DE19755312A1 - Steering device for vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Lenkvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.The invention relates to a steering device for Vehicles, especially motor vehicles, which in the preamble of Claim 1 defined genus.
Bei solchen Lenkvorrichtungen kann der Lenkwinkel der Räder unabhängig vom Lenkradwinkel verändert werden. Dadurch werden Vorteile hinsichtlich Fahrdynamik, Fahrsicherheit und Fahrkomfort erzielt.With such steering devices, the steering angle of the wheels can be changed regardless of the steering wheel angle. This will Advantages in terms of driving dynamics, driving safety and Driving comfort achieved.
Bei einer bekannten Lenkvorrichtung der eingangs genannten Art (DE 40 31 316 A1) erfolgt die Einleitung des Zusatzwinkels zum überlagerten Lenkeingriff durch eine zweite Eingangswelle, die mit einer Schnecke in einer Außenverzahnung eines Hohlrads eines Planetengetriebes kämmt. In der Innenverzahnung des Hohlrads wälzen sich drei Planetenräder ab, die von einem drehfest auf der ersten Eingangswelle sitzenden Sonnenrad angetrieben werden. Die Planetenräder sind drehbar auf den Achsen eines Planetenträgers gelagert. Auf den gleichen Achsen sitzen weitere drei Planetenräder eines zweiten Planetengetriebes, die wiederum mit einem mit der Ausgangswelle drehfest verbundenen Sonnenrad kämmen. Die zweite Eingangswelle ist direkt oder über ein Getriebe von einem Elektromotor angetrieben und die erste Eingangswelle ist drehfest mit dem Lenkrad verbunden. Solange der Elektromotor kein Drehmoment auf die zweite Eingangswelle aufbringt, wird der an der ersten Eingangswelle eingestellte Lenkradwinkel mit einem über- oder Untersetzungsverhältnis auf die Ausgangswelle übertragen, da das Hohlrad des ersten Planetengetriebes festgehalten wird und die angetriebenen Planetenräder eine Verdrehung des Planetenradträgers bewirken, so daß die Planetenräder des zweiten Planetengetriebes das Sonnenrad und damit die Ausgangswelle um entsprechende Drehwinkel verstellen. Dreht der Elektromotor die zweite Eingangswelle, so wird das Hohlrad um einen Zusatzwinkel verdreht, der sich addidiv auf den Drehwinkel des Sonnenrads des zweiten Planetengetriebes und damit auf die Ausgangswelle des Stellglieds auswirkt.In a known steering device of the type mentioned (DE 40 31 316 A1) the additional angle is introduced to the superimposed steering intervention by a second input shaft, the with a worm in an external toothing of a ring gear of a planetary gear combs. In the internal toothing of the Ring gear rolls three planet gears, one by one sun gear non-rotatably on the first input shaft are driven. The planet gears are rotatable on the Axles of a planet carrier mounted. On the same axes there are another three planet gears of a second Planetary gear, which in turn with one with the Comb the output shaft of the non-rotatably connected sun gear. The second input shaft is direct or via a gearbox from driven by an electric motor and is the first input shaft non-rotatably connected to the steering wheel. As long as the electric motor no torque is applied to the second input shaft the steering wheel angle set on the first input shaft with a step-up or step-down ratio on the output shaft transmitted because the ring gear of the first planetary gear is held and the driven planet gears one Twist the planet carrier so that the Planetary gears of the second planetary gear, the sun gear and thus the output shaft by the corresponding angle of rotation adjust. If the electric motor turns the second input shaft, so the ring gear is rotated by an additional angle that additive to the angle of rotation of the sun gear of the second Planetary gear and thus on the output shaft of the Actuator affects.
Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, mit wesentlich weniger Bauteilen auszukommen und damit eine kompakte Bauform zu günstigen Fertigungskosten zu ermöglichen. Da die Bauteile zur Winkelübertragung bei normaler Lenkbewegung durch das Lenkrad nicht aktiv sind, ergibt sich keine oder nur eine sehr geringe Beeinträchtigung des Lenkgefühls, wird keine zusätzliche Reibung verursacht und werden keine zusätzlichen Geräusche erzeugt. Das Stellglied kann sowohl im Fahrgastraum an der Lenksäule als auch direkt am Lenkgetriebe angeordnet werden und ist daher in allen Fahrzeugtypen leicht integrierbar. The steering device according to the invention with the features of Claim 1 has the advantage of having fewer components get along and thus a compact design at affordable To enable manufacturing costs. Since the components for Angle transmission with normal steering movement through the steering wheel are not active, there is no or very little Impairment of the steering feel, no additional Friction causes and no additional noise generated. The actuator can both in the passenger compartment on the Steering column can also be arranged directly on the steering gear and is therefore easy to integrate in all vehicle types.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Lenkvorrichtung möglich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der eine Teil des Aktuators ein Gehäuse und der andere Teil eine im Gehäuse drehbar gelagerte Abtriebswelle des Aktuators, wobei das Gehäuse drehfest mit der Eingangswelle und die Abtriebswelle über eine Getriebestufe mit der Ausgangswelle verbunden ist. Die Getriebestufe kann spielarm ausgelegt werden, da dies nur eine bei der Winkelüberlagerung durch den Aktuator erhöhte, aber tolerierbare Reibung zur Folge hat, so daß vorstehend genannten Vorzüge der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung nicht geschmälert werden.By the measures listed in the other claims are advantageous developments and improvements in Claim 1 specified steering device possible. According to a preferred embodiment of the invention, the part of the actuator is a housing and the other part is a output shaft of the actuator rotatably mounted in the housing, the housing rotatably with the input shaft and the Output shaft via a gear stage with the output shaft connected is. The gear stage can be designed with little play as this is only one in the case of angular superposition by the Actuator results in increased but tolerable friction, so that the aforementioned advantages of the invention Steering device must not be reduced.
Ein unerwünschtes Verdrehen des Aktuators durch Lenkmomente wird dadurch verhindert, daß gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Getriebestufe selbsthemmend ausgebildet ist.An undesired turning of the actuator due to steering moments is prevented by according to an advantageous Embodiment of the invention, the gear stage self-locking is trained.
Alternativ hierzu kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch eine Bremse eingesetzt werden, die das unerwünschte Verdrehen des Aktuators ausschließt. Die Bremse kann dabei zwischen Abtriebswelle des Aktuators und Aktuatorgehäuse, aber auch zwischen den aufgetrennten Lenkwellenhälften, z. B. zwischen Aktuatorgehäuse und Ausgangswelle angeordnet sein. Letztere Anordnung entlastet bei geschlossener Bremse die ggf. vorhandene Getriebestufe von den Lenkmomenten.Alternatively, according to a further embodiment the invention also a brake can be used, the excludes unwanted twisting of the actuator. The brake can between the output shaft of the actuator and Actuator housing, but also between the separated Steering shaft halves, e.g. B. between actuator housing and Output shaft can be arranged. The latter arrangement relieved If the brake is closed, the gear stage, if any, of the Steering torques.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bremse als elektromagnetische Bremse ausgeführt, die aus Sicherheitsgründen stromlos geschlossen ist. In Verbindung mit einem als Elektromotor ausgeführten Aktuator kann die Bremse gleichzeitig mit dem Ankerstrom des Elektromotors betätigt werden, so daß keine zusätzliche Ansteuerlogik erforderlich ist.According to a preferred embodiment of the invention, the Brake designed as an electromagnetic brake that off Is closed for safety reasons without power. Combined with the actuator can be designed as an electric motor actuated simultaneously with the armature current of the electric motor so that no additional control logic is required is.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung:The invention is illustrated in the drawing Exemplary embodiments in the following description explained. Each shows in a schematic representation:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, Fig. 1 is a perspective view of a steering device of a motor vehicle,
Fig. 2 bis 6 jeweils einen Längsschnitt eines Stellglieds in der Lenkvorrichtung gemäß Fig. 1 in fünf verschiedenen Ausführungsvarianten. FIGS. 2 to 6 each show a longitudinal section of an actuator in the steering device according to FIG. 1 in five different design variants.
Die in Fig. 1 perspektivisch skizzierte Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug weist ein Lenkrad 10 mit Lenkwelle 11 und ein auf die Vorderräder 12 des Kraftfahrzeugs wirkendes Lenkgetriebe 13 auf, das über eine Spurstange 14 die lenkbaren Vorderräder 12 entsprechend den Lenkradbewegungen verstellt. In der aufgetrennten Lenkwelle 11 zwischen dem Lenkrad 10 und dem Lenkgetriebe 13 ist ein Stellglied 15 angeordnet, das dem Lenkradwinkel einen Zusatzwinkel überlagert, wodurch der Lenkwinkel der Vorderräder 12 unabhängig vom Lenkradwinkel verändert werden kann. Durch dieses Stellglied 15 werden Vorteile hinsichtlich Fahrdynamik, Fahrsicherheit und Fahrkomfort erzielt. Das Stellglied 15 ist im Ausführungsbeispiel direkt am Lenkgetriebe 13 angeordnet, kann aber auch, wie dies in Fig. 1 strichliniert dargestellt ist, im Fahrgastraum nahe dem Lenkrad 10 angeordnet werden. Das Stellglied 15, das in Fig. 2-6 in fünf verschiedenen Ausführungsvarianten im Längsschnitt dargestellt ist, weist eine Eingangswelle 16, die mit dem Lenkrad 10 starr gekoppelt, also drehfest mit der Lenkwelle 11 verbunden ist, und eine Ausgangswelle 17 auf, die mit dem Lenkgetriebe 13 gekoppelt ist und den Lenkradwinkel ggf. mit Überlagerung eines Zusatzwinkels auf das Lenkgetriebe 13 überträgt. Ist das Stellglied 15, wie dies in Fig. 1 strichliniert angedeutet ist, nahe dem Lenkrad 10 angeordnet, so sind sowohl Eingangswelle 16 als auch Ausgangswelle 17 mit je einem der aufgetrennten Enden der Lenkwelle 11 drehfest verbunden.The steering device for a motor vehicle sketched in perspective in FIG. 1 has a steering wheel 10 with a steering shaft 11 and a steering gear 13 which acts on the front wheels 12 of the motor vehicle and which adjusts the steerable front wheels 12 according to the steering wheel movements via a tie rod 14 . In the separated steering shaft 11 between the steering wheel 10 and the steering gear 13 , an actuator 15 is arranged, which superimposes an additional angle on the steering wheel angle, whereby the steering angle of the front wheels 12 can be changed independently of the steering wheel angle. This actuator 15 provides advantages in terms of driving dynamics, driving safety and driving comfort. In the exemplary embodiment, the actuator 15 is arranged directly on the steering gear 13 , but can also be arranged in the passenger compartment near the steering wheel 10 , as is shown in broken lines in FIG. 1. The actuator 15 , which is shown in Fig. 2-6 in five different versions in longitudinal section, has an input shaft 16 which is rigidly coupled to the steering wheel 10 , that is rotatably connected to the steering shaft 11 , and an output shaft 17 which with the steering gear is coupled 13 and the steering wheel angle, if necessary with superimposing an additional angle to the steering gear 13 transmits. If the actuator 15 , as indicated by the broken line in FIG. 1, is arranged near the steering wheel 10 , then both the input shaft 16 and the output shaft 17 are connected in a rotationally fixed manner to one of the separated ends of the steering shaft 11 .
Das Stellglied 15 weist einen elektrischen oder hydraulischen Aktuator 18 mit zwei koaxialen, relativ zueinander verdrehlichen Teilen 181, 182 auf, von denen der eine Teil 181 mit der Eingangswelle 16 und der andere Teil 182 mit der Ausgangswelle 17 verbunden ist. Der Aktuatorteil 181 wird dabei von einem Gehäuse 19 und der Aktuatorteil 182 von einer im Gehäuse 19 gelagerten Abtriebswelle 20 gebildet, so daß also das Gehäuse 19 drehfest mit der Eingangswelle 16 verbunden und die Abtriebswelle 20 mit der Ausgangswelle 17 gekoppelt ist. Die Radiallager für die Abtriebswelle 20 sind in Fig. 2-6 mit 21 und 22 bezeichnet.The actuator 15 has an electrical or hydraulic actuator 18 with two coaxial, relatively rotatable parts 181 , 182 , of which one part 181 is connected to the input shaft 16 and the other part 182 to the output shaft 17 . The actuator part 181 is formed by a housing 19 and the actuator part 182 by an output shaft 20 mounted in the housing 19 , so that the housing 19 is rotatably connected to the input shaft 16 and the output shaft 20 is coupled to the output shaft 17 . The radial bearings for the output shaft 20 are designated 21 and 22 in FIGS. 2-6.
In allen fünf Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2-6 ist der Aktuator 18 als Elektromotor 23 mit Stator 24 und Rotor 25 ausgebildet, der vorzugsweise als Kommutatormotor konzipiert ist. Der Stator 24 ist im Gehäuse 19 festgelegt und trägt Permanentmagneterregerpole 26, 27, während der mit einer Ankerwicklung 28 ausgestattete Rotor 25 drehfest auf der Abtriebswelle 20 sitzt. Der ebenfalls auf der Abtriebswelle 20 drehfest angeordnete Kommutator ist mit 29 bezeichnet, und die auf dem Kommutator 29 schleifenden Kommutatorbürsten mit 30 und 31 bezeichnet.In all five exemplary embodiments according to FIGS. 2-6, the actuator 18 is designed as an electric motor 23 with a stator 24 and rotor 25 , which is preferably designed as a commutator motor. The stator 24 is fixed in the housing 19 and carries permanent magnet excitation poles 26 , 27 , while the rotor 25 equipped with an armature winding 28 is seated on the output shaft 20 in a rotationally fixed manner. The commutator, which is also arranged in a rotationally fixed manner on the output shaft 20 , is designated by 29 , and the commutator brushes grinding on the commutator 29 are designated by 30 and 31 .
Solange der Elektromotor 23 keinen Ankerstrom führt, ist der Aktuator 18 passiv, d. h. die Abtriebswelle 20 ist gegenüber dem Gehäuse 19 nicht verdreht. Die Lenkung wirkt wie eine durchgehende, unveränderte Lenkwelle 11 und die Lenkradbewegungen werden unmittelbar auf das Lenkgetriebe 13 übertragen. Fließt ein Ankerstrom, dann verdreht sich der Rotor 23 gegenüber dem Stator 24 und damit die Abtriebswelle 20 gegenüber dem Gehäuse 19. An der Ausgangswelle 17 wird somit dem Lenkradwinkel noch ein Zusatzwinkel überlagert, der durch die zusätzliche Relativverdrehung der Abtriebswelle 20 gegenüber dem Gehäuse 19 entsteht.As long as the electric motor 23 does not carry any armature current, the actuator 18 is passive, ie the output shaft 20 is not rotated relative to the housing 19 . The steering acts like a continuous, unchanged steering shaft 11 and the steering wheel movements are transmitted directly to the steering gear 13 . If an armature current flows, then the rotor 23 rotates with respect to the stator 24 and thus the output shaft 20 with respect to the housing 19 . On the output shaft 17 , an additional angle is thus superimposed on the steering wheel angle, which is created by the additional relative rotation of the output shaft 20 relative to the housing 19 .
Das Ausführungsbeispiel des Aktuators 18 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem zu Fig. 2 beschriebenen Aktuator 18 dadurch, daß Abtriebswelle 20 und Ausgangswelle 17 nicht unmittelbar drehfest miteinander verbunden, im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 einstückig miteinander ausgebildet sind, sondern zwischen der Abtriebswelle 20 des Aktuators 18 und der Ausgangswelle 17 des Stellglieds 15 noch eine Getriebestufe 32 vorgesehen ist, mit welcher eine Übersetzung ins Langsame oder Schnelle möglich ist, so daß mit dem Elektromotor 21 die notwendigen Verstellmomente erreicht werden können. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist die Getriebestufe 32 mit Sonnenrad 33, Hohlrad 35 und Planetenradträger 36 ausgebildet. Das Sonnenrad 33 ist einstückig an der Abtriebswelle 20 ausgebildet, das Hohlrad 35 im Gehäuse 19 festgelegt und der Planetenradträger 36 einstückig mit der Ausgangswelle 17 ausgebildet. Die Drehung der Abtriebswelle 20 wird über das Planetenradgetriebe untersetzt auf die Ausgangswelle 17 übertragen.The embodiment of the actuator 18 according to FIG. 3 differs from the actuator 18 described for FIG. 2 in that the output shaft 20 and the output shaft 17 are not directly connected to one another in a rotationally fixed manner, in the embodiment of FIG. 2 they are integrally formed with one another, but between the output shaft 20 of the actuator 18 and the output shaft 17 of the actuator 15 , a gear stage 32 is also provided, with which a translation into slow or fast is possible, so that the necessary adjusting torques can be achieved with the electric motor 21 . In the exemplary embodiment in FIG. 3, the gear stage 32 is designed with a sun gear 33 , ring gear 35 and planet gear carrier 36 . The sun gear 33 is formed in one piece on the output shaft 20 , the ring gear 35 is fixed in the housing 19 and the planet gear carrier 36 is formed in one piece with the output shaft 17 . The rotation of the output shaft 20 is transmitted to the output shaft 17 in a step-down manner via the planetary gear.
Um ein unerwünschtes Verdrehen des Aktuators 18 durch die Lenkmomente zu verhindern, ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 die Getriebestufe 32 selbsthemmend ausgebildet. Auch diese Getriebestufe 32 ist als Planetenradgetriebe ausgebildet, wobei das Sonnenrad 33 einstückig an der Ausgangswelle 17 und der Planetenradträger 36 einstückig mit der Abtriebswelle 20 ausgebildet ist. Jeweils zwei drehfest miteinander verbundene Planetenräder 34, 34' bilden ein Planetenradpaar, das im Planetenradträger 36 drehbar gelagert ist. Die Planetenräder 34 kämmen mit dem Sonnenrad 33, während die Planetenräder 34' mit einem am Gehäuse 19 einstückig mit diesem ausgebildeten Sonnenrad 40 in Eingriff sind. In order to prevent an undesired rotation of the actuator 18 by the steering moments, the gear stage 32 is designed to be self-locking in the exemplary embodiment in FIG. 4. This gear stage 32 is also designed as a planetary gear, the sun gear 33 being formed in one piece on the output shaft 17 and the planetary gear carrier 36 being made in one piece with the output shaft 20 . In each case two planet gears 34 , 34 'connected to one another in a rotationally fixed manner form a pair of planet gears which is rotatably mounted in the planet gear carrier 36 . The planet gears 34 mesh with the sun gear 33 , while the planet gears 34 ′ are in engagement with a sun gear 40 formed integrally on the housing 19 .
Das in Fig. 5 skizzierte Stellglied 15 entspricht dem Stellglied 15 in Fig. 3 und weist zusätzlich eine elektromagnetische Bremse 37 auf, um ein unerwünschtes Verdrehen des Aktuators 18 durch die Lenkmomente zu verhindern. Die elektromagnetische Bremse 37 ist zwischen dem Gehäuse 19 und der Ausgangswelle 17 des Stellglieds 15 wirksam und besteht in bekannter Weise aus einem an dem Gehäuse 19 befestigten Elektromagneten 38 und einer am Planetenradträger 36 befestigten Bremsscheibe 39. Die Bremse 37 ist so konzipiert, daß sie bei stromlosem Elektromagneten 38 wirksam ist, d. h. die Bremsscheibe 39 am Gehäuse 19 festgelegt ist, und bei Erregung des Elektromagneten 38 abfällt, d. h. die Bremsscheibe 39 zur freien Drehbewegung freigegeben ist. Der Erregerstrom für den Elektromagneten 38 wird dann gleichzeitig mit dem Ankerstrom für den Elektromotor 33 eingeschaltet, so daß eine zusätzliche Ansteuerlogik für die elektromagnetische Bremse 37 nicht erforderlich ist.The actuator 15 outlined in FIG. 5 corresponds to the actuator 15 in FIG. 3 and additionally has an electromagnetic brake 37 in order to prevent the actuator 18 from being undesirably rotated by the steering torques. The electromagnetic brake 37 is effective between the housing 19 and the output shaft 17 of the actuator 15 and consists in a known manner of an electromagnet 38 fastened to the housing 19 and a brake disk 39 fastened to the planet gear carrier 36 . The brake 37 is designed so that it is effective when the electromagnet 38 is de-energized, ie the brake disc 39 is fixed to the housing 19 , and drops when the electromagnet 38 is excited, ie the brake disc 39 is released for free rotary movement. The excitation current for the electromagnet 38 is then switched on simultaneously with the armature current for the electric motor 33 , so that additional control logic for the electromagnetic brake 37 is not required.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist die Bremse 37 zwischen dem Gehäuse 19 und der Abtriebswelle 20 des Aktuators 18 angeordnet. Hierzu ist die Bremsscheibe 39 drehfest auf der Abtriebswelle 20 befestigt und der Elektromagnet 38 wiederum am Gehäuse 19 festgelegt. Im übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 mit dem in Fig. 5 überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.In the embodiment of Fig. 6, the brake 37 is disposed between the housing 19 and the output shaft 20 of the actuator 18th For this purpose, the brake disk 39 is fixed in a rotationally fixed manner on the output shaft 20 and the electromagnet 38 is in turn fixed on the housing 19 . Incidentally, the embodiment of Figure 6 is correct. Agreement with the in Fig. 5, so that the same components are provided with the same reference numerals.
Claims (11)
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