EP3864311A1 - Gleitlager für eine koppelstange eines steer-by-wire-lenkgetriebes - Google Patents

Gleitlager für eine koppelstange eines steer-by-wire-lenkgetriebes

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EP3864311A1
EP3864311A1 EP19783300.7A EP19783300A EP3864311A1 EP 3864311 A1 EP3864311 A1 EP 3864311A1 EP 19783300 A EP19783300 A EP 19783300A EP 3864311 A1 EP3864311 A1 EP 3864311A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering gear
coupling rod
steering
bearing bush
plain bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19783300.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfram RAITHER
Philippe Steck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3864311A1 publication Critical patent/EP3864311A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0445—Screw drives
    • B62D5/0448—Ball nuts
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    • F16C2326/20—Land vehicles
    • F16C2326/24—Steering systems, e.g. steering rods or columns

Definitions

  • the present invention relates to a steering gear for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle with the features of the preamble of claim 1 and a steer-by-wire steering system with the features of the preamble of claim 16.
  • the position of the steered wheels is not directly coupled to the steering input means, for example a steering wheel.
  • the steering input means for example a steering wheel.
  • the driver's steering request is picked up by a steering angle sensor and, depending on the driver's steering request, the position of the steered wheels is regulated via a steering actuator.
  • Coupling rod is secured against rotation in a simple manner.
  • a steering gear for a steer-by-wire steering system is one
  • Motor vehicle having a coupling rod mounted in a steering gear housing, on which a threaded spindle is formed, which is surrounded by a spindle nut, which is part of a screw transmission, provided, the coupling rod being displaceable along the longitudinal axis by means of the screw transmission, and wherein the coupling rod in the steering gear housing is slidably supported along the longitudinal axis by means of a slide bearing, the slide bearing being set up to compensate for thermal expansion between the steering gear housing and the spindle nut.
  • the plain bearing the play between the coupling rod and the plain bearing can be adjusted so that an optimal tribological and acoustic performance of the steering gear can be achieved.
  • the slide bearing is preferably set up to define the play between the coupling rod and the steering gear housing within an operating temperature range
  • the plain bearing bush is preferably made of a plastic, POM, PA, PEEK, PTFE or with a plastic coating, particularly preferably made of PA66GF30 (polyamide 66 with glass fiber reinforcement with 30% by volume).
  • the plain bearing can be made in one or more parts. It can be connected to the coupling rod and / or the steering gear housing by means of integrated or additional elastic elements. Depending on the production concept, the geometry of the coupling rod in the functional area of the bearing can be optimized for forming or machining. In addition, an emergency operation function can be provided in the event of great wear or damage to the slide bearing, for example via direct contact between Coupling rod and steering gear housing from a certain twist.
  • the helical gear mechanism is preferably a
  • the slide bearing is preferably positively connected to the steering gear housing and the sliding surfaces, in which the slide bearing is in contact with the coupling rod, are preferably designed in such a way that the slide bearing forms an anti-rotation device in interaction with the coupling rod.
  • the plain bearing comprises a plain bearing bush which surrounds the coupling rod.
  • a plain bearing bush is particularly space-saving, since it requires little installation space.
  • the coupling rod is preferably made of steel and the steering gear housing made of aluminum.
  • the plain bearing bushing is formed from a material which has a coefficient of thermal expansion in a range from 2 * 5 : 1 to 5 - ⁇ QK 1 , preferably larger and especially between and 4 ⁇ io k i .
  • the plain bearing bush is preferably essentially cylindrical
  • the opening or the coupling rod in the area of engagement with the slide bearing bush can be designed as a regular or irregular polygon or as a polygon or as a polygon profile. It can be provided that the plain bearing bush from a first Has outgoing outgoing, protruding into the lateral surface and extending parallel to the longitudinal direction, by means of which the
  • Expansion behavior of the plain bearing bush can be influenced.
  • Spring arms which are evenly spaced apart in the circumferential direction can preferably be provided, which bear against the steering gear housing in the installed state of the slide bearing bushing and one
  • Plain bearing bush At least two spring arms are preferably provided, particularly preferably three spring arms are provided. It is advantageous if the spring arms are arranged between or in recesses of the slide bearing bush on the outside and extend parallel to the longitudinal direction and, viewed radially, lie in the region of the circular envelope, also referred to as an enveloping circle, of the slide bearing bush.
  • the spring arms preferably have projections at their free ends, which protrude outwards from the envelope and thus in the installed state with them
  • the spring arms extend approximately from the middle of the jacket height of the plain bearing bush to a second end of the plain bearing bush, the second end along one of the longitudinal axis
  • a seat in the steering gear housing for the plain bearing bush is essentially cylindrical in cross section and has grooves extending in the longitudinal direction, into which on the outside of the
  • a steer-by-wire steering system for a motor vehicle comprises:
  • a feedback actuator which can be acted upon by a driver with a driver request for a steering angle via a steering input means and outputs a feedback signal to the steering input means in response to the driver's request and a driving state of the motor vehicle
  • Control unit transmitted, provided, wherein the control unit controls the steering gear in order to transform the driver's request into a deflection of the steered wheels and wherein the steering gear is designed as described above. It is advantageous if the coupling rod for steering the wheels of the motor vehicle is connected to tie rods.
  • FIG. 1 a schematic representation of a steer-by-wire steering system
  • FIG. 2 a longitudinal section through a steering gear with ball screw and coupling rod
  • FIG. 3 a top view of one end of the coupling rod
  • FIG. 4 a spatial view of the coupling rod
  • Figure 6 shows a cross section through the plain bearing bush
  • FIG. 6A a detailed view of FIG. 6.
  • a steer-by-wire steering system 1 is shown in FIG. On a steering shaft 2, a rotation angle sensor (not shown) is attached, which does this by turning a steering input means 3, which in the example is a steering wheel
  • a feedback actuator 4 is attached to the steering shaft 2, which serves to simulate the repercussions from the road 60 on the steering wheel 3 and thus to give the driver feedback on the steering and driving behavior of the vehicle.
  • the driver's steering request is based on the one measured by the rotation angle sensor
  • the feedback actuator monitor unit transmits the driver's steering request to a control unit.
  • the feedback actuator monitor unit preferably also takes over the control of the feedback actuator 4.
  • the feedback actuator monitor unit can also be formed integrally with the control unit.
  • the control unit controls an electric steering actuator 5, which controls the position of the steered wheels 6, as a function of the signal from the angle of rotation sensor and further input variables.
  • the steering actuator 5 is part of a steering gear 7 having a coupling rod which is displaceably mounted in a steering gear housing 8.
  • the coupling rod acts indirectly on the steered wheels 6 via tie rods 9 and other components.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a steering gear 7 according to the invention with a drivable ball screw drive 10.
  • a ball nut 11 is arranged coaxially to the longitudinal axis 100 of the steering gear 7 and is penetrated coaxially to the longitudinal axis 100 by a ball screw spindle 12 formed on a coupling rod 16.
  • a torque can be transmitted from the ball nut 11 via balls 13 to the ball screw 12.
  • the ball nut 11 is rotatably mounted in the steering gear housing 8 by means of two ball bearings 14. A rotary movement of the ball nut 11 is converted into a translatory movement of the ball screw 12 along the longitudinal axis 100.
  • FIG. 3 shows the steering gear 7 in a top view of the end of the coupling rod 16 remote from the ball screw. In this area, the coupling rod 16 has a non-circular profile in cross section.
  • the ball screw 12 is formed on a first end region 15 of the coupling rod 16.
  • the coupling rod 16 is a second end region 18 opposite the first end region along the longitudinal axis 100 by means of a slide bearing bush 19 in the Steering gear housing, not shown, slidably mounted.
  • the coupling rod 16 has a non-circular profile in cross section, which in interaction with the slide bearing bush 19
  • the outer peripheral surface of the coupling rod in the end region 18 is out of round and represents a pentagon or the corresponding inner surface of the slide bearing bush 19.
  • Coupling rod can be transferred to the steering gear housing and a defined torsional backlash and a defined torsional rigidity can be set.
  • the slide bearing bush 19 has incisions 22, which extend from a first end face 21 and protrude into the lateral surface and extend parallel to the longitudinal direction 100, by means of which the expansion behavior of the slide bearing bush 19 can be influenced. are also on the
  • spaced-apart spring arms 23 are provided which, in the installed state, bear against the steering gear housing 8 and enable vibration damping.
  • the spring arms 23 are arranged between recesses 24 of the slide bearing bush 24 on the outside.
  • the spring arms 23 extend parallel to the longitudinal direction 100 and, viewed radially, lie in the region of the circular envelope 290 of the slide bearing bushing 19. At their free ends, the spring arms 23 have projections 25 which protrude from the envelope 290 and thus have their entire surface 26 in the installed state rest on the steering gear housing 8.
  • the spring arms 23 extend approximately from the center of the jacket height of the plain bearing bush to a second end of the plain bearing bush 26, the second end 30 along the longitudinal axis on an opposite side from the first end assigned first end face 21. As shown in FIG. 4, the second end 30 is oriented toward the ball screw drive in the installed state.
  • FIGS. 6 and 6A show the slide bearing bush 19 installed in the steering gear housing 8 and the coupling rod 16 enclosed by the slide bearing bush 19 in accordance with a further embodiment.
  • Slide bearing bush 19 is positively connected to the steering gear housing 8.
  • the seat 27 in the steering gear housing 8 is essentially cylindrical in cross section and has grooves 28 extending in the longitudinal direction 100, into which corresponding webs 29 on the outside of the slide bearing bush 19 engage to form the anti-rotation device.
  • the webs 29 are evenly spaced over the circumference.
  • the exemplary embodiment shows three webs 29.
  • the webs 29, like the spring arms, extend only over part of the jacket height of the slide bearing bush 19 (see FIGS. 5A-5C), preferably approximately over half. They are assigned to the same end 26 as the spring arms 23.
  • the coupling rod 16 has a triangular shape. The invention is not limited to this form of the coupling rod. Other shapes are also conceivable, which also have a non-circular geometry and are suitable for plain bearings and anti-rotation.
  • the coupling rod 16 and the steering gear housing 8 are formed from different materials.
  • the coupling rod 16 is made in particular from steel and the steering gear housing 8 from aluminum. The two
  • the plain bearing bush 19 is set up to set the play d between the coupling rod 16 and the steering gear housing 8 over an operating temperature range T min to T max within defined limit values 5 min ⁇ E max .
  • the plain bearing bush 19 thus compensates for the thermal expansions of the coupling rod 16 and the plain bearing bush 19.
  • the plain bearing bush 19 is preferably formed from a material which has a greater thermal expansion than aluminum and steel.
  • the slide bearing bush 19 is preferably made of a plastic, POM, PA, PEEK, PTFE or with a plastic coating, particularly preferably made of PA66GF30 (polyamide 66 with glass fiber reinforcement with 30% by volume).
  • FIG. 6A shows the two-dimensional case in which the thermal expansion depends only on the radii, the wall thicknesses in the radial direction and the thermal expansion coefficients of the three components coupling rod 16, slide bearing bush 19 and steering gear housing 8. In this case (and with a simplified rotationally symmetrical geometry) this is from
  • the formula gives the optimal dimensioning of the plain bearing bush with regard to thermal expansion coefficient a 2 and wall thickness t 2 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe (7) für ein Steer-by-Wire- Lenksystem (1) eines Kraftfahrzeuges aufweisend eine in einem Lenkgetriebegehäuse (8) gelagerte Koppelstange (16), auf der eine Gewindespindel (12) ausgebildet ist, die von einer Spindelmutter (11) umgeben ist, die Teil eines Schraubgetriebes (10) sind, wobei die Koppelstange (16) mittels des Schraubgetriebes (10) entlang der Längsachse (100) verschiebbar ist, wobei die Koppelstange (16) in dem Lenkgetriebegehäuse (8) mittels eines Gleitlagers (19) verschiebbar entlang einer Längsachse (100) gelagert ist, und wobei das Gleitlager (19) dazu eingerichtet ist, Wärmeausdehnungen zwischen dem Lenkgetriebegehäuse (8) und der Spindelmutter (11) zu kompensieren.

Description

Gleitlager für eine Koppelstange eines Steer-by-Wire-Lenkgetriebes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Steer-by-Wire- Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 16.
Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen ist die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkeingabemittel, beispielsweise einem Lenkrad, gekoppelt. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern über elektrische Signale. Der Fahrerlenkwunsch wird von einem Lenkwinkel- sensor abgegriffen, und in Abhängigkeit von dem Fahrerlenkwunsch wird über einen Lenksteller die Stellung der gelenkten Räder geregelt.
In elektromechanischen Lenkgetrieben ist eine Verdrehsicherung und
Lagerung einer Zahnstange eines Zahnstangenlenkgetriebes durch das Zusammenspiel mit einem Druckstück, das die Zahnstange an ein Ritzel drückt, gegeben. Eine solche Verdrehsicherung ist beispielsweise in der Patentschrift DE 198 05 015 CI offenbart.
Durch den Entfall des Zahnstangenlenkgetriebes in Steer-by-Wire-Lenkungen muss eine neue Lösung für eine Verdrehsicherung einer Koppelstange entwickelt werden. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkgetriebe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges anzugeben, dessen
Koppelstange auf einfache Weise verdrehgesichert ist.
Diese Aufgabe wird von einem Lenkgetriebe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Steer- by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung genannt.
Demnach ist ein Lenkgetriebe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines
Kraftfahrzeuges aufweisend eine in einem Lenkgetriebegehäuse gelagerte Koppelstange, auf der eine Gewindespindel ausgebildet ist, die von einer Spindelmutter umgeben ist, die Teil eines Schraubgetriebes sind, vorgesehen, wobei die Koppelstange mittels des Schraubgetriebes entlang der Längsachse verschiebbar ist, und wobei die Koppelstange in dem Lenkgetriebegehäuse mittels eines Gleitlagers verschiebbar entlang der Längsachse gelagert ist, wobei das Gleitlager dazu eingerichtet ist, Wärmeausdehnungen zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und der Spindelmutter zu kompensieren. Mittels des Gleitlagers kann das Spiel zwischen Koppelstange und Gleitlager so eingestellt werden, so dass eine optimale tribologische und akustische Performance des Lenkgetriebes erzielt werden kann. Vorzugsweise ist das Gleitlager dazu eingerichtet, das Spiel zwischen der Koppelstange und dem Lenkgetriebe- gehäuse über einen Betriebstemperaturbereich innerhalb definierter
Grenzwerte einzustellen. Insbesondere ist die Gleitlagerbuchse bevorzugt aus einem Kunststoff, POM, PA, PEEK, PTFE oder mit einer Kunststoffbeschichtung, besonders bevorzugt aus PA66GF30 (Polyamid 66 mit Glasfaserverstärkung mit 30% Volumenanteil) gebildet.
Das Gleitlager kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Es kann mittels integrierter oder zusätzlicher elastischer Elemente an die Koppelstange und/oder das Lenkgetriebegehäuse angebunden sein. Die Geometrie der Koppelstange im Funktionsbereich der Lagerung kann je nach Fertigungs- konzept für eine umformende oder spanende Fertigung optimiert sein. Ferner kann eine Notlauffunktion bei großem Verschleiß oder Beschädigung des Gleitlagers vorgesehen werden, bspw. über direkten Kontakt zwischen Koppelstange und Lenkgetriebegehäuse ab einer bestimmten Verdrehung.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schraubradgetriebe um einen
Kugelgewindetrieb.
Das Gleitlager ist bevorzugt formschlüssig mit dem Lenkgetriebegehäuse verbunden und die Gleitflächen, in denen das Gleitlager in Anlage mit der Koppelstange steht, sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Gleitlager in Zusammenspiel mit der Koppelstange eine Verdrehsicherung ausbildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gleitlager eine Gleitlager- buchse, die die Koppelstange umgibt. Eine solche Gleitlagerbuchse ist besonders platzsparend, da sie wenig Bauraumbedarf hat.
Vorzugsweise sind die Koppelstange aus Stahl und das Lenkgetriebegehäuse aus Aluminium gefertigt.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Gleitlagerbuchse aus einem Werkstoff gebildet, der einen Wärmelängenausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 2 · io 5 : 1 bis 5 - \Q K 1 , vorzugsweise größer und insbesondere zwischen und 4 · io k i aufweist.
Die Gleitlagerbuchse ist vorzugsweise im Wesentlichen zylinderartig
ausgeformt und weist eine mittig angeordnete und im Querschnitt von der Kreisform abweichende Öffnung auf, in die ein korrespondierender unrunder Abschnitt der Koppelstange im montierten Zustand zur Ausbildung einer Verdrehsicherung aufgenommen ist, wodurch einerseits ein Formschluss in Umfangsrichtung und andererseits eine hinreichende Zentrierung zwischen Gleitlagerbuchse und Koppelstange erreicht wird. Das Wort„zylindrisch" ist im mathematischen Sinn zu verstehen und bezeichnet eine Form mit zwei kongruenten Grundflächen, die über eine Mantelfläche miteinander verbunden sind. Der Begriff„unrund" bedeutet bei dieser Definition, dass die Grund- flächen keine Kreise sind. Die Öffnung beziehungsweise die Koppelstange im Eingriffsbereich mit der Gleitlagerbuchse kann als regelmäßiges oder unregelmäßiges Vieleck bzw. als Polygon oder als Polygonprofile ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Gleitlagerbuchse von einer ersten Stirnseite ausgehende, in die Mantelfläche ragende und sich parallel zur Längsrichtung erstreckende Einschnitte aufweist, mittels welchen das
Ausdehnungsverhalten der Gleitlagerbuchse beeinflusst werden kann. Es können bevorzugt auf der Außenseite in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Federarme vorgesehen sein, die im eingebauten Zustand der Gleitlagerbuchse an dem Lenkgetriebegehäuse anliegen und eine
Schwingungsdämpfung ermöglichen und der axialen Sicherung der
Gleitlagerbuchse. Vorzugsweise sind mindestens zwei Federarme vorgesehen, besonders bevorzugt sind drei Federarme vorgesehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Federarme zwischen oder in Ausnehmungen der Gleitlagerbuchse auf der Außenseite angeordnet sind und sich parallel zur Längsrichtung erstrecken und, radial gesehen, im Bereich der kreisförmigen Einhüllenden, auch als Hüllkreis bezeichnet, der Gleitlagerbuchse liegen. Vorzugsweise weisen die Federarme an ihren freien Enden Vorsprünge auf, die nach außen aus der Einhüllenden hervorragen und somit im eingebauten Zustand mit ihrer
Außenseite vollflächig am Lenkgetriebegehäuse anliegen. In einer vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich die Federarme in etwa von der Mitte der Mantelhöhe der Gleitlagerbuchse bis zu einem zweiten Ende der Gleitlager- buchse, wobei das zweite Ende entlang der Längsachse auf einer
gegenüberliegenden Seite von der einem ersten Ende zugewiesen ersten Stirnseite liegt.
Vorzugsweise ist ein Sitz in dem Lenkgetriebegehäuse für die Gleitlagerbuchse im Querschnitt im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist sich in Längsrichtung erstreckende Nuten auf, in die auf der Außenseite der
Gleitlagerbuchse befindliche korrespondierende Stege zur Ausbildung der Verdrehsicherung eingreifen.
Weiterhin ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfassend :
- ein auf die gelenkten Räder wirkendes Lenkgetriebe,
- eine Ansteuereinheit,
- einen Feedback-Aktuator, der über ein Lenkeingabemittel von einem Fahrer mit einem Fahrerwunsch für einen Lenkwinkel beaufschlagt werden kann und ein Feedback-Signal an das Lenkeingabemittel als Reaktion auf den Fahrerwunsch und einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ausgibt,
- eine Einrichtung zur Signalübertragung, die den Fahrerwunsch an die
Ansteuereinheit übermittelt, vorgesehen, wobei die Ansteuereinheit das Lenkgetriebe ansteuert, um den Fahrerwunsch in eine Auslenkung der gelenkten Räder zu transformieren und wobei das Lenkgetriebe, wie zuvor beschrieben, ausgebildet ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Koppelstange zur Lenkung der Räder des Kraftfahrzeuges mit Spurstangen verbunden ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es
zeigen :
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Steer-by-Wire-Lenksystems,
Figur 2: einen Längsschnitt durch ein Lenkgetriebe mit Kugelgewindetrieb und Koppelstange,
Figur 3: eine Draufsicht auf ein Ende der Koppelstange,
Figur 4: eine räumliche Ansicht der Koppelstange,
Figur 5A,B,C: drei Darstellungen einer Gleitlagerbuchse der Koppelstange,
Figur 6: einen Querschnitt durch die Gleitlagerbuchse und die
Koppelstange gemäß einer weiteren Ausführungsform, sowie
Figur 6A: eine Detailansicht der Figur 6.
In der Figur 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 gezeigt. An einer Lenkwelle 2 ist ein nicht dargestellter Drehwinkelsensor angebracht, welcher das durch Drehen eines Lenkeingabemittels 3, welches im Beispiel als Lenkrad
ausgebildet ist, aufgebrachten Fahrerlenkwinkel erfasst. Es kann aber zusätzlich auch ein Lenkmoment erfasst werden. Als Lenkeingabemittel kann ein Joy-Stick dienen. Des Weiteren ist an der Lenkwelle 2 ein Feedback- Aktuator 4 angebracht, welcher dazu dient, die Rückwirkungen von der Fahrbahn 60 auf das Lenkrad 3 zu simulieren und somit dem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und Fahrverhalten des Fahrzeugs zu geben. Der Fahrerlenkwunsch wird über den vom Drehwinkelsensor gemessenen
Drehwinkel der Lenkwelle 2 an eine nicht dargestellte Feedback-Aktuator- Monitoreinheit übertragen. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit überträgt den Fahrerlenkwunsch an eine Ansteuereinheit. Die Feedback-Aktuator- Monitoreinheit übernimmt bevorzugt auch die Ansteuerung des Feedback- Aktuators 4. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit kann auch integral mit der Ansteuereinheit ausgebildet sein. Die Ansteuereinheit steuert in Abhängigkeit von dem Signal des Drehwinkelsensors sowie weiteren Eingangsgrößen einen elektrischen Lenkaktuator 5 an, welcher die Stellung der gelenkten Räder 6 steuert. Der Lenkaktuator 5 ist Teil eines Lenkgetriebes 7 aufweisend eine in einem Lenkgetriebegehäuse 8 verschieblich gelagerte Koppelstange. Die Koppelstange wirkt über Spurstangen 9 und anderen Bauteilen mittelbar auf die gelenkten Räder 6.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe 7 mit einem antreibbaren Kugelgewindetrieb 10. Eine Kugelmutter 11 ist koaxial zur Längsachse 100 des Lenkgetriebes 7 angeordnet und wird von einer auf einer Koppelstange 16 ausgebildeten Kugelgewindespindel 12 koaxial zur Längsachse 100 durchsetzt. Ein Drehmoment kann von der Kugelmutter 11 über Kugeln 13 zur Kugelgewindespindel 12 übertragen werden. Die Kugel- mutter 11 ist mittels zweier Kugellager 14 in dem Lenkgetriebegehäuse 8 drehbar gelagert. Eine Drehbewegung der Kugelmutter 11 wird in eine translatorische Bewegung der Kugelgewindespindel 12 entlang der Längsachse 100 überführt. Figur 3 zeigt das Lenkgetriebe 7 in Draufsicht auf das kugelgewindeferne Ende der Koppelstange 16. In diesem Bereich weist die Koppelstange 16 im Querschnitt ein unrundes Profil auf.
Wie in Figur 4 dargestellt, ist auf einem ersten Endbereich 15 der Koppel- stange 16 die Kugelgewindespindel 12 ausgebildet. Die Koppelstange 16 ist ein einem, dem ersten Endbereich entlang der Längsachse 100 gegenüber- liegenden zweiten Endbereich 18 mittels einer Gleitlagerbuchse 19 in dem nicht dargestellten Lenkgetriebegehäuse verschieblich gelagert. In dem zweiten Endbereich 18 weist die Koppelstange 16 im Querschnitt ein unrundes Profil auf, das im Zusammenspiel mit der Gleitlagerbuchse 19 eine
Verdrehsicherung ausbildet. Insbesondere ist dabei die Außenumfangsfläche der Koppelstange im Endbereich 18 unrund und stellt ein Fünfeck dar beziehungsweise die dazu korrespondierende Innenfläche der Gleitlagerbuchse 19.
Wie in den Figuren 5A bis 5C dargestellt, ist die Gleitlagerbuchse 19 im
Wesentlichen zylinderartig ausgeformt. Sie weist eine mittige im Querschnitt von der Kreisform abweichende Öffnung 20 auf, in die der korrespondierende unrunde Abschnitt der Koppelstange 16 im montierten Zustand zur Ausbildung einer Verdrehsicherung aufgenommen ist. Die Geometrie der Schnittstellen Koppelstange- Gleitlagerbuchse (Gleitfläche) und Gleitlagerbuchse - Lenkgetriebegehäuse ist so ausgeführt, dass das Drehmoment von der
Koppelstange auf das Lenkgetriebegehäuse übertragen werden kann und ein definiertes Verdrehspiel sowie eine definierte Verdrehsteifigkeit eingestellt werden können. Die Gleitlagerbuchse 19 weist von einer ersten Stirnseite 21 ausgehende, in die Mantelfläche ragende und sich parallel zur Längsrichtung 100 erstreckende Einschnitte 22 auf, mittels denen das Ausdehnungsverhalten der Gleitlagerbuchse 19 beeinflusst werden kann. Zudem sind auf der
Außenseite der Gleitlagerbuchse 19 in Umfangsrichtung gleichmäßig
beabstandete Federarme 23 vorgesehen, die im eingebauten Zustand an dem Lenkgetriebegehäuse 8 anliegen und eine Schwingungsdämpfung ermöglichen. Die Federarme 23 sind zwischen Ausnehmungen 24 der Gleitlagerbuchse 24 auf der Außenseite angeordnet. Die Federarme 23 erstrecken sich dabei parallel zur Längsrichtung 100 und liegen radial gesehen im Bereich der kreisförmigen Einhüllenden 290 der Gleitlagerbuchse 19. An ihren freien Enden haben die Federarme 23 Vorsprünge 25 die aus der Einhüllenden 290 hervorragen und somit im eingebauten Zustand mit ihrer Außenseite 26 vollflächig am Lenkgetriebegehäuse 8 anliegen. Die Federarme 23 erstrecken sich in etwa von der Mitte der Mantelhöhe der Gleitlagerbuchse bis zu einem zweiten Ende der Gleitlagerbuchse 26, wobei das zweite Ende 30 entlang der Längsachse auf einer gegenüberliegenden Seite von der einem ersten Ende zugewiesen ersten Stirnseite 21 liegt. Wie in Figur 4 dargestellt, ist im eingebauten Zustand das zweite Ende 30 zum Kugelgewindetrieb zeigend orientiert.
Die Figuren 6 und 6A zeigen die in dem Lenkgetriebegehäuse 8 eingebaute Gleitlagerbuchse 19 und die von der Gleitlagerbuchse 19 umschlossene Koppelstange 16 entsprechend einer weiteren Ausführungsform. Die
Gleitlagerbuchse 19 ist formschlüssig mit dem Lenkgetriebegehäuse 8 verbunden. Der Sitz 27 in dem Lenkgetriebegehäuse 8 ist im Wesentlichen im Querschnitt zylindrisch ausgebildet und weist sich in Längsrichtung 100 erstreckende Nuten 28 auf, in die auf der Außenseite der Gleitlagerbuchse 19 befindliche korrespondierende Stege 29 zur Ausbildung der Verdrehsicherung eingreifen. Die Stege 29 sind über den Umfang gleichmäßig beabstandet. Das Ausführungsbeispiel zeigt drei Stege 29. Die Stege 29 erstrecken sich, wie die Federarme nur über einen Teil der Mantelhöhe der Gleitlagerbuchse 19 (siehe Figuren 5A-5C), bevorzugt in etwa über die Hälfte. Sie sind demselben Ende 26 wie die Federarme 23 zugewiesen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Koppelstange 16 eine Dreiecksform auf. Die Erfindung ist nicht auf diese Form der Koppelstange beschränkt. Es sind auch andere Formen denkbar, die ebenfalls eine unrunde Geometrie haben und zur Gleitlagerung und Verdrehsicherung geeignet sind.
Die Koppelstange 16 und das Lenkgetriebegehäuse 8 sind aus unterschied- lichen Materialien gebildet. Die Koppelstange 16 ist insbesondere aus Stahl und das Lenkgetriebegehäuse 8 aus Aluminium gefertigt. Die beiden
Komponenten weisen daher unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Die Gleitlagerbuchse 19 ist dazu eingerichtet, das Spiel d zwischen der Koppelstange 16 und dem Lenkgetriebegehäuse 8 über einen Betriebs- temperaturbereich Tmin bis Tmax innerhalb definierter Grenzwerte 5min ± Emax einzustellen. Die Gleitlagerbuchse 19 kompensiert somit die Wärmeaus- dehnungen der Koppelstange 16 und der Gleitlagerbuchse 19. Die Gleitlager- buchse 19 wird bevorzugt aus einem Werkstoff gebildet, der eine größere Wärmeausdehnung als Aluminium und Stahl besitzt. Insbesondere ist die Gleitlagerbuchse 19 bevorzugt aus einem Kunststoff, POM, PA, PEEK, PTFE oder mit einer Kunststoffbeschichtung, besonders bevorzugt aus PA66GF30 (Polyamid 66 mit Glasfaserverstärkung mit 30% Volumenanteil) gebildet.
Verursacht zum Beispiel die Wärmeausdehnung der Koppelstange 16 über den gesamten Temperaturbereich eine Änderung des Spielwerts Ddΐ und die Wärmeausdehnung des Lenkgetriebegehäuses 8 eine Änderung Dd3, so muss die Gleitlagerbuchse eine Spieländerung Dd = -Dd1-Dd3 bewirken, um eine Kompensation innerhalb der genannten Grenzen zu erreichen.
Figur 6A zeigt den zweidimensionalen Fall bei dem die Wärmeausdehnung nur von den Radien, den Wandstärken in Radialrichtung und den Wärmeaus- dehnungskoeffizienten der drei Komponenten Koppelstange 16, Gleitlager- buchse 19 und Lenkgetriebegehäuse 8 abhängt. In diesem Fall (und mit vereinfachter rotationssymmetrischer Geometrie) beträgt die von der
Gleitlagerbuchse zu kompensierende Spieländerung AS über ein
Temperaturintervall AT :
«j Wärmeausdehnungskoeffizient der Koppelstange 16, a2 Wärmeausdehnungskoeffizient der Gleitlagerbuchse 19, a3 Wärmeausdehnungskoeffizient des Lenkgetriebegehäuses 8,
R1 Außenradius der Koppelstange 16,
R3 Innenradius des Lenkgetriebegehäuses 8 im Bereich der Nuten 28 bezogen auf die Mitte der Gehäusewanddicke, t2 Wandstärke der Gleitlagerbuchse 19 in Radialrichtung in einem Bereich außerhalb der Stege 29, sowie t3 Wandstärke des Lenkgetriebegehäuses 8 in Radialrichtung in einem Bereich außerhalb der Nuten 28.
Aus der Formel ergibt sich die optimale Dimensionierung der Gleitlagerbuchse hinsichtlich Wärmeausdehnungskoeffizient a2 und Wandstärke t2 .
Im realen Fall wird die Wärmeausdehnung der Gleitlagerbuchse 19 zusätzlich durch die Randbedingungen der dreidimensionalen Geometrie wie die
Lenkgetriebegehäuseanbindung und insbesondere die Anzahl, Länge und Breite der Ausschnitte/Schlitze der Gleitlagerbuchse beeinflusst, sodass der optimale Wärmeausdehnungskoeffizient und die optimale Geometrie der Buchse numerisch zu bestimmen sind.
Für einen gegebenen Bereich geometrischer Parameter (Radien, Wandstärken) ergibt sich somit ein Wertebereich für den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Gleitlagerbuchse a2 (Längenausdehnungskoeffizient) von
2 - io 5 r1 bis 5 · io A k~ i .

Claims

Patentansprüche
1. Lenkgetriebe (7) für ein Steer-by-Wire-Lenksystem (1) eines Kraftfahr- zeuges aufweisend eine in einem Lenkgetriebegehäuse (8) gelagerte Koppelstange (16), auf der eine Gewindespindel (12) ausgebildet ist, die von einer Spindelmutter (11) umgeben ist, die Teil eines Schraub- getriebes (10) sind, wobei die Koppelstange (16) in dem Lenkgetriebe- gehäuse (8) mittels eines Gleitlagers (19) verschiebbar entlang einer Längsachse (100) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (19) dazu eingerichtet ist, Wärmeausdehnungen zwischen dem Lenkgetriebegehäuse (8) und der Spindelmutter (11) zu kompensieren.
2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (19) dazu eingerichtet ist, das Spiel (d) zwischen der Koppel- stange (16) und dem Lenkgetriebegehäuse (8) über einen Betriebs- temperaturbereich (Tmin bis Tmax) innerhalb definierter Grenzwerte (5min bis Emax) einzustellen.
3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (19) formschlüssig mit dem Lenkgetriebegehäuse (8) verbunden ist und die Gleitflächen, in denen das Gleitlager (19) in Anlage mit der Koppelstange (16) steht, derart ausgebildet sind, dass das Gleitlager (19) in Zusammenspiel mit der Koppelstange (16) eine
Verdrehsicherung ausbildet.
4. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine Gleitlagerbuchse (19) umfasst, die die Koppelstange (16) umgibt.
5. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Koppelstange (16) aus Stahl und das
Lenkgetriebegehäuse (8) aus Aluminium gefertigt sind.
6. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (19) aus einem Werkstoff gebildet ist, der einen Wärmelängenausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 2 ·10 5^-1 bis 5·\o^k i aufweist.
7. Lenkgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gleitlagerbuchse (19) aus einem Werkstoff gebildet, der einen
Wärmelängenausdehnungskoeffizienten größer aufweist.
8. Lenkgetriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (19) aus einem Werkstoff gebildet ist, der einen Wärmelängenausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von
bis aufweist.
9. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (19) im Wesentlichen zylinderartig ausgeformt und eine mittig angeordnete und im Querschnitt von der Kreisform abweichende Öffnung (20) aufweist, in die ein korrespondierender unrunder Abschnitt (18) der Koppelstange (16) im montierten Zustand zur Ausbildung einer Verdrehsicherung
aufgenommen ist.
10. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (19) von einer ersten Stirnseite (21) ausgehende, in die Mantelfläche ragende und sich parallel zur Längsrichtung (100) erstreckende Einschnitte (22) aufweist.
11. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (19) auf der Außenseite in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Federarme (23) aufweist, die im eingebauten Zustand der Gleitlagerbuchse (19) an dem Lenkgetriebe- gehäuse (8) anliegen.
12. Lenkgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (23) zwischen Ausnehmungen (24) der Gleitlagerbuchse (19) auf der Außenseite angeordnet sind und sich parallel zur Längsrichtung (100) erstrecken und radial gesehen im Bereich der kreisförmigen
Einhüllenden (290) der Gleitlagerbuchse (19) liegen.
13. Lenkgetriebe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (23) an ihren freien Enden Vorsprünge (25) auf- weisen, die aus der Einhüllenden (290) hervorragen und im eingebauten Zustand mit ihrer Außenseite (26) vollflächig am Lenkgetriebegehäuse (8) anliegen.
14. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (23) sich in etwa von der Mitte der
Mantelhöhe der Gleitlagerbuchse (19) bis zu einem zweiten Ende (30) der Gleitlagerbuchse (19) erstrecken, wobei das zweite Ende (30) entlang der Längsachse (100) auf einer gegenüberliegenden Seite von der einem ersten Ende zugewiesen ersten Stirnseite (21) liegt.
15. Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Sitz (27) in dem Lenkgetriebegehäuse (8) für die Gleitlagerbuchse (19) im Querschnitt im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und sich in Längsrichtung (100) erstreckende Nuten (28) aufweist, in die auf der Außenseite der Gleitlagerbuchse (19) befindliche korrespondierende Stege (29) zur Ausbildung der Verdrehsicherung eingreifen.
16. Steer-by-Wire-Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend :
- ein auf die gelenkten Räder (6) wirkendes Lenkgetriebe (7),
- eine Ansteuereinheit,
- einen Feedback-Aktuator (4), der über ein Lenkeingabemittel (3) von einem Fahrer mit einem Fahrerwunsch für einen Lenkwinkel
beaufschlagt werden kann und ein Feedback-Signal an das
Lenkeingabemittel als Reaktion auf den Fahrerwunsch und einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ausgibt, - eine Einrichtung zur Signalübertragung, die den Fahrerwunsch an die Ansteuereinheit übermittelt, wobei die Ansteuereinheit das Lenkgetriebe (7) ansteuert, um den Fahrerwunsch in eine Auslenkung der gelenkten Räder (6) zu
transformieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.
17. Steer-by-Wire-Lenksystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstange (16) zur Lenkung der Räder (6) des
Kraftfahrzeuges mit Spurstangen (9) verbunden ist.
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