CN115243956A - 车辆的转向*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆(10)的转向***(1)，其具有：齿条(2)，该齿条能与车辆(10)的车轮(7)耦联，以便通过齿条(2)的移动实现车轮(7)拐动；用于移动齿条(2)的转向驱动装置(3)，转向驱动装置(3)具有马达单元(9)和传动单元(8)，传动单元(8)与转向条耦联并构成为用于将马达单元(9)的旋转转换成齿条(2)的移动，在马达单元(9)和传动单元(8)之间设有形锁合地起作用的力传递元件(11)，力传递元件(11)具有芯元件(12)和至少局部包围芯元件的壳元件(13)，芯元件(12)比壳元件(13)具有更高的强度，所述芯元件(12)具有用于与马达单元(9)和传动单元(8)建立形锁合的凸起区域(14)和连接所述凸起区域(14)的连接区域(15)，并且壳元件(13)与马达单元(9)和传动单元(8)直接接触。

Description

车辆的转向***
技术领域
本发明涉及一种车辆的转向***。此外，本发明涉及一种车辆，该车辆包括这种转向***。
背景技术
由现有技术已知用于车辆的转向***。通常使用齿条，所述齿条能够通过转向横拉杆而与车轮耦联，使得齿条的移动导致车轮的拐动。齿条可以由方向盘直接机械地移动，另外已知一种转向辅助***。例如DE 10 2016 007 542 A1示出一种这样的***。马达经由齿形带驱动滚珠循环传动装置，其中，该滚珠循环传动装置也作用于该齿条。因此，车辆的驾驶员的转向力可以通过以下方式减小，即：通过辅助***施加对于转向所需的力的一部分。
如果车辆能实现自动化驾驶，尤其是高度自动化驾驶，则转向力不再强制地由驾驶员施加，而是部分地或完全地由辅助***施加。在此，在任何情况下必须确保车辆能够按规定转向。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种车辆的转向***，所述转向***在简单且成本低廉的制造和装配的情况下能实现车辆的安全且可靠的转向。
该目的通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求的内容是本发明的优选的进一步改进方案。
因此，该目的通过一种车辆的转向***来实现，该车辆的转向***具有齿条和转向驱动装置。齿条可与车辆的车轮耦联，以便通过齿条的移动实现车轮拐动。尤其是，齿条为此可直接与转向横拉杆连接，其中，转向横拉杆又直接与车辆的车轮耦联。因此，齿条可以通过移动能实现车轮拐动并且因此能实现车辆转向。转向驱动装置构成为用于移动齿条。
规定，转向驱动装置具有马达单元和传动单元。传动单元耦联于所述转向条并且构成为用于将马达单元的旋转转换成齿条的移动。传动单元尤其是滚珠循环传动装置。在马达单元和传动单元之间设有形锁合地起作用的力传递元件。因此，转矩可以从马达单元传递到传动单元上。这能实现传动单元的一部分区域旋转，其中，所述旋转能转换成齿条的平移。由此，借助于转向驱动装置可以实现齿条移动并且进而实现车辆转向。
力传递元件具有芯元件和至少局部地包围芯元件的壳元件。芯元件比壳元件具有更高的强度。此外规定，芯元件具有多个凸起区域，所述凸起区域构成为用于建立与马达单元和传动单元的形锁合。特别是，凸起区域用于接合在马达单元或传动单元的齿轮的两个齿之间，使得可以建立所述形锁合。此外，芯元件具有将凸起区域连接的连接区域。壳元件与马达单元和传动单元直接接触。因此，壳元件和芯元件由不同的材料制成，其中，通过芯元件确保：随时存在与所述马达单元和与所述传动单元的形锁合。因此，由于相对于壳元件提高的强度，即使壳元件磨损或以其他方式剥蚀或损坏，至少紧急运行也是可能的。因此始终可以施加转向力，因为转向驱动装置随时能够使齿条移动。壳元件尤其是可以由与用于传统的力传递元件的材料相同的材料制成，从而对于使用者在正常运行中在其感知方面不产生差异。但壳元件也可以仅部分地包围芯元件。
力传递元件尤其是齿形带和/或链。特别是在齿形带的情况下，原则上存在如下可能性：单个或多个齿研磨或齿形带的齿发生其他损坏。在这种情况下，不再强制性地存在形锁合，从而不能可靠地确保在转向驱动装置和齿条之间的力传递。通过使用比壳元件具有更高强度的芯元件，防止了齿形带的齿的完全研磨。因此，在齿形带和马达单元之间以及在齿形带和传动单元之间的形锁合的可能性随时保持。这同样适用于力传递元件作为链的设计方案。在此，芯元件的凸起区域也可以随时保证能与马达单元的和传动单元的齿轮建立可靠的形锁合连接。力传递元件作为齿形带和/或链的设计方案对于在转向***运行期间减小振动和/或衰减噪声是尤其有利的。
芯元件有利地由多个单个的链节组成。由此，链元件独立地能够确保马达单元与传动单元之间的力传递。因此，芯元件可以确保紧急运行，即使壳元件被完全磨损和/或磨蚀和/或破坏。各个链节尤其可以通过形锁合相互连接。
特别有利地设置有凸起节和连接节。因此，芯元件具有形成凸起区域的凸起节。同样地，芯元件具有形成连接区域的连接节。凸起节和连接节特别优选形锁合地连接。替代地，凸起节和连接节也可以设计成使得它们一体地构成。
壳元件有利地完全包围芯元件。特别地，壳元件构成为用于给力传递元件造型。因此，芯元件尤其完全嵌入到壳元件中。在正常运行中尤其规定，在马达单元与芯元件以及传动单元与芯元件之间不发生接触。更确切地说，仅在壳元件和传动单元以及马达单元之间存在接触。
优选地，芯元件的耐磨性高于壳元件的耐磨性。因此，尤其是防止了力传递元件的完全磨损，由此在力传递元件与马达单元以及传动单元之间随时存在形锁合的连接。由此随时能实现通过转向驱动装置施加转向力。
壳元件有利地构成为用于在马达单元和传动单元之间传递力时衰减噪声和/或振动。因此，尤其是能实现转向***的少振动且低噪声的运行。同时，对于转向***或车辆的使用者来说可识别出，力传递元件损坏。在这种情况下，首先发生壳元件的损坏、特别是磨损，从而力传递元件的衰减特性不再存在。因此，转向***在振动和噪声方面的运行性能改变，这可由使用者识别出。尽管如此，即使在这种情况下也随时保证转向***的功能。
芯元件优选由塑料形成。塑料优选是均质的。替代地，塑料可以优选由多种组分组成。尤其是可设有加强强度的措施。因此有利的是，塑料是纤维加强的。替代地，芯元件由金属材料形成。特别地，塑料和金属材料具有高的机械强度。所述强度高于壳元件的强度，其中，芯元件尤其仅针对高机械强度设计，但不必在其它特性、如噪声衰减和/或振动衰减方面进行优化。通过将芯元件相应地构造为鲁棒/健壮的构件，随时确保转向***的功能性，因为在马达单元和传动单元之间随时存在形锁合。
壳元件优选由塑料制成。塑料尤其是弹性体。因此，尤其是可以实现上文描述的衰减噪声特性和/或衰减振动特性。特别优选地，壳元件可以是用于制造齿形带的常规材料。
本发明还涉及一种车辆。车辆具有上文描述的转向***。因此，可以随时通过转向驱动装置对车辆进行转向。因此，车辆尤其可以用于可靠的高度自动化的行驶。
特别有利地，转向***是线控转向***。在这种***中，车辆的方向盘和能转向的车轮之间没有机械连接。尤其是，齿条与方向盘之间不存在机械连接。车辆车轮的转向仅借助于通过转向驱动装置移动齿条来实现。通过前述的力传递元件确保了：随时都确保了转向的这种可能性。
附图说明
本发明的其他细节、特征和优点由以下说明和附图得出。图中：
图1示出根据本发明的一个实施例的车辆的示意图，
图2示出根据本发明的实施例的车辆的转向***的示意图，
图3示出根据本发明的实施例的车辆的转向***的力传递元件的示意图，以及
图4示出根据本发明的实施例的车辆的转向***的力传递元件的一种替代实施方案的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的车辆1。车辆1具有转向***1。转向***1又具有齿条2和转向驱动装置3。齿条2通过转向横拉杆20而与车辆10的车轮7耦联，使得齿条2沿车辆横向方向的移动导致车轮7拐动。以这种方式能实现车辆10转向。
齿条2的移动一方面可以通过转向驱动装置3、另一方面通过转向柱5和固定在其上的方向盘6实现。如果驾驶员将转向运动施加到方向盘6上，则该旋转经由转向柱5和转向传动机构4传递到齿条2上，从而齿条2移动。这导致车辆10转向。此外，为了在转向过程中辅助驾驶员，转向驱动装置3对齿条2施加力，该力辅助驾驶员的转向愿望。因此，必须在方向盘6上施加比用于使车轮7运动所需的更小的转矩。更确切地说，转向驱动装置3承担必要的功的一部分。
在自动化行驶的车辆或高度自动化行驶的车辆中，可以放弃方向盘6、转向柱5和转向传动机构4，或者可以将方向盘6置于折叠起来的且驾驶员不能直接够到的位置。在这种状态下，转向驱动装置3可以通过产生齿条2的相应移动来单独接管车辆10的转向。在一种优选的实施方案中也可以完全放弃转向柱5，其中构成有线控转向***。在这种情况下，借助于传感器截取方向盘6上的转向输入并且将其作为操控信号传递给转向驱动装置3。因此，车辆10的转向仅通过借助于转向驱动装置3移动齿条2来进行。由于齿条2与方向盘6之间缺少机械连接，齿条2的直接运动是不可能的并且也没有设置。
图2示意性地示出车辆10的转向***1。除了齿条2之外，转向***1还包括转向驱动装置3，其中，转向驱动装置3构成为用于移动齿条2。转向驱动装置3又具有传动单元8和马达单元9。传动单元8尤其是滚珠循环传动装置并且用于将马达单元9的旋转转换成螺杆2的平移。
在马达单元9和传动单元8之间的力传递通过力传递元件11进行。在示出的实施例中，力传递元件11是齿形带，所述齿形带在两个齿轮16之间延伸，其中，齿轮16中的各一个齿轮分别是马达单元9的一部分以及传动单元8的一部分。在一种替代的实施方案中，也可以使用链或其他形锁合的力传递元件来代替齿形带。
力传递元件11这样设计，使得一方面实现了安静且振动少的运行。由此，转向驱动装置3的运行振动少并且噪声低。另一方面，力传递元件11设计成用于确保在马达单元9和传动单元8之间的安全且可靠的力传递，其方式是，随时存在与马达单元9的和传动单元8的齿轮16的形锁合。特别是防止了构成为齿形带的力传递元件11的齿的完全磨蚀。因此，尤其是存在常规齿形带的优点，尤其是平稳运行和衰减振动，其中，附加地在马达单元9和传动单元8之间存在可靠的力传递。因此，力传递元件11尤其适合于用在具有自动化或高度自动化驾驶模式的车辆中，因为随时确保了转向驱动装置9能够使车辆10转向。
图3示出齿形带形式的力传递元件11的一种实施方式。附加地示意性地示出相应的齿轮16。齿轮16具有多个齿，其中，存在力传递元件11与所述齿17的形锁合。
力传递元件11具有芯元件12以及壳元件13，其中，壳元件13至少局部地包围芯元件12。在图3所示的实施方式中，壳元件仅部分地包围芯元件12。芯元件12尤其是比壳元件13具有更高强度的构件。壳元件13尤其是弹性体或其他塑料，其中，壳元件13构成为用于衰减振动和/或衰减摆动。特别是，壳元件13由用于齿形带的常规材料制成。因此实现了所描述的平稳运行和少振动。
通过使用尤其由金属材料或塑料制成并且比壳元件13具有更高强度的芯元件12，始终实现与齿轮16的可靠的形锁合的连接。为此，芯元件12具有多个凸起区域14和多个连接区域15，其中，凸起区域14接合在齿轮16的齿17之间并且因此确保形锁合。连接区域15用于连接各个凸起区域14。在设计芯元件12时，可以尤其完全不用考虑平稳运行和/或少振动，从而仅存在高强度。如果壳元件13被损坏和/或被磨蚀和/或以其他方式磨损，则可以通过芯元件12继续确保至少紧急运行。特别是防止了构成为齿形带的力传递元件11的齿的完全磨损，因为至少芯元件12的凸起区域14保持不变。凸起区域14和连接区域15尤其是可以通过同一构件或通过不同的构件形成。
图4示出力传递元件11的另一优选的设计方案，其中，在图4所示的替代设计方案中，芯元件12由链形成。壳元件13完全包围芯元件12并且尤其还用于力传递元件11作为齿形带的最终造型。因此，构成为链的芯元件12在力传递元件11的正常运行中是不可见的。
芯元件12具有形成凸起区域14的凸起节18。此外，芯元件12具有形成连接区域15的连接节19。凸起节18和连接节19有利地形锁合地连接并且尤其是形成链。替代地，连接节19和凸起节18也可以一体地构成。特别有利地，连接节19和凸起节18由金属材料制成。
如果在壳元件13上发生磨损，则至少凸起节18可以确保与相应齿轮16的形锁合，而连接节19能实现凸起节18的可靠连接。由此，在马达单元9和传动单元8之间随时存在形锁合，使得转向驱动装置3可以随时确保车辆10的转向。相反，如果壳元件13没有磨损并且如设定的那样存在，则壳元件13可以衰减振动和/或噪声，由此产生与在传统齿形带中相同的优点。车辆10的驾驶员可以识别壳元件13的磨损和/或损坏，因为在这种情况下不再存在所述的衰减特性，使得转向驱动装置3的运行在噪声和振动方面改变。
总之，本发明因此在正常运行中能实现：壳元件13设定与传统齿形带相同的运行状态。然而，由于芯元件12防止了齿形带的齿的完全磨蚀，如该磨蚀在现有技术中可能发生，使得芯元件12能够建立转向驱动装置3的至少紧急运行。替代地，代替齿形带的形式，整个力传递元件11也可以具有链的形式。在这种情况下也规定，凸起区域14接合到齿轮16的齿17之间的齿隙中并且由此确保形锁合。
通过力传递元件11的相应的设计方案可实现，转向驱动装置3可以普遍地确保车辆10的转向。因此，转向驱动装置3和转向***1适合于具有自动化或高度自动化驾驶模式的车辆10。转向驱动装置3和转向***1尤其也适合于配备有线控转向***并且在齿条2和方向盘6之间没有机械连接、亦即尤其是没有转向柱5的车辆10。
附图标记列表：
1 转向***
2 齿条
3 转向驱动装置
4 转向传动机构
5 转向柱
6 方向盘
7 车轮
8 传动单元
9 马达单元
10 车辆
11 力传递元件
12 芯元件
13 壳元件
14 凸起区域
15 连接区域
16 齿轮
17 齿
18 凸起节
19 连接节
20 转向横拉杆

Claims (10)

1.车辆(10)的转向***(1)，具有：
齿条(2)，所述齿条能与所述车辆(10)的车轮(7)耦联，以便通过所述齿条(2)的移动实现所述车轮(7)拐动，
用于移动所述齿条(2)的转向驱动装置(3)，其中，
所述转向驱动装置(3)具有马达单元(9)和传动单元(8)，
所述传动单元(8)与所述转向条耦联并且构成为用于将所述马达单元(9)的旋转转换成所述齿条(2)的移动，
在马达单元(9)和传动单元(8)之间设有形锁合地起作用的力传递元件(11)，
所述力传递元件(11)具有芯元件(12)和至少局部包围所述芯元件的壳元件(13)，
所述芯元件(12)比所述壳元件(13)具有更高的强度，
所述芯元件(12)具有用于与所述马达单元(9)和所述传动单元(8)建立形锁合的多个凸起区域(14)和连接所述凸起区域(14)的连接区域(15)，并且
所述壳元件(13)与所述马达单元(9)和所述传动单元(8)直接接触。
2.根据权利要求1所述的转向***(1)，其特征在于，所述力传递元件(11)是齿形带和/或链。
3.根据前述权利要求中任一项所述的转向***(1)，其特征在于，所述芯元件(12)由多个单个的链节(18、19)组成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转向***(1)，其特征在于，所述芯元件(12)具有形成所述凸起区域(14)的凸起节(18)和形成所述连接区域(15)的连接节(19)，其中，所述凸起节(18)和所述连接节(19)相连接，特别是形锁合地相连接，或构成为一体的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转向***(1)，其特征在于，所述壳元件(13)完全包围所述芯元件(12)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转向***(1)，其特征在于，所述芯元件(12)的耐磨性高于所述壳元件(13)的耐磨性。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转向***(1)，其特征在于，所述壳元件(13)构成为用于在马达单元(9)与传动单元(8)之间传递力时衰减噪声和/或振动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转向***(1)，其特征在于，所述芯元件(12)是塑料或金属材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转向***(1)，其特征在于，所述壳元件(13)是塑料、尤其是弹性体。
10.车辆(10)，具有根据前述权利要求中任一项所述的转向***(10)。
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