DE102018115908A1

DE102018115908A1 - Steering wheel unit for detecting a steering movement of a steering wheel for an electromechanical steering system

Info

Publication number: DE102018115908A1
Application number: DE102018115908.0A
Authority: DE
Inventors: Adrian Husu; Marius-Constantin Costache; Mihai Achim; Mihaly Kovacs; Marian-Nicolae Velea
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkradeinheit (1) zur sensorischen Erfassung einer Lenkbewegung eines Lenkrades (4) für ein elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen im Bereich einer Lenkradwelle (3) des Lenkrades (4) angeordneten Lenkbewegungssensor (21) zur Erfassung der Lenkradstellung, sowie Krafterzeugungsmittel zur Beaufschlagung des Lenkrades (4) mit einer mechanischen Rückmeldungskraft über den aktuellen Lenk- und/oder Fahrzustand an den Fahrer, wobei die Krafterzeugungsmittel eine auf einem Außengewindeabschnitt (10) der Lenkradwelle (3) axial verstellbar angeordnete Lenkwellenmutter (11) umfassen, die stirnseitig von je mindestens einer koaxial hierzu angeordneten Linearfeder (16a, 16b) derart kraftbeaufschlagt ist, dass mit zunehmender von der Geradeausfahrt abweichender Verstellung des Lenkrades (4) eine ansteigendes Rückstellkraft am Lenkrad (4) zur Rückmeldung eines radeinschlagbezogenen Lenkzustandes an den Fahrer erzeugbar ist.The invention relates to a steering wheel unit (1) for sensory detection of a steering movement of a steering wheel (4) for an electromechanical steering system of a motor vehicle, comprising a steering movement sensor (21) arranged in the area of a steering wheel shaft (3) of the steering wheel (4) for detecting the steering wheel position, and Force generating means for applying a mechanical feedback force to the driver via the current steering and / or driving state to the steering wheel (4), the force generating means comprising a steering shaft nut (11) axially adjustable on an external thread section (10) of the steering wheel shaft (3) The front of each at least one coaxial linear spring (16a, 16b) is subjected to such force that with increasing adjustment of the steering wheel (4) that deviates from driving straight ahead, an increasing restoring force on the steering wheel (4) can be generated to report back to the driver a steering-wheel-related steering state.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkradeinheit zur sensorischen Erfassung einer Lenkbewegung eines Lenkrades für ein elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeuges. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein elektromechanisches Lenksystem, welches eine derartige Lenkradeinheit umfasst.The invention relates to a steering wheel unit for sensory detection of a steering movement of a steering wheel for an electromechanical steering system of a motor vehicle. Furthermore, the invention also relates to an electromechanical steering system which comprises such a steering wheel unit.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf sogenannte Steer-by-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge, bei denen keine direkte mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs besteht. Stattdessen wird über eine geeignete Sensorik der Lenkwinkel und gegebenenfalls auch die Drehgeschwindigkeit des Lenkrads und/oder das auf das Lenkrad aufgebrachte Drehmoment erfasst und in Form eines elektrischen Stellwerts auf eine elektromechanische Lenkaktuatoreinheit übertragen, welche das elektrisch vorgegebene Lenksignal in eine mechanische Verstellung des Lenkausschlags der Räder einer lenkbaren Fahrzeugachse umsetzt.The field of application of the invention extends to so-called steer-by-wire steering systems for motor vehicles, in which there is no direct mechanical coupling between the steering wheel and the steered wheels of the motor vehicle. Instead, the steering angle and possibly also the speed of rotation of the steering wheel and / or the torque applied to the steering wheel is recorded via a suitable sensor system and transmitted in the form of an electrical control value to an electromechanical steering actuator unit, which converts the electrically specified steering signal into a mechanical adjustment of the steering wheel deflection a steerable vehicle axle.

Bei diesen elektromechanischen Lenksystemen entfällt somit die unmittelbar mechanische Rückmeldung über den tatsächlich ausgeführten Lenkausschlag der Räder, welche bei mechanisch gekoppelten Systemen gewöhnlich in Form eines fahrgeschwindigkeitsabhängigen Rückstellmoments am Lenkrad und hiermit überlagerten Vibationen sowie durch Endanschlagpositionen des Lenkrades durch den Fahrer spürbar ist.With these electromechanical steering systems, there is no direct mechanical feedback about the actually executed steering wheel deflection, which in mechanically coupled systems is usually noticeable by the driver in the form of a vehicle-speed-dependent restoring torque on the steering wheel and superimposed vibrations as well as end stop positions of the steering wheel.

Aus der US 2017/0320515 A1 geht ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug hervor, welches seitens einer Lenkradeinheit spezielle Krafterzeugungsmittel zur Beaufschlagung des Lenkrads mit einer mechanischen Rückmeldungskraft über den aktuellen Lenk- und Fahrzeugzustand an den Fahrer ausgestattet ist. Hierzu weist die Lenkradeinheit einen elektrischen Motor zur Erzeugung der Rückmeldekraft durch Aufbringung eines entsprechenden Drehmoments auf die Lenkradwelle auf. Durch geeignete Ansteuerung des elektrischen Motors wird dem Fahrer über das Lenkrad ein realistisches Fahrgefühl, wie dies bei mechanisch gekoppelten Lenksystemen existiert, vermittelt. Die hierfür vorgesehenen Krafterzeugungsmittel umfassen weiterhin auch eine arretierbare Kupplung, welche als Bremse fungierend über einen elektromagnetischen Aktor angesteuert wird, um eine weitere Drehung der Lenkradwelle zu unterbinden, wenn die Räder die in der jeweiligen Drehrichtung vorgegebene Endanschlagposition erreicht haben. Zu diesem Zweck setzt die Kupplung in der vorgenannten Situation die Lenkradwelle nach Maßgabe einer elektronischen Steuerung fest. Bei diesem Stand der Technik bildet der elektrische Motor zur Aufbringung der mechanischen Rückmeldungskraft ein aktives Bauteil, welches somit ebenfalls einer elektronischen Ansteuerung bedarf.From the US 2017/0320515 A1 is an electromechanical steering system for a motor vehicle, which is equipped on the part of a steering wheel unit special force generating means for loading the steering wheel with a mechanical feedback force on the current steering and vehicle condition to the driver. For this purpose, the steering wheel unit has an electric motor for generating the feedback force by applying a corresponding torque to the steering wheel shaft. Appropriate control of the electric motor gives the driver a realistic driving feel via the steering wheel, as is the case with mechanically coupled steering systems. The force generating means provided for this purpose also include a lockable clutch, which acts as a brake via an electromagnetic actuator, in order to prevent further rotation of the steering wheel shaft when the wheels have reached the end stop position specified in the respective direction of rotation. For this purpose, the clutch fixes the steering wheel shaft in accordance with an electronic control in the aforementioned situation. In this prior art, the electric motor for applying the mechanical feedback force forms an active component, which therefore also requires electronic control.

Aus der US 2002/0189888 A1 geht ein anderes elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug hervor, welches ebenfalls von einem elektrischen Motor zur Erzeugung einer mechanischen Rückmeldekraft am Lenkrad ausgestattet ist. Zu diesem Zweck ist der elektrische Motor achsparallel zur Lenkradwelle angeordnet und wirkt auf diese über einen Riementrieb ein. Diese technische Lösung erfordert im Vergleich zum vorstehend diskutierten Stand der Technik einen höheren Bauraum in Querrichtung zur Lenkradwelle.From the US 2002/0189888 A1 is another electromechanical steering system for a motor vehicle, which is also equipped with an electric motor to generate a mechanical feedback force on the steering wheel. For this purpose, the electric motor is arranged axially parallel to the steering wheel shaft and acts on it via a belt drive. This technical solution requires a larger installation space in the transverse direction to the steering wheel shaft compared to the prior art discussed above.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lenkradeinheit zur sensorischen Erfassung einer Lenkbewegung eines Lenkrades für ein elektromechanisches Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welche bauraumsparend und mit einfachen technischen Mitteln eine mechanische Rückmeldungskraft über den aktuellen Lenkzustand an den Fahrer übermittelt.It is therefore the object of the present invention to provide a steering wheel unit for sensor-based detection of a steering movement of a steering wheel for an electromechanical steering system of a motor vehicle, which transmits a mechanical feedback force to the driver via the current steering state in a space-saving manner and with simple technical means.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Lenkradeinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines elektromechanischen Lenksystems, das eine solche Lenkradeinheit beinhaltet, wird auf Anspruch 10 verwiesen. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The object is achieved on the basis of a steering wheel unit according to the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. With regard to an electromechanical steering system that includes such a steering wheel unit, reference is made to claim 10. The dependent claims represent advantageous developments of the invention.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Krafterzeugungsmittel für eine mechanische Rückmeldungskraft über den aktuellen Lenkzustand eine auf einem Außengewindeabschnitt der Lenkradwelle axial verstellbar angeordnete nicht selbsthemmende Lenkwellenmutter umfassen, welche stirnseitig von je mindestens einer koaxial hierzu angeordneten Linearfeder derart kraftbeaufschlagt ist, dass mit zunehmender von der Geradeausfahrt abweichender Verstellung des Lenkrades eine ansteigende Rückstellkraft am Lenkrad zur Rückmeldung eines radeinschlagbezogenen Lenkzustands an den Fahrer erzeugbar ist.The invention includes the technical teaching that the force-generating means for a mechanical feedback force via the current steering state comprise a non-self-locking steering shaft nut which is axially adjustable on an external thread section of the steering wheel shaft and which is acted upon on the end face by at least one linear spring arranged coaxially thereto such that with increasing force adjustment of the steering wheel that deviates from straight-ahead driving, an increasing restoring force can be generated on the steering wheel for reporting back to the driver of a steering angle-related steering condition.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass hauptsächlich passive Bauteile zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Lösung verwendet werden, welche keiner Ansteuerung über eine elektronische Steuereinheit bedürfen. Ferner lassen sich die passiven Bauteile, insbesondere die Lenkwellenmutter und die beiden zugeordneten Linearfedern, bauraumsparend koaxial um die Lenkradwelle herum anordnen.The advantage of the solution according to the invention is in particular that mainly passive components are used to implement the solution according to the invention, which do not require control via an electronic control unit. Furthermore, the passive components, in particular the steering shaft nut and the two associated linear springs, can be arranged coaxially around the steering wheel shaft in a space-saving manner.

Mit anderen Worten gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung, dass bei Drehung des Lenkrades in die eine oder andere Drehrichtung eine Kompression der einen bzw. anderen Linearfeder durch die Lenkwellenmutter erfolgt, wodurch potenzielle mechanische Energie aufgebaut wird, welche zur Erzeugung der mechanischen Rückmeldungskraft dient.In other words, the solution according to the invention ensures that when the steering wheel is turned in one or the other direction of rotation Compression of one or the other linear spring takes place through the steering shaft nut, whereby potential mechanical energy is built up, which is used to generate the mechanical feedback force.

Vorzugsweise dient die erfindungsgemäß erzeugte Rückmeldungskraft lediglich zur Rückmeldung des aktuellen Lenkzustands an den Fahrer. Um auch andere Rückmeldungsinformationen, wie beispielsweise Endanschlagsposition der Räder - die durch einen entsprechenden Endanschlag am Lenkrad spürbar sind - oder Oberflächenstrukturen der Fahrbahn - welche durch entsprechende mechanische Schwingungen rückgemeldet werden - nachzubilden, wird gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass die Krafterzeugungsmittel weiterhin auch einen mit der Lenkwelle verbundenen elektrischen Motor sowie eine elektromechanische Bremse zur betätigungsüberlagerten Nachbildung lediglich dieser weiteren Lenk- und Fahrzustände umfassen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der zusätzliche elektrische Motor und/oder die elektromagnetische Bremse also nur dazu genutzt, die durch die elastische Wirkung der Linearfedern generierten Kräfte zu reduzieren oder zu erhöhen, um ein authentisches Fahrgefühl am Lenkrad zu erzeugen. Daher fällt die elektrische Leistungsaufnahme der erfindungsgemäßen Lenkradeinheit geringer aus als bei vollständig aktiv angesteuerten Lenkradeinheiten des eingangs beschriebenen Standes der Technik.The feedback force generated according to the invention is preferably used only for feedback of the current steering state to the driver. In order to simulate other feedback information, such as the end stop position of the wheels - which can be felt by a corresponding end stop on the steering wheel - or surface structures of the roadway - which are reported back by corresponding mechanical vibrations - it is proposed according to a measure which further improves the invention that the force generating means continue to be used also include an electric motor connected to the steering shaft and an electromechanical brake for simulating only these additional steering and driving states. In the solution according to the invention, the additional electric motor and / or the electromagnetic brake is therefore only used to reduce or increase the forces generated by the elastic action of the linear springs in order to produce an authentic driving feel on the steering wheel. Therefore, the electrical power consumption of the steering wheel unit according to the invention is lower than in the case of completely actively controlled steering wheel units of the prior art described at the beginning.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der vorgenannte elektrische Motor als Bestandteil der Krafterzeugungsmittel über ein stirnseitig an ein Gehäuse der Lenkradeinheit angeflanschtes Getriebe zur Untersetzung der Motordrehzahl mit der Lenkradwelle verbunden ist. Diese stirnseitige Anordnung des Getriebes an der Lenkradeinheit gewährleistet eine kompakte Bauform.According to a preferred embodiment, it is proposed that the aforementioned electric motor be connected to the steering wheel shaft as a component of the force generating means via a gear unit flanged to a housing of the steering wheel unit to reduce the engine speed. This frontal arrangement of the gear on the steering wheel unit ensures a compact design.

Der Außengewindeabschnitt an der Lenkradwelle kann Bestandteil ganz unterschiedlicher Getriebeanordnungen sein, welche die Drehbewegung der Lenkradwelle in eine Linearbewegung zur Kompression der Linearfedern umwandelt. Gemäß einer ersten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Außengewindeabschnitt der Lenkradwelle sowie ein hiermit korrespondierendes Innengewinde der Lenkwellenmutter als ein metrisches Gewinde, Trapez- oder Rundgewinde zur Umwandlung der Drehbewegung in eine Linearbewegung ausgeführt sind. Eine solche Anordnung ineinandergreifender Gewinde lässt sich fertigungstechnisch einfach realisieren. Um jedoch Gleitreibungsverluste zu minimieren, wird gemäß alternativer Ausführungsformen vorgeschlagen, dass der Außengewindeabschnitt der Lenkradwelle Bestandteil eines Kugel- oder Rollengewindetriebs oder eines Planetengewindetriebs zur Umwandlung der Drehbewegung in eine Linearbewegung ist.The external thread section on the steering wheel shaft can be a component of very different gear arrangements which convert the rotary movement of the steering wheel shaft into a linear movement for compressing the linear springs. According to a first embodiment, it is proposed that the external thread section of the steering wheel shaft and a corresponding internal thread of the steering shaft nut are designed as a metric thread, trapezoidal or round thread for converting the rotary movement into a linear movement. Such an arrangement of interlocking threads can be easily realized in terms of production technology. However, in order to minimize sliding friction losses, it is proposed according to alternative embodiments that the external thread section of the steering wheel shaft is part of a ball or roller screw drive or a planetary screw drive for converting the rotary movement into a linear movement.

Vorzugsweise ist die Lenkradwelle über mindestens zwei axial beabstandet zueinander und beidseits der Lenkwellenmutter im Gehäuse angeordnete Wälzlager radial und axial gelagert. Die beiden Wälzlager können dabei in den stirnseitigen Endbereichen des vorzugsweise zylinderförmigen Gehäuses der Lenkradeinheit platziert werden, um den axialen Lagerabstand zu maximieren. Als Wälzlager können beispielsweise Kugellager zum Einsatz kommen. Die Radiallagerung der Lenkradwelle ermöglicht die Drehbewegung des Lenkrads. Die Axiallagerung verhindert eine Verschiebung der Lenkradwelle in Axialrichtung und dient gleichzeitig im Sinne einer Funktionsintegration als Gegenlager für die Linearfedern.The steering wheel shaft is preferably supported radially and axially via at least two axially spaced roller bearings and on both sides of the steering shaft nut in the housing. The two roller bearings can be placed in the front end areas of the preferably cylindrical housing of the steering wheel unit in order to maximize the axial bearing distance. Ball bearings, for example, can be used as rolling bearings. The radial bearing of the steering wheel shaft enables the steering wheel to rotate. The axial bearing prevents the steering wheel shaft from shifting in the axial direction and, at the same time, serves as a counter bearing for the linear springs in the sense of functional integration.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Linearfedern als Schraubenfedern ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, andersartige Linearfedern einzusetzen - beispielsweise Elastomerfedern - welche bei Axialverstellung der Lenkwellenmutter die gewünschte Rückstellkraft erzeugen. Um zu verhindern, dass sich die Lenkwellenmutter bei Drehung der Lenkradwelle mitdreht, wird vorgeschlagen, dass längs seitens der inneren Mantelfläche des Gehäuses eine Nut eingebracht wird, welche mit einer mutternseitig ortsfest angebrachten Feder oder einem Stift zusammenwirkt, um eine Längsführung der Lenkwellenmutter entlang der axialen Bewegungsrichtung zu schaffen.According to a preferred embodiment, the linear springs are designed as helical springs. However, it is also possible to use different types of linear springs - for example elastomer springs - which generate the desired restoring force when the steering shaft nut is adjusted axially. In order to prevent the steering shaft nut from rotating when the steering wheel shaft rotates, it is proposed that a groove be introduced along the inner circumferential surface of the housing, which groove interacts with a spring or a pin fixedly attached to the nut on the longitudinal guide of the steering shaft nut along the axial Create direction of movement.

Vorzugsweise kommen die Linearfedern an dem jeweiligen, der Lenkwellenmutter gegenüberliegenden Ende nicht direkt am Wälzlager zur Anlage, sondern an einer zwischen Wälzlager und Linearfeder angeordneten Anschlagbuchse, die das Wälzlager vorzugsweise zumindest teilweise umfasst, um die Federkraft auf den im Gehäuse eingesetzten und damit ortsfesten Außenring des Wälzlagers abzuleiten. Hierdurch wird eine relative Beweglichkeit des Innenrings des Wälzlagers in einfacher Weise sichergestellt.Preferably, the linear springs at the respective end opposite the steering shaft nut do not come into contact directly with the rolling bearing, but rather with a stop bush arranged between the rolling bearing and the linear spring, which preferably at least partially encompasses the rolling bearing, in order to apply the spring force to the outer ring of the housing, which is therefore stationary Derive rolling bearing. This ensures a relative mobility of the inner ring of the rolling bearing in a simple manner.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Lenksystems für ein Kraftfahrzeug, und
2 einen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgegenständliche Lenkradeinheit des Lenksystems nach 1.

Further measures improving the invention are shown below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the figures. It shows:

1 a schematic representation of an electromechanical steering system for a motor vehicle, and
2 a schematic longitudinal section through the steering wheel unit of the steering system according to the invention 1 ,

Gemäß 1 besteht ein elektromechanisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug im Wesentlichen aus einer Lenkradeinheit 1, in deren zylindrischem Gehäuse 2 eine Lenkradwelle 3 drehbar gelagert ist. Seitens des distalen Endes der Lenkradwelle 3 ist ein Lenkrad 4 zur Bedienung durch den Fahrer angebracht.According to 1 there is an electromechanical steering system for a motor vehicle in Essentially from a steering wheel unit 1 , in their cylindrical housing 2 a steering wheel shaft 3 is rotatably mounted. From the distal end of the steering wheel shaft 3 is a steering wheel 4 attached for operation by the driver.

Über eine elektrische Verbindung 5 steht die Lenkradeinheit 1 über eine elektronische Steuerung 6 mit einer Lenkaktuatoreinheit 7 in Verbindung, die im Falle dieses Ausführungsbeispiels elektromechanisch ausgebildet ist. Die Lenkaktuatoreinheit 7 dient der Umsetzung eines von der Lenkradeinheit 1 via Steuerung 6 elektrisch vorgegebenen Lenksignals in eine mechanische Verstellung des Lenkausschlags der Räder 8a und 8b der insoweit lenkbaren Fahrzeugachse 9.Via an electrical connection 5 is the steering wheel unit 1 via an electronic control 6 with a steering actuator unit 7 in connection, which is electromechanical in the case of this embodiment. The steering actuator unit 7 is used to implement one of the steering wheel unit 1 via control 6 electrically predetermined steering signal in a mechanical adjustment of the steering wheel deflection 8a and 8b the steerable vehicle axle 9 ,

Nach 2 wird bei der Lenkradeinheit 1 das durch den Fahrer infolge der Lenkbewegung auf das Lenkrad 4 aufgebrachte Drehmoment durch die Lenkradwelle 3 in das Innere des Gehäuses 2 übertragen. Dort weist die Lenkradwelle 2 einen Außengewindeabschnitt 10 auf, der mit einem - hier nicht weiter dargestellten - nichthemmenden Innengewindeabschnitt einer Lenkwellenmutter 11 zusammenwirkt, um die Drehbewegung des Lenkrads 4 in eine Linearbewegung der Lenkwellenmutter 11 umzuwandeln. Die Lenkwellenmutter 11 weist eine an der Mantelfläche angebrachte Feder 12 auf, die mit einer gehäuseinnenwandseitig eingebrachten Nut 13 zur Längsführung entlang der axialen Bewegungsrichtung zusammenwirkt.To 2 is at the steering wheel unit 1 by the driver due to the steering movement on the steering wheel 4 torque applied by the steering wheel shaft 3 inside the case 2 transfer. There the steering wheel shaft points 2 an externally threaded portion 10 on, with a - not shown here - non-inhibiting internal thread section of a steering shaft nut 11 cooperates to the rotational movement of the steering wheel 4 in a linear movement of the steering shaft nut 11 convert. The steering shaft nut 11 has a spring attached to the outer surface 12 with a groove made on the inside of the housing 13 interacts for longitudinal guidance along the axial direction of movement.

Die Lenkradwelle 3 ist radial und axial durch beabstandet zueinander im Gehäuse 2 angeordnete Wälzlager 14a und 14b abgestützt. Die Befestigung der beiden Wälzlager 14a und 14b im Gehäuse 2 erfolgt über jeweils dazwischen angeordnete Anschlagbuchsen 15a bzw. 15b. Die Anschlagbuchsen 15a und 15b weisen einen abgewinkelten Querschnitt auf und dienen stirnflächenseitig daneben auch als Anlagefläche einer je zugeordneten Linearfeder 16a bzw. 16b, welche bei diesem Ausführungsbeispiel als Schraubenfeder aus einem Federstahlmaterial ausgeführt sind. Die beiden Linearfedern 16a und 16b schließen die Lenkwellenmutter 11 an ihren einander zugewandten Stirnseiten ein. Die beiden Wälzlager 14a und 14b wirken neben den Anschlagbuchsen 15a bzw. 15b auch mit Anschlagscheiben 19a bzw. 19b zur axialen Abstützung der Wälzlager 14a bzw. 14b an der den Linearfedern 16a bzw. 16b abgewandten Seite zusammen. Die beiden Anschlagscheiben 19a und 19b sind mit je zugeordneten Sprengringen 20a bzw. 20b wandinnenseitig des Gehäuses 2 fixiert.The steering wheel shaft 3 is radially and axially spaced apart in the housing 2 arranged rolling bearings 14a and 14b supported. The attachment of the two roller bearings 14a and 14b in the housing 2 takes place via stop bushes arranged in between 15a respectively. 15b , The stop bushes 15a and 15b have an angled cross-section and also serve on the end face side as a contact surface of a linear spring assigned in each case 16a respectively. 16b , which are designed in this embodiment as a coil spring made of a spring steel material. The two linear springs 16a and 16b close the steering shaft nut 11 on their mutually facing end faces. The two roller bearings 14a and 14b act next to the stop bushes 15a respectively. 15b also with stop washers 19a respectively. 19b for axial support of the rolling bearings 14a respectively. 14b on the linear springs 16a respectively. 16b opposite side together. The two stop washers 19a and 19b are assigned with circlips 20a respectively. 20b inside the housing 2 fixed.

Bei der Lenkradeinheit 1 wird die Lenkwellenmutter 11 infolge Verdrehung des Lenkrads 4 in die eine oder andere Richtung zum Komprimieren von einer der beiden Linearfedern 16a oder 16b axial verstellt, um hierdurch potenzielle Energie zu speichern. Diese Energie wird genutzt, um einen Teil der Rückmeldekraft über den aktuellen Lenkzustand an den Fahrer via Lenkrad 4 zu generieren.With the steering wheel unit 1 becomes the steering shaft nut 11 due to twisting of the steering wheel 4 in one direction or another to compress one of the two linear springs 16a or 16b adjusted axially to store potential energy. This energy is used to transfer part of the feedback force to the driver via the current steering status via the steering wheel 4 to generate.

Die Krafterzeugungsmittel zur Beaufschlagung des Lenkrads 4 mit einer mechanischen Rückmeldekraft umfassen jedoch auch einen mit der Lenkradwelle 3 verbundenen elektrischen Motor 17 sowie eine elektromechanische Bremse 18. Diese aktiven Bestandteile der Krafterzeugungsmittel dienen einer bewegungsüberlagerten Nachbildung weiterer Lenk- und Fahrzustände, insbesondere Endanschlagpositionen der Räder 8a und 8b, die Oberflächenstruktur der Fahrbahn und dergleichen.The power generation means to act on the steering wheel 4 with a mechanical feedback force also include one with the steering wheel shaft 3 connected electric motor 17 as well as an electromechanical brake 18 , These active components of the force-generating means serve to simulate further steering and driving conditions, in particular superimposed on the end positions of the wheels 8a and 8b , the surface structure of the road and the like.

Der elektrische Motor 17 ist stirnseitig an dem Gehäuse 2, nämlich an dessen dem Lenkrad 4 gegenüberliegenden Ende angeflanscht und mit einem integrierten Getriebe zur Untersetzung der Motordrehzahl versehen. An dem dem Lenkrad 4 zugewandten Ende ist in dem Gehäuse 2 ein an sich bekannter Lenkbewegungssensor 21 zur Erfassung der Lenkradstellung untergebracht, welcher das Drehmoment sowie die Winkelstellung des Lenkrads 4 erfasst und an die Steuerung 6 weiterleitet.The electric motor 17 is on the front of the housing 2 , namely on the steering wheel 4 flanged at the opposite end and provided with an integrated gear to reduce the engine speed. On the steering wheel 4 facing end is in the housing 2 a steering motion sensor known per se 21 to record the steering wheel position, which includes the torque and the angular position of the steering wheel 4 captured and sent to the controller 6 forwards.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die Nut zur Längsführung der Lenkwellenmutter 11 nicht seitens des Gehäuses, sondern seitens der Lenkwellenmutter eingebracht ist, wohingegen die hiermit zusammenwirkende Feder oder ein Stift seitens des gegenüberliegenden Bauteils angeordnet ist. Ferner kann die Lenkaktuatoreinheit 7 auch elektrohydraulisch oder dergleichen ausgebildet sein.The invention is not restricted to the preferred exemplary embodiment described above. Rather, modifications are also conceivable, which are also included in the scope of protection of the following claims. For example, it is also possible that the groove for the longitudinal guidance of the steering shaft nut 11 is not introduced on the part of the housing, but on the part of the steering shaft nut, whereas the spring or a pin cooperating therewith is arranged on the part of the opposite component. Furthermore, the steering actuator unit 7 also be designed electrohydraulically or the like.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Lenkradeinheitsteering wheel unit
22: Gehäusecasing
33: Lenkradwellesteering wheel shaft
44: Lenkradsteering wheel
55: elektrische Verbindungelectrical connection
66: elektronische Steuerungelectronic control
77: LenkaktuatoreinheitLenkaktuatoreinheit
88th: Radwheel
99: Fahrzeugachsevehicle axle
1010: AußengewindeabschnittExternally threaded section
1111: LenkwellenmutterSteering shaft nut
1212: Federfeather
13 13: Nutgroove
1414: Wälzlagerroller bearing
1515: Anschlagbuchsestop bush
1616: Linearfederlinear spring
1717: elektrischer Motorelectric motor
1818: elektromechanische Bremseelectromechanical brake
1919: Anschlagscheibestop disc
2020: Sprengringsnap ring
2121: LenkbewegungssensorSteering movement sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 2017/0320515 A1 [0004]
US 2002/0189888 A1 [0005]

Claims

Steering wheel unit (1) for sensory detection of a steering movement of a steering wheel (4) for an electromechanical steering system of a motor vehicle, comprising: - a steering movement sensor (21) arranged in the region of a steering wheel shaft (3) of the steering wheel (4) for detecting the steering wheel position, and - force generating means for applying a mechanical feedback force to the driver about the current steering and / or driving condition to the steering wheel (4), characterized in that the force generating means comprise a steering shaft nut (11) axially adjustable on an external thread section (10) of the steering wheel shaft (3) , which is acted upon by force at least one linear spring (16a, 16b) arranged coaxially on the end face such that with increasing adjustment of the steering wheel (4) that deviates from driving straight ahead, an increasing restoring force on the steering wheel (4) can be generated to report back to the driver a steering-wheel-related steering state is.

Steering wheel unit (1) after Claim 1 , characterized in that the force generating means further comprise an electric motor (17) connected to the steering wheel shaft (3) and an electromechanical brake (18) for the simulation of further steering and / or driving conditions superimposed on the movement, in particular the end stop positions of the wheels (8a, 8b) and the surface structure of the road.

Steering wheel unit (1) after Claim 2 , characterized in that the electric motor (17) and / or an electromechanical brake (18) are flanged to a housing (2) of the steering wheel unit (1).

Steering wheel unit (1) after Claim 1 , characterized in that the external thread section (10) of the steering wheel shaft (3) and a corresponding internal thread of the steering shaft nut (11) is designed as a metric thread, trapezoidal or round thread for converting the rotary movement into a linear movement.

Steering wheel unit (1) after Claim 1 , characterized in that the external thread section (10) of the steering wheel shaft (3) is part of a ball or roller screw drive or a planetary gear drive for converting the rotary movement into a linear movement.

Steering wheel unit (1) after Claim 1 , characterized in that the steering shaft nut (11) has a spring (12) attached to the lateral surface, which cooperates with a groove (13) made on the inside of the housing for longitudinal guidance along the axial direction of movement.

Steering wheel unit (1) after Claim 1 characterized in that the steering wheel shaft (3) is mounted radially and axially via at least two axially spaced roller bearings (14a, 14b) in the housing (2) on both sides of the steering shaft nut (11).

Steering wheel unit (1) after Claim 1 , characterized in that the linear springs (16a, 16b) are designed in the form of helical springs.

Steering wheel unit (1) after Claim 1 , characterized in that the linear springs (16a, 16b) come to rest on the respective end opposite the steering shaft nut (11) to a stop bush (15a; 15b) which at least partially encompasses the associated roller bearing (14a, 14b).

Electromechanical steering system for a motor vehicle, comprising a steering wheel unit (1) according to one of the preceding claims, and an electromechanical steering actuator unit (7) electrically connected thereto for converting a steering signal, which is electrically predetermined by the steering wheel unit (1), into a mechanical adjustment of the steering deflection of the wheels (8a , 8b) a steerable vehicle axle (9).