DE102021125358A1

DE102021125358A1 - Steering actuator for a steer-by-wire steering system

Info

Publication number: DE102021125358A1
Application number: DE102021125358.6A
Authority: DE
Inventors: Benjamin WUEBBOLT-GORBATENKO
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lenkungsaktuator 10 für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines mehrspurigen Personenkraftwagens, mit einem Elektromotor 12 zur Einleitung einer Drehbewegung, einem um eine Lenkdrehachse ALin einen Lenkwinkel schwenkbaren Radträger 20, einem von dem Elektromotor 12 mittels der Drehbewegung angetriebenes Spindelgetriebe 14 mit einer Spindelmutter 16 und einer von der Spindelmutter 16 axial beweglichen und mit dem Radträger 20 verbundenen Lenkstange 18, zur Übersetzung der Drehbewegung des Elektromotors 12 in eine Lenkwinkeländerung des Radträgers 20 und einer Sensor- und Auswertungseinheit 22. Der Lenkwinkel kann über einen Winkelsensor 24 mit einer reduzierten Genauigkeit am Rad und die Rotorlage über ein Rotorlagegeber 26 am Elektromotor 12 erfasst werden. Über den Lenkwinkel, die Rotorlage und die Getriebeübersetzung kann die Position der Lenkstange 18 mit einer höheren Auflösung berechnet werden.The invention relates to a steering actuator 10 for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, in particular a multi-track passenger car, with an electric motor 12 for initiating a rotary movement, a wheel carrier 20 that can be pivoted about a steering axis of rotation AL into a steering angle, a Spindle gear 14 driven by rotary motion with a spindle nut 16 and a steering rod 18, which can be moved axially by the spindle nut 16 and is connected to the wheel carrier 20, for converting the rotary motion of the electric motor 12 into a change in the steering angle of the wheel carrier 20 and a sensor and evaluation unit 22. The steering angle can be an angle sensor 24 with reduced accuracy on the wheel and the rotor position can be detected via a rotor position sensor 26 on the electric motor 12. The position of the steering rod 18 can be calculated with a higher resolution via the steering angle, the rotor position and the gear ratio.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenkungsaktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines mehrspurigen Personenkraftwagens, mit einem Elektromotor zur Einleitung einer Drehbewegung, einem um eine Lenkdrehachse in einen Lenkwinkel schwenkbaren Radträger, einem von dem Elektromotor mittels der Drehbewegung angetriebenes Rotations-Translations-Getriebe und einer über des Getriebe axial beweglichen und mit dem Radträger verbundenen Lenkstange, zur Übersetzung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Lenkwinkeländerung des Radträgers.The invention relates to a steering actuator for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, in particular a multi-lane passenger car, with an electric motor for initiating a rotary movement, a wheel carrier that can be pivoted into a steering angle about a steering axis of rotation, a rotary shaft driven by the electric motor by means of the rotary movement Translation gear and a steering rod, which can be moved axially via the gear and is connected to the wheel carrier, for converting the rotary movement of the electric motor into a change in the steering angle of the wheel carrier.

Steer-by-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen wie konventionelle mechanische Lenkungen manuelle Lenkbefehle des Fahrers durch eine Eingabeeinheit entgegen. Dies kann beispielsweise durch eine Drehung eines Lenkrades erfolgen. Das Lenkrad ist über eine Lenkwelle mit der Eingabeeinheit drehfest verbunden. Die Eingabeeinheit ist jedoch nicht notwendigerweise mechanisch über ein Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden, sondern kann die Eingabebefehle über Drehwinkel- beziehungsweise Drehmomentsensoren erfassen. Diese Sensoren erfassen den eingebrachten Lenkbefehl und geben ein daraus erzeugtes elektrisches Steuersignal an einen Lenkungsaktuator weiter, der mittels eines elektrischen Stellantriebs und ggf. einer Getriebeeinheit einen entsprechenden Lenkeinschlag bzw. Lenkwinkel des Rades bzw. des Radmoduls um eine Lenkdrehachse stellt. Der Lenkungsaktuator ist somit an sich betrachtet ein eigenes mechanisches System, von dem im Fahrbetrieb zu jeder Zeit bekannt sein muss, in welchem Lenkeinschlag bzw. Lenkwinkel sich das Rad bzw. Radmodul befindet. Hierfür sind Sensoreinrichtungen bekannt, die im Bereich der bewegten Komponenten des Lenkungsaktuators Messwerte erfassen, die eine Aussage über den momentanen Lenkwinkel ermöglichen. Zu nennen sind in diesem Zusammenhang beispielsweise die DE 10 222 761 A1 , die DE 10 2006 037 014 A1 , die DE 10 2015 206 678 A1 und die DE 10 2019 218 701 A1 .Like conventional mechanical steering systems, steer-by-wire steering systems for motor vehicles accept manual steering commands from the driver via an input unit. This can be done, for example, by turning a steering wheel. The steering wheel is non-rotatably connected to the input unit via a steering shaft. However, the input unit is not necessarily mechanically connected to the wheels to be steered via a steering gear, but can detect the input commands via angle of rotation or torque sensors. These sensors detect the steering command and pass on an electrical control signal generated from this to a steering actuator, which uses an electrical actuator and, if necessary, a transmission unit to set a corresponding steering angle or steering angle of the wheel or wheel module about a steering axis. The steering actuator is thus viewed as a separate mechanical system, from which it must be known at all times during driving operation which steering lock or steering angle the wheel or wheel module is in. For this purpose, sensor devices are known that record measured values in the area of the moving components of the steering actuator, which enable a statement to be made about the instantaneous steering angle. In this context, for example, the DE 10 222 761 A1 , the DE 10 2006 037 014 A1 , the DE 10 2015 206 678 A1 and the DE 10 2019 218 701 A1 .

Es besteht ein ständiges Bedürfnis bei Steer-by-Wire-Lenksystemen insbesondere für große Stellwege bzw. Lenkwinkel die Erfassung der Ist-Position von Komponenten des Lenkungsaktuators zu verbessern.In steer-by-wire steering systems, there is a constant need to improve the detection of the actual position of components of the steering actuator, particularly for large travels or steering angles.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine verbesserte und kostengünstigere Positionserfassung von Komponenten des Lenkungsaktuators ermöglichen.It is the object of the invention to indicate measures that enable an improved and more cost-effective position detection of components of the steering actuator.

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

Eine Ausführungsform betrifft einen Lenkungsaktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines mehrspurigen Personenkraftwagens, mit einem Elektromotor zur Einleitung einer Drehbewegung, einem um eine Lenkdrehachse in einen Lenkwinkel schwenkbaren Radträger, einem von dem Elektromotor mittels der Drehbewegung angetriebenes Spindelgetriebe mit einer Spindelmutter und einer von der Spindelmutter axial beweglichen und mit dem Radträger verbundenen Lenkstange, zur Übersetzung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Lenkwinkeländerung des Radträgers und einer Sensor- und Auswerteeinheit, die unter Verwendung eines einen Lenkwinkel des Radträgers repräsentierenden ersten Signalwerts und eines eine Rotorlage des Elektromotors repräsentierenden zweiten Signalwerts einen Positionswert der axialen Position der Lenkstange berechnet und bereitstellt.One embodiment relates to a steering actuator for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, in particular a multi-lane passenger car, with an electric motor for initiating a rotary movement, a wheel carrier that can be pivoted into a steering angle about a steering axis of rotation, a spindle gear driven by the electric motor by means of the rotary movement a spindle nut and a steering rod which can be moved axially by the spindle nut and is connected to the wheel carrier, for converting the rotary movement of the electric motor into a change in the steering angle of the wheel carrier and a sensor and evaluation unit which, using a first signal value representing a steering angle of the wheel carrier and a rotor position of the Electric motor representing second signal value calculates and provides a position value of the axial position of the handlebar.

Der Radträger kann die mechanische Schnittstelle zu einem Radmodul sein. Das Radmodul kann ein Rad zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs tragen. Zum Lenken des Kraftfahrzeugs kann über die Lenkstange ein Lenkmoment eingeleitet werden, um das Rad in einer Lenkachse gegenüber ungelenkten Achskomponenten des Fahrzeugs zu drehen. Die Lenkstange kann gegenüber einer Fahrzeuglängsachse im Wesentlichen in einer Querrichtung angeordnet sein. Die Lenkdrehachse ist im Wesentlichen vertikal angeordnet, wobei eine definierte winklige Abweichung von der geometrischen Vertikalen vorgesehen sein kann, um bestimmte Achsgeometrien der jeweiligen Fahrachse, die das Rad umfasst, einstellen zu können. Die Lenkstange ist konstruktiv besonders bevorzugt als Gewindespindel ausgeführt. Die Lenkstange ist drehfest aber axial beweglich bzw. verschieblich über geeignete Lagerstellen an dem Fahrzeug gehalten, wobei die Spindelmutter ortsfest aber um die Lenkstange verdrehbar gehalten ist. Es ist allerdings auch denkbar, dass in einer anderen Ausgestaltung die Lenkstange als Zahnstange ausgeführt ist.The wheel carrier can be the mechanical interface to a wheel module. The wheel module can carry a wheel for moving the motor vehicle. To steer the motor vehicle, a steering torque can be introduced via the steering rod in order to rotate the wheel in a steering axle relative to non-steered axle components of the vehicle. The steering rod can be arranged essentially in a transverse direction with respect to a longitudinal axis of the vehicle. The steering axis of rotation is arranged essentially vertically, with a defined angular deviation from the geometric vertical being able to be provided in order to be able to set specific axis geometries of the respective driving axis that includes the wheel. In terms of construction, the steering rod is particularly preferably designed as a threaded spindle. The steering rod is held in a rotationally fixed but axially movable or displaceable manner via suitable bearing points on the vehicle, the spindle nut being held stationary but rotatable about the steering rod. However, it is also conceivable that, in another embodiment, the steering rod is designed as a toothed rack.

Die Sensor- und Auswerteeinheit kann mit einem Datenbus des Fahrzeugs verbunden sein. Hierüber kann die Sensor- und Auswerteeinheit auch mittelbar mit dem Elektromotor des Lenkungsaktuators verbunden sein, wenn dieser über eine mit dem Datenbus verbundene Ansteuereinheit angesteuert wird. Die Sensoreinheit kann auch über eine direkte Verbindung mit der Ansteuereinheit verbunden sein.The sensor and evaluation unit can be connected to a data bus in the vehicle. In this way, the sensor and evaluation unit can also be connected indirectly to the electric motor of the steering actuator if the latter is controlled via a control unit connected to the data bus. The sensor unit can also be be connected to the control unit by a direct connection.

Die die Ausführungsform des Lenkungsaktuators kann auf den Einsatz eines Linearsensors verzichtet werden, so dass sich nicht dessen Zielkonflikt ergibt, dass die Kosten eines Linearsensors sehr stark von der an ihn geforderten Genauigkeit abhängt. Die absolute Genauigkeit eines Sensors ist immer auf den Messbereich bezogen und in der Regel als Auslegungskriterium zur Erreichung von Sicherheitszielen des Gesamtsystems vorgegeben. Liegt also ein großer Messbereich vor, wie beispielsweise der zu messende große axiale Stellweg einer Lenkstange, müsste für die Messung bei gleicher Genauigkeit ein teurer Linearsensor eingesetzt werden. Die beschriebene Ausführungsform verzichtet auf einen Linearsensor und berechnet über eine Sensor- und Auswerteeinheit einen Positionswert der axialen Position der Lenkstange über einen ersten Signalwert, der den Lenkwinkel des Radträgers repräsentiert, und einen zweiten Signalwert, der eine Rotorlage des Elektromotors repräsentiert. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der den Lenkwinkel repräsentierende erste Signalwert einen absoluten Wert des Lenkwinkels wiedergibt. Dieser erste Signalwert liegt dann unmittelbar als Winkelwert des Lenkeinschlags vor. Dieser Lenkeinschlag entspricht dann der Radstellung bezogen auf die Lenkdrehachse des jeweils sensierten Rades.In the embodiment of the steering actuator, the use of a linear sensor can be dispensed with, so that there is no conflict of objectives in that the cost of a linear sensor depends very much on the accuracy required of it. The absolute accuracy of a sensor is always related to the measuring range and is usually specified as a design criterion for achieving the safety goals of the overall system. So if there is a large measuring range, such as the large axial travel of a steering rod to be measured, an expensive linear sensor would have to be used for the measurement with the same accuracy. The embodiment described dispenses with a linear sensor and uses a sensor and evaluation unit to calculate a position value for the axial position of the steering rod using a first signal value, which represents the steering angle of the wheel carrier, and a second signal value, which represents a rotor position of the electric motor. In particular, it can be advantageous if the first signal value representing the steering angle reflects an absolute value of the steering angle. This first signal value is then immediately available as the angle value of the steering lock. This steering angle then corresponds to the wheel position in relation to the steering axis of rotation of the wheel being sensed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Winkelsensor vorgesehen ist, der den einen Lenkwinkel des Radträgers repräsentierenden erste Signalwert bereitstellt. Über einen Winkelsensor kann der Lenkwinkel des jeweiligen Rades direkt gemessen werden. Ein Winkelsensor kann auch deshalb als ausreichend erachtet werden, da an dem jeweiligen Rad ein relativ kleiner Lenkwinkel zu messen ist und mit ihm keine vollständigen oder mehrfache Umdrehungen gezählt werden müssen. Besonders bevorzugt ist, wenn der Winkelsensor einen Erfassungsbereich von 0° bis 170°, insbesondere bis 140°, aufweist. Ein Winkelsensor ist auch deshalb vorteilhaft, da er aufgrund des geringen zu messenden Winkelbereichs kostengünstig ist. Eine weitere Vereinfachung für den Winkelsensor ergibt sich daraus, dass an ihn keine hohen Genauigkeitsanforderung gestellt werden, da sich der letztlich gefragte Zielwert, ein Positionswert der axialen Position der Lenkstange, erst aus einer Verrechnung des Winkelwerts und des zweiten Signalwerts, die Rotorlage des Elektromotors, ergibt. Auf die Verwendung eines aufwändigen Multiturn-Sensors kann verzichtet werden. In konkreter Ausgestaltung ist der Winkelsensor als redundanter und berührungsloser Sensor ausgeführt.In a preferred embodiment it is provided that an angle sensor is provided which provides the first signal value representing a steering angle of the wheel carrier. The steering angle of the respective wheel can be measured directly via an angle sensor. An angle sensor can also be considered sufficient because a relatively small steering angle is to be measured on the respective wheel and it does not have to be used to count complete or multiple revolutions. It is particularly preferred if the angle sensor has a detection range of 0° to 170°, in particular up to 140°. An angle sensor is also advantageous because it is inexpensive due to the small angle range to be measured. A further simplification for the angle sensor results from the fact that no high accuracy requirements are placed on it, since the target value ultimately required, a position value of the axial position of the steering rod, is only obtained from a calculation of the angle value and the second signal value, the rotor position of the electric motor. results. The use of a complex multiturn sensor can be dispensed with. In a specific embodiment, the angle sensor is designed as a redundant and non-contact sensor.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung ist ein Rotorlagesensor vorgesehen, der den eine Rotorlage des Elektromotors repräsentierenden zweiten Signalwert bereitstellt. Die Verwendung eines Rotorlagesensors ist in Kombination mit einem Winkelsensor besonders vorteilhaft, da der Rotorlagesensor eine relativ hohe Auflösung besitzt und bei der Verrechnung mit dem von dem Winkelsensor erfassten Winkelwert dessen geringeren Genauigkeitsanforderungen kompensiert. Im Ergebnis ergibt sich ein berechneter Positionswert der axialen Position der Lenkstange, der zumindest eine ausreichend hohen Auslösung bzw. Genauigkeit aufweist.In a further preferred embodiment, a rotor position sensor is provided, which provides the second signal value representing a rotor position of the electric motor. The use of a rotor position sensor is particularly advantageous in combination with an angle sensor, since the rotor position sensor has a relatively high resolution and, when offset against the angle value detected by the angle sensor, compensates for its lower accuracy requirements. The result is a calculated position value of the axial position of the steering rod, which has at least a sufficiently high resolution or accuracy.

Eine im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltung sieht ein Umschlingungsgetriebe vor, wobei der Elektromotor das Rotations-Translations-Getriebe über das Umschlingungsgetriebe antreibt. Das Umschlingungsgetriebe hat bevorzugt eine festgelegte Übersetzung, wobei aus diesem Übersetzungsverhältnis zusammen mit dem ersten Signalwert, welcher ein Winkelwert des Rades sein kann, und dem zweiten Signalwert, welcher eine Rotorlage des Elektromotors sein kann, der Positionswert der axialen Position der Lenkstange über die Sensor- und Auswerteeinheit berechnet und bereitstellt wird. Das Rotations-Translations-Getriebe ist besonders bevorzugt als Spindelgetriebe mit einer Spindelmutter und der Lenkstange als Spindelstange ausgeführt. A generally preferred embodiment provides a belt transmission, with the electric motor driving the rotation-translation gear via the belt transmission. The belt transmission preferably has a defined transmission ratio, and the position value of the axial position of the steering rod via the sensor and evaluation unit is calculated and provided. The rotation-translation gear is particularly preferably designed as a spindle gear with a spindle nut and the steering rod as a spindle rod.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Lenkstange über einen angelenkten Spurlenker mit dem Radträger verbunden. Hierbei kann der Lenkungsaktuator als radselektiver Linear-Aktuator ausgeführt sein.In a preferred embodiment, the steering rod is connected to the wheel carrier via an articulated toe link. Here, the steering actuator can be designed as a wheel-selective linear actuator.

Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass der Lenkungsaktuator als Zentralaktuator ausgebildet ist, mit auf jeder der beiden Fahrzeugseiten angeordneten um eine jeweilige Lenkdrehachse schwenkbaren und mit der Lenkstange verbundenen Radträgern.An alternative embodiment provides that the steering actuator is designed as a central actuator, with wheel carriers arranged on each of the two sides of the vehicle, which can pivot about a respective steering axis of rotation and are connected to the steering rod.

Bei dieser alternativen Ausgestaltung ist insbesondere bevorzugt, wenn die Sensor- und Auswertungseinheit unter Verwendung zweier einen jeweiligen Lenkwinkel der Radträger repräsentierenden ersten Signalwerte und dem eine Rotorlage des Elektromotors repräsentierenden zweiten Signalwert einen Positionswert der axialen Position der Lenkstange berechnet und bereitstellt.In this alternative embodiment, it is particularly preferred if the sensor and evaluation unit calculates and provides a position value of the axial position of the steering rod using two first signal values representing a respective steering angle of the wheel carrier and the second signal value representing a rotor position of the electric motor.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1: eine perspektivische Darstellung eines Radmoduls,
2: eine schematische Darstellung einer Ansicht einer Variante eines Lenkungsaktuators und
3: eine schematische Darstellung einer Ansicht einer weiteren Variante eines Lenkungsaktuators.

In the following, the invention is explained by way of example with reference to the attached drawings using preferred exemplary embodiments, it being possible for the features presented below to represent an aspect of the invention both individually and in combination. Show it:

1 : a perspective view of a wheel module,
2 : a schematic representation of a view of a variant of a steering actuator and
3 : a schematic representation of a view of a further variant of a steering actuator.

Die 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung zunächst ein Radmodul 40, mit einem Rad 42 und einer Radaufhängung 44. Über die Radaufhängung 44 ist das Radmodul 40 an einem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen gehalten und geführt. Das Radmodul kann auch als „Corner-Modul“ bezeichnet werden. Die Radaufhängung 44 umfasst vorliegend einen gabelförmigen Schwingenkörper 46 und einen Radträger 20. An dem Radträger 20 ist in einer nicht näher zu beschreibenden Weise das Rad 42 drehbar gehalten. Der Radträger 20 ist ferner über ein oberes Lager 48 und über ein unteres Lager 50 um eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Lenkdrehachse A_L drehbar an dem Schwingenkörper 46 gehalten.The 1 shows a perspective view of a wheel module 40 with a wheel 42 and a wheel suspension 44. The wheel suspension 44 holds and guides the wheel module 40 on a vehicle frame (not shown). The wheel module can also be referred to as a "corner module". In the present case, the wheel suspension 44 comprises a fork-shaped rocker body 46 and a wheel carrier 20. The wheel 42 is held rotatably on the wheel carrier 20 in a manner not to be described in detail. The wheel carrier 20 is also held on the rocker body 46 via an upper bearing 48 and via a lower bearing 50 so as to be rotatable about a substantially vertical steering axis of rotation A _L .

Die 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ansicht eines Lenkungsaktuators 10 und eines Radmoduls 40. Das verbindende Glied zwischen Lenkungsaktuator 10 und Radmodul 40 ist der bereits zu 1 beschriebene Radträger 20. Der Radträger 20 kann insofern als Bestandteil der beiden Teilsystem Radmodul 40 und Lenkungsaktuator 10 gesehen werden. Der Lenkungsaktuator 10 umfasst zudem einen Elektromotor 12 zur Einleitung einer Drehbewegung, ein von dem Elektromotor 12 mittels der Drehbewegung angetriebenes Spindelgetriebe 14 mit einer Spindelmutter 16 und eine von der Spindelmutter 16 axial beweglichen und über einen beidseitig angelenkten Spurlenker 32 mit dem Radträger 20 verbundene Lenkstange 18. Ferner ist ein Umschlingungsgetriebe 30 vorgesehen, wobei der Elektromotor 12 das Spindelgetriebe 14 über das Umschlingungsgetriebe 30 antreibt. Über diese beschriebene Wirkungskette erfolgt eine Übersetzung der Drehbewegung des Elektromotors 12 in eine lineare Stellbewegung der Lenkstange 18 und über die Lenkstange 18 in eine Lenkwinkeländerung um die Lenkdrehachse A_L des Radträgers 20.The 2 shows a schematic representation of a view of a steering actuator 10 and a wheel module 40. The link between the steering actuator 10 and the wheel module 40 is already closed 1 described wheel carrier 20. The wheel carrier 20 can be seen as part of the two subsystems wheel module 40 and steering actuator 10. The steering actuator 10 also includes an electric motor 12 for initiating a rotational movement, a spindle gear 14 driven by the electric motor 12 by means of the rotational movement and having a spindle nut 16, and a steering rod 18 which can be moved axially by the spindle nut 16 and is connected to the wheel carrier 20 via a toe link 32 articulated on both sides Furthermore, a belt transmission 30 is provided, with the electric motor 12 driving the spindle gear 14 via the belt transmission 30 . Via this chain of effects described, the rotational movement of the electric motor 12 is translated into a linear actuating movement of the steering rod 18 and, via the steering rod 18, into a change in the steering angle about the steering axis of rotation A _L of the wheel carrier 20.

Ferner umfasst der Lenkungsaktuator 10 eine Sensor- und Auswertungseinheit 22, die vorliegend im Bereich des Elektromotors 12 angeordnet ist, allerdings kann auch eine andere Position vorgesehen sein kann. Die Sensor- und Auswertungseinheit 22 kann einen Winkelsensor 24 aufweisen, der im Bereich des Radmoduls 50 angeordnet ist und einen ersten Signalwert bereitstellt, der einen Lenkwinkel des Radträgers 20 um die Lenkdrehachse A_L repräsentiert. Den ersten Signalwert stellt der Winkelsensor 24 der Sensor- und Auswertungseinheit 22 über eine Datenleitung 28 bereit. Die Sensor- und Auswertungseinheit 22 kann zudem einen Rotorlagesensor 26 aufweisen, der unmittelbar im Bereich des Rotors des Elektromotors 12 angeordnet ist und einen zweiten Signalwert bereitstellt, der eine momentane Rotorlage des Elektromotors 12 repräsentiert. Den zweiten Signalwert stellt der Rotorlagesensor 26 der Sensor- und Auswertungseinheit 22 über die Datenleitung 28 bereit.Furthermore, the steering actuator 10 includes a sensor and evaluation unit 22, which is presently arranged in the area of the electric motor 12, although another position can also be provided. The sensor and evaluation unit 22 can have an angle sensor 24 which is arranged in the area of the wheel module 50 and provides a first signal value which represents a steering angle of the wheel carrier 20 about the steering axis of rotation A _L . Angle sensor 24 provides the first signal value to sensor and evaluation unit 22 via a data line 28 . The sensor and evaluation unit 22 can also have a rotor position sensor 26 which is arranged directly in the area of the rotor of the electric motor 12 and provides a second signal value which represents a current rotor position of the electric motor 12 . The rotor position sensor 26 provides the second signal value to the sensor and evaluation unit 22 via the data line 28 .

Durch die bewirkte lineare Stellbewegung des Lenkungsaktuators 10 wird der Radträger 20 bzw. das Radmodul 40 eingelenkt. Der Lenkwinkel am Rad wird über den Winkelsensor 24 am Radträger 20 und die Rotorlage des Elektromotors 12 über den Rotorlagesensor 26 des Elektromotors 12 erfasst. Der erfassten ersten und zweiten Sensorsignale werden über die Datenleitung 28 an die Sensor- und Auswertungseinheit 22 weitergeleitet. Die Sensor- und Auswertungseinheit 22 berechnet aus dem übermittelten Lenkwinkel und der momentanen Umfangslage des Rotors des Elektromotors 12 und der resultierenden Getriebeübersetzung, vorliegend des Umschlingungsgetriebes 30 und des Spindelgetriebes 14, die aktuelle axiale Position der Lenkstange 18.The wheel carrier 20 or the wheel module 40 is deflected by the effected linear adjustment movement of the steering actuator 10 . The steering angle at the wheel is detected via the angle sensor 24 on the wheel carrier 20 and the rotor position of the electric motor 12 via the rotor position sensor 26 of the electric motor 12. The detected first and second sensor signals are forwarded to the sensor and evaluation unit 22 via the data line 28 . The sensor and evaluation unit 22 calculates the current axial position of the steering rod 18 from the transmitted steering angle and the current circumferential position of the rotor of the electric motor 12 and the resulting gear ratio, in this case the belt transmission 30 and the spindle gear 14.

Die 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der der Lenkungsaktuator 10 als Zentralaktuator ausgebildet ist. Es sind auf jeder der beiden Fahrzeugseiten ein Radmodul 40 vorgesehen und die Lenkstange 18 ist zu jeder der beiden Seiten über einen jeweiligen Spurlenker 32 mit dem Radträger 20 des entsprechenden Radmoduls 40 gelenkig verbunden. Für jede der beiden Fahrzeugseiten ist ein Winkelsensors 24 zur Erfassung eines ersten Signalwerts vorgesehen, wobei jeder dieser beiden ersten Siggnalwerte den jeweiligen Lenkwinkel der entsprechenden Fahrzeugseite repräsentiert. Die Sensor- und Auswertungseinheit 22 berechnet unter Verwendung diese zwei ersten Signalwerte und dem eine Rotorlage des Elektromotors 12 repräsentierenden zweiten Signalwert einen Positionswert der axialen Position der Lenkstange 18 und stellt diesen Wert bereit.The 3 shows an alternative embodiment in which the steering actuator 10 is designed as a central actuator. A wheel module 40 is provided on each of the two sides of the vehicle and the steering rod 18 is articulated on each of the two sides via a respective toe link 32 to the wheel carrier 20 of the corresponding wheel module 40 . An angle sensor 24 for detecting a first signal value is provided for each of the two vehicle sides, with each of these two first signal values representing the respective steering angle of the corresponding vehicle side. Using these two first signal values and the second signal value representing a rotor position of the electric motor 12, the sensor and evaluation unit 22 calculates a position value of the axial position of the steering rod 18 and makes this value available.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Lenkungsaktuatorsteering actuator
1212: Elektromotorelectric motor
1414: Spindelgetriebespindle gear
1616: Spindelmutterspindle nut
1818: Lenkstangehandlebar
2020: Radträgerwheel carrier
2222: Sensor- und AuswertungseinheitSensor and evaluation unit
2424: Winkelsensorangle sensor
2626: Rotorlagesensorrotor position sensor
2828: Datenleitungdata line
3030: Umschlingungsgetriebebelt transmission
3232: Spurlenkertoe link
4040: Radmodulwheel module
4242: Radwheel
4444: Radaufhängungsuspension
4646: Schwingenkörperswingarm body
4848: Lagercamp
5050: Lagercamp

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 10222761 A1 [0002]
DE 102006037014 A1 [0002]
DE 102015206678 A1 [0002]
DE 102019218701 A1 [0002]

Claims

Steering actuator (10) for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, in particular a multi-lane passenger car, with an electric motor (12) for initiating a rotational movement, a wheel carrier (20) which can be pivoted about a steering axis of rotation A _L into a steering angle, one of the Electric motor (12) by means of the rotation-translation gear (14) driven by the rotary movement and a steering rod (18) that can be moved axially via the gear (14) and is connected to the wheel carrier (20), for converting the rotary movement of the electric motor (12) into a Steering angle change of the wheel carrier (20) and a sensor and evaluation unit (22) which, using a first signal value representing a steering angle of the wheel carrier (20) and a second signal value representing a rotor position of the electric motor (12), calculates a position value of the axial position of the steering rod ( 18) calculated and provided.

steering actuator (10). claim 1 , characterized in that the signal value representing the steering angle reflects an absolute value of the steering angle.

steering actuator (10). claim 1 or 2 , characterized in that an angle sensor (24) is provided which provides the signal value representing a steering angle of the wheel carrier (20).

steering actuator (10). claim 3 , characterized in that the angle sensor (24) has a detection range of 0 ° to 170 °, in particular up to 140 °.

steering actuator (10). claim 3 or 4 , characterized in that the angle sensor (24) is designed as a redundant and non-contact sensor.

Steering actuator (10) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that a rotor position sensor (26) is provided which provides the second signal value representing a rotor position of the electric motor (12).

Steering actuator (10) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that a belt transmission (30) is provided, wherein the electric motor (12) drives the rotation-translation gear (14) via the belt transmission (30).

Steering actuator (10) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the steering rod (18) is connected to the wheel carrier (20) via an articulated toe link (32).

Steering actuator (10) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the steering actuator (10) is designed as a central actuator, with wheel carriers (20) arranged on each of the two sides of the vehicle, pivotable about a respective steering axis of rotation A _L and connected to the steering rod (18).

steering actuator (10). claim 9 , characterized in that the sensor and evaluation unit (22) calculates a position value of the axial position of the steering rod (18) using two first signal values representing a respective steering angle of the wheel carrier (20) and the second signal value representing a rotor position of the electric motor (12). and provides.