DE102020213664A1 - Individual wheel adjuster for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug mit einem Doppelradträger, welcher aus einem Achsträger (3) und einem Schwenkträger (2) besteht und wobei der Schwenkträger (2) drehbar innerhalb des Achsträgers (3) gelagert ist, mit einem Elektromotor (6), welcher über ein Getriebe den Schwenkträger (2) verschwenkt, wobei der Elektromotor (6) am Achsträger (3) angeordnet ist.Electric single wheel adjuster for a motor vehicle with a double wheel carrier, which consists of an axle carrier (3) and a pivoting carrier (2) and with the pivoting carrier (2) being rotatably mounted within the axle carrier (3), with an electric motor (6) which is connected via a Transmission pivots the pivot support (2), the electric motor (6) being arranged on the axle support (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to an electric individual wheel adjuster for a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Bei konventionellen Lenksystemen wird der gewünschte Lenkwinkel vom Lenkrad über eine mechanische Verbindung auf die beiden Vorderräder übertragen. Das Lenkmoment wird durch ein Servogetriebe verstärkt, damit ein einfaches Lenken möglich ist.With conventional steering systems, the desired steering angle is transmitted from the steering wheel to the two front wheels via a mechanical connection. The steering torque is amplified by a servo gear so that easy steering is possible.

Bei zukünftigen Steer-by-Wire Lenksystemen entfällt die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern. Der am Lenkrad eingestellte Lenkwinkel wird durch einen Sensor erfasst und elektronisch auf den Lenkaktuator übertragen, welcher dann die Vorderräder entsprechend verstellt.In future steer-by-wire steering systems, there will be no mechanical connection between the steering wheel and the steered wheels. The steering angle set on the steering wheel is recorded by a sensor and transmitted electronically to the steering actuator, which then adjusts the front wheels accordingly.

Das Lenksystem kann zentral wirken, das heißt, der Lenkaktuator steuert gleichzeitig beide Räder gemeinsam an. In üblicher Weise wird dabei die translatorische Bewegung einer Zahnstange auf die Spurstangen übertragen, welche die Räder verschwenken. Allerdings ist durch die Kinematik der maximale Lenkwinkel an den Vorderrädern begrenzt.The steering system can act centrally, that is, the steering actuator controls both wheels together at the same time. In the usual way, the translational movement of a toothed rack is transmitted to the tie rods, which pivot the wheels. However, the maximum steering angle on the front wheels is limited by the kinematics.

Bei Lenksystemen, welche dezentral wirken, ist jedem gelenkten Rad ein eigener Lenkaktuator zugeordnet, wodurch jedes Rad individuell angesteuert werden kann. Dadurch ist eine Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels möglich. Da der zentrale Lenkaktuator in der Mitte des Fahrzeugs wegfällt, können sich Baumraumvorteile für den Fahrzeughersteller ergeben. Zudem ermöglichen dezentrale Lenksysteme neue Funktionen wie z.B. eine Parkbremsfunktion durch entgegengesetzt eingeschlagene Räder.In steering systems that act decentrally, each steered wheel is assigned its own steering actuator, which means that each wheel can be controlled individually. This makes it possible to increase the maximum steering angle. Since there is no central steering actuator in the middle of the vehicle, there can be tree space advantages for the vehicle manufacturer. In addition, decentralized steering systems enable new functions such as a parking brake function by turning the wheels in opposite directions.

Bei dezentralen Einzelradaktuatoren ist es bekannt, einen Kugelgewindetrieb zu verwenden. Dabei muss allerdings die translatorische Bewegung der Kugelgewindestange wieder in eine rotative Bewegung zur Verschwenkung des Rades umgewandelt werden. Dies verbraucht viel Bauraum.In the case of decentralized individual wheel actuators, it is known to use a ball screw drive. In this case, however, the translational movement of the ball screw rod must be converted back into a rotary movement for pivoting the wheel. This takes up a lot of space.

Darüber hinaus ist es bekannt, die Rotation eines Elektromotors über ein Schneckengetriebe zu übertragen um das gelenkte Rad zu schwenken. Da der Elektromotor am Chassis befestigt ist, muss zur Übertragung der Drehbewegung ein Kreuzgelenk angeordnet werden. So kann eine Vertikalbewegung des Radträgers, verursacht durch die Einfederbewegung, ausgeglichen werden. Dadurch wird auch hier viel Bauraum benötigt.Furthermore, it is known to transmit the rotation of an electric motor via a worm gear in order to swivel the steered wheel. Since the electric motor is attached to the chassis, a universal joint must be used to transmit the rotary motion. In this way, a vertical movement of the wheel carrier caused by the compression movement can be compensated. As a result, a lot of space is also required here.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen kompakten Einzelradsteller bereitzustellen. Dieser soll einen geringen Bauraum verwenden. Zudem soll auf limitierende Bauteile wie die Spurstangen verzichtet werden um eine Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels zu erreichen.It is the object of the invention to provide a compact individual wheel adjuster. This should use a small amount of space. In addition, limiting components such as the tie rods should be avoided in order to increase the maximum steering angle.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is solved by the subject matter of claim 1. Advantageous embodiments are the subject matter of the further patent claims and result from the following description of the invention.

Dadurch, dass der Radträger als Doppelradträger ausgeführt ist und der rein rotatorische Lenksteller in den Achsträger integriert ist, können die genannten Nachteile im Stand der Technik vermieden werden.Because the wheel carrier is designed as a double wheel carrier and the purely rotary steering actuator is integrated into the axle carrier, the disadvantages mentioned in the prior art can be avoided.

Bei einem Doppelradträger ist der Radträger in zwei Teile geteilt, die ineinander drehbar gelagert sind, das heißt, ein äußerer Schwenkträger ist drehbar innerhalb des Achsträgers gelagert. Der Schwenkträger nimmt die Radnabe auf und definiert die Lenkachse.In a twin wheel carrier, the wheel carrier is divided into two parts which are rotatably mounted within one another, that is, an outer pivot carrier is rotatably mounted within the axle carrier. The swivel mount holds the wheel hub and defines the steering axis.

Am Achsträger ist der Elektromotor montiert und treibt z.B. über ein Riemengetriebe den Schwenkträger an. Die Übersetzung des benötigten Lenkmoments kann durch unterschiedliche Getriebevarianten erfolgen. Vorteilhaft ist ein zweistufiges Getriebe. Direkt am Elektromotor kann zunächst ein axiales Getriebe, wie ein Planeten- oder Spannungswellengetriebe angeordnet sein. In einer zweiten Getriebestufe, welche beispielsweise durch ein Zahnriemengetriebe oder ein Zahnradgetriebe gebildet sein kann, wird die Drehbewegung auf den Schwenkträger übertragen werden.The electric motor is mounted on the axle carrier and drives the pivoting carrier, e.g. via a belt drive. The translation of the required steering torque can be done by different transmission variants. A two-stage gearbox is advantageous. First of all, an axial transmission, such as a planetary or tension shaft transmission, can be arranged directly on the electric motor. In a second gear stage, which can be formed, for example, by a toothed belt drive or a toothed wheel drive, the rotational movement is transmitted to the pivoting support.

Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

  • 1 den erfindungsgemäßen Einzelradsteller in einer ersten Ausführung
  • 2 eine detaillierte Ansicht des Einzelradstellers der ersten Ausführung
  • 3 den erfindungsgemäßen Einzelradsteller in einer zweiten Ausführung
  • 4 eine erste Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger
  • 5 eine zweite Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger
  • 6 eine dritte Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger
Exemplary embodiments are described with reference to the figures. show:
  • 1 the single wheel adjuster according to the invention in a first embodiment
  • 2 a detailed view of the single wheel adjuster of the first version
  • 3 the single wheel adjuster according to the invention in a second embodiment
  • 4 a first variant for positioning the electric motor on the axle support
  • 5 a second variant for positioning the electric motor on the axle carrier
  • 6 a third variant for positioning the electric motor on the axle carrier

In der 1 ist der erfindungsgemäße Einzelradsteller in einer ersten Ausführung zu sehen. Der Radträger ist erfindungsgemäß als Doppelradträger ausgeführt. Die erste Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelradträger in einer McPherson Achse ausgeführt ist.In the 1 the single wheel adjuster according to the invention can be seen in a first embodiment. According to the invention, the wheel carrier is a double wheel carried out. The first version is characterized in that the double wheel carrier is designed in a McPherson axle.

Der Doppelradträger ist in einen Achsträger 3 und einen Schwenkträger 2 aufgeteilt, wobei der Schwenkträger 2 drehbar innerhalb des Achsträgers 3 gelagert ist. Der Schwenkträger nimmt die Rabnabe 1 bzw. das Rad 8 auf.The double wheel carrier is divided into an axle carrier 3 and a pivot carrier 2 , with the pivot carrier 2 being rotatably mounted within the axle carrier 3 . The pivoting carrier accommodates the hub 1 or the wheel 8.

Der Achsträger 3 ist über den unteren Querlenker 4 und das Federbein 7 mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Er ist für die vertikale Radführung zuständig.The axle carrier 3 is connected to the chassis of the vehicle via the lower wishbone 4 and the spring strut 7 . He is responsible for the vertical wheel guidance.

Als Aktuator dient ein Elektromotor 6, welcher am Achsträger 3 montiert ist. Der Elektromotor 6 treibt über ein Zahnriemengetriebe 5 den Schwenkträger 2 an. Dadurch wird das Rad 8 gegenüber dem Achsträger 3 verschwenkt.An electric motor 6, which is mounted on the axle carrier 3, serves as an actuator. The electric motor 6 drives the pivoting support 2 via a toothed belt drive 5 . As a result, the wheel 8 is pivoted relative to the axle carrier 3 .

In der 2 ist die erste Ausführung des Einzelradstellers nochmal detaillierter gezeigt. Am Achsträger 3 sind Aufnahmen 14, 9, 18 für den Querlenker 4, das Federbein 7 und den Elektromotor 6 angebracht. Die Momentenabstützung des Lenkmoments gegenüber dem Chassis erfolgt in diesem Fall durch die Aufnahmen 9, 14 und durch das Gelenk 15 über den unteren Querlenker 4. Weiterhin kann der Achsträger 3 aus zwei Teilen 3, 13 zusammengesetzt sein um eine einfache Montage des Schwenkträgers 2 zu ermöglichen.In the 2 the first version of the single-wheel actuator is shown in more detail. On the axle 3 recordings 14, 9, 18 for the wishbone 4, the strut 7 and the electric motor 6 are attached. In this case, the steering torque is supported against the chassis by the mounts 9, 14 and by the joint 15 via the lower wishbone 4. Furthermore, the axle carrier 3 can be composed of two parts 3, 13 in order to enable the pivoting carrier 2 to be assembled easily .

An dem Schwenkträger 2 ist die Nabe 1 angebracht. Zudem weist der Schwenkträger 2 Ausnehmungen für die Lagerung des Kugelgelenks 10 und des Drehgelenks 12 auf. Durch diese beiden Lager wird die Lenkachse definiert.The hub 1 is attached to the swivel support 2 . In addition, the swivel mount 2 has recesses for mounting the ball joint 10 and the swivel joint 12 . The steering axis is defined by these two bearings.

Der Lenkaktuator besteht aus dem Elektromotor 6, welcher auch eine Steuerelektronik enthält, und einer ersten Getriebestufe 17, welche direkt am Elektromotor 6 angeordnet ist. Diese Komponenten bilden den Antrieb 16, welcher über ein Zahnriemengetriebe 5 mit dem Abtrieb 11 verbunden ist. Das Zahnriemengetriebe 5 stellt die zweite Getriebestufe dar.The steering actuator consists of the electric motor 6, which also contains control electronics, and a first gear stage 17, which is arranged directly on the electric motor 6. These components form the drive 16 which is connected to the output 11 via a toothed belt drive 5 . The toothed belt gear 5 represents the second gear stage.

In der ersten Ausführung ist der Doppelradträger in einer McPherson Achse ausgeführt. Das bedeutet, dass der obere Dreieckslenker durch ein aus dem Stoßdämpfer gebildetes Drehschubgelenk ersetzt wurde. Alternativ kann der Doppelradträger auch in anderen Typen von Radaufhängungen integriert werden. In der 3 ist als zweite Ausführungsform gezeigt, wie der Doppelradträger in eine Doppelquerlenker-Radaufhängung integriert wurde.In the first version, the double wheel carrier is designed as a McPherson axle. This means that the upper wishbone has been replaced by a rotary and sliding joint formed from the shock absorber. Alternatively, the double wheel carrier can also be integrated into other types of wheel suspension. In the 3 is shown as a second embodiment of how the double wheel carrier was integrated into a double wishbone wheel suspension.

Bei allen Ausführungen kann die Position des Elektromotors 6 unterschiedlich ausgewählt werden. Dies ist in den 4 bis 6 gezeigt. Der Elektromotor 6 kann entweder hinter den Achsträger 3 oder in den Achsträger 3 integriert werden. In Abhängigkeit von der Position des Elektromotors 6 müssen der Achsträger 3 und der Querlenker 4 entsprechend angepasst werden.In all versions, the position of the electric motor 6 can be selected differently. This is in the 4 until 6 shown. The electric motor 6 can be integrated either behind the axle carrier 3 or in the axle carrier 3 . Depending on the position of the electric motor 6, the axle carrier 3 and the wishbone 4 must be adjusted accordingly.

Claims (8)

Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug; mit einem Doppelradträger, welcher aus einem Achsträger (3) und einem Schwenkträger (2) besteht und wobei der Schwenkträger (2) drehbar innerhalb des Achsträgers (3) gelagert ist; mit einem Elektromotor (6), welcher über ein Getriebe den Schwenkträger (2) verschwenkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) am Achsträger (3) angeordnet ist.Electric single wheel adjuster for a motor vehicle; with a double wheel carrier, which consists of an axle carrier (3) and a pivot carrier (2) and wherein the pivot carrier (2) is rotatably mounted within the axle carrier (3); with an electric motor (6) which pivots the pivoting support (2) via a gear, characterized in that the electric motor (6) is arranged on the axle support (3). Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) parallel zur Lenkachse angeordnet ist und über ein zweistufiges Getriebe (17, 5) den Schwenkträger (2) verschwenkt.Electric single wheel positioner for a motor vehicle claim 1 , characterized in that the electric motor (6) is arranged parallel to the steering axis and via a two-stage gear (17, 5) pivots the pivot support (2). Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebestufe (17) direkt am Elektromotor (6) angeordnet ist, wobei die erste Getriebestufe (17) durch ein Planeten- oder Spannungswellengetriebe gebildet ist.Electric single wheel positioner for a motor vehicle claim 2 , characterized in that the first gear stage (17) is arranged directly on the electric motor (6), the first gear stage (17) being formed by a planetary gear or tension shaft gear. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebestufe durch ein Zahnriemengetriebe (5) oder ein Zahnradgetriebe gebildet ist.Electric single wheel adjuster for a motor vehicle according to claims 2 or 3 , characterized in that the second gear stage is formed by a toothed belt drive (5) or a gear drive. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelradträger in einer McPherson Achse ausgeführt ist.Electric single wheel positioner for a motor vehicle according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the double wheel carrier is designed in a McPherson axle. Elektrischer Einzelradsteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkmoment gegenüber dem Chassis über eine Aufnahme (9) und ein Federbein (7) sowie über eine Aufnahme (14) und einen unteren Querlenker (4) abgestützt ist.Electric single wheel adjuster claim 5 , characterized in that the steering torque is supported relative to the chassis via a mount (9) and a spring strut (7) and via a mount (14) and a lower wishbone (4). Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelradträger in einer Doppelquerlenker-Radaufhängung ausgeführt ist.Electric single wheel positioner for a motor vehicle according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the double wheel carrier is designed in a double wishbone wheel suspension. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Achsträger (3) eine Aufnahme (18) für den Elektromotor (6) angebracht ist, wobei die Aufnahme (18) und der Elektromotor (6) im Achsträger (3) oder hinter dem Achsträger (3) angeordnet sein kann.Electric single wheel positioner for a motor vehicle according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that a receptacle (18) for the electric motor (6) is attached to the axle carrier (3). is, wherein the receptacle (18) and the electric motor (6) can be arranged in the axle support (3) or behind the axle support (3).
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