将其转换为电信号。这种扭杆设 计为具有规定刚度，使得其旋转角度能够构成所施加的扭矩的测量尺 度。上文所述的原理利用相对转动中包含的这种信息以实现将其转换为 电信号的目的。另外，转向组件中结合有扭杆意味着在设计和制造方面 需要额外的费用。
还已知的是利用应变仪来确定扭矩。应变仪的基本原理是基于导体 的电阻变化进行操作，当测量方向上发生变形时位于传感器中的测量网 格的所述电阻便会发生改变。变形的原因可以是例如力、压力或扭矩发 生了变化。在当前制造应变仪的方法中，导电图案从施加到底膜上的金属薄片蚀刻出来。然后，借助特殊的胶料将该底膜附接到将待监控的部 件上。制造和附接应变仪的操作非常复杂而且经常发生故障。如果待监 控的部件由导电材料制成的话，这种情况将更甚，因为那时应变仪与待 检测的部件之间必须设置电绝缘层。
发明内容
本发明的目的是提供一种机电转向系统，其使得能够对转向扭矩进 行可靠的测量而无需使用扭杆。就实用性而言，该转向系统在结构和制 造方面不复杂、简单且成本低，而且其受到的磨损的可能性很小。
根据本发明，该目的通过一种机动车的机电转向系统来实现，其中 该转向系统的至少一个部件由纤维复合材料制成，并且用于测量转向扭 矩的应变仪至少部分地结合在纤维复合塑料中。
本发明依赖于下列事实，即当转向系统包括至少一个不是由金属或 金属合金而是由纤维复合塑料制成的部件时，可以直接将应变仪或金属 导体或整个测量网格结合到相应的部件中。结合意指这样的事实，即应 变仪或感应测量网格(或相应的感测导体)是直接放置在离散的纤维层 之间的，并且其端部被引导穿过且导出该纤维复合部件，以备连接。
可能合适的部件是被驾驶员所施加的扭矩扭转的全部部件。因此， 优选地在转向输入轴、延伸轴、转向柱或转向柱的至少部分部件中进行 结合。
包括应变仪的部件执行扭矩传感器的功能，而不会失去其最初的功 能，该最初的功能是传递驾驶员施加的扭矩。
应变仪也可以各种方式结合在纤维复合塑料中，使得能够通过产生的
电阻来形成惠斯登1/4桥或惠斯登半桥或惠斯登全桥。
优选地，纤维复合塑料包括玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酰胺纤维。这
些纤维复合塑料通常具有高强度和高弹性系数的特征。而且，它们不会老 化，并且不受天气影响以及耐热和防火。
应变仪可以仅由导电材料制成或者在任何位置都不进行电绝缘，但是 其也可以通过非导电材料与其附接或接入的部件绝缘。应变仪可以通过突 出到纤维复合塑料外的连接部被接触到。设置电接触的一种可能方式是优选借助滑环进行分流。如此一来，结 合在纤维复合塑料中的应变仪在一侧被供以充足的工作电压，在另 一侧实 际测量信号可以通过滑环进行分流。通过诸如电刷等对滑环进行分流，滑 环便被接触，使得能够确保供电并且确保测量信号。也可以设想对应变仪
进行固定绕线；这也使得能够向应变仪供应充足的工作电压并确保测量信 号分流。这种布线方式例如可以通过扁平螺旋簧来实现。在特别有利的实 施方案中，测量值无接触地进行传递，例如经由无线电、蓝牙或类似的传
输系统。
根据本发明，应变仪或滑环、扁平螺旋弹簧或无线电接收器可以连接 至控制装置。控制装置能够对由应变仪测量到的转向扭矩进行处理并借助 电致动器来辅助转向操作。还可以设想对已经确定的输入或计算出的目标 变量进行安全性比较。
优选地，将桥式放大器结合到控制装置中。所结合的桥式放大器既能 够提供所需的电源电压，还能够对测量信号进行放大。根据所希望的放大
幅度，该信号因而可以设在0伏-5伏或0伏-10伏的范围内。接下来，该 信号可以模拟或数字形式被转换，并且可以按比例换算出相应的扭矩。如 果未使用该转向系统，则桥式放大器的输出电压是O伏。当机动车的驾驶 员进行转向运动时，转向输入轴被扭转，使得应变仪内的电阻发生改变。 # 据所施加的扭矩的值和方向，分流的电压以模拟形式变化。
在下文中，将参照附图对本发明进行更为详细的描述。单个图l示 出的是用于机动车的本发明的机电转向系统的示意图。
具体实施例方式
图1示出了用于机动车的本发明的转向系统10。转向系统10包括 作为连接至转向柱的连接件的转向输入轴12。在其上端，转向输入轴 12连接至未图示的转向柱，而且转向输入轴12的下端经由传动小齿轮 26接合至齿条14，使得图中没有示出的方向盘的旋转运动得以通过转 向输入轴12和传动小齿轮26传输至齿条14。
根据本发明，转向系统10的至少一部分至少部分地由纤维复合塑 料构成。在所示的示例性实施方式中，应变仪16被结合到转向输入轴12中。应变仪16因而能够以不同方式结合在纤维复合塑料中，使得产 生的电阻能够形成惠斯登1/4桥或惠斯登半桥或惠斯登全桥。
转向输入轴12由若干滑环18环绕，所述滑环18通过电刷20分流 而且使得能够接触结合在纤维复合塑料中的应变仪16。控制装置22确 保供应所需的电源电压。进一步地，分流的测量信号通过结合在控制装 置22中的测量桥式放大器24进行放大。
本发明具有多种优点。通过避免使用扭杆以及通过设置多功能的部 件，转向系统的总体重量被减小，而且转向输入轴12和转向小齿轮能 够构造为单体部件。进一步地，省却了安装转向输入轴、扭杆和转向小 齿轮的工序，而且通过省略扭杆使转向系统的刚度增大。还可以省略被 称为安全板(safety flats)的构件。
附图公开并示出了本发明的示例性实施方案；也可以采用其它机械 配置。本发明不限于所描述的示例性实施方式；其仅用于解释本发明。
权利要求
1、一种机动车的转向系统(10)，其特征在于，所述转向系统(10)的至少一个部件由纤维复合材料制成，并且用于测量转向扭矩的应变仪(16)至少部分地结合在纤维复合塑料中。
2、 如权利要求l所述的转向系统(10),其特征在于，所述应变仪 (16)结合在转向输入轴(12)中。
3、 如权利要求l所述的转向系统(10)，其特征在于，所述应变仪 (16)结合在延伸轴中。
4、 如权利要求l所述的转向系统(10)，其特征在于，所述应变仪 (16)结合在转向柱的部件中。
5、 如权利要求1至4中任一项所述的转向系统(10)，其特征在于， 所述纤维复合塑料包括选自由玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酰胺纤维组成 的集合的纤维。
6、 如权利要求l至5中任一项所述的转向系统(IO)，其特征在于， 所述应变仪(16 )的电接触通过至少一个滑环(18 )形成，所述滑环(18 ) 向所述应变仪(16)供应电源电压，并且通过所述滑环(18)测量信号 得以分流。
7、 如权利要求6所述的转向系统(10)，其特征在于，所述滑环通 过设置在转向柱套中的电刷(20)进行分流。
8、 如权利要求1至5中任一项所述的转向系统(IO),其特征在于， 测量信号通过以固定方式绕线的扁平螺旋弹簧进行分流。
9、 如权利要求1至5中任一项所述的转向系统(10)，其特征在于， 测量信号无接触地进行分流。
10、 如权利要求1至9中任一项所述的转向系统(10),其特征在 于，通过结合在控制装置(22)中的放大器(6)供应所述电源电压和放大所述测量信号。
11、如权利要求10所述的转向系统(10)，其特征在于，所述测量装置(22 )，并且所述测量信号在模拟/数字转变之后被按比例换算成相应 的扭矩。
12、如权利要求10或11所述的转向系统 述放大器配置为测量桥式放大器(24)。(10)，其特征在于，所
全文摘要
本发明涉及机动车的转向系统(10)。该转向系统(10)的特征在于该转向系统(10)的至少一个部件由纤维复合材料制成，并且用于测量转向扭矩的应变仪(16)至少部分地结合在纤维复合塑料中。
文档编号B62D5/00GK101486356SQ20091000129
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者延斯·凯勒, 马可·沃尔夫 申请人:泰得瑞弗控股有限公司