DE102004034143A1

DE102004034143A1 - Steering gear for steering of vehicle wheel has wheelmount for retaining vehicle wheel, bearing arrangement for tilting bearing of wheelmount whereby electric motor is designed to be concentric with swivel axis of wheelmount

Info

Publication number: DE102004034143A1
Application number: DE200410034143
Authority: DE
Inventors: Klemens Schmidt
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: DE102004034143B4

Abstract

The steering gear has a wheelmount (23) for retaining the vehicle wheel, a bearing arrangement (11,12) for the tilting bearing of the wheelmount with respect to a swivel axis (1). An electric motor (25) is arranged for the pivoting of the wheelmount about the swivel axis. The electric motor is designed to be concentric with the wheelmount swivel axis and is coupled to the wheelmount by a planetary gear. An independent claim is also included for a vehicle with at least one steered vehicle wheel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung zum Lenken eines Fahrzeugrads. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen Lenkeinrichtung.The The invention relates to a steering device for steering a vehicle wheel. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such Steering device.

Lenkeinrichtungen für Fahrzeugräder sind bereits in vielfältigen Ausführungen bekannt. Eine solche Lenkeinrichtung weist in der Regel eine Lageranordnung zur schwenkbaren Lagerung des Fahrzeugrads auf. Weiterhin ist ein Mechanismus zur Erzeugung einer Lenkbewegung vorgesehen, bei der das Fahrzeugrad um eine durch die Lageranordnung vorgegebenen Achse geschwenkt wird. Die Lenkbewegung kann beispielsweise mittels eines manuell betätigten Lenkrads erzeugt werden, dass über Gestänge und Zahnräder auf das Fahrzeugrad einwirkt. Diese Einwirkung kann elektrisch oder hydraulisch unterstützt werden.steering devices for vehicle wheels are already in diverse versions known. Such a steering device usually has a bearing arrangement for the pivotable mounting of the vehicle wheel. Furthermore, a Mechanism for generating a steering movement provided in which the Vehicle wheel about an axis predetermined by the bearing assembly is pivoted. The steering movement, for example, by means of a manually operated Steering wheel can be generated that over linkage and gears acting on the vehicle wheel. This action can be electrical or hydraulically supported become.

Weiterhin ist es bereits bekannt, einen Elektromotor in der Nähe der Lageranordnung zu positionieren und mit einer Einrichtung zur drehbaren Lagerung des Fahrzeugrads zu koppeln. So offenbart die DE 199 60 946 A1 eine Lenkung für Gegengewichtsstapler, bei der zwei gelenkte Räder an der hinteren Lenkachse jeweils in einem Drehschemel gelagert sind, der um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist. Für jeden Drehschemel ist jeweils ein elektrischer Lenkmotor vorgesehen. Die Lenkmotoren werden von einer Lenkregeleinrichtung abhängig von der Vorgabe eines Lenkorgans und dem tatsächlichen Lenkwinkel für jeden Drehschemel angesteuert. Die Kopplung zwischen dem Lenkschemel und dem elektrischen Lenkmotor erfolgt jeweils über einen Kettentrieb.Furthermore, it is already known to position an electric motor in the vicinity of the bearing assembly and to couple with a device for rotatably supporting the vehicle wheel. So revealed the DE 199 60 946 A1 a steering for counterbalance trucks, in which two steered wheels are mounted on the rear steering axle each in a turntable which is rotatably mounted about a vertical axis. For each turntable, an electric steering motor is provided in each case. The steering motors are controlled by a steering control device depending on the specification of a steering member and the actual steering angle for each turntable. The coupling between the steering rack and the electric steering motor takes place via a chain drive.

Aus der DE 40 37 608 A1 ist eine Hinterachse mit Hinterrädern bekannt, welche jeweils auf einem Achsschenkel gelagert sind. Der Achsschenkel ist schwenkbar an einem Schräglenker befestigt und hat einen Lenkhebel, an dem zur Herbeiführung einer Lenkbewegung ein elektrischer Stellmotor angreift. Der Schräglenker ist als Hohlkörper ausgebildet, innerhalb dessen der elektrische Stellmotor angeordnet und einerseits am Schräglenker, andererseits am Lenkhebel abgestützt ist. Durch die Anordnung des elektrischen Stellmotors im Schräglenker ist der elektrische Stellmotor gut geschützt.From the DE 40 37 608 A1 is a rear axle with rear wheels known, which are each mounted on a steering knuckle. The steering knuckle is pivotally mounted on a trailing arm and has a steering arm to which an electric servomotor acts to effect a steering movement. The semi-trailing arm is designed as a hollow body, within which the electric servomotor is arranged and on the one hand on the trailing arm, on the other hand supported on the steering lever. Due to the arrangement of the electric servomotor in the semi-trailing arm of the electric servomotor is well protected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkeinrichtung zum Lenken eines Fahrzeugrads mit möglichst geringem Aufwand platzsparend und zuverlässig auszubilden.Of the Invention is based on the object, a steering device for steering a vehicle wheel with as possible low cost space-saving and reliable training.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.These Task is solved by the combination of features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung zum Lenken eines Fahrzeugrads weist einen Radträger zur Aufnahme eines Fahrzeugrads auf. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung eine Lageranordnung zur schwenkbaren Lagerung des Radträgers bezüglich einer Schwenkachse und einen Elektromotor zum Erzeugen einer Schwenkbewegung des Radträgers um die Schwenkachse auf. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lenkeinrich tung besteht darin, dass der Elektromotor konzentrisch zur Schwenkachse des Radträgers ausgebildet ist.The steering device according to the invention for steering a vehicle wheel has a wheel carrier for receiving a vehicle wheel on. Furthermore, the steering device according to the invention has a bearing arrangement for pivotally mounting the wheel carrier with respect to a pivot axis and an electric motor for generating a pivoting movement of the wheel carrier to on the pivot axis. The peculiarity of the invention Lenkeinrich device is that the electric motor concentric to the pivot axis of the wheel carrier is trained.

Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung hat den Vorteil, dass sie sehr wenig Bauraum beansprucht, da der Elektromotor im Bereich der Schwenkachse angeordnet ist. Außerdem entfallen aufwendige Gestänge oder andere Einrichtungen zur Übertragung der Lenkbewegung, so dass die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung vergleichsweise kostengünstig realisierbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Radträger direkt mit dem Elektromotor angetrieben werden kann bzw. die Bewegung des Elektromotors allenfalls über eine kleine Distanz auf den Radträger zu übertragen ist und die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung dadurch sehr zuverlässig arbeitet.The steering device according to the invention has the advantage that it takes up very little space, as the Electric motor is arranged in the region of the pivot axis. In addition, expensive linkage or other means of transmission the steering movement, so that the steering device according to the invention comparatively economical is feasible. Another advantage is that the wheel carrier directly can be driven by the electric motor or the movement of the electric motor possibly over a small distance is to be transmitted to the wheel carrier and the steering device according to the invention thereby working very reliably.

Um besonders hohe Lenkmomente zu erzeugen, kann der Elektromotor mittels eines Getriebes, vorzugsweise mittels eines Planetengetriebes, mit dem Radträger gekoppelt sein.Around To generate particularly high steering torque, the electric motor by means of a transmission, preferably by means of a planetary gear, with the wheel carrier be coupled.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Radträger auf einem Bolzen schwenkbar gelagert. Dieses Ausführungsbeispiel lässt sich besonders einfach und kompakt realisieren. Dabei ist auf dem Bolzen vorzugsweise ein Stator des Elektromotors angeordnet, der insbesondere eine Wicklung zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist. Der Bolzen kann bereichsweise innerhalb einer Hülse angeordnet sein, die drehfest mit dem Bolzen verbunden ist. Die Hülse hat insbesondere den Vorteil einer Erleichterung der Montage. So kann die Hülse als Wickelkörper für die Wicklung ausgebildet sein. Weiterhin kann die Lageranordnung auf der Hülse angeordnet sein.In a preferred embodiment the wheel carrier pivotally mounted on a bolt. This embodiment let yourself particularly simple and compact. It is on the bolt preferably arranged a stator of the electric motor, in particular has a winding for generating a magnetic field. The bolt can partially within a sleeve be arranged, which is rotatably connected to the bolt. The Sleeve has in particular the advantage of facilitating the assembly. So can the sleeve as a wound body for the Winding be formed. Furthermore, the bearing assembly can the sleeve be arranged.

In den Radträger kann ein Rotor des Elektromotors integriert sein, der insbesondere eine Anordnung von Permanentmagneten aufweist. Dies trägt zu einer weiteren Reduzierung des benötigten Bauraums bei.In the wheel carrier a rotor of the electric motor can be integrated, in particular having an array of permanent magnets. This contributes to one further reduction of the required Space at.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Fahrzeug mit wenigstens einem gelenkten Fahrzeugrad, das mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung gelenkt wird.The invention further relates to a vehicle with at least one steered vehicle wheel, which with the help of the invention Lenkein direction is directed.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sowie zugehörigen Abwandlungen und Weiterbildungen erläutert.The Invention will be described below with reference to the drawing Embodiment as well associated Modifications and developments explained.

Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung in Schnittdarstellung. Die Schnittebene ist dabei so gewählt, dass eine Schwenkachse 1, relativ zu der die Lenkbewegung erfolgt, innerhalb der Schnittebene liegt. Die Schwenkachse 1 wird durch einen Achsschenkelbolzen 2 vorgegeben, der im Bereich seiner axialen Enden in Aufnahmebohrungen 3 und 4 eines Fahrzeugrahmens 5 aufgenommen ist. Alternativ dazu können die Aufnahmebohrungen 3 und 4 beispielsweise auch in einer Pendelachse ausgebildet sein oder Bestandteile einer beweglichen Radaufhängung sein. An seinem einen axialen Ende erweitert sich der Achsschenkelbolzen 2 radial zu einem Kopfstück 6, das verschiebbar in der Aufnahmebohrung 3 angeordnet ist. Am anderen axialen Ende des Achsschenkelbolzens 2 ist ein Gewinde 7 ausgebildet, auf das eine Mutter 8 aufgeschraubt ist. Ohne die Mutter 8 ist der Achsschenkelbolzen 2 auch in der zweiten Aufnahmebohrung 4 axial verschiebbar.The single FIGURE shows the steering device according to the invention in a sectional view. The cutting plane is chosen so that a pivot axis 1 , relative to which the steering movement takes place, lies within the cutting plane. The pivot axis 1 is by a kingpin 2 given in the area of its axial ends in receiving bores 3 and 4 a vehicle frame 5 is included. Alternatively, the mounting holes 3 and 4 for example, be formed in a pendulum axis or be components of a movable suspension. At its one axial end, the kingpin widens 2 radially to a header 6 , which is displaceable in the locating hole 3 is arranged. At the other axial end of the kingpin 2 is a thread 7 trained on which a mother 8th is screwed on. Without the mother 8th is the kingpin 2 also in the second mounting hole 4 axially displaceable.

Im Bereich zwischen den Aufnahmebohrungen 3 und 4 ist der Achsschenkelbolzen 2 von einer Hülse 9 umgeben, die drehfest mit dem Achsschenkelbolzen 2 verbunden ist. Zur Aufnahmebohrung 4 hin ist zwischen die Hülse 9 und den Fahrzeugrahmen 5 eine Unterlegscheibe 10 eingelegt, die den Achsschenkelbolzen 2 umschließt. Im Bereich der beiden axialen Enden der Hülse 9 sind Kegelrollenlager 11 und 12 mit ihren Innenringen 13 und 14 auf die Hülse 9 aufgezogen. Die Innenringe 13 und 14 sind beispielsweise mittels einer Presspassung drehfest mit der Hülse 9 verbunden und schlagen axial an radiale Vorsprünge 15 und 16 der Hülse 9 an.In the area between the mounting holes 3 and 4 is the kingpin 2 from a sleeve 9 surrounded, non-rotatably with the kingpin 2 connected is. To the receiving bore 4 there is between the sleeve 9 and the vehicle frame 5 a washer 10 inserted, the kingpin 2 encloses. In the region of the two axial ends of the sleeve 9 are tapered roller bearings 11 and 12 with their inner rings 13 and 14 on the sleeve 9 reared. The inner rings 13 and 14 For example, by means of a press fit rotatably with the sleeve 9 connected and hit axially to radial projections 15 and 16 the sleeve 9 at.

Durch das Anziehen der Mutter 8 wird das Kegelrollenlager 11 zwischen dem Kopfstück 6 des Achsschenkelbolzens 2 und dem radialen Vorsprung 15 der Hülse 9 axial eingespannt. Das Kegelrollenlager 12 wird dabei zwischen der Unterlegscheibe 10 und dem radialen Vorsprung 16 der Hülse 9 axial eingespannt. Die Kegelrollenlager 11 und 12 weisen Außenringe 17 und 18 sowie je einen Satz von Wälzkörpern 19 und 20 auf, die zwischen dem Innenring 13 und dem Außenring 17 bzw. dem Innenring 14 und dem Außenring 18 abrollen. Die Außenringe 17 und 18 sind in Aufnahmebohrungen 21 und 22 eines Achsschenkels 23 eingepresst und dadurch drehfest mit dem Achsschenkel 23 verbunden. Somit ist der Achsschenkel 23 um die Schwenkachse 1 schwenkbar. Der Achsschenkel 23 trägt ein nicht figürlich dargestelltes Rad, das um eine Drehachse 24 drehbar ist. Die Drehachse 24 ist in der Schnittebene angeordnet und verläuft senkrecht zur Schwenkachse 1. In der Darstellung der Figur verläuft die Drehachse 24 innerhalb der Zeichenebene in horizontaler Richtung.By putting on the mother 8th becomes the tapered roller bearing 11 between the head piece 6 of the kingpin 2 and the radial projection 15 the sleeve 9 axially clamped. The tapered roller bearing 12 is between the washer 10 and the radial projection 16 the sleeve 9 axially clamped. The tapered roller bearings 11 and 12 have outer rings 17 and 18 as well as one set of rolling elements each 19 and 20 on that between the inner ring 13 and the outer ring 17 or the inner ring 14 and the outer ring 18 roll. The outer rings 17 and 18 are in receiving bores 21 and 22 a steering knuckle 23 pressed in and thus rotatably with the steering knuckle 23 connected. Thus, the steering knuckle is 23 around the pivot axis 1 pivotable. The steering knuckle 23 carries a not figuratively represented wheel, which is about a rotation axis 24 is rotatable. The rotation axis 24 is arranged in the cutting plane and is perpendicular to the pivot axis 1 , In the illustration of the figure, the axis of rotation runs 24 within the drawing plane in the horizontal direction.

Gemäß der in der Figur dargestellten Geometrie entsteht eine Lenkbewegung dadurch, dass der Achsschenkel 23 um die Schwenkachse 1 geschwenkt wird. Zur Erzeugung der Lenkbewegung ist ein Elektromotor 25 vorgesehen, der konzentrisch zur Schwenkachse 1 ausgebildet ist. Der Elektromotor 25 weist einen Stator 26 und einen konzentrisch zum Stator 26 angeordneten und gegen den Stator 26 verdrehbaren Rotor 27 auf. Der Stator 26 ist als eine Wicklung ausgebildet, die im axialen Bereich zwischen den beiden radialen Vorsprüngen 15 und 16 auf die Hülse 9 aufgewickelt ist. Die Wicklung kann mehrere Wicklungspakete aufweisen. Der Rotor 27 ist als eine Anordnung von Permanentmagneten ausgebildet, die nicht im Einzelnen dargestellt sind.According to the geometry shown in the figure, a steering movement is created by the fact that the steering knuckle 23 around the pivot axis 1 is pivoted. To generate the steering movement is an electric motor 25 provided, concentric to the pivot axis 1 is trained. The electric motor 25 has a stator 26 and one concentric with the stator 26 arranged and against the stator 26 rotatable rotor 27 on. The stator 26 is formed as a winding, which in the axial region between the two radial projections 15 and 16 on the sleeve 9 is wound up. The winding may have a plurality of winding packages. The rotor 27 is formed as an array of permanent magnets, which are not shown in detail.

Um eine Lenkbewegung zu erzeugen, wird die Wicklung des Stators 26 bestromt, so dass ein Magnetfeld entsteht. Dieses Magnetfeld wirkt auf die Permanentmagnete des Rotors 27 ein und bewirkt dabei, dass der Rotor 27 relativ zum Stator 26 verdreht wird und dadurch eine Schwenkbewegung des auf dem Achsschenkelbolzen 2 gelagerten Achsschenkels um die Schwenkachse 1 erzeugt wird. Die Eigenschaften dieser Schwenkbewegung, wie beispielsweise die Schwenkgeschwindigkeit und der Schwenkwinkel, können über die Bestromung der Wicklung des Stators 26 gesteuert werden. Um eine möglichst präzise Steuerung vornehmen zu können, sind eine figürlich nicht dargestellte Steuerelektronik und entsprechende Sensoren vorgesehen, die vorzugsweise analog zum Elektromotor 25 in den Achsschenkel 23 integriert sind.To generate a steering movement, the winding of the stator becomes 26 energized, so that a magnetic field is created. This magnetic field acts on the permanent magnets of the rotor 27 and thereby causes the rotor 27 relative to the stator 26 is rotated and thereby pivotal movement of the on the kingpin 2 mounted stub axle about the pivot axis 1 is produced. The properties of this pivoting movement, such as the swivel speed and the swivel angle, can be achieved by energizing the winding of the stator 26 to be controlled. In order to be able to carry out a control that is as precise as possible, control electronics, not shown in the figures, and corresponding sensors are provided, which are preferably analogous to the electric motor 25 in the steering knuckle 23 are integrated.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel entsteht die Lenkbewegung direkt durch die Wechselwirkung zwischen dem Stator 26 und dem Rotor 27. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Bewegung des Rotors 27 mittels eines Getriebes, vorzugsweise eines Planetengetriebes auf den Achsschenkel 23 zu übertragen. Dieses Übersetzungsgetriebe ist ebenfalls in den Achsschenkel 23 integriert und kann beispielsweise bei einer axial kürzeren Bauform des Elektromotors 25 axial neben dem Elektromotor 25 angeordnet sein.In the illustrated embodiment, the steering movement arises directly through the interaction between the stator 26 and the rotor 27 , Alternatively, it is also possible to control the movement of the rotor 27 by means of a transmission, preferably a planetary gear on the steering knuckle 23 transferred to. This transmission gear is also in the steering knuckle 23 integrated and can, for example, in an axially shorter design of the electric motor 25 axially next to the electric motor 25 be arranged.

In einer Abwandlung des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung ist der Elektromotor 25 beispielsweise im Bereich wenigstens einer der Aufnahmebohrungen 3 und 4 angeordnet und verdreht den Achsschenkelbolzen 2 relativ zum Fahrzeugrahmen 5. In diesem Fall ist der Achsschenkel 23 drehfest mit dem Achsschenkelbolzen 2 verbunden und relativ zum Fahrzeugrahmen 5 schwenkbar gelagert.In a modification of the embodiment of the steering device according to the invention shown in the figure, the electric motor 25 For example, in the area of at least one of the mounting holes 3 and 4 arranged and twisted the kingpin 2 relative to the vehicle frame 5 , In this case, the steering knuckle is 23 rotatably with the kingpin 2 connected and relative to the vehicle frame 5 pivoted.

11: Schwenkachseswivel axis
22: Achsschenkelbolzenkingpin
3, 43, 4: Aufnahmebohrunglocation hole
55: Fahrzeugrahmenvehicle frame
66: Kopfstückheadpiece
77: Gewindethread
88th: Muttermother
99: Hülseshell
1010: Unterlegscheibewasher
11, 1211 12: KegelrollenlagerTapered roller bearings
13, 1413 14: Innenringinner ring
15, 1615 16: radialer Vorsprungradial head Start
17, 1817 18: Außenringouter ring
19, 2019 20: Wälzkörperrolling elements
21, 2221 22: Aufnahmebohrunglocation hole
2323: Achsschenkeljournal
2424: Drehachseaxis of rotation
2525: Elektromotorelectric motor
2626: Statorstator
2727: Rotorrotor

Claims

Steering device for steering a vehicle wheel, with a wheel carrier ( 23 ) for receiving the vehicle wheel, a bearing assembly ( 11 . 12 ) for the pivotable mounting of the wheel carrier ( 23 ) with respect to a pivot axis ( 1 ) and an electric motor ( 25 ) for generating a pivoting movement of the wheel carrier ( 23 ) about the pivot axis ( 1 ), characterized in that the electric motor ( 25 ) concentric with the pivot axis ( 1 ) of the wheel carrier ( 23 ) is trained.

Steering device according to claim 1, characterized in that the electric motor ( 25 ) by means of a transmission, preferably by means of a planetary gear, with the wheel carrier ( 23 ) is coupled.

Steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the wheel carrier ( 23 ) on a bolt ( 2 ) is pivotally mounted.

Steering device according to claim 3, characterized in that on the bolt ( 2 ) a stator ( 26 ) of the electric motor ( 25 ) is arranged.

Steering device according to claim 4, characterized in that the stator ( 26 ) of the electric motor ( 25 ) has a winding for generating a magnetic field.

Steering device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the bolt ( 2 ) within a sleeve ( 9 ) is arranged, which rotatably with the bolt ( 2 ) connected is.

Steering device according to claim 6, characterized in that the sleeve ( 9 ) is formed as a winding body for the winding.

Steering device according to one of claims 6 or 7, characterized in that the bearing arrangement ( 11 . 12 ) is arranged on the sleeve.

Steering device according to one of the preceding claims, characterized in that in the wheel carrier ( 23 ) a rotor ( 27 ) of the electromagnet ( 25 ) is integrated.

Steering device according to claim 9, characterized in that the rotor ( 27 ) of the electromagnet ( 25 ) has an array of permanent magnets.

Vehicle with at least one steered vehicle wheel, characterized in that for steering the vehicle wheel, a steering device is provided according to one of the preceding claims.