DE102008036730B4 - Actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device - Google Patents

Actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device Download PDF

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Abstract

Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung, umfassend eine in einem Mantelrohr (17, 22) angeordnete, gegenüber diesem um ihre Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel (15), deren eines Ende zum drehmomentschlüssigen Anschließen eines Lenkrades ausgebildet ist, sowie einen Aktuator (2) mit einer durch den Aktuator (2) angetriebenen Aktuatorwelle (4), deren eines Ende drehmomentschlüssig an die Lenkspindel (15) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (15) starr an die in zwei Lagern (7, 8) gelagerte Aktuatorwelle (4) angeschlossen ist, wobei eines der beiden Lager (7) im Bereich des Anschlusses der Aktuatorwelle (4) an die Lenkspindel (15) angeordnet ist, und die Lenkspindel (15) infolge ihres starren Anschlusses an die Aktuatorwelle (4) aktuatorseitig über die Aktuatorwelle (4) gelagert ist.

Figure DE102008036730B4_0000
Actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device, comprising a steering shaft (15) arranged in a jacket tube (17, 22) and rotatable about its longitudinal axis, one end of which is designed for the torque-locking connection of a steering wheel, and one Actuator (2) with an actuator shaft (4) driven by the actuator (2), one end of which is connected to the steering spindle (15) in a torque-locking manner, characterized in that the steering spindle (15) is rigidly connected to the two bearings (7, 8 ) is arranged, wherein one of the two bearings (7) in the region of the connection of the actuator shaft (4) to the steering shaft (15) is arranged, and the steering shaft (15) due to its rigid connection to the actuator shaft (4 ) is mounted on the actuator side via the actuator shaft (4).
Figure DE102008036730B4_0000

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung, umfassend eine in einem Mantelrohr angeordnet gegenüber diesem um ihre Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel, deren eines Ende zum drehmomentschlüssigen Anschließen eines Lenkrades ausgebildet ist, sowie einen Aktuator mit einer durch den Aktuator angetriebenen Aktuatorwelle, deren eines Ende drehmomentschlüssig an die Lenkspindel angeschlossen ist.The invention relates to an actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device, comprising a arranged in a tubular casing with respect to this about its longitudinal axis rotatably mounted steering spindle, whose one end is designed for the torque-locking connection of a steering wheel, and an actuator with a through the actuator driven actuator shaft, one end of which is torque-locking connected to the steering shaft.

Bei herkömmlichen Lenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge ist eine mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad und den von dem Lenkrad gelenkten Rädern vorhanden. Vom Lenkrad wird die Lenkbewegung über die Lenkspindel auf ein Lenkgetriebe und von diesem auf eine an die gelenkten Räder angeschlossene Lenkstange übertragen. Das auf die Lenkspindel über das Lenkrad eingeleitete Drehmoment kann elektrisch oder hydraulisch zum Ausbilden einer so genannten Servolenkung verstärkt werden. Die Lenkspindel ist durch den Motorraum zum Lenkgetriebe und der Lenkstange geführt.In conventional steering devices for motor vehicles, there is a mechanical coupling between the steering wheel and the wheels steered by the steering wheel. From the steering wheel, the steering movement is transmitted via the steering shaft to a steering gear and from there to a connected to the steered wheels handlebar. The torque applied to the steering shaft via the steering wheel can be amplified electrically or hydraulically to form a so-called power steering. The steering shaft is guided through the engine compartment to the steering gear and the handlebar.

Um mehr Freiheiten in der Konzeption der Radaufhängung der gelenkten Räder und der Anordnung der einzelnen Komponenten im Motorraum eines Kraftfahrzeuges zu erhalten oder autonome Fahrerassistenz-Funktionen zu implementieren, muss das herkömmliche mechanische Kopplungsprinzip zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern verlassen werden. Zu diesem Zweck sind sogenannte Steer-by-Wire-Lenkeinrichtungen konzipiert worden. Bei einer solchen Lenkeinrichtung wird mittels eines Lenkwinkelsensors die aktuelle Drehwinkelstellung des Lenkrades erfasst, einer Auswerteeinheit zugeführt, von der wiederum ein Aktor oder mehrere Aktoren zum Ansteuern der gelenkten Räder entsprechend dem erfassten Drehwinkel angesteuert werden, um die gelenkten Räder in die dem Lenkwinkeleinschlag entsprechende Stellung zu bringen. Es hat sich bei der Verwendung eines Steer-by-Wire-Systems gezeigt, dass es zum Fahren eines Kraftfahrzeuges für den Fahrer notwendig ist, eine haptische Rückmeldung bezüglich des Vorgangs des Lenkens und auch anderer durch die gelenkten Räder in die Lenkspindel eingekoppelten Drehmomente zu erhalten. Das Lenkgefühl wird bei einer solchen Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung durch einen an die Lenkspindel mit seiner Aktuatorwelle drehmomentschlüssig angeschlossenen Aktuator bereitgestellt. Als Aktuator dienen Elektromotoren, die durch eine entsprechende Steuerung angesteuert sind und auf die Aktuatorwelle und damit auf die daran angeschlossene Lenkspindel das der jeweiligen Fahrzeugsituation entsprechende Drehmoment aufbringen. Somit kann der Aktuator auch als Fahrgefühl-Erzeuger und die Aktuatoreinheit, umfassend die Lenkspindel und den Aktuator als haptischer Drehsteller angesprochen werden.In order to gain more freedom in the design of the suspension of the steered wheels and the arrangement of the individual components in the engine compartment of a motor vehicle or to implement autonomous driver assistance functions, the conventional mechanical coupling principle between the steering wheel and steered wheels must be left. Steer-by-wire steering devices have been designed for this purpose. In such a steering device, the current angular position of the steering wheel is detected by means of a steering angle sensor, fed to an evaluation of the turn one actuator or actuators for driving the steered wheels are controlled according to the detected rotation angle to the steered wheels in the steering angle corresponding position bring. It has been found in the use of a steer-by-wire system that it is necessary for driving a motor vehicle for the driver to obtain a haptic feedback regarding the operation of the steering and other coupled by the steered wheels in the steering shaft torques , The steering feel is provided in such a steer-by-wire steering device by a torque-locking connected to the steering shaft with its actuator shaft actuator. The actuators used are electric motors which are actuated by a corresponding control and which apply the torque corresponding to the respective vehicle situation to the actuator shaft and thus to the steering spindle connected thereto. Thus, the actuator can also be addressed as a driving feeling generator and the actuator unit, comprising the steering spindle and the actuator as a haptic turntable.

Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtungen müssen, um den Sicherheitsanforderungen zu genügen, mehrfach redundant konzipiert werden. Aus diesem Grunde sind derartige Systeme relativ teuer. Eine Alternative zum Ausbilden einer Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung, die den an eine solche Einrichtung gestellten Sicherheitsanforderungen genügt, jedoch kostengünstiger in der Konzeption und Herstellung ist, besteht darin, anstelle der notwendigen Systemredundanz die Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung mit einer mechanischen Rückfallsicherung auszustatten. Bei einem Ausfall der elektronisch arbeitenden Lenkeinrichtung wird die Lenkspindel mechanisch an die gelenkten Räder gekoppelt, damit in einem solchen Fall das Fahrzeug mechanisch gelenkt werden kann. Zum Übertragen der Lenkbewegung der Lenkspindel auf die gelenkten Räder bzw. die die gelenkten Räder verbindende Lenkstange können bei einer solchen Anwendung auch flexible Wellen wie in der DE 10 2004 026 067 A1 vorgeschlagen oder sinngemäß zur EP 0738 646 B1 eine hydraulische Koppelung eingesetzt werden. Daher besteht bei einer solchen Konzeption eine größere Freiheit in der Konzeption und Anordnung der Radaufhängung der gelenkten Räder und der anderen Komponenten im Motorraum als bei herkömmlichen mechanischen Lenkeinrichtungen.Motor vehicle steer-by-wire steering devices must be designed to be redundant in order to meet the safety requirements. For this reason, such systems are relatively expensive. An alternative to forming a steer-by-wire steering device that satisfies the safety requirements imposed on such a device, but is less expensive to design and manufacture, is to provide the steer-by-wire steering device with a mechanical instead of the necessary system redundancy Provide fallback protection. In case of failure of the electronically operating steering device, the steering shaft is mechanically coupled to the steered wheels so that in such a case, the vehicle can be steered mechanically. For transmitting the steering movement of the steering shaft to the steered wheels or the steering wheel connecting the steered wheels can in such an application and flexible waves as in the DE 10 2004 026 067 Al proposed or mutatis mutandis to EP 0738 646 B1 a hydraulic coupling can be used. Therefore, with such a design, there is greater freedom in the design and arrangement of the suspension of the steered wheels and the other components in the engine compartment than in conventional mechanical steering devices.

Eine weitere Lenkvorrichtung, die nach dem Prinzip Steer-by arbeitet, ist aus DE 102 49 718 A1 bekannt.Another steering device that works on the principle steer-by is out DE 102 49 718 A1 known.

Bei einer solchen Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung mit mechanischer Rückfallsicherung können prinzipiell herkömmliche Lenksäulen eingesetzt werden, an die ein Aktuator als Fahrgefühl-Erzeuger angeschlossen wird. Deren Lenkspindel ist in einem Mantelrohr zweipunktgelagert. Das Mantelrohr und die Lenkspindel sind typischerweise zweiteilig aufgebaut, wobei beide Lenkspindelteile durch ein in axialer Richtung wirkendes Gleitlager drehmomentschlüssig miteinander verbunden sind. Diese Teleskopierbarkeit der Lenkspindel wird zum individuellen Einrichten ihrer Länge vom Fahrer genutzt. Der als Aktuator eingesetzte Elektromotor ist unter Zwischenschaltung eines notwendigen Kupplungselementes an das untere Ende der Lenkspindel angeschlossen. Das elastische Kupplungselement wird zum Ausgleich von Toleranzen zwischen Lenkspindel und Aktuatorwelle benötigt. An das andere Ende der Aktuatorwelle sind typischerweise die mechanischen Rückfalleinrichtungen angeschlossen.In such a steer-by-wire steering device with mechanical fallback protection, in principle conventional steering columns can be used, to which an actuator is connected as a drive feel generator. Their steering spindle is mounted in two points in a jacket tube. The jacket tube and the steering spindle are typically constructed in two parts, wherein both steering spindle parts are connected by a friction bearing acting in the axial direction with torque. This telescoping of the steering shaft is used by the driver to customize their length. The electric motor used as an actuator is connected with the interposition of a necessary coupling element to the lower end of the steering shaft. The elastic coupling element is needed to compensate for tolerances between the steering shaft and the actuator shaft. At the other end of the actuator shaft typically the mechanical fallback devices are connected.

Derartige Aktuatoreinheiten benötigen einen gewissen Einbauraum im Fahrzeug, insbesondere in längsaxialer Richtung. Um durch den Aktuator das der jeweiligen Fahrsituation entsprechende Drehmoment auf die Aktuatorwelle und somit auf die Lenkspindel als haptische Rückmeldung in einer Form bereitstellen zu können, die der einem Fahrer bei einer mechanischen Rückmeldung bekannten entspricht, ist eine aufwendige Steuerprogrammierung notwendig. Der Aufwand in der Programmierung der Aktuatoransteuerung liegt auch in der Notwendigkeit des Vorsehens des elastischen Kupplungselementes zwischen Lenkspindel und Aktuatorwelle begründet. Zur Drehmomentübertragung von der Aktuatorwelle auf die Lenkspindel sind die diesbezüglich dämpfenden Eigenschaften des Kupplungsgliedes zu berücksichtigen, wobei sich diese in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändern.Such actuator units require a certain installation space in the vehicle, in particular in the longitudinal axial direction. To the corresponding driving situation by the actuator To be able to provide torque to the actuator shaft and thus to the steering shaft as a haptic feedback in a form that corresponds to a known driver in a mechanical feedback, a complex control programming is necessary. The effort in programming the actuator drive is also due to the necessity of providing the elastic coupling element between the steering shaft and the actuator shaft. For torque transmission from the actuator shaft to the steering shaft, the damping properties of the coupling member to be considered in this regard, these changing depending on the ambient temperature.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung vorzuschlagen, die prinzipiell einfacher aufgebaut ist und dadurch die zu dem vordiskutierten Stand der Technik aufgezeigten Nachteile vermeidet.Based on this discussed prior art, the invention is therefore based on the object to propose an actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device, which is basically simpler in construction and thereby avoids the disadvantages pointed out in the prior art prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine eingangsgemäße, gattungsgemäße Aktuatoreinheit gelöst, bei der die Lenkspindel starr an die in zwei Lagern gelagerte Aktuatorwelle angeschlossen ist, wobei eines der beiden Lager im Bereich des Anschlusses der Aktuatorwelle an die Lenkspindel angeordnet ist und die Lenkspindel infolge ihres starren Anschlusses an die Aktuatorwelle aktuatorseitig über die Aktuatorwelle gelagert ist.This object is achieved by an inventive, generic actuator unit, wherein the steering shaft is rigidly connected to the bearing in two bearings actuator shaft, wherein one of the two bearings is arranged in the region of the connection of the actuator shaft to the steering shaft and the steering shaft due to their rigid connection is mounted on the actuator shaft on the actuator side via the actuator shaft.

Bei dieser Aktuatoreinheit steht die starre Verbindung zwischen der Aktuatorwelle und der Lenkspindel im Vordergrund. Unter dem Begriff „starre Verbindung“ im Rahmen dieser Ausführungen ist jede Verbindung zu verstehen, bei der eine Drehmomentübertragung von der Aktuatorwelle auf die Lenkspindel ohne Zwischenschaltung von bei einer Drehmomentübertragung einer Torsion unterliegenden Elementen erfolgt. Dieses Konzept gestattet es, die Lenkspindel unmittelbar an die Aktuatorwelle und somit ohne Zwischenschaltung besonderer Kupplungsglieder anzuschließen. Dieses wirkt sich günstig auf eine reduzierte Baulänge und den Systempreis aus. Die starre drehmomentschlüssige Anbindung der Lenkspindel an die Aktuatorwelle gestattet es des Weiteren, dass die Lagerung der Aktuatorwelle gleichzeitig zum Darstellen der aktuatorseitigen Lagerung der Lenkspindel dient. Die Lenkspindel ist sodann im Bereich ihres lenkradseitigen Abschlusses an einem Lager und mit ihrem anderen Ende durch die Verbindung mit der Aktuatorwelle an dem zur Lenkspindel weisenden Lager der Aktuatorwelle gelagert. Eine solche Aktuatoreinheit benötigt daher nur drei Lager. Bei dieser Konzeption macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass die Aktuatorwelle eine genaue, definierte Lagerung aufweisen muss, insbesondere dann, wenn als Aktuator ein elektronisch kommutierter und damit bürstenloser Gleichstrommotor eingesetzt wird. Die sehr genaue Lagerung der Aktuatorwelle liegt in dem bevorzugt sehr klein bemessenen Luftspalt zwischen Rotor und dem Statorpaket begründet. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das lenkspindelseitige Lager der Aktuatorwelle in Bezug auf axiale Bewegungen als Festlager und das andere Lager der Aktuatorwelle als Loslager konzipiert ist. Die vorbeschriebene Lagerkonzeption der Aktuatoreinheit bzw. ihrer Aktuatorwelle hat des Weiteren zur Folge, dass die Lenkspindel querkraftfrei an die Aktuatorwelle angeschlossen ist. Entsprechend einfacher kann das lenkspindelseitige Lager der Aktuatorwelle ausgebildet sein. Eine solche Anbindung der Lenkspindel an die Aktuatorwelle hat ferner zum Vorteil, dass der zwischen den Rotorwicklungen und den Statorwicklungen befindliche Luftspalt extrem klein vorgesehen sein kann. Dieser beträgt vorzugsweise weniger als 0,5 mm, insbesondere weniger als 0,3 mm oder sogar weniger als 0,25 mm, wobei der Luftspalt durch den Abstand der äußeren Mantelfläche des Rotors von der inneren Mantelfläche des Statorpaketes definiert ist.In this actuator unit, the rigid connection between the actuator shaft and the steering spindle is in the foreground. The term "rigid connection" in the context of these embodiments is to be understood as meaning any connection in which a torque transmission from the actuator shaft to the steering spindle takes place without the interposition of elements subjected to a torque transmission of a torsion. This concept makes it possible to connect the steering spindle directly to the actuator shaft and thus without the interposition of special coupling members. This has a favorable effect on a reduced length and the system price. The rigid torque-locking connection of the steering shaft to the actuator shaft also makes it possible for the bearing of the actuator shaft to simultaneously represent the actuator-side bearing of the steering spindle. The steering spindle is then mounted in the region of its steering wheel side conclusion of a bearing and with its other end by the connection with the actuator shaft to the steering shaft facing the bearing of the actuator shaft. Such an actuator unit therefore requires only three bearings. In this conception, one makes use of the fact that the actuator shaft must have a precise, defined bearing, in particular when an electronically commutated and thus brushless DC motor is used as the actuator. The very accurate storage of the actuator shaft is due to the preferably very small sized air gap between the rotor and the stator. It is preferably provided that the steering shaft side bearing of the actuator shaft is designed with respect to axial movements as a fixed bearing and the other bearing of the actuator shaft as a floating bearing. The above-described bearing conception of the actuator unit or its actuator shaft furthermore has the consequence that the steering spindle is connected to the actuator shaft without transverse force. Correspondingly simpler the steering shaft side bearing of the actuator shaft may be formed. Such a connection of the steering shaft to the actuator shaft has the further advantage that the air gap located between the rotor windings and the stator windings can be provided extremely small. This is preferably less than 0.5 mm, in particular less than 0.3 mm or even less than 0.25 mm, wherein the air gap is defined by the distance of the outer circumferential surface of the rotor from the inner circumferential surface of the stator.

Die aktuatorwellenseitige Lagerung der Lenkspindel unter Ausnützung des lenkspindelseitigen Lagers der Aktuatorwelle ermöglicht es auch, den Anschluss des Führungs- oder Mantelrohrs der Lenkspindel an ein den Aktuator tragendes bzw. diesen mitbildendes Gehäuse vorzusehen, wobei eine Zentrierung ohne weiteres durch einen Zentrierflansch erfolgen kann. Aufgrund des großen Abstandes des an die Aktuatorwelle angeschlossenen Endes der Lenkspindel von ihrem oberen, lenkradseitigen Lager kann eine Zentrierung von Aktuatorwelle und Lenkspindel spannungsfrei erfolgen.The actuator shaft-side mounting of the steering spindle by utilizing the steering shaft side bearing of the actuator shaft also makes it possible to provide the connection of the guide or casing tube of the steering shaft to the actuator supporting or this mitbildendes housing, with a centering can be done easily by a centering. Due to the large distance of the connected to the actuator shaft end of the steering shaft of its upper, steering wheel side bearing centering of the actuator shaft and steering shaft can be done stress-free.

Um den typischen Anforderungen an die individuelle Einstellung eines Lenkrades zu genügen, kann die Lenkspindel und damit auch das Mantelrohr zweigeteilt ausgeführt sein, welche beiden Lenkspindelteile teleskopartig in axialer Richtung um einen bestimmten Bewegungsbetrag zum Einstellen der gewünschten Länge der Lenkspindel verstellbar sind. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Anschluss des unteren Lenkspindelteils an die Aktuatorwelle dergestalt ausgeführt, dass bei einem Herausziehen des oberen Lenkspindelteils von dem unteren Lenkspindelteil die Verbindung des unteren Lenkspindelteils zu der Aktuatorwelle nicht gelöst wird.In order to meet the typical requirements for the individual adjustment of a steering wheel, the steering shaft and thus the casing tube can be made in two parts, which two steering spindle parts are adjustable telescopically in the axial direction by a certain amount of movement to adjust the desired length of the steering shaft. In such an embodiment, the connection of the lower steering shaft portion is made to the actuator shaft such that upon withdrawal of the upper steering shaft portion of the lower steering shaft portion, the connection of the lower steering shaft portion is not solved to the actuator shaft.

Bei Vorsehen eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, den Aktuator in einem Aktuatorgehäuse anzuordnen, und zwar in einem solchen, das selbsttragend ist, so dass die Aktuatoreinheit mit einem oder auch mehreren Anbindungspunkten über das Aktuatorgehäuse am Chassis oder einem Rahmen des Fahrzeuges angeschlossen werden kann. Typischerweise wird man eine solche Aktuatoreinheit über eine Zweipunktlagerung fahrzeugseitig anschließen, wobei der eine Anbindungspunkt im Bereich des von dem Lenkrad entfernten Endes des Motorgehäuses und der andere Anbindungspunkt im Bereich des lenkradseitigen Endes des Mantelrohrs der Lenkspindel vorgesehen ist.When providing an electronically commutated DC motor, is provided according to a preferred embodiment, to arrange the actuator in an actuator housing, in such a self-supporting, so that the actuator unit with one or more attachment points on the actuator housing on the chassis or a frame of the Vehicle can be connected. Typically one becomes one connect such actuator unit on the vehicle side via a two-point mounting, wherein the one connection point is provided in the region of the end remote from the steering wheel of the motor housing and the other connection point in the region of the steering wheel side end of the jacket tube of the steering shaft.

Die Aktuatorwelle kann den Aktuator beidendig durchgreifend konzipiert sein, so dass das dem Anschluss an die Lenkspindel gegenüberliegende Ende aus dem Aktuatorgehäuse herausragt. Dieses Anschlussende der Aktuatorwelle kann zum Anschließen einer Rückfallmechanik oder weiterer Sensorik dienen.The actuator shaft can be designed to engage the actuator at both ends, so that the end opposite the connection to the steering spindle protrudes from the actuator housing. This connection end of the actuator shaft can be used to connect a fallback mechanism or other sensors.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. 1 zeigt in einer schematisierten Darstellung eine Aktuatoreinheit 1 für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung. Die Aktuatoreinheit 1 umfasst einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor 2 als Aktor. Der Rotor mit den Erregermagneten 3 des Motors 2 sitzt drehmomentschlüssig auf einer Aktuatorwelle 4. Die Statorwicklungen 5 befinden sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an der Innenseite eines Aktuatorgehäuses 6. Das Aktuatorgehäuse 6 ist tragend konzipiert und dient gleichfalls zum Halten der beiden Lager 7, 8 der Aktuatorwelle 4. Aufgrund der tragenden Ausführung des Aktuatorgehäuses 6 kann die Aktuatoreinheit 1 über einem dem Aktuatorgehäuse 6 zugeordneten Anbindungspunkt 9 fahrzeugseitig befestigt werden. Die Aktuatorwelle 4 weist an ihrem einen Ende einen als Hohlwelle ausgebildeten Kupplungsabschnitt 10 auf. Die Aktuatorwelle 4 ist durch das Lager 8 an der äußeren Mantelfläche des Kupplungsabschnittes 10 gelagert. Das Lager 8 ist in Bezug auf axiale Bewegungen der Aktuatorwelle 4 als Festlager konzipiert, während das Lager 7 diesbezüglich als Loslager ausgeführt ist. Die Aktuatorwelle 4 ragt mit ihrem dem Kupplungsabschnitt 10 gegenüberliegenden Ende aus dem Aktuatorgehäuse 6 heraus. Der aus dem Aktuatorgehäuse 6 herausragende Abschnitt der Aktuatorwelle 4 ist durch einen Kragen 11 eingefasst. Das diesbezügliche freie Ende der Aktuatorwelle 4 trägt zum Anschließen weiterer Aggregate eine Vielverzahnung 12.The invention is based on an embodiment with reference to the 1 described. 1 shows a schematic representation of an actuator unit 1 for a motor vehicle steer-by-wire steering device. The actuator unit 1 includes an electronically commutated DC motor 2 as an actor. The rotor with the exciter magnets 3 of the motor 2 sits torque-tight on an actuator shaft 4 , The stator windings 5 are in the illustrated embodiment on the inside of an actuator housing 6 , The actuator housing 6 is designed to support and also serves to hold the two bearings 7 . 8th the actuator shaft 4 , Due to the supporting design of the actuator housing 6 can the actuator unit 1 above a the actuator housing 6 associated connection point 9 be fastened on the vehicle side. The actuator shaft 4 has at its one end a trained as a hollow shaft coupling portion 10 on. The actuator shaft 4 is through the warehouse 8th on the outer lateral surface of the coupling section 10 stored. The warehouse 8th is with respect to axial movements of the actuator shaft 4 designed as a fixed bearing while the bearing 7 in this regard is designed as a floating bearing. The actuator shaft 4 sticks out with her the coupling section 10 opposite end of the actuator housing 6 out. The out of the actuator housing 6 outstanding section of the actuator shaft 4 is through a collar 11 edged. The related free end of the actuator shaft 4 contributes to the connection of other aggregates a Vielverzahnung 12 ,

Angeordnet innerhalb des Aktuatorgehäuses 6 ist des Weiteren ein Rotorlagesensor 13, der an eine Ansteuerelektronik 14 angeschlossen ist.Arranged inside the actuator housing 6 is furthermore a rotor position sensor 13 , to a control electronics 14 connected.

Die Aktuatoreinheit 1 verfügt des Weiteren über eine bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführte Lenkspindel 15. Das obere Lenkspindelteil 16 ist in einem oberen Mantelrohr 17 um seine Längsachse drehbar gelagert. Aus dem Mantelrohr 17 ragt das obere Lenkspindelteil mit einem Anschlussabschnitt 18 heraus. Dieser dient zum Anschließen eines in der Figur nicht näher dargestellten Lenkrades an die Lenkspindel 15. Im Bereich des lenkradseitigen Endes des Lenkspindelteils 16 ist die Lenkspindel 15 gegenüber dem Mantelrohr 17 durch ein Lager 19 gelagert.The actuator unit 1 Furthermore, it has a steering spindle which is in two parts in the illustrated embodiment 15 , The upper steering spindle part 16 is in an upper jacket tube 17 rotatably mounted about its longitudinal axis. From the jacket pipe 17 protrudes the upper steering shaft part with a connection section 18 out. This serves to connect a steering wheel not shown in detail in the figure to the steering shaft 15 , In the area of the steering wheel-side end of the steering spindle part 16 is the steering spindle 15 opposite the jacket pipe 17 through a warehouse 19 stored.

Mit dem oberen Lenkspindelteil 16 steht ein unteres Lenkspindelteil 20 unter Zwischenschaltung eines Gleitelementes 21 drehmomentschlüssig, jedoch in axialer Richtung gegeneinander bewegbar in Eingriff. Gleichermaßen ist das obere Mantelrohr 17 gegenüber einem unteren Mantelrohr 22 in axialer Richtung verstellbar. Aufgrund dieser Verbindung zwischen oberem Lenkspindelteil 16 und unterem Lenkspindelteil 20 und oberem Mantelrohr 17 und unterem Mantelrohr 22 kann das obere Lenkspindelteil 16 teleskopartig gegenüber dem unteren Lenkspindelteil 20 verstellt werden. Dieses dient zum individuellen Einrichten der Länge der Lenkspindel 15. An der Außenseite des oberen Mantelrohrs 17 befindet sich unter Zwischenschaltung eines für einen Crashfall vorgesehenen Gleitelementes 23 ein oberer Anbindungspunkt 24 für die Aktuatoreinheit 1.With the upper steering spindle part 16 is a lower steering shaft part 20 with the interposition of a sliding element 21 torque-locking, but in the axial direction against each other movably engaged. Equally, the upper jacket tube 17 opposite a lower jacket tube 22 adjustable in the axial direction. Due to this connection between the upper steering spindle part 16 and lower steering shaft part 20 and upper jacket tube 17 and lower casing 22 can the upper steering spindle part 16 telescopically with respect to the lower steering spindle part 20 be adjusted. This is used for individual adjustment of the length of the steering spindle 15 , On the outside of the upper casing pipe 17 is located with the interposition of a scheduled for a crash sliding element 23 an upper connection point 24 for the actuator unit 1 ,

Die Lenkspindel 15 ist mit ihrem unteren Endabschnitt 25 drehmomentschlüssig in den eine im Übrigen nicht näher dargestellte Innenverzahnung aufweisenden Kupplungsabschnitt 10 der Aktuatorwelle 4 eingesetzt und mittels eines Presssitzes innerhalb des Kupplungsabschnitts 10 fixiert. Somit ist die Lenkspindel 15 bzw. der untere Lenkspindelteil 20 drehmomentschlüssig und in axialer Richtung schlüssig mit der Aktuatorwelle 4 verbunden. Zum zentrierten Anschließen des unteren Mantelrohrs 22 an eine dem Aktuatorgehäuse 6 zugehörige Montageplatte 26 dient ein von der Montageplatte 26 abragender Zentrierflansch 27. Dieser greift ein in das zu der Montageplatte 26 hin offene untere Mantelrohr 22. Das Mantelrohr 22 trägt einen umlaufenden, nach außen abragenden Flansch 28, in den in Abständen Bohrungen zum Durchführen von Befestigungsschrauben zum Anschließen der Lenkspindel 15 den Aktuator 2 eingebracht sind.The steering spindle 15 is with its lower end section 25 torque-locking in an otherwise not shown internal teeth having coupling portion 10 the actuator shaft 4 used and by means of a press fit within the coupling section 10 fixed. Thus, the steering shaft 15 or the lower steering spindle part 20 torque-locking and in the axial direction conclusive with the actuator shaft 4 connected. For centered connection of the lower jacket pipe 22 to an actuator housing 6 associated mounting plate 26 serves one from the mounting plate 26 protruding centering flange 27 , This engages in the to the mounting plate 26 open lower jacket tube 22 , The jacket tube 22 carries a circumferential, outwardly projecting flange 28 in the holes at intervals for performing fastening screws for connecting the steering shaft 15 the actuator 2 are introduced.

Die Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung ist bezüglich der weiteren notwendigen Aggregate und Bestandteile im Übrigen nicht näher dargestellt. Der Lenkspindel 15 sind beispielsweise in 1 nicht dargestellte Drehwinkelsensoren zugeordnet, mit denen der über das Lenkrad in die Lenkspindel eingebrachte Drehwinkel erfasst wird. Weitere Sensoren, wie beispielsweise Drehmomentsensoren können ebenfalls vorhanden sein.Incidentally, the steer-by-wire steering device is not shown in greater detail with respect to the other necessary units and components. The steering spindle 15 are for example in 1 Not shown rotary angle sensors associated with which the introduced via the steering wheel in the steering shaft rotation angle is detected. Other sensors, such as torque sensors may also be present.

Zum Erzeugen eines auf die Lenkspindel und somit auf das Lenkrad wirkenden Fahrgefühls wird der Synchronmotor 2 über die Ansteuerelektronik 14 angesteuert, damit auf diese Weise unter Berücksichtigung des von dem Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels, der Geschwindigkeit und gegebenenfalls weiterer Faktoren ein der von dem Fahrer ausgeübten Lenkbewegung entgegenwirkendes Drehmoment in die Lenkspindel eingebracht wird. Algorithmen zum Ansteuern eines solchen Aktuators sind hinlänglich bekannt.The synchronous motor is used to generate a driving feel acting on the steering spindle and thus on the steering wheel 2 via the control electronics 14 controlled so that in this way, taking into account the predetermined by the driver steering angle, the speed and possibly other factors, one of the force exerted by the driver steering torque is introduced into the steering shaft. Algorithms for driving such an actuator are well known.

Die Beschreibung der Aktuatoreinheit, die als solche für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung beschrieben worden ist, macht deutlich, dass, wenn die Aktuatorwelle mechanisch an die zu lenkenden Räder unter Zwischenschaltung eines Lenkgetriebes angeschlossen ist, der Aktuator auch als Lenkkraft unterstützender Aktuator eingesetzt werden kann, so dass auch für eine solche Anwendung die zu der Aktuatoreinheit beschriebenen Vorteile zum Tragen kommen können.The description of the actuator unit, which has been described as such for a motor vehicle steer-by-wire steering device, makes it clear that when the actuator shaft is mechanically connected to the wheels to be steered with the interposition of a steering gear, the actuator also supporting as a steering force Actuator can be used, so that even for such an application, the advantages described for the actuator unit can come to fruition.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Aktuatoreinheitactuator
22
Synchronmotorsynchronous motor
33
Rotorrotor
44
Aktuatorwelleactuator shaft
55
Statorwicklungstator
66
Aktuatorgehäuseactuator housing
77
Lagerwarehouse
88th
Lagerwarehouse
99
Anbindungspunktaccess point
1010
Kupplungsabschnittcoupling section
1111
Kragencollar
1212
VielverzahnungMultiple grooves
1313
RotorlagesensorRotor position sensor
1414
Ansteuerelektronikcontrol electronics
1515
Lenkspindelsteering shaft
1616
Lenkspindelteil, oberesSteering spindle part, upper
1717
Mantelrohrcasing pipe
1818
Anschlussabschnittconnecting section
1919
Lagerwarehouse
2020
Lenkspindelteil, unteresSteering spindle part, lower
2121
GleitelementSlide
2222
Mantelrohrcasing pipe
2323
GleitelementSlide
2424
Anbindungspunktaccess point
2525
Endabschnittend
2626
Montageplattemounting plate
2727
Zentrierflanschcentering
2828
Flanschflange

Claims (10)

Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung, umfassend eine in einem Mantelrohr (17, 22) angeordnete, gegenüber diesem um ihre Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel (15), deren eines Ende zum drehmomentschlüssigen Anschließen eines Lenkrades ausgebildet ist, sowie einen Aktuator (2) mit einer durch den Aktuator (2) angetriebenen Aktuatorwelle (4), deren eines Ende drehmomentschlüssig an die Lenkspindel (15) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (15) starr an die in zwei Lagern (7, 8) gelagerte Aktuatorwelle (4) angeschlossen ist, wobei eines der beiden Lager (7) im Bereich des Anschlusses der Aktuatorwelle (4) an die Lenkspindel (15) angeordnet ist, und die Lenkspindel (15) infolge ihres starren Anschlusses an die Aktuatorwelle (4) aktuatorseitig über die Aktuatorwelle (4) gelagert ist.Actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device, comprising a steering shaft (15) arranged in a jacket tube (17, 22) and rotatable about its longitudinal axis, one end of which is designed for the torque-locking connection of a steering wheel, and one Actuator (2) with an actuator shaft (4) driven by the actuator (2), one end of which is connected to the steering spindle (15) in a torque-locking manner, characterized in that the steering spindle (15) is rigidly connected to the two bearings (7, 8 ) is arranged, wherein one of the two bearings (7) in the region of the connection of the actuator shaft (4) to the steering shaft (15) is arranged, and the steering shaft (15) due to its rigid connection to the actuator shaft (4 ) is mounted on the actuator side via the actuator shaft (4). Aktuatoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lenkspindelseitige Lager (8) der Aktuatorwelle (4) in axialer Richtung wirkend als Festlager und das andere Lager (7) der Aktuatorwelle (4) diesbezüglich als Loslager ausgeführt sind.Actuator after Claim 1 , characterized in that the steering spindle side bearing (8) of the actuator shaft (4) in the axial direction acting as a fixed bearing and the other bearing (7) of the actuator shaft (4) in this regard are designed as a floating bearing. Aktuatoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein bürstenloser Gleichstrommotor (2) ist.Actuator after Claim 1 or 2 , characterized in that the actuator is a brushless DC motor (2). Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) in einem als tragend konzipierten Aktuatorgehäuse (6) angeordnet ist, das über zumindest einen Anbindungspunkt (9) zum Befestigen des Aktuatorgehäuses (6) an dem Chassis oder Rahmen eines Fahrzeuges verfügt.Actuator unit according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the actuator (2) is arranged in an actuator housing (6) designed as a bearing, which has at least one connection point (9) for fastening the actuator housing (6) to the chassis or frame of a vehicle. Aktuatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die statorseitigen Wicklungen (5) des Motors (2) an der Innenseite des Aktuatorgehäuses (6) angeordnet sind.Actuator after Claim 4 , characterized in that the stator-side windings (5) of the motor (2) on the inside of the actuator housing (6) are arranged. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur starren Verbindung von Aktuatorwelle (4) und Lenkspindel (15) die Lenkspindel (15) mittels einer Presssitzverbindung an die Aktuatorwelle (4) angeschlossen ist.Actuator unit according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that for the rigid connection of the actuator shaft (4) and the steering spindle (15) the steering spindle (15) is connected by means of a press-fit connection to the actuator shaft (4). Aktuatoreinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Presssitzverbindung eine in Umfangsrichtung wirkende Verzahnung aufweist.Actuator after Claim 6 , characterized in that the press-fit connection has a circumferentially acting toothing. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (15) zweiteilig konzipiert ist und ein unteres Lenkspindelteil (20) sowie ein oberes Lenkspindelteil (16) umfasst, welche beiden Lenkspindelteile (16, 20) über ein in längsaxialer Richtung wirkendes Gleitlager (21) drehmomentschlüssig miteinander verbunden sind. Actuator unit according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the steering spindle (15) is designed in two parts and a lower steering spindle part (20) and an upper steering spindle part (16), which two steering spindle parts (16, 20) connected in a torque-locking manner via a slide bearing (21) acting in the longitudinal axial direction are. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das der Lenkspindel (15) zugeordnete Lager (19) im Bereich des lenkradseitigen Endes der Lenkspindel (15) angeordnet ist.Actuator unit according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the steering spindle (15) associated bearing (19) in the region of the steering wheel end of the steering shaft (15) is arranged. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorwelle (4) als Hohlwelle mit Innenverzahnung ausgeführt ist.Actuator unit according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the actuator shaft (4) is designed as a hollow shaft with internal toothing.
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