独立辅助电动助力转向系统的制作方法
【专利说明】独立辅助电动助力转向系统
[0001] 相关申请夺叉引用
[0002] 本申请主张2013年1月21日提交的美国临时专利申请编号61/754701的权益。
【背景技术】
[0003] 本发明涉及一种用于电机车辆的电动助力转向系统。该动力转向系统包含输入 轴，该输入轴与转向轮工作啮合，并用来传递将被转向的转向轮所需的扭矩。输出部件与将 被转向的轮子工作啮合。电动电机被安置在动力转向系统上，通过其电动助力作用在输入 轴或输出部件（齿条）上。传感单元被用来感测作用在输入轴上的转向扭矩的方向和强度， 以及其它特定的转向参数。电子单元被用来处理特定的转向参数并控制电动电机。
[0004] 例如在德国公开的专利申请号44 07 729就描述了电动助力转向系统。在该电动 助力转向系统中，电动电机由电子控制单元控制，作为转矩的函数。
[0005] 本发明还可在电机车辆的动力转向系统中使用，其中转向杆以轴向可移动的方式 进行控制。这种类型的动力转向系统从DE 103 10 492 Al中可知。辅助系统可与不同的 主电动助力系统组合，例如基于EPS的柱和齿条，其中基于EPS的齿条可以是基于齿轮、双 齿轮、同轴齿条和带驱动EPS或者任何类型的用于主助力装置的啮合系统。
[0006] 在电动助力转向系统中，目前用于车辆的动力助力可在转向系统故障的情况下突 然丢失。目前电动助力转向系统具有多层诊断能力，可在系统故障的情况下关闭系统，故障 可导致危险的情况，其中无效助力机构被视为安全状态，其中被动系统必须遵守ECE79需 求。
[0007] 转向系统的原理必须以这样的方式进行设计，在车辆运行期间由ECE79标准建立 的转向扭矩的设定水平不会被超过。用于保持转向扭矩在预设水平之下的需求可产生对车 辆设计的限制，其可影响车辆的整体动态性能。
[0008] 电动助力转向系统已经开发了用来评估由电动助力转向系统所提供的助力信息 的概念。当识别出系统困难时，可以有部分冗余路径，其可被用来避免电力转向系统的突然 关闭。
[0009] 目前用于电力转向系统的诊断和冗余的概念被合并入单一的电动助力转向系统。 这样的系统有两个主要的缺点：
[0010] ?共因失效模式如进水、EMC、物理损伤、机械故障等不能在这样的概念中考虑并且 最终将导致转向助力的损失。
[0011] ?这种冗余系统的第二个缺点是，复制转向系统的主要电子部分是非常高成本的 选择。在主装置上的转向模块的质量和性能需求要求在冗余路径中使用昂贵的技术，因为 它必须基于相同的技术水平。
[0012] 本发明被设计提供独立的第二助力转向系统，以避免当前电动助力转向系统的不 足。第二转向助力是低成本和简单的设计，其可避免常见的故障问题。
【发明内容】
[0013] 本发明涉及一种主电动助力，其在主转向系统故障的情况下辅助第二候补转向助 力。主系统和候补系统可基于转向柱或转向齿条，或者任何这两者的组合。第二转向助力 系统是低成本的设计，其保证转向扭矩水平不会超过预定值。第二电动转向助力通常交付 的助力小于主转向助力系统提供的50%。第二系统提供的这种级别的助力足以提供车辆的 安全和舒适操作。第二助力系统可能仅在预定的时间内有效工作，从而允许车辆的驾驶员 采取适当的行动以解决主电动转向助力中的故障。第二转向助力系统至少部分地与主电动 转向助力系统分开，以避免常见的故障，其可能会危及整个电动转向系统。
[0014] 检验如下优选实施例的详细说明和附图之后，本发明的其它目的和优势对本领域 技术人员将会变得清晰。
【附图说明】
[0015] 图1是电动助力转向系统的示意图；
[0016] 图2是转向系统的侧视图；
[0017] 图3是图2中转向系统的一部分的横截面图；
[0018] 图4是本发明的转向系统的透视图；
[0019] 图5是图4中转向系统的一部分的侧视图；
[0020] 图6是图5中转向系统的部分横截面图；
[0021] 图7是高刚度和低成本传感器的示例的透视图。
【具体实施方式】
[0022] 如上所述，辅助电动助力系统可与任何现有的可获得的主转向助力系统相结合。 为了更好的理解概念并简化辅助系统的功能描述，图1和图2给出了两个基本原理，其描述 了众所周知的基于电动助力系统的用于带驱动和小齿轮的设计。
[0023] 如图1所示，电动助力转向系统包含转向齿轮，在转向系统1中以齿条-小齿轮的 形式出现。齿条-小齿轮转向系统是传统的众所周知的，因此不会被进一步描述。齿条-小 齿轮转向系统的小齿轮（未示出）实现输入轴2,例如，通过转向柱3配备万向节的方式，与 转向轮4工作啮合。不同的转向齿轮，例如循环-球转向系统，也可用来代替齿条-小齿轮 转向系统。
[0024] 齿条-小齿轮转向系统1的齿条架（未示出）连同两个转向轴链接5和6 -起形 成输出部件，其与将被转向的轮子（未示出）工作啮合。齿条架构成转向系统的输出元件。
[0025] 通过这种动力转向系统，转向扭矩可从转向轮4转移到将被转向的轮子。
[0026] 电源助力可被电动电机7施加到输入轴2。在图1所示的示例性实施例中，电动电 机7被设置成其轴线垂直于输入轴2的轴线并因此垂直于小齿轮的轴线。其轴线也可以是 相对输入轴的轴线不同的角度，例如以60° -130°的角度。
[0027] 利用相同或相似的效果，电动电机7可被设置成其轴线平行于输入轴2的轴线并 因此平行于转向柱3的小齿轮或另一部分的轴线。
[0028] 在如上所述电动电机7的两种设置类型中，后者作用于输入轴2以及齿条-小齿 轮转向系统1的小齿轮。电动电机7也被设置成其轴线平行或成角、或共轴于齿条-小齿 轮转向系统1的齿条架的轴线。
[0029] 传感单元8被用来感测作用于输入轴2的转向扭矩的方向和强度，以及其它转向 特定的参数。在示例性实施例中，传感单元8被设置在输入轴2上。然而，传感器单元8也 可被提供在转向系统的其它地方。
[0030] 电子单元9被用来处理转向特定的参数并且控制电动电机7。
[0031] 根据本发明，提供了检测单元10,用于在每一种情况下确定出现车辆的各种装置 的参数。这些确定的参数被传送到电子单元9,用于自适应控制电动电机7。因此转向特性 曲线可适用于相应车辆的各种装置。这种方式是可能的，仅通过电子单元9中软件创建的 控制算法，可产生转向特性轮廓，其精确对应于"标称"特性曲线。
[0032] 有利地，出现在每一种情况下的车辆的各种装置参数包括车辆特定的前轴负荷， 通过其，例如不同的引擎变种可被考虑。
[0033] 为了考虑不同的轮胎类型，其在车辆的使用寿命期间可被安装在一个特定的车辆 上，轮胎特性值可被检测。这些值可包括，例如与轮胎滑移刚度、力/变形行为、和/或特定 轮胎类型的参数相关的信息。在这种情况下，几个不同的轮胎版本，其最重要的驾驶特性， 相比较地可被合并成特性组。
[0034] 出现在每一种情况下的车辆的各种装置的参数可被读取到检测单元，例如根据条 形码标识符。在这种情况下，例如，不同的条码标识符与不同的发动机变种或轮胎类型相 关。
[0035] 在车辆制造商的处所，检测单元10可被集成到计算机终端（流水线可编程单元）， 到服务定位商店测试器，或者在特殊情况下，到电子单元9。随后，参数可被读取到电子单元 9,通过提供用于该目的车辆接口。
[0036] 多个转向特性可被读取到电子单元9。根据出现在每一种情况下的车辆的各种装 置的参数可激活适合的特定的特性。
[0037] 根据一般的先有技术，用于电机车辆的动力转向系统是众所周知的，并且这里参 考了例如DE 103 10 492 A1，从而后文中仅仅本发明必不可少的特点将被更加详细地描 述。
[0038] 图2给出了用于电机车辆的电动转向系统，包括外壳11、电动电机12以及用于移 动车辆轮子的转向杆13,其没有详细给出。此外，动力转向系统包括具有扭矩传感器14和 齿轮单元15的小齿轮30,通其转向杆13驱动连接到电动电机12的输出轴16,输出轴16 没有在图2中详细给出。
[0039] 如图3所示，转向杆13被安排与电动电机12平行。在齿啮合部分上，图2中未示 出，转向杆13啮合转向杆的小齿轮30,小齿轮同样未被详细示出，并且在支承节17上包含 外部螺纹。转向杆13的支承节17是循环滚珠螺丝和螺母齿轮18的一部分。
[0040] 支承节17与循环滚珠螺母19啮合，其也是循环滚珠螺丝和螺母齿轮18的一部 分。循环滚珠螺母19以轴向固定的方式被安装，并形成主要的螺丝还有转向杆13。循环滚 珠螺母19不可旋转地连接到从动盘25并且通过轴承26被安装在外壳11中。其它类型的 齿轮驱动系统例如蜗杆和蜗轮可代替循环滚珠螺母驱动。
[0041] 驱动盘22固定在电动电机12的输出轴16上。牵引装置设计为带23在从动盘25 和驱动盘22上牵引，连同这些磁盘，形成牵引驱动。通过牵引驱动，力从电动电机12传递 到循环滚珠螺母19。
[0042] 之前公开的电动转向概念是非常有效的，对于应用电动助力给驾驶者向车辆的转 向轮给出的转向输入。动力助力使驾驶者能够更容易地将车辆的转向轮子放置在期望的位 置。然而，提供助力给驾驶员所做的转向努力的电动电机总是可能经历困难，其将导致电动 电机无法提供预期的助力。当电动转向系统出现故障时，这种故障会以非常快速的方式发 生，并且由电动电机提供的助力将不再提供给车辆的驾驶员。电动电机的助力损失可导致 努力的显著增加，需要将转向轮转动定为到车辆的轮子期待的位置。电动电机这样的功率 损失可以是非常破坏性的，使驾驶员不能向车辆提供转向输入