DE102020203682A1 - Steer-by-wire suitable steering system for a motor vehicle with axial adjustability and the possibility of outputting force feedback torques - Google Patents

Steer-by-wire suitable steering system for a motor vehicle with axial adjustability and the possibility of outputting force feedback torques Download PDF

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Thomas Knopp
Mirko Przybylski
Julian Fricke
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steer-by-wire geeignetes Lenksystem (10) für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemäßes Steer-by-wire geeignetes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenkwelle (10), die funktional mit einem Lenkrad (24) gekoppelt ist, wobei die Lenkwelle (10) um eine Lenkachse (L) rotierbar gelagert ist, um durch die Erfassung einer aktiven Drehbewegung des Lenkrades ein Lenkmoment bzw. eine Lenkkraft auf lenkbare Räder des Kraftfahrzeuges zu übertragen, wobei Lenkrad-Verstellmittel vorgesehen sind, um die axiale Position des Lenkrades entlang der Lenkachse (L) verstellen zu können, wobei für das Lenkrad-Verstellmittel ein erster Funktionsbereich (F1) an der Lenkwelle (10) ausgebildet ist. Dabei weist die Lenkwelle (10) ferner einen zweiten Funktionsbereich (F2) für ein Lenkmoment-Manipulationsmittel auf.The invention relates to a steering system (10) suitable for steer-by-wire for a motor vehicle ) is coupled, wherein the steering shaft (10) is rotatably mounted about a steering axis (L) in order to transmit a steering torque or a steering force to steerable wheels of the motor vehicle through the detection of an active rotary movement of the steering wheel, steering wheel adjustment means being provided, in order to be able to adjust the axial position of the steering wheel along the steering axis (L), a first functional area (F1) being formed on the steering shaft (10) for the steering wheel adjusting means. The steering shaft (10) also has a second functional area (F2) for a steering torque manipulation means.

Description

Die Erfindung betrifft ein zur Realisierung einer Steer-by-wire Lenkung geeignetes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein als ausschließliches Steer-by-wire Lenksystem ausgebildetes Lenksystem. Steer-by-wire Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass ein Lenkbefehl von einem Lenkrad oder einem anderen Steuerinstrument über ein Steuergerät oder in sonstiger Art und Weise elektrisch zu einem Aktuator weitergeleitet wird, welcher dann Lenkbefehle an lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeuges ausführt. Solche Systeme lassen sich ohne mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Rädern realisieren und schaffen insoweit große konstruktive Freiheiten insbesondere dort, wo bei konventionellen Lenksystemen mit einer mechanischen Verbindung zwischen Lenkrad und Rädern insbesondere eine Lenksäule mit einer sich vom Lenkrad bis zu einem Ritzel erstreckenden Lenkwelle angeordnet ist. Bei manchen Bauformen ist im Bereich der Lenkwelle zusätzlich eine Lenkhilfsvorrichtung im Bereich der Lenkwelle angeordnet, die im Falle eines Steer-by-wire Lenksystems dann ebenfalls entfallen kann und zusätzliche konstruktive Freiheit schafft.The invention relates to a steering system suitable for realizing a steer-by-wire steering system for a motor vehicle according to the preamble of claim 1. In particular, the invention relates to a steering system designed as an exclusive steer-by-wire steering system. Steer-by-wire systems are characterized in that a steering command from a steering wheel or another control instrument is passed on electrically to an actuator via a control unit or in some other way, which then executes steering commands on steerable wheels of the motor vehicle. Such systems can be implemented without a mechanical connection between the steering wheel and the wheels and in this respect create great design freedom, especially where in conventional steering systems with a mechanical connection between the steering wheel and the wheels, in particular, a steering column with a steering shaft extending from the steering wheel to a pinion is arranged is. In some designs, a steering aid device is additionally arranged in the area of the steering shaft in the area of the steering shaft, which in the case of a steer-by-wire steering system can then also be omitted and creates additional design freedom.

Aus EP 1 201 528 A2 ist ein als „simulated steering feel system (SSFS)“ bezeichnetes Force Feedback System für eine Lenkung bekannt, das einen Antriebsmotor aufweist, mittels welchem eine Drehmoment-Rückmeldung auf ein Lenkrad oder ein anderes Steuerinstrument übertragbar ist. In dem Dokument wird auch auf den Einsatz solcher Systeme in Steer-by-wire Lenkungen verwiesen, konstruktive Details sind jedoch nicht beschrieben.the end EP 1 201 528 A2 a “simulated steering feel system (SSFS)” called a force feedback system for a steering system is known which has a drive motor by means of which a torque feedback can be transmitted to a steering wheel or another control instrument. The document also refers to the use of such systems in steer-by-wire steering systems, but construction details are not described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein konstruktiv einfaches Steer-by-wire geeignetes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, mittels welchem ein möglichst großer Verstellweg in Drehachsenrichtung des Lenkrades derart ermöglicht ist, dass das Lenkrad deutlich von einem Fahrzeugführer entfernbar ist, insbesondere ein Verstellweg von mindestens 200 mm.The invention is based on the object of providing a structurally simple steer-by-wire suitable steering system for a motor vehicle, by means of which the greatest possible adjustment path in the direction of the axis of rotation of the steering wheel is made possible in such a way that the steering wheel can be clearly removed by a vehicle driver, in particular an adjustment range of at least 200 mm.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are described in connection with the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Steer-by-wire geeignetes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Lenkwelle, die funktional mit einem Lenkrad gekoppelt ist, wobei die Lenkwelle um eine Lenkachse rotierbar gelagert ist, um durch die Erfassung einer aktiven Drehbewegung des Lenkrades ein Lenkmoment bzw. eine Lenkkraft auf lenkbare Räder des Kraftfahrzeuges zu übertragen, wobei Lenkrad-Verstellmittel vorgesehen sind, um die axiale Position des Lenkrades entlang der Lenkachse verstellen zu können, wobei für das Lenkrad-Verstellmittel ein erster Funktionsbereich an der Lenkwelle ausgebildet ist. Ferner weist die Lenkwelle einen zweiten Funktionsbereich für ein Lenkmoment-Manipulationsmittel auf. Der Erfindung liegt damit die Idee zugrunde, an einer Lenkwelle einen ersten Funktionsbereich für eine axiale Verstellmöglichkeit der Lenkwelle zusammen mit dem funktional damit gekoppelten Lenkrad auszubilden sowie einen zweiten Funktionsbereich für ein Lenkmoment-Manipulationsmittel auszubilden. Dabei ist mit einem Lenkmoment-Manipulationsmittel insbesondere ein sogenannter Force-Feedback-Aktuator zu verstehen, der es ermöglicht, Lenkmoment in die Lenkwelle einzuleiten, um dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges über das Lenkrad Rückmeldung über in bestimmten Fahrsituationen auftretende, auf die gelenkten Räder wirkende Kräfte zu geben. Nur beispielshaft wird insoweit auf ein Rückstellmoment verwiesen, das sich bei jeder Kurvenfahrt dadurch einstellt, dass die gelenkten Räder ohne eine entsprechende Lenkkraft bzw. ein Lenkmoment bei ebener Fahrbahn eine Neutralstellung (Geradeauslauf) anstreben. Darüber hinaus gibt es Kräfte, die situationsabhängig auf gelenkte Räder einwirken können, beispielweise bei Kontakt eines gelenkten Rades mit einer Bordsteinkante oder einem sonstigen Gegenstand. Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Lenksystem ist, dass an der Lenkwelle einteilig beide Funktionsbereiche ausgebildet werden, um die oben angesprochenen Funktionen beide zu realisieren. Dadurch kann mit einer geringen Teilzahl und auf verhältnismäßig geringem Bauraum eine hohe Funktionalität erreicht werden.An inventive steer-by-wire suitable steering system for a motor vehicle comprises a steering shaft which is functionally coupled to a steering wheel, the steering shaft being rotatably mounted about a steering axis in order to generate a steering torque or a steering force by detecting an active rotational movement of the steering wheel transferring steerable wheels of the motor vehicle, steering wheel adjusting means are provided to adjust the axial position of the steering wheel along the steering axis, wherein a first functional area is formed on the steering shaft for the steering wheel adjusting means. Furthermore, the steering shaft has a second functional area for a steering torque manipulation means. The invention is thus based on the idea of forming a first functional area on a steering shaft for an axial adjustment possibility of the steering shaft together with the steering wheel functionally coupled to it, and of forming a second functional area for a steering torque manipulation means. A steering torque manipulation means is in particular a so-called force feedback actuator, which makes it possible to introduce steering torque into the steering shaft in order to provide the driver of a motor vehicle via the steering wheel with feedback about forces acting on the steered wheels that occur in certain driving situations give. In this respect, reference is only made as an example to a restoring torque that is set when cornering in that the steered wheels strive for a neutral position (straight-ahead) without a corresponding steering force or steering torque on a level road surface. In addition, there are forces that can act on steered wheels depending on the situation, for example when a steered wheel comes into contact with a curb or other object. The advantage of the steering system according to the invention is that both functional areas are formed in one piece on the steering shaft in order to both realize the above-mentioned functions. As a result, a high level of functionality can be achieved with a small number of parts and in a relatively small installation space.

Herstellungstechnisch besonders einfach zu fertigen ist ein erfindungsgemäßes Lenksystem, wenn der erste Funktionsbereich und der zweite Funktionsbereich in axialer Richtung voneinander beabstandet an der Lenkwelle ausgebildet sind. Denn in diesem Fall kann die Bearbeitung gleichzeitig und/oder unabhängig voneinander erfolgen, ohne das die Gefahr einer Beeinträchtigung der Funktionsbereich besteht.A steering system according to the invention is particularly easy to manufacture in terms of manufacturing technology if the first functional area and the second functional area are formed on the steering shaft at a distance from one another in the axial direction. In this case, the processing can take place simultaneously and / or independently of one another without the risk of impairing the functional area.

Es wird jedoch auch darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist und - insbesondere bei sehr kleinen Bauraumverhältnissen - auch vorteilhaft sein kann, beide Funktionsbereiche in dem gleichen axialen Abschnitt einer Lenkwelle anzuordnen. Dies kann insbesondere dadurch realisiert sein, dass ein Funktionsabschnitt an einer Innenwand einer als Hohlwelle ausgebildeten Lenkwelle ausgebildet ist, während der andere Funktionsabschnitt an der Außenwand ausgebildet ist. Nur beispielhaft wird insoweit auf ein an der Innenwand ausgebildetes Innengewinde und einen außenseitig ausgebildeten Keilwellenabschnitt verwiesen. Oder es können der erste Funktionsabschnitt und der zweite Funktionsabschnitt sich überlagernd ausgebildet sein, beispielsweise indem ein Keilwellenabschnitt mit einem Spindelabschnitt überlagert wird und so beide Funktionen an gleichen Lenkwellenabschnitt realisiert sind.However, it is also pointed out that it is also possible and - in particular in the case of very small installation space conditions - can also be advantageous to arrange both functional areas in the same axial section of a steering shaft. This can be implemented in particular in that one functional section is formed on an inner wall of a steering shaft designed as a hollow shaft, while the other functional section is formed on the outer wall. Reference is made only by way of example to an internal thread formed on the inner wall and a splined shaft section formed on the outside. Or it can be the first Functional section and the second functional section can be designed to be superimposed, for example by superimposing a spline shaft section with a spindle section and thus both functions are implemented on the same steering shaft section.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform, in welcher der erste und der zweite Funktionsbereich vorzugsweise axial beabstandet zueinander ausgebildet sind, ist der erste Funktionsbereich als Spindelabschnitt ausgebildet und der zweite Funktionsbereich als Keilwellenabschnitt ausgebildet. Diese Ausführungsform lässt sich besonders einfach und kostengünstig fertigen, insbesondere wenn die Lenkwelle als Vollwelle ausgebildet ist und damit eine hohe Torsions- und Biegesteifigkeit aufweist.In a further practical embodiment, in which the first and the second functional area are preferably formed axially spaced from one another, the first functional area is designed as a spindle section and the second functional area is designed as a spline shaft section. This embodiment can be manufactured in a particularly simple and cost-effective manner, in particular if the steering shaft is designed as a solid shaft and thus has high torsional and flexural rigidity.

Eine besonders kompakte und damit auch mit einem geringen Gewicht verbundene Bauweise ergibt sich, wenn ein gemeinsamer Antriebsmotor für ein mit dem ersten Funktionsbereich zusammenwirkendes erstes Antriebselement und für ein mit dem zweiten Funktionsbereich zusammenwirkendes zweites Antriebselement vorgesehen ist. Dabei handelt es sich bei dem ersten Antriebselement vorzugsweise um eine Mutter, die mit einem als erster Funktionsbereich dienenden Spindelabschnitt zusammenwirkt. Als bevorzugtes zweites Antriebselement ist ein Nabenelement vorgesehen, das mit einem als Keilwelle ausgebildeten zweiten Funktionsbereich zusammenwirkt.A particularly compact construction, which is also associated with a low weight, is obtained when a common drive motor is provided for a first drive element that interacts with the first functional area and for a second drive element that interacts with the second functional area. The first drive element is preferably a nut which interacts with a spindle section serving as the first functional area. A hub element is provided as a preferred second drive element, which cooperates with a second functional area designed as a splined shaft.

In dem zuletzt genannten Fall mit einem Antriebsmotor für beide Funktionsbereiche ist es besonders bevorzugt, wenn der Antriebsmotor in axialer Richtung der Lenkwelle betrachtet zwischen dem ersten Funktionsbereich und dem zweiten Funktionsbereich angeordnet ist und/oder mindestens ein Kopplungselement zur bedarfsweisen Ankopplung des ersten Antriebselements und/oder des zweiten Antriebselements vorgesehen ist.In the last-mentioned case with a drive motor for both functional areas, it is particularly preferred if the drive motor, viewed in the axial direction of the steering shaft, is arranged between the first functional area and the second functional area and / or at least one coupling element for coupling the first drive element and / or of the second drive element is provided.

Die Anordnung des Antriebsmotors zwischen dem ersten Funktionsbereich und dem zweiten Funktionsbereich hat den Vorteil, dass ein - insbesondere zweiseitig gut zugänglicher Antriebsmotor - von beiden Seiten vollumfänglich genutzt werden kann und die beiden Funktionsbereiche auf diese Art und Weise vollständig voneinander separierbar sind.The arrangement of the drive motor between the first functional area and the second functional area has the advantage that a drive motor - especially one that is easily accessible from both sides - can be used to its full extent from both sides and the two functional areas can be completely separated from one another in this way.

Als bevorzugter Antriebsmotor wird in einer weiteren praktischen Ausführungsform insbesondere ein Elektromotor mit Rotor und Stator eingesetzt, wobei der Rotor drehbar um die Lenkwelle gelagert ist und wobei der Rotor eine funktionale Verbindung zu dem ersten Antriebselement und/oder zu dem zweiten Antriebselement aufweist. So können Kräfte und/oder Moment bei kompakter Anordnung mit insgesamt nur wenigen Elementen unmittelbar von dem Antriebsmotor auf das erste Antriebselement und/oder auf das zweite Antriebselement übertragen werden.In a further practical embodiment, an electric motor with rotor and stator is used as the preferred drive motor, the rotor being rotatably mounted around the steering shaft and the rotor having a functional connection to the first drive element and / or to the second drive element. In this way, forces and / or moments can be transmitted directly from the drive motor to the first drive element and / or to the second drive element in a compact arrangement with only a few elements in total.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Lenkwelle mit dem ersten Funktionsabschnitt und mit dem zweiten Funktionsabschnitt in einem diese Funktionsabschnitte umgebenden Gehäuse angeordnet ist. Denn dann sind nicht nur der Antriebsmotor und die beiden Funktionsabschnitte durch das Gehäuse weitestgehend vor äußeren Einflüssen geschützt. Darüber hinaus kann das Gehäuse für weitere Funktionen, wie z.B. die Lagerung und Fixierung des Stators, die Lagerung der Lenkwelle sowie die Fixierung sonstiger Elemente gegenüber einem Verdrehen und/oder Verschieben genutzt werden.Further advantages result if the steering shaft with the first functional section and with the second functional section is arranged in a housing surrounding these functional sections. Because then not only the drive motor and the two functional sections are largely protected from external influences by the housing. In addition, the housing can be used for other functions, such as mounting and fixing the stator, mounting the steering shaft and fixing other elements against twisting and / or displacement.

Insoweit wird insbesondere auf die Möglichkeit verwiesen, dass im Falle eines wie vorstehend beschriebenen, die Funktionsabschnitte und den Antriebsmotor umgebenden Gehäuses das erste Antriebselement und/oder das zweite Antriebselement mittels eines Kopplungselements gegenüber dem Gehäuse festlegbar sind. Damit kann insbesondere in Verbindung mit einer axialen Verstellbarkeit eines Lenkrades eine Momentenstütze realisiert werden, um ein Mitdrehen des Lenkrades - insbesondere bei Verstellung der Lenkwelle durch Zusammenwirken einer sich drehenden Mutter und eines Spindelabschnitts - sicher zu verhindern.In this respect, reference is made in particular to the possibility that in the case of a housing surrounding the functional sections and the drive motor as described above, the first drive element and / or the second drive element can be fixed relative to the housing by means of a coupling element. In this way, especially in connection with an axial adjustability of a steering wheel, a torque support can be implemented to reliably prevent the steering wheel from rotating, especially when the steering shaft is adjusted by the interaction of a rotating nut and a spindle section.

Weitere Vorteile eines erfindungsgemäßen Lenksystems ergeben sich, wenn zwischen einem Antriebselement und dem ersten Funktionsbereich ein Getriebe angeordnet ist und/oder zwischen einem Antriebselement und dem zweiten Funktionsbereich ein Getriebe angeordnet ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn an das Antriebselement für einen Funktionsbereich eine geringere oder deutlich geringere Leistungsanforderung und/oder Drehzahlanforderung gestellt wird als an den anderen Funktionsbereich. So kann beispielsweise eine geringe Leistung bei hoher Drehzahl für eine axiale Verstellbarkeit mittels einer Mutter und einem Spindelabschnitt ausreichend sein, während für die Realisierung einer Force-Feedback-Einheit mittels des zweiten Funktionsbereichs hohe Momente generiert werden (können müssen (?)). In diesem Fall kann dennoch der gleiche Antriebsmotor - und ggf. auch ein Antriebsmotor mit geringer Leistung eingesetzt werden, wenn mittels eines Getriebes eine geeignete Übersetzung bereitgestellt wird, welche den Antriebsmotor für beide Funktionen (axiale Längenverstellbarkeit und Lenkmoment-Manipulationsmittel bzw. Force-Feedback-Einheit) nutzbar macht.Further advantages of a steering system according to the invention result when a gear is arranged between a drive element and the first functional area and / or a gear is arranged between a drive element and the second functional area. This is particularly advantageous when a lower or significantly lower power requirement and / or speed requirement is placed on the drive element for one functional area than on the other functional area. For example, a low power at high speed can be sufficient for axial adjustability by means of a nut and a spindle section, while high torques can (must (?)) Be generated for the implementation of a force feedback unit by means of the second functional area. In this case, however, the same drive motor - and possibly also a drive motor with low power - can be used if a suitable gear ratio is provided which enables the drive motor for both functions (axial length adjustability and steering torque manipulation means or force feedback). Unit).

Ein kompaktes Lenksystem mit besonders geringer Zahl an Einzelelementen ergibt sich, wenn das Lenkrad unmittelbar drehfest mit der Lenkwelle verbunden ist und/oder die Lagerung der Lenkwelle zumindest teilweise mittels eines den ersten Funktionsbereich und den zweiten Funktionsbereich umschließenden Gehäuses erfolgt. Besonders bevorzugt ist es insoweit, wenn die Lenkwelle zweifach gegenüber dem Gehäuse gelagert ist. Dabei kann die Lagerung sowohl innenseitig des Gehäuses und/oder mittels in dem Gehäuse ausgebildeten Lageröffnungen erfolgen. Zumindest an der Seite, an welcher sich das Lenkrad anschließt, ist eine Lagerung mittels einer in dem Gehäuse ausgebildeten Lageröffnung bevorzugt.A compact steering system with a particularly small number of individual elements is obtained when the steering wheel is directly connected to the steering shaft in a rotationally fixed manner and / or the steering shaft is supported at least partially by means of one of the first Functional area and the second functional area enclosing housing takes place. In this respect, it is particularly preferred if the steering shaft is supported twice with respect to the housing. The storage can take place both on the inside of the housing and / or by means of bearing openings formed in the housing. At least on the side on which the steering wheel is connected, mounting by means of a mounting opening formed in the housing is preferred.

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine Lenkwelle eines erfindungsgemäßen Steer-by-wire Lenksystems mit einem Spindelabschnitt und einem Keilwellenabschnitt in einer isometrischen Darstellung,
  • 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steer-by-wire Lenksystems in einem Translationsbetriebsmodus,
  • 3 die Ausführungsform gemäß 2 in einem Rotationsbetriebsmodus,
  • 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steer-by-wire Lenksystems in einem Translationsbetriebsmodus und
  • 5 die Ausführungsform gemäß 4 in einem Rotationsbetriebsmodus.
Further practical embodiments of the invention are described below in connection with the drawings. Show it:
  • 1 a steering shaft of a steer-by-wire steering system according to the invention with a spindle section and a spline shaft section in an isometric view,
  • 2 a schematic representation of a first embodiment of a steer-by-wire steering system according to the invention in a translational operating mode,
  • 3 the embodiment according to 2 in a rotating mode of operation,
  • 4th a schematic representation of a second embodiment of a steer-by-wire steering system according to the invention in a translation operating mode and
  • 5 the embodiment according to 4th in a rotating mode of operation.

1 zeigt eine Lenkwelle 10 in einer isometrischen Darstellung. An der Lenkwelle 10 ist als erster Funktionsabschnitt F1 ein Spindelabschnitt 12 und als zweiter Funktionsabschnitt F2 ein Keilwellenabschnitt 14 ausgebildet. 1 shows a steering shaft 10 in an isometric illustration. On the steering shaft 10 is the first functional section F1 a spindle section 12th and as a second functional section F2 a spline section 14th educated.

In dem Spindelabschnitt ist als erstes Antriebselement eine Mutter 16 angeordnet, die sich bei relativer Rotation gemäß dem Pfeil R gegenüber der Lenkwelle 10 innerhalb des Funktionsabschnitts F1 in axialer Richtung in Richtung des Doppelpfeils 18 verfahren lässt. Umgekehrt kann die Mutter 16 auch ortsfest drehbar gelagert sein, so dass ein drehendes Antreiben der Mutter 16 zu einer axialen Verschiebung der Lenkwelle 10 führt. Diese zuletzt beschriebene Variante ist in den nachfolgend anhand der folgenden Figuren beschriebenen Ausführungsformen umgesetzt.A nut is the first drive element in the spindle section 16 arranged, which is with relative rotation according to the arrow R. opposite the steering shaft 10 within the functional section F1 in the axial direction in the direction of the double arrow 18th can proceed. Conversely, the mother can 16 also be rotatably mounted in a fixed position, so that a rotating drive of the mother 16 to an axial displacement of the steering shaft 10 leads. This last-described variant is implemented in the embodiments described below with reference to the following figures.

In dem Keilwellenabschnitt 14 ist als zweites Antriebselement ein Nabenelement 20 angeordnet, das drehfest, aber in axialer Richtung verschiebbar gegenüber der Lenkwelle 10 angeordnet ist.In the spline section 14th is a hub element as the second drive element 20th arranged, the rotationally fixed, but displaceable in the axial direction with respect to the steering shaft 10 is arranged.

Die wie vorstehend beschriebene Lenkwelle ist Bestandteil der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Steer-by-wire Lenksysteme. Für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente werden daher im Folgenden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet. Das Gleiche gilt auch für Bezugszeichen, die in Verbindung mit der in den 2 und 3 gezeigten ersten Ausführungsform eingeführt werden, wenn entsprechende Elemente in der zweiten Ausführungsform identisch oder funktionsgleich vorhanden sind.The steering shaft as described above is part of the embodiments of steer-by-wire steering systems according to the invention described below. For identical or at least functionally identical elements, the same reference symbols are therefore used below as in 1 used. The same also applies to reference symbols used in connection with the in 2 and 3 shown first embodiment are introduced when corresponding elements in the second embodiment are identical or functionally identical.

In den 2 und 3 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steer-by-wire Lenksystems 22 gezeigt. Das Steer-by-wire Lenksystem 22 umfasst insbesondere ein Lenkrad 24 oder alternativ ein anderes Steuerinstrument, um es dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, den Lenkwinkel lenkbarer Räder des Kraftfahrzeuges vorzugeben. Das Lenkrad 24 ist in Richtung des Doppelpfeils 26 in axialer Richtung der Lenkwelle 10 verstellbar. An einem Abschnitt - hier ab einem mittleren Abschnitt, d.h. zwischen dem Funktionsbereich F1 und dem Funktionsbereich F2 - der Lenkwelle 10 ist ein Antriebsmotor 28 mit einem Rotor 30 und einem Stator 32 angeordnet. Der Rotor 30 ist drehbar um die Lenkwelle 10 gelagert. Der Stator ist drehfest gegenüber einem Gehäuse 42 fixiert.In the 2 and 3 is a first embodiment of a steer-by-wire steering system according to the invention 22nd shown. The steer-by-wire steering system 22nd includes in particular a steering wheel 24 or, alternatively, another control instrument to enable the driver of a motor vehicle to specify the steering angle of steerable wheels of the motor vehicle. The steering wheel 24 is in the direction of the double arrow 26th in the axial direction of the steering shaft 10 adjustable. At one section - here from a middle section, ie between the functional area F1 and the functional area F2 - the steering shaft 10 is a drive motor 28 with a rotor 30th and a stator 32 arranged. The rotor 30th can be rotated around the steering shaft 10 stored. The stator is non-rotatable with respect to a housing 42 fixed.

Als optionale Verbindung zwischen dem Rotor 30 und der Mutter 16 ist ein erstes schaltbares Kopplungselement 34 vorgesehen, das in 2 im geschlossenen Zustand dargestellt ist.As an optional connection between the rotor 30th and the mother 16 is a first switchable coupling element 34 provided that in 2 is shown in the closed state.

Als weitere optionale Verbindung zwischen dem Rotor 30 und dem Nabenelement 20 ist ein zweites schaltbares Kopplungselement 36 vorgesehen, das in 2 im geöffneten Zustand dargestellt ist.As a further optional connection between the rotor 30th and the hub element 20th is a second switchable coupling element 36 provided that in 2 is shown in the open state.

Als weitere optionale Verbindung zwischen dem Nabenelement 20 und dem Gehäuse 42 ist ein drittes schaltbares Kopplungselement 38 vorgesehen, das in 2 im geschlossenen Zustand dargestellt ist.As a further optional connection between the hub element 20th and the case 42 is a third switchable coupling element 38 provided that in 2 is shown in the closed state.

Wird in dem in 2 gezeigten Schaltzustand der Kopplungselemente 34, 36, 38 der Antriebsmotor 30 aktiviert, führt das zu einer Rotation des Rotors 30. Dadurch, dass das Kopplungselement 34 im geschlossenen Zustand ist, rotiert die Mutter 16 gemeinsam mit dem Rotor 30 und führt so dazu, dass - abhängig von der Drehrichtung des Rotors 30 die Lenkwelle in Richtung des Doppelpfeils 26 verfahren wird.Is used in the in 2 shown switching state of the coupling elements 34 , 36 , 38 the drive motor 30th activated, this leads to a rotation of the rotor 30th . In that the coupling element 34 is in the closed state, the nut rotates 16 together with the rotor 30th and thus leads to that - depending on the direction of rotation of the rotor 30th the steering shaft in the direction of the double arrow 26th is proceeded.

In dem in 3 gezeigten Schaltzustand ist das Kopplungselement 34 geöffnet und dafür das Kopplungselement 36 geschlossen. Dies führt dazu, dass über das Nabenelement 20 und das Keilwellenelement 14 Momente in die Lenkwelle 10 eingeleitet werden können, um Lenkkräfte an das Lenkrad 24 zu übermitteln.In the in 3 The switching state shown is the coupling element 34 opened and for this the coupling element 36 closed. This leads to over the hub element 20th and the spline element 14th Moments in the steering shaft 10 Can be introduced to steering forces to the steering wheel 24 to submit.

Die in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch, dass ein Getriebe 40 zwischen dem zweiten Kopplungselement 36 und dem Nabenelement 20 angeordnet ist. Dadurch besteht eine höhere Variabilität in der Auswahl des Antriebsmotors 30. Insbesondere können in diesem Fall kleiner bauende Antriebsmotoren 30 mit geringerer Leistung oder auch sehr viel leistungsfähigere Antriebsmotoren 30 eingesetzt werden.The ones in the 4th and 5 The embodiment shown differs essentially in that a transmission 40 between the second coupling element 36 and the hub element 20th is arranged. This means that there is greater variability in the selection of the drive motor 30th . In particular, smaller drive motors can be used in this case 30th with lower power or much more powerful drive motors 30th can be used.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be essential both individually and in any combination for the implementation of the invention in its various embodiments. The invention can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the competent person skilled in the art.

Der Vollständigkeit wird insoweit darauf verwiesen, dass der Antriebsmotor 28 eines erfindungsgemäßen Lenksystems nicht zwingend von der Lenkwelle 10 durchdrungen sein muss. Insbesondere wenn der Bauraum eine solche Anordnung nicht oder nur unter hohem konstruktiven Aufwand ermöglicht, ist es möglich, den Antriebsmotor nicht koaxial, sondern stattdessen achsparallel oder auch winklig (einschließlich rechtwinklig) anzuordnen und entsprechende Getriebe oder sonstige Übertragungsglieder vorzusehen, um das Moment des Antriebsmotors 28 auf die Funktionsbereiche F1, F2 zu übertragen.For completeness, reference is made to the fact that the drive motor 28 a steering system according to the invention does not necessarily depend on the steering shaft 10 must be penetrated. In particular, if the installation space does not allow such an arrangement or only with great structural effort, it is possible to arrange the drive motor not coaxially, but instead axially parallel or also at an angle (including at right angles) and to provide appropriate gears or other transmission elements to control the torque of the drive motor 28 on the functional areas F1 , F2 transferred to.

Ebenso wird explizit darauf verwiesen, dass der vorstehend mittels einer einfachen Mutter 16 beschriebene Antrieb auch reibungsärmer und zur Erzielung einer höheren Präzision über Wälzkörper erfolgen kann, insbesondere mittels eines Kugelgewindetriebes.It is also explicitly pointed out that the above by means of a simple nut 16 The drive described can also be carried out with lower friction and to achieve higher precision via rolling elements, in particular by means of a ball screw drive.

Des Weiteren wird darauf verwiesen, dass anstelle eingängiger Gewinde auch mehrgängige Gewinde vorgesehen sein können.Furthermore, reference is made to the fact that instead of single-start threads, multi-start threads can also be provided.

Anstelle von Keilprofilen können insbesondere auch Polygonprofile zum Einsatz kommen, insbesondere solche mit quadratischer Grundform.Instead of wedge profiles, it is also possible, in particular, to use polygon profiles, in particular those with a square basic shape.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
LenkwelleSteering shaft
1212th
SpindelabschnittSpindle section
1414th
KeilwellenabschnittSpline section
1616
Muttermother
1818th
DoppelpfeilDouble arrow
2020th
NabenelementHub element
2222nd
Steer-by-wire LenksystemSteer-by-wire steering system
2424
Lenkradsteering wheel
2626th
DoppelpfeilDouble arrow
2828
AntriebsmotorDrive motor
3030th
Rotorrotor
3232
Statorstator
3434
(erstes) Kopplungselement(first) coupling element
3636
(zweites) Kopplungselement(second) coupling element
3838
(drittes) Kopplungselement(third) coupling element
4040
Getriebetransmission
4242
Gehäusecasing
F1F1
FunktionsabschnittFunctional section
F2F2
FunktionsabschnittFunctional section
RR.
Pfeil für RotationsrichtungArrow for direction of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1201528 A2 [0002]EP 1201528 A2 [0002]

Claims (10)

Steer-by-wire geeignetes Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkwelle (10), die funktional mit einem Lenkrad (24) gekoppelt ist, wobei die Lenkwelle (10) um eine Lenkachse (L) rotierbar gelagert ist, um durch die Erfassung einer aktiven Drehbewegung des Lenkrades ein Lenkmoment bzw. eine Lenkkraft auf lenkbare Räder des Kraftfahrzeuges zu übertragen, wobei Lenkrad-Verstellmittel vorgesehen sind, um die axiale Position des Lenkrades entlang der Lenkachse (L) verstellen zu können, wobei für das Lenkrad-Verstellmittel ein erster Funktionsbereich (F1) an der Lenkwelle (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (10) einen zweiten Funktionsbereich (F2) für ein Lenkmoment-Manipulationsmittel aufweist.Steer-by-wire suitable steering system for a motor vehicle with a steering shaft (10) which is functionally coupled to a steering wheel (24), wherein the steering shaft (10) is rotatably mounted about a steering axis (L) in order to detect an active Rotary movement of the steering wheel to transmit a steering torque or a steering force to steerable wheels of the motor vehicle, with steering wheel adjustment means being provided in order to be able to adjust the axial position of the steering wheel along the steering axis (L). F1) is formed on the steering shaft (10), characterized in that the steering shaft (10) has a second functional area (F2) for a steering torque manipulation means. Lenksystem nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Funktionsbereich (F1) und der zweite Funktionsbereich (F2) in axialer Richtung voneinander beabstandet an der Lenkwelle (10) ausgebildet sind.Steering system according to the preceding claim, characterized in that the first functional area (F1) and the second functional area (F2) are formed on the steering shaft (10) at a distance from one another in the axial direction. Lenksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Funktionsbereich (F1) als Spindelabschnitt (12) ausgebildet ist und der zweite Funktionsbereich (F2) als Keilwellenabschnitt (14) ausgebildet ist.Steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the first functional area (F1) is designed as a spindle section (12) and the second functional area (F2) is designed as a spline shaft section (14). Lenksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Antriebsmotor (28) für ein mit dem ersten Funktionsbereich (F1) zusammenwirkendes erstes Antriebselement und für ein mit dem zweiten Funktionsbereich zusammenwirkendes zweites Antriebselement vorgesehen ist.Steering system according to one of the preceding claims, characterized in that a common drive motor (28) is provided for a first drive element cooperating with the first functional area (F1) and for a second drive element cooperating with the second functional area. Lenksystem nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (28) in axialer Richtung der Lenkwelle (10) betrachtet zwischen dem ersten Funktionsbereich (F1) und dem zweiten Funktionsbereich (F2) angeordnet ist und/oder mindestens ein erstes Kopplungselement (34) zur bedarfsweisen Ankopplung des ersten Antriebselements und/oder ein zweites Kopplungselement (36) zur bedarfsweisen Kopplung des zweiten Antriebselements vorgesehen ist.Steering system according to the preceding claim, characterized in that the drive motor (28) viewed in the axial direction of the steering shaft (10) is arranged between the first functional area (F1) and the second functional area (F2) and / or at least one first coupling element (34) is provided for coupling the first drive element as required and / or a second coupling element (36) is provided for coupling the second drive element as required. Lenksystem nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (28) ein Elektromotor mit Rotor (30) und Stator (32) ist, wobei der Rotor (30) drehbar um die Lenkwelle (10) gelagert ist und wobei der Rotor (30) eine funktionale Verbindung zu dem ersten Antriebselement und/oder zu dem zweiten Antriebselement aufweist.Steering system according to one of the two preceding claims, characterized in that the drive motor (28) is an electric motor with rotor (30) and stator (32), wherein the rotor (30) is rotatably mounted around the steering shaft (10) and wherein the rotor (30) has a functional connection to the first drive element and / or to the second drive element. Lenksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (10) mit dem ersten Funktionsabschnitt (F1) und mit dem zweiten Funktionsabschnitt (F2) in einem diese Funktionsabschnitte (F1, F2) umgebenden Gehäuse (42) angeordnet ist.Steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the steering shaft (10) with the first functional section (F1) and with the second functional section (F2) is arranged in a housing (42) surrounding these functional sections (F1, F2). Lenksystem nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebselement und/oder das zweite Antriebselement mittels eines Kopplungselements (38) gegenüber dem Gehäuse festlegbar ist.Steering system according to the preceding claim, characterized in that the first drive element and / or the second drive element can be fixed relative to the housing by means of a coupling element (38). Lenksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Antriebselement und dem ersten Funktionsbereich (F1) und/oder einem Antriebselement und dem zweiten Funktionsbereich (F2) ein Getriebe (40) angeordnet ist.Steering system according to one of the preceding claims, characterized in that a gear (40) is arranged between a drive element and the first functional area (F1) and / or a drive element and the second functional area (F2). Lenksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (42) unmittelbar drehfest mit der Lenkwelle (10) verbunden ist und/oder die Lagerung der Lenkwelle (10) zumindest teilweise mittels eines den ersten Funktionsbereich (F1) und den zweiten Funktionsbereich (F2) umschließenden Gehäuses (42) realisiert ist.Steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the steering wheel (42) is directly non-rotatably connected to the steering shaft (10) and / or the mounting of the steering shaft (10) at least partially by means of one of the first functional area (F1) and the second functional area (F2) enclosing housing (42) is realized.
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