具有可联接单轮转向系统的线控转向式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线控转向式转向系统和具有权利要求11的前序部分的特征的用于控制线控转向式转向系统的方法。

背景技术：

机电动力转向系统支承由驾驶员施加的转向力。驾驶员经由方向盘预先确定的转向力被引导到扭矩杆中，该扭矩杆根据力扭转。该扭矩由传感器测量，该传感器将该信息传输至电子控制装置。这继而给予电动伺服马达关于哪些附加扭矩意在被引入转向的精确命令。在线控转向系统中，方向盘与转向杆组件之间没有直接的机械联接，并且车轮是直接使用伺服马达移动的。

这种转向系统的可转向车轮通常被强制机械地联接至拉杆。因此，每个可转向车轮的精确车道(lane)导引和轮绕高达90°的转向角度的枢转是不可能的。

单轮转向系统可以解决该问题。利用例如在文献us2009/071743a1中所公开的单轮转向系统，各个轮的枢转通过单独的电动马达来实施。

对于电动马达的构型而言，泊车由于通过最高的总拉杆力或最高可能的轴载荷进行操纵而总是决定性的。在具有单轮转向系统的线控转向式转向系统中，在每种情况下，所述两个转向轮的转向角度是通过致动器进行转换的。这些致动器中的每个致动器必须构造成用于作用在与该致动器连接的车轮上的最大拉杆力。因此，致动器必须以特别强大的方式构造，以便能够提供用于使可转向轮枢转的最大枢转力。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有更加成本有效的单轮转向系统的线控转向式转向系统。

该目的通过具有权利要求1的特征的线控转向式转向系统来实现。

因此，提供了一种用于机动车辆的线控转向式转向系统，该线控转向式转向系统具有至少两个转向致动器反馈致动器、和控制单元，所述至少两个转向致动器作用在转向轮上并且根据驾驶员的转向愿望而被电子控制，所述反馈致动器将恢复转矩传递至方向盘，控制单元控制反馈致动器和所述至少两个转向致动器以产生驱动动力，其中，所述至少两个转向致动器各自包括具有输出轴的致动器，其中，在正常情况下，每个可转向车轮与呈单轮转向系统的形式的具有致动器的单个转向致动器相关联并，且通过致动器的输出轴的旋转，引起相应的可转向车轮绕枢转轴线的旋转，其中，提供了可切换的联接器，可切换的联接器构造成使得可切换的联接器在正常情况下是打开的并且在特殊情况下是闭合的，其中，联接器在闭合状态下将单轮转向系统彼此连接使得：驱动动力可以从一个单轮转向系统传递至另一单轮转向系统以便使可转向车轮转动。由于根据本发明的致动器的连接，在存在特别高的拉杆力的特殊情况下，比方说例如在泊车的特殊情况下，致动器可以构造得更小并且在这种情况下仍然提供所需的高枢转力。所述两个致动器可以被认为是一个致动器。由于高拉杆力随后作用在一个致动器上，因此所述两个致动器可以构造为最大总拉杆力的约50％。在每种情况下构造得太低的致动器接收来自在每种情况下构造得太高的致动器的支承。例如，在泊车之后，连接被释放。由于构造为较弱的电动马达，因此节省了成本。然而，并非每个泊车操作都是特殊情况，而仅是在致动器不能在没有其他致动器的支承的情况下执行枢转的情况。

在这种情况下，提供所传输的驱动动力以实现旋转运动或平移运动。例如，驱动动力可以通过旋转固定连接而以扭矩的形式被传递，但是例如如果单轮转向系统在每种情况下包括小齿轮/齿条系统并且齿条以非形状配合锁定的方式彼此联接，则驱动动力也可以以平移的形式被传递以传递平移运动。

优选地，可切换的联接器在闭合状态下以旋转固定的方式联接致动器的输出轴以便传递扭矩。在这种情况下，优选的是，可切换的联接器的联接以形状配合锁定的方式实现，其中，联接器可以包括扭转间隙。扭转间隙使得轴能够相对于彼此进行一定程度的运动而不传递扭矩。只有当已克服扭转间隙时，才传递扭矩。在这种情况下，联接器包括合适的扭转阻力，以便充分地传递扭矩并安全地控制车辆。

在这种情况下，确保扭矩在两个旋转方向上的传递。

在第一可能的实施方式中，可控的联接器通过刚性轴而被连接到至少一个致动器。在优选的实施方式中，该连接件形成为可弯曲的轴。

有利的是，可控的联接器以液压或电磁方式构造而成。在这种情况下，可以使可控的联接器能够由控制单元控制。

致动器优选地是电动马达或液压致动系统，其中，致动器被构造在一起以获得最大的拉杆力。因此，致动器构造得比在致动器在每种情况下单独负责在泊车期间以单轮转向系统的形式使车轮转向时要小得多。

可以使所述至少两个转向致动器或单轮转向系统是具有四个可转向车轮的全轮转向系统的一部分。在这种情况下，可以提供彼此连接的两个或四个转向致动器。在这种情况下，优选的是，前轮的转向致动器构造成能够彼此连接，并且因此后轮的转向致动器构造成能够彼此连接。

根据本发明的线控转向式转向系统既可以用作前轴转向系统也可以用作后轴转向系统。

此外，提供了一种用于使上述线控转向式转向系统转向的方法，该方法包括以下方法步骤：

·检测机动车辆的状态，其中，在正常情况与泊车的特殊情况之间进行区分；

·根据检测到的状态，控制可切换的联接器，其中，

-在正常情况下，联接器打开或保持打开，并且每个可转向车轮各自与呈单轮转向系统的形式的具有致动器的单个转向致动器相关联，并且通过致动器的输出轴的旋转，引起相应的可转向车轮绕枢转轴线的旋转，并且其中，

-在特殊情况下，联接器闭合使得：驱动动力从一个单轮转向系统被传递至另一单轮转向系统以使可转向车轮转动。

附图说明

下面参照附图更详细地说明本发明的优选实施方式。对于相同或具有相同功能的元件，在所有附图中使用相同的附图标记，在附图中：

图1是具有单轮转向系统的线控转向式转向系统的示意图；

图2是图1的单轮转向系统的空间图；

图3是单轮转向系统的电动马达之间的联接器的示意图；

图4是穿过打开的联接器截取的纵截面图；

图5是处于打开状态的联接器的立体截面图；

图6是处于闭合状态的联接器的立体截面图；

图7是具有单轮转向和联接的电动马达的线控转向式转向系统的示意图；

图8是可弯曲的轴的空间图；以及

图9是线控转向式转向系统的另一实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有单轮转向系统的线控转向式转向系统。线控转向式转向系统包括以下主要部件：方向盘1；连接至方向盘1的转向轴2；转向柱3，该转向柱3部分地包围转向轴2，且转向柱3中设置有反馈致动器4；连接至转向轴2的旋转信号传感器5；控制和调节单元6；由控制和调节单元6控制的两个单轮转向单元20、25。旋转角度传感器优选地用作旋转信号传感器。然而，也可以设想并且可以使用扭矩传感器、和/或扭矩传感器和旋转角度传感器这两者的组合。

由驾驶员经由方向盘1引入到转向轴2中的转向运动7由旋转信号传感器5测量并且被引导至控制和调节单元6。此外，其他信号8——比方说例如车辆速度、侧风、横向加速度——被提供给控制和调节单元6。由此，控制和调节单元6确定用于传输至各个轮转向单元20、25的转向控制信号9、10。为了向驾驶员传输惯常的转向感、以及与该转向感相关联的且与机动车辆的状态和道路11有关的信息，控制和调节单元6计算用于转向力致动器4的致动值12，转向力致动器4将反扭矩引入到转向轴2中。

在每种情况下，单轮转向单元20、25设置用于意在被转向的轮201、251。单轮转向单元20、25包括电动马达202、252、伸缩万向轴203、253、齿轮机构204、254、轴构件、下横向连杆、上横向连杆和阻尼器205、255。

引导至单轮转向单元20、25的转向控制信号9、10控制电动马达202、252，电动马达202、252引起车轮201、251绕相应的期望枢转角度α、β的枢转。由于连接至电动马达202、252的万向轴203、253，电动马达的输出轴的旋转被传递至齿轮机构204、254并且因此车轮201、251的枢转运动被启动。

此外，提供了联接器14，联接器14可以以非形状配合锁定或扭矩传导的方式连接单轮转向单元20、25。联接器由控制和调节单元6控制。

图2示出了单轮转向单元25的放大视图。

在车轮251的驱动轴13上设置有具有毂257的轴构件256，毂257绕驱动轴13可旋转地支承在轴承258中。轴构件256包括轴承销259，轴承销259以与驱动轴13成角度——例如垂直——的方式定向。大致o形的框架260包括相对的两个部分261、262，所述两个部分261、262与框架重叠并且在所述两个部分261、262中设置有孔263、264。相应的轴承销259延伸穿过这些孔263、264，从而使得形成枢转轴承265、266。这些枢转轴承265、266使得轴构件256和毂257能够绕第一枢转轴线267枢转，第一枢转轴线267与轴承销259的纵轴重合。在枢转轴承265、266的相反侧部处，框架260包括两个另外的枢转轴承268、269，上横向连杆270或下横向连杆271的相应的外端部铰接至所述另外的两个枢转轴承268、269。横向连杆270、271设置成能够绕第二枢转轴线272或第三枢转轴线273竖向地枢转，第二枢转轴线272或第三枢转轴线273垂直于第一枢转轴线267定向。横向连杆270、271从第一枢转轴承268、269以u形的方式沿向内方向成叉状。上横向连杆270的内端部和下横向连杆271的内端部继而铰接至底盘274以便能够竖向地枢转。在这种情况下，这种铰接仅针对上横向连杆270而示出。

在轴构件256与框架260之间，齿轮275以旋转固定的方式设置在轴承销259上。该齿轮275与伸缩万向轴253的驱动主轴280的蜗杆传动装置276啮合，该伸缩万向轴253以旋转固定的方式连接至电动马达252的输出轴(未示出)。

在这种情况下，电动马达252固定至底盘274。万向轴253包括马达侧万向节277、以及在这种情况下未示出的齿轮侧万向节、以及设置在马达侧万向节277与齿轮侧万向节之间的滑动件。滑动件包括设置在万向轴上的内纵向齿结构和具有内齿结构的配对件。

由控制和调节单元6确定的转向控制信号9、10被传输至单轮转向单元20、25。因此，相应的电动马达202、252被驱动。电动马达252的旋转通过万向轴253而被传递至齿轮机构254，该齿轮机构254引起未示出的车轮绕第一枢转轴线267以期望的枢转角度α的枢转运动。原则上，在此处未示出的结构的情况下，还可以使车轮枢转360°或更多。由于单轮转向，可以使车轮以非常大的枢转角度枢转使得机动车辆例如可以以非常陡的角度从非常紧密的泊车空间中操纵出来。由于电动马达可以彼此独立地调节，因此可以进行下述特殊行驶运动：该特殊行驶运动不能在没有单轮转向系统的情况下实现。因此，车轮可以采用理想的阿克曼角度，这导致轮胎磨损的最小化并且增加了机动车辆的横向动力学。由于车轮的枢转轴线267的在轴构件256中的位置(所谓的revoknuckle概念)，因此可以显著地减小绕枢转轴线的驱动力的杠杆臂即所谓的破坏力杠杆臂或主销偏置，并且因此可以减少由此产生的方向盘扭矩。

根据本发明的线控转向式转向系统还可以与其他悬架概念——例如，麦弗逊(macpherson)悬架支柱概念或双横向连杆概念——相结合，这是因为根据本发明的线控转向式转向系统不受特定的轴概念限制。

图3示意性地示出了联接器14的在单轮转向单元20、25之间的布置。在泊车期间，联接器优选地是闭合的，并且例如产生所述两个电动马达202、252之间的旋转固定动作。

转向齿轮机构必须构造成使得驾驶员可以以最舒适的方式进行泊车。在静止时车轮的旋转意味着用于转向的最大负载。在这种情况下，所需的拉杆力随着转向角度的增加而增大。为了能够在泊车时施加所需的力，在本发明的实施方式中，电动马达202、252在输出侧处被连接。

由于所述两个致动器的连接，所述两个致动器可以被认为是单个致动器。因此，所述两个致动器可以构造成最大总拉杆力的约一半。因而，根据操纵而构造得太低的致动器接收构造得太高的致动器的支承。在泊车之后，连接被再次释放并且单轮转向系统通过相应的电动马达而被彼此分开地驱动。由于所述两个电动马达在操纵的极端情况下连接，因此所述两个电动马达可以构造得更弱，由此可以节省成本。

图4和图5示出了联接器14的实施方式，联接器14可以连接电动马达的两个输出侧轴401、451。该联接器100包括定子15和转子16。联接器被示出为处于打开状态。定子15构造为螺线管并且同心地围绕第一轴17，第一轴17对应于输出侧轴401，其中，第一轴17与第一联接部件18一体地构造而成。还可以设想并且可以借助于轴/毂连接而将第一轴17以以旋转固定的方式连接至第一联接部件18。从现有技术中充分了解这种轴/毂连接。定子15可以牢固地装配至联接器壳体19。定子15不一定与第一轴17一起旋转。然而，转子16以旋转固定但可轴向移位的方式连接至第一联接部件18和第一轴17。转子16通过板簧21沿背离定子的方向预张紧，其中，转子16承载多个锁定销22。第二联接部件26包括多个锁定元件24，所述多个锁定元件24与轴23平行，并且锁定销22可以接合在所述多个锁定元件24中以便将第一联接部件联接至第二联接部件。

当定子15被充电时，磁场对抗被构造为板簧的弹性元件21的力而将转子16朝向定子15拉动，使得转子16将锁定销22背离第二联接部件26拉动并从被构造为弯曲的长形孔的锁定元件24拉出。因而，第二联接部件26和第一联接部件18被断开联接。在施加电力的状态下，在定子15与转子16之间设置有最小气隙使得定子15与转子16彼此不接触。因此，第二联接部件26和第一联接部件18可以相对于彼此枢转。联接器14、100处于打开状态，或者换句话说联接器14、100处于非联接或解锁状态。

图6示出了根据图5的图示，但具有闭合的联接器100。在该联接器的情况下，定子15处于无电力(powerless)状态，并且因此转子16由于弹性元件21的恢复力而背离定子15被推动到图6中所示的位置。锁定销22与转子16一起移动并且锁定销22接合在被构造为长形孔的锁定元件24中。在这种情况下，锁定元件24和锁定销22构造并相对于彼此设置成使得：至少一个锁定销22仅传递沿第一旋转方向(顺时针方向)的旋转，并且至少第二锁定销仅传递沿第二旋转方向(逆时针方向)的旋转。由此，可以实现在旋转方向改变期间游隙的减小，这是因为：锁定销不必从锁定元件的一个邻接面移动至相反的邻接面，由于锁定销已经与该相反的邻接面抵接。由此，第二联接部件26和第一联接部件18以旋转固定的方式彼此联接。

图7示出了线控转向式转向系统的示意性布置结构，其中，电动马达202、252的输出轴的联接器100通过可弯曲的轴27来实现。与先前的实施方式——电动马达252的旋转通过万向轴253而被传递至齿轮机构254——相比，通常还可以设置电动马达以通过小齿轮/齿条系统28引起车轮的枢转。

如图8中所示，可弯曲的轴27包括具有多层线材的柔性线缆即所谓的轴芯929，所述多层线材以螺旋的方式沿相反方向绕彼此缠绕。轴芯929由外保护罩或护套包围，轴芯929可以在外保护罩或护套中旋转。当联接器100闭合时，扭矩可以经由可弯曲的轴27而被传递。

本发明不限于特定类型的驱动动力传递。还可以设想的是，提供带有液压控制件的液压致动器，液压致动器在泊车操作期间通过液压阀或形状配合锁定联接器而彼此连接。

图9示出了线控转向式转向系统的另一实施方式，该线控转向式转向系统具有联接器14，联接器14将相应的单轮转向系统20、25的小齿轮/齿条系统28的齿条29联接在一起并且因此使得该线控转向式转向系统能够传递平移运动。这可以例如通过将齿条29彼此联接的夹紧装置来实现。夹紧装置可以包括两个爪卡(jawchuck)装置，所述两个爪卡装置彼此连接并且可以通过致动器而在夹紧状态与非夹紧状态之间切换。在这种情况下，处于夹紧状态的齿条不能相对于彼此移位。在非夹紧状态下，齿条可以相对于彼此移位。

上述系统也可以用于全轮转向系统，使得前轮和后轮两者各自包括根据本发明的转向装置。