DE10159704A1 - Vehicle steering arrangement, comprises electromechanical steering unit associated with steered wheels effectively connected to steering control and transmission device for setting the steering angle of the vehicle - Google Patents
Vehicle steering arrangement, comprises electromechanical steering unit associated with steered wheels effectively connected to steering control and transmission device for setting the steering angle of the vehicleInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuglenkung, mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad, sowie einem den gelenkten Fahrzeugrädern zugeordneten elektromechanischen Stellaggregat, das wirkungsmäßig verbunden ist mit der Lenkhandhabe und mit einer Übertragungseinrichtung, zur Einstellung des Lenkwinkels der gelenkten Fahrzeugräder. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Betätigungsmotor einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung.The invention relates to a vehicle steering system, with a steering handle that can be actuated by the driver, in particular steering handwheel, and one assigned to the steered vehicle wheels electromechanical actuator that is effectively connected is with the steering handle and with a transmission device, to adjust the steering angle of the steered vehicle wheels. The invention also relates to an actuating motor an electromechanical vehicle steering.
Bei Kraftfahrzeugen wird bei einer Betätigung des Lenkhandrads vom Fahrer über ein Getriebe, insbesondere Kugelumlaufgetriebe oder Zahnstangenlenkgetriebe, die Drehbewegung des Lenkhandrads in eine Schwenkbewegung eines Lenkstockhebels bei einem Kugelumlaufgetriebe bzw. ein Verschieben der Zahnstange umgewandelt. Diese Bewegung wird über ggf. Zwischenhebel, Spurstangengelenke, ein oder zwei Spurstangen (geteilte Spurstange bei Einzelradaufhängung), und Spurstangenhebel auf die lenkbaren Räder übertragen.In motor vehicles, when the steering handwheel is actuated by the driver via a gear, in particular a ball screw gear or rack and pinion steering gear, the rotary movement of the steering handwheel in a pivoting movement of a steering column lever at one Ball screw or a shifting of the rack converted. This movement is possibly via intermediate lever, Tie rod joints, one or two tie rods (split Tie rod with independent wheel suspension), and tie rod lever on transfer the steerable wheels.
Dabei sind die heutigen Personenkraftfahrzeuge in der Regel mit einer Servolenkung, meist einer hydraulischen Zahnstangen- Servolenkung ausgestattet, bei der mittels hydraulischem Druck eine Kraft erzeugt wird, um die rein mechanisch über die Drehbewegung des Lenkrads durch den Fahrer aufgebrachte Lenkkraft zu unterstützen. Es ist auch bekannt, die lenkbaren Fahrzeugräder antriebsmäßig mit einem Servomotor zu koppeln, welcher in Abhängigkeit von den zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern übertragenen Kräften bzw. Momenten gesteuert wird, um die für das jeweilige Lenkmanöver an der Lenkbetätigungseinrichtung notwendige Handkraft zu vermindern.Today's passenger vehicles are usually included a power steering, usually a hydraulic rack Power steering equipped with hydraulic pressure a force is generated to move it mechanically across the Rotational movement of the steering wheel applied by the driver Support steering power. It is also known to be steerable Coupling the vehicle wheels with a servo motor, which depending on the between the steering wheel and steered vehicle wheels transmitted forces or moments is controlled in order for the respective steering maneuver at the Steering control device to reduce necessary manual force.
Das Verschwenken der Räder kann durch ein elektromechanisches Stellaggregat erfolgen, das auf der einen Seite in Verbindung steht mit der Lenkhandhabe und anderseits verbunden ist mit einer Spurstange, zur Einstellung des Lenkwinkels der gelenkten Fahrzeugrädern. Das elektromechanische Stellaggregat weist dafür einen Elektroantrieb, das bedeutet einen elektronischen Betätigungsmotor auf, der ein Antriebsmoment zum Verschwenken der Räder erzeugt.The swiveling of the wheels can be done by an electromechanical Actuator take place on the one hand in connection stands with the steering handle and on the other hand is connected with a tie rod, for adjusting the steering angle of the steered Vehicle wheels. The electromechanical actuator has but an electric drive, that means an electronic one Actuator motor on which a drive torque for pivoting which creates wheels.
Der Erfindung liegt als Aufgabe die Bereitstellung einer Fahrzeuglenkung und eines Betätigungsmotors einer Fahrzeuglenkung der eingangs genannten Art zugrunde, die/der einfach aufgebaut ist und eine hohe Funktionszuverlässigkeit aufweist.The invention has for its object to provide a Vehicle steering and an actuating motor one Vehicle steering of the type mentioned at the beginning, which is simple and has a high level of functional reliability having.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lenkung sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is characterized by the characteristics of the independent Claims resolved. Particularly advantageous configurations the steering according to the invention are in the dependent claims specified.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Stellaggregat ein Elektroantrieb zugeordnet ist, der einen mit mindestens zwei magnetischen Bereichen oder Magneten versehenen Rotor und mindestens zwei Statoren oder Statorwicklungen, vorzugsweise aber genau zwei Statoren oder Statorwicklungen, aufweist. Der Vorteil dieser Erfindung ist es, dass im Vergleich zu zwei separaten Elektroantrieben (Motoren) mit zwei Rotoren hier nur ein Rotor notwendig ist. Da der Rotor im wesentlichen ein mechanisches Bauteil darstellt, das durch eine entsprechend Ausgestaltung selbst eine hohe Fehlersicherheit und -toleranz aufweisen kann, ist es möglich, bei entsprechend fehlersicheren elektronischen Komponenten der Lenkung insgesamt eine hohe oder zumindest hinreichende Fehlersicherheit zu gewährleisten.The object is achieved in that the Actuator is assigned an electric drive that one with provided at least two magnetic areas or magnets Rotor and at least two stators or stator windings, but preferably exactly two stators or stator windings, having. The advantage of this invention is that in Compared to two separate electric drives (motors) with two Rotors here only one rotor is necessary. Since the rotor in essentially represents a mechanical component, which by a according to the design itself, a high level of error security and tolerance can be, it is possible with accordingly fail-safe electronic components of the steering overall a high or at least sufficient reliability guarantee.
Vorzugsweise ist die vom Fahrer betätigbare Lenkhandhabe nur über eine elektronische Verbindungsleitung mit dem Stellaggregat verbunden (Steer-by-wire-Lenkung). Das bedeutet, die Erfindung wird vorzugsweise für eine Steer-by-wire- Fahrzeuglenkung mit einem elektromechanischen Stellaggregat verwendet. Eine mechanische oder eine hydraulische Verbindung zwischen Lenkhandhabe und dem Stellaggregat ist demnach nicht vorgesehen.Preferably, the steering handle that can be actuated by the driver is only via an electronic connecting line with the Actuator connected (steer-by-wire steering). That means, the invention is preferably used for a steer-by-wire Vehicle steering with an electromechanical actuator used. A mechanical or a hydraulic connection between the steering handle and the actuator is therefore not intended.
Es ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Statoren separat ansteuerbar oder regelbar sind. Damit wird die Fehlersicherheit des Systems erhöht.It is provided that the at least two stators are separate can be controlled or regulated. This will make failure security of the system increased.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindestens zwei Statoren separat ansteuerbar oder regelbar sind durch jeweils redundante elektronische Baueinheiten. Unter dem Begriff "redundante elektronische Baueinheit" ist hier eine Baueinheit mit einer redundanten Architektur, mit vorzugsweise zwei Elektronikeinheiten, wie Rechner oder Regler und ggf. Endstufen oder Treibereinheiten, zu verstehen. Vorteilhaft sind diese "fail-silent" ausgebildet. Dies bedeutet, dass sich die elektronische Baueinheit im Fehlerfall ruhig verhält und keine Steuerfunktionen auf andere Systembauteile ausübt. Durch selbstständiges Überprüfen der elektronischen Baueinheit werden Fehlfunktionen festgestellt, wobei mittels einer Fehlererkennungsschaltung, beispielsweise einen Vergleicher, eventuelle Abweichungen zwischen den aus den beiden Elektronikeinheiten der redundanten Baueinheit ausgegebenen Werten oder Signalen festgestellt werden, die dann zu einem selbstständigen Abschalten der Baueinheit führen (fail-silent). Insgesamt weist die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung somit vorzugsweise zumindest vier, den zwei Statoren zugeordnete Elektronikeinheiten auf.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the at least two stators separately can be controlled or regulated by redundant in each case electronic components. Under the term "redundant electronic unit "here is a unit with a redundant architecture, preferably two Electronic units, such as computers or controllers and possibly power amplifiers or driver units. These are advantageous "fail-silent" training. This means that the electronic unit behaves calmly in the event of a fault and none Control functions on other system components. By independent checking of the electronic unit Malfunctions determined, using a Error detection circuit, for example a comparator, any discrepancies between the two Electronic units of the redundant unit output Values or signals are determined, which then lead to a cause the unit to switch off automatically (fail-silent). Overall, the vehicle steering system according to the invention thus preferably at least four assigned to the two stators Electronics units.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die elektronischen Baueinheiten der mindestens zwei Statoren eine Fehlererkennung basierend auf lokalen Signalen, wie Statorstrom oder Position des Rotors durchführen und bei einem erkannten Fehler eine entsprechende Meldung an das System der Fahrzeuglenkung ausgeben und den fehlerhaften Stator abschalten. Daher ist das Stellaggregate so ausgelegt, dass bei abgeschaltetem Stator durch den noch funktionstüchtigen Stator die Lenkbetätigung erfolgt.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the electronic components of the at least two stators provide error detection based on local Carry out signals such as stator current or position of the rotor and a corresponding message if an error is detected issue the system of vehicle steering and the faulty Switch off the stator. Therefore the actuator is designed that with the stator turned off by the still functional stator the steering is operated.
Nach der Erfindung wird jeder der mindestens zwei Statoren und deren Baueinheiten zur Ansteuerung oder Regelung jeweils von einer unabhängigen Energieversorgungsquelle versorgt. Damit wird die Wahrscheinlichkeit eines Systemausfalls durch Ausfall der elektronischen Energieversorgung für das Gesamtsystem stark verringert, die Sicherheit wird erhöht. Die Energieversorgung wird vorteilhaft durch eine Quelle für elektrischen Strom mit einer gegenüber den herkömmlichen Fahrzeugbordnetzen (ca. 12 Volt) erhöhten elektrischen Spannung, insbesondere in einem Bereich von 36 bis ca. 42 Volt.According to the invention, each of the at least two stators and whose units for control or regulation of each an independent energy supply source. In order to becomes the probability of a system failure due to failure of electronic energy supply for the overall system reduced, security is increased. The energy supply is advantageous by having a source of electrical power one compared to conventional vehicle electrical systems (approx. 12 volts) increased electrical voltage, especially in one Range from 36 to about 42 volts.
Erfindungsgemäß sind die mindestens zwei Statoren und zumindest ein Teilbereich des Rotors mit den mindestens zwei magnetischen Bereichen oder Magneten und Elektroantriebs in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Gegenüber einem System mit zwei Elektroantrieben in zwei Gehäusen mit jeweils einer Lagerung eines Rotors im Gehäuse wird der Bauteileaufwand stark reduziert.According to the invention, the at least two stators and at least a portion of the rotor with the at least two magnetic Areas or magnets and electric drive in one arranged common housing. Compared to a system with two Electric drives in two housings, each with one bearing of a rotor in the housing increases the component effort reduced.
Es ist vorgesehen, dass die Statoren an dem Gehäuse oder ein mit dem Gehäuse kraftschlüssig verbundenem Bauteil angeordnet sind und der Rotor über eine Lagerung, vorzugsweise zumindest ein Festlager und ein Loslager mit dem Gehäuse oder ein mit dem Gehäuse kraftschlüssig verbundenem Bauteil drehbar gelagert ist.It is envisaged that the stators on the housing or a arranged with the housing non-positively connected component are and the rotor via a bearing, preferably at least a fixed bearing and a floating bearing with the housing or one with the Housing rotatably connected component is.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Fahrzeuglenkung zumindest eine als Schubstange ausgebildete Lenkstange aufweist, die in ihrer Verlängerung verbunden ist mit Spurstangen für die beiden lenkbaren Räder und bei der koaxial zur Lenkstangenachse der eine Rotor und koaxial zum Rotor die mindestens zwei Statoren vorgesehen sind und dass der Rotor über eine Übertragungseinrichtung, insbesondere ein einziges Rotations- /Rotations-Getriebe, mit einem Rotations-Translationswandler verbunden ist, zur Einkopplung eines Antriebsmoments auf die Lenkstange, so dass bei Betätigung des Elektroantriebs über ein Verschieben der Lenkstange die Lenkfunktion sichergestellt wird. Durch die Verwendung nur eines Rotations-/Rotations- Getriebes - gegenüber zwei Getrieben bei Einsatz von zwei Elektroantrieben - werden Bauraum und Kosten verringert. Vorzugsweise ist der Rotor eine die Lenkstange in einem Teilbereich umgebende Hohlwelle.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the vehicle steering at least one as Push rod trained handlebar, which in their Extension is connected with tie rods for the two steerable wheels and the coaxial to the handlebar axis one rotor and coaxial to the rotor the at least two stators are provided and that the rotor via a Transmission device, in particular a single rotary / Rotation gear, with a rotation-translation converter is connected for coupling a drive torque to the Handlebar, so when operating the electric drive over a Moving the handlebar ensures the steering function becomes. By using only one rotation / rotation Gearboxes - compared to two gearboxes when two are used Electric drives - construction space and costs are reduced. The rotor is preferably a steering rod in one Partial area surrounding hollow shaft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Übertragungseinrichtung ein Getriebe oder eine Kupplung, vorzugsweise eine Planetengetriebe, ist.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the transmission device is a transmission or a clutch, preferably a planetary gear.
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Übertragungseinrichtung Mittel zur direkten Kopplung mit dem Rotations-Translationswandler aufweist. Der Rotations- Translationswandler ist vorzugsweise als ein Gewindetrieb, insbesondere als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet.According to the invention it is provided that the Transmission device means for direct coupling with the Has rotation-translation converter. The rotary Translation converter is preferably as a screw drive, in particular designed as a ball screw drive.
Erfindungsgemäß weisen die Statoren eine Wicklung koaxial zur Lenkstange und/oder der drehgelagerten Rotor weist Permanentmagneten, vorzugsweise Seltenerdmagneten, insbesondere Kobalt-Samarium oder Neodym-Magneten, auf.According to the invention, the stators have a winding coaxial with Handlebar and / or the rotatably mounted rotor has Permanent magnets, preferably rare earth magnets, in particular Cobalt samarium or neodymium magnets.
Die Aufgabe wird auch durch einen Betätigungsmotor einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen mit mindestens zwei magnetischen Bereichen oder Magneten versehenen Rotor und mindestens zwei Statoren oder Statorwicklungen aufweist.The task is also accomplished by an actuating motor electromechanical vehicle steering solved that is marked that he is one with at least two magnetic areas or magnets provided rotor and has at least two stators or stator windings.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei magnetischen Bereiche oder Magneten des Rotors und die mindestens zwei Statoren des Betätigungsmotors innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet. Damit verbunden ist eine erhebliche Einsparung von Bauraum und eine erhebliche Einsparung von Kosten. The at least two magnetic regions are preferably or magnets of the rotor and the at least two stators of the Actuator motor within a common housing arranged. This is associated with a considerable saving of Installation space and a considerable saving in costs.
Nach der Erfindung wird bei einem Ausfall oder einer Störung eines der beiden Statoren bzw. der Baueinheiten zu deren Ansteuerung oder Regelung durch den jeweils anderen, funktionstüchtigen Stator die Steuerung der beiden Fahrzeugräder sichergestellt.According to the invention, in the event of a failure or malfunction one of the two stators or the structural units for their Control or regulation by the other, working stator controlling the two Vehicle wheels ensured.
Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung wird nun anhand von drei Abbildungen (Fig. 1 bis Fig. 3) beispielhaft näher erläutert.The vehicle steering system according to the invention is now based on three figures (Fig. 1 to Fig. 3) explained in greater detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung als Steer-by-wire-Lenkung, Fig. 1 shows an embodiment of a vehicle steering system according to the invention as a steer-by-wire steering,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Stellaggregat der Steer-by- wire-Lenkung in schematischer Darstellung, Fig. 2 shows a section through the adjusting unit of the steer-by-wire steering system in a schematic representation;
Fig. 3 einen Schnitt durch das Stellaggregat der Steer-by- wire-Lenkung mit Getriebe in schematischer Darstellung. Fig. 3 shows a section through the actuator of the steer-by-wire steering with gear in a schematic representation.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Steer-by-wire-Lenkung in einer schematischer Darstellung. Der Fahrer betätigt das Lenkhandrad 1 oder ein ähnliches Bedienelement, z. B. einen Sidestick, mit dem er seinen Fahrtrichtungswunsch vorgeben kann. Der Fahrtrichtungswunsch wird in diesem Fall als Drehwinkel des Lenkhandrads 1 durch Sensoren redundant erfasst und auf elektronischem Wege einer Zentralsteuereinheit 2 mitgeteilt. Über einen Betätigungskraftsimulator 3 erhält der Fahrer eine haptische Rückwirkung bei der Lenkbetätigung. Vorzugsweise kann diese Rückwirkung bei Bedarf verstärkt oder geschwächt werden. Der Betätigungskraftsimulator 3 wird von der Zentralsteuereinheit 2 gesteuert. Der Zentralsteuereinheit 2 können ggf. auch Signale einer Fahrzeuggeschwindigkeits- Erfassungseinrichtung übermittelt und das Lenkmoment in Abhängigkeit der Geschwindigkeit verändert werden. Der Fahrerwunsch wird in der Zentralsteuereinheit 2 ausgewertet, in einen Lenkwinkel (Sollwert) für das Stellaggregat 5 umgerechnet und über eine Datenübertragungsleitung 6, 7 dem Stellaggregat 5 zugeführt. Der aktuelle Istwert der Radstellung der lenkbaren Räder 8, 9 wird mittels geeigneter Sensoren 10, 11 erfasst und über eine Datenübertragungsleitung 12, 13 der Zentralsteuereinheit 4 übermittelt. Durch eine Verstellung eine Lenkstange 14 um einen bestimmten Verstellweg 15 wird über Spurstangen 16, 17 und Spurstangenhebel 18, 19 ein bestimmter Lenkwinkel 20 eingestellt. Fig. 1 shows the steer-by-wire steering system according to the invention in a schematic representation. The driver operates the steering handwheel 1 or a similar control element, e.g. B. a sidestick with which he can specify his direction of travel. In this case, the desired direction of travel is recorded redundantly by sensors as the angle of rotation of the steering handwheel 1 and communicated to a central control unit 2 electronically. Via an actuation force simulator 3 , the driver receives haptic feedback when the steering is actuated. This reaction can preferably be strengthened or weakened if necessary. The actuation force simulator 3 is controlled by the central control unit 2 . The central control unit 2 can optionally also transmit signals from a vehicle speed detection device and the steering torque can be changed as a function of the speed. The driver's request is evaluated in the central control unit 2 , converted into a steering angle (setpoint) for the actuating unit 5 and fed to the actuating unit 5 via a data transmission line 6 , 7 . The current actual value of the wheel position of the steerable wheels 8 , 9 is detected by means of suitable sensors 10 , 11 and transmitted to the central control unit 4 via a data transmission line 12 , 13 . By adjusting a steering rod 14 by a certain adjustment path 15 , a certain steering angle 20 is set via tie rods 16 , 17 and tie rod levers 18 , 19 .
Zwischen dem Lenkhandrad 1 und den lenkbaren Räder 8, 9 ist somit keine direkte mechanische Verbindung vorhanden. Durch diese erfindungsgemäße mechanische Entkopplung des Lenkhandrades 1 von der lenkbaren Achse kann die Lenksäule entfallen, wodurch sich bessere Einbauverhältnisse im Vorbau und ein besseres Crashverhalten des Fahrzeugs ergeben. Durch die Entkopplung zwischen Fahrer und Rad 8, 9 wird der Fahrer nicht mehr durch Lenkradschwingungen, die vom Rad 8, 9 angeregt werden, irritiert. Darüber hinaus ermöglicht diese Lenkung die Integration einer Lenkassistenz-Funktion, um eine Überreaktionen durch den Fahrer bei seiner Lenkbetätigung zu kompensieren. Durch die elektronische Regelung des Stellaggregats 5 kann bei einer entsprechenden Auslegung und Verbindung mit einer Fahrstabilitätsregelung (ESP) besonders vorteilhaft eine Verbundregelung realisiert werden. Dann wird der Lenkwinkel auch zur Erhöhung der Fahrstabilität verändert. Auch die Montage der erfindungsgemäßen Lenkung ist gegenüber bekannten Lenkungen einfacher, da keine mechanische Verbindung zwischen lenkbarer Achse und Lenkhandrad 1 hergestellt werden muss.There is therefore no direct mechanical connection between the steering handwheel 1 and the steerable wheels 8 , 9 . Through this mechanical decoupling of the steering handwheel 1 from the steerable axle according to the invention, the steering column can be omitted, which results in better installation conditions in the stem and a better crash behavior of the vehicle. Due to the decoupling between the driver and the wheel 8 , 9 , the driver is no longer irritated by steering wheel vibrations which are excited by the wheel 8 , 9 . In addition, this steering enables the integration of a steering assistance function in order to compensate for overreactions by the driver when the steering is actuated. The electronic control of the actuating unit 5 can be implemented in a particularly advantageous manner with a corresponding design and connection to a driving stability control (ESP). Then the steering angle is also changed to increase driving stability. The assembly of the steering system according to the invention is also simpler than known steering systems, since no mechanical connection between the steerable axle and steering handwheel 1 has to be established.
Das Stellaggregat 5 weist einen Elektronantrieb auf, der einen mit mindestens zwei magnetischen Bereichen oder Magneten versehenen Rotor 21 und zwei konzentrisch um die Lenkstange 14 angeordnete Statoren 22, 23 aufweist. Durch den einen Rotor 21 und die zwei Statoren 22, 23 wird ein redundantes Antriebskonzept realisiert. Durch den Antrieb 21, 22, 23 wird mittels Übertragungseinheiten, wie Kupplungen und/oder Getriebe, die Lenkstange bewegt. Als Übertragungseinheiten können vorzugsweise ein oder zwei Planetenradgetriebe und ein oder zwei Kugelgewindetriebe eingesetzt werden. Dann wird die Lenkstange 14 zumindest im Bereich der Getriebe bzw. des Antriebs als Kugelgewindestange ausgebildet. Die Lenkstange 14 kann dabei durchgehend ausgeführt werden, wodurch die Räder 8, 9 kinematisch direkt miteinander gekoppelt sind. Auch eine geteilte Lenkstange kann verwendet werden und auch andere Getriebebauformen können eingesetzt werden.The actuating unit 5 has an electronic drive which has a rotor 21 provided with at least two magnetic areas or magnets and two stators 22 , 23 arranged concentrically around the handlebar 14 . A redundant drive concept is implemented by the one rotor 21 and the two stators 22 , 23 . The handlebar is moved by the drive 21 , 22 , 23 by means of transmission units such as clutches and / or gears. One or two planetary gear drives and one or two ball screw drives can preferably be used as transmission units. Then the steering rod 14 is formed at least in the area of the transmission or the drive as a ball screw rod. The handlebar 14 can be carried out continuously, whereby the wheels 8 , 9 are kinematically coupled directly to one another. A split handlebar can also be used and other types of gears can be used.
In der Fig. 2 ist das Stellaggregat 5 schematisch dargestellt. Die beiden unabhängigen Statoren 22, 23 des Elektroantriebs sind über den Rotor 21 miteinander gekoppelt und können parallel die Lenkstange 14 über die beiden magnetischen Bereiche oder Magneten 39, 40 des Rotors 21 antreiben (Normallenkfunktion). Als Magnete 39, 40 werden Permanentmagnete verwendet, die hier auf dem Rotor 21 angeordnet sind. Vorteilhaft können diese aber auch in entsprechende Ausnehmungen des Rotors 21 eingebracht werden und durch beispielsweise eine Klebeverbindung mit dem Rotor an ihrem Ort gehalten und ggf. durch Umwickeln zusätzlich gegen "Herausfallen" gesichert werden. Ferner ist es auch vorgesehen, dass die Ausnehmungen so ausgebildet sind, dass die in den Rotor 21 eingesetzten Magnete 39, 40 die äußere Kontur des Rotors 21 nicht überragen, sondern mit der Oberfläche vorzugsweise bündig abschließen. Beiden Statoren 22, 23 sind jeweils eigene Elektronikeinheiten, hier jeweils eine Endstufe 24, 25 (Leistungsendstufen) und jeweils ein Regler 26, 27 zugeordnet, zur separaten Ansteuerung/Regelung der Statorströme. Der Rotor 21 ist vorzugsweise über Loslager 28, 29 in einem Gehäuse 30 gelagert. Auch die Statoren 24, 25 werden im Gehäuse 30 gehalten. Es kann ferner ein geringer Luftspalt zwischen dem Rotor 21 und den Statoren 22, 23 realisiert werden, was einer, positiven Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad hat. Ferner sind zwei Sensoren 31, 32 zur Drehwinkelmessung einer Scheibe 33, 34 vorgesehen, die drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Über die beiden Endstufen 24, 25 werden die beiden Statorwicklungen 22, 23 separat über die Leitungen 37, 38 angesteuert und geregelt. Beide Statorwicklungen 22, 23 erzeugen ein Magnetfeld und daraus resultiert jeweils ein (im fehlerfreien Fall) gleichgerichtetes Drehmoment auf den Rotor 21. Die Rotordrehung wird von den zwei getrennten Sensoren 31, 32 gemessen und als Istwert für die beiden separaten Regelungen über die Leitungen 35, 36 zurückgeführt.In FIG. 2, the adjusting unit 5 is schematically illustrated. The two independent stators 22 , 23 of the electric drive are coupled to one another via the rotor 21 and can drive the handlebar 14 in parallel via the two magnetic areas or magnets 39 , 40 of the rotor 21 (normal steering function). Permanent magnets, which are arranged here on the rotor 21 , are used as magnets 39 , 40 . However, these can also advantageously be introduced into corresponding recesses in the rotor 21 and held in place by, for example, an adhesive connection to the rotor and, if appropriate, additionally secured against “falling out” by wrapping. Further, it is also envisioned that the recesses are formed so that the magnets used in the rotor 21 39, 40 the outer contour of the rotor 21 do not project, but conclude preferably flush with the surface. Both stators 22 , 23 are each assigned their own electronic units, here an output stage 24 , 25 (power output stages) and a controller 26 , 27 , for separately controlling / regulating the stator currents. The rotor 21 is preferably mounted in a housing 30 via floating bearings 28 , 29 . Stators 24 , 25 are also held in housing 30 . A small air gap can also be realized between the rotor 21 and the stators 22 , 23 , which has a positive influence on the overall efficiency. Furthermore, two sensors 31 , 32 are provided for measuring the angle of rotation of a disk 33 , 34 which is connected to the rotor in a rotationally fixed manner. The two stator windings 22 , 23 are controlled and regulated separately via the lines 37 , 38 via the two output stages 24 , 25 . Both stator windings 22 , 23 generate a magnetic field and this results in a (in the case of a faultless) rectified torque on the rotor 21 . The rotor rotation is measured by the two separate sensors 31 , 32 and fed back as an actual value for the two separate controls via the lines 35 , 36 .
Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Stellaggregat, wobei hier zusätzlich das Lenkgetriebe in dem Stellaggregat gezeigt ist. Vorteilhaft wird ein in der Fig. 3 schematisch dargestelltes Planetenradgetriebe verwendet, das von dem Rotor 21 angetrieben wird. Das Planetenradgetriebe weist ein Sonnenrad 42 auf, das als Bauteil des Rotors 21 ausgeführt ist und über mehrere, vorzugsweise drei bis fünf, zwischen dem Sonnenrad 42 und einem dem Gehäuse 30 zugeordneten Hohlrad 44 laufende Planetenräder 43 einen Planetenträger 45 antreibt. Der Planetenträger 45 ist Teil einer Kugelgewindemutter 47, die eine Kugelgewindespindel 48 rotatorisch antreibt, die Teil einer Lenkstange 41 ist oder mit dieser verbunden ist. Durch die Rotation der Kugelgewindemutter 47 wird die Spindel 48 und damit die Lenkstange 41 im wesentlichen linear verschoben um einen bestimmten Verstellweg 15, zwecks Einstellung des gewünschten Lenkwinkels 20. Die Kugelgewindespindel 48 ist in einem Achsiallager 46 gelagert. Fig. 3 shows a section through the actuator, wherein the steering gear is also shown in the actuator. A planetary gear shown schematically in FIG. 3, which is driven by the rotor 21 , is advantageously used. The planetary gear has a sun gear 42 , which is designed as a component of the rotor 21 and drives a planet carrier 45 via a plurality of, preferably three to five, planet gears 43 running between the sun gear 42 and a ring gear 44 assigned to the housing 30 . The planet carrier 45 is part of a ball screw nut 47 which drives a ball screw 48 , which is part of a steering rod 41 or is connected to it. Due to the rotation of the ball screw nut 47 , the spindle 48 and thus the steering rod 41 are displaced essentially linearly by a certain adjustment path 15 in order to set the desired steering angle 20 . The ball screw 48 is mounted in an axial bearing 46 .
Da in der Regel eine mechanische Zuverlässigkeit erheblich höher ist als eine elektrische Zuverlässigkeit, und die Bauteile mechanisch ausfallsicher auslegt werden, wird hier mit nur einem Rotor und einem Gehäuse durch die redundante Auslegung der elektronischen Komponenten ein sicherer Elektroantrieb der Lenkung realisiert. Denn im Fehlerfall, wenn ein Stator, z. B. Stator 22 ausfällt, übernimmt der noch funktionstüchtige Stator 23 den Antrieb. Dies wird durch die redundanten Elektronikeinheiten, wie. Endstufen 24, 25 und Regler 26, 27 sichergestellt. Auch bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung oder den Ausfall einer Elektronikeinheit, z. B. Regler 26, wird über den noch funktionstüchtigen Regler 27 und Endstufe 25 der Stator 23 gesteuert. Durch den einen noch funktionstüchtigen Stator kann die Stellbewegung der Lenkstange 14 durchgeführt werden, die Lenkfunktion bleibt erhalten. Daraus ergibt sich als ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass bei Ausfall einer elektronischen Komponente die gesamte Lenkfunktion entsprechend einem Lenkungswunsch des Fahrers kann sichergestellt wird.Since mechanical reliability is generally considerably higher than electrical reliability, and the components are designed to be mechanically fail-safe, the redundant design of the electronic components ensures that the steering is electrically operated safely with just one rotor and one housing. Because in the event of a fault, if a stator, e.g. B. stator 22 fails, the still functional stator 23 takes over the drive. This is due to the redundant electronic units, such as. Output stages 24 , 25 and controllers 26 , 27 ensured. Even if the electrical power supply fails or the failure of an electronics unit, e.g. B. controller 26 , the stator 23 is controlled via the still functional controller 27 and output stage 25 . By means of a stator that is still functional, the adjusting movement of the handlebar 14 can be carried out, the steering function is retained. This results in a significant advantage of the invention that if an electronic component fails, the entire steering function can be ensured in accordance with a driver's steering request.
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