EP4547548A1 - Lenkgetriebe mit positionssensorik sowie elektrisches lenksystem mit dem lenkgetriebe - Google Patents

Lenkgetriebe mit positionssensorik sowie elektrisches lenksystem mit dem lenkgetriebe

Info

Publication number
EP4547548A1
EP4547548A1 EP23736667.9A EP23736667A EP4547548A1 EP 4547548 A1 EP4547548 A1 EP 4547548A1 EP 23736667 A EP23736667 A EP 23736667A EP 4547548 A1 EP4547548 A1 EP 4547548A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering
position sensor
gear
transmission
output shaft
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Withdrawn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
EP23736667.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo Becker
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.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen 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 ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP4547548A1 publication Critical patent/EP4547548A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/04—Steering gears mechanical of worm type
    • B62D3/10—Steering gears mechanical of worm type with worm engaging in sector or roller gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0225—Determination of steering angle by measuring on a steering gear element, e.g. on a rack bar
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • 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
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear

Definitions

  • the invention relates to a steering gear for an electric steering system with the features of the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to an electric steering system with the steering gear.
  • Steering systems for vehicles which implement power assistance for an applied actuation torque using a torque from a servo motor.
  • a worm gear or a recirculating ball gear is used as a steering gear, which is used to translate the actuating torque and the torque to one or more vehicle wheels.
  • the relationship between the steering wheel angle and the real wheel steering angle of the steered vehicle wheels depends on the one hand on the transmission path of the steering movement from the steering wheel to the vehicle wheels and on the other hand on the arrangement of the sensors within the steering system.
  • the document DE 10 2004 006 835 A1 discloses an electro-hydraulic steering system for a vehicle, with a steering spindle which connects a steering handle at one end to a rotary slide or rotary piston of a steering valve via a first torsion element, and with a hydraulic servo motor for actuating an output member a steering gear, wherein a flow of pressure medium into the working spaces of the hydraulic servomotor is controlled by the steering valve.
  • the steering system also has an electric servomotor for actuating the output member, the electric servomotor and the steering spindle acting on a common rotary member between the first torsion element and the rotary slide or rotary piston.
  • the electric servo motor is controlled via a control and/or regulating device of the steering system or the vehicle as a function of signals from a rotation angle sensor, which detects a rotation angle and/or an actuation torque on the steering handle.
  • the invention has set itself the task of creating a steering gear of the type mentioned, which is characterized by a more precise and robust detection of the wheel steering angle.
  • the subject of the invention is a steering gear which is designed and/or suitable for an electric steering system.
  • the steering gear serves to transmit a steering movement to one or more vehicle wheels of a vehicle.
  • the steering gear has a gear housing, a transmission shaft and an output shaft being rotatably mounted in the gear housing.
  • the transmission shaft and the output shaft are aligned transversely to one another.
  • the transmission shaft defines a first axis of rotation and the output shaft defines a second axis of rotation, with the two axes of rotation intersecting in a plan view, in particular at right angles.
  • the transmission shaft has an input interface which is designed and/or suitable for transmitting a steering movement generated by an electric drive motor.
  • the input interface can be designed as a shaft journal protruding from the end of the transmission housing, to which the drive motor is connected in terms of drive technology, preferably for transmitting a torque.
  • the steering movement can only be implemented by the electric drive motor or transmitted to the transmission shaft.
  • the input interface can be connected to a steering spindle or steering column in order to transmit an actuation torque applied by a steering handle, in particular a steering wheel, to the transmission shaft.
  • the electric drive motor thus serves as an electric servo motor for steering power support.
  • the output shaft has an output interface which is designed and/or suitable for transmitting a steering movement to one or more, preferably two, vehicle wheels.
  • the output interface can be designed as a further shaft journal protruding from the end of the transmission housing, which is connected to the at least one vehicle wheel via known kinematic connections in order to change a wheel steering angle on the vehicle wheel when the output shaft is rotated.
  • the steering gear has a transmission wheel which is non-rotatably connected to the output shaft and which engages with the transmission shaft to translate the steering movement from the transmission shaft to the output shaft.
  • the transmission wheel converts a rotational movement of the transmission shaft about the first axis of rotation into a rotational movement of the output shaft about the second axis of rotation.
  • the steering gear can be designed as a worm gear or as a recirculating ball gear.
  • the output shaft and the transmission wheel can be formed from a common material section.
  • the transmission wheel is designed separately from the output shaft, with the transmission wheel being positively and/or non-positively and/or materially connected to the output shaft at least in the circumferential direction.
  • the steering gear has a position sensor system with at least or exactly one position sensor, which is designed and/or suitable for non-contact detection of a position of the transmission wheel, with a detection area of the position sensor being arranged within the transmission housing.
  • the transmission wheel is arranged within the detection range in such a way that a position of the transmission wheel can be continuously detected by the position sensor over its entire working path.
  • the detection area is to be understood as the area in which the position sensor can detect a position of the transmission wheel without impairment and/or directly.
  • a position can contain both an absolute position of the transmission wheel and a position change. Change of the transmission wheel can be understood.
  • the position sensor is designed to transmit the detected position of the transmission wheel as position information to a control device, which is designed to determine an actual edge steering angle of the vehicle wheels on the basis of the position information and / or to use the position information when determining a target wheel steering angle take into account.
  • the invention is based on the knowledge that due to backlash and hysteresis effects of the steering system in conjunction with the gear ratio of the steering gear, the necessary determination of the wheel steering angle of the vehicle wheels is impaired or inaccurate. Precise steering is therefore no longer guaranteed, especially for safety-critical applications such as steer-by-wire or autonomous driving, where the exact position of the steered wheels or the exact wheel steering angle is required.
  • the position sensor is designed as an angular position encoder, in particular as a rotary encoder.
  • the position sensor is used to detect an angle of rotation and/or a change in the angle of rotation of the transmission wheel when it is rotated about the second axis of rotation.
  • the rotary encoder can optionally be designed as an absolute encoder for detecting an absolute angle of rotation or an incremental encoder for detecting a relative angle of rotation.
  • a position sensor is therefore proposed which is characterized by simple and precise position detection of the transmission wheel.
  • the position sensor is designed as a magnetic and/or inductive and/or capacitive and/or acoustic and/or optical and/or resistive position sensor, in particular a rotary encoder.
  • the magnetic position sensor has a magnetically sensitive sensor element, wherein the transmission wheel causes a change in a magnetic field depending on the angle of rotation, which can be detected by the sensor element.
  • the magnetic position sensor can be designed as a Hall sensor.
  • the inductive position sensor has at least one electrical coil, with the transmission wheel causing a different inductance of the at least one coil depending on the angle of rotation.
  • the capacitive position sensor has a rotor element connected in a rotationally fixed manner to the transmission wheel and at least one stationary, electrically conductive stator element, the transmission wheel causing a different capacitance of the at least one stator element depending on the angle of rotation.
  • the different types of sensors or measuring principles can also be combined with one another.
  • a position sensor system is therefore proposed which is characterized by particularly robust and reliable position detection.
  • the position sensor is arranged in the transmission housing in the axial direction at a distance from the transmission wheel in relation to the second axis of rotation of the output shaft.
  • the position sensor is arranged on an axial end face of the transmission wheel.
  • An axial air gap is preferably formed between the position sensor and the transmission wheel. This enables a particularly simple integration or arrangement of the position sensor in the transmission housing.
  • the position sensor is arranged in the transmission housing in the radial direction at a distance from the transmission wheel with respect to an axis of rotation of the output shaft.
  • the position sensor is arranged on a radial outside of the transmission wheel.
  • a radial air gap is preferably formed between the position sensor and the transmission wheel. This enables a particularly compact and space-saving integration or arrangement of the position sensor in the transmission housing.
  • the position sensor system has a sensor target arranged on the transmission wheel and/or integrated in the transmission wheel for contactless detection by the position sensor.
  • the sensor target can be designed as a magnetic and/or magnetizable sensor target.
  • the sensor target is preferably designed as a permanent magnet for generating the magnetic field.
  • the sensor target is designed as a material measure.
  • the material measure serves in particular to reproduce relative or absolute position information, which can be detected by the position sensor by scanning.
  • the material measure can include single-track or multi-track incremental or absolute coding.
  • the material measure can be scanned magnetically and/or optically and/or electrically and/or acoustically, with the position sensor being designed accordingly.
  • the sensor target is preferably arranged on the axial end face of the transmission wheel.
  • the sensor target is preferably arranged on the radial outside of the transmission wheel.
  • the sensor target can extend at least partially in the circumferential direction.
  • the sensor target is preferably designed to be ring-shaped or at least partially ring-shaped around the second axis of rotation. A position sensor system is therefore proposed which is characterized by safe and reliable detection of the angle of rotation.
  • the transmission wheel is designed as a gear with a tooth geometry
  • the position sensor being designed for non-contact detection of the tooth geometry and/or is suitable.
  • the toothing geometry is formed in sections in the circumferential direction, the toothing geometry meshing with a, in particular helical, counter-toothing of the transmission shaft over a limited angular range.
  • the tooth geometry can also be designed to be circumferential in the circumferential direction.
  • the position sensor is aligned either in the axial direction at the front side of the gear geometry or in the radial direction at the head side toward the gear geometry.
  • the position sensor can be designed as a gear encoder. A particularly simple and cost-effective detection of the transmission wheel position can thus be realized.
  • the gear geometry is designed as a segment gear.
  • the gear geometry extends in the circumferential direction over an angular range of more than 90 degrees, preferably more than 180.
  • the sensor target can optionally be arranged in the angular range of the gear geometry or outside the angular range of the gear geometry, in particular a gear-free section, of the transmission wheel.
  • the transmission wheel and the output shaft can be designed together as a segment shaft.
  • the transmission wheel can be designed as a transmission wheel segment, which is connected to the output shaft in a rotationally fixed manner. A particularly compact and space-saving design of the steering gear is therefore proposed.
  • the position sensor system has a modular structure, wherein the position sensor can be and/or is replaced by at least one other position sensor depending on the resolution and/or the accuracy of the position detection.
  • the position sensor is preferably replaceable, in particular detachable, attached to or in the transmission housing and/or connected to a signal line via a plug connection.
  • the position sensor and the at least one further position sensor can be designed differently with regard to sensor type and/or measurement accuracy and/or measurement principle.
  • a position sensor system is therefore proposed, which is achieved through a simple implementation of different position sensors and, if necessary. is characterized by a simple and needs-based retrofitting of the steering gear with a position sensor suitable for the application.
  • the position sensor is mounted in the transmission housing so that it is accessible from the outside.
  • the position sensor can be mounted via a sensor interface formed in the transmission housing, for example an opening, such that at least the detection area of the position sensor is arranged within the housing or the transmission wheel is arranged within the detection area.
  • the position sensor can, for example, be fixed to the gearbox housing in a form-fitting and/or non-positive manner via a detachable fastening, for example via a screw, clip or plug-in connection, etc.
  • the position sensor is arranged sealingly, preferably fluid-tightly, on the housing, in particular the sensor interface, via a seal.
  • a position sensor system is therefore proposed which is easily accessible in the event of maintenance.
  • the position sensor can be easily replaced if it is damaged.
  • the position sensor system is constructed redundantly.
  • the position sensor system in particular the position sensor, is designed to meet the requirements, in particular according to ASIL A, B, C or D, according to ISO 26262.
  • the position sensor system can have at least one further position sensor, which is arranged in the transmission housing for independent position detection of the transmission wheel. A position sensor system is therefore proposed which is suitable for high operational reliability and for the use of safety-critical applications.
  • the electric steering system serves to implement a steering command generated by a steering handle electrically, in particular electromechanically, on at least one steerable vehicle wheel.
  • the vehicle can be a passenger car, an agricultural or construction machine.
  • the vehicle is preferably a commercial vehicle (commercial vehicle).
  • the electric steering system is designed as an electric power steering system (EPS).
  • EPS electric power steering system
  • the electric power steering system has an electric servo motor for steering support.
  • a steering angle is specified as a measure of a desired wheel steering angle for the at least one steerable wheel using the steering handle, with the electric servo motor providing additional torque for steering support.
  • the electric servo motor is connected to the transmission shaft, in particular the input interface, in terms of drive technology.
  • the output shaft is connected to a steering linkage via a pitman arm, also referred to as a Pitman arm, in order to change a steering angle of at least one vehicle wheel when the output shaft is rotated.
  • the steering column lever is designed to convert a rotary movement of the output shaft into a linear movement of the steering linkage, in particular a handlebar or a tie rod.
  • the handlebar or tie rod can be connected to the vehicle wheel to be steered via steering levers.
  • the steering system has an electric drive motor connected to the transmission shaft, in particular the electric servo motor, as well as a control unit (ECU), the control unit being designed to control the drive motor based on a position of the transmission wheel detected by the position sensor system to control and/or regulate.
  • the position sensor is connected to the control unit for signaling purposes.
  • the position sensor is connected to the control unit, in particular a vehicle control unit, via a BUS system, for example a LIN bus.
  • the position sensor can be connected directly to the control unit, in particular a steering control unit, via a signal line.
  • the control device preferably has an evaluation unit which is designed to evaluate position information of the transmission wheel transmitted by the position sensor and/or at the Determination of the wheel steering angle must be taken into account.
  • the control device is designed to determine the actual wheel steering angle and/or target wheel steering angle for the at least one vehicle wheel based on the position information and steering information, such as actuation torque, steering angle, etc., of the steering handle.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an electric steering system as an exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 is a sectional view of a steering gear with a position sensor for the steering system from Figure 1;
  • FIG. 3 shows the steering gear in the same representation as Figure 2 with an alternative embodiment of the position sensor system
  • Figure 4 shows the steering gear in the same representation as Figure 2 with a further alternative embodiment of the position sensor system.
  • FIG 1 shows a highly simplified representation of an electric steering system 1 for a vehicle, in particular for a commercial vehicle.
  • the electric steering system 1 is designed as an electric power steering system.
  • the steering system 1 has a steering handle 2 designed as a steering wheel, which is connected to a steering gear 4 via a steering column 3.
  • the steering gear 4 serves to set a wheel steering angle of at least one steerable vehicle wheel 5 of the vehicle depending on a rotation of the steering column 3.
  • an output shaft 6 of the steering gear 4 is connected to a handlebar 8 via a steering column lever 7, with a rotary movement of the output shaft 6 being converted into a linear movement of the handlebar 8 via the steering column lever 7.
  • the Handlebar 8 is in turn connected to the vehicle wheel 5 to be steered via a steering lever 9 in order to set the corresponding wheel steering angle on the vehicle wheel 5.
  • the steering system 1 has an electric drive motor 10 and an electronic control unit 11 for controlling and/or regulating the drive motor 10.
  • the electric drive motor 10 is designed as an electric servo motor, which is coupled to the steering gear 4 in terms of transmission technology in order to apply additional torque.
  • the drive motor 10 and the steering column 3 can act together on an input shaft, not shown, of the steering gear 6.
  • the steering system 1 has a drive-side steering sensor system 12, which supplies the control unit 11 with corresponding sensor data to detect a steering request and is evaluated in the control unit 11.
  • the steering sensor system 12 is used, for example, to detect an actuation torque and/or a steering angle on the steering column 3, which are transmitted to the control unit 11 as the sensor data.
  • the steering system 1 therefore has an additional position sensor 13, which is arranged on the output side on the output shaft 6 in order to detect a position of the output shaft 6, in particular an angle of rotation.
  • the position sensor system 13 is designed to provide the detected position as position information to the control device 11, the control device 11 being designed to take the position information into account when determining the wheel steering angle and/or to correlate it with the sensor data of the steering sensor system 12.
  • the structure of the position sensor system 13 depends on depends on the respective sensor principle as well as the required accuracy and resolution that must be achieved.
  • the position sensor system 13 is also designed as a fault-tolerant, redundant system with a high ASIL classification, for example ASIL-C or ASIL-D.
  • FIGS 2 to 4 each show the steering gear 4 in a sectional view with different arrangement options for the integrated position sensor system 13.
  • the steering gear 4 is designed in the respective exemplary embodiment as a worm gear, with a transmission shaft 14 designed as the input shaft in the form of a worm shaft via a rotationally fixed
  • the steering gear 4 has a gear housing 16, the transmission shaft 14 being mounted in the gear housing 16 so that it can rotate about a first axis of rotation 100 and the output shaft 6 about a second axis of rotation 101.
  • the transmission shaft 14 is rotatably supported in the gear housing 16 via two bearing devices 17.
  • the first and second rotation axes 100, 101 are aligned transversely or at right angles to one another.
  • the transmission shaft 14 has an input interface 18 guided out of the transmission housing 16, which is used to mechanically connect the electric drive motor 10 in order to transmit the torque via the transmission shaft 14 to the transmission wheel 15 and thus to the output shaft 6 by means of the drive motor 10.
  • the input interface 18 is formed, for example, by a shaft journal which carries a positive contour, for example a spline.
  • the output shaft 6 has an output interface 19, as shown in Figure 1, which serves to mechanically connect the steering column lever 7 in order to transmit the torque or the steering movement from the output shaft 6 into the steering train.
  • the transmission wheel 15 carries a toothing geometry 20 on the circumference, which extends over an angular range of approximately 180 degrees and is in engagement with a corresponding counter toothing 21 of the transmission shaft 14.
  • the transmission wheel 15 is designed as a transmission wheel segment. When the transmission shaft 14 rotates about the first axis of rotation 100, the transmission wheel 15 and thus the output shaft 101 are rotated about the second axis of rotation 101 within the angular range.
  • the position sensor system 13 has a position sensor 22 and a sensor target 23 that can be detected by the position sensor 22.
  • the sensor target 23 can be integrated into the transmission wheel 15 or connected to it in a rotationally fixed manner, or can be derived from the external design of the transmission wheel 15.
  • the position sensor 22 is arranged opposite the sensor target 23 and remains stationary when the transmission wheel 15 is rotated.
  • the position sensor 22 is arranged in the transmission housing 16 in such a way that a detection area of the position sensor is arranged within the transmission housing 16. The position detection thus takes place within the gear housing 16 in the area of the transmission wheel 15, so that the detection area is protected from external influences, e.g. contamination, mechanical influences, electromagnetic waves, etc.
  • the position sensor 22 can be designed for inductive, capacitive or magnetic detection of the sensor target 23, with the sensor target 23 being designed accordingly.
  • the sensor target 23 can be formed, for example, by a partially ring-shaped permanent magnet running around the second axis of rotation 101 to generate a magnetic field.
  • the position sensor 22 would be designed as a magnetic field sensor, in particular a Hall sensor, which detects a relative or absolute position of the transmission wheel 15 during rotation about the second axis of rotation 101 by a change in the magnetic field.
  • the sensor target 23 extends in the circumferential direction around the second axis of rotation 101 over an angular range between 100 degrees and 170 degrees.
  • the position sensor 22 thus directly detects the position of the transmission rads 15 and thereby bypasses all mechanical fault influences of the steering gear 4, which enables particularly precise detection of the wheel steering angle.
  • another type of sensor measurement principle can also be used at this point according to the invention.
  • the sensor target 23 is arranged on an axial end face of the transmission wheel 15 in the angular range of the tooth geometry 20, the position sensor 22 being offset or spaced from the sensor target 23 in the axial direction with respect to the second axis of rotation 101.
  • the sensor target 23 is arranged on the axial end face of the transmission wheel 15 outside the angular range of the gear geometry 20 or opposite the gear geometry 20 in the radial direction, the position sensor 22 being offset or offset in the axial direction with respect to the second axis of rotation 101 . is arranged at a distance from the sensor target 23.
  • the sensor target 23 is arranged on a radial outside of the transmission wheel 15 in the angular range of the tooth geometry 20, the position sensor 22 being offset or spaced from the sensor target 23 in the radial direction with respect to the second axis of rotation 101 .
  • the arrangements of the position sensor 22 and the sensor target 23 can be combined with one another to form a redundant position sensor system 13 with at least two independently detected positions of the transmission wheel 15.
  • a second, redundant position sensor and/or a second, redundant sensor target according to FIG. 3 in addition to the arrangement of the position sensor 22 and the sensor target 23 according to FIG . reference symbol

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Lenkgetriebe (4) für ein elektrisches Lenksystem (1), mit einem Getriebegehäuse (16), mit einer drehbar in dem Getriebegehäuse (16) gelagerten Übertragungswelle (14), wobei die Übertragungswelle (14) eine Eingangsschnittstelle (18) zur Anbindung eines elektrischen Antriebsmotors (10) aufweist, mit einer drehbar in dem Getriebegehäuse (16) gelagerten Abtriebswelle (6), wobei die Abtriebswelle (6) eine Ausgangsschnittstelle (19) zur Anbindung an ein Lenkgestänge aufweist, mit einem drehfest mit der Abtriebswelle (6) verbundenen Übertragungsrad (15), wobei das Übertragungsrad (15) zur Übertragung einer Lenkbewegung von der Übertragungswelle (14) auf die Abtriebswelle (6) mit der Übertragungswelle (21) kämmend in Eingriff steht, vorgeschlagen, wobei das Lenkgetriebe (4) eine Positionssensorik (13) mit mindestens einem Positionssensor (22) zur berührungslosen Erfassung einer Position des Übertragungsrades (15) aufweist, wobei ein Erfassungsbereich des Positionssensors (22) innerhalb des Getriebegehäuses (16) angeordnet ist.

Description

Lenkgetriebe mit Positionssensorik sowie elektrisches Lenksystem mit dem
Lenkgetriebe
Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein elektrisches Lenksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Lenksystem mit dem Lenkgetriebe.
Es sind Lenksysteme für Fahrzeuge bekannt, welche eine Hilfskraftunterstützung für ein aufgebrachtes Betätigungsmoment mithilfe eines Drehmoments eines Servomotors umsetzen. Hierzu wird beispielsweise ein Schneckengetriebe, oder ein Kugelumlaufgetriebe als Lenkgetriebe eingesetzt, welches zur Übersetzung des Betätigungsmoments und des Drehmoments auf ein oder mehrere Fahrzeugräder dient. Das Verhältnis zwischen Lenkradwinkel und realem Radlenkwinkel der gelenkten Fahrzeugräder ist zum einen abhängig von dem Übertragungsweg der Lenkbewegung vom Lenkrad auf die Fahrzeugräder sowie zum anderen von der Anordnung der Sensoren innerhalb des Lenksystems.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10 2004 006 835 A1 ein elektrohydraulisches Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einer Lenkspindel, die eine Lenkhandhabe an ihrem einen Ende mit einem Drehschieber oder Drehkolben eines Lenkventils über ein erstes Torsionselement verbindet, und mit einem hydraulischen Servomotor zur Betätigung eines Abtriebsgliedes eines Lenkgetriebes, wobei ein Druckmittelstrom in Arbeitsräume des hydraulischen Servomotors durch das Lenkventil gesteuert ist. Das Lenksystem weist zudem einen elektrischen Servomotor zur Betätigung des Abtriebsgliedes auf, wobei der elektrische Servomotor und die Lenkspindel auf ein gemeinsames Drehglied zwischen dem ersten Torsionselement und dem Drehschieber oder Drehkolben wirken. Der elektrische Servomotor ist dabei über eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung des Lenksystems oder des Fahrzeuges in Abhängigkeit von Signalen eines Drehwinkelsensors, welcher einen Drehwinkel und/oder ein Betätigungsmoment an der Lenkhandhabe erfasst, gesteuert. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich durch eine präzisere und robustere Erfassung des Radlenkwinkels auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und/oder der Beschreibung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Lenkgetriebe, welches für ein elektrisches Lenksystem ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient das Lenkgetriebe zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein oder mehrere Fahrzeugräder eines Fahrzeugs.
Das Lenkgetriebe weist ein Getriebegehäuse auf, wobei in dem Getriebegehäuse eine Übertragungswelle sowie eine Abtriebswelle drehbar gelagert sind. Insbesondere sind die Übertragungswelle und die Abtriebswelle quer zueinander ausgerichtet. Anders formuliert, definiert die Übertragungswelle eine erste Drehachse und die Abtriebswelle eine zweite Drehachse, wobei sich die beiden Drehachsen in einer Draufsicht, insbesondere rechtwinklig, schneiden.
Die Übertragungswelle weist eine Eingangsschnittstelle auf, welche zur Übertragung einer von einem elektrischen Antriebsmotor erzeugten Lenkbewegung ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Eingangsschnittstelle kann dabei als ein endseitig aus dem Getriebegehäuse ragender Wellenzapfen ausgebildet sein, an welchem der Antriebsmotor antriebstechnisch, vorzugsweise zur Übertragung eines Drehmoments, angebunden ist. Prinzipiell kann die Lenkbewegung ausschließlich von dem elektrischen Antriebsmotor umgesetzt bzw. auf die Übertragungswelle übertragen werden. Optional kann die Eingangsschnittstelle mit einer Lenkspindel bzw. Lenksäule verbunden sein, um ein von einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkrad, aufgebrachtes Betätigungsmoment auf die Übertragungswelle zu übertragen. Der elektrische Antriebsmotor dient somit als elektrischer Servomotor zur Lenkkraftunterstützung. Die Abtriebswelle weist eine Ausgangsschnittstelle auf, welche zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein oder mehrere, vorzugsweise zwei, Fahrzeugräder ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Ausgangsschnittstelle kann dabei als ein weiterer endseitig aus dem Getriebegehäuse ragender Wellenzapfen ausgebildet sein, welcher über bekannte kinematische Verbindungen mit dem mindestens einen Fahrzeugrad verbunden ist, um bei einer Verdrehung der Abtriebswelle einen Radlenkwinkel an dem Fahrzeugrad zu verändern.
Das Lenkgetriebe weist ein drehfest mit der Abtriebswelle verbundenes Übertragungsrad auf, welches zur Übersetzung der Lenkbewegung von der Übertragungswelle auf die Abtriebswelle mit der Übertragungswelle in Eingriff steht. Insbesondere wird durch das Übertragungsrad eine Drehbewegung der Übertragungswelle um die erste Drehachse in eine Drehbewegung der Abtriebswelle um die zweite Drehachse umgesetzt. Das Lenkgetriebe kann dabei als ein Schneckengetriebe oder als ein Kugelumlaufgetriebe ausgebildet sein. Prinzipiell können die Abtriebswelle und das Übertragungsrad aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gebildet sein. Alternativ ist das Übertragungsrad separat zu der Abtriebswelle ausgebildet, wobei das Übertragungsrad zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Abtriebswelle verbunden ist.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Lenkgetriebe eine Positionssensorik mit mindestens oder genau einem Positionssensor aufweist, welcher zur berührungslosen Erfassung einer Position des Übertragungsrades ausgebildet und/oder geeignet ist, wobei ein Erfassungsbereich des Positionssensors innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist. Insbesondere ist das Übertragungsrad derart innerhalb des Erfassungsbereichs angeordnet, sodass eine Position des Übertragungsrades kontinuierlich über dessen gesamten Arbeitsweg durch den Positionssensor erfasst werden kann. Insbesondere ist der Erfassungsbereich als der Bereich zu verstehen, in welchem der Positionssensor eine Position des Übertragungsrades ohne Beeinträchtigung und/oder unmittelbar erfassen kann. Unter einer Position kann sowohl eine Absolutposition des Übertragungsrades als auch eine Positionsän- derung des Übertragungsrades verstanden werden. m Speziellen ist der Positionssensor ausgebildet, die erfasste Position des Übertragungsrades als eine Positionsinformation an ein Steuergerät zu übermitteln, welches ausgebildet ist, auf Basis der Positionsinformation einen Ist-Randlenkwinkel der Fahrzeugräder zu ermitteln und/oder die Positionsinformation bei einer Bestimmung eines Soll-Radlenkwinkels zu berücksichtigen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aufgrund von Spiel- und Hystereseeffekten des Lenksystems in Verbindung mit der Getriebeübersetzung des Lenkgetriebes die notwendige Bestimmung des Radlenkwinkels der Fahrzeugräder verschlechtert bzw. ungenau ist. Somit ist eine präzise Lenkung insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen, wie z.B. Steer-by-Wire oder autonomes Fahren, bei denen die genaue Position der gelenkten Räder bzw. der genaue Radlenkwinkel benötigt wird, nicht mehr gewährleistet.
Durch die direkte Erfassung der Position des Übertragungsrades kann eine präzise Positionserfassung an der Abtriebsseite des Lenkgetriebes und somit eine präzise Bestimmung des Radlenkwinkels der Fahrzeugräder sichergestellt werden. Durch die Erfassung der Position des Übertragungsrades auf der Abtriebsseite des Lenkgetriebes können somit die Spiel- und Hystereseeffekte bei der Bestimmung des Radlenkwinkels deutlich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass durch die Anordnung des Positionssensors bzw. des Erfassungsbereichs in dem Getriebegehäuse eine besonders robuste Sensorik vorgeschlagen werden kann, welche durch das Getriebegehäuse von äußeren Einflüssen, wie z.B. Feuchtigkeit, Schmutz, mechanische Einwirkungen, elektrische oder elektromagnetische Effekte etc., geschützt ist. Zudem kann ein besonders kompaktes Lenkgetriebe mit integrierter Positionssensorik realisiert werden.
In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Positionssensor als ein Winkellagegeber, insbesondere als ein Drehgeber, ausgebildet ist. Insbesondere dient der Positionssensor zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder einer Drehwinkeländerung des Übertragungsrades bei einer Verdrehung um die zweite Drehachse. Das Übertragungsrad wird hierzu relativ zu dem Positionssensor innerhalb des Erfassungsbereich verdreht, wobei der Positionssensor stationär verbleibt. Der Drehgeber kann wahlweise als ein Absolutwertgeber zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels oder ein Inkrementalgeber zur Erfassung eines relativen Drehwinkels ausgebildet sein. Es wird somit ein Positionssensor vorgeschlagen, welcher sich durch eine einfache und präzise Positionserfassung des Übertragungsrades auszeichnet.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Positionssensor als ein magnetischer und/oder induktiver und/oder kapazitiver und/oder akustischer und/oder optischer und/oder resistiver Positionssensor, insbesondere Drehgeber, ausgebildet ist. Insbesondere weist der magnetische Positionssensor ein magnetempfindliches Sensorelement auf, wobei das Übertragungsrad in Abhängigkeit des Drehwinkels eine Änderung eines Magnetfelds hervorruft, welche durch das Sensorelement detektierbar ist. Beispielsweise kann der magnetische Positionssensor als ein Hallsensor ausgebildet sein. Insbesondere weist der induktive Positionssensor mindestens eine elektrische Spule auf, wobei das Übertragungsrad in Abhängigkeit des Drehwinkels eine unterschiedliche Induktivität der wenigstens einen Spule hervorruft. Insbesondere weist der kapazitive Positionssensor ein drehfest mit dem Übertragungsrad verbundenes Rotorelement sowie mindestens ein ortsfestes, elektrisch leitendes Statorelement auf, wobei das Übertragungsrad in Abhängigkeit des Drehwinkels eine unterschiedliche Kapazität des wenigstens einen Statorelements hervorruft. Im Speziellen können die verschiedenen Sensorarten bzw. Messprinzipien auch miteinander kombiniert werden. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welcher sich durch eine besonders robuste und zuverlässige Positionserfassung auszeichnet.
In einer möglichen Umsetzung ist vorgesehen, dass der Positionssensor in Bezug auf die zweite Drehachse der Abtriebswelle in axialer Richtung beabstandet zu dem Übertragungsrad in dem Getriebegehäuse angeordnet ist. Insbesondere ist der Positionssensor an einer axialen Stirnseite des Übertragungsrades angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen dem Positionssensor und dem Übertragungsrad ein axialer Luftspalt gebildet. Es wird somit eine besonders einfache Integration bzw. Anordnung des Positionssensors in dem Getriebegehäuse ermöglicht. In einer alternativen Umsetzung ist vorgesehen, dass der Positionssensor in Bezug auf eine Drehachse der Abtriebswelle in radialer Richtung beabstandet zu dem Übertragungsrad in dem Getriebegehäuse angeordnet ist. Insbesondere ist der Positionssensor an einer radialen Außenseite des Übertragungsrades angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen dem Positionssensor und dem Übertragungsrad ein radialer Luftspalt gebildet. Es wird somit eine besonders kompakte und bauraumsparende Integration bzw. Anordnung des Positionssensors in dem Getriebegehäuse ermöglicht.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Positionssensorik ein an dem Übertragungsrad angeordnetes und/oder in dem Übertragungsrad integriertes Sensortarget zur berührungslosen Erfassung durch den Positionssensor aufweist. Das Sensortarget kann als ein magnetisches und/oder magnetisierbares Sensortarget ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Sensortarget als ein Permanentmagnet zur Erzeugung des Magnetfeldes ausgebildet. Alternativ ist das Sensortarget als eine Maßverkörperung ausgebildet. Die Maßverkörperung dient insbesondere zur Wiedergabe einer relativen oder absoluten Positionsinformation, welche durch den Positionssensor mittels Abtasten erfasst werden kann. Die Maßverkörperung kann dabei eine ein- oder mehrspurige inkrementale oder absolute Kodierung umfassen. Insbesondere ist die Maßverkörperung magnetisch und/oder optisch und/oder elektrisch und/oder akustisch abtastbar, wobei der Positionssensor entsprechend ausgebildet ist. Bei einer axialen Anordnung ist das Sensortarget vorzugsweise auf der axialen Stirnseite des Übertragungsrades angeordnet. Bei einer radialen Anordnung ist das Sensortarget vorzugsweise auf der radialen Außenseite des Übertragungsrades angeordnet. Das Sensortarget kann sich zumindest teilweise in Umfangsrichtung erstrecken. Bevorzugt ist das Sensortarget um die zweite Drehachse ringförmig oder zumindest teilringförmig ausgebildet. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welche sich durch eine sichere und zuverlässige Erfassung des Drehwinkels auszeichnet.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Übertragungsrad als ein Zahnrad mit einer Verzahnungsgeometrie ausgebildet ist, wobei der Positionssensor zur berührungslosen Erfassung der Verzahnungsgeometrie ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Verzahnungsgeometrie in Umfangsrichtung abschnittsweise ausgebildet, wobei die Verzahnungsgeometrie mit einer, insbesondere schraubenförmigen, Gegenverzahnung der Übertragungswelle über einen begrenzten Winkelbereich kämmend in Eingriff steht. Alternativ kann die Verzahnungsgeometrie jedoch auch in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet sein. Der Positionssensor ist zur Abtastung der Verzahnungsgeometrie wahlweise in axialer Richtung stirnseitig zu der Verzahnungsgeometrie oder in radialer Richtung kopfseitig zu der Verzahnungsgeometrie hin ausgerichtet. Beispielsweise kann der Positionssensor als ein Zahnradgeber ausgebildet sein. Somit kann eine besonders einfache und kostengünstige Erfassung der Übertragungsradposition realisiert werden.
In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Verzahnungsgeometrie als eine Segmentverzahnung ausgebildet ist. Insbesondere erstreckt sich die Verzahnungsgeometrie in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von mehr als 90 Grad, vorzugsweise mehr als 180. Das Sensortarget kann wahlweise in dem Winkelbereich der Verzahnungsgeometrie oder außerhalb des Winkelbereichs der Verzahnungsgeometrie, insbesondere einem verzahnungsfreien Abschnitt, des Übertragungsrades angeordnet sein. Im Speziellen können das Übertragungsrad und die Abtriebswelle gemeinsam als eine Segmentwelle ausgebildet sein. Alternativ kann das Übertragungsrad als ein Übertragungsradsegment ausgebildet sein, welches drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Es wird somit eine besonders kompakte und bauraumsparende Ausgestaltung des Lenkgetriebes vorgeschlagen.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Positionssensorik modular aufgebaut ist, wobei der Positionssensor in Abhängigkeit der Auflösung und/der Genauigkeit der Positionserfassung durch mindestens einen anderen Positionssensor austauschbar ist und/oder ausgetauscht wird. Der Positionssensor ist hierzu vorzugsweise austauschbar, insbesondere lösbar, an oder in dem Getriebegehäuse befestigt und/oder über eine Steckerverbindung mit einer Signalleitung verbunden. Insbesondere können der Positionssensor und der mindestens eine weitere Positionssensor bezüglich Sensorart und/oder Messgenauigkeit und/oder Messprinzip unterschiedlich ausgebildet sein. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache Implementierung unterschiedlicher Positionssensoren sowie ggf. eine einfache und bedarfsgerechte Nachrüstung des Lenkgetriebes mit einem für die Anwendung geeigneten Positionssensor auszeichnet.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass zumindest der Positionssensor von außen zugänglich in dem Getriebegehäuse montiert ist. Insbesondere kann der Positionssensor über eine in dem Getriebegehäuse ausgebildete, Sensorschnittstelle, z.B. eine Öffnung, derart montiert sein, dass zumindest der Erfassungsbereich des Positionssensors innerhalb des Gehäuses bzw. das Übertragungsrad innerhalb des Erfassungsbereichs angeordnet ist. Der Positionssensor kann beispielsweise über eine lösbare Befestigung formschlüssig und/oder kraftschlüssig, z.B. über eine Schraub-, Clip- oder Steckverbindung, etc., an dem Getriebegehäuse festgelegt sein. Bevorzugt ist der Positionssensor über eine Dichtung an dem Gehäuse, insbesondere der Sensorschnittstelle, dichtend, vorzugsweise fluiddicht, angeordnet. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welche im Falle einer Wartung in einfacher Weise zugänglich ist. Zudem kann der Positionssensor bei einer Beschädigung in einfacher Weise ausgetauscht werden.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Positionssensorik redundant aufgebaut ist. Insbesondere ist die Positionssensorik, insbesondere der Positionssensor derart ausgebildet, um die Anforderungen, insbesondere nach ASIL A, B, C oder D, gemäß ISO 26262 zu erfüllen. Im Speziellen kann die Positionssensorik mindestens einen weiteren Positionssensor aufweisen, welcher zur unabhängigen Positionserfassung des Übertragungsrades in dem Getriebegehäuse angeordnet ist. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welche sich durch eine hohe Betriebssicherheit sowie für den Einsatz von sicherheitskritischen Anwendungen geeignet ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein elektrisches Lenksystem für ein Fahrzeug mit dem Lenkgetriebe, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere dient das elektrische Lenksystem dazu, einen durch eine Lenkhandhabe erzeugten Lenkbefehl elektrisch, insbesondere elektromechanisch, auf mindestens ein lenkbares Fahrzeugrad umzusetzen. Das Fahrzeug kann prinzipiell ein Personenkraftwagen (Pkw), eine Land- oder Baumaschine sein. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein Nutzfahrzeug (Nfz). In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das elektrische Lenksystem als ein elektrisches Servolenksystem (EPS) ausgebildet ist. Insbesondere weist das elektrische Servolenksystem einen elektrischen Servomotor zur Lenkunterstützung auf. Bei einem Lenkvorgang wird mittels der Lenkhandhabe ein Lenkwinkel als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel für das mindestens eine lenkbare Rad vorgegeben, wobei der elektrische Servomotor ein zusätzliches Drehmoment zur Lenkunterstützung bereitstellt. Insbesondere ist der elektrische Servomotor hierzu mit der Übertragungswelle, insbesondere der Eingangsschnittstelle, antriebstechnisch verbunden.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Abtriebswelle über einen Lenkstockhebel, auch als Pitman-Arm bezeichnet, mit einem Lenkgestänge verbunden ist, um einen Lenkwinkel von mindestens einem Fahrzeugrad bei einer Verdrehung der Abtriebswelle zu verändern. Insbesondere ist der Lenkstockhebel ausgebildet, eine Drehbewegung der Abtriebswelle in eine Linearbewegung des Lenkgestänges, insbesondere einer Lenkstange bzw. einer Spurstange, umzusetzen. Die Lenkstange bzw. Spurstange kann über Spurhebel mit dem jeweils zu lenkenden Fahrzeugrad verbunden sein.
In einer konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass das Lenksystem einen mit der Übertragungswelle antriebstechnisch verbundenen elektrischen Antriebsmotor, insbesondere der elektrische Servomotor, sowie ein Steuergerät (ECU) aufweist, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, auf Basis einer durch die Positionssensorik erfassten Position des Übertragungsrades den Antriebsmotor zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere ist der Positionssensor signaltechnisch mit dem Steuergerät verbunden. Prinzipiell ist der Positionssensor über ein BUS-System, z.B. LIN-Bus, mit dem Steuergerät, insbesondere einem Fahrzeugsteuergerät, verbunden. Alternativ kann der Positionssensor über eine Signalleitung mit dem Steuergerät, insbesondere ein Lenkungssteuergerät, direkt verbunden sein. Das Steuergerät weist vorzugsweise eine Auswerteeinheit auf, welche ausgebildet ist, eine von dem Positionssensor übertragene Positionsinformation des Übertragungsrades auszuwerten und/oder bei der Bestimmung des Radlenkwinkels zu berücksichtigen. Im Speziellen ist das Steuergerät ausgebildet, auf Basis der Positionsinformation sowie einer Lenkinformation, wie z.B. Betätigungsmoment, Lenkwinkel etc., der Lenkhandhabe den Ist-Radlenkwinkel und/oder Soll-Radlenkwinkel für das mindestens eine Fahrzeugrad zu bestimmen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Lenksystems als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine Schnittdarstellung eines Lenkgetriebes mit einer Positionssensorik für das Lenksystem aus Figur 1 ;
Figur 3 das Lenkgetriebe in gleicher Darstellung wie Figur 2 mit einer alternativen Ausführung der Positionssensorik;
Figur 4 das Lenkgetriebe in gleicher Darstellung wie Figur 2 mit einer weiteren alternativen Ausführung der Positionssensorik.
Figur 1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung ein elektrisches Lenksystem 1 für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug. Das elektrische Lenksystem 1 ist als ein elektrisches Servolenksystem ausgebildet.
Das Lenksystem 1 weist eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe 2 auf, welche über eine Lenksäule 3 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden ist. Das Lenkgetriebe 4 dient dazu, in Abhängigkeit einer Verdrehung der Lenksäule 3 einen Radlenkwinkel von mindestens einem lenkbaren Fahrzeugrad 5 des Fahrzeugs einzustellen. Hierzu ist eine Abtriebswelle 6 des Lenkgetriebes 4 über einen Lenkstockhebel 7 mit einer Lenkstange 8 verbunden, wobei eine Drehbewegung der Abtriebswelle 6 über den Lenkstockhebel 7 in eine Linearbewegung der Lenkstange 8 umgesetzt wird. Die Lenkstange 8 ist wiederum über einen Spurhebel 9 mit dem zu lenkenden Fahrzeugrad 5 verbunden, um den entsprechenden Radlenkwinkel an dem Fahrzeugrad 5 einzustellen.
Ferner weist das Lenksystem 1 einen elektrischen Antriebsmotor 10 sowie ein elektronisches Steuergerät 11 zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors 10 auf. Der elektrische Antriebsmotor 10 ist als ein elektrischer Servomotor ausgebildet, welcher zum Aufbringen eines zusätzlichen Drehmoments mit dem Lenkgetriebe 4 getriebetechnisch gekoppelt ist. Beispielsweise können der Antriebsmotor 10 und die Lenksäule 3 gemeinsam auf eine Eingangswelle, nicht dargestellt, des Lenkgetriebes 6 einwirken.
Das Lenksystem 1 weist eine antriebsseitige Lenksensorik 12 auf, welche zur Erkennung eines Lenkwunsches dem Steuergerät 11 entsprechende Sensordaten zuführt und in dem Steuergerät 11 ausgewertet werden. Die Lenksensorik 12 dient beispielsweise zur Erfassung eines Betätigungsmoments und/oder eines Lenkwinkels an der Lenksäule 3, welche als die Sensordaten an das Steuergerät 11 übermittelt werden.
Um einen exakten Radlenkwinkel des Fahrzeugrades 5 für spezielle Fahranwendungen, wie z.B. Steer-by-Wire oder autonomes Fahren, einstellen zu können, ist eine präzise Erfassung des Radlenkwinkels erforderlich. Dies ist durch die Anordnung der Lenksensorik 12 in der Nähe der Lenksäule 3 aufgrund von einem mechanischen Spiel sowie Hystereseeffekten von der Lenksäule 3 bis zu dem Fahrzeugrad 5 nicht gewährleistet.
Das Lenksystem 1 weist daher eine zusätzliche Positionssensorik 13 auf, welche abtriebsseitig an der Abtriebswelle 6 angeordnet ist, um eine Position der Abtriebswelle 6, insbesondere einen Drehwinkel, zu erfassen. Die Positionssensorik 13 ist ausgebildet, die erfasste Position als Positionsinformation dem Steuergerät 11 bereitzustellen, wobei das Steuergerät 11 ausgebildet ist, die Positionsinformation bei der Bestimmung des Radlenkwinkels zu berücksichtigen und/oder mit den Sensordaten der Lenksensorik 12 zu korrelieren. Der Aufbau der Positionssensorik 13 ist dabei abhän- gig von dem jeweiligen Sensorprinzip sowie der erforderlichen Genauigkeit und Auflösung, die erreicht werden muss. Die Positionssensorik 13 ist zudem als ein fehlertolerantes, redundantes System mit einer hohen ASIL-Klassifikation, z.B. ASIL-C oder ASIL-D, ausgebildet.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen jeweils das Lenkgetriebe 4 in einer Schnittdarstellung mit unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten der integrierten Positionssensorik 13. Das Lenkgetriebe 4 ist in dem jeweiligen Ausführungsbeispiel als ein Schneckengetriebe ausgebildet, wobei eine als die Eingangswelle ausgebildete Übertragungswelle 14 in Form einer Schneckenwelle über ein drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbundenes Übertragungsrad 15, welches als ein Schneckenrad ausgebildet ist, kämmend in Eingriff steht.
Das Lenkgetriebe 4 weist ein Getriebegehäuse 16 auf, wobei die Übertragungswelle 14 um eine erste Drehachse 100 und die Abtriebswelle 6 um eine zweite Drehachse 101 drehbar in dem Getriebegehäuse 16 gelagert sind. Hierzu ist die Übertragungswelle 14 über zwei Lagereinrichtungen 17 drehbar in dem Getriebegehäuse 16 abgestützt. In einer Draufsicht sind die erste und zweite Drehachse 100, 101 quer bzw. rechtwinklig zueinander ausgerichtet.
Die Übertragungswelle 14 weist eine aus dem Getriebegehäuse 16 geführte Eingangsschnittstelle 18 auf, welche zur mechanischen Anbindung des elektrischen Antriebsmotors 10 dient, um mittels des Antriebsmotors 10 das Drehmoment über die Übertragungswelle 14 auf das Übertragungsrad 15 und somit auf die Abtriebswelle 6 zu übertragen. Die Eingangsschnittstelle 18 ist beispielsweise durch einen Wellenzapfen gebildet, weicher eine Formschlusskontur, z.B. eine Steckverzahnung, trägt. Entsprechend weist die Abtriebswelle 6 eine Ausgangsschnittstelle 19, wie in Figur 1 gezeigt, auf, welche zur mechanischen Anbindung des Lenkstockhebels 7 dient, um das Drehmoment bzw. die Lenkbewegung von der Abtriebswelle 6 in den Lenkstrang zu Übertragen. Das Übertragungsrad 15 trägt umfangsseitig eine Verzahnungsgeometrie 20, welche sich über einen Winkelbereich von ca. 180 Grad erstreckt und mit einer entsprechenden Gegenverzahnung 21 der Übertragungswelle 14 in Eingriff steht. Beispielsweise ist das Übertragungsrad 15 als Übertragungsradsegment ausgestaltet. Bei einer Rotation der Übertragungswelle 14 um die erste Drehachse 100 wird somit das Übertragungsrad 15 und somit die Abtriebswelle 101 innerhalb des Winkelbereichs, um die zweite Drehachse 101 verdreht.
Die Positionssensorik 13 weist einen Positionssensor 22 sowie ein durch den Positionssensor 22 erfassbares Sensortarget 23 auf. Das Sensortarget 23 kann in das Übertragungsrad 15 integriert oder drehfest mit diesem verbunden sein, oder aus der äußerlichen Ausgestaltung des Übertragungsrades 15 abgeleitet sein. Der Positionssensor 22 ist dem Sensortarget 23 gegenüberliegend angeordnet und verbleibt bei einer Verdrehung des Übertragungsrades 15 stationär. Der Positionssensor 22 ist dabei derart in dem Getriebegehäuse 16 angeordnet, sodass ein Erfassungsbereich des Positionssensors innerhalb des Getriebegehäuses 16 angeordnet ist. Die Positionserfassung erfolgt somit innerhalb des Getriebegehäuses 16 im Bereich des Übertragungsrades 15, sodass der Erfassungsbereich vor äußeren Einflüssen, z.B. Verschmutzung, mechanischen Einwirkungen, elektromagnetischen Wellen etc., geschützt ist. Beispielsweise kann der Positionssensor 22 zur induktiven, kapazitiven oder magnetischen Erfassung des Sensortargets 23 ausgebildet sein, wobei das Sensortarget 23 hierzu entsprechend ausgeführt ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Sensortarget 23 beispielsweise durch einen um die zweite Drehachse 101 verlaufenden, teilringförmigen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes gebildet sein. In diesem Fall würde der Positionssensor 22 als ein Magnetfeldsensor, insbesondere ein Hall-Sensor, ausgebildet sein, welcher eine relative oder absolute Position des Übertragungsrades 15 bei einer Verdrehung um die zweite Drehachse 101 durch eine Änderung des Magnetfeldes detektiert. Das Sensortarget 23 erstreckt sich hierzu in Umfangsrichtung um die die zweite Drehachse 101 über einen Winkelbereich zwischen 100 Grad und 170 Grad. Der Positionssensor 22 erfasst somit direkt die Position des Übertragungs- rads 15 und umgeht dabei sämtlichen mechanischen Fehlereinflüssen des Lenkgetriebes 4, wodurch eine besonders präzise Erfassung des Radlenkwinkels möglich ist. Wie vorstehend erläutert kann an dieser Stelle erfindungsgemäß auch eine andere Art des Sensormessprinzips angewendet werden.
Wie in der Figur 2 dargestellt, ist das Sensortarget 23 an einer axialen Stirnseite des Übertragungsrades 15 im Winkelbereich der Verzahnungsgeometrie 20 angeordnet, wobei der Positionssensor 22 in axialer Richtung in Bezug auf die zweite Drehachse 101 versetzt bzw. beabstandet zu dem Sensortarget 23 angeordnet ist.
Wie in Figur 3 dargestellt, ist das Sensortarget 23 an der axialen Stirnseite des Übertragungsrades 15 außerhalb des Winkelbereichs der Verzahnungsgeometrie 20 bzw. in radialer Richtung gegenüberliegend der Verzahnungsgeometrie 20 angeordnet, wobei der Positionssensor 22 in axialer Richtung in Bezug auf die zweite Drehachse 101 versetzt bzw. beabstandet zu dem Sensortarget 23 angeordnet ist.
Wie in Figur 4 dargestellt, ist das das Sensortarget 23 an einer radialen Außenseite des Übertragungsrades 15 im Winkelbereich der Verzahnungsgeometrie 20 angeordnet, wobei der der Positionssensor 22 in radialer Richtung in Bezug auf die zweite Drehachse 101 versetzt bzw. beabstandet zu dem Sensortarget 23 angeordnet ist.
Beispielsweise können die Anordnungen des Positionssensors 22 und des Sensortargets 23 zur Bildung einer redundanten Positionssensorik 13 mit mindestens zwei unabhängig voneinander erfassten Positionen des Übertragungsrades 15 miteinander kombiniert werden. Beispielsweise ist es möglich zu der Anordnung des Positionssensors 22 und dem Sensortarget 23 gemäß Figur 2 einen zweiten, redundanten Positionssensor und/oder ein zweites, redundantes Sensortarget gemäß Figur 3 anzuordnen, wobei die Sensoren unterschiedliche Messverfahren verwenden und/oder an unterschiedlichen Orten positioniert werden können. Bezuqszeichen
Lenksystem
Lenkhandhabe
Lenksäule
Lenkgetriebe
Fahrzeugrad
Abtriebswelle
Lenkstockhebel
Lenkstange
Spurhebel
Antriebsmotor
Steuergerät
Lenksensorik
Positionssensor
Übertragungswelle
Übertragungsrad
Getriebegehäuse
Lagereinrichtung
Eingangsschnittstelle
Ausgangsschnittstelle
Verzahnungsgeometrie
Gegenverzahnung
Positionssensor
Sensortarget erste Drehachse zweite Drehachse

Claims

Patentansprüche
1. Lenkgetriebe (4) für ein elektrisches Lenksystem (1 ), mit einem Getriebegehäuse (16), mit einer drehbar in dem Getriebegehäuse (16) gelagerten Übertragungswelle (14), wobei die Übertragungswelle (14) eine Eingangsschnittstelle (18) zur Anbindung eines elektrischen Antriebsmotors (10) aufweist, mit einer drehbar in dem Getriebegehäuse (16) gelagerten Abtriebswelle (6), wobei die Abtriebswelle (6) eine Ausgangsschnittstelle (19) zur Anbindung an ein Lenkgestänge aufweist, mit einem drehfest mit der Abtriebswelle (6) verbundenen Übertragungsrad (15), wobei das Übertragungsrad (15) zur Übertragung einer Lenkbewegung von der Übertragungswelle (14) auf die Abtriebswelle (6) mit der Übertragungswelle (21 ) kämmend in Eingriff steht, gekennzeichnet durch eine Positionssensorik (13) mit mindestens einem Positionssensor (22) zur berührungslosen Erfassung einer Position des Übertragungsrades (15), wobei ein Erfassungsbereich des Positionssensors (22) innerhalb des Getriebegehäuses (16) angeordnet ist.
2. Lenkgetriebe (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (22) als ein Winkellagegeber, insbesondere als ein Drehgeber, ausgebildet ist.
3. Lenkgetriebe (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (22) als ein magnetischer und/oder induktiver und/oder kapazitiver und/oder akustischer und/oder optischer und/oder resistiver Sensor ausgebildet ist.
4. Lenkgetriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (22) in Bezug auf eine Drehachse (101) der Abtriebswelle (6) in axialer Richtung beabstandet zu dem Übertragungsrad (15) in dem Getriebegehäuse (16) angeordnet ist.
5. Lenkgetriebe (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (22) in Bezug auf eine Drehachse (101 ) der Abtriebswelle (6) in radialer Richtung beabstandet zu dem Übertragungsrad (15) in dem Getriebegehäuse (16) angeordnet ist.
6. Lenkgetriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensorik (13) ein an dem Übertragungsrad (15) angeordnetes und/oder in dem Übertragungsrad (15) integriertes Sensortarget (23) zur berührungslosen Erfassung durch den Positionssensor (22) aufweist.
7. Lenkgetriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsrad (15) eine Verzahnungsgeometrie (20) aufweist, wobei der Positionssensor (22) zur berührungslosen Erfassung der Verzahnungsgeometrie (20) ausgebildet ist.
8. Lenkgetriebe (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Verzahnungsgeometrie (20) als eine Segmentverzahnung ausgebildet ist.
9. Lenkgetriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensorik (13) modular aufgebaut ist, wobei zumindest der Positionssensor (22) in Abhängigkeit der Auflösung und/der Genauigkeit der Positionserfassung durch mindestens einen anderen Positionssensor austauschbar ist.
10. Lenkgetriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Positionssensor (22) von außen zugänglich in dem Getriebegehäuse (16) montiert ist.
11 . Lenkgetriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensorik (13) redundant aufgebaut ist.
12. Elektrisches Lenksystem (1 ) für ein Fahrzeug, mit dem Lenkgetriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Elektrisches Lenksystem (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Lenksystem (1 ) als ein elektrisches Servolenksystem (EPS) ausgebildet ist.
14. Elektrisches Lenksystem (1 ) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (6) über einen Lenkstockhebel (7) mit einem Lenkgestänge verbunden ist, um einen Radlenkwinkel von mindestens einem Fahrzeugrad (5) bei einer Verdrehung der Abtriebswelle (6) zu verändern.
15. Elektrisches Lenksystem (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1 ) einen mit der Übertragungswelle (14) antriebstechnisch verbundenen elektrischen Antriebsmotor (10) sowie ein Steuergerät (11 ) aufweist, wobei das Steuergerät (11 ) ausgebildet ist, auf Basis einer durch die Positionssensorik (13) erfassten Position des Übertragungsrades (15) den Antriebsmotor (10) zu steuern und/oder zu regeln.
EP23736667.9A 2022-06-29 2023-06-29 Lenkgetriebe mit positionssensorik sowie elektrisches lenksystem mit dem lenkgetriebe Withdrawn EP4547548A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022206590.5A DE102022206590A1 (de) 2022-06-29 2022-06-29 Lenkgetriebe mit Positionssensorik sowie elektrisches Lenksystem mit dem Lenkgetriebe
PCT/EP2023/067821 WO2024003250A1 (de) 2022-06-29 2023-06-29 Lenkgetriebe mit positionssensorik sowie elektrisches lenksystem mit dem lenkgetriebe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4547548A1 true EP4547548A1 (de) 2025-05-07

Family

ID=87074719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23736667.9A Withdrawn EP4547548A1 (de) 2022-06-29 2023-06-29 Lenkgetriebe mit positionssensorik sowie elektrisches lenksystem mit dem lenkgetriebe

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4547548A1 (de)
DE (1) DE102022206590A1 (de)
WO (1) WO2024003250A1 (de)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10160716A1 (de) * 2001-12-11 2003-06-18 Mercedes Benz Lenkungen Gmbh Lenkung mit angetriebenem Umlaufgetriebe zur Erzeugung eines bestimmten Handmoments am Lenkrad
DE10211017A1 (de) * 2002-03-13 2003-10-16 Zf Lenksysteme Gmbh Lenksystem für ein Kraftfahrzeug
DE102004006835A1 (de) 2004-02-12 2005-09-22 Zf Lenksysteme Gmbh Lenksystem für ein Fahrzeug
DE102011055893A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-06 Robert Bosch Gmbh Lenksystem in einem Fahrzeug
DE102019218701A1 (de) * 2019-12-02 2021-06-02 Zf Friedrichshafen Ag Lenkpositionserfassung einer Lenkachse
US11505238B2 (en) * 2020-03-03 2022-11-22 Steering Solutions Ip Holding Corporation Handwheel position measurement system and method
PL433362A1 (pl) * 2020-03-27 2021-10-04 Steering Solutions Ip Holding Corporation Ogranicznik o zmiennym przesuwie do zwiększenia trwałości przekładni ślimakowej

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022206590A1 (de) 2024-01-04
WO2024003250A1 (de) 2024-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1024990B1 (de) Elektrisch unterstützte hilfskraftlenkung für kraftfahrzeuge
EP4095017B1 (de) Lenkaktuator für ein lenksystem und lenksystem für ein kraftfahrzeug
DE102008008835B4 (de) Vorrichtung zum Ermitteln eines Drehmoments
EP1087884B1 (de) Elektrisch unterstützte hilfskraftlenkung für kraftfahrzeuge
DE102010037226A1 (de) Steuerungs- und Sensormodul für einen Aktuator
EP4095016A1 (de) Steer-by-wire-lenksystem
WO2016050382A1 (de) Kombiniertes sensorkonzept für lenksysteme von kraftfahrzeugen
DE10150305B4 (de) Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung
DE102022101174A1 (de) Lenkereinheit für ein Steer-by-wire-Lenksystem und Verfahren zur Lenkwinkelerfassung
DE19935283A1 (de) Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge
WO2024003250A1 (de) Lenkgetriebe mit positionssensorik sowie elektrisches lenksystem mit dem lenkgetriebe
DE102012012386A1 (de) Verfahren zur Bestimmung mechanischer Endanschläge zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle eines Lenksystems und Lenksystem
DE102021109647B4 (de) Fahrermoment- und Lenkwinkelmessung in einem Torque-Overlay-Steering (TOS)
EP4727823A1 (de) Lenkaktuator für ein steer-by-wire-lenksystem eines kraftfahrzeugs und verfahren zum betrieb eines lenkaktuators
WO2022127968A1 (de) Lenkanordnung und fahrzeug sowie verfahren zum bestimmen eines lenkmomentes einer lenkung
DE102021125358A1 (de) Lenkungsaktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem
DE4142992A1 (de) Hilfskraftlenkung fuer fahrzeuge
EP2505980A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments
DE10328753A1 (de) Vorrichtung zum Messen des Lenkstangenweges einer Kraftfahrzeuglenkung
DE102006046668A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur redundanten Erfassung eines Drehwinkels einer Lenkvorrichtung eines Kraftfahrzeugs
DE102024108093A1 (de) Lenkeinheit für Fahrzeug
DE102024004477A1 (de) Lenkeinheit für Fahrzeug
DE102024004478A1 (de) Lenkeinheit für Fahrzeug
DE102010037222B4 (de) Fahrzeuglenkung
WO2024184309A1 (de) Lenkvorrichtung und verfahren zur ermittlung einer absoluten position eines lenkungsstellelements einer lenkvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20241203

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20250806