机动车线控转向装置的致动器以及用于装配该致动器的方法与流程

1.本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的一种机动车线控转向装置的致动器以及一种用于装配该致动器的方法。


背景技术：

2.由专利文献de 10 2014 206 934 a1已知一种伺服马达或致动器，其具有位置固定地支承的丝杠螺母和可相对于该丝杠螺母轴向移动的丝杠。在线控转向装置中得到应用的这种致动器的至少一端通过转向导杆与车轮架相连接。通过丝杠的线性移动，可以改变可旋转地支承在车轮架上的车轮的车轮转向角。独立于转向操纵装置、比如像方向盘工作的线控转向装置在信号路径上得到操控，也即在没有机械联接的情况下进行操控。传动丝杠螺纹(bewegungsgewinde)例如是由自锁的梯形螺纹形成的。
3.在机动车底盘中，会出现必须由前述致动器支持的较高的侧向力，因此转向装置是引导车轮的。较高的力在致动器的丝杠传动装置的传动丝杠螺纹中引起高的摩擦。即使使用优化过的润滑剂，在丝杠和丝杠螺母的螺纹轮廓侧面之间也会产生高的摩擦。由于在螺纹副之间出现的在彼此贴靠的螺纹轮廓侧面的接触面上的静摩擦和滑动摩擦，会出现所谓的粘滑效应。这是螺纹轮廓侧面交替的粘附和滑动，其一方面可能导致丝杠螺母和丝杠之间的扭矩振荡。在此，所述丝杠例如能够被激励而发生扭转振动。在最短时间间隔内的连续或临时的激励可能导致达到致动器中的丝杠或其他构件的共振频率。因此，在不利的情况下，该激励可能发出空气噪声，该空气噪声可能被车辆乘员声学式地感知到。
4.在前述丝杠传动装置中，由粘滑效应(stick-slip-effekt)将引起扭转振动，也称为扭转振动。与平移振动相反，扭转振动导致围绕系统的旋转自由度的振荡。在这两种情况下都是机械振动。


技术实现要素：

5.本发明的其中一个目的是，进一步改进机动车的线控转向装置的致动器，使得致动器在声学上不引人注意，从而尽可能不发出空气噪声。
6.该问题通过根据权利要求1的机动车线控转向装置的致动器解决。优选的改进方案在从属权利要求中给出。
7.机动车线控转向装置的致动器具有壳体，在该壳体中支承有丝杠以及可旋转地和位置固定地支承的丝杠螺母。丝杠和丝杠螺母在壳体内形成丝杠驱动装置，该丝杠驱动装置用于丝杠相对于丝杠螺母的轴向移动。为此，丝杠具有与丝杠螺母的内螺纹啮合的外螺纹。如果是丝杠螺母被旋转地驱动，例如通过电动马达、优选地间接地通过传动装置、优选为带传动装置，则传动丝杠螺纹使得丝杠沿其纵轴线相对于丝杠螺母或壳体轴向地移动。通过沿其纵轴线的轴向移动，可旋转地布置在车轮架上并且与丝杠的至少一端相连接的车轮的车轮转向角可以被改变。
8.为了减少或在最好的情况下防止致动器的各个构件的导致可被听到的振动的先
前解释的激励，惯性质量块将至少间接地与丝杠联接。在此，惯性质量块是考虑了致动器的至少一个构件、优选为丝杠的振动特性而设计的。如前所述，车轮的高侧向力会在传动丝杠螺纹中的螺纹轮廓侧面之间产生高的表面压力。由此会导致扭矩振荡，其中，当旋转驱动装置暂时或间歇地驱动丝杠螺母时，所谓的粘滑效应会增加。在此应该考虑的是，在转向装置的正常运行中，大多数情况下车轮转向角会发生小的变化。这些小的变化可以通过稍微转动丝杠螺母来实现。因此，在致动器的正常运行期间，通过不断交替地旋转和静止丝杠螺母，可能会激发振动，特别是在丝杠构件中。特别是在停车时，车轮仅以低速转动，因此在丝杠上作用有特别大的力。但是，这也会激励其他构件振动，尤其是当这些构件具有与丝杠相似的共振频率时。
9.术语粘滑效应(haftgleiteffekt)来源于两个英文单词“stick”(粘附)和“slip”(滑动)。在物理学和现有技术中，粘滑效应描述了相对于彼此运动的固体的一种通常不期望的、顿挫的滑动(静止-滑动-静止-滑动)。在丝杠中，扭转振动由丝杠螺母引起，其中，丝杠本身在这里不旋转。
10.为改变丝杠的振动特性，可以使用更大的质量，例如以更大的直径制造丝杠。虽然这会改变丝杠的共振频率，但会导致更多地使用材料、增加重量并且在制造中需要额外的例如以切削形式的机加工，这会使丝杠更昂贵。如果丝杠的直径增加，则丝杠的支承件相对于壳体的尺寸以及丝杠螺母的尺寸也必须进行调整。此外，组装丝杠时可能会出现问题。
11.有利地，通过本发明可以借助惯性质量块影响振动特性，而无需对线控转向装置的现有致动器进行任何重大修改。由于其质量惯性矩，当惯性质量块与丝杠联接时，惯性质量块对丝杠具有阻尼作用。换句话说，由于其质量惯性矩，惯性质量块对丝杠起作用，使得粘滑效应引起的激励不足以发出空气噪声。
12.惯性质量块优选是单独的构件。该惯性质量块根据其质量惯性矩形成，所述惯性质量块的质量惯性矩取决于可能发出空气噪声的构件、优选为丝杠的振动特性。例如，丝杠的振动特性进而共振频率是已知的，于是惯性质量块可以根据这些已知的参数来形成。
13.优选地，惯性质量块构造成一体式的或多体式的。为了简化装配，例如，载体构件可以首先与丝杠联接或连接。载体构件的尺寸使得它不妨碍丝杠与轴承或与致动器的壳体装配。然后可以将载体构件与质量块构件进行装配，从而产生预先计算过的惯性质量。对于不同的致动器，载体构件可以是通用件，从而分别根据优选的阻尼，仅需分别使用不同的质量块构件。
14.惯性质量块优选地以传力连接和/或材料连接和/或形状配合连接的方式与丝杠联接。惯性质量块或载体构件可以例如被压紧到丝杠上(过盈配合)或借助于夹紧件、例如通过紧固螺钉传力连接地固定。替代地或附加地，可以通过粘合或焊接或通过形状配合的相应几何结构来进行紧固。
15.丝杠可以在致动器的壳体中沿该丝杠的纵轴线移动，因此壳体中需要支承或引导装置。丝杠相对于壳体的间接支承例如通过轴承衬套来进行，该轴承衬套与致动器的壳体牢固地连接，优选为压入。
16.在一种有利的实施方式中，与丝杠相连接的惯性质量块具有与丝杠的纵轴线同心的外壁。该外壁优选地设计成圆柱形，以便形成与轴承衬套内侧相互作用的支承面。如果惯性质量块是通过冷成型制造的，则可以以简单的方式制造光滑的圆柱形外壁，从而惯性质
量块是整体上可以成本低廉地制造的构件。
17.对于用于线控转向装置的致动器来说，从现有技术已知，在丝杠的一端或两端处联接有轴承套筒，也称为旋入式栓塞。为了实现轴承套筒、丝杠和惯性质量块紧凑地连接，在有利的实施方式中，惯性质量块可以至少部分地被轴承套筒包围或者轴承套筒被惯性质量块包围。为此，构件具有凹部和凸肩，从而它们可以与丝杠彼此嵌套地装配在一起。优选地，惯性质量块是旋转对称的构件并且因此易于制造，例如通过切削或通过冷成型。该设计在附图说明中以各种实施方式示出。
18.不同长度的不同致动器始终可以使用相同长度的丝杠(成本低廉的通用件)。根据需要，丝杠的长度可以通过轴承套筒与致动器的长度相匹配。振动特性的适配可以通过不同尺寸的惯性质量块适配相应的丝杠传动装置或致动器。如果惯性质量块的外径等于轴承套筒的外径，则轴承套筒的外壁可以与惯性质量块的外壁一同用作与轴承衬套相对的滑动支承面。此外，也可以只有惯性质量块的外壁用作滑动支承面。如果惯性质量块的外径小于或等于轴承套筒的外径，则丝杠的轴向位移不会引起与轴承衬套或壳体中的支承部位的碰撞。
19.在一种优选的实施方式中，惯性质量块至少部分地由轴颈形成，该轴颈在第一功能性中作为丝杠相对于致动器壳体的扭转止动件。在上述致动器中，扭转止动件是必需的，以便当丝杠螺母旋转时，与该丝杠螺母啮合的丝杠不会绕其纵轴线旋转。为了节省结构空间，在计算惯性质量块时有利地考虑该轴颈的质量。换句话说，该轴颈可以是惯性质量块的一部分或单独形成所需的惯性质量块。这给出了具有扭转止动件和惯性质量块功能的紧凑型变体。该轴颈可以直接或间接地与丝杠相连接。在直接连接的情况下，轴颈直接联接至丝杠，优选地通过其螺纹连接部拧紧至丝杠，优选地大致或正好横向于丝杠的纵轴线。备选地，该轴颈可以只与轴承套筒或惯性质量块联接，或者亦可与轴承衬套或惯性质量块联接并且附加地与丝杠联接。对最后提到的变体，优选地亦可使用横向于丝杠纵轴线的螺纹连接部。该轴颈可以与轴承套筒或惯性质量块拧紧并且可以附加地用于在丝杠上传力连接地和/或形状配合连接地进行固定。
20.在另一种优选的实施方式中，惯性质量块用作丝杠和轴承套筒之间的连接构件。在此，丝杠只是间接地、即非直接地与轴承套筒相连接。丝杠可以与惯性质量块拧紧，或者惯性质量块也可以喷铸在丝杠上或者围绕丝杠铸造包封或者也可以进行焊接。惯性质量块可以形状配合连接、传力连接或材料连接地与轴承套筒相连接。优选地，轴承套筒具有凹部、例如盲孔。惯性质量块的直径优选地小于盲孔的内径。周围的间隙优选地填充有弹性体。由此通过在惯性质量块和轴承套筒之间的弹性连接部实现了脱开联接。
21.根据本发明的另一方面，提出了一种用于装配如前所述的线控转向装置的致动器的方法。在装配中，惯性质量块在多个步骤中与丝杠联接。在此例如在第一步骤中，惯性质量块优选地通过挤压连接部与丝杠相连接。这可以通过例如过盈配合或热压配合(aufschrumpfen)来实现。在惯性质量块是由载体构件和至少一个质量块构件组成至少两体式的情况下，则首先将载体构件与丝杠联接，其中，所述质量块构件在至少间接随后的步骤中与载体构件装配在一起。在将丝杠与载体构件装配之后，可以例如将丝杠螺母与丝杠装配在一起。于是在随后与壳体的装配中没有任何物体会妨碍装配。如果质量块构件或惯性质量块的总直径实际上会由于直径过大而无法装配，则不必适配致动器的壳体或其他构
件。只有当已经装配好前面的构件时，才能方便地装配所述质量块构件。
22.所谓的线控转向装置是一种与带有转向把手、例如方向盘的机械转向机构脱开联接的转向装置。驾驶员借助于转向把手实现的转向运动不是以纯机械的方式、例如通过导杆传递到车轮架或车轮上的。相反，例如在控制装置中计算针对车桥的各个车轮的转向角，该转向角给所述线控转向装置的一个或多个致动器发送调整信号，并最终引起车轮转向角的改变。
附图说明
23.下面参考附图根据优选的实施方式来描述本发明。在附图中：
24.图1示出了根据已知的现有技术的致动器；
25.图2示出了带有惯性质量块的致动器的丝杠驱动装置的细节视图；以及
26.图3至图6分别以细节视图示出了带有惯性质量块的致动器的丝杠驱动装置的其他实施方式。
具体实施方式
27.图1示出了根据已知的现有技术的用于线控转向装置的致动器10。所述致动器10也被称为伺服马达并且包括丝杠驱动装置41，该丝杠驱动装置具有带有丝杠螺纹42a的丝杠42以及带有螺母螺纹43a的丝杠螺母43。丝杠螺母43通过滚动轴承44、45可旋转地支承在壳体46中并且沿轴向固定，换而言之位置固定地得到支承。壳体46划分为三个壳体部分，即右壳体部分46a、左壳体部分46b和中间壳体部分46c。皮带轮47以不可相对旋转的方式布置在丝杠螺母43上，该丝杠螺母可以经由带传动装置48借助于传动带55由电动马达49驱动。丝杠42在一端与形式为推入式栓塞或旋入式栓塞的轴承套筒50相连接，该轴承套筒在形式为滑动轴承或推力轴承51的轴承衬套中在壳体侧得到引导。部分地从壳体部分46b突出的轴承套筒50与关节套筒52相连接，未示出的转向导杆在该关节套筒处铰接地与车轮架联接。右壳体部分46a经由关节53支撑在车辆侧或者说支撑在车身的结构上。
28.前述装置可用作车桥上的线控转向装置，优选地可以用作机动车的后车桥转向装置。所示出的致动器10构造为单个调节器，即其被布置成例如靠近车轮并且被支撑在车身的一侧以改变车轮的车轮转向角。致动器借助于转向导杆经由接头套筒52连接到另一端，或者直接与车轮架连接，在所述车轮架上可旋转地支承有车轮。致动器10例如作用在后轮上，并且当丝杠42线性移动时改变该车轮的车轮转向角。相应地，为第二后轮设置了另一个单个调节器。车轮转向角通过丝杠42发生改变，该丝杠在由丝杠螺母43驱动时可以沿轴向移动并且经由轴承套筒50将线性运动传递到关节套筒52。对于双重地或中央式地、也即在车桥的两个车轮上转向式地作用的致动器来说，同样可以使用所描述的丝杠驱动装置。
29.在进一步对附图的描述中，具有相同功能的相同构件具有相同的附图标记。
30.图2示出了根据本发明的致动器的丝杠驱动装置的透视图，这里示出了其中的一部分。丝杠142与丝杠螺母143形成传动丝杠螺纹。丝杠螺母143被皮带轮147包围，从而在操纵传动带155时，丝杠142发生转动。由此，丝杠142可以沿一个方向或另一个方向轴向移动，如双箭头所示。在其左端，丝杠142以其端部与轴承套筒150拧紧。轴承套筒150伸延直至惯性质量块100并且因此在一些部分中以虚线透明地示出。惯性质量块100是两体式的，并且
由载体构件100t和质量块构件100m组成。载体构件100t是环形螺旋件并且传力连接地保持在丝杠142的螺纹上。质量块构件100m由两个半环形成，所述质量块构件借助于螺钉104夹紧在载体构件100t上。显而易见的是，质量块构件100m的外径t大于轴承套筒150的外径l。而载体构件100t的外径等于轴承套筒150的外径l。当装配带有轴承套筒150和壳体(此处未示出)的丝杠时，可以容易地进行装配，而质量块构件100m的大外径t不会妨碍装配。惯性质量块可以根据应用场景来设计，即根据所需的阻尼或减振来设计。可以以简单的方式使用具有更大直径或更大轴向伸长范围的质量块构件100m。在此，载体构件100t可以对不同的配置呈现为通用件。这给出了改善丝杠或致动器的振动特性的成本低廉的可行方案，从而避免由于丝杠驱动装置或者说整个致动器引起的声学上的异常。
31.图3示出了根据图2的丝杠驱动装置的局部剖开的细节视图。这里示出了惯性质量块300的另一种变体，该变体同样由贴靠在丝杠142处的载体构件300t和包围载体构件300t的质量块构件300m形成。丝杠142通过螺纹连接部与轴承套筒150联接。显而易见的是，丝杠152最初与载体构件300t装配在一起。在下一步骤中，将轴承套筒150拧到丝杠142的端部上。现在可以执行进一步的装配步骤以装配丝杠驱动装置或致动器。最后，在进一步的装配步骤中，质量块构件300m可以与载体构件300t连接。在根据图3所示的变体中，载体构件300t和质量块构件300m具有凸肩、台阶部或空隙或凹部115，由此，实现了形状配合的、简单的装配。这些构件可以例如通过粘合材料配合地相互接合。
32.图4和图4a示出了具有惯性质量块400的另一种丝杠驱动装置，该丝杠驱动装置在这里通过挤压连接部110与丝杠142接合。惯性质量块400、400a在图4中是一体式的，而在图4a中是两体式的。在两个实施方式中，惯性质量块400、400a具有圆柱形的外壁105。在根据图4a的变体(惯性质量块400a)中，轴颈160横向于纵轴线拧入外壁105中。轴颈160是扭转止动件的一部分，该扭转止动件支撑在壳体146的内壁处并且阻止在丝杠螺母(此处未示出)旋转时丝杠142一起旋转。另一方面，轴颈是惯性质量块105的一部分。丝杠142在其端部处与轴承套筒150拧紧并且通过轴承衬套151相对于壳体146得到支承和引导。
33.在图4和图4a所示的两个实施方式中，在惯性质量块400、400a的外壁105上的外径t略小于轴承套筒150的外径l，于是外壁105不能用作轴承衬套151的支承面。此外，惯性质量块400、400a在其左端处具有凹部115。惯性质量块100利用该凹部115在轴承套筒150右侧包围凸肩152。显而易见的是，通过该嵌套变体给出了由轴承套筒150和惯性质量块400或400a组成的、对于轴向和径向伸长而言紧凑的结构型式。与根据图2或图3所示的变体不同，惯性质量块400或400a的期望质量也可以通过相应的轴向伸长来改变。因此，惯性质量块也可以具有相对小的直径。
34.图5示出了根据图4所示的变体，该变体针对更紧凑的结构空间进行了进一步适配。一体式的惯性质量块500和轴承套筒150的嵌套正如同在根据图4所示的变体中那样构造。然而，外径l、t被选择为相同。惯性质量块500的外壁105是光滑圆柱形的，从而除了轴承套筒150的外壁上的滑动面外，该外壁还同时形成了附加的滑动面。由此可以缩短轴承套筒并且保留必要的滑动支承面，或者说可以通过这种布置方式扩大滑动支承面。
35.图6示出了具有惯性质量块600的丝杠142的另一种实施例，所述惯性质量块也对丝杠具有阻尼作用。丝杠142具有纵轴线a并且在部分区域中被惯性质量块600包围并且与该惯性质量块不可相对旋转地连接。丝杠142通过惯性质量块600直接与轴承套筒150联接。
惯性质量块600构成用于轴承套筒150的连接器件。轴承套筒150容纳丝杠142的端部并且惯性质量块600被容纳在盲孔或者说凹部155中。惯性质量块600具有小于轴承套筒150的内径d的外径ti。在惯性质量块600的外壁105和轴承套筒150的内壁153之间存在环绕的套筒状的间隙102。在惯性质量块600的部分长度上在间隙102中设置有阻尼式起作用的弹性体110，该弹性体将惯性质量块600与轴承套筒150弹性地连接。
36.附图标记列表
37.10
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致动器
38.41
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丝杠驱动装置,传动丝杠螺纹
39.42、142
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丝杠
40.42a
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内螺纹丝杠螺母
41.43、143
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丝杠螺母
42.43a
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外螺纹丝杠
43.44
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轴承
44.45
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轴承
45.46、146
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壳体
46.47、147
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皮带轮
47.48
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带传动装置
48.49
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电动马达
49.50、150
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轴承套筒
50.51、151
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轴承衬套
51.52
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关节套筒
52.53
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轴承孔
53.55、155
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传动带
54.100
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惯性质量块
55.100t、300t
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载体构件
56.100m、300m
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质量块构件
57.102
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间隙
58.104
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螺钉
59.105
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外壁
60.110
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挤压连接部
61.115
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空隙
62.120
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环
63.152
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凸肩
64.153
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内壁
65.160
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轴颈
66.300
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惯性质量块
67.400
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惯性质量块
68.400a
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惯性质量块
69.500
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惯性质量块
70.600
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惯性质量块
71.a
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纵轴线
72.t
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外径
73.l
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外径
74.ti
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外径
75.d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
内径