DE102020131767A1

DE102020131767A1 - Steering gear, in particular for steer-by-wire steering of a vehicle and motor vehicle

Info

Publication number: DE102020131767A1
Application number: DE102020131767.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Reinschke
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2022-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe, insbesondere für eine Steer-by-Wire Lenkung eines Fahrzeuges, mit einem Gewindetrieb zum Anlenken einer Lenkkinematik des Fahrzeuges, einem Antriebsmotor, einer Messeinrichtung sowie einem ersten Getriebe, wobei das erste Getriebe den Antriebsmotor mit dem Gewindetrieb mechanisch koppelt, und die Messeinrichtung eine Positionsbestimmung des Gewindetriebes ermöglicht, sodass insbesondere ein Lenkwinkel des Fahrzeuges bestimmbar ist, wobei ein zweites Getriebe mit dem Lenkgetriebe mechanisch verbunden ist, wobei mittels des zweiten Getriebes eine Bewegung des Gewindetriebes in eine Bewegung eines Messwertgebers übersetzt wird und mittels der Messeinrichtung die Position des Messwertgebers bestimmbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Lenkgetriebe.The invention relates to a steering gear, in particular for steer-by-wire steering of a vehicle, with a screw drive for linking a steering kinematics of the vehicle, a drive motor, a measuring device and a first gear, the first gear mechanically coupling the drive motor to the screw drive. and the measuring device enables the position of the screw drive to be determined, so that in particular a steering angle of the vehicle can be determined, with a second gear being mechanically connected to the steering gear, with the second gear being used to translate a movement of the screw drive into a movement of a sensor, and the measuring device to be used to Position of the transmitter can be determined. The invention also relates to a motor vehicle with such a steering gear.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkgetriebe.The invention relates to a steering gear according to the preamble of independent claim 1. The invention also relates to a motor vehicle with a steering gear.

Lenkgetriebe sind als Teil der Lenkanlage eines Kraftfahrzeuges bekannt. Solche Lenkgetriebe setzen die Drehbewegung des Lenkrades in eine Schiebebewegung von beispielsweise Spurstangen einer Lenkanordnung um. Insbesondere für sogenannte Steer-by-Wire Lenkungen wird dabei die Übertragung des eigentlichen Lenksignals vom Lenkrad an den mechanischen Teil der Lenkung elektrisch vorgenommen. Das Lenkgetriebe übernimmt dann, zumeist mittels eines elektrischen Antriebsmotors, die eigentliche Betätigung der Lenkung, beispielsweise die Verstellung eines Radwinkels.Steering gears are known as part of the steering system of a motor vehicle. Such steering gears convert the rotational movement of the steering wheel into a sliding movement of, for example, tie rods of a steering assembly. In particular for so-called steer-by-wire steering systems, the actual steering signal is transmitted electrically from the steering wheel to the mechanical part of the steering system. The steering gear then takes over the actual actuation of the steering, for example the adjustment of a wheel angle, usually by means of an electric drive motor.

Bekannte Lenkgetriebe für solche Steer-by-Wire Lenkungen weisen zur Feststellung einer Lenkposition zumeist eine Messung des Lenkwinkels indirekt am Antriebsmotor auf. Eine solche, indirekte, Messung der Lenkspindelposition mittels beispielsweise Drehwinkelsensoren an einem Rotor eines Antriebsmotors kann wegen des Kraftflusses vom Motor zur Lenkspindel ungenau sein, insbesondere aufgrund von mechanischen Dehnungen, Spiel oder potentiellen Übersprüngen in einem Übersetzungsgetriebe zwischen Motor und Lenkspindel.Known steering gears for such steer-by-wire systems usually have an indirect measurement of the steering angle on the drive motor to determine a steering position. Such an indirect measurement of the steering spindle position using, for example, angle of rotation sensors on a rotor of a drive motor can be inaccurate because of the power flow from the motor to the steering spindle, in particular due to mechanical stretching, play or potential jumps in a transmission gear between the motor and steering spindle.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the prior art.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Lenkgetriebe, insbesondere für eine Steer-by-Wire Lenkung eines Fahrzeugs, gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 aufgeführt.This object is achieved by a steering gear, in particular for steer-by-wire steering of a vehicle, according to independent claim 1. Advantageous configurations are listed in dependent claims 2 to 9.

Dadurch, dass ein zweites Getriebe mit dem Lenkgetriebe mechanisch verbunden ist, wobei mittels des zweiten Getriebes eine Bewegung des Gewindetriebes des Lenkgetriebes in eine Bewegung eines Messwertgebers übersetzt wird und mittels der Messeinrichtung die Position des Messwertgebers bestimmbar ist, ist die Bestimmung des Lenkwinkels mechanisch vom Antrieb des Gewindetriebs entkoppelt und damit eine besonders präzise und zuverlässige Bestimmung des Lenkwinkels möglich. Weiterhin ist auch bei einem Ausfall oder teilweisen Ausfall oder einem Überspringen des ersten Getriebes weiterhin eine zuverlässige Bestimmung des Lenkwinkels möglich.Due to the fact that a second gear is mechanically connected to the steering gear, with the second gear being used to convert a movement of the threaded drive of the steering gear into a movement of a sensor and the position of the sensor being determinable by means of the measuring device, the steering angle is determined mechanically by the drive of the screw drive is decoupled and thus a particularly precise and reliable determination of the steering angle is possible. Furthermore, a reliable determination of the steering angle is still possible even in the event of a failure or partial failure or skipping of the first gear.

Folgende Begriffe seien an dieser Stelle erläutert:The following terms are explained here:

Eine „Steer-by-Wire Lenkung“ ist beispielsweise eine Lenkung oder ein Lenksystem, welche oder welches Signale eines Lenkrades, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, aufnimmt und diese elektrisch oder elektronisch an ein Lenkgetriebe übermittelt. Das Lenkgetriebe übernimmt dann, beispielsweise gesteuert durch eine entsprechende ECU (Electronic Control Unit), die mechanische Verstellung der angelenkten Fahrzeugachse. Weiterhin kann eine solche Steer-by-Wire Lenkung auch Maßnahmen oder Einrichtungen zur Rückmeldung und/oder Simulation einer Lenkkraft, nämlich ein sogenannten „Force Feedback“ enthalten oder umfassen.A "steer-by-wire steering" is, for example, a steering or a steering system which receives signals from a steering wheel, for example in a motor vehicle, and transmits them electrically or electronically to a steering gear. The steering gear then takes over the mechanical adjustment of the articulated vehicle axle, for example controlled by a corresponding ECU (Electronic Control Unit). Furthermore, such a steer-by-wire steering system can also contain or include measures or devices for feedback and/or simulation of a steering force, namely what is known as “force feedback”.

Eine „Lenkkinematik“ eines Fahrzeuges umfasst beispielsweise alle Bauteile, welche für die mechanische Übersetzung oder Weiterleitung vom Lenkgetriebe zu den Rädern eines Fahrzeugs eingesetzt sind. Beispielsweise umfasst dies Spurstangen, Querlenker, ein Radlager sowie die Felge des Fahrzeuges. Im engeren Sinne betrifft diese Lenkkinematik die Spurstangen und Gelenke für die eigentliche Anlenkung eines Rades oder mehrerer Räder.A "steering kinematics" of a vehicle includes, for example, all components that are used for mechanical translation or transmission from the steering gear to the wheels of a vehicle. For example, this includes tie rods, wishbones, a wheel bearing and the rim of the vehicle. In a narrower sense, these steering kinematics relate to the tie rods and joints for the actual linkage of a wheel or several wheels.

Ein „Antriebsmotor“ ist beispielsweise ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor oder ein anderer Motor, welcher den Gewindetrieb des Lenkgetriebes mechanisch beeinflussen kann. Insbesondere ist ein solcher Antriebsmotor ein Elektromotor, welcher eine Drehbewegung vollführt, die mit dem ersten Getriebe auf den Gewindetrieb des Lenkgetriebes übertragen wird.A “drive motor” is, for example, an electric motor or a hydraulic motor or another motor that can mechanically influence the threaded drive of the steering gear. In particular, such a drive motor is an electric motor, which performs a rotary motion that is transmitted to the threaded drive of the steering gear with the first gear.

Eine „Messeinrichtung“ kann jede Art von Sensor, insbesondere in Kombination mit einem Sensorgeber sein, welcher geeignet ist, eine Stellung, eine Position oder einen Winkel eines Bauteils des Lenkgetriebes zu ermitteln und elektronisch oder auf andere Weise weiterzuvermitteln. Beispielsweise ist eine solche Messeinrichtung ein Magnetgeber, ein Inkrementzähler oder ein optischer Messwertaufnehmer.A "measuring device" can be any type of sensor, in particular in combination with a sensor transmitter, which is suitable for determining a setting, a position or an angle of a component of the steering gear and communicating it electronically or in some other way. For example, such a measuring device is a magnetic encoder, an incremental counter or an optical measuring value recorder.

Ein „Getriebe“ kann jede Art von mechanischer Übersetzung oder Untersetzung oder auch Weiterleitung zwischen dem Antriebsmotor und dem Gewindetrieb sein. Beispielsweise ist ein solches Getriebe ein Kugelumlaufgetriebe, ein Riementrieb oder ein einfach oder mehrfach übersetztes Stirnradgetriebe.A "gear" can be any type of mechanical transmission or reduction or transmission between the drive motor and the screw drive. For example, such a gear is a recirculating ball gear, a belt drive or a spur gear with single or multiple transmission.

Eine „Positionsbestimmung“ des Gewindetriebes kann jede Bestimmung einer Stellung oder Position des Lenkgetriebes oder des Gewindetriebes in Relation zum Fahrzeug und/oder zur Lenkung sein. Insbesondere ist diese Positionsbestimmung eine laterale Positionsbestimmung, nämlich die Bestimmung einer Verschiebeposition des Gewindetriebes im Lenkgetriebe in Relation zum Fahrzeug und/oder der Lenkung des Fahrzeugs.A "position determination" of the screw drive can be any determination of a position or position of the steering gear or the screw drive in relation to the vehicle and/or the steering. In particular, this position determination is a lateral position determination, namely the determination of a displacement position of the threaded drive in the steering gear in relation to the vehicle and/or the steering of the vehicle.

Ein „Lenkwinkel“ beschreibt den Einschlagwinkel oder Drehwinkel eines Rades oder mehrerer Räder oder eine mathematisch bestimmte Mischgröße des Einschlagwinkels mehrerer Räder in Abhängigkeit von Spur, Sturz und anderen Einstellwerten einer Lenkung. Insbesondere gibt dieser Lenkwinkel eine Aussage darüber, in welchem Radius das Fahrzeug seinen Weg vollzieht.A "steering angle" describes the steering angle or rotation angle of a wheel or several wheels or a mathematically determined mixed variable of the steering angle of several wheels depending on the toe, camber and other settings of a steering system. In particular, this steering angle provides information about the radius in which the vehicle completes its journey.

Ein „Messwertgeber“ kann jede Einrichtung sein, welche geeignet ist, im Zusammenhang mit einer Messeinrichtung wie oben beschrieben eine Aussage über Position, Winkel und/oder Umdrehungszahl dieses Messwertgebers zu liefern. Insbesondere ist ein solcher Messwertgeber eine Lochscheibe für einen optischen Inkrementgeber, eine Inkrementscheibe für einen magnetischen Messwertaufnehmer oder eine Einrichtung mit mechanischen Inkrementen und/oder Markierungen.A "measuring device" can be any device that is suitable, in connection with a measuring device as described above, to provide information about the position, angle and/or number of revolutions of this measuring device. In particular, such a measured value transmitter is a perforated disk for an optical incremental transmitter, an incremental disk for a magnetic measured value recorder or a device with mechanical increments and/or markings.

Um eine analoge Bewegung des zweiten Getriebes und des Messwertgebers zur Ansteuerung des Lenkgetriebes mittels des Antriebsmotors zu erreichen, überführt das zweite Getriebe eine lineare Bewegung des Gewindetriebes in eine rotatorische Bewegung des Messwertgebers.In order to achieve an analogous movement of the second gear and the sensor for controlling the steering gear by means of the drive motor, the second gear converts a linear movement of the screw drive into a rotary movement of the sensor.

Damit kann eine gleichsinnige Bewegung im Vergleich zum Antriebsmotor erreicht werden und dennoch eine mechanische Entkopplung des ersten Getriebes und des zweiten Getriebes erreicht sein.A movement in the same direction as compared to the drive motor can thus be achieved and a mechanical decoupling of the first gear and the second gear can nevertheless be achieved.

In einer Ausführungsform weist das zweite Getriebe ein Übersetzungsverhältnis gleich oder annähernd gleich dem Übersetzungsverhältnis des ersten Getriebes auf.In one embodiment, the second gear has a gear ratio equal or approximately equal to the gear ratio of the first gear.

Damit ist es ermöglicht, direkt vom Messwertgeber und den damit ermittelten Messwerten auf die Stellung, beispielsweise des Antriebsmotors, zu schließen.This makes it possible to deduce the position of the drive motor, for example, directly from the sensor and the measured values determined with it.

„Gleich oder annähernd gleich“ beschreibt hierbei ein Übersetzungsverhältnis, welches nicht mathematisch identisch sein muss, sondern im Rahmen der Toleranzen durch mechanische Baugruppen, Elastizitäten oder Spiel als gleiches Übersetzungsverhältnis erreichbar ist."Equal or approximately equal" describes a transmission ratio that does not have to be mathematically identical, but can be achieved as the same transmission ratio within the tolerances of mechanical assemblies, elasticity or play.

Um eine besonders feine oder auch redundante Auflösung der Position des Gewindetriebes zu erreichen, weist das zweite Getriebe ein Übersetzungsverhältnis größer dem Übersetzungsverhältnis des ersten Getriebes auf, wobei insbesondere mehrere Teilgetriebe mit Teil-Übersetzungsverhältnissen zum Erreichen des Übersetzungsverhältnisses miteinander verbunden sind.In order to achieve a particularly fine or even redundant resolution of the position of the screw drive, the second gear has a gear ratio greater than the gear ratio of the first gear, with several partial gears with partial gear ratios being connected to one another in order to achieve the gear ratio.

Mit dieser Anordnung ist es ermöglicht, beispielsweise in mehreren Getriebestufen, mehrere von der Bewegung des Gewindetriebes abhängige rotatorische Bewegungen zu erzeugen und diese mit Sensorik abzugreifen. Ein größeres Übersetzungsverhältnis beschreibt hierbei insbesondere eine Übersetzung in Richtung einer langsameren Rotation abgewandter Teilgetriebe oder Teil-Übersetzungsverhältnisse. Beispielsweise kann dabei innerhalb des Übersetzungsverhältnisses eine letzte Stufe und/oder ein letztes Teilgetriebe die langsamste Rotation in Relation zu anderen Teilgetrieben der Gesamtübersetzung aufweisen.This arrangement makes it possible, for example in a number of gear stages, to generate a number of rotational movements that are dependent on the movement of the screw drive and to pick them up using sensors. A larger transmission ratio here describes in particular a transmission in the direction of a slower rotation of sub-transmissions or sub-transmission ratios facing away. For example, within the transmission ratio, a last stage and/or a last partial transmission can have the slowest rotation in relation to other partial transmissions of the overall transmission.

Um die rotatorische Bewegung des Messwertgebers zuverlässig aufnehmen zu können, ist dem Messwertgeber ein Drehwinkelsensor zur Aufnahme eines Drehwinkels des Messwertgebers zugeordnet.In order to be able to reliably record the rotational movement of the measuring transducer, the measuring transducer is assigned a rotation angle sensor for recording a rotational angle of the measuring transducer.

Ein „Drehwinkelsensor“ kann dabei jede sensorische Einrichtung sein, welche geeignet ist, einen Drehwinkel oder ein Drehinkrement des Messwertgebers aufzunehmen und, beispielsweise elektronisch, weiterzuleiten. Insbesondere ist ein solcher Drehwinkelsensor ein Magnetwinkelsensor, ein optischer Sensor oder ein mechanischer Inkrementgeber.A “rotation angle sensor” can be any sensory device that is suitable for recording a rotation angle or a rotation increment of the measured value transmitter and, for example, electronically forwarding it. In particular, such a rotation angle sensor is a magnetic angle sensor, an optical sensor or a mechanical incremental encoder.

In einer weiteren Ausführungsform ist dem Messwertgeber ein Zählwerk zum Bestimmen einer Anzahl von Umdrehungen des Messwertgebers zugeordnet.In a further embodiment, a counter for determining a number of revolutions of the measured value transmitter is assigned to the measured value transmitter.

Damit ist es ermöglicht, volle Umdrehungen, in Zusammenhang mit den Drehwinkelsensor, aufzunehmen, und damit auf einen Gesamtdrehwinkel zu schließen. Insbesondere kann damit auf den Lenkwinkel sicher geschlossen werden, wenn bei einer vollständigen Verschiebung des Gewindetriebes mehrere Umdrehungen des Messwertgebers initiiert werden.This makes it possible to record full revolutions in connection with the angle of rotation sensor, and thus to infer an overall angle of rotation. In particular, the steering angle can thus be reliably inferred if several revolutions of the measuring sensor are initiated in the event of a complete displacement of the threaded drive.

In einer weiteren Ausführungsform sind dem zweiten Getriebe mehrere Drehwinkelsensoren und/oder mehrere Zählwerke zum Aufnehmen eines Drehwinkels und/oder zum Bestimmen einer Anzahl von Umdrehungen des Messwertgebers und/oder der jeweiligen Teilgetriebe zugeordnet.In a further embodiment, the second gear is assigned a plurality of rotation angle sensors and/or a plurality of counters for recording a rotation angle and/or for determining a number of revolutions of the sensor and/or the respective sub-gear.

In dieser Ausgestaltung können Bestandteile der Teilgetriebe als weitere Messwertgeber dienen. An solchen Teilgetrieben angeordnete Drehwinkelsensoren und/oder Zählwerke liefern dann an unterschiedlichen Übersetzungsstufen der Teilgetriebe und damit an unterschiedlichen Übersetzungsstufen des Gesamtgetriebes jeweilige voneinander abhängige Messwerte, sodass eine Auswertung in Bezug auf Redundanz, Zuverlässigkeit und Sinnhaftigkeit der jeweiligen Signale erfolgen kann. Eine solche Lenkgetriebepositionserfassung kann damit besonders zuverlässig ausgestaltet sein. Insbesondere kann in diesem Fall auch auf ein Zählwerk für einzelne Umdrehungen einzelner Übersetzungsstufen verzichtet werden, da eine zuverlässige Aussage über den aktuellen Lenkwinkel durch logische Auswertung der Messwerte unterschiedlicher Übersetzungsstufen ermöglicht ist.In this embodiment, components of the sub-transmissions can serve as further measuring sensors. Angle of rotation sensors and/or counters arranged on such sub-transmissions then supply respective interdependent measured values at different transmission ratios of the sub-transmissions and thus at different transmission ratios of the overall transmission, so that an evaluation with regard to redundancy, reliability and meaningfulness of the respective signals can be carried out. Such a steering gear position detection can thus be designed to be particularly reliable. Especially In this case, a counter for individual revolutions of individual gear ratios can also be dispensed with, since a reliable statement about the current steering angle is made possible by logical evaluation of the measured values of different gear ratios.

In einer weiteren Ausführungsform sind die mehreren Drehwinkelsensoren, insbesondere mehrere Drehwinkelsensoren zum Bestimmen einer Anzahl von Umdrehungen des jeweiligen Teilgetriebes, galvanisch voneinander getrennt, insbesondere auf galvanisch voneinander getrennten Leiterplatten und/oder Schaltkreisen, angeordnet sind.In a further embodiment, the multiple angle of rotation sensors, in particular multiple angle of rotation sensors for determining a number of revolutions of the respective sub-transmission, are arranged electrically isolated from one another, in particular on printed circuit boards and/or circuits electrically isolated from one another.

Damit ist eine Redundanz in Bezug auf die Signalsicherheit einzelner Zweige eines redundanten Systems sichergestellt. Insbesondere verfügen zwei oder mehrere Drehwinkelsensoren für ein jeweiliges Teilgetriebe auch über eine jeweils separate Stromversorgung.This ensures redundancy with regard to the signal security of individual branches of a redundant system. In particular, two or more rotation angle sensors for a respective sub-transmission also have a separate power supply in each case.

Eine „Leiterplatte“ oder ein „Schaltkreis“ sind dabei beispielsweise eine elektronische Platine, eine Anordnung von miteinander in Wirkverbindung stehenden elektrischen oder elektronischen Bauteilen oder ein integrierter Schaltkreis („IC“).A “printed circuit board” or a “circuit” is, for example, an electronic circuit board, an arrangement of electrical or electronic components that are operatively connected to one another, or an integrated circuit (“IC”).

Eine Anordnung mit „galvanischer Trennung“ kann dabei jede Aufnahme, Anordnung oder Befestigung eines Drehwinkelsensors, eines Schaltkreises oder einer Platine oder Leiterplatte sein, welche das Fließen von elektrischen Strom zwischen den jeweiligen Bauteilen unterbindet oder unterhalb einer messbaren Grenze vermindert. Die elektrische Leitung wird dabei mittels elektrisch nicht leitender Bauteile oder Zwischenelemente unterbunden. So kann eine entsprechende Leiterplatte beispielsweise auf separaten, elektrisch nicht leitenden Kunststoff-Haltern gelagert sein. Entsprechend galvanisch getrennte Systeme oder Bauteile sind damit zueinander potentialfrei.An arrangement with "galvanic isolation" can be any receptacle, arrangement or attachment of a rotation angle sensor, a circuit or a circuit board or printed circuit board that prevents the flow of electrical current between the respective components or reduces it below a measurable limit. Electrical conduction is prevented by means of electrically non-conductive components or intermediate elements. For example, a corresponding printed circuit board can be mounted on separate, electrically non-conductive plastic holders. Correspondingly galvanically isolated systems or components are therefore potential-free in relation to one another.

Um das erfindungsgemäße Lenkgetriebe einfach und zuverlässig auszugestalten, ist oder sind das erste Getriebe und/oder das zweite Getriebe ein Kugelgewindetrieb, ein Planetenwälzgetriebe oder ein Riementrieb, insbesondere ein Zahnriementrieb.In order to design the steering gear according to the invention in a simple and reliable manner, the first gear and/or the second gear is or are a ball screw drive, a planetary roller gear or a belt drive, in particular a toothed belt drive.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Antriebsmotor ein permanenterregter Synchronmotor, insbesondere mit zwei voneinander unabhängigen Wicklungen.In a further embodiment, the drive motor is a permanently excited synchronous motor, in particular with two windings that are independent of one another.

Ein solcher permanenterregter Synchronmotor ist als zuverlässiger Antrieb für Lenkgetriebe bekannt und kann in die erfindungsgemäße Ausführung eines Lenkgetriebes sicher und gut integriert werden. In einer Ausführung mit insbesondere zwei voneinander unabhängigen Wicklungen kann innerhalb des permanenterregten Synchronmotors eine zusätzliche Redundanz für den Antrieb des Lenkgetriebes geschaffen werden.Such a permanently excited synchronous motor is known as a reliable drive for steering gears and can be safely and easily integrated into the design of a steering gear according to the invention. In an embodiment with, in particular, two windings that are independent of one another, additional redundancy for the drive of the steering gear can be created within the permanently excited synchronous motor.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkgetriebe gemäß dem unabhängigen Anspruch 10.In a further aspect, the object is achieved by a motor vehicle with a steering gear according to independent claim 10.

Ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkgetriebe gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen kann so erstellt werden, dass das Lenkgetriebe einfach und zuverlässig integrierbar ist. Insbesondere können die mechanischen sowie elektronischen und sensorischen Komponenten des Lenkgetriebes in bestehende Systeme des Kraftfahrzeuges integriert werden und damit ein sicheres Gesamtsystem geschaffen werden.A motor vehicle with a steering gear according to the embodiments described above can be created in such a way that the steering gear can be integrated easily and reliably. In particular, the mechanical as well as electronic and sensory components of the steering gear can be integrated into existing systems of the motor vehicle, thus creating a safe overall system.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Lenkgetriebes in einer isometrischen Ansicht,
2 eine schematische Darstellung eines Lenkgetriebes mit Messgetriebe in einer Seitenansicht, sowie
3 eine schematische Darstellung eines Lenkgetriebes mit einem alternativen Messgetriebe in einer Seitenansicht.

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. Show it

1 a schematic representation of a steering gear in an isometric view,
2 a schematic representation of a steering gear with measuring gear in a side view, and
3 a schematic representation of a steering gear with an alternative measuring gear in a side view.

Ein Lenkgetriebe 101 weist eine Antriebseinheit 103, eine Messeinheit 105 sowie eine Gewindespindel 107 auf. Die Gewindespindel 107 verläuft durch die Antriebseinheit 103 und die Messeinheit 105.A steering gear 101 has a drive unit 103 , a measuring unit 105 and a threaded spindle 107 . The threaded spindle 107 runs through the drive unit 103 and the measuring unit 105.

Die Antriebseinheit 103 umfasst einen Synchronmotor 113 sowie ein Getriebe 111. Das Getriebe 111, welches als Kugelumlaufgetriebe ausgeführt ist, übersetzt eine Drehbewegung des Synchronmotors 113 in eine Längsbewegung der Gewindespindel 107.The drive unit 103 comprises a synchronous motor 113 and a gear 111. The gear 111, which is designed as a recirculating ball gear, translates a rotary movement of the synchronous motor 113 into a longitudinal movement of the threaded spindle 107.

Kugeln 115 greifen in die Gewindespindel 107 ein und bilden mit einer Kugelgewindemutter 117 und einem Umlenkkörper 119 das Kugelumlaufgetriebe.Balls 115 engage in the threaded spindle 107 and together with a ball screw nut 117 and a deflection body 119 form the recirculating ball gear.

An Endbereichen 108 der Gewindespindel 107 sind Kugelköpfe 109 angeordnet. Mittels der Kugelköpfe 109 kann das Lenkgetriebe 101 auf Bestandteile einer Lenkkinematik eines Kraftfahrzeuges wirken. Entsprechende Bestandteile der Lenkkinematik sind nicht dargestellt.Ball heads 109 are arranged on end regions 108 of the threaded spindle 107 . The steering gear 101 can act on components of a steering kinematics of a motor vehicle by means of the ball heads 109 . Corresponding components of the steering kinematics are not shown.

Die Messeinheit 105 dient zum Bestimmen einer lateralen Position der Gewindespindel 107 innerhalb des Lenkgetriebes 101. Damit kann indirekt der Lenkeinschlag an einem Kraftfahrzeug bestimmt werden. Im Folgenden soll die Messeinheit 105 in zwei alternativen Ausgestaltungen beschrieben werden:The measuring unit 105 is used to determine a lateral position of the threaded spindle 107 within the steering gear 101. This can indirectly determine the steering angle of a motor vehicle to be determined. In the following, the measuring unit 105 will be described in two alternative configurations:

In einer ersten Alternative (2) weist die Messeinheit 105 eine Kugelgewindemutter 201 auf, welche auf der Gewindespindel 107 angeordnet ist. Die Kugelgewindemutter 201 ist dabei parallel zur Kugelgewindemutter 117 auf der Gewindespindel 107 angeordnet. Weiterhin ist die Kugelgewindemutter 201 an ihrem Umfang als Stirnrad ausgebildet und wirkt auf eine Getriebestufe 202, nämlich auf ein Stirnrad 203.In a first alternative ( 2 ) the measuring unit 105 has a ball screw nut 201, which is arranged on the threaded spindle 107. The ball screw nut 201 is arranged parallel to the ball screw nut 117 on the threaded spindle 107 . Furthermore, the ball screw nut 201 is designed as a spur gear on its circumference and acts on a gear stage 202, namely on a spur gear 203.

Die Getriebestufe 202 weist neben dem Stirnrad 203 auch das kleinere Stirnrad 205 auf, welches mit dem Stirnrad 203 form- und kraftschlüssig verbunden ist. Die Getriebestufe 202 ist damit als sogenanntes Doppelzahnrad ausgeführt.In addition to the spur gear 203, the gear stage 202 also has the smaller spur gear 205, which is connected to the spur gear 203 in a positive and non-positive manner. The gear stage 202 is thus designed as a so-called double gear.

Das Stirnrad 205 der Getriebestufe 202 wirkt auf ein Stirnrad 207 einer nächsten Getriebestufe 206. Die Getriebestufe 206 umfasst neben dem Stirnrad 207 auch das kleinere Stirnrad 209, die Getriebestufe 206 ist damit ebenfalls als sogenanntes Doppelzahnrad ausgeführt. Das Stirnrad 209 der Getriebestufe 206 wirkt auf ein Stirnrad 211. Ausgehend vom Stirnrad der Kugelgewindemutter 201 wird damit die Drehzahl der Kugelgewindemutter 201 über die Getriebestufe 202, die Getriebestufe 206 hin zum Stirnrad 211 mehrfach untersetzt, also die Drehzahl des Stirnrades der Kugelgewindemutter 201 sukzessive herabgesetzt.The spur gear 205 of the gear stage 202 acts on a spur gear 207 of a next gear stage 206. In addition to the spur gear 207, the gear stage 206 also includes the smaller spur gear 209, the gear stage 206 is thus also designed as a so-called double gear. The spur gear 209 of the gear stage 206 acts on a spur gear 211. Starting from the spur gear of the ball screw nut 201, the speed of the ball screw nut 201 is reduced several times via the gear stage 202, the gear stage 206 to the spur gear 211, i.e. the speed of the spur gear of the ball screw nut 201 is successively reduced .

Entlang der Getriebestufen 202, 206 sowie dem Stirnrad 211 ist eine Platine 251 angeordnet. Die Platine 251 weist einen Magnetwinkelsensor 253, einen Magnetwinkelsensor 255 sowie einen Magnetwinkelsensor 257 auf. Der Magnetwinkelsensor 253 nimmt dabei Signale eines Magneten 254 an der Getriebestufe 202 auf. Ein Magnetwinkelsensor 255 kann Signale eines Magneten 256 an der Getriebestufe 206 aufnehmen. Ein Magnetwinkelsensor 257 kann Signale eines Magneten 258 am Stirnrad 211 aufnehmen. Die jeweiligen Magneten sind dabei drehfest an den Getriebestufen und dem Stirnrad befestigt, sodass mittels der Magnetwinkelsensoren 253, 255 und 257 eine Aufnahme an den jeweiligen Drehpositionen ermöglich ist.A circuit board 251 is arranged along the gear stages 202, 206 and the spur gear 211. The circuit board 251 has a magnetic angle sensor 253 , a magnetic angle sensor 255 and a magnetic angle sensor 257 . The magnetic angle sensor 253 picks up signals from a magnet 254 on the gear stage 202 . A magnetic angle sensor 255 can record signals from a magnet 256 on the gear stage 206 . A magnetic angle sensor 257 can record signals from a magnet 258 on the spur gear 211 . The respective magnets are non-rotatably attached to the gear stages and the spur gear, so that the magnetic angle sensors 253, 255 and 257 can be used to record the respective rotational positions.

Wird nun die Lenkung des Kraftfahrzeuges betrieben, also die Gewindespindel 107 verschoben, so wird damit auch die Kugelgewindemutter 201 in Rotation versetzt, da diese im Gegenteil zur Kugelgewindemutter 117 nicht als Antrieb für die Gewindespindel 107, sondern als Abtrieb in Richtung der Messeinheit 105 dient. Die Getriebestufe 202 dreht sich dann analog zum Stirnrad der Kugelgewindemutter 201 in gleicher Drehzahl, die Getriebestufe 206 mit reduzierter Drehzahl sowie das Stirnrad 211 mit nochmals reduzierter Drehzahl.If the steering of the motor vehicle is now operated, i.e. the threaded spindle 107 is moved, the ball screw nut 201 is also set in rotation, since, in contrast to the ball screw nut 117, this does not serve as a drive for the threaded spindle 107, but as an output in the direction of the measuring unit 105. The gear stage 202 then rotates analogously to the spur gear of the ball screw nut 201 at the same speed, the gear stage 206 at a reduced speed and the spur gear 211 at a further reduced speed.

Wird die Lenkspindel mit dem Synchronmotor 113 angesteuert, welcher mittels der Kugeln 115 und der Kugelgewindemutter 117 und dem Umlenkkörper 119 auf die Gewindespindel 107 wirkt, so wird die Gewindespindel 107 innerhalb des Lenkgetriebes verschoben. Innerhalb der Messeinheit werden dann die entsprechenden Getriebestufen und Stirnräder in Rotation versetzt, sodass mittels der Magnetwinkelsensoren 253, 255 und 257 mittels des Übersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufgetriebes ein Bestimmen des exakten Lenkwinkels des Lenkgetriebes 101 ermöglicht ist. Die Anordnung der Magnetwinkelsensoren 253, 255 und 257 an unterschiedlich übersetzten Getriebestufen ermöglicht dabei durch unterschiedliche Drehzahlen und unterschiedliche Stellungen der Magneten 254, 256 und 258 einen exakten Rückschluss auf die Stellung des Lenkgetriebes 101, auch ohne das konkrete Zählen einzelner Umdrehungen der Stirnradstufen mittels eines Zählwerkes.If the steering spindle is actuated with the synchronous motor 113, which acts on the threaded spindle 107 by means of the balls 115 and the ball screw nut 117 and the deflection body 119, the threaded spindle 107 is displaced within the steering gear. The corresponding gear stages and spur gears are then set in rotation within the measuring unit, so that the exact steering angle of the steering gear 101 can be determined by means of the magnetic angle sensors 253, 255 and 257 using the transmission ratio of the recirculating ball gear. The arrangement of the magnetic angle sensors 253, 255 and 257 on gear stages with different gear ratios enables an exact conclusion to be drawn about the position of the steering gear 101 through different speeds and different positions of the magnets 254, 256 and 258, even without the specific counting of individual revolutions of the spur gear stages using a counter .

In einer zweiten Alternative (3) weist die Messeinheit 105 eine Kugelgewindemutter 301 auf, welche auf der Gewindespindel 107 angeordnet ist. Die Kugelgewindemutter 301 ist dabei parallel zur Kugelgewindemutter 117 auf der Gewindespindel 107 angeordnet. Weiterhin ist die Kugelgewindemutter 301 an ihrem Umfang als Stirnrad ausgebildet und wirkt auf eine Getriebestufe 302, nämlich auf ein Stirnrad 303.In a second alternative ( 3 ) the measuring unit 105 has a ball screw nut 301, which is arranged on the threaded spindle 107. The ball screw nut 301 is arranged parallel to the ball screw nut 117 on the threaded spindle 107 . Furthermore, the ball screw nut 301 is designed as a spur gear on its circumference and acts on a gear stage 302, namely on a spur gear 303.

Die Getriebestufe 302 weist neben dem Stirnrad 303 auch das kleinere Stirnrad 305 auf, welches mit dem Stirnrad 303 form- und kraftschlüssig verbunden ist. Die Getriebestufe 302 ist damit als sogenanntes Doppelzahnrad ausgeführt.In addition to the spur gear 303, the gear stage 302 also has the smaller spur gear 305, which is connected to the spur gear 303 in a positive and non-positive manner. The gear stage 302 is thus designed as a so-called double gear.

Das Stirnrad 305 der Getriebestufe 302 wirkt auf ein Stirnrad 307 einer nächsten Getriebestufe 306. Die Getriebestufe 306 umfasst neben dem Stirnrad 307 auch das kleinere Stirnrad 309, die Getriebestufe 306 ist damit ebenfalls als sogenanntes Doppelzahnrad ausgeführt. Das Stirnrad 309 der Getriebestufe 306 wirkt auf ein Stirnrad 311. Ausgehend vom Stirnrad der Kugelgewindemutter 301 wird damit die Drehzahl der Kugelgewindemutter 301 über die Getriebestufe 302, die Getriebestufe 306 hin zum Stirnrad 311 mehrfach untersetzt, also die Drehzahl des Stirnrades der Kugelgewindemutter 301 sukzessive herabgesetzt.The spur gear 305 of the gear stage 302 acts on a spur gear 307 of a next gear stage 306. In addition to the spur gear 307, the gear stage 306 also includes the smaller spur gear 309, the gear stage 306 is therefore also designed as a so-called double gear. The spur gear 309 of the gear stage 306 acts on a spur gear 311. Starting from the spur gear of the ball screw nut 301, the speed of the ball screw nut 301 is reduced several times via the gear stage 302, the gear stage 306 to the spur gear 311, i.e. the speed of the spur gear of the ball screw nut 301 is successively reduced .

Entlang der Getriebestufen 302, 306 sowie dem Stirnrad 311 ist auf einer Seite eine Platine 351 angeordnet. Die Platine 351 weist einen Magnetwinkelsensor 353, einen Magnetwinkelsensor 355 sowie einen Magnetwinkelsensor 357 auf. Der Magnetwinkelsensor 353 nimmt dabei Signale eines Magneten 354 an der Getriebestufe 302 auf. Ein Magnetwinkelsensor 355 nimmt Signale eines Magneten 356 an der Getriebestufe 306 auf. Ein Magnetwinkelsensor 357 nimmt Signale eines Magneten 358 am Stirnrad 311 auf. Die jeweiligen Magneten sind dabei drehfest an den jeweiligen Getriebestufen und/oder dem dazugehörigen Stirnrad befestigt, sodass mittels der Magnetwinkelsensoren 353, 355 und 357 eine Aufnahme an den jeweiligen Drehpositionen ermöglich ist.Along the gear stages 302, 306 and the spur gear 311, a circuit board 351 is arranged on one side. The circuit board 351 has a magnetic angle sensor 353 , a magnetic angle sensor 355 and a magnetic angle sensor 357 . The magnetic angle sensor 353 takes signals from a Magnet 354 on the gear stage 302. A magnet angle sensor 355 picks up signals from a magnet 356 on gear stage 306 . A magnetic angle sensor 357 picks up signals from a magnet 358 on the spur gear 311 . The respective magnets are fixed in a rotationally fixed manner to the respective gear stages and/or the associated spur gear, so that the magnetic angle sensors 353, 355 and 357 enable recording at the respective rotational positions.

Entlang der Getriebestufen 302, 306 sowie dem Stirnrad 311 ist auf einer gegenüberliegenden Seite zur Platine 351 eine Platine 352 angeordnet. Die Platine 352 weist einen Magnetwinkelsensor 359, einen Magnetwinkelsensor 361 sowie einen Magnetwinkelsensor 363 auf. Der Magnetwinkelsensor 359 nimmt dabei Signale eines Magneten 360 an der Getriebestufe 302 auf. Ein Magnetwinkelsensor 361 nimmt Signale eines Magneten 362 an der Getriebestufe 306 auf. Ein Magnetwinkelsensor 363 nimmt Signale eines Magneten 364 am Stirnrad 311 auf. Die jeweiligen Magneten 360, 362 und 364 sind dabei drehfest, und zwar gegenüberliegend zu den Magneten 354, 356 und 358, an den jeweiligen Getriebestufen und/oder dem dazugehörigen Stirnrad befestigt. Die beiden Platinen 351 und 352 sind dabei galvanisch getrennt, verfügen also auch über getrennte Spannungsversorgungen und sind in elektrisch isolierenden Haltern (nicht dargestellt) montiert, sodass mittels der Magnetwinkelsensoren 359, 361 und 363 auf der Platine 352 ein redundantes Signal zu den Magnetwinkelsensoren 353, 355 und 357 auf der Platine 351 erzeugt wird und damit eine redundante Aufnahme an den jeweiligen Drehpositionen ermöglich ist.A circuit board 352 is arranged along the gear stages 302 , 306 and the spur gear 311 on an opposite side to the circuit board 351 . The circuit board 352 has a magnetic angle sensor 359 , a magnetic angle sensor 361 and a magnetic angle sensor 363 . The magnetic angle sensor 359 picks up signals from a magnet 360 on the gear stage 302 . A magnet angle sensor 361 picks up signals from a magnet 362 on the gear stage 306 . A magnetic angle sensor 363 picks up signals from a magnet 364 on the spur gear 311 . The respective magnets 360, 362 and 364 are non-rotatably attached to the respective gear stages and/or the associated spur gear opposite the magnets 354, 356 and 358. The two circuit boards 351 and 352 are galvanically isolated, so they also have separate power supplies and are mounted in electrically insulating holders (not shown), so that a redundant signal to the magnetic angle sensors 353, 355 and 357 is generated on the circuit board 351 and thus a redundant recording at the respective rotational positions is made possible.

Wird nun die Lenkung des Kraftfahrzeuges betrieben, also die Gewindespindel 107 verschoben, so wird damit auch die Kugelgewindemutter 301 in Rotation versetzt, da diese im Gegenteil zur Kugelgewindemutter 117 nicht als Antrieb für die Gewindespindel 107, sondern als Abtrieb in Richtung der Messeinheit 105 dient. Die Getriebestufe 302 dreht sich dann analog zum Stirnrad der Kugelgewindemutter 301 in gleicher Drehzahl, die Getriebestufe 306 mit reduzierter Drehzahl sowie das Stirnrad 311 mit nochmals reduzierter Drehzahl.If the steering of the motor vehicle is now operated, i.e. the threaded spindle 107 is moved, the ball screw nut 301 is also set in rotation, since, in contrast to the ball screw nut 117, this does not serve as a drive for the threaded spindle 107, but as an output in the direction of the measuring unit 105. The gear stage 302 then rotates analogously to the spur gear of the ball screw nut 301 at the same speed, the gear stage 306 at a reduced speed and the spur gear 311 at a further reduced speed.

Wird die Lenkspindel mit dem Synchronmotor 113 angesteuert, welcher mittels der Kugeln 115 und der Kugelgewindemutter 117 und dem Umlenkkörper 119 auf die Gewindespindel 107 wirkt, so wird die Gewindespindel 107 innerhalb des Lenkgetriebes verschoben. Innerhalb der Messeinheit werden dann die entsprechenden Getriebestufen und Stirnräder in Rotation versetzt, sodass mittels der Magnetwinkelsensoren 353, 355 und 357 sowie redundant dazu mittels der Magnetwinkelsensoren 359, 361 und 363 mittels des Übersetzungsverhältnisses des Kugelumlaufgetriebes ein Bestimmen des exakten Lenkwinkels des Lenkgetriebes 101 ermöglicht ist. Die Anordnung der Magnetwinkelsensoren 353, 355 und 357 sowie der dazu redundanten Magnetwinkelsensoren 359, 361 und 363 an unterschiedlich übersetzten Getriebestufen 302, 306 und dem Stirnrad 311 ermöglicht dabei durch unterschiedliche Drehzahlen und unterschiedliche Stellungen der Magneten 354, 356 und 358 sowie 360, 362 und 364 einen exakten Rückschluss auf die Stellung des Lenkgetriebes 101, auch ohne das konkrete Zählen einzelner Umdrehungen der Stirnradstufen mittels eines Zählwerkes.If the steering spindle is actuated with the synchronous motor 113, which acts on the threaded spindle 107 by means of the balls 115 and the ball screw nut 117 and the deflection body 119, the threaded spindle 107 is displaced within the steering gear. The corresponding gear stages and spur gears are then set in rotation within the measuring unit, so that the exact steering angle of the steering gear 101 can be determined by means of the magnetic angle sensors 353, 355 and 357 and redundantly by means of the magnetic angle sensors 359, 361 and 363 by means of the transmission ratio of the recirculating ball gear. The arrangement of the magnetic angle sensors 353, 355 and 357 as well as the redundant magnetic angle sensors 359, 361 and 363 on differently geared gear stages 302, 306 and the spur gear 311 enables different speeds and different positions of the magnets 354, 356 and 358 as well as 360, 362 and 364 an exact conclusion about the position of the steering gear 101, even without the specific counting of individual revolutions of the spur gear stages using a counter.

BezugszeichenlisteReference List

101101: Lenkgetriebesteering gear
103103: Antriebseinheitdrive unit
105105: Messeinheitunit of measure
107107: Gewindespindellead screw
108108: Endbereichend area
109109: Kugelkopfball head
111111: Getriebetransmission
113113: Synchronmotorsynchronous motor
115115: KugelBullet
117117: Kugelgewindemutterball screw nut
119119: Umlenkkörperdeflection body
201201: Kugelgewindemutterball screw nut
202202: Getriebestufegear stage
203203: Stirnradspur gear
205205: Stirnradspur gear
206206: Getriebestufegear stage
207207: Stirnradspur gear
209209: Stirnradspur gear
211211: Stirnradspur gear
251251: Platinecircuit board
253253: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
254254: Magnetmagnet
255255: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
256256: Magnetmagnet
257257: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
258258: Magnetmagnet
301301: Kugelgewindemutterball screw nut
302302: Getriebestufegear stage
303303: Stirnradspur gear
305305: Stirnradspur gear
306306: Getriebestufegear stage
307307: Stirnradspur gear
309309: Stirnradspur gear
311311: Stirnradspur gear
351351: Platinecircuit board
352352: Platinecircuit board
353353: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
354354: Magnetmagnet
355355: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
356356: Magnetmagnet
357357: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
358358: Magnetmagnet
359359: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
360360: Magnetmagnet
361361: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
362362: Magnetmagnet
363363: Magnetwinkelsensormagnetic angle sensor
364364: Magnetmagnet

Claims

Steering gear (101), in particular for steer-by-wire steering of a vehicle, with a threaded drive (107) for articulating a steering kinematics of the vehicle, a drive motor (113), a measuring device and a first gear (111), the first gear (111) mechanically couples the drive motor (113) to the screw drive (107), and the measuring device enables the position of the screw drive (107) to be determined, so that in particular a steering angle of the vehicle can be determined, characterized in that a second gear (105) with the steering gear is mechanically connected, with the second gear (105) converting a movement of the threaded drive (107) into a movement of a sensor (202, 206, 211) and the position of the sensor (202, 206, 211) being determinable by means of the measuring device is.

Steering gear according to claim 1 , characterized in that the second gear (105) converts a linear movement of the screw drive (107) into a rotary movement of the measuring transducer (202, 206, 211).

Steering gear according to claim 1 or 2 , characterized in that the second gear (105) has a gear ratio equal to or approximately equal to the gear ratio of the first gear (111).

Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the second gear (105) has a gear ratio greater than the gear ratio of the first gear (111), in particular a plurality of partial gears (202, 206, 211) with partial gear ratios for achieving the gear ratio with one another are connected.

Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that a rotary angle sensor (253, 255, 257) for recording a rotary angle of the measured value transmitter is associated with the measured value transmitter.

Steering gear according to any of the previous ones Claims 4 or 5 , characterized in that the second gear (105) has several rotation angle sensors (253, 255, 257, 353, 355, 357) for recording a rotation angle and/or for determining a number of revolutions of the measuring transducer (202, 206, 211, 302, 306, 311) and/or the respective partial transmission.

Steering gear according to claim 6 , characterized in that the plurality of rotation angle sensors, in particular a plurality of rotation angle sensors for determining a number of revolutions of the respective sub-transmission, are arranged electrically isolated from one another, in particular on printed circuit boards and/or circuits which are electrically isolated from one another.

Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the first gear (111) and/or the second gear (105) is or are a ball screw drive, a planetary roller gear or a belt drive, in particular a toothed belt drive.

Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the drive motor (113) is a permanently excited synchronous motor, in particular with two independent windings.

Motor vehicle with a steering gear (101) according to one of Claims 1 until 9 .