DE102009035309A1 - Steering gear for use in electric power steering system, has epicyclic gear whose inputs are drive-operatively connected to steering column and steering moment supporting unit respectively and output is drive-operatively connected to screw - Google Patents

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Abstract

The gear (1) has a screw drive (2) i.e. ball screw, comprising a rotating screw (5) and a threaded spindle (6) running in the rotating screw. The spindle is axially adjustable along a spindle longitudinal axis by rotating the rotating screw. An epicyclic gear i.e. planetary gear (28), is provided with two inputs (15, 16) and an output (18). The inputs are drive-operatively connected with a steering column (11) and a steering moment supporting unit (3) respectively. The output is drive-operatively connected with the rotating screw.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe mit elektrischer Lenkmomentunterstützung umfassend einen Gewindetrieb, der eine Umlaufmutter und eine in der Umlaufmutter laufende Gewindespindel umfasst, die durch Verdrehen der Umlaufmutter entlang einer Spindellängsachse axial verschiebbar ist, eine Lenkmomentunterstützungseinheit und ein Umlaufgetriebe mit zumindest einem ersten und einem zweiten Eingang sowie einem Ausgang.The The present invention relates to a steering gear with electric Including steering torque assistance a screw, the one Umlaufmutter and one in the nut Running threaded spindle includes, by turning the nut along a spindle axis axially displaceable, a steering torque assist unit and a planetary gear with at least a first and a second input and a Output.

Das erfindungsgemäße System baut auf einer elektrisch angetriebenen Zahnstangenlenkung auf. Bekannte am Markt befindliche Lenksysteme dieser Art bestehen aus einem, auch aus hydraulischen Lenkungen bekannten Ritzel-Zahnstangen Getriebe und einer zusätzlichen Motor-Getriebeeinheit zur entsprechenden Lenkmomentunterstützung (EPS-Funktion = Electric Power Steering). Weiterhin sind auch Systeme mit Gewindetrieb zur Umwandlung der Drehbewegung einer Lenksäule in eine Hubbewegung der Zahnstange bekannt.The inventive system builds on an electrically driven rack and pinion steering. Known on the market steering systems of this type consist of a, also known from hydraulic steering pinion rack gears and an additional one Engine transmission unit for the corresponding steering torque support (EPS function = Electric Power Steering). Furthermore, systems with screw to convert the Rotary movement of a steering column in a stroke movement of the rack known.

Wird über die Momentenunterstützung hinaus auch eine Winkelüberlagerung (EAFS-Funktion = Electric Active Front Steering) gewünscht, umfassen bestehende Systeme meist zusätzlich zum eigentlichen Lenkgetriebe eine separierten Motor-Getriebe Einheit.Will about the torque assistance In addition, an angle overlay (EAFS function = Electric Active Front Steering) existing systems usually in addition to the actual steering gear a separate engine-gear unit.

Bauraum, Gewicht und Kosten von bekannten EPS-Lenksystemen, insbesondere von solchen mit EAFS-Funktion sind daher oftmals relativ groß bzw. hoch.space, Weight and cost of known EPS steering systems, in particular Of those with EAFS function are therefore often relatively large or high.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art anzugeben, das einen einfachen Aufbau besitzt, kostengünstig herstellbar ist und nur einen geringen Bauraum benötigt.It An object of the present invention is a steering gear of specify the type mentioned above, which has a simple structure, economical can be produced and requires only a small space.

Ausgehend von einem Lenkgetriebe der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Eingang mit einer Lenksäule antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist, dass der zweite Eingang mit der Lenkmomentunterstützungseinheit antriebswirksam verbunden ist und dass der Ausgang mit der Umlaufmutter antriebswirksam verbunden ist.outgoing From a steering gear of the type mentioned is this task according to the invention thereby solved, that the first input is drivingly connected to a steering column or connectable to the second input with the steering torque assist unit is drivingly connected and that the output with the circulating nut drive effective connected is.

Bereits bei einer Ausführung ohne EAFS-Funktion wird bei dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe auf die Verwendung von zwei parallelen Getrieben (Ritzel-Zahnstange und Gewindetrieb) verzichtet, so dass die bei den bekannten Systemen erforderliche Zahnstangenverzahnung samt Antriebsritzel vollständig entfallen kann.Already in one execution without EAFS function is in the steering gear according to the invention to use of two parallel gears (pinion rack and screw drive), so that required in the known systems rack and pinion complete with drive pinion can be omitted.

Bei der erweiterten Ausführung der Erfindung (EPS- und EAFS-Funktion) wird durch Implementierung nur eines zusätzlichen Motors bei geringen Anpassungen, die Winkelüberlagerung direkt im eigentlichen Lenkgetriebe ermöglicht. Es ist also im Gegensatz zu den bekannten Systemen nur eine Getriebeeinheit für EPS- und EAFS-Funktion in einem gemeinsamen Lenkgetriebe nötig, wobei durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Ein- und Ausgänge des Umlaufgetriebes die Komplexität gegenüber bekannten Systemen deutlich verringert werden kann. Durch diese Reduktion von Komplexität können Bauraum, Gewicht und Kosten von bekannten EPS Lenksystemen, insbesondere von solchen mit EAFS-Funktion verringert werden. Dabei bleiben bei der erfindungsgemäßen elektromechanischen Hilfskraftlenkung die funktionalen Eigenschaften bekannter System (Dynamikanforderungen, max. Spurstangenkräfte, etc.) erhalten.at the extended version invention (EPS and EAFS function) is implemented only one additional Motors with minor adjustments, the angle overlay directly in the actual Steering gear allows. So it is in contrast to the known systems, only one gear unit for EPS and EAFS function needed in a common steering gear, taking by the interconnection according to the invention the inputs and outputs of the planetary gear the complexity compared to known systems clearly can be reduced. Due to this reduction in complexity, installation space, Weight and cost of known EPS steering systems, in particular be reduced by those with EAFS function. Stay with the Electromechanical according to the invention Power steering the functional characteristics of known system (Dynamic requirements, maximum tie rod forces, etc.) received.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigen:The Invention will now be described with reference to an embodiment with reference closer to the drawing described; in this show:

1 ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe und 1 an inventive steering gear and

2 das Lenkgetriebe nach 1 mit eingezeichneten Lastpfaden. 2 the steering gear after 1 with marked load paths.

1 zeigt ein Lenkgetriebe 1, das einen Gewindetrieb 2, eine Lenkmomentunterstützungseinheit 3 sowie eine Lenkwinkelstelleinheit 4 umfasst. Der Gewindetrieb 2 umfasst eine in einer Kugelumlaufmutter 5 laufende Kugelumlaufspindel 6, die durch Verdrehen der Kugelumlaufmutter 5 gemäß einem Pfeil 7 in axialer Richtung verschoben wird. An den beiden Enden der Kugelumlaufspindel 6 ist je eine Spurstange 8 angelenkt, so dass beim Verschieben der Kugelumlaufspindel 6 an die Spurstangen 8 angelenkte Räder 9 verschwenkt werden. 1 shows a steering gear 1 that a screw drive 2 a steering torque assist unit 3 and a steering angle adjusting unit 4 includes. The screw drive 2 includes one in a recirculating ball nut 5 running ball screw 6 By turning the recirculating ball nut 5 according to an arrow 7 is moved in the axial direction. At the two ends of the ball screw 6 is ever a tie rod 8th hinged so that when moving the ball screw 6 to the tie rods 8th hinged wheels 9 be pivoted.

Zum Antreiben der Kugelumlaufspindel 6 ist ein Lenkrad 10 über eine Lenksäule 11 an einer Lenkgelenkwelle 12 angelenkt, an deren Ende ein Kegelrad 13 drehfest angeordnet ist. An der Lenksäule 11 ist ein Drehmomentsensor 14 vorgesehen, mit dem das auf die Lenksäule 11 wirkende Drehmoment erfasst wird.For driving the ball screw 6 is a steering wheel 10 over a steering column 11 on a steering shaft 12 hinged, at the end of a bevel gear 13 is arranged rotationally fixed. At the steering column 11 is a torque sensor 14 provided with that on the steering column 11 acting torque is detected.

Das Lenkrad 10, die Lenkmomentunterstützungseinheit 3 sowie die Lenkwinkelstelleinheit 4 sind jeweils mit Eingängen 15, 16, 17 eines gemeinsamen, koaxial zu der Kugelumlaufspindel 6 angeordneten Planetengetriebes 28 verbunden, während der Ausgang 18 des Planetengetriebes 28 mit der Kugelumlaufmutter 5 verbunden ist.The steering wheel 10 , the steering torque assist unit 3 and the steering angle adjusting unit 4 are each with inputs 15 . 16 . 17 a common, coaxial with the ball screw 6 arranged planetary gear 28 connected while the output 18 of the planetary gear 28 with the ball nut 5 connected is.

Der erste Eingang 15 des Planetengetriebes 28 wird durch ein erstes Hohlrad 19 gebildet das eine mit dem Kegelrad 13 in Eingriff stehende Außenverzahnung aufweist. Diese bildet zusammen mit dem Kegelrad 13 einen als Kegelradtrieb 20 ausgebildeten Primärtrieb des Lenkgetriebes 1. Um eine spielfreie Übertragung zu erreichen, ist der Kegelradtrieb 20 mechanisch vorgespannt.The first entrance 15 of the planetary gear 28 is through a first ring gear 19 formed the one with the bevel gear 13 having engaging external teeth. This forms together with the bevel gear 13 one as a bevel gear drive 20 trained primary drive of the steering gear 1 , To achieve a backlash-free transmission, the bevel gear drive 20 mechanically prestressed.

Das erste Hohlrad 19 ist mit einem ersten Planetenradabschnitt 21 eines Planetenrades 22 in Eingriff, das drehbar an einem Planetenradträger 23 gelagert ist. Das Planetenrad 22 umfasst einen zweiten Planetenradabschnitt 24, der drehfest, z. B. einstückig, mit dem ersten Planetenradabschnitt 21 ausgebildet ist. Bevorzugt besitzt der zweite Planetenradabschnitt 24 einen größeren Durchmesser mit einer größeren Zähnezahl als der erste Planetenradabschnitt 21.The first ring gear 19 is with a first planetary gear section 21 a planetary gear 22 engaged, rotatably mounted on a planet carrier 23 is stored. The planet wheel 22 includes a second Planetenradabschnitt 24 , the rotatable, z. B. in one piece, with the first Planetenradabschnitt 21 is trained. Preferably, the second Planetenradabschnitt has 24 a larger diameter with a larger number of teeth than the first Planetenradabschnitt 21 ,

Der Planetenradträger 23 ist drehfest mit der Kugelumlaufmutter 5 verbunden, so dass eine Drehbewegung des Lenkrads 10 über das Kegelradtrieb 20, das erste Hohlrad 19, das Planetenrad 22 und den Planetenradträger 23 auf die Kugelumlaufmutter 5 übertragen wird.The planet carrier 23 is rotatable with the ball nut 5 connected, allowing a rotational movement of the steering wheel 10 via the bevel gear drive 20 , the first ring gear 19 , the planetary gear 22 and the planet carrier 23 on the ball nut 5 is transmitted.

Der zweite Planetenradabschnitt 24 kämmt zum einem mit einem Sonnenrad 25 und zum anderen mit einem zweiten Hohlrad 26. Das Sonnenrad 25 bildet den zweiten Eingang 16 des Planetengetriebes 28 und ist drehfest mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 27 eines Elektromotors 29 verbunden, der koaxial zur Kugelumlaufspindel angeordnet ist. Der Elektromotor 29 ist Teil der Lenkmomentunterstützungseinheit 3 und wird in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Drehmomentsensors 14 durch eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert.The second planetary gear section 24 combs with a sun wheel 25 and on the other with a second ring gear 26 , The sun wheel 25 forms the second entrance 16 of the planetary gear 28 and is non-rotatable with a drive shaft designed as a hollow shaft 27 an electric motor 29 connected, which is arranged coaxially with the ball screw. The electric motor 29 is part of the steering torque assist unit 3 and becomes dependent on the output signals of the torque sensor 14 controlled by a control unit, not shown.

Das zweite Hohlrad 26 bildet den dritten Eingang 17 des Planetengetriebes 28 und ist über eine Außenverzahnung mit einem Antriebsritzel 30 eines Elektromotors 31 in Eingriff, der die Lenkwinkelstelleinheit 4 bildet und je nach Fahrsituation durch eine entsprechende nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert wird.The second ring gear 26 forms the third entrance 17 of the planetary gear 28 and is about an external toothing with a drive pinion 30 an electric motor 31 engaged, the steering angle adjusting unit 4 forms and is driven by a corresponding control unit, not shown, depending on the driving situation.

Durch den Elektromotor 29 kann über das Sonnenrad 25, das Planetenrad 22 und den Planetenradträger 23, zusätzlich zu dem über das Lenkrad 10 aufgebrachte Drehmoment, ein unterstützendes Drehmoment auf die Kugelumlaufmutter 5 übertragen werden. Bei still stehendem Elektromotor 31 besteht dabei eine feste Übersetzung zwischen dem Lenkrad 10 und der Kugelumlaufmutter 5. Bei Aktivierung des Elektromotors 31 wird diese feste Übersetzung aufgebrochen und es erfolgt über das zweite Hohlrad 26, das Planetenrad 22 und den Planetenradträger 23 eine Lenkwinkelüberlagerung, so dass sich der Drehwinkel der Kugelumlaufmutter, je nach Drehrichtung des Elektromotors 31, bei gleich bleibendem Drehwinkel des Lenkrades 10 vergrößert oder verkleinert, da das Planetengetriebe 28 als Summiergetriebe bzw. Planetendifferenzgetriebe wirkt.By the electric motor 29 can over the sun gear 25 , the planetary gear 22 and the planet carrier 23 , in addition to that via the steering wheel 10 Applied torque, a supporting torque on the ball nut 5 be transmitted. With the electric motor stopped 31 There is a fixed ratio between the steering wheel 10 and the recirculating ball nut 5 , When activating the electric motor 31 this fixed ratio is broken up and it takes place via the second ring gear 26 , the planetary gear 22 and the planet carrier 23 a steering angle superposition, so that the angle of rotation of the ball nut, depending on the direction of rotation of the electric motor 31 , at the same angle of rotation of the steering wheel 10 enlarged or reduced, because the planetary gear 28 acts as summing or planetary differential gear.

In 2 sind die Lastpfade des Systems eingezeichnet. Bei vollständigem Entfall eines konventionellen Ritzel-Zahnstangen-Primärtriebes verläuft der erste Lastpfad 32 vom Lenkrad 10 kommend über den Kegelradtrieb 20, den Eintrieb über das erste Hohlrad 19 und den Abtrieb über den Planetenradträger 23 auf den Gewindetrieb 2 zur Umwandlung der Drehbewegung in eine Hubbewegung der Kugelumlaufspindel. Diese leitet in weiterer Folge die Bewegung und Kräfte über die Spurstangen 8 an die Räder 9 weiter. Der zweite Lastpfad 33 zur eigentlichen Momentenunterstützung (EPS-Funktion) verläuft vom Hohlwellenmotor (Elektromotor 29) kommend über das Sonnenrad 25 in das Planetenrad 22 eintreibend und wiederum über den Planetenradträger 23 auf den Gewindetrieb 2. Die optionale Winkelüberlagerung (EAFS-Funktion) wird durch einen dritten Lastpfad 34 erreicht, der ausgehend von dem Elektromotor 31 über das zweite Hohlrad 26 des bereits für die EPS-Funktion verwendeten Differentialplanetengetriebes 28 verläuft und, mit Abstützung über das erste Hohlrad 19 und den Kegelradtrieb 20 an dem Lenkrad 10, letztlich eine Lenkwinkelvergrößerung oder -verkleinerung an der Kugelumlaufmutter 5 bewirkt.In 2 the load paths of the system are shown. With complete elimination of a conventional pinion-rack primary drive, the first load path runs 32 from the steering wheel 10 coming over the bevel gear drive 20 , the input via the first ring gear 19 and the output via the planet carrier 23 on the screw drive 2 for converting the rotational movement into a lifting movement of the ball screw. This leads subsequently the movement and forces on the tie rods 8th to the wheels 9 further. The second load path 33 for actual torque support (EPS function) runs from the hollow shaft motor (electric motor 29 ) coming over the sun wheel 25 in the planet 22 driving in and over the planet carrier 23 on the screw drive 2 , The optional angle overlay (EAFS function) is provided by a third load path 34 achieved, starting from the electric motor 31 over the second ring gear 26 of the differential planetary gear already used for the EPS function 28 runs and, with support over the first ring gear 19 and the bevel gear drive 20 on the steering wheel 10 , ultimately a steering angle increase or decrease on the ball nut 5 causes.

Claims (10)

Lenkgetriebe mit elektrischer Lenkmomentunterstützung umfassend – einen Gewindetrieb (2), der eine Umlaufmutter (5) und eine in der Umlaufmutter (5) laufende Gewindespindel (6) umfasst, die durch Verdrehen der Umlaufmutter (5) entlang einer Spindellängsachse axial verschiebbar ist, – eine Lenkmomentunterstützungseinheit (3) und – ein Umlaufgetriebe (28) mit zumindest einem ersten (15) und einem zweiten (16) Eingang sowie einem Ausgang (18), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (15) mit einer Lenksäule (11) antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist, dass der zweite Eingang (16) mit der Lenkmomentunterstützungseinheit (3) antriebswirksam verbunden ist und dass der Ausgang (18) mit der Umlaufmutter (5) antriebswirksam verbunden ist.Steering gear with electric steering torque assistance comprising - a screw drive ( 2 ), which has a circulating nut ( 5 ) and one in the nut ( 5 ) running threaded spindle ( 6 ) by turning the nut ( 5 ) is axially displaceable along a spindle longitudinal axis, - a steering torque assist unit ( 3 ) and - a planetary gear ( 28 ) with at least a first ( 15 ) and a second ( 16 ) Input as well as an output ( 18 ), characterized in that the first input ( 15 ) with a steering column ( 11 ) is operatively connected or connectable, that the second input ( 16 ) with the steering torque assist unit ( 3 ) is drivingly connected and that the output ( 18 ) with the nut ( 5 ) is drivingly connected. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkmomentunterstützungseinheit (3) konzentrisch zu der Gewindespindel (6) angeordnet ist.Steering gear according to claim 1, characterized in that the steering torque assist unit ( 3 ) concentric with the threaded spindle ( 6 ) is arranged. Lenkgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkmomentunterstützungseinheit (3) einen Elektromotor (29) umfasst.Steering gear according to claim 2, characterized in that the steering torque assistance unit ( 3 ) an electric motor ( 29 ). Lenkgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgetriebe (28) einen dritten Eingang (17) umfasst und dass der dritte Eingang (17) mit einer Lenkwinkelstelleinheit (4) antriebswirksam verbunden ist.Steering gear according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the planetary gear ( 28 ) a third input ( 17 ) and that the third input ( 17 ) with a steering angle adjusting unit ( 4 ) is drivingly connected. Lenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelstelleinheit (4) einen Elektromotor (31) umfasst.Steering gear according to claim 4, characterized in that the steering angle adjusting unit ( 4 ) an electric motor ( 31 ). Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule (11) über ein insbesondere vorgespanntes Getriebeelement, insbesondere ein Kegelrad (13), mit dem ersten Eingang (15) verbunden ist.Steering gear according to at least one of the preceding claims, characterized in that the steering column ( 11 ) via a particular biased transmission element, in particular a bevel gear ( 13 ), with the first entrance ( 15 ) connected is. Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindetrieb (2) als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist.Steering gear according to at least one of the preceding claims, characterized in that the screw drive ( 2 ) is designed as a ball screw. Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgetriebe als Planetengetriebe (28) ausgebildet ist.Steering gear according to at least one of the preceding claims, characterized in that the planetary gear as a planetary gear ( 28 ) is trained. Lenkgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (28) ein erstes Hohlrad (19), zumindest ein an einem Planetenradträger (23) gelagertes Planetenrad (22) und ein Sonnenrad (25) umfasst, wobei das Planetenrad (22) sowohl mit dem ersten Hohlrad (19) als auch mit dem Sonnenrad (25) kämmt und das erste Hohlrad (19) den ersten Eingang (15), das Sonnenrad (25) den zweiten Eingang (16) und der Planetenradträger (23) den Ausgang (18) des Planetengetriebes (28) bildet.Steering gear according to claim 8, characterized in that the planetary gear ( 28 ) a first ring gear ( 19 ), at least one on a planet carrier ( 23 ) stored planetary gear ( 22 ) and a sun wheel ( 25 ), wherein the planetary gear ( 22 ) with both the first ring gear ( 19 ) as well as with the sun wheel ( 25 ) meshes and the first ring gear ( 19 ) the first entrance ( 15 ), the sun wheel ( 25 ) the second input ( 16 ) and the planet carrier ( 23 ) the output ( 18 ) of the planetary gear ( 28 ). Lenkgetriebe nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Planentenrad (22) als Doppelplanetenrad mit zwei Planetenradabschnitten (21, 24) mit insbesondere unterschiedlichen Verzahnungen ausgebildet ist, dass das erste Hohlrad (19) mit dem ersten Planetenradabschnitt (21) kämmt, dass ein zweites Hohlrad (26) vorgesehen ist, das mit dem zweiten Planetenradabschnitt (24) kämmt, und dass das zweite Hohlrad (26) den dritten Eingang (17) des Planetengetriebes (28) bildet.Steering gear according to claim 4 and 9, characterized in that the planetary gear ( 22 ) as Doppelplanetenrad with two Planetenradabschnitten ( 21 . 24 ) is formed with in particular different toothings that the first ring gear ( 19 ) with the first planetary gear section ( 21 ) meshes that a second ring gear ( 26 ) provided with the second Planetenradabschnitt ( 24 ) meshes, and that the second ring gear ( 26 ) the third entrance ( 17 ) of the planetary gear ( 28 ).
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