DE102022211080A1

DE102022211080A1 - Antriebseinheit für eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, Lenkvorrichtung, Fahrzeug und Verfahren zum Montieren der Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102022211080A1
Application number: DE102022211080.3A
Authority: DE
Inventors: Jörn Torben Oetker
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-10-19
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Es wird eine Antriebseinheit (104) für eine Lenkvorrichtung vorgestellt, wobei die Antriebseinheit (104) eine Motoreinheit (300) aufweist, die einen Elektromotor mit einer Abtriebswelle (302), einen Motorflansch (304) und an einer dem Motorflansch (304) abgewandten Seite eine Koppelfläche (305) aufweist, wobei die Motoreinheit (300) an der Koppelfläche (305) drei elektrische Phasenanschlüsse aufweist, sowie die zu der Motoreinheit (300) axial versetzt angeordnete Steuereinheit (306) zum Ansteuern der Motoreinheit (300), wobei die Steuereinheit (306) einen Energieversorgungsabschnitt (308) mit einem Energieversorgungsanschluss (310), über den eine Energieversorgung der Steuereinheit (306) erfolgt, und an einer dem Energieversorgungsabschnitt (308) abgewandten Seite eine Kontaktfläche (312) aufweist, wobei die Steuereinheit (306) an der Kontaktfläche (312) drei elektrische Phasengegenanschlüsse zum Bereitstellen von Phasenströmen an die Phasenanschlüsse aufweist. Dies ist dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschlüsse an der Koppelfläche (305) rotationssymmetrisch und konzentrisch um die Abtriebswelle (302) der Motoreinheit (300) angeordnet sind, wobei die Phasengegenanschlüsse rotationssymmetrisch und konzentrisch um eine Längsachse (314) an der Kontaktfläche (312) angeordnet sind, um durch Verdrehen der Steuereinheit (306) gegenüber der Motoreinheit (300) eine Kopplung der Motoreinheit (300) und der Steuereinheit (306) in unterschiedlichen Winkelstellungen zu ermöglichen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, eine Lenkvorrichtung, ein Fahrzeug und auf ein Verfahren zum Montieren der Antriebseinheit gem. der unabhängigen Patentansprüche.
Die DE 10 2005 046 261 A1 beschreibt einen Anschlussflansch eines Elektromotors, der über zwei oder mehr Bohrbilder verfügt, die zueinander einen Winkelversatz aufweisen.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Antriebseinheit für eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, eine verbesserte Lenkvorrichtung, ein verbessertes Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Montieren der Antriebseinheit gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Durch den vorgestellten Ansatz kann beispielsweise eine Möglichkeit geschaffen werden, um durch eine Verwendung einer universell und somit beispielsweise für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Fahrzeugmodellen mit unterschiedlichen Bauraumanforderungen einsetzbaren Antriebseinheit Fertigungskosten zu reduzieren.
Es wird eine Antriebseinheit für eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Antriebseinheit eine Motoreinheit aufweist, die einen drei Windungen umfassenden Elektromotor mit einer Abtriebswelle, einen Motorflansch zum Verbinden der Motoreinheit mit der Lenkvorrichtung und an einer dem Motorflansch abgewandten Seite eine angeordnete Koppelfläche zum Koppeln der Motoreinheit mit einer Steuereinheit aufweist. Dabei weist die Motoreinheit an der Koppelfläche drei elektrische Phasenanschlüsse auf. Weiterhin weist die Antriebseinheit eine bezüglich der Abtriebswelle zu der Motoreinheit axial versetzt angeordnete Steuereinheit zum Ansteuern der Motoreinheit auf, wobei die Steuereinheit einen Energieversorgungsabschnitt mit mindestens einem Energieversorgungsanschluss zum Einspeisen elektrischer Energie, über den eine Energieversorgung der Steuereinheit erfolgt, und an einer dem Energieversorgungsabschnitt abgewandten Seite eine Kontaktfläche zum Koppeln der Steuereinheit mit der Motoreinheit aufweist. Die Steuereinheit weist dabei an der Kontaktfläche drei elektrische Phasengegenanschlüsse zum Bereitstellen von Phasenströmen an die Phasenanschlüsse der Motoreinheit auf. Die Antriebseinheit ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschlüsse an der Koppelfläche rotationssymmetrisch und konzentrisch um die Abtriebswelle der Motoreinheit angeordnet sind. Die Phasengegenanschlüsse sind rotationssymmetrisch und konzentrisch um eine Längsachse der Steuereinheit an der Kontaktfläche angeordnet. Durch Verdrehen der Steuereinheit gegenüber der Motoreinheit wird eine Kopplung der Motoreinheit und der Steuereinheit in unterschiedlichen Winkelstellungen ermöglicht.
Die Lenkvorrichtung kann beispielsweise als eine Hinterachslenkung für das Fahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen, ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann die Antriebseinheit dabei für eine steer-by-wire-Lenkvorrichtung eingesetzt werden. Der Elektromotor der Motoreinheit kann die Windungen beispielsweise als Spulen aufweisen und kann beispielsweise ausgebildet sein, um die Abtriebswelle zu betreiben. Dabei kann vorteilhafterweise eine Drehbewegung der Abtriebswelle um eine durch sie verlaufende Drehachse bewirkt werden, um einen Aktuator der Lenkvorrichtung betätigen zu können und somit vorteilhafterweise eine Bewegungsrichtung des Fahrzeugs verändern zu können. Der Aktuator kann beispielsweise als eine Teilkomponente der Lenkvorrichtung ausgeformt sein. Der Motorflansch kann vorteilhafterweise als eine Schnittstelle bezeichnet werden, über welche die Antriebseinheit mit dem Aktuator der Lenkvorrichtung verbunden werden kann. Beispielsweise kann die Antriebseinheit mit dem Aktuator kraftschlüssig verbunden, bevorzugt verschraubt werden. Die Koppelfläche kann demnach eben ausgeformt sein und lediglich die Phasenanschlüsse aufweisen, die vorteilhafterweise mit den Windungen des Elektromotors verbunden sein können. Die Phasenanschlüsse können beispielsweise einheitliche Steckverbindungen mit der Steuereinheit ermöglichen. Vorteilhafterweise kann durch eine Verwendung der Phasenanschlüsse als Steckkontakte eine Montage erleichtert werden. Die mit den Phasenanschlüssen verbindbaren Phasengegenanschlüsse können dabei beispielsweise eine Negativform der Phasenanschlüsse aufweisen. Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit zusätzlich zu dem Energieversorgungsanschluss auch weitere Energieversorgungsanschlüsse aufweisen, die sich in ihrer Ausformung vom Energieversorgungsanschluss unterscheiden können. Vorteilhafterweise können somit beispielsweise unterschiedliche Stecker mit der Steuereinheit gekoppelt werden. Dadurch kann die Antriebseinheit vorteilhafterweise für eine Vielzahl von unterschiedlichen Fahrzeugmodellen eingesetzt werden. Vorteilhafterweise kann durch den vorgestellten Ansatz eine wählbare variable Kontaktierung in Abhängigkeit einer Anzahl von elektrischen Kontakten und somit unterschiedliche Montagemöglichkeiten ermöglicht werden. Vorteilhafterweise kann ein Aufbau der Antriebseinheit auch in unterschiedlichen Größen gleich realisiert sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Motorflansch eine Mehrzahl von Fixieröffnungen zum Fixieren der Motoreinheit an einem Aktuator der Lenkvorrichtung aufweisen. Die Mehrzahl von Fixieröffnungen kann zumindest zwei unterschiedliche Montagepositionen zwischen der Motoreinheit und dem Aktuator ermöglichen. Die Fixieröffnungen können vorteilhafterweise als Bohrungen ausgeformt sein oder alternativ auch als Stanzungen, die ausgeformt sind, um die Motoreinheit an dem Aktuator befestigen zu können.
Ferner kann die Mehrzahl von Fixieröffnungen eine Montage der Motoreinheit an dem Aktuator in einer ersten Montageposition und zumindest einer zweiten Montageposition ermöglichen, wobei die Montagepositionen einen Winkelversatz aufweisen können. Das bedeutet, dass die Motoreinheit gegenüber dem Aktuator gedreht werden kann, um mit dem Aktuator verbunden werden zu können.
Die Mehrzahl von Fixieröffnungen kann eine erste Gruppe von Öffnungen zur Montage der Motoreinheit an dem Aktuator in der ersten Montageposition und eine zweite Gruppe von Öffnungen zur Montage der Motoreinheit an dem Aktuator in der zweiten Montageposition aufweisen. Vorteilhafterweise können Öffnungen einer Gruppe jeweils gegenüberliegend angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann eine Variabilität bei der Montage der Antriebseinheit, das bedeutet bei einer Verbindung der Motoreinheit mit der Steuereinheit, verbessert werden. Beispielsweise kann eine 120°-Anordnung ermöglicht werden, sodass die Antriebseinheit vorteilhafterweise für eine Mehrzahl unterschiedlicher Fahrzeugmodelle eingesetzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann jede der Fixieröffnungen ein Innengewinde aufweisen. Vorteilhafterweise kann mittels der Innengewinde die Motoreinheit mit dem Aktuator verschraubt werden.
Weiterhin können die Phasenanschlüsse und die Phasengegenanschlüsse in montiertem Zustand, gleichmäßig, insbesondere sternförmig um die Abtriebswelle angeordnet sein. Dadurch kann vorteilhafterweise die Montage vereinfacht werden.
Die Phasenanschlüsse und die Phasengegenanschlüsse können eine Kopplung der Motoreinheit und der Steuereinheit in um 120° versetzten Winkelstellungen ermöglichen. Das bedeutet, dass die Anschlüsse vorteilhafterweise gleichmäßig voneinander beabstandet sein können, sodass sie positionsunabhängig miteinander verbunden werden können. Beispielsweise kann ein erster Phasenanschluss um 120° versetzt zu einem zweiten Phasenanschluss angeordnet sein und der zweite Phasenanschluss zu einem dritten Phasenanschluss. Dadurch können die drei Phasenanschlüsse vorteilhafterweise gleichmäßig um die Abtriebswelle angeordnet sein. Dies kann vorteilhafterweise auch auf die Phasengegenanschlüsse übertragen werden, sodass auch sie symmetrisch angeordnet sein können.
Gemäß einer Ausführungsform können die Phasenanschlüsse und die Phasengegenanschlüsse phasenunabhängig beliebig miteinander verbindbar sein. Das bedeutet, dass jede Phase der Steuereinheit mit jedem beliebigen Anschluss der Motoreinheit verbunden werden kann. Vorteilhafterweise kann dadurch einerseits eine Montage vereinfacht werden und andererseits kann das Risiko einer fehlerhaften Montage reduziert werden.
Die Phasenanschlüsse und die Phasengegenanschlüsse können als Steckverbindungen ausgeformt sein. Vorteilhafterweise können alle Phasenanschlüsse gleichartig ausgeformt sein, damit jeder der Phasenanschlüsse mit jedem der Phasengegenanschlüsse gekoppelt werden kann. Dadurch kann sich vorteilhafterweise eine Anordnungsvariabilität ergeben, sodass die Motoreinheit und zusätzlich oder alternativ die Steuereinheit einen Spielraum erhalten kann, um mit dem Aktuator verbunden werden zu können.
Weiterhin können die Motoreinheit und die Steuereinheit jeweils zylindrisch ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann die Antriebseinheit dadurch kompakt realisiert werden. Des Weiteren kann durch die zylindrische Form der Motoreinheit und der Steuereinheit eine Anordnungsflexibilität gewahrt werden.
Gemäß einer Ausführungsform können die Motoreinheit ein umgebendes Motorgehäuse und die Steuereinheit ein umgebendes Steuergehäuse aufweisen, wobei das Motorgehäuse und das Steuergehäuse bei der Kopplung miteinander verbunden werden können. Das Motorgehäuse und das Steuergehäuse können demnach vorteilhafterweise als zwei Einzelgehäuse ausgeformt sein, die miteinander mittels der Phasenanschlüsse und Phasengegenanschlüsse verbindbar sein können.
Ferner wird eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Lenkvorrichtung eine Antriebseinheit in einer zuvor genannten Variante aufweist.
Die Lenkvorrichtung kann vorteilhafterweise als eine steer-by-wire-Lenkvorrichtung für eine Hinterachse des Fahrzeugs ausgeformt sein.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Steer-by-wire-Lenkvorrichtung mit einer Antriebseinheit in einer der zuvor vorgestellten Ausführungen.
Es wird zudem ein Fahrzeug mit einer Steer-by-wire-Lenkvorrichtung in einer zuvor genannten Variante vorgestellt.
Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen ausgeformt sein. Alternativ kann das Fahrzeug aber auch als ein Lastkraftwagen realisiert sein. Weiterhin kann das Fahrzeug als ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug ausgeformt sein.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Montieren der Antriebseinheit in einer der zuvor genannten Varianten vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Ausrichtens der Motoreinheit bezüglich der Steuereinheit in einer aus den unterschiedlichen Winkelstellungen ausgewählten Winkelstellung und einen Schritt des Koppelns der Motoreinheit mit der Steuereinheit in der ausgewählten Winkelstellung vorsieht, um die Antriebseinheit zu erhalten. Dabei wird das Ausrichten von Motoreinheit und Steuereinheit in Abhängigkeit von dem für die gefügte Antriebseinheit zur Verfügung stehenden Bauraum, insbesondere bei Anordnung im Bereich einer Fahrzeugachse, ausgeführt. Je nach zur Verfügung stehendem Bauraum ist es somit möglich, die Antriebseinheit bestmöglich in die Fahrzeugachse zu integrieren. Dadurch wird zum einen ein Einbau der Antriebseinheit im Bereich der Fahrzeugachse überhaupt ermöglicht und es wird ein insgesamt lediglich möglichst geringer Bauraum durch die Fahrzeugachse mit Lenkvorrichtung und der zugehörigen Antriebseinheit eingenommen.
Durch das Verfahren kann vorteilhafterweise die Antriebseinheit zusammengesetzt, beziehungsweise mit der Lenkvorrichtung gekoppelt werden. Vorteilhafterweise kann die Antriebseinheit demnach für eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeuge und zusätzlich oder alternativ unterschiedlich realisierter Lenkvorrichtungen eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Ausrichtens der Antriebseinheit bezüglich des Aktuators in einer aus den unterschiedlichen Montagepositionen ausgewählten Montageposition umfassen sowie einen Schritt des Koppelns der Antriebseinheit mit dem Aktuator in der ausgewählten Montageposition.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Antriebseinheit für eine Lenkvorrichtung;
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Motorflansches einer Motoreinheit;
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energieversorgungsabschnitts einer Steuereinheit;
6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Koppelfläche und einer Kontaktfläche einer Antriebseinheit; und
7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Montieren einer Antriebseinheit.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 100 ist beispielsweise als ein Personenkraftwagen realisiert, alternativ jedoch auch als ein Nutzfahrzeug realisierbar. Das Fahrzeug 100 weist eine Lenkvorrichtung 102 auf, die im Bereich einer Hinterachse des Fahrzeugs 100 angeordnet ist und somit beispielsweise als Hinterachslenkvorrichtung ausgeformt ist. Die Lenkvorrichtung 102 wiederum weist eine Antriebseinheit 104 auf, die ausgebildet ist, um einen Aktuator 106 der Lenkvorrichtung anzutreiben. Beispielsweise ist die Antriebseinheit 104 ausgebildet, um eine Lenkbewegung zum Ändern einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 100 zu bewirken. Diese Lenkbewegung wird unter Verwendung der Lenkvorrichtung 102 bewirkt.
Die Lenkvorrichtung 102 wird auch als Hinterachslenkung bezeichnet. Solche Hinterachslenkungen weisen beispielsweise den Aktuator 106 oder einen Stellantrieb auf. Weiterhin sind solche Hinterachslenkungen beispielsweise Steer-by-wire-Lenkungen, bei denen keine mechanische Kopplung zwischen einem Lenkrad 108 und dem Aktuator 106 oder Stellantrieb zur Änderung von Radlenkwinkeln besteht. Die Änderung der Radlenkwinkel wird mittels des Aktuators 106 bewerkstelligt. Der Antrieb des Aktuators 106 erfolgt durch die Antriebseinheit 104, die einen Elektromotor umfasst, welcher mit einem Spindelantrieb 110 beispielsweise über einen Riementrieb in Verbindung steht. Die Antriebseinheit 104 ist dabei mit dem Gehäuse des Aktuators 106 verschraubt, beispielsweise angeflanscht, und achsparallel zu der entlang ihrer Längsachse verschiebbaren Spindel des Spindelantriebs 110, bzw. Lenkstange angeordnet. Die Antriebseinheit 104 ist beispielsweise als ein Baukasten, beispielsweise eine intelligente Motor-Steuergerät-Kombination, ausgeformt, der für verschiedenste Fahrzeuge skalierbar ist und somit mit einheitlichen Subkomponenten unterschiedliche Bauraumanforderungen umsetzt. Das bedeutet, dass eine Anpassung hinsichtlich Bauraum, Radabstand und/oder Leistung zum Lenken des oder der Räder möglich ist.
Die Lenkvorrichtung 102 sowie die Antriebseinheit 104 werden in mindestens einer der nachfolgenden Figuren näher beschrieben.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lenkvorrichtung 102 für ein Fahrzeug, wie es beispielsweise in 1 beschrieben wurde. Die hier beispielhaft dargestellte Lenkvorrichtung 102 ähnelt demnach der in 1 beschriebenen Lenkvorrichtung. Auch hier weist die Lenkvorrichtung die Antriebseinheit 104 auf, die beispielsweise ausgeformt ist, um einen Aktuator 106 anzutreiben. Die Antriebseinheit 104 weist dabei eine Motoreinheit sowie eine Steuereinheit auf, wie sie in mindestens einer der nachfolgenden Figuren näher beschrieben werden.
Der Aktuator 106 weist lediglich beispielhaft mindestens eine bewegliche Komponente der Lenkvorrichtung 102 auf, beispielsweise einen Riementrieb 200, der mit dem Spindelantrieb 110 der Lenkvorrichtung 102 gekoppelt ist. Die Antriebseinheit 104 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem Gehäuse 202 des Aktuators 106 verbunden, beispielsweise verschraubt und/oder angeflanscht und achsparallel zu der als Teil des Spindelantriebs 110 ausgeformten Spindel 204 bzw. Lenkstange angeordnet.
Unterschiedliche Bauraumanforderungen werden üblicherweise durch die individuelle Montage von einheitlichen Motoren und möglichst einheitlichen Steuergeräten bei der Montage erreicht. Für jede Achse muss daher mit Rücksicht auf den zur Verfügung stehenden Bauraum ein abweichendes Konzept erarbeitet werden.
Durch den hier vorgestellten Ansatz wird vor diesem Hintergrund durch ein entsprechendes Motor- und Steuergeräte-Design mit einheitlichen Motoren und einheitlichen Steuergeräten eine Vielzahl von Montagemöglichkeiten der Antriebseinheit erzielt. Somit kann mit einheitlichen Motoren und einheitlichen Steuergeräten und mittels einer einheitlichen Schnittstelle durch eine entsprechend flexible Montage auf die unterschiedlichen Bauraumanforderungen der jeweiligen Fahrzeugachsen einfach reagiert werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Antriebseinheit 104 für eine Lenkvorrichtung, wie sie beispielsweise in 2 beschrieben wurde und die beispielsweise für ein Fahrzeug nutzbar ist, wie es beispielhaft in 1 beschrieben wurde. Die Antriebseinheit 104 weist dabei eine Motoreinheit 300 auf, die wiederum einen Elektromotor mit drei Windungen sowie einer Abtriebswelle 302 und einen Motorflansch 304 zum Verbinden der Motoreinheit 300 mit der Lenkvorrichtung aufweist. An einer dem Motorflansch 304 abgewandten Seite weist die Motoreinheit 300 eine Koppelfläche 305 (s. 6) zum Koppeln der Motoreinheit 300 mit einer Steuereinheit 306 auf, wobei die Motoreinheit 300 an der Koppelfläche 305 drei elektrische Phasenanschlüsse aufweist. Die Koppelfläche 305 ist aufgrund der in 3 gezeigten Perspektive nicht zu sehen und wird daher in 6 genauer dargestellt und beschrieben. Weiterhin weist die Antriebseinheit 104 die Steuereinheit 306 auf, die bezüglich zu der Abtriebswelle 302 axial versetzt angeordnet ist. Die Steuereinheit 306 ist ausgebildet, um die Motoreinheit 300 anzusteuern. Ebenfalls weist die Steuereinheit einen Energieversorgungsabschnitt 308 mit mindestens einem Energieversorgungsanschluss 310 zum Einspeisen elektrischer Energie auf. Über den Energieversorgungsanschluss 310 erfolgt eine Energieversorgung der Steuereinheit 306. Die Steuereinheit 306 weist zusätzlich zum Energieversorgungsanschluss 310 auch weitere Anschlüsse zur Weiterleitung von Steuersignalen auf. Dem Energieversorgungsabschnitt 308 abgewandt weist die Steuereinheit 306 weiterhin eine Kontaktfläche 312 zum Koppeln der Steuereinheit 306 mit der Motoreinheit 300 auf. Die Kontaktfläche 312 und die Koppelfläche 305 kontaktieren sich dabei in montiertem Zustand. Die Kontaktfläche 312 weist drei elektrische Phasengegenanschlüsse zum Bereitstellen von Phasenströmen an die Phasenanschlüsse der Motoreinheit 300 auf. Wie auch die Koppelfläche 305 wird die Kontaktfläche 312 in 6 aufgrund der hier dargestellten Perspektive genauer beschrieben. Die Phasenanschlüsse an der Koppelfläche 305 sind rotationssymmetrisch und konzentrisch um die Abtriebswelle 302 der Motoreinheit 300 angeordnet, um beispielsweise eine wählbare variable Kontaktierung in Abhängigkeit der Anzahl der Kontakte zu ermöglichen. Die Phasengegenanschlüsse sind dabei rotationssymmetrisch und konzentrisch um eine Längsachse 314 der Steuereinheit 306 an der Kontaktfläche 312 angeordnet, um durch Verdrehen der Steuereinheit 306 gegenüber der Motoreinheit 300 eine Kopplung der Motoreinheit 300 und der Steuereinheit 306 in unterschiedlichen Winkelstellungen zu ermöglichen. Lediglich optional sind die Motoreinheit 300 und die Steuereinheit 306 zylindrisch ausgeformt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Motorflansch 304 eine Mehrzahl von Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326 auf. Die Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326 sind dabei beispielsweise als Bohrungen zum Fixieren der Motoreinheit 300 an einem Gehäuse des Aktuators der Lenkvorrichtung ausgeformt. Weiterhin ermöglicht die Mehrzahl von Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326 zumindest zwei unterschiedliche Montagepositionen, beispielsweise eine erste Montageposition und eine zweite Montageposition der Motoreinheit 300 und gegenüber dem Aktuator bzw. dessen Gehäuse. Die beiden Montagepositionen weisen dabei beispielsweise einen Winkelversatz auf. Des Weiteren kann sich der Winkelversatz auf unterschiedliche Verdrehgrade der Motoreinheit 300 oder der Steuereinheit 306 zueinander beziehen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326 in mehrere Gruppen von Öffnungen unterteilbar, beispielsweise in eine erste Gruppe von Öffnungen und in eine zweite Gruppe von Öffnungen. Die erste Gruppe von Öffnungen ist beispielsweise zur Montage der Motoreinheit 300 an dem Aktuator in der ersten Montageposition ausgeformt und die zweite Gruppe von Öffnungen für eine Montage der Motoreinheit 300 an dem Aktuator in der zweiten Montageposition. Beispielsweise sind auch weitere Gruppen von Öffnungen realisierbar. Wenn beispielsweise immer zwei der Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326 eine Gruppe bilden, so sind dies lediglich beispielhaft jeweils zwei gegenüberliegende Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326.
Beispielsweise bildet eine erste Fixieröffnung 316 und eine vierte Fixieröffnung 322 die erste Gruppe, eine zweite Fixieröffnung 318 und eine fünfte Fixieröffnung 324 die zweite Gruppe und eine dritte Fixieröffnung 320 und eine sechste Fixieröffnung 326 eine dritte Gruppe von Öffnungen. Die Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Abständen zueinander um die Abtriebswelle 302 angeordnet und weisen beispielsweise ein Innengewinde auf, um die Antriebseinheit 104 beispielsweise mit dem Aktuator zu verschrauben.
Der Motorflansch 304 ist beispielsweise an einem Motorgehäuse 328 der Motoreinheit 300 angeordnet, das die Motoreinheit 300 umgibt. Auch die Steuereinheit 306 weist ein Steuergehäuse 330 auf, das die Steuereinheit 306 umgibt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Motorgehäuse 328 und das Steuergehäuse 330 als Einzelteile realisiert, die bei der Kopplung der Motoreinheit 300 und der Steuereinheit 306 miteinander verbunden wurden.
In anderen Worten ausgedrückt weist die Motoreinheit 300 mit dem Elektromotor eine Schnittstelle zur Steuereinheit 306 auf, die auch als Steuerungselektronik, beispielsweise eine Elektronik und ECU, bezeichnet wird. Die Schnittstelle, welche beispielsweise die Kontaktfläche 312 und die Koppelfläche 305 umfasst, verbindet die Motoreinheit 300 und die Steuereinheit 306 elektrisch miteinander. Am anderen Ende der Steuereinheit 306 bzw. gegenüberliegend der Schnittstelle sind die elektrischen Anschlüsse zur Spannungs- und Signalversorgung enthalten, die als Energieversorgungsanschlüsse 310 beschrieben wurden. Die Energieversorgungsanschlüsse 310 werden beispielsweise auch als Stecker oder Buchsen bezeichnet. Die Schnittstelle weist elektrische Anschlüsse auf, welche in 6 als Phasenanschlüsse und Phasengegenanschlüsse näher beschrieben sind.
Wie bereits beschrieben weist der Motorflansch 304 Bohrungen, die hier als Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326 beschrieben sind, mit einem optionalen Gewinde auf, die zur Befestigung der Antriebseinheit 104 mit einem Gehäuse des Aktuators dienen und somit unterschiedliche Motorflanschpositionen ermöglichen. Werden lediglich beispielhaft an der Motoreinheit 300 mehrere Anschraubmöglichkeiten vorgesehen, so sind verschiedene Montagepositionen am Gehäuse des Aktuators möglich. Mit anderen Worten wird eine Vielzahl an Fixieröffnungen 316, 318, 320, 322, 324, 326 an der Abtriebseite 332 erstellt, welche jedoch nicht zwangsläufig komplett verwendet werden. Bei der Montage mit dem jeweiligen Aktuator ist die Motoreinheit 300 drehbar und wird dann passend ohne Kollision mit umliegenden Bauteilen des Fahrwerks eingebaut. Auf den zur Verfügung stehenden Bauraum kann so größtmöglich Rücksicht genommen werden.
Wie bereits erwähnt ist die hier beschriebene Antriebseinheit 104 somit als ein skalierbarer Baukasten ausgeformt. Das bedeutet, dass ein und dieselbe Antriebseinheit 104 mit geringen Anpassungen für verschiedene Fahrzeuge für die Hinterachslenkung verwendbar ist. Dieses betrifft auch die Befestigung der Motoreinheit 300 mittels des Motorflanschs 304 mit dem Gehäuse des Aktuators. Die Antriebseinheit 104 ermöglicht aufgrund der 120°-Anordnung der Steckkontakte an der Schnittstelle drei verschiedene Möglichkeiten der Verbindung zwischen Motoreinheit 300 und Steuereinheit 306, sodass sich diese drei Möglichkeiten mit den unterschiedlichen Anschraubmöglichkeiten der Motorflanschposition multiplizieren. Dadurch ergibt sich eine unterschiedliche Anzahl an Positionen oder Richtungen, um die Antriebseinheit 104 mit dem Aktuator derart zu verbinden, um eine Kollision mit Bauteilen der Fahrzeugachse bzw. dem jeweiligen Fahrwerk zu vermeiden. In Bezug auf das Einstecken eines Steckers an der Schnittstelle in die Steuereinheit 306 ergibt sich ebenfalls eine Vielzahl an Positionen, weil nicht nur die Steuereinheit 306 in unterschiedlichen Positionen gegenüber dem Gehäuse angebracht werden kann, sondern auch weil die Motoreinheit 300 in verschiedenen Positionen mit dem Gehäuse verbunden werden kann.
Zusammengefasst wird also die Antriebseinheit 104 für Lenkungssteller und/oder Lenkaktuatoren von beispielsweise Steer-by-wire-Lenkungen beschrieben, welche eine solche Schnittstelle bzw. Flanschmöglichkeit aufweist und somit eine variable Positionierung ermöglicht. Die Positionierung ermöglicht den Einsatz einer einzigen Antriebseinheit 104 für unterschiedlichste Lenkgetriebe, Stellantriebe und/oder Aktuatoren für Lenkvorrichtungen.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Motorflanschs 304 einer Motoreinheit. Der hier dargestellte Motorflansch 304 entspricht beispielsweise dem in 3 beschriebenen Motorflansch. Das bedeutet, dass der Motorflansch 304 demnach für eine Antriebseinheit nutzbar ist, wie sie beispielsweise in mindestens einer der 1 bis 3 beschrieben wurde. Auch hier weist der Motorflansch 304 die Mehrzahl von Fixieröffnungen auf, die in einem Randabschnitt 400 des Motorflanschs 304 um die Abtriebswelle 302 herum angeordnet sind.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energieversorgungsabschnitts 308 einer Steuereinheit 306. Der hier dargestellte Energieversorgungsabschnitt 308 der Steuereinheit 306 entspricht dem in 3 beschriebenen Energieversorgungsabschnitt 308 in einer anderen Perspektive - einer Rückansicht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Energieversorgungsabschnitt 308 den Energieversorgungsanschluss 310 sowie weitere Energieversorgungs- und Signalanschlüsse 500, 502 auf. Die Energieversorgungsanschlüsse 310, 500, 502 sind beispielsweise unterschiedlich realisierbar, sodass beispielsweise unterschiedliche Kabel angeschlossen werden können.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Koppelfläche 305 und einer Kontaktfläche 312 einer Antriebseinheit. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Koppelfläche 305 in einem ersten Teilbild 600 dargestellt und die Kontaktfläche 312 in einem zweiten Teilbild 602, sodass die Schnittstelle zwischen der Motoreinheit 300 und der Steuereinheit 306 sichtbar ist.
Im ersten Teilbild 600 sind demnach die Phasenanschlüsse 604, 606, 608 der Motoreinheit 300 abgebildet, die gleichartig ausgeformt sind und in gleichmäßigen Abständen um die Abtriebswelle 302 sternförmig angeordnet sind. Im zweiten Teilbild 602 sind die Phasengegenanschlüsse 610, 612, 614 der Steuereinheit 306 dargestellt, deren Position ebenfalls gleichmäßig um einen zentralen Bereich 616 angeordnet sind. Die Phasenanschlüsse 604, 606, 608 und die Phasengegenanschlüsse 610, 612, 614 sind dabei miteinander koppelbar und ermöglichen demnach eine Kopplung der Motoreinheit 300 und der Steuereinheit 306 in um 120° versetzten Winkelstellungen, was je einen Versatz eines der Phasenanschlüsse 604, 606, 608 zu einem anderen der Phasenanschlüsse 604, 606, 608 entspricht. Umgekehrt entspricht dies auch je einem Versatz eines der die Phasengegenanschlüsse 610, 612, 614 zu einem anderen der Phasengegenanschlüsse 610, 612, 614. Bei einem Verbinden der Phasenanschlüsse 604, 606, 608 und der Phasengegenanschlüsse 610, 612, 614 miteinander sind diese phasenunabhängig beliebig miteinander verbindbar, sodass anders ausgedrückt jede Phase der Steuereinheit 306 mit jedem beliebigen Phasenanschluss 604, 606, 608 der Motoreinheit 300 verbunden werden kann. Lediglich beispielhaft sind die Phasenanschlüsse 604, 606, 608 und die Phasengegenanschlüsse 610, 612, 614 als Steckverbindungen ausgeformt.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 700 zum Montieren einer Antriebseinheit. Das Verfahren 700 ist dabei für eine Antriebseinheit durchführbar, wie sie beispielsweise in mindestens einer der 1 bis 3 beschrieben wurden. Das Verfahren 700 umfasst dazu einen Schritt 702 des Ausrichtens der Motoreinheit bezüglich der Steuereinheit in einer aus den unterschiedlichen Winkelstellungen ausgewählten Winkelstellung und einen Schritt 704 des Koppelns der Motoreinheit, beispielsweise der Phasenanschlüsse, mit beispielsweise den Phasengegenanschlüssen der Steuereinheit in der ausgewählten Winkelstellung, um die Antriebseinheit zu erhalten. Lediglich optional umfasst das Verfahren 700 weiterhin einen Schritt des 706 des Ausrichtens der Antriebseinheit bezüglich des Aktuators in einer aus den unterschiedlichen Montagepositionen ausgewählten Montageposition, sowie einen Schritt 708 des Koppelns der Antriebseinheit mit dem Aktuator in der ausgewählten Montageposition.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Bezugszeichen

100: Fahrzeug
102: Lenkvorrichtung
104: Antriebseinheit
106: Aktuator
108: Lenkrad
110: Spindelantrieb
200: Riementrieb
202: Gehäuse
204: Spindel
300: Motoreinheit
302: Abtriebswelle
304: Motorflansch
305: Koppelfläche
306: Steuereinheit
308: Energieversorgungsabschnitt
310: Energieversorgungsanschluss
312: Kontaktfläche
314: Längsachse
316: erste Fixieröffnung
318: zweite Fixieröffnung
320: dritte Fixieröffnung
322: vierte Fixieröffnung
324: fünfte Fixieröffnung
326: sechste Fixieröffnung
328: Motorgehäuse
330: Steuergehäuse
332: Abtriebseite
400: Randabschnitt
500: Energieversorgungsanschluss
502: Signalanschluss
600: erstes Teilbild
602: zweites Teilbild
604: Phasenanschluss
606: Phasenanschluss
608: Phasenanschluss
610: Phasengegenanschluss
612: Phasengegenanschluss
614: Phasengegenanschluss
616: zentraler Bereich
700: Verfahren zum Montieren einer Antriebseinheit
702: Schritt des Ausrichtens der Motoreinheit
704: Schritt des Koppelns der Motoreinheit mit der Steuereinheit
706: Schritt des Ausrichtens der Antriebseinheit bezüglich des Aktuators
708: Schritt des Koppelns der Antriebseinheit mit dem Aktuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005046261 A1 [0002]

Claims

Antriebseinheit (104) für eine Lenkvorrichtung (102) für ein Fahrzeug (100), wobei die Antriebseinheit (104) die folgenden Merkmale aufweist: eine Motoreinheit (300), die einen drei Windungen umfassenden Elektromotor mit einer Abtriebswelle (302), einen Motorflansch (304) zum Verbinden der Motoreinheit (300) mit der Lenkvorrichtung (102) und an einer dem Motorflansch (304) abgewandten Seite eine angeordnete Koppelfläche (305) zum Koppeln der Motoreinheit (300) mit einer Steuereinheit (306) aufweist, wobei die Motoreinheit (300) an der Koppelfläche (305) drei elektrische Phasenanschlüsse (604, 606, 608) aufweist; und eine bezüglich der Abtriebswelle (302) zu der Motoreinheit (300) axial versetzt angeordnete Steuereinheit (306) zum Ansteuern der Motoreinheit (300), wobei die Steuereinheit (306) einen Energieversorgungsabschnitt (308) mit mindestens einem Energieversorgungsanschluss (310) zum Einspeisen elektrischer Energie, über den eine Energieversorgung der Steuereinheit (306) erfolgt, und an einer dem Energieversorgungsabschnitt (308) abgewandten Seite eine Kontaktfläche (312) zum Koppeln der Steuereinheit (306) mit der Motoreinheit (300) aufweist, wobei die Steuereinheit (306) an der Kontaktfläche (312) drei elektrische Phasengegenanschlüsse (610, 612, 614) zum Bereitstellen von Phasenströmen an die Phasenanschlüsse (604, 606, 608) der Motoreinheit (300) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanschlüsse (604, 606, 608) an der Koppelfläche (305) rotationssymmetrisch und konzentrisch um die Abtriebswelle (302) der Motoreinheit (300) angeordnet sind, wobei die Phasengegenanschlüsse (610, 612, 614) rotationssymmetrisch und konzentrisch um eine Längsachse (314) der Steuereinheit (306) an der Kontaktfläche (312) angeordnet sind, um durch Verdrehen der Steuereinheit (306) gegenüber der Motoreinheit (300) eine Kopplung der Motoreinheit (300) und der Steuereinheit (306) in unterschiedlichen Winkelstellungen zu ermöglichen.
Antriebseinheit (104) gemäß Anspruch 1, wobei der Motorflansch (304) eine Mehrzahl von Fixieröffnungen (316, 318, 320, 322, 324, 326) zum Fixieren der Motoreinheit (300) an einem Aktuator (106) der Lenkvorrichtung (102) aufweist, wobei die Mehrzahl von Fixieröffnungen (316, 318, 320, 322, 324, 326) zumindest zwei unterschiedliche Montagepositionen zwischen der Motoreinheit (300) und dem Aktuator (106) ermöglicht.
Antriebseinheit (104) gemäß Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Fixieröffnungen (316, 318, 320, 322, 324, 326) eine Montage der Motoreinheit (300) an dem Aktuator (106) in einer ersten Montageposition und zumindest einer zweiten Montageposition ermöglichen, wobei die Montagepositionen einen Winkelversatz aufweisen.
Antriebseinheit (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Mehrzahl von Fixieröffnungen (316, 318, 320, 322, 324, 326) eine erste Gruppe von Öffnungen zur Montage der Motoreinheit (300) an dem Aktuator (106) in der ersten Montageposition und eine zweite Gruppe von Öffnungen zur Montage der Motoreinheit (300) an dem Aktuator (106) in der zweiten Montageposition aufweist.
Antriebseinheit (104) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei jede der Fixieröffnungen (316, 318, 320, 322, 324, 326) ein Innengewinde aufweist.
Antriebseinheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Phasenanschlüsse (604, 606, 608) und die Phasengegenanschlüsse (610, 612, 614) in montiertem Zustand sternförmig um die Abtriebswelle (302) angeordnet sind.
Antriebseinheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Phasenanschlüsse (604, 606, 608) und die Phasengegenanschlüsse (610, 612, 614) eine Kopplung der Motoreinheit (300) und der Steuereinheit (306) in um 120° versetzten Winkelstellungen ermöglichen.
Antriebseinheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Phasenanschlüsse (604, 606, 608) und die Phasengegenanschlüsse (610, 612, 614) phasenunabhängig beliebig miteinander verbindbar sind.
Antriebseinheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Phasenanschlüsse (604, 606, 608) und die Phasengegenanschlüsse (610, 612, 614) als Steckverbindungen ausgeformt sind.
Antriebseinheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Motoreinheit (300) und die Steuereinheit (306) jeweils zylindrisch ausgeformt sind.
Antriebseinheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Motoreinheit (300) ein umgebendes Motorgehäuse (328) aufweist, und wobei die Steuereinheit (306) ein umgebendes Steuergehäuse (330) aufweist, wobei das Motorgehäuse (328) und das Steuergehäuse (330) bei der Kopplung miteinander verbunden werden.
Lenkvorrichtung (102) für ein Fahrzeug (100), wobei die Lenkvorrichtung (102) eine Antriebseinheit (104) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.
Fahrzeug (100) mit einer Lenkvorrichtung (102) gemäß Anspruch 12.
Verfahren (700) zum Montieren der Antriebseinheit (104) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 einer Lenkvorrichtung (102) nach Anspruch 12, wobei das Verfahren (700) die folgenden Schritte umfasst: Ausrichten (702) der Motoreinheit (300) bezüglich der Steuereinheit (306) in einer aus den unterschiedlichen Winkelstellungen ausgewählten Winkelstellung, wobei das Ausrichten in Abhängigkeit von dem zur Verfügung stehenden Bauraum ausgeführt wird; und Koppeln (704) der Motoreinheit (300) mit der Steuereinheit (306) in der ausgewählten Winkelstellung, um die Antriebseinheit (104) zu erhalten.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 14, mit einem Schritt (706) des Ausrichtens der Antriebseinheit (104) bezüglich des Aktuators (106) in einer aus den unterschiedlichen Montagepositionen ausgewählten Montageposition, und mit einem Schritt (708) des Koppelns der Antriebseinheit (104) mit dem Aktuator (106) in der ausgewählten Montageposition.