專利名稱：用于汽車的球窩關節的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于汽車的球窩關節，具有一個帶開口的殼體、一個具有軸頸和球形活節的球面軸頸，該球面軸頸以其球形活節可旋轉和可擺動地支承在殼體的開口中，其中軸頸通過一個設置在殼體中的孔從殼體中伸出、一個設置在殼體和軸頸之間的密封波紋管以及一個多件式的測量裝置，該測量裝置具有至少一個信號發射器和至少一個傳感器。
如今關于轉向角以及載荷狀態或者彈簧撓度跳動狀態方面的底盤數據通過汽車中合適的傳感器測定，以便將數據傳輸到電子系統，電子系統用于汽車動力學控制或者例如用于汽車前大燈光線照射距離調節。這些傳感器是獨立的部件，通常通過機械裝置耦聯在底盤導桿上。另外致力于將這些傳感器集成在導桿的球窩關節中，這樣該關節本身就是傳感器裝置的部件。
在EP 0 617 206 A1中公開了一種球窩關節，具有一個與殼體連接的球形座和一個與軸頸連接的球頭，該球頭可旋轉地支承在殼體中。在球頭中設置了一個永磁體，一個設置在殼體中的磁性傳感器與其對置。該永磁體的磁性雙極垂直于球面軸頸的縱軸線，其中設置一個波紋管用于保護球窩關節免受環境影響。通過球頭在球形座中的轉動該永磁體一起轉動，這樣涉及此磁場敏感傳感器的磁場就會變化，并產生一個位置信號。附加產生的空間運動在為調節目的而進行相應處理的時候使用。
在DE 101 10 738 C1中公開了一種球窩關節，具有一個殼體部分和一個具有螺栓部分和球頭部分的球頭螺栓，該球頭螺栓以其球頭部分可旋轉和可擺動地支承在設置在殼體部分中的支架中。在球頭部分中設置了一個相對于球頭部分的中點沿徑向指向的永磁體，其中在支架中集成了一個磁場敏感傳感器元件。在球頭部分旋轉運動時，永磁體相對于傳感器元件運動，使得可以測定球頭部分在支架中的相對旋轉位置。
這種球窩關節的缺點是，通過在球形活節的的支承區域中設置磁體和磁場敏感傳感器可能對球窩關節的摩擦特性有不利的影響。
本發明的任務在于提供一種球窩關節，其中不會出現這種對摩擦特性的不利影響。
該任務根據本發明通過一種具有權利要求1所述特征的球窩關節解決。優選的改進方案在從屬權利要求中描述。
按本發明的用于汽車的球窩關節具有一個設有開口的殼體、一個具有軸頸和球形活節的球面軸頸，該球面軸頸以其球形活節可旋轉和可擺動地支承在殼體的開口中，其中軸頸通過一個設置在殼體中的孔從該殼體中伸出、一個設置在殼體和軸頸之間的密封波紋管以及一個多件式的測量裝置，該測量裝置具有至少一個信號發射器和至少一個傳感器，其中該測量裝置設置在球形活節的軸頸側端部和密封波紋管的軸頸側端部之間。
在按本發明的球窩關節中，測量裝置完全設置在球形活節的支承區域外面，使得測量裝置對球窩關節的摩擦特性不會有不利的影響。另外測量裝置由密封波紋管保護防止環境影響，如污染和水。
另外通過按本發明將測量裝置設置在關節的所謂“喉部區域”相對于現有技術在球面軸頸相對于殼體的擺動和/或旋轉的測量方面沒有限制。因此使用按本發明的球窩關節可以按照關節的所有三個自由度來測量球面軸頸相對于殼體的擺動和/或旋轉。
在按本發明的球窩關節中，信號發射器和傳感器分別構成了測量裝置的一部分，其中為確定球面軸頸相對于殼體的擺動和/或旋轉優選將測量裝置的一部分設置在軸頸上，而將測量裝置的另一部分設置在殼體上。殼體的包圍孔的邊緣區域特別適用于固定傳感器或者信號發射器。
當信號發射器產生雙極場時，對于球面軸頸的擺動和旋轉進行同時測量已證明是有利的。根據雙極場的指向和強度能夠以簡單的方式通過一個或者多個傳感器識別出球面軸頸的擺動和/或旋轉。作為雙極場可以選擇電場，但是由于磁場的干擾不敏感性優選磁場作為雙極場，其中信號發射器是磁體，而傳感器是磁場敏感傳感器。對于磁場敏感傳感器所有常用的磁性傳感器都適用，其中根據應用場合例如可以使用霍爾傳感器或者磁阻傳感器。
但是按本發明的球窩關節并不限于磁場或者電場的測量，因此也可以用于光學或者聲學(例如超聲)測量，其例如可以通過測定反射變化(強度)或者對準的平面的干涉來確定球面軸頸的偏轉或者旋轉。也可以使用感應方法或者運行時間測量或者將前述測量方法相組合使用。
如果使用磁性信號發射器，其可以是永磁體。但是信號發射器特別也可以是電磁體，其中給由磁場引起的電流疊加一個信號或者可以調整由磁場引起的電流。由此獲得的對磁場的調整可以充分利用測量時的附加效果。
在旋轉角度小時，使用一個傳感器來測量球面軸頸的擺動和/或旋轉就已經足夠了。但是在旋轉角度較大時，設置多個傳感器或者多個信號發射器是有利的，其中使用兩個傳感器就已經能夠獲得良好的結果了。翻轉運動和旋轉運動之間的區別可以由傳感器的各個信號計算獲得，這些傳感器優選設置在一個圓周上。
傳感器的數量越多，在測量時可獲得的分辨率就越高。其中可以將多個傳感器作為所謂的傳感器陣列集成在一個模塊中。這些傳感器也可以提供矢量測量值，其有利于計算雙極場的定向。
該測量裝置優選具有兩個信號發射器和三個傳感器，由此也可以毫無問題地測定例如大于90°的較大的旋轉角。在此當將兩個信號發射器徑向相對地布置在軸頸上、并將傳感器構成三角形角點地設置在殼體的包圍孔的邊緣區域上時已經證明是有利的。
使用多個信號發射器和多個傳感器可以避免傳感器在旋轉運動和翻轉運動相互疊加時提供不明確的信息。如果使用三個傳感器，甚至可以基本上排除測量時的死點。
如果將兩個信號發射器是相互徑向相對地設置在軸頸上的磁體，那么特別是第一磁體的北極與第二磁體的南極相對置，而第二磁體的北極與第一磁體的南極相對置。另外所獲得的每個磁體的磁力線位于垂直于球面軸頸的中間縱軸線的平面內。在此優選設置在殼體的包圍孔的邊緣區域上的傳感器特別是磁場敏感傳感器。
代替雙極場也可以使用四極場或者其它不同幾何形狀的場，其中這些場例如可以是磁場，其由具有相應極的磁化的環產生，環安置在軸頸上。
下面根據優選的實施例參考附圖來描述本發明。
附圖示出
圖1示出了按本發明的球窩關節的一種實施例的剖面圖；圖2示出了該實施例按圖1的剖切線A-A′的示意剖面圖；圖3示出了具有處理單元的測量裝置的示意方框圖；圖4示出了一種具有電磁體和致動電子裝置的改進實施例的示意方框圖；圖5示出了傳感器陣列的示意圖。
從圖1中可以看到按本發明的球窩關節的一種實施例，其中具有軸頸2和球形活節3的球面軸頸1在中間連接有軸瓦4情況下可旋轉和可擺動地支承在殼體6中的開口5中。球面軸頸1以其軸頸2通過設置在殼體6中的孔7從殼體中伸出，其中殼體6在一個與孔7相對的端部通過蓋8封閉。蓋8與軸瓦4的一個徑向突出部分9一起嵌入設置在殼體6中的環形槽10中，使得蓋8以及軸瓦4形狀配合地固定在殼體6上。
在殼體6和軸頸2之間設置了一個密封波紋管11，其以殼體側的端部插入在殼體6中構成的槽12中并通過鎖緊環13夾緊。密封波紋管11在其軸頸側的端部具有一個密封區域14，其密封地貼靠在球面軸頸1的軸頸2上。
在軸頸2中設置了兩個空隙15和16(見圖2)，其中各設置了一個磁體17或者18。磁體17和18在此相互徑向相對地設置在軸頸2上，其中磁體17的北極N與磁體18的南極S相對，而磁體18的北極N與磁體17的南極S相對(見圖2)。磁體17和18在軸頸2上設置在密封區域14的高度上，其中在每個磁體17、18中引起的磁力線位于垂直于球面軸頸的中間縱軸線L延伸的平面中。
在殼體的包圍孔7的邊緣區域19上設置了三個傳感器20、21和22(見圖2)并且位于一個圓周上，這些傳感器可以測定來自磁體17和18的磁場。對由傳感器測定的信號借助于電子處理單元25(見圖3)進行的處理提供了球面軸頸1相對于殼體6的擺動角α和/或旋轉角γ。
從圖2可以看到沿著圖1的剖切線A-A′的剖面的俯視圖，其中為了清楚起見只示出了具有空隙15和16和磁體17和18的剖開的軸頸2以及三個磁場敏感傳感器20、21和22。通過磁體17和18引起的磁場曲線由線23示出。
如從圖2可以看到，磁場敏感傳感器20、21和22設置在三角形的角點上，其中這兩個磁體17和18位于三角形面的內部。
從圖3可以看到一個電路的示意圖，其中三個傳感器20、21和22通過電線24與電子處理單元25連接。傳感器20、21和22以及信號發射器17、18在此構成了多件式測量裝置M的部件，該測量裝置用虛線示出。
在可以從圖1至3看到的實施例中，磁體17和18是永磁體。根據由圖4可以看到的變型方案，磁體17和18可以是電磁體26和27，其從致動電子裝置28通過供電線路29來供電。在此可以給場產生的電流疊加一個附加的信號。
圖5示出了多個傳感器30、31、32，其作為所謂的傳感器陣列33組合在一個模塊中。可以從圖1至3中看到的傳感器20、21和22可以分別或者整體通過一個或者多個這種傳感器陣列33代替或者補充，其中傳感器30、31和32是磁場敏感傳感器。
附圖標記1 球面軸頸2 軸頸3 球形活節4 軸瓦5 殼體中的開口6 殼體7 殼體中的孔8 蓋9 軸瓦的徑向突出部分10殼體中的環形槽11密封波紋管12殼體中的波紋管槽13鎖緊環14密封波紋管的密封區域15、16軸頸中的空隙17、18磁體19邊緣區域20、21、22磁場敏感傳感器23磁場24電線25電子處理單元26、27電磁體28致動電子裝置29供電線路L 中間縱軸線M 多件式測量裝置N 磁體的北極S 磁體的南極α 擺動角γ 旋轉角
權利要求
1.一種用于汽車的球窩關節，具有一個帶開口(5)的殼體(6)、一個具有軸頸(2)和球形活節(3)的球面軸頸(1)，球面軸頸以其球形活節(3)可旋轉和可擺動地支承在殼體(6)的開口(5)中，其中軸頸(2)通過一個設置在殼體中的孔(7)從殼體中伸出、一個設置在殼體(6)和軸頸(2)之間的密封波紋管(11)以及一個多件式的測量裝置(M)，該測量裝置具有至少一個信號發射器(17、18)和至少一個傳感器(20、21、22)，其特征在于該測量裝置(M)設置在球形活節(3)的軸頸側端部和密封波紋管(11)的軸頸側端部之間。
2.按權利要求1所述的球窩關節，其特征在于所述測量裝置(M)的一部分設置在軸頸(2)上，所述測量裝置(M)的另一部分設置在殼體(6)上。
3.按權利要求1或2所述的球窩關節，其特征在于所述測量裝置(M)的一部分設置在殼體(6)的包圍孔(7)的邊緣區域(19)上。
4.按前述權利要求任一項所述的球窩關節，其特征在于所述信號發射器(17、18)用于產生雙極場。
5.按權利要求4所述的球窩關節，其特征在于所述信號發射器(17、18)由一個磁體構成，而傳感器(20、21、22)由磁場敏感傳感器構成。
6.按權利要求5所述的球窩關節，其特征在于所述信號發射器(17、18)由永磁體或者由電磁體(26、27)構成。
7.按前述權利要求任一項所述的球窩關節，其特征在于所述測量裝置(M)具有多個信號發射器(17、18)和多個傳感器(20、21、22)。
8.按前述權利要求任一項所述的球窩關節，其特征在于所述測量裝置(M)具有兩個信號發射器(17、18)和三個傳感器(20、21、22)。
9.按權利要求8所述的球窩關節，其特征在于所述兩個信號發射器(17、18)相互徑向相對地設置在軸頸(2)上，并且所述傳感器(20、21、22)設置在殼體(6)的包圍孔(7)的邊緣區域(19)上并且構成了三角形的角點。
全文摘要
一種用于汽車的球窩關節，具有一個帶開口(5)的殼體(6)、一個具有軸頸(2)和球形活節(3)的球面軸頸(1)，球面軸頸以其球形活節(3)可旋轉和可擺動地支承在殼體(6)的開口(5)中，其中軸頸(2)通過一個設置在殼體中的孔(7)從殼體中伸出、一個設置在殼體(6)和軸頸(2)之間的密封波紋管(11)以及一個多件式的測量裝置(M)，該測量裝置具有至少一個信號發射器(17、18)和至少一個傳感器(20、21、22)，其中該測量裝置設置在球形活節(3)的軸頸側端部和密封波紋管(11)的軸頸側端部之間。
文檔編號G01M99/00GK1875197SQ200480032217
公開日2006年12月6日 申請日期2004年10月1日 優先權日2003年10月29日
發明者J·格雷伯爾, J·施普拉特 申請人:Zf 腓特烈港股份公司