DE102018130101A1

DE102018130101A1 - Feedback actuator for a steering device with direct drive

Info

Publication number: DE102018130101A1
Application number: DE102018130101.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wöllner; Jochen Rosenfeld
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung mit Direktantrieb, mit einer äußeren Gehäuseanordnung (12), umfassend eine Lenkspindel (14) zur Kopplung einer Motorwelle mit einem Lenkrad (16), wobei die Lenkspindel (14) um ihre Längsachse (L) drehbar in der Gehäuseanordnung (12) gelagert ist und sich von ihrem Anschluss für das Lenkrad (16) bis hin zur Motorwelle erstreckt, ein Lager (18) zur Lagerung der Lenkspindel (14), ein optionales Reibelement (20) zur Erzeugung einer Grundreibung des Feedback-Aktuators (10), eine Sperrvorrichtung (22) für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment eines Motors (26) erfordern, ein Winkelsensorsystem (24) zur Ermittlung der Rotorlage für die Regelung eines Motors (26) und einen Motor (26) mit einer Motorwelle zum aktiven Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gehäuseelement (30) für den Feedback-Aktuator (10). Die Erfindung ermöglicht eine Lenkeinrichtung mit einem realistisch nachgebildeten Lenkgefühl, wobei der Feedback-Aktuator möglichst spielfrei ausgebildet ist.The invention relates to a feedback actuator (10) for a steering device with direct drive, with an outer housing arrangement (12), comprising a steering spindle (14) for coupling a motor shaft to a steering wheel (16), the steering spindle (14) about its longitudinal axis (L) is rotatably mounted in the housing arrangement (12) and extends from its connection for the steering wheel (16) to the motor shaft, a bearing (18) for mounting the steering spindle (14), an optional friction element (20) for generation a basic friction of the feedback actuator (10), a locking device (22) for functions that require an active actuating torque greater than a defined steering torque of a motor (26), an angle sensor system (24) for determining the rotor position for the control of a motor (26 ) and a motor (26) with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in a switched-on operating state of a vehicle. The invention further relates to a housing element (30) for the feedback actuator (10). The invention enables a steering device with a realistic simulation of the steering feel, the feedback actuator being designed with as little play as possible.

Description

Die Erfindung betrifft einen Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung mit Direktantrieb. Solche Feedback-Aktuatoren werden insbesondere bei steer-by-wire-Lenksystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt.The invention relates to a feedback actuator for a steering device with direct drive. Such feedback actuators are used in particular in steer-by-wire steering systems for motor vehicles.

Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers wie konventionelle mechanische Lenkungen durch Drehung eines Lenkrades einer Eingabeeinheit entgegen. Dadurch wird die Drehung einer Lenkwelle bewirkt, die jedoch nicht mechanisch über das Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist, sondern mit Drehwinkel- bzw. Drehmomentsensoren zusammenwirkt, die den eingebrachten Lenkbefehl erfassen und ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenksteller abgeben, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt.Steer-by-wire steering systems for motor vehicles receive manual steering commands from the driver, like conventional mechanical steering systems, by rotating a steering wheel of an input unit. This causes the rotation of a steering shaft, which, however, is not mechanically connected to the wheels to be steered via the steering gear, but rather interacts with angle of rotation or torque sensors, which detect the steering command introduced and emit an electrical control signal determined therefrom to a steering actuator by means of of an electric actuator sets a corresponding steering angle of the wheels.

Bei steer-by-wire-Systemen erhält der Fahrer von den gelenkten Rädern keine unmittelbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, welche bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände zum Lenkrad zurückgemeldet werden. Die fehlende haptische Rückmeldung erschwert dem Fahrer, aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenkbarkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden.In steer-by-wire systems, the driver does not receive any direct physical feedback from the steered wheels via the steering column, which in conventional mechanically coupled steering systems is a reaction or reset torque depending on the condition of the road surface, the vehicle speed, the current steering angle and other operating conditions be reported back to the steering wheel. The lack of haptic feedback makes it difficult for the driver to reliably record current driving situations and to carry out appropriate steering maneuvers, which impairs vehicle steerability and thus driving safety.

Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen zu erfassen oder in einer Simulation zu berechnen, und aus diesen ein Rückkopplungs-Signal zu bilden, welches in einen Feedback-Aktuator eingespeist wird. Der Feedback-Aktuator ist in die Eingabeeinheit integriert und weist eine Aktuatoreinheit auf, die einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden Stellantrieb umfasst, und die abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rückstellmoment (Feedbackmoment) über die Lenkwelle in das Lenkrad einkoppelt. Derartige „Force-feedback“-Systeme geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert.To create a realistic driving experience, it is known in the prior art to record parameters such as vehicle speed, steering angle, steering reaction torque and the like from an actual current driving situation or to calculate them in a simulation, and to use these to generate a feedback signal, which is used in a feedback actuator is fed. The feedback actuator is integrated in the input unit and has an actuator unit which comprises an actuator serving as a manual torque or steering wheel actuator and which, depending on the feedback signal, couples a return torque (feedback torque) corresponding to the real reaction torque via the steering shaft into the steering wheel. Such “force feedback” systems give the driver the impression of a real driving situation as with conventional steering, which facilitates an intuitive reaction.

Aus der DE 10 2008 036 730 A1 ist ein steer-by-wire-Lenksystem bekannt, mit einer Eingabeeinheit, die eine von einem Elektromotor angetriebene Aktuatoreinheit aufweist. Der Elektromotor kann von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert werden, die in Abhängigkeit von Messwerten, welche die jeweilige Fahrsituation charakterisieren, den Motorstrom einstellt. Die Motorwelle ist direkt mit der Lenkwelle gekuppelt, somit ist das Motordrehmoment identisch mit dem in die Lenkwelle eingekoppelten Handmoment. Dabei ist der Elektromotor bezüglich der Längsachse axial an die Manteleinheit angeflanscht und die Motorwelle über eine Kupplung mit der in der Manteleinheit gelagerten Lenkwelle verbunden. Eine gleichartig aufgebaute Aktuatoreinheit ist in der EP 2 414 211 B1 dargestellt. In der darin beschriebenen Ausführung bildet die Lenkwelle selbst die Motorwelle des Elektromotors, sodass ein kompakterer Aufbau realisiert werden kann.From the DE 10 2008 036 730 A1 a steer-by-wire steering system is known, with an input unit which has an actuator unit driven by an electric motor. The electric motor can be controlled by an electronic control unit that adjusts the motor current as a function of measured values that characterize the respective driving situation. The motor shaft is directly coupled to the steering shaft, so the motor torque is identical to the manual torque that is coupled into the steering shaft. The electric motor is flanged axially to the jacket unit with respect to the longitudinal axis and the motor shaft is connected to the steering shaft mounted in the jacket unit via a coupling. A similarly constructed actuator unit is in the EP 2 414 211 B1 shown. In the embodiment described therein, the steering shaft itself forms the motor shaft of the electric motor, so that a more compact structure can be achieved.

Zur Beaufschlagung eines definierten Rückstellmoments im Lenkrad muss bei den vorangehend beschriebenen bekannten Ausführungen das Motordrehmoment wegen der direkten Kupplung der Motorwelle mit der Lenkwelle entsprechend genau vorgegeben werden, was eine aufwendige, schnelle und präzise Regelung des Motorstroms in der Steuereinheit erfordert. Hinzu kommt, dass zur Realisierung größerer Rückstellmomente relativ hohe Steuerströme bereitgestellt werden müssen. Diese Anforderungen bedingen einen hohen Steuerungsaufwand, sodass die Steuereinheit entsprechend aufwendig ausgelegt werden muss. Außerdem haben zur Beaufschlagung mit realistischen Rückstellmomenten geeignete Elektromotoren mit ausreichend hohen Motordrehmomenten relativ große Abmessungen, was einem kompakten Aufbau entgegensteht.In order to apply a defined restoring torque in the steering wheel, the motor torque in the known designs described above must be specified precisely because of the direct coupling of the motor shaft to the steering shaft, which requires complex, fast and precise control of the motor current in the control unit. In addition, relatively high control currents have to be provided in order to realize larger restoring torques. These requirements involve a high level of control effort, so that the control unit has to be designed in a correspondingly complex manner. In addition, suitable electric motors with sufficiently high motor torques have relatively large dimensions for the application of realistic restoring torques, which is contrary to a compact construction.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Feedback-Aktuator für eine kompakte Lenkeinrichtung mit einem realistisch nachgebildeten Lenkgefühl zu entwickeln, die möglichst spielfrei ausgebildet ist.It is the object of the invention to develop a feedback actuator for a compact steering device with a realistic simulation of the steering feel, which is designed to be as free of play as possible.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Feedback-Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The object is achieved according to the invention by a feedback actuator with the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description, which can each represent an aspect of the invention individually or in combination.

Die Erfindung betrifft somit einen Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung mit Direktantrieb, mit einer äußeren Gehäuseanordnung, umfassend eine Lenkspindel zur Kopplung einer Motorwelle mit einem Lenkrad, wobei die Lenkspindel um ihre Längsachse drehbar in der Gehäuseanordnung gelagert ist und sich von ihrem Anschluss für das Lenkrad bis hin zur Motorwelle erstreckt, ein Lager zur Lagerung der Lenkspindel, ein optionales, entlang der Längsachse angeordnetes Reibelement zur Erzeugung einer Grundreibung des Feedback-Aktuators, eine entlang der Längsachse angeordnete Sperrvorrichtung für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment eines Motors erfordern, ein entlang der Längsachse angeordnetes Winkelsensorsystem zur Ermittlung der Rotorlage für die Regelung eines Motors und einen entlang der Längsachse angeordneter Motor mit einer Motorwelle zum aktiven Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs.The invention thus relates to a feedback actuator for a steering device with direct drive, with an outer housing arrangement, comprising a steering spindle for coupling a motor shaft to a steering wheel, the steering spindle being mounted rotatably about its longitudinal axis in the housing arrangement and extending from its connection for the steering wheel extends to the motor shaft, a bearing for mounting the steering spindle, an optional friction element arranged along the longitudinal axis for generating a basic friction of the feedback actuator, one arranged along the longitudinal axis Locking device for functions that require an active actuating torque greater than a defined steering torque of a motor, an angle sensor system arranged along the longitudinal axis for determining the rotor position for the control of a motor and a motor arranged along the longitudinal axis with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in one switched on operating state of a vehicle.

Ein derart erfindungsgemäß aufgebauter Feedback-Aktuator bietet ein realistisch nachgebildetes Lenkgefühl für Kraftfahrzeugfahrer, wobei die Komponenten möglichst spielfrei zueinander ausgebildet sind.A feedback actuator constructed in this way according to the invention offers a realistic simulation of the steering feel for motor vehicle drivers, the components being designed with as little play as possible with respect to one another.

Besonders bevorzugt kann die Lenkspindel das Lager, das optionale Reibelement, die Sperrvorrichtung und das Winkelsensorsystem entlang ihrer Längsachse durchdringen, wobei die Lenkspindel optional auch modular ausgebildet sein kann. Die Angaben zur Anordnung entlang der Längsachse sind ausgehend vom Lenkrad und analog zu einer Richtungsangabe zu verstehen. Optional, also beispielhaft kann der Feedback-Aktuator ohne das Reibelement ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn ein Reibmoment aus einer Motorlagerung ausreichend ist für eine Grundreibung.The steering spindle can particularly preferably penetrate the bearing, the optional friction element, the locking device and the angle sensor system along its longitudinal axis, wherein the steering spindle can optionally also be modular. The information on the arrangement along the longitudinal axis is to be understood starting from the steering wheel and analogously to a direction. Optionally, for example, the feedback actuator can be designed without the friction element. This can be the case, for example, if a friction torque from an engine mount is sufficient for basic friction.

Die Lenkspindel kann beispielsweise das Lager, das Reibelement, die Sperrvorrichtung und das Winkelsensorsystem entlang ihrer Längsachse insbesondere mit einer Steckverbindungsausführung durchdringen, um somit einen idealen Zusammenhalt der besonders vorteilhaft angeordneten Komponenten zu ermöglichen. Die Motorwelle des Motors ist vorzugsweise unmittelbar mit einem dem Lenkrad entfernten Ende der Lenkspindel verbunden. Die Komponenten sind insbesondere vorteilhaft zu der Linkspindel, aber auch zueinander entlang der Längsachse vorteilhaft angeordnet, um ein unerwünschtes Spiel möglichst zu reduzieren.The steering spindle can, for example, penetrate the bearing, the friction element, the locking device and the angle sensor system along its longitudinal axis, in particular with a plug-in connection design, in order thus to enable ideal cohesion of the particularly advantageously arranged components. The motor shaft of the motor is preferably connected directly to an end of the steering spindle remote from the steering wheel. The components are particularly advantageously arranged to the left spindle, but also to each other along the longitudinal axis to reduce unwanted play as possible.

Somit kann die Lenkspindel jeweils vom Reibelement, von der Sperrvorrichtung und/oder von dem Motor mit einem jeweilig erforderlichen Drehmoment als Lenkwiderstand beaufschlagt werden. Dieser Lenkwiderstand wird vom Kraftfahrzeugfahrer während seines Lenkvorgangs entsprechend wahrgenommen. Dabei wird der wahrgenommene Lenkwiderstand aus drei Quellen für unterschiedliche Arten von Lenkwiderstand zusammengesetzt. Das Reibelement bewirkt eine Grundreibung und hat die Funktion, dass das Lenkrad bei kleinen Lenkanstößen nicht unkontrolliert ablenkt. Vorzugsweise kann der Lenkwiderstand durch die Grundreibung passiv vorhanden sein. Dies bedeutet, dass der Lenkwiderstand unabhängig von der Fahrsituation konstant vorhanden sein kann. Der Motor bewirkt ein aktives Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs. Aktives Stellen bedeutet hierbei, dass durch das Winkelsensorsystem die Rotorlage der Lenkspindel in Echtzeit gemessen und das in dem Moment erforderliche Lenkmoment durch den Motor zur Verfügung gestellt wird. Somit kann ein realistischer Lenkwiderstand in regulären Fahrsituationen simuliert werden. Zudem können weitere Situationen einen höheren Lenkwiderstand erfordern. Um den Verschleiß des Motors möglichst gering zu halten, ist erfindungsgemäß hierfür eine Sperrvorrichtung vorgesehen. Die Sperrvorrichtung wird beispielsweise bei einer Gegenkörperabdrücksituation eingesetzt. Im Sinne der Erfindung kann als Gegenkörperabdrücksituation beispielsweise das Lenken eines Kraftfahrzeugreifens gegen eine Stirnfläche eines Bürgersteigs verstanden werden, sodass vom Kraftfahrzeugfahrer ein Anschlag wahrgenommen werden kann. Ein weiterer möglicher Einsatz der Sperrvorrichtung ist die Vermeidung eines unerwünschten Wegdrehens des Lenkrads im Sinne einer Unfallprävention. Solche Situationen können beispielsweise beim Einsteigen oder Aussteigen durch den Kraftfahrzeugfahrer erfolgen. Manche Kraftfahrzeugfahrer neigen dazu, sich beim Ein- oder Aussteigen am Lenkrad abzustützen. Ebendiese Belastung könnte beispielsweise durch das aktive Stellmoment der Sperrvorrichtung ausgeglichen werden. Aus Energie- beziehungsweise Kosteneffizienzgründen kann der Sperrvorrichtung für diese Anwendung beispielhaft das Winkelsensorsystem vorgeschaltet sein, um Drehungen der Lenkspindel zu detektieren, sodass die Sperrvorrichtung in Reaktion auf eine Lenkbewegung aktiviert werden könnte.Thus, the steering spindle can be acted upon by the friction element, by the locking device and / or by the motor with a respectively required torque as steering resistance. This steering resistance is perceived accordingly by the motor vehicle driver during his steering operation. The perceived steering resistance is composed of three sources for different types of steering resistance. The friction element creates a basic friction and has the function that the steering wheel does not deflect in an uncontrolled manner with small steering lugs. The steering resistance can preferably be passive due to the basic friction. This means that the steering resistance can be constant regardless of the driving situation. The motor actively sets a defined steering torque when a vehicle is in the operating state. Active positioning here means that the angle position of the steering spindle's rotor position is measured in real time and the steering torque required at that moment is made available by the motor. This allows a realistic steering resistance to be simulated in regular driving situations. In addition, other situations may require higher steering resistance. In order to keep the wear of the engine as low as possible, a locking device is provided for this purpose according to the invention. The locking device is used, for example, in a counter body push-off situation. In the sense of the invention, a counter body push-off situation can be understood, for example, as the steering of a motor vehicle tire against an end face of a sidewalk, so that a stop can be perceived by the motor vehicle driver. Another possible use of the locking device is the avoidance of undesired turning of the steering wheel in the sense of accident prevention. Such situations can occur, for example, when the motor vehicle driver gets on or off. Some motorists tend to support themselves on the steering wheel when getting in or out. This load could be compensated for, for example, by the active actuating torque of the locking device. For energy or cost efficiency reasons, the locking device for this application can, for example, be connected upstream of the angle sensor system in order to detect rotations of the steering spindle, so that the locking device could be activated in response to a steering movement.

Das Lager kann beispielsweise als Wälzlager oder als Gleitlager ausgestaltet sein.The bearing can be configured, for example, as a roller bearing or as a plain bearing.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Gehäuseanordnung modular ausgebildet ist. Dabei kann die Gehäuseanordnung besonders bevorzugt ein erstes Gehäuseelement aufweisen, das mindestens das Lager und vorzugsweise auch das Reibelement umgibt. Weiterhin kann die Gehäuseanordnung insbesondere ein zweites Gehäuseelement aufweisen, das mindestens die Sperrvorrichtung, das Winkelsensorsystem und den Motor umgibt. Alternativ kann das Reibelement im zweiten Gehäuseelement angeordnet sein. Eine solche modulare Ausgestaltung ermöglicht, dass die einzelnen Gehäuseelemente leicht austauschbar angeordnet sein können. So kann insbesondere das zweite Gehäuseelement nachrüstbar sein, um ein Kraftfahrzeug von einem konventionellen Lenksystem auf ein Lenksystem mit dem Feedback-Aktuator aufzurüsten. Ebenso erspart eine solche Anordnung Montagekosten unmittelbar am Kraftfahrzeug, weil die einzelnen Gehäuseelemente vormontiert eingebaut werden können.It can preferably be provided that the housing arrangement is modular. The housing arrangement can particularly preferably have a first housing element that surrounds at least the bearing and preferably also the friction element. Furthermore, the housing arrangement can in particular have a second housing element which surrounds at least the locking device, the angle sensor system and the motor. Alternatively, the friction element can be arranged in the second housing element. Such a modular design enables the individual housing elements to be arranged so that they can be replaced easily. In particular, the second housing element can be retrofitted in order to upgrade a motor vehicle from a conventional steering system to a steering system with the feedback actuator. Such an arrangement also saves assembly costs directly on the motor vehicle because the individual housing elements can be installed pre-assembled.

Insbesondere kann der Wert des Reibungsmoments durch das Reibelement einstellbar sein. Somit können zwischen unterschiedlichen Kraftfahrzeugmodellen variierende Erfordernisse berücksichtigt werden. Optional kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Fahrmodi ein anderes Reibungsmoment erzeugen, um dem Kraftfahrzeugfahrer ein dem Fahrmodus realistischeres Fahrgefühl zu vermitteln.In particular, the value of the friction torque can be adjustable by the friction element. Thus, varying requirements can be taken into account between different motor vehicle models. It can optionally be provided that different driving modes generate a different friction torque in order to give the motor vehicle driver a more realistic driving experience.

Insbesondere kann die Grundreibung zumindest passiv sein, sodass unabhängig vom eingeschalteten oder ausgeschalteten Kraftfahrzeug eine Grundreibung vom Kraftfahrzeugfahrer wahrgenommen werden kann, wenn er das Lenkrad dreht. Beispielsweise bei einer elektromagnetischen Ausführung des Reibelements kann bei einem eingeschalteten Kraftfahrzeug zusätzlich ein aktives, also echtzeitgeregeltes Reibungsmoment hinzukommen.In particular, the basic friction can be at least passive, so that independent of the motor vehicle that is switched on or switched off, the motor vehicle driver can perceive a basic friction when he turns the steering wheel. For example, in the case of an electromagnetic design of the friction element, an active, that is to say real-time-controlled, frictional torque can also be added when the motor vehicle is switched on.

Ein besonders realistisch wahrnehmbare Grundreibung kann sich ergeben, wenn ein Reibungsmoment durch die Grundreibung des Reibelements mindestens einschließlich 0,25 Nm und höchstens einschließlich 2 Nm, vorzugsweise 0,4 Nm beträgt. Beispielsweise kann das Reibungsmoment durch Roll- und Gleitreibung aufgebracht werden.A particularly realistically perceptible basic friction can result if a frictional moment due to the basic friction of the friction element is at least 0.25 Nm and at most 2 Nm, preferably 0.4 Nm. For example, the frictional moment can be applied by rolling and sliding friction.

Die Abkürzung Nm steht nach Lehre dieser Erfindung für Newtonmeter.The abbreviation Nm stands for Newton meters according to the teaching of this invention.

Weiterhin lässt sich die Wahrnehmung des Lenkverhaltens durch den Kraftfahrzeugfahrer weiter erhöhen, wenn das Lenkmoment im eingeschalteten Betriebszustand des Fahrzeugs durch den Motor 6 bis 12 Nm, vorzugsweise 10 Nm beträgt. Das Lenkmoment kann in Echtzeit abhängig vom ausgewählten Fahrmodus, etwa komfortabel oder sportlich, variieren.Furthermore, the perception of the steering behavior by the motor vehicle driver can be increased further if the steering torque in the switched-on operating state of the vehicle is 6 to 12 Nm, preferably 10 Nm. The steering torque can vary in real time depending on the selected driving mode, such as comfortable or sporty.

Die Limitierung auf die vorgenannten Bereiche hat den Vorteil, dass eine möglichst lange Lebensdauer des Motors erzielt werden kann, wobei für darüber hinausgehende Lenkwiderstände die entsprechend diesbezüglich ausgelegte Sperrvorrichtung vorgesehen ist.The limitation to the above-mentioned areas has the advantage that the longest possible service life of the engine can be achieved, with the corresponding locking device being designed for steering resistances going beyond this.

So ist insbesondere vorgesehen, dass das aktive Stellmoment im Falle einer Gegenkörperabdrücksituation an Fahrzeugreifen durch die Sperrvorrichtung bis zu 40 Nm, vorzugsweise bis zu 30 Nm beträgt.In particular, it is provided that the active actuating torque in the event of a counter body push-off situation on vehicle tires by the locking device is up to 40 Nm, preferably up to 30 Nm.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein vorstehend als zweites Gehäuseelement bezeichnetes Gehäuseelement für einen Feedback-Aktuator mit mindestens einem der vorgenannten Merkmale, wobei das Gehäuseelement mindestens die Sperrvorrichtung, das Winkelsensorsystem und den Motor nach mindestens einem der vorhergehenden Merkmale umschließend aufweist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung ist hierbei, dass das Gehäuseelement leicht ausgetauscht werden kann. Bei der Fahrzeugproduktion kann beispielsweise ein erstes Gehäuseteil standardmäßig montiert werden. Das zweite Gehäuseelement kann abhängig von der Konfiguration beziehungsweise Bestellung ausgewählt werden, wobei beispielhaft zwischen einer üblichen Lenkanordnung und einem erfindungsgemäßen Gehäuseelement gewählt werden kann. Insbesondere kann das Gehäuseelement ähnlich wie eine Patrone eingesetzt werden. Sofern ein Reibelement für den Feedback-Aktuator vorgesehen ist, kann dieses optional entweder Bestandteil des ersten Gehäuseelements oder des zweiten Gehäuseelements sein.The invention further relates to a housing element, referred to above as the second housing element, for a feedback actuator with at least one of the aforementioned features, the housing element having at least the locking device, the angle sensor system and the motor according to at least one of the preceding features. A particular advantage of this configuration is that the housing element can be easily replaced. In vehicle production, for example, a first housing part can be installed as standard. The second housing element can be selected depending on the configuration or order, it being possible, for example, to choose between a conventional steering arrangement and a housing element according to the invention. In particular, the housing element can be used similarly to a cartridge. If a friction element is provided for the feedback actuator, this can optionally be either part of the first housing element or the second housing element.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:

1: eine schematische Schnittansicht eines Feedback-Aktuators gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In the following, the invention will be explained by way of example with reference to the accompanying drawing on the basis of a preferred exemplary embodiment, the features illustrated below being able to represent an aspect of the invention both individually and in combination. It shows:

1 a schematic sectional view of a feedback actuator according to a preferred embodiment of the invention.

Die Erfindung betrifft somit gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel einen Feedback-Aktuator 10 für eine Lenkeinrichtung mit Direktantrieb, mit einer äußeren Gehäuseanordnung 12, umfassend eine Lenkspindel 14 zur Kopplung einer Motorwelle mit einem Lenkrad 16, wobei die Lenkspindel 14 um ihre Längsachse L drehbar in der Gehäuseanordnung 12 gelagert ist und sich von ihrem Anschluss für das Lenkrad 16 bis hin zur Motorwelle erstreckt, ein Lager 18 zur Lagerung der Lenkspindel 14, ein optionales, dem Lager 18 entlang der Längsachse L nachfolgend angeordnetes Reibelement 20 zur Erzeugung einer Grundreibung des Feedback-Aktuators 10, eine dem Reibelement 20 entlang der Längsachse L nachfolgend angeordnete Sperrvorrichtung 22 für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment eines Motors 26 erfordern, ein der Sperrvorrichtung 22 entlang der Längsachse L nachfolgend angeordnetes Winkelsensorsystem 24 zur Ermittlung der Rotorlage für die Regelung eines Motors 26 und einen dem Winkelsensorsystem 24 entlang der Längsachse L nachfolgend angeordneter Motor 26 mit einer Motorwelle zum aktiven Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs, wobei die Lenkspindel 14 beispielsweise das Lager 18, das optionale Reibelement 20, die Sperrvorrichtung 22 und das Winkelsensorsystem 24 entlang ihrer Längsachse L durchdringt. Die Angaben zur Anordnung entlang der Längsachse L sind ausgehend vom Lenkrad 16 und analog zu einer Richtungsangabe zu verstehen. Dabei ist die vorgenannte Anordnungsreihenfolge der Komponenten bevorzugt. Möglich ist auch, dass nur einzelne Komponenten wie oben genannt zueinander angeordnet sind.According to an exemplary embodiment, the invention thus relates to a feedback actuator 10th for a steering device with direct drive, with an outer housing arrangement 12th , comprising a steering spindle 14 for coupling a motor shaft to a steering wheel 16 , with the steering shaft 14 about its longitudinal axis L rotatable in the housing arrangement 12th is stored and from their connection for the steering wheel 16 extends to the motor shaft, a bearing 18th for storing the steering spindle 14 , an optional, the stock 18th along the longitudinal axis L subsequently arranged friction element 20th to generate a basic friction of the feedback actuator 10th , the friction element 20th along the longitudinal axis L subsequently arranged locking device 22 for functions that have an active actuating torque greater than a defined steering torque of an engine 26 require one of the locking device 22 along the longitudinal axis L subsequently arranged angle sensor system 24th to determine the rotor position for the control of a motor 26 and one the angle sensor system 24th along the longitudinal axis L subsequently arranged motor 26 with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in an activated operating state of a vehicle, the steering spindle 14 for example the warehouse 18th , the optional friction element 20th , the locking device 22 and the angle sensor system 24th along its long axis L penetrates. The information on the arrangement along the longitudinal axis L are starting from the steering wheel 16 and to be understood analogously to a direction. The aforementioned order of arrangement of the components is preferred. It is also possible that only individual components are arranged with respect to one another as mentioned above.

Ein derart erfindungsgemäß aufgebauter Feedback-Aktuator 10 ist kompakt aufgebaut und bietet gleichzeitig ein realistisch nachgebildetes Lenkgefühl für Kraftfahrzeugfahrer, wobei die Komponenten möglichst spielfrei zueinander ausgebildet sind. A feedback actuator constructed in accordance with the invention in this way 10th has a compact design and at the same time offers a realistic simulation of the steering feel for motor vehicle drivers, the components being designed with as little play as possible relative to one another.

Die Lenkspindel 14 kann das Lager 18, das Reibelement 20, die Sperrvorrichtung 22 und das Winkelsensorsystem 24 entlang ihrer Längsachse L insbesondere mit einer Steckverbindungsausführung durchdringen, um somit einen idealen Zusammenhalt der besonders vorteilhaft angeordneten Komponenten zu ermöglichen. Die Motorwelle des Motors 16 ist vorzugsweise unmittelbar mit einem dem Lenkrad entfernten Ende der Lenkspindel 14 verbunden. Die Komponenten sind insbesondere vorteilhaft zu der Linkspindel 14, aber auch zueinander entlang der Längsachse L vorteilhaft angeordnet, um ein unerwünschtes Spiel möglichst zu reduzieren.The steering spindle 14 can the camp 18th , the friction element 20th , the locking device 22 and the angle sensor system 24th along its long axis L penetrate in particular with a plug-in connection design, in order thus to enable ideal cohesion of the particularly advantageously arranged components. The motor shaft of the motor 16 is preferably directly with one end of the steering spindle remote from the steering wheel 14 connected. The components are particularly advantageous for the left spindle 14 , but also to each other along the longitudinal axis L advantageously arranged to reduce unwanted play as much as possible.

Somit kann die Lenkspindel 14 jeweils vom Reibelement 20, von der Sperrvorrichtung 22 und/oder von dem Motor 26 mit einem jeweilig erforderlichen Drehmoment als Lenkwiderstand beaufschlagt werden. Dieser Lenkwiderstand wird vom Kraftfahrzeugfahrer während seines Lenkvorgangs entsprechend wahrgenommen. Dabei wird der wahrgenommene Lenkwiderstand aus drei Quellen für unterschiedliche Arten von Lenkwiderstand zusammengesetzt. Das Reibelement 20 bewirkt mit einem Reibungsmoment eine Grundreibung und hat die Funktion, dass das Lenkrad bei kleinen Lenkanstößen nicht unkontrolliert ablenkt. Vorzugsweise kann der Lenkwiderstand durch die Grundreibung passiv vorhanden sein. Dies bedeutet, dass der Lenkwiderstand unabhängig von der Fahrsituation konstant vorhanden sein kann. Der Motor 26 bewirkt ein aktives Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs. Aktives Stellen bedeutet hierbei, dass durch das Winkelsensorsystem 24 die Rotorlage der Lenkspindel 14 in Echtzeit gemessen und das in dem Moment erforderliche Lenkmoment durch den Motor 26 zur Verfügung gestellt wird. Somit kann ein realistischer Lenkwiderstand in regulären Fahrsituationen simuliert werden. Zudem können weitere Situationen einen höheren Lenkwiderstand erfordern. Um den Verschleiß des Motors möglichst gering zu halten, ist erfindungsgemäß hierfür eine Sperrvorrichtung 22 vorgesehen. Die Sperrvorrichtung 22 wird beispielsweise bei einer Gegenkörperabdrücksituation eingesetzt. Im Sinne der Erfindung kann als Gegenkörperabdrücksituation beispielsweise das Lenken eines Kraftfahrzeugreifens gegen eine Stirnfläche eines Bürgersteigs verstanden werden, sodass vom Kraftfahrzeugfahrer ein Anschlag wahrgenommen werden kann. Ein weiterer möglicher Einsatz der Sperrvorrichtung 22 ist die Vermeidung eines versehentlichen Wegdrehens des Lenkrads im Sinne einer Unfallprävention. Solche Situationen können beispielsweise beim Einsteigen oder Aussteigen durch den Kraftfahrzeugfahrer erfolgen. Manche Kraftfahrzeugfahrer neigen dazu, sich beim Ein- oder Aussteigen am Lenkrad abzustützen. Ebendiese Belastung könnte beispielsweise durch das aktive Stellmoment der Sperrvorrichtung 22 ausgeglichen werden. Aus Energie- beziehungsweise Kosteneffizienzgründen kann der Sperrvorrichtung 22 für diese Anwendung beispielhaft das Winkelsensorsystem 24 vorgeschaltet sein, um Drehungen der Lenkspindel 14zu detektieren, sodass die Sperrvorrichtung 22 in Reaktion auf eine Lenkbewegung aktiviert werden könnte.Thus, the steering spindle 14 each from the friction element 20th , from the locking device 22 and / or from the engine 26 can be acted upon with a respectively required torque as steering resistance. This steering resistance is perceived accordingly by the motor vehicle driver during his steering operation. The perceived steering resistance is composed of three sources for different types of steering resistance. The friction element 20th causes a basic friction with a moment of friction and has the function that the steering wheel does not deflect uncontrollably with small steering lugs. The steering resistance can preferably be passive due to the basic friction. This means that the steering resistance can be constant regardless of the driving situation. The motor 26 causes an active setting of a defined steering torque in a switched-on operating state of a vehicle. Active positioning means that through the angle sensor system 24th the rotor position of the steering spindle 14 measured in real time and the steering torque required by the engine at the moment 26 is made available. This allows a realistic steering resistance to be simulated in regular driving situations. In addition, other situations may require higher steering resistance. In order to keep the wear of the engine as low as possible, a locking device is provided according to the invention 22 intended. The locking device 22 is used, for example, in a counter body impression situation. In the sense of the invention, a counter body push-off situation can be understood, for example, as the steering of a motor vehicle tire against an end face of a sidewalk, so that a stop can be perceived by the motor vehicle driver. Another possible use of the locking device 22 is to avoid accidentally turning the steering wheel away to prevent accidents. Such situations can occur, for example, when the motor vehicle driver gets on or off. Some motorists tend to support themselves on the steering wheel when getting in or out. This load could be caused, for example, by the active actuating torque of the locking device 22 be balanced. The locking device can be used for energy or cost efficiency reasons 22 the angle sensor system for this application 24th upstream to detect rotations of the steering shaft 14 so that the locking device 22 could be activated in response to a steering movement.

Das Lager 18 kann beispielsweise als Wälzlager oder als Gleitlager ausgestaltet sein. Dies ist in 1 wegen ihres schematischen Charakters nicht näher dargestellt.The warehouse 18th can be configured, for example, as a roller bearing or as a plain bearing. This is in 1 not shown in more detail because of their schematic character.

Vorzugsweise kann, wie in 1 dargestellt, vorgesehen sein, dass die Gehäuseanordnung 12 modular ausgebildet ist. Dabei kann die Gehäuseanordnung 12 besonders bevorzugt ein erstes Gehäuseelement 28 aufweisen, das mindestens das Lager 18 und vorzugsweise auch das Reibelement 20 umgibt. Weiterhin kann die Gehäuseanordnung 12 insbesondere ein zweites Gehäuseelement 30 aufweisen, das mindestens die Sperrvorrichtung 22, das Winkelsensorsystem 24 und den Motor 26 umgibt.Preferably, as in 1 shown, be provided that the housing arrangement 12th is modular. The housing arrangement can 12th particularly preferably a first housing element 28 have at least the camp 18th and preferably also the friction element 20th surrounds. Furthermore, the housing arrangement 12th in particular a second housing element 30th have at least the locking device 22 , the angle sensor system 24th and the engine 26 surrounds.

Alternativ, jedoch nicht näher dargestellt, kann das Reibelement 20 im zweiten Gehäuseelement 30 angeordnet sein. Eine solche modulare Ausgestaltung ermöglicht, dass die einzelnen Gehäuseelemente 28, 30 leicht austauschbar angeordnet sein können. So kann insbesondere das zweite Gehäuseelement 30 nachrüstbar sein, um ein Kraftfahrzeug von einem konventionellen Lenksystem auf ein Lenksystem mit dem Feedback-Aktuator 10 aufzurüsten. Ebenso erspart eine solche Anordnung Montagekosten unmittelbar am Kraftfahrzeug, weil die einzelnen Gehäuseelemente vormontiert eingebaut werden können.Alternatively, but not shown in detail, the friction element 20th in the second housing element 30th be arranged. Such a modular design enables the individual housing elements 28 , 30th can be arranged easily interchangeable. In particular, the second housing element 30th be retrofittable to a motor vehicle from a conventional steering system to a steering system with the feedback actuator 10th upgrade. Such an arrangement also saves assembly costs directly on the motor vehicle because the individual housing elements can be installed pre-assembled.

Insbesondere kann der Wert des Reibungsmoments durch das Reibelement (20) einstellbar sein. Somit können zwischen unterschiedlichen Kraftfahrzeugmodellen variierende Erfordernisse berücksichtigt werden. Optional kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Fahrmodi ein anderes Reibungsmoment erzeugen, um dem Kraftfahrzeugfahrer ein dem Fahrmodus realistischeres Fahrgefühl zu vermitteln.In particular, the value of the frictional torque can be 20th ) be adjustable. Thus, varying requirements can be taken into account between different motor vehicle models. It can optionally be provided that different driving modes generate a different friction torque in order to give the motor vehicle driver a more realistic driving experience.

Insbesondere kann die Grundreibung zumindest passiv sein, sodass unabhängig vom eingeschalteten oder ausgeschalteten Kraftfahrzeug eine Grundreibung vom Kraftfahrzeugfahrer wahrgenommen werden kann, wenn er das Lenkrad dreht. Beispielsweise bei einer elektromagnetischen Ausführung des Reibelements 20 kann bei einem eingeschalteten Kraftfahrzeug zusätzlich ein aktives, also echtzeitgeregeltes Reibungsmoment hinzukommen.In particular, the basic friction can be at least passive, so that independent of the motor vehicle that is switched on or switched off, the motor vehicle driver can perceive a basic friction when he turns the steering wheel. For example with an electromagnetic Execution of the friction element 20th With an activated motor vehicle, an active, that is to say real-time-controlled, frictional torque can also be added.

Eine besonders realistisch wahrnehmbare Grundreibung kann sich ergeben, wenn ein Reibungsmoment durch die Grundreibung des Reibelements 20 mindestens einschließlich 0,25 Nm und höchstens einschließlich 2 Nm, vor-zugsweise 0,4 Nm beträgt. Beispielsweise kann das Reibungsmoment durch Roll- und Gleitreibung aufgebracht werden.A particularly realistically perceptible basic friction can result if a frictional moment is caused by the basic friction of the friction element 20th at least including 0.25 Nm and at most including 2 Nm, preferably 0.4 Nm. For example, the frictional moment can be applied by rolling and sliding friction.

Weiterhin lässt sich die Wahrnehmung des Lenkverhaltens durch den Kraftfahrzeugfahrer weiter erhöhen, wenn das Lenkmoment im eingeschalteten Betriebszustand des Fahrzeugs durch den Motor 26 sechs bis zwölf Nm, vorzugsweise zehn Nm beträgt. Das Lenkmoment kann in Echtzeit abhängig vom ausgewählten Fahrmodus, etwa komfortabel oder sportlich, variieren.Furthermore, the perception of the steering behavior by the motor vehicle driver can be further increased if the steering torque is in the switched-on operating state of the vehicle by the engine 26 is six to twelve Nm, preferably ten Nm. The steering torque can vary in real time depending on the selected driving mode, such as comfortable or sporty.

Die Limitierung auf die vorgenannten Bereiche hat den Vorteil, dass eine möglichst lange Lebensdauer des Motors 26 erzielt werden kann, wobei für darüber hinausgehende Lenkwiderstände die entsprechend diesbezüglich ausgelegte Sperrvorrichtung 22 vorgesehen ist.The limitation to the aforementioned areas has the advantage that the engine has a long service life 26 can be achieved, the locking device designed accordingly in this regard for steering resistances going beyond this 22 is provided.

So ist insbesondere vorgesehen, dass das aktive Stellmoment im Falle einer Gegenkörperabdrücksituation an Fahrzeugreifen durch die Sperrvorrichtung 22 bis zu vierzig Nm, vorzugsweise bis zu dreißig Nm beträgt.In particular, it is provided that the active actuating torque in the event of a counter body push-off situation on vehicle tires by the locking device 22 up to forty Nm, preferably up to thirty Nm.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein zuvor als zweites Gehäuseelement 30 bezeichnetes Gehäuseelement für einen Feedback-Aktuator 10 nach mindestens einem der vorgenannten Merkmale, wobei das Gehäuseelement 30 mindestens die Sperrvorrichtung 22, das Winkelsensorsystem 24 und den Motor 26 nach mindestens einem der vorhergehenden Merkmale umschließend aufweist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung ist hierbei, dass das Gehäuseelement 30 leicht ausgetauscht werden kann. Bei der Fahrzeugproduktion kann beispielsweise ein erstes Gehäuseteil 28 standardmäßig montiert werden. Das zweite Gehäuseelement 30 kann abhängig von der Konfiguration beziehungsweise Bestellung ausgewählt werden, wobei beispielhaft zwischen einer üblichen Lenkanordnung und einem erfindungsgemäßen Gehäuseelement 30 gewählt werden kann. Insbesondere kann das Gehäuseelement 30 ähnlich wie eine Patrone eingesetzt werden. Dabei kann das Reibelement 20 optional entweder Bestandteil des ersten Gehäuseelements 28 oder des zweiten Gehäuseelements 30 sein. Gemäß 1 ist das Reibelement 20 Bestandteil des ersten Gehäuseelements 28.The invention further relates to a previously as a second housing element 30th designated housing element for a feedback actuator 10th according to at least one of the aforementioned features, the housing element 30th at least the locking device 22 , the angle sensor system 24th and the engine 26 according to at least one of the preceding features. A particular advantage of this configuration is that the housing element 30th can be easily replaced. In vehicle production, for example, a first housing part 28 be installed as standard. The second housing element 30th can be selected depending on the configuration or order, for example between a conventional steering arrangement and a housing element according to the invention 30th can be chosen. In particular, the housing element 30th similar to a cartridge. The friction element 20th optionally either part of the first housing element 28 or the second housing element 30th be. According to 1 is the friction element 20th Part of the first housing element 28 .

BezugszeichenlisteReference list

1010th: Feedback-AktuatorFeedback actuator
1212th: GehäuseanordnungHousing arrangement
1414: LenkspindelSteering spindle
1616: Lenkradsteering wheel
1818th: Lagercamp
2020th: ReibelementFriction element
2222: SperrvorrichtungLocking device
2424th: WinkelsensorsystemAngle sensor system
2626: Motorengine
2828: Erstes GehäuseelementFirst housing element
3030th: Zweites Gehäuseelement Second housing element
LL: LängsachseLongitudinal axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102008036730 A1 [0005]
EP 2414211 B1 [0005]

Claims

Feedback actuator (10) for a steering device with direct drive, comprising an outer housing arrangement (12) - A steering spindle (14) for coupling a motor shaft to a steering wheel (16), the steering spindle (14) being rotatable about its longitudinal axis (L) in the housing arrangement (12) and extending from its connection for the steering wheel (16) to extends to the motor shaft, - a bearing (18) for mounting the steering spindle (14), - A locking device (22) arranged along the longitudinal axis (L) for functions which require an active actuating torque greater than a defined steering torque of an engine (26), - An along the longitudinal axis (L) arranged angle sensor system (24) for determining the rotor position for the control of a motor (26) and - A motor (26) arranged along the longitudinal axis (L) with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in a switched-on operating state of a vehicle.

Feedback actuator (10) for a steering device according to Claim 1 , characterized in that the housing arrangement (12) is modular.

Feedback actuator (10) for a steering device according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the housing arrangement (12) has a first housing element (28) which surrounds at least the bearing (18).

Feedback actuator (10) for a steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing arrangement (12) has a second housing element (30) which has at least the locking device (22), the angle sensor system (24) and the motor (26 ) surrounds.

Feedback actuator (10) for a steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the feedback actuator (10) has a friction element (20) along the longitudinal axis (L) for generating a basic friction of the feedback actuator (10), wherein the steering spindle (14) penetrates the friction element (20).

Feedback actuator (10) for a steering device according to Claim 5 , characterized in that a frictional moment due to the basic friction of the friction element (20) is at least 0.25 Nm and at most 2 Nm, preferably 0.4 Nm.

Feedback actuator (10) for a steering device according to Claim 3 or 4th , characterized in that the first housing element (28) or the second housing element (30) after a friction element (20) Claim 6 or 7 surrounds.

Feedback actuator (10) for a steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the steering torque in the switched-on operating state of the vehicle by the engine (26) is 6 to 12 Nm, preferably 10 Nm.

Feedback actuator (10) for a steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the active actuating torque in the event of a counter body push-off situation on vehicle tires by the locking device (22) is up to 40 Nm, preferably up to 30 Nm.

Housing element (30) for a feedback actuator (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the housing element (30) at least the locking device (22), the angle sensor system (24) and the motor (26) according to at least one of the comprising preceding claims.