DE102018120197A1

DE102018120197A1 - Steering unit for steer-by-wire steering of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102018120197A1
Application number: DE102018120197.4A
Authority: DE
Inventors: Marian-Nicolae Velea; Adrian Husu; Mihai Achim; Marius-Constantin Costache; Mihaly Kovacs
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2020-02-20
Also published as: WO2020038522A1

Abstract

Eine Lenkeinheit für eine Steer-by-wire-Lenkung eines Kraftfahrzeugs umfassend eine zur Verbindung mit einem Lenkrad vorgesehene Lenkwelle (3), einen auf die Lenkwelle (3) wirkenden Elektromotor (7) und eine elektromechanisch betätigte, mechanisch auf die Lenkwelle (3) wirkende Bremse (8). Zusätzliche ist eine mechanisch arbeitende Vorrichtung (11) zur Erzeugung eines einer Lenkbewegung entgegenwirkenden Gegenmoments vorgesehen.A steering unit for steer-by-wire steering of a motor vehicle, comprising a steering shaft (3) provided for connection to a steering wheel, an electric motor (7) acting on the steering shaft (3) and an electromechanically actuated, mechanically operated on the steering shaft (3) acting brake (8). In addition, a mechanically operating device (11) is provided for generating a counter torque that counteracts a steering movement.

Description

Die Erfindung betrifft eine für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit Steer-by-wire-Lenkung geeignete Lenkeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a steering unit suitable for use in a motor vehicle with steer-by-wire steering according to the preamble of claim 1.

Eine gattungsgemäße Lenkeinheit ist aus der US 2017/0320515 A1 bekannt. Die bekannte Lenkeinheit umfasst einen Feedback-Motor, welcher Lenkkräfte simuliert. Darüber hinaus umfasst die bekannte Lenkeinheit eine elektromechanische Bremse, welche in der Art einer Reibungskupplung ausgebildet ist. Die Reibungskupplung ist durch einen elektromagnetischen Aktor betätigbar, wobei der Elektromagnet des Aktors eine Axialkraft auf die Reibungskupplung aufbringen kann. Hierbei ist zwischen dem Elektromagneten und die mechanisch wirkende, in der Art einer Reibungskupplung aufgebaute Bremse eine Druckfeder geschaltet. Der Aktor wirkt über die Druckfeder derart mit mehreren hintereinander geschalteten Bremslamellen zusammen, dass eine normal geschlossene Bremse gegeben ist. Dies heißt, dass ohne Bestromung des Aktors die Bremse durch Federkraft geschlossen ist. Erst durch Bestromung des Aktors kann die Druckfeder entspannt und damit die Bremse gelöst werden. Sind beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Lenkeinheit nach der US 2017/0320515 A1 Feedback-Momente, das heißt Gegenmomente, auf die mit dem Lenkrad verbundene Welle aufzubringen, so erfolgt dies mittels des Feedback-Motors.A generic steering unit is from the US 2017/0320515 A1 known. The known steering unit includes a feedback motor that simulates steering forces. In addition, the known steering unit comprises an electromechanical brake, which is designed in the manner of a friction clutch. The friction clutch can be actuated by an electromagnetic actuator, wherein the electromagnet of the actuator can apply an axial force to the friction clutch. Here, a compression spring is connected between the electromagnet and the mechanically acting brake constructed in the manner of a friction clutch. The actuator interacts via the compression spring with several brake disks connected in series in such a way that a normally closed brake is provided. This means that the brake is closed by spring force without energizing the actuator. Only by energizing the actuator can the compression spring be released and the brake released. Are the intended use of the steering unit according to the US 2017/0320515 A1 Applying feedback moments, i.e. counter moments, to the shaft connected to the steering wheel is done by means of the feedback motor.

Eine weitere Lenkeinheit für eine Steer-by-wire-Lenkung ist in der US 2002/0189888 A1 offenbart. Diese Lenkeinheit umfasst einen Elektromotor und eine zusätzliche elektromotorische Bremse. Der Elektromotor ist ebenso wie die elektromotorische Bremse über einen Riementrieb mit einer Lenkwelle gekoppelt. Zusätzlich ist eine mechanische Vorrichtung vorhanden, welche Rückstellkräfte erzeugt und ein Tellerfederpaket umfasst. Das Tellerfederpaket ist konzentrisch zur Lenkwelle angeordnet und übt eine Axialkraft auf eine Spindelmutter eines Gewindetriebs aus. Die zugehörige Gewindespindel des Gewindetriebs ist drehfest mit der Lenkwelle verbunden. Auf diese Weise werden auf die Spindelmutter wirkende Axialkräfte in Drehmomente, die in die Lenkwelle eingeleitet werden, umgesetzt. Das Tellerfederpaket ist derart einerseits mit der Spindelmutter und andererseits mit dem Gehäuse der Lenkeinheit gekoppelt, dass jede Verdrehung der Lenkwelle aus der Neutrallage heraus zu einer Kompression des Tellerfederpakets und damit zum Anstieg des in die Lenkwelle eingeleiteten Drehmoments führt.Another steering unit for steer-by-wire steering is in the US 2002/0189888 A1 disclosed. This steering unit includes an electric motor and an additional electromotive brake. Like the electromotive brake, the electric motor is coupled to a steering shaft via a belt drive. In addition, there is a mechanical device that generates restoring forces and includes a plate spring assembly. The plate spring assembly is arranged concentrically to the steering shaft and exerts an axial force on a spindle nut of a screw drive. The associated threaded spindle of the screw drive is connected to the steering shaft in a rotationally fixed manner. In this way, axial forces acting on the spindle nut are converted into torques which are introduced into the steering shaft. The plate spring assembly is coupled on the one hand to the spindle nut and on the other hand to the housing of the steering unit in such a way that any rotation of the steering shaft out of the neutral position leads to compression of the plate spring assembly and thus to an increase in the torque introduced into the steering shaft.

Eine Kupplung für eine Steer-by-wire-Lenkanlage ist aus der WO 02/40336 A1 bekannt. Diese Kupplung, welche elektromagnetisch betätigt wird und mechanisch wirkt, soll die Möglichkeit bieten, bei Bedarf auch große Drehmomente von der Lenksäule über das Lenkrad an den Fahrer zurückzumelden. Dies ist zum Beispiel denkbar, wenn das Fahrzeug mit den gelenkten Rädern gegen eine Bordsteinkante fährt.A clutch for a steer-by-wire steering system is from the WO 02/40336 A1 known. This clutch, which is actuated electromagnetically and acts mechanically, is intended to offer the possibility of reporting large torques from the steering column to the driver via the steering wheel if required. This is conceivable, for example, when the vehicle is driving against a curb with the steered wheels.

Ein mit einem Blockierelement arbeitender Lenkanschlag für ein Fahrzeug mit Steer-by-wire-Lenksystem ist in der EP 2 840 012 B1 beschrieben. Das Blockierelement ist konisch geformt und über einen Antrieb gegen ein ebenfalls konisches Ende einer Lenkwelle vorschiebbar.A steering stop with a blocking element for a vehicle with a steer-by-wire steering system is in the EP 2 840 012 B1 described. The blocking element is conically shaped and can be pushed against a likewise conical end of a steering shaft via a drive.

Verschiedene Bauformen von Steer-by-wire-Lenkeinheiten, welche in Wasserfahrzeugen verwendbar sind, sind in den Dokumenten DE 10 2013 214 417 A1 und DE 10 2013 214 420 A1 beschrieben.Different designs of steer-by-wire steering units that can be used in watercraft are in the documents DE 10 2013 214 417 A1 and DE 10 2013 214 420 A1 described.

Unter einem Steer-by-wire-Lenksystem wird allgemein ein Lenksystem verstanden, bei welchem das Lenkrad mechanisch nicht mit den zu lenkenden Räder gekoppelt ist. Vielmehr ist das Lenkrad oder ein sonstiges manuell betätigbares Lenkelement, beispielsweise ein Steuerhorn, eine Lenkstange oder ein Joystick, mechanisch lediglich an eine Lenkeinheit angebunden, die einerseits den Lenkeinschlag erfasst und andererseits dem Bediener ein Feedback durch simulierte Lenkkräfte gibt. In der Regel werden diese Kräfte durch den Fahrer als bremsende, der Lenkbewegung entgegenwirkende Kräfte wahrgenommen. Zur Rückstellung des Lenkrads in die Normalposition ist darüber hinaus auch eine aktive Verstellung des Lenkrads durch die Lenkeinheit des Steer-by-wire-Systems erforderlich.A steer-by-wire steering system is generally understood to mean a steering system in which the steering wheel is not mechanically coupled to the wheels to be steered. Rather, the steering wheel or another manually actuable steering element, for example a control horn, a steering rod or a joystick, is mechanically connected only to a steering unit, which on the one hand detects the steering angle and on the other hand gives the operator feedback through simulated steering forces. As a rule, these forces are perceived by the driver as braking forces that counteract the steering movement. In order to return the steering wheel to the normal position, an active adjustment of the steering wheel by the steering unit of the steer-by-wire system is also required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte Lenkeinheit für eine Steer-by-wire-Lenkung anzugeben, welche sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen apparativem Aufwand, Bedarf an elektrischer Energie, sowie großer Bandbreite erzeugbarer Antriebs- und Bremsmomente auszeichnet.The invention is based on the object of specifying a steering unit for steer-by-wire steering which has been further developed compared to the prior art and which is characterized by a particularly favorable ratio between the outlay in terms of equipment, the need for electrical energy and a wide range of drive and braking torques which can be generated distinguished.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lenkeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lenkeinheit umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine zur Verbindung mit einem Lenkrad vorgesehene Lenkwelle, einen auf die Lenkwelle wirkenden Elektromotor und eine elektromechanisch betätigte, mechanisch auf die Lenkwelle wirkende Bremse. Erfindungsgemäß ist zusätzliche eine rein mechanisch arbeitende Vorrichtung zur Erzeugung eines einer Lenkbewegung entgegenwirkenden Gegenmoments vorgesehen.This object is achieved according to the invention by a steering unit with the features of claim 1. The steering unit comprises, in a basic concept known per se, a steering shaft provided for connection to a steering wheel, an electric motor acting on the steering shaft and an electromechanically actuated brake which acts mechanically on the steering shaft. According to the invention, a purely mechanical device is additionally provided for generating a counter-torque that counteracts a steering movement.

Die Lenkeinheit umfasst somit drei Komponenten, welche sich konzeptionell grundlegend voneinander unterscheiden. Erstens handelt es sich hierbei um den Elektromotor, welcher - wie aus dem Namen hervorgeht - ausschließlich auf elektromagnetische Weise Drehmomente auf die Lenkwelle aufbringt. Dabei handelt es sich wahlweise um Antriebsmomente oder Bremsmomente.The steering unit thus comprises three components, which differ conceptually from one another fundamentally. First, it is the electric motor, which - as the name suggests - only applies torque to the steering shaft in an electromagnetic manner. These are either drive torques or braking torques.

Die vom Elektromotor getrennte Bremse weist sowohl elektromagnetische als auch mechanische Elemente auf. Die Betätigung der Bremse geschieht elektromechanisch, beispielsweise mittels eines Elektromagneten. Hiervon zu unterscheiden ist die Wirkung der Bremse. Es ist eine mechanische Wirkung, beispielsweise in der Art einer Scheibenbremse oder einer Reibungskupplung, gegeben. Die Bremse kann entweder normal schließend oder normal öffnend ausgelegt sein. Die Wirkung der Bremse kann von einem leichten Abbremsen bis zu einer starken Bremsung, welche vom Fahrer als Lenkanschlag empfunden wird, reichen.The brake, which is separate from the electric motor, has both electromagnetic and mechanical elements. The brake is actuated electromechanically, for example by means of an electromagnet. The effect of the brake must be distinguished from this. There is a mechanical effect, for example in the form of a disc brake or a friction clutch. The brake can either be designed as normally closing or normally opening. The effect of the brake can range from a slight braking to a strong braking, which the driver perceives as a steering stop.

Die als dritte Komponente der Lenkeinheit vorgesehene Vorrichtung zur Erzeugung eines Gegenmoments arbeitet vorzugsweise mit Federkraft. Alternativ ist auch eine pneumatische Funktion möglich. In jedem Fall handelt es sich bei der genannten Vorrichtung um eine rein passive, mechanische Vorrichtung.The device for generating a counter torque, which is provided as the third component of the steering unit, preferably works with spring force. Alternatively, a pneumatic function is also possible. In any case, the device mentioned is a purely passive, mechanical device.

Das Gegenmoment, welches im Sinne eines Bremsmoments durch die passive Vorrichtung auf die Lenkwelle aufgebracht wird, ist von der Winkelstellung des Lenkrads abhängig. Damit ist bereits eine Grundcharakteristik der Lenkeinheit gegeben. Diese Grundcharakteristik wird durch Momente, welche durch den Elektromotor erzeugt werden, auf energiesparende Weise verfeinert. Bremsmomentspitzen können bei Bedarf jederzeit durch die separate, elektromechanische Bremse erzeugt werden.The counter torque, which is applied to the steering shaft in the sense of a braking torque by the passive device, depends on the angular position of the steering wheel. This already gives a basic characteristic of the steering unit. This basic characteristic is refined in an energy-saving manner by moments which are generated by the electric motor. Braking torque peaks can be generated at any time by the separate, electromechanical brake.

Der Elektromotor wirkt vorzugsweise direkt, das heißt getriebelos, mit der Lenkwelle zusammen. Dies begünstigt sowohl einen kompakten Aufbau der Lenkeinheit als auch ein praktisch verzögerungsfreies Feedback durch die Lenkeinheit. In bevorzugter Ausgestaltung sind der Elektromotor, die elektromechanische Bremse, sowie die mechanisch arbeitende Vorrichtung zur Erzeugung eines Gegenmoments koaxial zueinander angeordnet. Hierbei sind die drei genannten Komponenten vorzugsweise axial hintereinander angeordnet. Auch eine Winkel- und Drehmomentsensorik der Lenkeinheit ist vorzugsweise innerhalb eines im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses der Lenkeinheit angeordnet.The electric motor preferably acts directly, that is to say gearlessly, together with the steering shaft. This favors a compact structure of the steering unit as well as a practically instantaneous feedback by the steering unit. In a preferred embodiment, the electric motor, the electromechanical brake and the mechanically operating device for generating a counter torque are arranged coaxially to one another. The three components mentioned are preferably arranged axially one behind the other. An angle and torque sensor system of the steering unit is also preferably arranged within an essentially cylindrical housing of the steering unit.

Die rein mechanisch arbeitende Vorrichtung, welche ein von der Winkelstellung der Lenkwelle abhängiges Gegenmoment erzeugt, umfasst in vorteilhafter Ausgestaltung einen Gewindetrieb. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein einfaches Bewegungsgewinde, insbesondere in Form eines Gewindetriebs mit Trapezprofil, handeln. Ein als Wälzgewindetrieb, insbesondere Kugelgewindetrieb, gestalteter Gewindetrieb zeichnet sich durch eine besonders geringe Reibung aus. Wird ein Planetenwälzgewindetrieb als Gewindetrieb der Lenkeinheit verwendet, so kann dieser besonders einfach spielfrei gestaltet werden.In an advantageous embodiment, the purely mechanical device, which generates a counter torque dependent on the angular position of the steering shaft, comprises a screw drive. This can be, for example, a simple movement thread, in particular in the form of a screw drive with a trapezoidal profile. A screw drive designed as a roller screw drive, in particular a ball screw drive, is distinguished by a particularly low friction. If a planetary roller screw drive is used as the screw drive of the steering unit, it can be designed in a particularly simple manner without play.

Unabhängig von der Art des Gewindetriebs umfasst die Vorrichtung zur Erzeugung eines Gegenmoments vorzugsweise eine Druckfeder, insbesondere in Form einer Schraubenfeder, welche dazu vorgesehen ist, bei einem Lenkeinschlag in jeder Richtung eine mit zunehmendem Betrag des Lenkeinschlags zunehmende Kraft auf eine Spindelmutter des Gewindetriebs auszuüben.Regardless of the type of screw drive, the device for generating a counter torque preferably comprises a compression spring, in particular in the form of a helical spring, which is intended to exert a force on a spindle nut of the screw drive in each direction in the event of a steering lock in each direction, as the amount of the steering lock increases.

In besonders raumsparender Gestaltung ist die Druckfeder zwischen den beiden Stirnseiten der Spindelmutter des Gewindetriebs angeordnet. Hierbei ist die Druckfeder beispielsweise an einer ihrer Stirnseiten in einer ersten Einstellung des Gewindetriebs an einem Flansch der Spindelmutter und in einer zweiten Einstellung des Gewindetriebs an einer ersten, relativ zur Gewindespindel und zum Gehäuse des Gewindetriebs axial nicht verschiebbaren Zwischenplatte abgestützt.In a particularly space-saving design, the compression spring is arranged between the two end faces of the spindle nut of the screw drive. Here, the compression spring is supported, for example, on one of its end faces in a first setting of the screw drive on a flange of the spindle nut and in a second setting of the screw drive on a first intermediate plate which is axially non-displaceable relative to the screw spindle and to the housing of the screw drive.

Der Flansch der Spindelmutter kann als Sternflansch, das heißt als Flansch mit mehreren radial nach außen gerichteten Armen, ausgebildet sein, wobei eine erste gehäusefeste Zwischenplatte eine auf die Form des Sternflansches abgestimmte, den Durchtritt der Spindelmutter durch die Zwischenplatte ermöglichende Aussparung aufweist. In jedem Fall ist die Spindelmutter verdrehgesichert im Gehäuse der Lenkeinheit verschiebbar.The flange of the spindle nut can be designed as a star flange, that is to say as a flange with a plurality of arms directed radially outwards, a first intermediate plate fixed to the housing having a recess which is matched to the shape of the star flange and enables the spindle nut to pass through the intermediate plate. In any case, the spindle nut can be moved in the housing of the steering unit so that it cannot rotate.

Die zweite, dem Sternflansch gegenüberliegende Stirnseite der Druckfeder ist gemäß einer möglichen Ausgestaltung in jeder Einstellung des Gewindetriebs an einem Hülsenfuß einer die Spindelmutter konzentrisch umgebenden, relativ zu dieser verschiebbaren Hülse abgestützt ist, wobei sich der Hülsenfuß je nach Einstellung des Gewindetriebs entweder an einem fest mit der Spindelmutter verbundenen Teil oder an einer zweiten Zwischenplatte abstützt.According to a possible embodiment, the second end face of the compression spring, which is opposite the star flange, is supported in each setting of the screw drive on a sleeve base of a sleeve concentrically surrounding the spindle nut and displaceable relative to this sleeve, the sleeve base depending on the adjustment of the screw drive either being fixed to one the part connected to the spindle nut or is supported on a second intermediate plate.

Die Lenkeinheit ist sowohl für die Verwendung in Personenkraftwagen als auch für die Verwendung in Nutzfahrzeugen, landwirtschaftlichen Maschinen oder fahrbaren Baumaschinen geeignet.The steering unit is suitable for use in passenger cars as well as for use in commercial vehicles, agricultural machines or mobile construction machinery.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 eine in Neutralposition befindliche Lenkeinheit für eine Steer-by-wire-Lenkung in vereinfachter Schnittdarstellung,
2 einen Schnitt A-A der Anordnung nach 1,
3 in einer Darstellung analog 1 die Lenkeinheit bei Linkseinschlag,
4 die Lenkeinheit bei Rechtseinschlag.

An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. Show here:

1 a steering unit in neutral position for steer-by-wire steering in a simplified sectional view,
2 a section AA according to the arrangement 1 .
3 in a representation analog 1 the steering unit when turning left,
4 the steering unit when turning right.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Lenkeinheit ist mit einem Lenkrad 2 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs verbunden. Mit 3 ist eine Lenkwelle bezeichnet, welche das Lenkrad 2 mit sämtlichen aktiven und passiven Komponenten der Lenkeinheit 1 verbindet. Bei diesen Komponenten handelt es sich um einen Elektromotor 7, eine elektromechanische Bremse 8, sowie eine mechanische Gegenmoment-Erzeugungsvorrichtung 11. Die letztgenannte Vorrichtung 11 wird kurz auch als mechanische Bremsvorrichtung bezeichnet. Die Mittelachse der drei Komponenten 7, 8, 11 ist mit der Mittelachse der Lenkwelle 3 identisch und mit M bezeichnet.One overall with the reference number 1 marked steering unit is with a steering wheel 2 connected a motor vehicle not shown. With 3 is called a steering shaft, which is the steering wheel 2 with all active and passive components of the steering unit 1 combines. These components are an electric motor 7 , an electromechanical brake 8th , as well as a mechanical counter-torque generating device 11 , The latter device 11 is also briefly referred to as a mechanical braking device. The central axis of the three components 7 . 8th . 11 is with the central axis of the steering shaft 3 identical and marked with M.

Die Lenkwelle 3 ist fest verbunden oder identisch mit einer Gewindespindel 4, welche Teil eines Gewindetriebs 5, nämlich Kugelgewindetriebs, ist. Der Kugelgewindetrieb 5 wiederum ist der mechanischen Bremsvorrichtung 11 zuzurechnen.The steering shaft 3 is permanently connected or identical to a threaded spindle 4 which part of a screw drive 5 , namely ball screw. The ball screw drive 5 in turn is the mechanical braking device 11 Act.

Die Gewindespindel 4 ist fest verbunden oder identisch mit der mit 6 bezeichneten Motorwelle des Elektromotors 7. Die elektromechanische Bremse 8 befindet sich axial zwischen der rein mechanisch arbeitenden, passiven Bremsvorrichtung 11 und dem Elektromotor 7. Die drei Komponenten 7, 8, 11 sind in einem gemeinsamen, zylindrischen Gehäuse 9 aufgenommen. Darüber hinaus befindet sich im Gehäuse 9 ein Winkelsensor 10. Im vorliegenden Fall befindet sich der Winkelsensor 10 an derjenigen Stirnseite des Gehäuses 9, welche dem Lenkrad 2 zugewandt ist. Eine Drehmomentsensorik, mit welcher das über das Lenkrad 2 in die Lenksäule 3 eingeleitete Drehmoment erfasst wird, ist in den Figuren nicht dargestellt.The threaded spindle 4 is firmly connected or identical to the motor shaft designated 6 of the electric motor 7 , The electromechanical brake 8th is located axially between the purely mechanical, passive braking device 11 and the electric motor 7 , The three components 7 . 8th . 11 are in a common, cylindrical housing 9 added. It is also located in the housing 9 an angle sensor 10 , In the present case there is the angle sensor 10 on that end of the housing 9 which the steering wheel 2 is facing. A torque sensor system, with which the steering wheel 2 into the steering column 3 initiated torque is detected is not shown in the figures.

Die Wälzkörper, das heißt Kugeln, des als Kugelgewindetrieb aufgebauten Gewindetriebs 5 sind mit 12 bezeichnet. Die Kugeln 12 rollen zwischen dem Gewindegang der Gewindespindel 4 und einem Gewindegang einer Spindelmutter 13 ab. Die Spindelmutter 13 hat eine zylindrische Grundform, wobei sie an ihrer dem Winkelsensor 10 zugewandten Stirnseite einen sternförmigen Flansch 14, das heißt Sternflansch, aufweist. Der Sternflansch 14 weist im vorliegenden Fall vier Arme auf, die mit 15 bezeichnet sind. In der Neutralstellung des Lenkrads 2, wie in 1 dargestellt, befindet sich der Sternflansch 14 in derselben Ebene wie eine erste Zwischenplatte 17.The rolling elements, that is to say balls, of the screw drive constructed as a ball screw drive 5 are designated by 12. The balls 12 roll between the thread of the threaded spindle 4 and a thread of a spindle nut 13 from. The spindle nut 13 has a cylindrical basic shape, being at its the angle sensor 10 facing end face a star-shaped flange 14 , i.e. star flange. The star flange 14 in the present case has four arms, which are designated by 15. In the neutral position of the steering wheel 2 , as in 1 shown, the star flange is located 14 in the same plane as a first intermediate plate 17 ,

Die gehäusefeste Zwischenplatte 17 weist eine Aussparung 16 auf, welche entsprechend der Form des Sternflansches 14 ebenfalls eine Sternform beschreibt. Damit ist es möglich, die den Sternflansch 14 aufweisende Stirnseite der Spindelmutter 13 durch die erste Zwischenplatte 17 hindurch zu schieben. Auf der der ersten Zwischenplatte 17 gegenüberliegenden Stirnseite der mechanischen Bremsvorrichtung 11 befindet sich eine zweite Zwischenplatte 18, welche ebenfalls fest mit dem Gehäuse 9 verbunden oder integraler Bestandteil des Gehäuses 9 ist. Axial zwischen den beiden Zwischenplatten 17, 18 sind somit, wie aus 1 hervorgeht, sowohl der Gewindetrieb 5 als auch die übrigen Komponenten der mechanischen Bremsvorrichtung 11 angeordnet. Als übrige Komponente der Bremsvorrichtung 11 fungiert eine als Druckfeder wirkende Feder 19, welche als Schraubenfeder gestaltet ist.The intermediate plate fixed to the housing 17 has a recess 16 on which according to the shape of the star flange 14 also describes a star shape. This makes it possible to use the star flange 14 end face of the spindle nut 13 through the first intermediate plate 17 to push through. On the first intermediate plate 17 opposite end of the mechanical braking device 11 there is a second intermediate plate 18 , which are also fixed to the housing 9 connected or integral part of the housing 9 is. Axially between the two intermediate plates 17 . 18 are thus like from 1 emerges, both the screw drive 5 as well as the other components of the mechanical braking device 11 arranged. As the remaining component of the braking device 11 acts as a compression spring 19 , which is designed as a coil spring.

Die Feder 19 ist in jedem Betriebszustand der Lenkeinheit 1 zwischen einem lenkradseitigen Anschlag und einem elektromotorseitigen Anschlag eingespannt. Die Anschlagfunktion kann hierbei auf beiden Seiten je nach Betriebszustand entweder durch ein gehäusefestes Element, nämlich eine der Zwischenplatten 17, 18, oder durch ein nicht gehäusefestes Element übernommen werden.The feather 19 is in every operating state of the steering unit 1 clamped between a steering wheel-side stop and an electric motor-side stop. Depending on the operating state, the stop function can be done on both sides either by a housing-fixed element, namely one of the intermediate plates 17 . 18 , or be taken over by an element that is not fixed to the housing.

In der in 1 skizzierten Neutralstellung, das heißt bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs, schlägt die Feder 19 mit ihrer linken, lenkradnahen Seite sowohl an der ersten Zwischenplatte 17 als auch am Sternflansch 14 der Spindelmutter 13 an. Wird das Lenkrad 2 nach links eingeschlagen, so ist die in 3 dargestellte Einstellung der Lenkeinheit 1 erreichbar. Wie aus 3 hervorgeht, ist hierbei der Sternflansch 14 nach links, das heißt in Richtung zum Lenkrad 2, verschoben. Die lenkradnahe Stirnseite der Feder 19 kann dieser Verschiebung nicht folgen, da sie an der ersten Zwischenplatte 17 abgestützt ist. Die zweite, elektromotornahe Stirnseite der Feder 19 ist dagegen an einem Hülsenfuß 21 abgestützt. Der Hülsenfuß 21 ist Teil einer Hülse 20, welche die Spindelmutter 13 umgibt und auf dieser verschiebbar ist.In the in 1 Outlined neutral position, that is, when the vehicle is driving straight ahead, the spring beats 19 with its left side near the steering wheel both on the first intermediate plate 17 as well as on the star flange 14 the spindle nut 13 on. Will the steering wheel 2 turned to the left, that's the in 3 shown setting of the steering unit 1 reachable. How from 3 is the star flange 14 to the left, that is towards the steering wheel 2 , postponed. The end of the spring near the steering wheel 19 cannot follow this shift because it is on the first intermediate plate 17 is supported. The second end of the spring close to the electric motor 19 is on the other hand on a sleeve base 21 supported. The pod base 21 is part of a sleeve 20 which the spindle nut 13 surrounds and is movable on this.

In der Anordnung nach 3 schlägt der Hülsenfuß 21 an einem Ring 22 an, welcher fest mit der Spindelmutter 13 verbunden ist. Ebenso könnte der Ring 22 integraler Bestandteil der Spindelmutter 13 in der Art eines an diese angeformten Flansches sein. Im Vergleich zum Sternflansch 14 ist der Ring 22 in Radialrichtung weniger ausgedehnt. Durch die Verschiebung des Ringes 22 zusammen mit der Hülse 20 nach links, das heißt in Richtung zur ersten Zwischenplatte 17, wird die Feder 19 komprimiert. Die Kompression der Feder 19 wird über den Gewindetrieb 5 in ein Drehmoment, das heißt ein Gegenmoment, umgesetzt, welches über die Lenkwelle 3 in das Lenkrad 2 eingeleitet wird. Somit steigt das Gegenmoment umso mehr an, je weiter das Lenkrad 2 eingeschlagen wird.In the order after 3 beats the sleeve foot 21 on a ring 22 on which firmly with the spindle nut 13 connected is. The ring could as well 22 integral part of the spindle nut 13 in the manner of a flange molded onto this. Compared to the star flange 14 is the ring 22 less expanded in the radial direction. By moving the ring 22 together with the sleeve 20 to the left, that is towards the first intermediate plate 17 , the feather 19 compressed. The compression of the spring 19 is via the screw drive 5 converted into a torque, i.e. a counter torque, which is transmitted via the steering shaft 3 in the steering wheel 2 is initiated. So that increases The further the steering wheel, the more counter torque 2 is struck.

Der Einschlag des Lenkrads 2 in die Gegenrichtung ist in 4 veranschaulicht. In diesem Fall ist der Sternflansch 14 nach rechts, das heißt zur zweiten Zwischenplatte 18 hin, im Vergleich zur Neutralstellung verschoben. Bei der Verschiebung wurde der Ring 22 durch eine Aussparung 23 in der zweiten Zwischenplatte 18 durchgeschoben. Dieser Verschiebung kann die Druckfeder 19 nicht folgen, da sie am Hülsenfuß 21 anliegt. Der Hülsenfuß 21 wiederum ist an der zweiten Zwischenplatte 18 abgestützt. Somit wird mit zunehmendem Lenkeinschlag lediglich die linke, lenkradnahe Seite der Druckfeder 19, die am Sternflansch 14 abgestützt ist, verlagert. Auch in diesem Fall führt somit ein zunehmender Einschlagwinkel des Lenkrads 2 zu einem zunehmenden rückstellenden, durch die Bremsvorrichtung 11 rein passiv erzeugten Drehmoment. Dieses Drehmoment kann durch den Elektromotor 7 wahlweise erhöht oder gesenkt werden. Für eine Erhöhung des Drehmoments kann zusätzlich die elektromechanische Bremse 8 aktiviert werden. Die elektromechanische Bremse 8 zeichnet sich ebenso wie der Elektromotor 7 und die mechanische Bremsvorrichtung 11 durch äußerst kurze bis vernachlässigbare Reaktionszeiten aus. The turning of the steering wheel 2 in the opposite direction is in 4 illustrated. In this case, the star flange 14 to the right, that is to the second intermediate plate 18 towards, compared to the neutral position. The ring was moved 22 through a recess 23 in the second intermediate plate 18 pushed through. This shift can be the compression spring 19 do not follow as they are on the sleeve base 21 is applied. The pod base 21 again is on the second intermediate plate 18 supported. Thus, with increasing steering angle, only the left side of the compression spring near the steering wheel becomes 19 that on the star flange 14 is supported, relocated. In this case too, an increasing steering angle of the steering wheel leads 2 to an increasing reset, by the braking device 11 Passively generated torque. This torque can be generated by the electric motor 7 optionally increased or decreased. The electromechanical brake can also be used to increase the torque 8th to be activated. The electromechanical brake 8th stands out just like the electric motor 7 and the mechanical braking device 11 due to extremely short to negligible response times.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Lenkeinheitsteering unit
22: Lenkradsteering wheel
33: Lenksäulesteering column
44: Gewindespindelscrew
55: Gewindetriebscrew
66: Motorwellemotor shaft
77: Elektromotorelectric motor
88th: elektromotorische Bremseelectromotive brake
99: Gehäusecasing
1010: Winkelsensorangle sensor
1111: mechanische Bremsvorrichtungmechanical braking device
1212: KugelBullet
1313: Spindelmutterspindle nut
1414: Sternflanschradial flange
1515: Armpoor
1616: Aussparungrecess
1717: erste Zwischenplattefirst intermediate plate
1818: zweite Zwischenplattesecond intermediate plate
1919: Federfeather
2020: Hülseshell
2121: Hülsenfußtube foot
2222: Ringring
2323: Aussparung recess
MM: Mittelachsecentral axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 2017/0320515 A1 [0002]
US 2002/0189888 A1 [0003]
WO 0240336 A1 [0004]
EP 2840012 B1 [0005]
DE 102013214417 A1 [0006]
DE 102013214420 A1 [0006]

Claims

Steering unit for steer-by-wire steering of a motor vehicle, comprising a steering shaft (3) provided for connection to a steering wheel, an electric motor (7) acting on the steering shaft (3) and an electromechanically actuated, mechanically operated on the steering shaft (3) acting brake (8), characterized by an additional, mechanically operating device (11) for generating a counter-torque counteracting a steering movement.

Steering unit after Claim 1 , characterized in that the electric motor (7) has a motor shaft (6) which is gearlessly coupled to the steering shaft (3).

Steering unit after Claim 2 , characterized in that the electric motor (7), the brake (8) and the purely mechanical device (11) for generating a counter torque are arranged coaxially to one another.

Steering unit according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the mechanically operating device (11) for generating a counter torque comprises a screw drive (5).

Steering unit after Claim 4 , characterized in that the screw drive (5) is designed as a ball screw drive.

Steering unit after Claim 4 or 5 , characterized in that the device (11) for generating a counter-torque comprises a compression spring (19), in particular in the form of a helical spring, which is intended to apply a force to a spindle nut in each direction when the steering angle is increased in accordance with the amount of the steering angle (13) of the screw drive (5).

Steering unit after Claim 6 , characterized in that the compression spring (19) is arranged between the two end faces of the spindle nut (13).

Steering unit after Claim 7 , characterized in that the compression spring (19) on one of its end faces in a first setting of the screw drive (5) on a flange (14) of the spindle nut (13) and in a second setting of the screw drive (5) on a first, relative to Threaded spindle (4) of the screw drive (5) axially non-displaceable intermediate plate (17) is supported.

Steering unit after Claim 8 , characterized in that the flange (14) of the spindle nut (13) is designed as a star flange and the first intermediate plate (17) has a corresponding recess (16) which enables the spindle nut (13) to be pushed through.

Steering unit after Claim 8 or 9 , characterized in that the second end face of the compression spring (19) is supported in each setting of the screw drive (5) on a sleeve base (21) of a sleeve (20) concentrically surrounding the spindle nut (13) and being displaceable relative to the latter Depending on the setting of the screw drive (5), the sleeve base (21) is supported either on a ring (22) fixedly connected to the spindle nut (13) or on a second intermediate plate (18).