阅读说明：本技术 转向辅助装置 (Steering assist device ) 是由 G·利森费尔德 于 2019-07-16 设计创作，主要内容包括：描述了一种用于机动车辆的转向辅助装置(10),它包括方向盘侧转向轴(12)和与后者联接的车轮侧转向轴(16),由此与备用驱动器(20)联接的齿轮(18)安装在车轮侧转向轴(16)上。此外,传感器元件(26)被集成于齿轮(18)中,并通过安装在所述方向盘侧转向轴(12)处的第一传感器配对元件(28)而与在空间中固定的第二传感器配对元件(30)协同作用。(A steering assistance device (10) for a motor vehicle is described, comprising a steering-wheel-side steering shaft (12) and a wheel-side steering shaft (16) coupled to the latter, whereby a gear wheel (18) coupled to a backup drive (20) is mounted on the wheel-side steering shaft (16). Furthermore, a sensor element (26) is integrated into the gear wheel (18) and interacts with a spatially fixed second sensor counter element (30) via a first sensor counter element (28) which is mounted on the steering-wheel-side steering shaft (12).)

转向辅助装置

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的转向辅助装置，该转向辅助装置带有在方向盘处的方向盘侧转向轴和与后者联接的车轮侧转向轴，其中，与备用驱动器连接的齿轮安装在车轮侧转向轴上。

背景技术

此种转向辅助装置，例如从DE 10 2015 000 928 B3得知。备用驱动器在此用于将辅助扭矩***到车轮侧转向轴中。因此，在DE 10 2015 000 928 B3中也将转向辅助装置描述为用于***辅助扭矩的装置。

通常，在操作已知的转向辅助装置之时，通过传感器检测方向盘侧转向轴相比车轮侧转向轴的相对扭转、车轮侧转向轴相比壳体的扭转、以及***到方向盘侧转向轴之中的转向扭矩。根据相应的传感器值，随后控制或调节备用驱动器。

在根据DE 10 2015 000 928 B3的方案中，用于检测上述参数所需的传感器被放置在传感器壳体中，该传感器壳体安装在车轮侧转向轴的范围中，该传感器壳体具有一定的安装空间要求。

发明内容

因此，本发明的任务是提出一种最初提到的类型的转向辅助装置，该转向辅助装置具有特别紧凑的结构。此外，要确保对备用驱动器的精确控制。

该任务通过一种最初提到的类型的转向辅助装置来解决，其中传感器元件被集成于齿轮中，并且通过安装在方向盘侧转向轴处的第一传感器配对元件而与在空间中固定的第二传感器配对元件协同作用。在此，集成的传感器元件是与齿轮牢固连接的传感器元件，并且实质上与该齿轮按几何形状意义形成为一个单元。具体地，集成的传感器元件不是置于壳体中的单个传感器元件，而是分开的但通过齿轮相连接的。通过集成传感器元件，确保了转向辅助装置的特别紧凑的结构。这尤其适用于分配给方向盘侧转向轴和/或分配给车轮侧转向轴的在中心轴线的方向上。因此，转向辅助装置沿轴向是短的。因为转向辅助装置的传感器的定位各自包含连接于方向盘侧转向轴的元件、连接于车轮侧转向轴的元件以及在空间中固定的元件，则可同时地以高准确性地来检测最初提到的参数。在此基础上，能精确且可靠地操作备用驱动器。

在空间中固定的传感器配对元件，例如被置于壳体中，车轮侧转向轴可相比该壳体转动。在空间中固定的传感器配对元件因此也被称为固定于壳体。该壳体可以只是传感器壳体，其被设计成包住上述传感器元件和所分配的传感器配对元件，并且例如***到转向辅助装置的壳体中。该转向辅助装置的壳体也可被描述为传动壳体。该壳体也可被描述为组合的传感器和传动壳体。那么，它还包住传动部件，比如齿轮。

传感器元件可被粘结到齿轮或通过一次成型而集成于齿轮中。例如，传感器元件被铸造在齿轮中。用于集成传感器元件的其它合适的方法也是可能的。例如，可通过锡焊或焊接工艺将传感器元件永久地固定于齿轮上。

根据一种实施例，齿轮可以是蜗轮，而备用驱动器可以通过与齿轮啮合的蜗杆而与齿轮联接。术语蜗杆在此可理解为蜗杆-蜗轮传动装置的部件。作为备用驱动器，较佳地使用电动机。此类备用驱动器和对应的蜗杆-蜗轮传动装置是已证实的现有技术。特别地，它们具有最小的安装空间并且运行可靠。

根据一种替代设计，传感器元件包含至少一个磁性元件。该磁性元件例如是永磁体。磁性元件还可以是磁轨，该磁轨包含有若干个永磁体。沿着磁轨，有可变磁化范围或是可交替地有未磁化区域与磁化区域。优选地，磁轨基本上构造成环形或圆形轨道，其以绕着齿轮的转动轴线基本恒定的半径延伸。特别地，通过这样的磁性元件，可产生精确的传感器值。此外，磁性元件和/或磁轨相对具有紧凑的结构。

在一种选择中，提供了若干个基本上环形的磁轨，其互相平行地延伸。该磁轨之一在此可构造为所谓的粗轨，而磁轨中的另一个构造成所谓的精轨。在此情形中，由粗轨确定传感器元件所产生的感测值的较为粗略的范围。通过所分配的精轨，然后在该粗略范围之内确定较为精确的感测值。因此，通过相互平行延伸的若干个磁轨，可提高传感器元件的准确性。显而易见，基于单个粗轨和单个精轨来描述的原理也可扩展到两个以上的磁轨。传感器元件的准确性由此也进一步提高。在将磁轨集成到齿轮中之后，所需的安装空间基本上与所提供的磁轨的数量无关。

优选地，第一传感器配对元件包含可变磁阻器或磁通导体，和/或第二传感器配对元件包括磁通传感器。该结构特别简单和紧凑。

在本文中，磁通导体将磁场引导到第一传感器配对元件的范围中。磁场可从磁性元件开始，该磁性元件位于远离传感器配对元件的位置处。根据穿过磁通导体而设置的磁场的朝向，可在第一传感器配对元件的范围内占主导地位的磁场中有与带有磁阻器的情形相同的效果。这尤其适用于由磁通导体所提供的磁场相比在此范围内占主导地位的磁场来定向的情形。

磁通传感器在此被构造成对源自传感器元件的不同的磁通量进行检测。优选地，磁通传感器为霍尔传感器。

第一传感器配对元件的可变磁阻优选地关于方向盘侧转向轴沿周向而改变。该可变磁阻优选地位于支承盘处或之上，该支承盘转动地连接并固定于方向盘侧转向轴上。因此，不同的磁阻相比安装在齿轮上的传感器元件并置，并因此根据方向盘侧转向轴的相对位置，转动地连接并固定于车轮侧转向轴。此外，该磁阻的尺寸还取决于第一传感器配对元件在空间中的位置或者相比壳体的位置。

第一传感器配对元件还可附加地包含磁通聚集器装置。因此，源自传感器元件的磁通量可被集中，即，磁通密度被局部地提高。特别地，磁通量以如下方式被集中：在第二传感器配对元件的范围中有高磁通量。

传感器元件、第一传感器配对元件和/或第二传感器配对元件可以是角度转动传感器的一部分，该角度转动传感器被构造成对方向盘侧转向轴相比车轮侧转向轴的相对转动进行检测。这样的角度转动传感器具有紧凑的结构，且就运行时的相对转动传递准确的感测值。它的功能如下：在它的初始位置中，磁通量源自传感器元件，该磁通量由第一传感器配对元件的磁阻改变，并由第二传感器配对元件的磁通传感器检测。如果传感器元件现在相对于第一传感器配对元件被扭转，则被在空间中固定和在壳体中并由第二传感器配对元件检测的磁通量改变。以此方式，可检测到方向盘侧转向轴相比车轮侧转向轴的相对转动。此种角度转动传感器可为相对转动提供较为准确的感测值，并且具有简单且紧凑的结构。

在一种变型中，方向盘侧转向轴以及车轮侧转向轴通过扭转元件互相联接。例如，在本文中，扭转元件是扭转棒、隔膜以及弯曲杆。方向盘侧转向轴和车轮侧转向轴通过扭转元件的联接是已证实的现有技术。它简单、紧凑并且可靠。

传感器元件、第一传感器配对元件和/或第二传感器配对元件可以是扭矩传感器的一部分，该扭矩传感器被构造成结合扭转元件对***到方向盘侧转向轴中的转向扭矩进行检测。如以上所解释的，传感器元件、第一传感器配对元件和/或第二传感器配对元件是角度转动传感器的一部分，该角度转动传感器被构造成检测方向盘侧转向轴相比车轮侧转向轴的相对转动。其效果和优点由此产生。此外，扭转元件的机械扭转特性、尤其是它的扭转刚度被认定为已知的。根据该信息、即相对转动和机械扭转特性的组合，可基于转动角度推导出所施加的扭矩。所提到的元件因此形成简单、紧凑和可靠地起作用的扭矩传感器。

齿轮有利地至少部分由塑料制成，优选地全部由塑料制成。此种齿轮可特别简单和低成本地制造。如果要制造大量的齿轮，这尤其适用。至少在传感器元件的范围中，齿轮由塑料制成。此种齿轮的另一个优点是，塑料对于磁场来说通常是透明的。因此，可排除传感器的基于磁原理的故障。此外，传感器元件的集成对于此种齿轮尤其简单。

根据优选的实施例，齿轮散布在车轮侧转向轴上。因此，可以特别低的费用来将齿轮和车轮侧转向轴互相联接。与齿轮和车轮侧转向轴的组装还是较为紧凑的，因为不必提供单独的连接元件。

转向辅助装置可包含第三传感器配对元件，该第三传感器配对元件在空间中固定，并且与齿轮协同作用。在本文中，在空间中固定可意味着第三传感器配对元件安装在传感器壳体和/或传动装置壳体处。

传感器元件、第一传感器配对元件和/或第二传感器元件可以是角度转动传感器的一部分，该角度转动传感器构造成对车轮侧转向轴的转动位置进行检测。在第三传感器配对元件在空间中固定或者固定在壳体中之后，可因此检测到车轮侧转向轴的绝对转动位置。对于此类传感器信息，可特别准确地控制备用驱动器。

优选地，第三传感器配对元件包含磁通传感器，具体是霍尔传感器。此类传感器的优点和效果是根据对它所包含的第二传感器配对元件和磁通传感器所进行的解释而产生的。

根据一种实施例，第三传感器元件通过传动装置、具体是中间传动装置而与齿轮一起操作。此种传动装置将第三传感器元件、更确切地说是第三传感器元件的检测范围调节到齿轮的运动范围。因此，当用传感器检测齿轮的转动位置时，可由小的空间中的传动装置实现特别高水平的准确性。

根据传动装置的实施方式，与传感器元件直接协同作用的传动元件运动得比齿轮或快或慢。因此，它的检测准确性和/或它的检测范围可根据所采用的传感器原理而增加。

优选地，传动装置包含连接于齿轮的第一转动固定传动轮，该第一转动固定传动轮与第二传动轮联接，该第二传动轮包含空间中固定的转动轴线。优选地，两个传动轮都是齿轮。因此，齿轮和第三传感器元件特别简单和可靠地互相联接。此外，该联接符合高容差要求。

至少一个磁性元件可位于第二传动轮处。这个磁性元件可与第三传感器元件协同作用以检测齿轮的转动位置。因此，此类传感器表现出特别紧凑的结构。

还可在齿轮处设置止动件，由该止动件来限制方向盘侧转向轴相比车轮侧转向轴的相对转动。还可设置两个止动件，从而在两个方向上限制方向盘侧转向轴相比车轮侧转向轴的相对转动。有了此种止动件，转向辅助装置的各部件受到保护而免受方向盘侧转向轴相比车轮侧转向轴的过度扭转造成的后果。此种过度扭转会导致事故或其它故障情形。

甚至是在扭转元件有缺陷的情形中，该止动件还有助于在方向盘侧转向轴和车轮侧转向轴之间提供另一种联接。因此，提供了转向辅助装置的紧急操作。

此外，一种变型意在将在空间中固定的传感器元件和传动轮实现为一个单元，该单元可被***到壳体中。因此，获得了具有简单和紧凑结构的转向辅助装置。

附图说明

下面将基于附图所示的示例性实施例来解释本发明。这些附图中显示：

图1根据本发明的转向辅助装置的横截面图，

图2图1的转向辅助装置的未剖切的视图，

图3图2的转向辅助装置的细节部分III，以及

图4图1和2的转向辅助装置的另一个细节部分。

具体实施方式

图1示处一未详述的机动车辆的转向辅助装置10。

在此，方向盘侧转向轴12通过扭转元件14与车轮侧转向轴16联接，该扭转元件14在所显示的实施例中实施为扭转棒。

此外，转向辅助装置10包含齿轮18，该齿轮18安装在车轮侧转向轴16上。

这联接到备用驱动器20。

在所显示的实施例中，齿轮18是蜗轮，而备用驱动器20通过与该齿轮18相啮合的蜗杆22而与该齿轮连接。

备用驱动器20构造成将附加的扭矩***到车轮侧转向轴16中。此外，在本文中，这意为由备用驱动器20***的扭矩与由***到方向盘侧转向轴12上的扭矩重叠。因此，附加的扭矩也被称为辅助扭矩。

在所示的实施例中，齿轮18完全由塑料制成。

转向辅助装置10还包含壳体24(见图2)，该壳体至少包住齿轮18的范围。此处的壳体24由塑料制成，但也可由金属制成。

此外，至少包含磁性元件的传感器元件26被集成于齿轮18中。在图1中，仅示意性显示的两个磁性元件26a、26b可被视为示例。

为了看得更清楚，磁性元件26a、26b与现实相比，凸出齿轮18更多。因此，磁性元件26a和26b以及传感器元件对于上述限定是足够的，其中它们与齿轮牢固连接，并由此在几何形状意义上实质上形成一个单元。

传感器元件26在此通过安装在方向盘侧转向轴12处的第一传感器配对元件28而与在空间中固定的第二传感器配对元件30协同作用。

在此处的示例性实施例中，在空间中固定可以如下方式来理解：第二传感器配对元件30被安装在壳体24处。

传感器元件26、第一传感器配对元件28和第二传感器配对元件30是角度转动传感器31的一部分，该角度转动传感器31被配置成检测方向盘侧转向轴12相比车轮侧转向轴16的相对转动。因此，检测到了相对转动角度。

为此，第二传感器配对元件30包含磁通传感器，在所示的示例中被示为霍尔传感器。它能够检测源自传感器元件26的磁性元件26a、26b的磁通量。

第一传感器配对元件28还显示可变磁阻器(还参照图4)。

图3中的可变磁阻由虚线32标出。在本文中，线32的长线段表示相对较高的磁阻，而短线段表示相对较低的磁阻。

可以看到，磁阻沿着第一传感器配对元件28的一个周向段变化，由此在该周向段中，它总是在第一传感器配对元件28的转动方向上增加，且在相反的转动方向上减少。

此外，第一传感器配对元件28包含支承盘34，可变磁阻被安装在该支承盘处。

可变磁阻可由带磁阻的厚度不同的材料层所形成，或者由传感器元件28的材料的特性所形成。在后一种情形中，传感器元件28的材料表现出变化的磁阻。或者，它可以基于磁通线的原理，将源自磁性元件26a、26b的重叠的磁场传送给第二传感器配对元件30。

第二传感器配对元件30、更确切的说是它的磁通传感器持续检测磁通量，该磁通量由源自传感器元件26的可变磁阻所修改。在此，它允许参照方向盘侧转向轴12相比车轮侧转向轴16的相对扭转。

此外，如果扭转元件的扭转特性是已知的，尤其是它的扭转刚度是已知的，则还允许参照从方向盘侧转向轴12相比车轮侧转向轴16的相对扭转来***到方向盘侧转向轴12的扭矩。因此，有一个扭矩传感器35。

第一传动轮36也转动连接并固定于齿轮18。出于实际要求，它可以低成本地与齿轮18一起制造为一件式。

它与第二传动轮38联接，该第二传动轮38的转动轴线40相对于壳体24固定。

第一传动轮36和第二传动轮38形成传动装置42。此处，传动轮36、38在所示的实施例都是齿轮。根据所要求的传动比，其它实施方式、例如内摆线式传动装置也是可能的。

此外，磁性元件44被安装在第二传动轮38上。

这与第三传感器配对元件46协同作用，根据上述对在空间中固定的定义，该第三传感器配对元件46在此处的示例性实施例中位于壳体24处。

此处，第三传感器配对元件46是角度转动传感器47的一部分，该角度转动传感器被构造成检测车轮侧转向轴16的转动位置。

为此，第三传感器配对元件46包含磁通传感器，该磁通传感器在此是霍尔传感器。这检测源自磁性元件44的磁通量。

因此，第三传感器配对元件46通过传动装置42与齿轮18协同作用。

在第三传感器配对元件46所包含的磁通传感器检测源自磁性元件44的磁通量的同时，齿轮18相比壳体24的转动位置可被检测到。在此处的示例性实施例中，该转动位置是根据齿轮18的绝对转动位置。

在齿轮18处还设置有止动件48，由该止动件限制方向盘侧转向轴12相比车轮侧转向轴16的相对转动。在此，扭转弹性元件集成以作为对扭转元件14的替代也是可能的。