DE102017124388A1

DE102017124388A1 - Electromechanical steering actuator

Info

Publication number: DE102017124388A1
Application number: DE102017124388.7A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wübbolt-Gorbatenko; Manfred Kraus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-01-03

Abstract

Ein elektromechanischer Lenkungsaktuator, welcher sowohl für eine Vorderradlenkung als auch für eine Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeugs geeignet ist, weist ein Planetenwälzgetriebe (22) zur Verschiebung einer Spindel (2) auf. Das Planetenwälzgetriebe (22) umfasst eine mehrteilige Mutter (5) mit gegeneinander verspannten Mutterelementen (17,18), wobei jedes der Mutterelemente (17,18) direkt mit Planeten (4) des Planetenwälzgetriebes (22) zusammenwirkt.

An electromechanical steering actuator, which is suitable both for a front wheel steering and for a rear wheel steering of a motor vehicle, has a Planetenwälzgetriebe (22) for the displacement of a spindle (2). The Planetenwälzgetriebe (22) comprises a multi-part nut (5) with mutually braced nut members (17,18), wherein each of the nut elements (17,18) directly with planet (4) of the Planetenwälzgetriebes (22) cooperates.

Description

Die Erfindung betrifft einen ein Planetenwälzgetriebe umfassenden elektromechanischen Lenkungsaktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a planetary rolling gear comprehensive electromechanical steering actuator according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Lenkungsaktuator ist beispielsweise aus der DE 10 2012 212 608 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen elektronisch gesteuerten Aktuator für schwere Nutzfahrzeuge. Der Aktuator umfasst einen Elektromotor mit einem als Hohlwelle ausgeführten Rotor, welcher mit einer Spindelmutter gekoppelt ist.Such a steering actuator is for example from the DE 10 2012 212 608 A1 known. It is an electronically controlled actuator for heavy commercial vehicles. The actuator comprises an electric motor with a rotor designed as a hollow shaft, which is coupled to a spindle nut.

Eine weitere elektromotorisch betätigte Stelleinheit für die Räder einer Achse eines Kraftfahrzeugs, welche einen Planetenwälzgewindetrieb umfasst, ist der DE 10 2005 035 872 A1 offenbart. Es handelt sich hierbei um einen Aktuator, welcher zum Lenken der Hinterräder eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Ein Lenksystem der Fahrzeug-Vorderräder ist in diesem Fall als Überlagerungslenkung ausgebildet.Another motorized actuation unit for the wheels of an axle of a motor vehicle, which comprises a Planetenwälzgewindetrieb is the DE 10 2005 035 872 A1 disclosed. This is an actuator which is provided for steering the rear wheels of a vehicle. A steering system of the vehicle front wheels is formed in this case as superposition steering.

Ein weiterer Aktuator für eine Hinterachslenkung ist in der DE 38 36 255 C2 offenbart. Hierbei ist ein Planetengetriebe mit einem Kugelgewindetrieb derart kombiniert, dass eine Spindelmutter des Kugelgewindetriebs unter Zwischenschaltung des Planetengetriebes elektrisch angetrieben wird.Another actuator for a rear axle steering is in the DE 38 36 255 C2 disclosed. Here, a planetary gear is combined with a ball screw drive such that a spindle nut of the ball screw is electrically driven with the interposition of the planetary gear.

Die DE 100 11 140 A1 beschreibt eine rohrförmige, elektrisch unterstützte Lenkhilfe, welche mit einem Rollengewindetrieb arbeitet. Der Rollengewindetrieb umfasst Gewinderollen, an welchen sich Zahnkränze befinden, die in der Art einer geradeverzahnten Stirnradverzahnung ausgebildet sind. Es wird eine Auslegung des Rollengewindetriebs ohne Selbsthemmung empfohlen.The DE 100 11 140 A1 describes a tubular, electrically assisted power steering, which operates with a roller screw drive. The roller screw drive includes threaded rollers on which sprockets are formed, which are formed in the manner of a straight-toothed spur gear. An interpretation of the roller screw without self-locking is recommended.

Verschiedene Ausgestaltungen von Planetenwälzgewindetrieben sind in den Dokumenten DE 10 2010 011 819 A1 und DE 10 2010 011 820 A1 beschrieben. Planetenwälzgetriebe weisen stets Planten auf, welche einerseits mit einer Gewindespindel und andererseits mit einer Mutter zusammenwirken und zu diesem Zweck unterschiedlich profilierte Abschnitte aufweisen, wobei mindestens ein Abschnitt, typischerweise in Form eines Mittelabschnitts, mit der Gewindespindel zusammenwirkt und mindestens ein weiterer Abschnitt, in der Regel ein Paar an Endabschnitten, zur Zusammenwirkung mit der Mutter des Planetenwälzgewindetriebes vorgesehen ist.Various configurations of planetary roller screws are in the documents DE 10 2010 011 819 A1 and DE 10 2010 011 820 A1 described. Planetenwälzgetriebe always have Planten, which on the one hand cooperate with a threaded spindle and on the other hand with a nut and for this purpose have differently profiled sections, wherein at least a portion, typically in the form of a central portion, cooperates with the threaded spindle and at least one further portion, as a rule a pair of end portions is provided for cooperation with the nut of the planetary roller screw drive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lenkungsaktuator mit einem Planetenwälzgetriebe gegenüber dem Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei auch unter den Bedingungen der Serienfertigung eine besonders geringe Streuung der Produkteigenschaften erzielbar sein soll.The invention has for its object to further develop a steering actuator with a Planetenwälzgetriebe over the prior art, with a particularly low dispersion of product properties should be achieved even under the conditions of mass production.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektromechanischen Lenkungsaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Lenkungsaktuator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine als Gewindespindel ausgebildete Schubstange, welche mittels eines Planetenwälzgetriebes, der ebenfalls dem Lenkungsaktuator zuzurechnen ist, verschiebbar ist. Das Gewinde der Spindel erstreckt sich typischerweise nur über eine Teil deren Länge. Erfindungsgemäß weist das Planetengetriebe eine mehrteilige Mutter auf, welche mehrere, gegeneinander verspannte Mutterelemente umfasst. Hierbei wirkt jedes der Mutterelemente direkt mit den Planeten des Planetenwälzgetriebes zusammen.This object is achieved by an electromechanical steering actuator with the features of claim 1. The steering actuator comprises in known per se a concept designed as a threaded spindle push rod which by means of a Planetenwälzgetriebes, which is also attributable to the steering actuator, is displaceable. The thread of the spindle typically extends only over part of its length. According to the invention, the planetary gear on a multi-part nut, which comprises a plurality of mutually braced nut elements. In this case, each of the nut elements interacts directly with the planets of the Planetenwälzgetriebes.

Mit dieser Gestaltung ist auf einfache Weise eine Vorspannung des Planetenwälzgetriebes erzielbar, welche in einem vorgegebenen, definierten Bereich liegt. Mit der Vorspannung kann auf einfache Weise der Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes beeinflusst werden. Ein Wirkungsgrad unter 50%, welcher einer Selbsthemmung des Planetenwälzgetriebes entspricht, wird vorzugsweise eingestellt, falls der Lenkungsaktuator zur Lenkung der Hinterräder eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Handelt es sich dagegen um einen Lenkungsaktuator, welcher zur Lenkung der Vorderräder eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist, so wird vorzugsweise ein Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes von mehr als 50% eingestellt, was einer nicht selbsthemmenden Auslegung entspricht.With this design, a bias of the planetary gear can be achieved in a simple manner, which is in a predetermined, defined range. With the bias can be influenced in a simple way, the efficiency of Planetenwälzgetriebes. An efficiency below 50%, which corresponds to a self-locking of the Planetenwälzgetriebes, is preferably adjusted if the steering actuator is provided for steering the rear wheels of a motor vehicle. On the other hand, if it is a steering actuator, which is intended for steering the front wheels of a motor vehicle, preferably an efficiency of the planetary gear is set by more than 50%, which corresponds to a non-self-locking design.

Sowohl bei selbsthemmender als auch bei nicht selbsthemmender Auslegung des Planetenwälzgetriebes ist zwischen den Mutterelementen beispielsweise ein Distanzring angeordnet, welcher die Vorspannung einstellt. Zusätzlich zu einem Distanzring oder statt eines Distanzrings kann auch mindestens ein Federelement, beispielsweise in Form einer Tellerfeder oder eines Tellerfederpakets, eine - optional schaltbare - Vorspannung zwischen Mutterelementen und Planeten bewirken.Both self-locking and non-self-locking design of the Planetenwälzgetriebes a spacer ring is arranged between the nut elements, for example, which adjusts the bias. In addition to a spacer ring or instead of a spacer ring and at least one spring element, for example in the form of a plate spring or a disc spring package, a - optionally switchable - bias effect between parent elements and planets.

Unabhängig von der Auslegung des Planetenwälzgetriebes und der Art der Erzeugung einer Vorspannung kann die Mutter entweder direkt oder über ein Getriebe angetrieben sein. Im letztgenannten Fall kann als Getriebe ein Umschlingungsgetriebe, insbesondere in Form eines Riemengetriebes, vorgesehen sein. Ein Elektromotor, welcher ein Drehmoment in das Getriebe, welches als Untersetzungsgetriebe ausgelegt ist, einspeist, ist vorzugsweise in demselben Gehäuse angeordnet, in welchem sich auch das Planetenwälzgetriebe befindet. Sofern ein zusätzliches, über eine Lenksäule betätigbares Lenkgetriebe vorhanden ist, ist auch dessen Gehäuse vorzugsweise als Teil des Aktorgehäuses ausgebildet, in welchem sich der elektromechanische Lenkungsaktuator befindet.Regardless of the design of the Planetenwälzgetriebes and the manner of generating a bias, the mother can be driven either directly or via a transmission. In the latter case, a belt transmission, in particular in the form of a belt drive, can be provided as the transmission. An electric motor, which feeds a torque into the transmission, which is designed as a reduction gear, is preferably arranged in the same housing in which the Planetenwälzgetriebe is located. If an additional, via a steering column operable steering gear is present, and its housing is preferably formed as part of the actuator housing, in which the electromechanical steering actuator is located.

Der elektromechanische Lenkungsaktuator ist besonders für Personenkraftfahrzeuge und leicht Nutzfahrzeuge geeignet. Im Vergleich zu einem Gewindetrieb mit Trapezgewinde zeichnet sich der elektromechanische Lenkungsaktuator durch einen höheren Wirkungsgrad, im Vergleich zu einem Aktor mit Kugelgewindetrieb durch eine höhere Leistungsdichte und dementsprechend durch eine kompaktere Bauweise aus.The electromechanical steering actuator is particularly suitable for passenger cars and light commercial vehicles. Compared to a threaded drive with trapezoidal thread, the electromechanical steering actuator is characterized by a higher efficiency, compared to a ball screw actuator by a higher power density and accordingly by a more compact design.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 einen elektromechanischen Lenkungsaktuator für eine Vorderachslenkung,
2 einen elektromechanischen Lenkungsaktuator für eine Hinterachslenkung.

Two embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:

1 an electromechanical steering actuator for a front axle steering,
2 an electromechanical steering actuator for a rear axle steering.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Unless otherwise indicated, the following explanations refer to both embodiments. Corresponding or basically equivalent parts are indicated in both figures with the same reference numerals.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter elektromechanischer Lenkungsaktuator, kurz auch als Aktuator bezeichnet, umfasst eine Spindel 2, das heißt Gewindespindel, welche als Schubstange in einer Lenkung eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs fungiert. Ein Abschnitt der Spindel 2 ist als Formelement 3 mit einem Gewindegang ausgebildet. Das Formelement 3 ist in den Ausführungsbeispielen einstückig mit außenliegenden Abschnitten 15 der Spindel 2 verbunden. Ebenso könnte das Formelement 3 auf beliebige Weise fest mit gesonderten Abschnitten 15, die jeweils mit einem Rad des Kraftfahrzeugs zu koppeln sind, verbunden sein.A total with the reference numeral 1 characterized electromechanical steering actuator, also referred to as an actuator, comprises a spindle 2 , That is, threaded spindle, which acts as a push rod in a steering of a motor vehicle, not shown. A section of the spindle 2 is as a form element 3 formed with a thread. The form element 3 is in the embodiments in one piece with external sections 15 the spindle 2 connected. Likewise, the form element could 3 in any way fixed with separate sections 15 , which are each to be coupled to a wheel of the motor vehicle to be connected.

Die Spindel 2 ist Teil eines Planetenwälzgetriebes 22, welches weiter eine Anzahl Planeten 4 umfasst, die auch als Satelliten bezeichnet werden. Die Planeten 4 rollen in einer mehrteiligen Mutter 5 ab, welche fest mit einem zur Spindel 2 konzentrischen Riemenrad 6 verbunden ist. Das Riemenrad 6 bildet zusammen mit einem Riemen 7 und einem Motorritzel 9 ein Riemengetriebe 23. Das Motorritzel 9 ist identisch oder fest verbunden mit der Motorwelle eines Elektromotors 8. Der Elektromotor 8 befindet sich zusammen mit dem Planetenwälzgetriebe 22 in einem Aktorgehäuse 21. Die Spindel 2 ist mit Hilfe von Lagerstellen 14, welche als Wälz- oder Gleitlager ausgeführt sind, verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar, im Aktorgehäuse 21 geführt.The spindle 2 is part of a planetary gear train 22 , which continues a number of planets 4 which are also referred to as satellites. The planets 4 roll in a multipart mother 5 off, which stuck with one to the spindle 2 concentric pulley 6 connected is. The pulley 6 forms together with a belt 7 and a motor pinion 9 a belt transmission 23 , The motor pinion 9 is identical or permanently connected to the motor shaft of an electric motor 8th , The electric motor 8th is located together with the planetary gear 22 in an actuator housing 21 , The spindle 2 is with the help of bearings 14 , which are designed as rolling or plain bearings, displaceable, but not rotatable, in the actuator housing 21 guided.

Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist auf einem Abschnitt der Spindel 2 eine Verzahnung 10 erkennbar, welche mit einem Zahnrad 11 kämmt, das fest mit einer Lenksäule 12 verbunden ist. Das Zahnrad 11 bildet zusammen mit der Verzahnung 10 ein Lenkgetriebe 20. Dessen Gehäuse ist mit dem Aktorgehäuse 21 identisch. Das Aktorgehäuse 21 ist mehrteilig aufgebaut, wobei eine Gehäuseschale in beiden Figuren mit 13 bezeichnet ist.In the embodiment according to 1 is on a section of the spindle 2 a gearing 10 recognizable, which with a gear 11 meshes firmly with a steering column 12 connected is. The gear 11 forms together with the gearing 10 a steering gear 20 , Its housing is with the actuator housing 21 identical. The actuator housing 21 is constructed in several parts, with a housing shell in both figures with 13 is designated.

Der Lenkungsaktuator 1 ist im Fall von 1 nicht selbsthemmend ausgelegt. Dies bedeutet, dass die Lenkung mittels des Lenkgetriebes 20 auch dann betätigbar ist, wenn die Energieversorgung des Lenkungsaktuators 1 ausfällt.The steering actuator 1 is in the case of 1 not designed to be self-locking. This means that the steering by means of the steering gear 20 is also operable when the power supply of the steering actuator 1 fails.

Im Unterschied zur Auslegung nach 1 ist im Fall von 2 der Lenkungsaktuator 1 selbsthemmend ausgelegt. Dies bedeutet, dass der Lenkungsaktuator 1 in der momentanen Stellung verbleibt, sobald der Elektromotor 8 ausfällt.In contrast to the interpretation according to 1 is in the case of 2 the steering actuator 1 self-locking designed. This means that the steering actuator 1 remains in the current position as soon as the electric motor 8th fails.

In beiden Ausführungsformen umfasst die Mutter 5 zwei Mutterhälften 17, 18. Die Mutterhälften 17, 18 werden allgemein auch als Mutterelemente bezeichnet. Die Bezeichnung „Mutterhälften“ impliziert nicht zwangsläufig, dass beide Mutterhälften 17, 18 gleich groß sind. In jedem Fall wirkt jede Mutterhälfte 17, 18 mit einem Abschnitt eines jeden Planeten 4 zusammen. Jeder dieser Abschnitte weist eine Profilierung erster Art auf. Eine Profilierung zweiter Art, die ebenfalls durch jeden Planeten 4 gebildet ist, wälzt dagegen auf dem durch die Spindel 2 gebildeten Formelement 3 ab. Die Profilierungen erster Art haben keinen Kontakt zur Spindel 2.In both embodiments, the nut comprises 5 two mother halves 17 . 18 , The mother halves 17 . 18 are commonly referred to as mother elements. The term "mother half" does not necessarily imply that both mother halves 17 . 18 are the same size. In any case, each half of the mother works 17 . 18 with a section of each planet 4 together. Each of these sections has a profiling of the first kind. A profiling of the second kind, also through each planet 4 formed on the other hand rolls on the through the spindle 2 formed molding element 3 from. The profiles of the first kind have no contact with the spindle 2 ,

Die beiden Mutterhälften 17, 18 sind mit Hilfe eines Distanzrings 19 gegeneinander vorgespannt. Durch die Wahl der Vorspannung ist auf einfache Weise der Wirkungsgrad des Planetenwälzgetriebes 22 bestimmbar. Auf diese Weise ist ein weitestgehend gleicher Aufbau der Planetenwälzgetriebe 22 in beiden Ausführungsbeispielen trotz der grundlegenden Unterschiede, was die Selbsthemmung betrifft, realisierbar.The two mother halves 17 . 18 are using a spacer ring 19 biased against each other. By choosing the bias voltage is the efficiency of Planetenwälzgetriebes in a simple way 22 determinable. In this way, a largely identical structure of Planetenwälzgetriebe 22 in both embodiments, despite the fundamental differences in terms of self-locking feasible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: elektromechanischer Lenkungsaktuatorelectromechanical steering actuator
22: Spindelspindle
33: Formelementforming element
44: Satellit, PlanetSatellite, planet
55: Muttermother
66: Riemenradpulley
77: Riemenbelt
88th: Elektromotorelectric motor
9 9: Motorritzelpinion
1010: Verzahnunggearing
1111: Zahnradgear
1212: Lenksäulesteering column
1313: Gehäuseschaleshell
1414: Lagerstelledepository
1515: Außenliegender AbschnittOutboard section
1616: Lagerelementbearing element
1717: Mutterhälfte, MutterelementMother half, mother element
1818: Mutterhälfte, MutterelementMother half, mother element
1919: Distanzringspacer
2020: Lenkgetriebesteering gear
2121: Aktorgehäuseactuator housing
2222: PlanetenwälzgetriebePlanetenwälzgetriebe
2323: Riemengetriebebelt transmission

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012212608 A1 [0002]
DE 102005035872 A1 [0003]
DE 3836255 C2 [0004]
DE 10011140 A1 [0005]
DE 102010011819 A1 [0006]
DE 102010011820 A1 [0006]

Claims

Electromechanical steering actuator, having a spindle (2) which is displaceable by means of a Planetenwälzgetriebes (22), characterized in that the Planetenwälzgetriebe (22) comprises a multi-part, against each other strained nut members (17,18) comprising nut (5), each the mother elements (17,18) directly with planet (4) of the Planetenwälzgetriebes (22) cooperates.

Steering actuator after Claim 1 , characterized in that between the nut elements (17,18), a spacer ring (19) is arranged.

Steering actuator after Claim 1 or 2 , characterized in that the nut (5) via a gear (23) is driven.

Steering actuator after Claim 3 , characterized in that the transmission (23) is designed as a belt transmission, in particular belt transmission.

Steering actuator according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that it is designed as an actuator for steering the front wheels of a motor vehicle.

Steering actuator after Claim 5 , characterized in that it comprises an actuator housing (21), in which additionally a steering gear (20) is arranged.

Steering actuator after Claim 5 or 6 , characterized in that the Planetenwälzgetriebe (22) is designed as a non-self-locking gear.

Steering actuator according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that it is designed as an actuator for steering the rear wheels of a motor vehicle.

Steering actuator after Claim 8 , characterized in that the Planetenwälzgetriebe (8) is designed as a self-locking gear.