用于机动车的机电助力转向装置的转向轴的SAW扭矩传感器的制作方法

用于机动车的机电助力转向装置的转向轴的saw扭矩传感器
技术领域
1.本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的转向单元，尤其用于机动车的机电助力转向装置。


背景技术：

2.扭矩传感器传统上具有旋转角度传感器。在此，两个可彼此受限地扭转的轴部件通过扭转弹簧弹性地相互耦合。当一个轴部件通过车辆驾驶员施加的扭矩而相对于另一个轴部件旋转时，相对旋转角度基本上与所输入的扭矩成比例。为了精确地确定扭矩，能够精确地测量旋转角度是重要的。
3.例如由公开文献de 10 2007 043 502 a1公知了这种扭矩传感器。在此，在上转向轴上布置有环形磁体，而在下转向轴上安装有带有磁性定子的保持器，该磁性定子在径向方向上经由小的气隙与永磁体相对。磁体的磁通量通过通常由两个单独的定子部件组成的定子被引导至第一和第二通量导体，该通量导体随后将磁通量输出至磁传感器，例如霍尔传感器。
4.这种三件式的轴和扭矩传感器的缺点是，零件数量多，这相应地造成高的成本。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是提供一种具有扭矩传感器单元的转向单元，该扭矩传感器单元具有更少的零件并且更易于组装。
6.该目的由具有权利要求1的特征的转向单元实现。有利的扩展方案由从属权利要求得出。
7.因此，提供了一种转向单元，其具有单件式传感器轴和用于检测引入到传感器轴中的扭矩的扭矩传感器单元，其中传感器轴在第一端部区域中具有用于连接至转向机构的连接区域，并且在其第二端部区域中可旋转地支承在传动装置壳体中。传感器轴具有至少一个平部，优选两个沿周向对置的平部。所述至少一个平部平行于转向轴的纵轴线延伸。在所述平部中的一个上设置扭矩传感器单元的可无线查询的表面波传感器。发射和接收天线设置用于访问和查询表面波传感器。天线在表面波传感器的区域中在周向侧在至少150
°
、优选至少190
°
、尤其至少270
°
的角度范围上包围传感器轴。单件式的传感器轴可特别简单且成本低廉地制造。其可以被构造为空心轴或实心轴。小的结构形式能够实现将扭矩传感器单元安置在内管中，由此不再需要用于传动装置壳体的传动装置盖。因为天线在至少一个大的角度范围上在周向侧包围传感器轴，所以明显改善了信号传输。
8.优选地，传感器轴在第二端部区域中的支承部包括两个球轴承，这两个球轴承布置在构造在传感器轴上的用于蜗轮的支座的两侧。蜗轮优选是助力辅助装置的一部分。
9.为了最佳地利用结构空间，扭矩传感器单元优选在输入侧布置在轴承之前。
10.表面波传感器优选具有两个传感器模块，其以45
°
的角度相对于传感器轴的纵轴线布置，并且其纵轴线彼此围成90
°
的角度。
11.优选地，天线布置在围绕套管的内管内部。
12.在一个有利的实施例中，扭矩传感器单元具有塑料套筒，所述塑料套筒在周向侧包围天线，并且所述塑料套筒设计成使得所述塑料套筒能够固定在内管上。塑料套筒优选以连接管的形式构成。塑料套筒可以被构造为开缝的，也就是说其以大于270
°
、优选地至少350
°
的角度范围包围天线。
13.传感器模块可以借助于拉紧螺栓固定在传感器轴的平部的凹部中，或者与传感器轴粘接、玻璃封接(verglast)或钎焊在一起。
14.此外，提供一种用于机动车的机电的转向系统，该转向系统包括可连接至转向机构的转向轴、齿条式转向传动装置，该齿条式转向传动装置具有连接至转向轴的转向小齿轮，并且该转向小齿轮与用于使车轮转向的齿条啮合，该齿条在壳体中以能够沿着纵轴线移位的方式支承，其中，机电的转向系统还具有至少一个用于在转向轴处提供转向力辅助的电动机和上述转向单元。在此，单件式的传感器轴构成转向轴。
附图说明
15.下面借助附图详细说明本发明的优选实施方式。在此，相同的或功能相同的构件在附图中设有相同的附图标记。附图示出：
16.图1：机电的助力转向装置的示意图，
17.图2：从现有技术中已知的具有扭矩传感器单元的三件式的轴的纵剖图，
18.图3：根据本发明的具有扭矩传感器的轴的纵剖图，
19.图4：图3中的扭矩传感器单元的立体视图，
20.图5：图3的扭矩传感器单元的轴的立体视图，
21.图6：扭矩传感器的部件的分解图，以及
22.图7：扭矩传感器的立体视图。
具体实施方式
23.在图1中示意性地示出了具有方向盘2的机电的机动车助力转向装置1，所述方向盘与转向轴3抗扭地耦合。驾驶员通过方向盘2将相应的扭矩作为转向指令输入到转向轴3中。然后，扭矩经由转向轴3传递到转向小齿轮4上。小齿轮4以已知的方式与齿条5的齿段50啮合。转向小齿轮4与齿条5一起形成转向传动装置。齿条5沿其纵轴线的方向可移动地支承在第三转向装置壳体中。齿条5在其自由端上通过未示出的活球接头与转向横拉杆6连接。转向横拉杆6本身以已知的方式通过转向节分别与机动车的一个转向车轮7连接。方向盘2的旋转经由转向轴3和小齿轮4的连接导致齿条5的纵向移动，并且因此导致转向车轮7的枢转。转向车轮7通过车道70受到反作用，该反作用抵抗转向运动。因此，为了枢转车轮7需要一个力，该力使得在方向盘2上需要相应的扭矩。设置伺服单元9的、具有转子位置传感器的电动机8，以便在该转向运动时辅助驾驶员。伺服单元9在此能够作为助力辅助装置10、11、12与转向轴3、转向小齿轮4或齿条5耦联。各个相应的助力辅助装置10、11、12将辅助力矩引入到转向轴3、转向小齿轮4和/或齿条5中，由此辅助驾驶员进行转向工作。图1所示的三个不同的助力辅助装置10、11、12示出了其布置的选择性位置。通常，在所示位置中，仅唯一一个被助力辅助装置所占据。伺服单元在此可以作为叠加转向装置设置在转向柱上或者作为
助力辅助装置设置在小齿轮4或齿条5上。
24.图2示出了扭矩传感器单元13，其检测上转向轴30相对于下转向轴31的扭转，作为在上转向轴30上手动施加的扭矩的度量。
25.上转向轴30和下转向轴31通过扭力杆32旋转弹性地彼此耦联。上转向轴30和下转向轴31之间的扭转可以经由旋转角度传感器来检测。该旋转角度传感器也被称为扭矩传感器。扭矩传感器单元13具有抗扭地连接至上转向轴30的环形磁体(永磁体)14和连接至下转向轴31的定子15。所属的传感器单元16空间固定地保持在布置在转向轴处的助力辅助装置11的传动装置盖中。伺服单元9根据由扭矩传感器单元13测量的扭矩为驾驶员提供转向辅助。
26.图3至图7示出本发明的一个实施例。扭矩传感器单元13的传感器轴17单件式构造。其可以被构造为空心轴或实心轴。如图3所示，传感器轴17通过球轴承19可旋转地支承在传动装置壳体18中，并且用作转向轴3。轴承19设置在用于蜗轮21的支座20的两侧。蜗轮21借助于蜗杆由电动机驱动用于转向辅助。在入口侧，在凹槽球轴承19之前，传感器轴17具有基本上圆形的横截面和两个在周向方向上对置的平部22、23。在所述平部之一23上布置有表面波传感器130(ofw传感器，英语saw(surface acoustic wave)传感器)的两个传感器模块24。表面波传感器是无源的、可通过无线电无接触地查询的、没有自身的能量供给装置的器件。
27.传感器轴17在传感器模块24的区域中在周向侧上被扭矩传感器单元13的天线25包围，电磁脉冲通过所述天线到达saw传感器并且又被发送回。这些电磁波由转换器转换成经过saw传感器130的机械波。两个传感器模块24分别具有反射器26。也可以设置多个反射器。如从图5中可见，两个反射器26相对于传感器轴的纵轴线100以45
°
的角度设置。传感器模块的纵轴线101、102围成90
°
的角度。传感器模块基本上由压电基底、例如石英上的两个薄层的、手指状地相互嵌入的金属电极构成。在扭矩导入到传感器轴17中的情况下，产生基底的变形并且由此产生谐振频率根据施加到轴上的扭矩而产生的变化。
28.在与传感器轴17连接的方向盘顺时针旋转时，第一传感器模块被加载压应力并且第二传感器模块被加载拉应力，由此谐振频率改变。高频的查询脉冲因此被时间延迟地反射，其中时间延迟通过机械波的与电磁波相比相对慢的传播速度引起。
29.天线25设置在内管27内。内管27包围套管，该套管被设计为在发生碰撞时可移位。
30.因为扭矩传感器单元完全布置在内管27中，所以不需要传动装置盖，因为内管27本身封闭传动装置壳体18。
31.如在图4、图6和图7中详细示出的那样，扭矩传感器单元13具有塑料套筒28，所述塑料套筒在周向侧包围天线25。塑料套筒28具有切口29，为天线25设置的信号导线30可以被引导通过该切口。信号导线将信号传输到ecu。塑料套筒28借助于螺栓固定在传动装置壳体的外侧上。
32.传动装置盖由内管代替。在内管的端侧焊接有板/法兰，其代替传动装置盖固定到传动装置壳体上。在内管的内部中，塑料套筒与该板/法兰连接。
33.图6详细示出ofw传感器130。ofw传感器130具有两个传感器模块24。每个传感器模块24具有设置在载体31上的传感器芯片32。传感器芯片32位于电路板33上。模块24优选地借助于拉紧螺栓固定在传感器轴17的平部上的凹部中。替代地，模块24也可以与传感器轴
17粘接、玻璃封接(verglast)或钎焊在一起。