專利名稱：用于汽車的電動助力轉向器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及權利要求1前序所述的用于汽車的電動助力轉向器。助力轉向器包括輸入軸，該軸與轉向手輪有效連接并用來傳遞用于控制要被轉向車輪所需的轉向轉矩。輸出部件與要被轉向車輪有效連接。伺服馬達設置在助力轉向器上，通過該電機可以將輔助力施加給輸入軸或輸出部件。輸入軸與輸出部件通過旋轉彈性體相互連接，使得在輸入軸與輸出部件之間實現(xiàn)受限地轉動運動。非接觸式檢定單元用于無接觸地獲取作用于輸入軸上的轉向轉矩的方向和大小。檢定單元包括各一個與輸入軸和輸出部件連接的脈沖發(fā)生器和傳感器。脈沖發(fā)生器由磁環(huán)構成，這些磁環(huán)在其圓周表面上具有交替排列的北磁極和南磁極。
這種形式的轉向器例如由DE-C2-38 44 578為公眾所知。對于這種助力轉向器兩個非電磁材料制成的轉子與輸入軸或輸出部件連接。轉子在其圓周上具有這樣的電磁介質(zhì)，使其構成交替的北磁極和南磁極。通過測量兩個轉子轉角差在利用磁阻元件的條件下獲取轉矩。
通過獲取轉矩可以控制電動轉向器的伺服系統(tǒng)。當在電動轉向器條件下單純根據(jù)轉矩控制伺服系統(tǒng)時，這會在汽車運行中感到不習慣，因為相對于液壓助力轉向器來說會由此產(chǎn)生其它的摩擦比。也缺少針對轉向矩的轉向速度“回答信號”。為了克服這一缺陷，獲取轉向速度是必需的。為了獲取轉向速度對于公知的電動轉向器，例如在DE-C2-37 11 854中所涉及的電動轉向器具有附屬的傳感器。這個傳感器例如具有直流測速發(fā)電機，該發(fā)電機以對應于轉向速度的電壓產(chǎn)生直流電流。這種形式的轉向速度傳感器對于為了獲取轉向速度來說，意味著相對較高的費用。
本發(fā)明的目的在于，改善此類電動助力轉向器的控制。尤其是要實現(xiàn)，以簡便的方法順便獲取轉向速度。
這個目的通過權利要求1所表征的助力轉向器而得以實現(xiàn)。這個解決方案尤其由此而實現(xiàn)，在此類助力轉向器上構成兩個具有相同極偶數(shù)量的磁環(huán)并在每個磁環(huán)上配有固定在殼體上的傳感器，通過傳感器不僅獲得磁環(huán)的相對位置和與此相關的輸入軸與輸出部件相互間的相對位置而且獲得輸入軸的旋轉速度。通過這種設計能夠實現(xiàn)，采用兩個磁環(huán)和兩個附屬于磁環(huán)的傳感器不僅可以獲取轉矩而且可以獲取輸入軸的旋轉速度以及與此相關的轉向速度。通過獲取轉向速度可以在轉向和回位時控制轉向阻尼。在采用伺服馬達作為電機的情況下，轉向速度不僅可以被用來附加地控制電機轉數(shù)的快慢而且可以改善控制質(zhì)量。
本發(fā)明的根據(jù)目的并具有優(yōu)點的實施例在從屬權利要求中給出。帶有附屬第二傳感器的第二磁環(huán)可以設置在輸入軸上，第二傳感器用于獲取轉向角度。通過獲取轉向角度可以對轉向回位施加積極地影響。此外由此可以實現(xiàn)中間阻尼用以遏制回位過程中的過調(diào)量。此外將改善汽車的直線行駛狀況。
另一個優(yōu)點是轉向器在直線行駛位置上的準確定心并使特性曲線取決于轉向輪的偏轉。這意味著，在直線行駛位置存在另一種如同停車狀態(tài)的特性曲線。此外轉向輪角度信號可以考慮用于其它的汽車控制設備，例如有效的行走機構或搖擺穩(wěn)定機構。
設置在輸入軸上的兩個磁環(huán)具有不同的極偶數(shù)量。通過兩個磁環(huán)和兩個附屬傳感器在最好情況下能夠在180°范圍內(nèi)確認明確的轉向角度。如果要確定輸入軸的絕對角度位置，可以對兩個傳感器配置電氣單元，通過電氣單元根據(jù)直線行駛位置的一次性確認就可以獲取各次經(jīng)過的轉向角度并被儲存。為了防止在出現(xiàn)事故，例如斷電時絕對轉向角度的丟失，可以在輸入軸上設置帶有附屬第三傳感器的第三磁環(huán)以獲取絕對轉向角度。第三磁環(huán)與輸入軸通過減速器連接，減速器例如按照“諧波傳動”式減速器來設計。
下面根據(jù)圖示實施例來詳細描述本發(fā)明。
圖示為


圖1以齒條轉向機構為例，按照本發(fā)明的助力轉向器的縱向剖面圖；圖2圖1中的II-II剖面圖。
以帶有齒條減速器的助力轉向器為例來描述本發(fā)明。但是本發(fā)明同樣可以用于其它的助力轉向器，如帶有滾珠螺母傳動的助力轉向器或帶有舵柱與轉向裝置分開的助力轉向器。
與小齒輪軸2連接的小齒輪3可轉動地支承在以殼體1簡要表示的轉向器殼體里面。小齒輪3作為輸出部件與沒有詳細畫出的、要被轉向的車輪有效連接。在滾珠螺母轉向機構中代替小齒輪3的是螺桿。小齒輪軸2通過扭桿4與轉向裝置的輸入軸5連接?？梢圆捎昧硪粋€轉動彈性體來代替扭桿4。
小齒輪3通過齒輪或蝸輪蝸桿傳動機構6與電機7傳動連接。蝸輪蝸桿傳動機構6的蝸輪8固定在小齒輪軸2上。此外小齒輪3通過齒條10與要被轉向的車輪傳動連接。
傳感器殼體11固定在殼體1的一部分上，在圖1所示實施例中位于上面、與輸入軸5相鄰的部位上。
以磁環(huán)12形式出現(xiàn)的脈沖發(fā)生器設置在小齒輪軸2上。磁環(huán)12與固定在傳感器殼體11上的傳感器13共同起作用。以磁環(huán)14形式出現(xiàn)的與磁環(huán)12相鄰的第一脈沖發(fā)生器固定在輸入軸5上。附屬傳感器15固定在傳感器殼體11里面。兩個磁環(huán)12和14在其圓周表面具有交替排列的北磁極和南磁極。兩個磁環(huán)12和14具有相同的極偶數(shù)量。
兩個傳感器13和15的信號在電氣單元16里面被獲取并進行處理。由此，通過兩個磁環(huán)12和14相互間的相對位置獲取轉矩。通過轉向手輪導入到輸入軸5上的轉矩通過扭桿4傳遞到小齒輪軸2。在此所產(chǎn)生的輸入軸5對于小齒輪軸2的相對扭轉以及磁環(huán)14相對于磁環(huán)12的扭轉取決于轉矩并取決于扭桿4的彈性曲線。磁環(huán)12和14相互間的扭轉角度在存在扭桿4的情況下取決于轉向手輪上的操作扭矩。被測出的轉矩用來作為伺服機構的測量值并由電氣單元16繼續(xù)傳導給電機7。
除了轉向轉矩以外通過兩個磁環(huán)12和14以及兩個傳感器13和15還可以獲取輸入軸5的旋轉速度。通過測量被掃描的磁環(huán)極偶并推導出所用時間可以得到旋轉速度。如果另外計算出磁場的水平和垂直矢量分量，就可以按照增量發(fā)生器的形式附加確定旋轉方向。
如果在輸入軸5上相鄰于第一磁環(huán)14設置第二磁環(huán)17并在傳感器殼體11里設置附屬傳感器18，就可以通過這兩個磁環(huán)14和17以及兩個傳感器15和18確定轉向角度。這一點可以通過兩個磁環(huán)14和17相互間具有不同的極偶數(shù)量來實現(xiàn)。由此通過兩個磁環(huán)14和17磁極的相互位置可以推斷出轉向角度。以這種方法確定的轉向角度限定在180°范圍內(nèi)。因此回位轉向角度得根據(jù)一次性確定的直線行駛位置通過電氣單元16獲取并被存儲，以推斷出實際轉向角度。
在這種配置條件下干擾，例如斷電可能會導致錯誤。為了防止這種錯誤，在輸入軸5上設置帶有附屬傳感器21的第三磁環(huán)20。傳感器21與其它傳感器一樣固定在傳感器殼體11里面。而磁環(huán)20通過減速器22與輸入軸5連接。減速器22涉及一種“諧波傳動”式減速器的內(nèi)嚙合減速器。減速器22包括外嚙合齒輪23和內(nèi)嚙合空心輪24?？招妮?4抗扭轉并對于輸入軸5軸線同心地支承在傳感器殼體11里面。齒輪23以相對于輸入軸5軸線的偏心值“e”偏心地支承在軸套25上。偏心值“e”對應于嚙合中心距。這個減速器22能夠獲取經(jīng)過轉向手輪全部旋轉范圍的絕對轉向角度。
與齒輪23固定連接的磁環(huán)20具有兩個極偶。與傳感器21相結合能夠獲取超過90°的絕對角度位置。當轉向手輪總共旋轉四圈時，這意味著，與減速器22相結合，如同已經(jīng)提到過的，就可以獲取經(jīng)過全部轉向范圍的絕對轉向角度位置。
磁環(huán)12，14和20以及傳感器13，15和21與電氣單元16共同構成非接觸式獲取出現(xiàn)在輸入軸5上的轉向轉矩的方向和大小、轉向速度和轉向角度的檢定單元。在此磁場的變化被檢測，磁場的變化通過磁環(huán)12，14和20的運動而產(chǎn)生。
在另一種可能的實施例中檢定單元可以設置在助力轉向器的其它位置上，對于這種實施例電機7不是作用于小齒輪3，而是作用于齒條10或輸入軸5，以及與輸入軸5連接的轉向舵柱。
權利要求
1.用于汽車的電動助力轉向器，—帶有輸入軸(5)，該軸與轉向手輪有效連接，用來傳遞要被轉向車輪所需的轉向轉矩，—帶有輸出部件，該部件與要被轉向車輪有效連接，—帶有伺服馬達(7)，通過該馬達可以將輔助力施加給輸入軸(5)或輸出部件，在此輸入軸(5)與輸出部件通過旋轉彈性體這樣來相互連接，使得在輸入軸(5)與輸出部件之間實現(xiàn)受限地轉動運動，—帶有檢定單元，用于無接觸式獲取作用于輸入軸(5)上的轉向轉矩的方向和大小，—在此檢定單元包括各一個與輸入軸(5)和輸出部件連接的脈沖發(fā)生器和傳感器，—在此脈沖發(fā)生器由磁環(huán)(12，14)構成，這些磁環(huán)在其圓周表面上具有交替排列的北磁極和南磁極，其特征為，每個磁環(huán)(12，14)具有相同的極偶數(shù)量并且每個磁環(huán)(12，14)配有固定在殼體上的傳感器(13，15)，通過傳感器不僅獲取磁環(huán)(12，14)的相對位置和與此相關的輸入軸(5)與輸出部件相互間的相對位置而且獲取輸入軸(5)的旋轉速度。
2.如權利要求1的電動助力轉向器，其特征為，帶有附屬第二傳感器(18)的第二磁環(huán)(17)設置在輸入軸(5)上用于獲取轉向角度。
3.如權利要求2的電動助力轉向器，其特征為，第二磁環(huán)(17)與設置在輸入軸(5)上的第一磁環(huán)(14)具有不同的極偶數(shù)量。
4.如權利要求3的電動助力轉向器，其特征為，電氣單元(16)配有傳感器(13，15，18)，通過該單元可以獲取輸入軸(5)在數(shù)圈旋轉情況下的轉向角度。
5.如權利要求3的電動助力轉向器，其特征為，帶有附屬第三傳感器(21)的第三磁環(huán)(20)設置在輸入軸(5)上用于獲取絕對轉向角度。
6.如權利要求5的電動助力轉向器，其特征為，第三傳感器(20)通過減速器(22)與輸入軸(5)連接。
7.如權利要求6的電動助力轉向器，其特征為，減速器(22)按照“諧波傳動”式減速器設計。
8.如權利要求5至7之一的電動助力轉向器，其特征為，第三磁環(huán)(20)具有兩個極偶。
9.如權利要求1至8之一的電動助力轉向器，其特征為，伺服馬達為電馬達(7)。
全文摘要
用于汽車的電動助力轉向器包括輸入軸(5),該軸與轉向手輪有效連接,用來傳遞用于控制要被轉向車輪所需的轉向轉矩。輸出部件與要被轉向車輪有效連接。伺服馬達(7)設置在助力轉向器上,通過該電機可以將輔助力施加給輸入軸(5)或輸出部件。輸入軸(5)與輸出部件通過扭桿(4)相互連接。用于獲取作用于輸入軸(5)上的轉向轉矩的檢定單元包括各一個與輸入軸(5)和輸出部件連接的磁環(huán)(12,14)和附屬傳感器(13,15)。每個磁環(huán)(12,14)具有相同的電磁極偶數(shù)量。每個磁環(huán)(12,14)配有固定在殼體上的傳感器(13,15),通過傳感器不僅獲取轉向轉矩而且獲取輸入軸(5)的旋轉速度。
文檔編號G01L5/22GK1277584SQ98810605
公開日2000年12月20日 申請日期1998年10月27日 優(yōu)先權日1997年10月29日
發(fā)明者彼得·布倫納, 馬丁·布達克, 維利·納格爾, 烏韋·洛萊特 申請人:腓特烈斯港齒輪工廠股份公司