DE102017112710A1 - Actuator for a vehicle steering - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1) für eine Fahrzeuglenkung, umfassend ein Gehäuseelement (2) und ein relativ zu diesem in Richtung einer Ache (a) bewegliches Verschiebeelement (3), insbesondere eine Spindel, wobei die Bewegung des Verschiebeelements (3) relativ zum Gehäuseelement (2) durch einen elektrischen Antrieb mit einem Antriebselement (4) erfolgt, wobei die Verschiebebewegung des Verschiebeelements (3) durch einen Planetwälzgewindetrieb (5) erfolgt, der ein Hohlrad (6), das Verschiebeelement (3) und eine Anzahl Planeten (7) umfasst, die zwischen dem Hohlrad (6) und dem Verschiebeelement (3) angeordnet sind und die von einem Käfig (8) gehalten werden. Um einen präzisen und ruhigen Lauf des Aktuators zu gewährleisten, sieht die Erfindung vor, dass das Antriebselement (4) mit dem Käfig (8) drehfest verbunden ist und diesen um die Achse (a) dreht. The invention relates to an actuator (1) for a vehicle steering system, comprising a housing element (2) and a relative to this in the direction of an axis (a) movable displacement element (3), in particular a spindle, wherein the movement of the displacement element (3) relative to Housing element (2) by an electric drive with a drive element (4), wherein the displacement movement of the displacement element (3) by a planetary roller screw (5) takes place, a ring gear (6), the displacement element (3) and a number of planets (7 ), which are arranged between the ring gear (6) and the displacement element (3) and which are held by a cage (8). In order to ensure a precise and smooth running of the actuator, the invention provides that the drive element (4) with the cage (8) is rotatably connected and this about the axis (a) rotates.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine Fahrzeuglenkung, umfassend ein Gehäuseelement und ein relativ zu diesem in Richtung einer Ache bewegliches Verschiebeelement, insbesondere eine Spindel, wobei die Bewegung des Verschiebeelements relativ zum Gehäuseelement durch einen elektrischen Antrieb mit einem Antriebselement erfolgt, wobei die Verschiebebewegung des Verschiebeelements durch einen Planetwälzgewindetrieb erfolgt, der ein Hohlrad, das Verschiebeelement und eine Anzahl Planeten umfasst, die zwischen dem Hohlrad und dem Verschiebeelement angeordnet sind und die von einem Käfig gehalten werden.The invention relates to an actuator for a vehicle steering system, comprising a housing element and a movable relative to this in the direction of an axis sliding element, in particular a spindle, wherein the movement of the displacement element relative to the housing element by an electric drive with a drive element, wherein the displacement movement of the displacement element is performed by a planetary roller screw, which comprises a ring gear, the displacement element and a number of planets, which are arranged between the ring gear and the displacement element and which are held by a cage.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Ein gattungsgemäßer Aktuator ist aus der
Ziel ist es, bei einem solchen Aktuator sicherzustellen, dass im Betrieb des Planetenwälzgewindetriebes in Abhängigkeit des vom Antrieb aufgebrachten Drehwinkels ein präziser korrespondierender Linearvorschub erzeugt wird. Dabei wird es angestrebt, dass dies in möglichst geräuscharme Weise vom Aktuator realisiert wird.The aim is to ensure in such an actuator that in operation of the planetary roller according to the rotation angle applied by the drive, a precise corresponding linear feed is generated. It is desirable that this is realized in the quietest possible way from the actuator.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Aktuator so weiterzubilden, dass ein präziser und ruhiger Lauf desselben gewährleistet wird. Ferner wird hierbei ein möglichst kompakter Aufbau der Anordnung angestrebt.The present invention has for its object to develop a generic actuator so that a precise and smooth running of the same is guaranteed. Furthermore, the aim is a compact design of the arrangement as possible.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement mit dem Käfig drehfest verbunden ist und diesen um die Achse dreht.The solution of this problem by the invention is characterized in that the drive element is rotatably connected to the cage and this rotates about the axis.
Das Antriebselement ist bevorzugt als Riemenscheibe ausgebildet und koaxial zur Achse angeordnet.The drive element is preferably designed as a pulley and arranged coaxially with the axis.
Das Antriebselement kann dabei mit einer Hülse verbunden sein, wobei die Hülse in einem axialen Endbereich einen radial nach innen gerichteten Abschnitt aufweist, der mit dem Käfig verbunden ist. Das Antriebselement kann dabei mit der Hülse mittels eines Presssitzes zwischen Antriebselement und Hülse verbunden sein.The drive element can be connected to a sleeve, wherein the sleeve has an axially inwardly directed portion in an axial end region, which is connected to the cage. The drive element can be connected to the sleeve by means of a press fit between the drive element and sleeve.
Das Antriebselement kann auf dem Hohlrad mittels eines Wälzlagers drehbar gelagert sein. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass das Wälzlager als Nadellager ausgebildet ist. Das Nadellager ist dabei bevorzugt als Nadelhülse ausgebildet, die in eine radial innenliegende zylindrische Fläche der Hülse eingepresst ist.The drive element may be rotatably mounted on the ring gear by means of a rolling bearing. In this case, it is preferably provided that the rolling bearing is designed as a needle bearing. The needle bearing is preferably designed as a needle sleeve which is pressed into a radially inner cylindrical surface of the sleeve.
Im Bereich der Kontaktstelle zwischen der Hülse und dem Käfig kann ein Kunststoffring angeordnet sein.In the region of the contact point between the sleeve and the cage, a plastic ring may be arranged.
Zwischen dem Gehäuseelement und dem Hohlrad kann ein Wälzlager angeordnet sein, wobei dieses insbesondere als Vierpunktlager ausgeführt ist.Between the housing element and the ring gear, a rolling bearing may be arranged, this being designed in particular as a four-point bearing.
Die Hülse ist dabei bevorzugt mit dem Käfig mittels eines Umformvorgangs (insbesondere eines Umbördelungsvorgangs) und/oder mittels eines Schweißvorgangs verbunden.The sleeve is preferably connected to the cage by means of a forming process (in particular a beading process) and / or by means of a welding operation.
Das vorgeschlagene Konzept stellt also auf den Einsatz eines Planetwälzgewindetriebes ab, der als solches bei Lenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt ist, wobei vom Antrieb direkt der Käfig drehangetrieben wird. Da alle Planeten des Planetwälzgewindetriebes stets am Hohlrad bzw. an der Spindel im Eingriff sind, wird durch den direkten Antrieb des Käfigs ein präziser translatorischer Vorschub bei Aufbringung einer entsprechenden Drehbewegung gewährleistet, was sich gemäß der Gewindesteigung des Systems ergibt. Möglicher Schlupf der Planeten bleibt unbeachtlich. Das Drehmoment des Antriebs wird also direkt in den Planetenträger (d. h. in den Käfig) eingeleitet.Thus, the proposed concept is based on the use of a planetary roller screw drive, which is known as such in steering systems, in particular for motor vehicles, wherein the cage drives the cage directly from the drive. Since all planets of Planetwälzgewindetriebes always on the ring gear or on the spindle are engaged, a precise translational feed is ensured upon application of a corresponding rotational movement by the direct drive of the cage, resulting in accordance with the thread pitch of the system. Possible slippage of the planets remains irrelevant. The torque of the drive is thus introduced directly into the planet carrier (ie into the cage).
Bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung kann vorteilhaft auf eine zusätzliche Untersetzungsstufe des Planetengetriebes verzichtet werden.In the proposed embodiment can be advantageously dispensed with an additional reduction stage of the planetary gear.
Allerdings wird der Vorteil erzielt, dass infolge des Zwangsantriebs keine weiteren (sicherheitstechnisch relevanten) Redundanzen bei der elektronischen Steuerung des Lenkantriebs nötig sind. Weiterhin ist keine große radiale Vorspannung für den Planetenantrieb innerhalb des Planetwälzgewindetriebes nötig, da das System bei dem vorgeschlagenen Konzept synchron läuft.However, the advantage is achieved that due to the positive drive no further (safety relevant) redundancies in the electronic control of the steering drive are needed. Furthermore, no large radial bias is needed for the planetary drive within the planetary roller screw, since the system is synchronized in the proposed concept.
Vorteilhaft ist weiterhin eine erleichterte Antriebsumkehr, falls die elektrische Versorgung ausfällt und das Fahrzeug nur durch das Lenkrad ohne Lenkunterstützung manövrierbar bleiben muss.A further advantage is a simplified drive reversal, if the electrical supply fails and the vehicle must remain maneuverable only by the steering wheel without steering assistance.
Das Antriebsmoment des elektrischen Antriebs kommt beispielsweise von einem Elektromotor, der achsparallel zur Spindelachse (in diesem Falle per Zahnriemen zur Antriebsriemenscheibe) oder koaxial (zum Planetengetriebe) angeordnet sein kann.The drive torque of the electric drive comes, for example, from an electric motor, the axis-parallel to the spindle axis (in this case per toothed belt to the drive pulley) or coaxial (to the planetary gear) can be arranged.
Insbesondere bei achsparalleler Führung kann die Antriebsriemenscheibe auf der genannten Hülse (bevorzugt aus Blech) aufgepresst sein. In die Hülse kann eine Nadelhülse eingepresst sein, die für die radiale Lagerung der Riemenscheibe sorgt.In particular in the case of paraxial guidance, the drive belt pulley can be pressed onto the sleeve (preferably made of sheet metal). In the sleeve, a needle sleeve can be pressed, which ensures the radial bearing of the pulley.
Innerhalb der Hülse kann eine Kunststoffscheibe formschlüssig eingelegt sein. Eine Verbindung zwischen der Hülse und dem Käfig kann durch umgeformte Abschnitte des Käfigs bzw. der Hülse, durch Verstemmung bzw. Umbördelung oder durch Verschweißung (z. B. Laserverschweißung) erfolgen.Within the sleeve, a plastic disc can be inserted in a form-fitting manner. A connection between the sleeve and the cage can be made by reshaped sections of the cage or the sleeve, by caulking or by welding (eg laser welding).
Auf der axial gegenüberliegenden Seite des Käfigs kann gleichermaßen eine Kunststoffscheibe angeordnet sein, die zur oben genannten Kunststoffscheibe genau in derselben Orientierung montiert ist. Damit kann erreicht werden, dass alle Planeten parallel und im Umfang genau ausgerichtet zur Spindelachse geführt werden.On the axially opposite side of the cage may equally be arranged a plastic disc which is mounted to the above-mentioned plastic disc in exactly the same orientation. This can be achieved that all the planets are guided in parallel and in the circumference exactly aligned with the spindle axis.
Die Steigung der Spindel (d. h. des Verschiebeelements) wird groß genug gewählt, so dass der Planetwälzgewindetrieb nicht selbsthemmend ist; somit bleibt auch bei Ausfall der elektrischen Lenkung eine Betätigung der Lenkung möglich.The pitch of the spindle (i.e., the displacement member) is chosen to be large enough so that the planetary roller screw is not self-locking; Thus, even in case of failure of the electric steering actuation of the steering is possible.
Ein gutes Abrollverhalten der Planeten wird begünstigt, wenn das Hohlrad (Mutterring) durch ein Vierpunkt-Lager relativ zum Gehäuseelement gelagert wird. Dabei wird die Kippsteifigkeit erhöht, wenn die Lagerung als O-Lagerung ausgebildet wird.A good rolling behavior of the planets is favored when the ring gear (nut ring) is supported by a four-point bearing relative to the housing element. In this case, the tilting stiffness is increased when the storage is designed as an O-bearing.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird erreicht, dass unabhängig von einem Schlupf der Planeten nach einer Umdrehung des Planetenkäfigs eine präzise axiale relative Verschiebung zwischen der Mutter und der Spindel erzwungen wird, die genau der Steigung entspricht.With the proposed embodiment it is achieved that regardless of a slippage of the planet after a revolution of the planet cage a precise axial relative displacement between the nut and the spindle is forced, which corresponds exactly to the slope.
Figurenlistelist of figures
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1 im Radialschnitt einen Aktuator für die Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Vorschubbewegung, um hiermit eine Lenkbewegung auszuführen, und -
2 in perspektivischer Darstellung einen Käfig, der Bestandteil eines Planetenwälzgewindetriebes ist, der in dem Aktuator eingesetzt wird.
-
1 in radial section, an actuator for the conversion of a rotational movement in a translational feed motion, to thereby execute a steering movement, and -
2 in perspective view of a cage which is part of a Planetenwälzgewindetriebes, which is used in the actuator.
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
In
Der Aktuator
Hierfür ist ein Antrieb vorgesehen, von dem lediglich ein Antriebselement
Die Umwandlung der Drehbewegung der Riemenscheibe
Das Hohlrad
In vorteilhafter Weise fungiert das Hohlrad
Wesentlich ist, dass das Antriebselement
Hierzu ist im Ausführungsbeispiel eine Hülse
Der radial außen liegende Bereich der Hülse
Der radial nach innen reichende Abschnitt
Im Bereich des Übergangs bzw. der Befestigungsstelle von Käfig 8 und Hülse
Bei Betätigung der Riemenscheibe
Im Übrigen bietet die erläuterte Konstruktion einen sehr kompakten Aufbau der Anordnung und damit die Möglichkeit, auf engem Raum die benötigte Funktionalität unterzubringen.Incidentally, the illustrated construction provides a very compact structure of the arrangement and thus the ability to accommodate the required functionality in a confined space.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Aktuatoractuator
- 22
- Gehäuseelementhousing element
- 33
- Verschiebeelement (Spindel)Sliding element (spindle)
- 44
- Antriebselement (Riemenscheibe)Drive element (pulley)
- 55
- PlanetwälzgewindetriebPlanetwälzgewindetrieb
- 66
- Hohlrad (Mutterring)Ring gear (nut ring)
- 77
- Planetplanet
- 88th
- KäfigCage
- 99
- Hülseshell
- 1010
- Abschnitt der HülseSection of the sleeve
- 1111
- Wälzlager (Nadellager / Nadelhülse)Rolling bearings (needle bearing / needle sleeve)
- 1212
- KunststoffringPlastic ring
- 1313
- Wälzlager (Vierpunktlager)Rolling bearings (four point bearings)
- 1414
- KunststoffringPlastic ring
- 1515
- axialer Fortsatzaxial extension
- 1616
- Aufnahmetasche receiving pocket
- aa
- Achseaxis
- rr
- radiale Richtungradial direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012207005 A1 [0002, 0024]DE 102012207005 A1 [0002, 0024]
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