WO2020043234A1 - Feedback actuator for a steering mechanism with a direct drive - Google Patents

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WO2020043234A1
WO2020043234A1 PCT/DE2019/100757 DE2019100757W WO2020043234A1 WO 2020043234 A1 WO2020043234 A1 WO 2020043234A1 DE 2019100757 W DE2019100757 W DE 2019100757W WO 2020043234 A1 WO2020043234 A1 WO 2020043234A1
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steering
feedback actuator
motor
torque
housing
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Application number
PCT/DE2019/100757
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German (de)
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Inventor
Andreas Wöllner
Jochen Rosenfeld
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • 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
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B62D5/006—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback power actuated
    • 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
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup

Definitions

  • the invention relates to a feedback actuator for a steering device with direct drive.
  • Such feedback actuators are used in particular in steer-by-wire steering systems for motor vehicles.
  • Steer-by-wire steering systems for motor vehicles receive manual steering commands from the driver, like conventional mechanical steering systems, by rotating a steering wheel of an input unit. This causes the rotation of a steering shaft, which, however, is not mechanically connected to the wheels to be steered via the steering gear, but rather interacts with angle of rotation or torque sensors, which detect the steering command introduced and emit an electrical control signal determined therefrom to a steering actuator by means of of an electric actuator sets a corresponding steering angle of the wheels.
  • the driver does not receive any direct physical feedback from the steered wheels via the steering column, which in conventional mechanically coupled steering systems is a reaction or reset torque depending on the condition of the road surface, vehicle speed and the current situation Steering angle and other operating conditions are reported back to the steering wheel.
  • the lack of haptic feedback makes it difficult for the driver to reliably record current driving situations and to carry out appropriate steering maneuvers, which impairs vehicle steerability and thus driving safety.
  • a steer-by-wire steering system is known from DE 10 2008 036 730 A1, with an input unit which has an actuator unit driven by an electric motor.
  • the electric motor can be controlled by an electronic control unit, which adjusts the motor current as a function of measured values that characterize the respective driving situation.
  • the motor shaft is directly coupled to the steering shaft, so the motor torque is identical to the manual torque that is coupled into the steering shaft.
  • the electric motor is flanged axially to the jacket unit with respect to the longitudinal axis and the motor shaft is connected to the steering shaft mounted in the jacket unit via a coupling.
  • An actuator unit of similar construction is shown in EP 2 414 211 B1. In the embodiment described therein, the steering shaft itself forms the motor shaft of the electric motor, so that a more compact structure can be achieved.
  • the motor torque in the known designs described above must be specified precisely because of the direct coupling of the motor shaft to the steering shaft, which requires complex, fast and precise regulation of the motor current in the control unit.
  • relatively high control currents have to be provided in order to realize larger restoring torques. These requirements require a high level of control, so that the control unit has to be designed in a correspondingly complex manner.
  • suitable electric motors with sufficiently high motor torques have relatively large dimensions for the application of realistic restoring torques, which is contrary to a compact construction. It is the object of the invention to develop a feedback actuator for a compact steering device with a realistic simulation of the steering feel, which is designed to be as free of play as possible.
  • the invention thus relates to a feedback actuator for a steering device with direct drive, with an outer housing arrangement, comprising a steering spindle for coupling a motor shaft to a steering wheel, the steering spindle being mounted rotatably about its longitudinal axis in the housing arrangement and moving away from it Connection for the steering wheel extends to the motor shaft, a bearing for mounting the steering spindle, an optional friction element arranged along the longitudinal axis for generating a basic friction of the feedback actuator, a locking device arranged along the longitudinal axis for functions that have an active function Actuating torque greater than a defined steering torque of a motor require, an angle sensor system arranged along the longitudinal axis for determining the rotor position for the control of a motor and a motor arranged along the longitudinal axis with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in an activated operating mode condition of a vehicle.
  • a feedback actuator constructed in this way according to the invention offers a realistic simulation of the steering feel for motor vehicle drivers, the components being designed with as little play as possible with respect to one another.
  • the steering spindle can particularly preferably penetrate the bearing, the optional friction element, the locking device and the angle sensor system along its longitudinal axis, the steering spindle optionally also having a modular design.
  • the information on the arrangement along the longitudinal axis is to be understood starting from the steering wheel and analogously to a direction.
  • the feedback actuator can be designed without the friction element. For example, the This is the case when a friction torque from an engine mount is sufficient for basic friction.
  • the steering spindle can, for example, penetrate the bearing, the friction element, the locking device and the angle sensor system along its longitudinal axis, in particular with a plug-in connection design, in order thus to enable ideal cohesion of the particularly advantageously arranged components.
  • the motor shaft of the motor is preferably connected directly to an end of the steering spindle remote from the steering wheel.
  • the components are particularly advantageously arranged to the left spindle, but also to each other along the longitudinal axis to reduce unwanted play as possible.
  • the steering spindle can be acted upon by the friction element, the locking device and / or by the motor with a respectively required torque as a steering resistance.
  • This steering resistance is perceived accordingly by the motor vehicle driver during his steering operation.
  • the perceived steering resistance is composed of three sources for different types of steering resistance.
  • the friction element creates a basic friction and has the function that the steering wheel does not deflect in an uncontrolled manner with small steering lugs.
  • the steering resistance can preferably be passive due to the basic friction. This means that the steering resistance can be constant regardless of the driving situation.
  • the motor actively sets a defined steering torque when a vehicle is in the operating state. Active positioning here means that the angle position of the steering spindle's rotor position is measured in real time and the steering torque required at that moment is made available by the motor.
  • a locking device is provided for this purpose according to the invention.
  • the locking device is used, for example, in a counter body push-off situation.
  • the counter body push-off situation can be understood, for example, as the steering of a motor vehicle tire against an end face of a sidewalk, so that the motor vehicle driver perceives a stop. that can.
  • Another possible use of the locking device is the avoidance of an undesired turning of the steering wheel in the sense of accident prevention. Such situations can occur, for example, when the motor vehicle driver gets on or off.
  • the locking device for this application can, for example, be connected upstream of the angle sensor system in order to detect rotations of the steering spindle, so that the locking device could be activated in response to a steering movement.
  • the bearing can be configured, for example, as a roller bearing or as a plain bearing.
  • the housing arrangement is of modular design.
  • the housing arrangement can particularly preferably have a first housing element which surrounds at least the bearing and preferably also the friction element.
  • the housing arrangement can in particular have a second housing element which at least surrounds the locking device, the angle sensor system and the motor.
  • the friction element can be arranged in the second housing element.
  • Such a modular design enables the individual housing elements to be arranged so that they can be replaced easily.
  • the second housing element can be retrofitted in order to upgrade a motor vehicle from a conventional steering system to a steering system with the feedback actuator.
  • Such an arrangement also saves assembly costs directly on the motor vehicle, because the individual housing elements can be installed pre-assembled.
  • the value of the friction torque can be adjustable by the friction element.
  • different driving modes generate a different friction torque in order to give the motor vehicle driver a more realistic driving experience than the driving mode.
  • the basic friction can be at least passive, so that independent of the motor vehicle that is switched on or switched off, the motor vehicle driver can perceive a basic friction when he turns the steering wheel.
  • an active that is to say real-time-controlled, frictional torque can also be added when the motor vehicle is switched on.
  • a basic friction that can be perceived particularly realistically can result if a frictional moment due to the basic friction of the friction element is at least including 0.25 Nm and at most including 2 Nm, preferably 0.4 Nm.
  • the frictional moment can be applied by rolling and sliding friction.
  • Nm stands for Newton meters according to the teaching of this invention.
  • the perception of the steering behavior by the motor vehicle driver can be further increased if the steering torque in the switched-on operating state of the vehicle is 6 to 12 Nm, preferably 10 Nm.
  • the steering torque can vary in real time depending on the selected driving mode, such as comfortable or sporty.
  • the limitation to the aforementioned areas has the advantage that the longest possible service life of the motor can be achieved, the locking device designed accordingly in this regard being provided for steering resistances going beyond this.
  • the active actuating torque in the event of a counter body pressure situation on vehicle tires by the locking device is up to 40 Nm, preferably up to 30 Nm.
  • the invention further relates to a housing element for a feedback actuator, referred to above as the second housing element, with at least one of the aforementioned features, the housing element comprising at least the locking device, enclosing the angle sensor system and the motor according to at least one of the preceding features.
  • a housing element for a feedback actuator referred to above as the second housing element
  • the housing element comprising at least the locking device, enclosing the angle sensor system and the motor according to at least one of the preceding features.
  • a particular advantage of this configuration is that the housing element can be easily replaced.
  • a first housing part can be installed as standard.
  • the second housing element can be selected as a function of the configuration or order, it being possible, for example, to choose between a conventional steering arrangement and a housing element according to the invention.
  • the housing element can be used similarly to a cartridge. If a friction element is provided for the feedback actuator, this can optionally be either part of the first housing element or the second housing element.
  • FIG. 1 a schematic sectional view of a feedback actuator according to a preferred embodiment of the invention.
  • the invention therefore relates to a feedback actuator 10 for a steering device with direct drive, with an outer housing arrangement 12, comprising a steering spindle 14 for coupling a motor shaft to a steering wheel 16, the steering spindle 14 being rotatable about its longitudinal axis L in of the housing arrangement 12 and extends from its connection for the steering wheel 16 to the motor shaft, a bearing 18 for mounting the steering spindle 14, an optional friction element 20 arranged downstream of the bearing 18 along the longitudinal axis L for generating a basic friction of the Feedback actuator 10, a locking device 22 arranged downstream of the friction element 20 along the longitudinal axis L for functions that require an active actuating torque greater than a defined steering torque of a motor 26, an angle sensor system 24 arranged downstream of the locking device 22 along the longitudinal axis L for the purpose of determination the rotor position for r the control of a motor 26 and one of the angle sensor system 24 Motor 26 arranged subsequently along the longitudinal axis L with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in
  • a feedback actuator 10 constructed in this way according to the invention is compact and at the same time offers a realistic simulation of the steering feel for motor vehicle drivers, the components being designed with as little play as possible relative to one another.
  • the steering spindle 14 can penetrate the bearing 18, the friction element 20, the locking device 22 and the angle sensor system 24 along its longitudinal axis L, in particular with a plug-in connection design, in order thus to enable ideal cohesion of the particularly advantageously arranged components.
  • the motor shaft of the motor 16 is preferably connected directly to an end of the steering spindle 14 remote from the steering wheel.
  • the components are particularly advantageously arranged to the left spindle 14, but also to one another along the longitudinal axis L, in order to reduce undesired play as much as possible.
  • the steering spindle 14 can be acted upon by the friction element 20, by the locking device 22 and / or by the motor 26 with a respectively required torque as steering resistance.
  • This steering resistance is perceived accordingly by the motor vehicle driver during his steering operation.
  • the perceived steering resistance is composed of three sources for different types of steering resistance.
  • the friction element 20 creates a basic friction with a frictional torque and has the function that the steering wheel does not deflect uncontrollably when the steering is pressed lightly.
  • the steering resistance can preferably be passive due to the basic friction. This means that the steering resistance can be constant regardless of the driving situation.
  • the engine 26 causes an active setting of a defined steering torque in a switched-on operating state of a vehicle.
  • Active setting here means that the angle position of the steering spindle 14 measures the rotor position in real time and the steering torque required at that moment is made available by the motor 26. This allows a realistic steering resistance to be simulated in regular driving situations. In addition, other situations may require higher steering resistance.
  • a locking device 22 is provided according to the invention.
  • the locking device 22 is used, for example, in a counter body push-off situation.
  • a counter body push-off situation can be understood, for example, as the steering of a motor vehicle tire against an end face of a sidewalk, so that a stop can be perceived by the motor vehicle driver.
  • the locking device 22 Another possible use of the locking device 22 is to prevent the steering wheel from being accidentally turned away in the sense of accident prevention. Such situations can occur, for example, when the motor vehicle driver gets on or off. Some motorists tend to support themselves on the steering wheel when getting in or out. This load could be compensated for, for example, by the active actuating torque of the locking device 22.
  • the locking device 22 for this application can be preceded, for example, by the angle sensor system 24, in order to detect rotations of the steering spindle 14, so that the locking device 22 could be activated in response to a steering movement.
  • the bearing 18 can be configured, for example, as a roller bearing or as a sliding bearing. This is not shown in Fig. 1 because of its schematic character.
  • the housing arrangement 12 is of modular design.
  • the housing arrangement 12 can particularly preferably have a first housing element 28 which surrounds at least the bearing 18 and preferably also the friction element 20.
  • the housing arrangement 12 can in particular have a second housing element 30 which surrounds at least the locking device 22, the angle sensor system 24 and the motor 26.
  • the friction element 20 can be arranged in the second housing element 30.
  • Such a modular design enables the individual housing elements 28, 30 to be arranged so that they can be replaced easily.
  • the second housing element 30 can be retrofitted in order to upgrade a motor vehicle from a conventional steering system to a steering system with the feedback actuator 10. Such an arrangement also saves assembly costs directly on the motor vehicle, because the individual housing elements can be installed pre-assembled.
  • the value of the friction torque can be adjustable by the friction element (20). Varying requirements can thus be taken into account between different motor vehicle models.
  • different driving modes generate a different friction torque in order to give the motor vehicle driver a more realistic driving experience than the driving mode.
  • the basic friction can be at least passive, so that independent of the motor vehicle that is switched on or switched off, the motor vehicle driver can perceive a basic friction when he turns the steering wheel.
  • an active that is to say real-time-controlled, frictional torque can also be added when a motor vehicle is switched on.
  • a particularly realistically perceptible basic friction can result if a frictional moment due to the basic friction of the friction element 20 is at least including 0.25 Nm and at most including 2 Nm, preferably 0.4 Nm.
  • the moment of friction can be applied by rolling and sliding friction.
  • the perception of the steering behavior by the motor vehicle driver can be further increased if the steering torque in the switched-on operating state of the vehicle by the engine 26 is six to twelve Nm, preferably ten Nm.
  • the steering torque can vary in real time depending on the selected driving mode, whether comfortable or sporty.
  • the limitation to the above-mentioned areas has the advantage that the longest possible service life of the motor 26 can be achieved, the blocking device 22 designed accordingly in this regard being provided for steering resistances going beyond this.
  • the active actuating torque in the event of a counter body pressure situation on vehicle tires by the locking device 22 is up to forty Nm, preferably up to thirty Nm.
  • the invention further relates to a housing element for a feedback actuator 10, previously referred to as the second housing element 30, according to at least one of the aforementioned features, the housing element 30 comprising at least the blocking device 22, the angle sensor system 24 and the motor 26 according to at least one of the preceding Features encompassing.
  • a particular advantage of this embodiment is that the housing element 30 can be easily replaced.
  • a first housing part 28 can be installed as standard.
  • the second housing element 30 can be selected depending on the configuration or order, it being possible, for example, to choose between a conventional steering arrangement and a housing element 30 according to the invention.
  • the housing element 30 can be used similarly to a cartridge.
  • the friction element 20 can optionally either be a component of the first housing element 28 or the second housing element 30. 1, the friction element 20 is part of the first housing element 28.

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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

The invention relates to a feedback actuator (10) for a steering mechanism with a direct drive, having an outer housing arrangement (12), comprising a steering spindle (14) for coupling a motor shaft to a steering wheel (16), the steering spindle (14) being mounted in the housing arrangement (12) in such a way that it rotates about its longitudinal axis and extending from its connection for the steering wheel (16) to the motor shaft, a bearing (18) for mounting the steering spindle (14), an optional friction element (20) for producing a basic friction of the feedback actuator (10), a locking device (22) for functions that require an active adjusting torque greater than a defined steering torque of a motor (26), an angle sensor system (24) for determining the rotor position for regulating a motor (26), and a motor (26) having a motor shaft for actively adjusting a defined steering torque in an active operating state of a vehicle. The invention further relates to a housing element (30) for the feedback actuator (10). The invention provides a steering mechanism with a realistically stimulated steering feel, wherein the feedback actuator has as little clearance as possible.

Description

Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung mit Direktantrieb  Feedback actuator for a steering device with direct drive
Die Erfindung betrifft einen Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung mit Direktan- trieb. Solche Feedback-Aktuatoren werden insbesondere bei steer-by-wire- Lenksystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt. The invention relates to a feedback actuator for a steering device with direct drive. Such feedback actuators are used in particular in steer-by-wire steering systems for motor vehicles.
Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers wie konventionelle mechanische Lenkungen durch Drehung eines Lenkrades einer Eingabeeinheit entgegen. Dadurch wird die Drehung einer Lenkwelle bewirkt, die jedoch nicht mechanisch über das Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist, sondern mit Drehwinkel- bzw. Drehmomentsensoren zusammenwirkt, die den eingebrachten Lenkbefehl erfassen und ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenksteller abgeben, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt. Steer-by-wire steering systems for motor vehicles receive manual steering commands from the driver, like conventional mechanical steering systems, by rotating a steering wheel of an input unit. This causes the rotation of a steering shaft, which, however, is not mechanically connected to the wheels to be steered via the steering gear, but rather interacts with angle of rotation or torque sensors, which detect the steering command introduced and emit an electrical control signal determined therefrom to a steering actuator by means of of an electric actuator sets a corresponding steering angle of the wheels.
Bei steer-by-wire-Systemen erhält der Fahrer von den gelenkten Rädern keine unmit- telbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, welche bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmoment in Abhän- gigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände zum Lenkrad zurückgemeldet werden. Die fehlende haptische Rückmeldung erschwert dem Fahrer, aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenkbarkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden. In steer-by-wire systems, the driver does not receive any direct physical feedback from the steered wheels via the steering column, which in conventional mechanically coupled steering systems is a reaction or reset torque depending on the condition of the road surface, vehicle speed and the current situation Steering angle and other operating conditions are reported back to the steering wheel. The lack of haptic feedback makes it difficult for the driver to reliably record current driving situations and to carry out appropriate steering maneuvers, which impairs vehicle steerability and thus driving safety.
Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter wie Fahrzeugge- schwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen zu erfassen oder in einer Simulation zu berechnen, und aus diesen ein Rückkopplungs-Signal zu bilden, welches in einen Feedback-Aktuator eingespeist wird. Der Feedback-Aktuator ist in die Eingabeeinheit integriert und weist eine Aktuatoreinheit auf, die einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden Stellantrieb umfasst, und die abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rück- stellmoment (Feedbackmoment) über die Lenkwelle in das Lenkrad einkoppelt. Derar- tige„Force-feedback“-Systeme geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsi- tuation wie bei einer konventionellen Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert. To create a realistic driving experience, it is known in the prior art to record parameters such as vehicle speed, steering angle, steering reaction torque and the like from an actual current driving situation or to calculate them in a simulation and to generate a feedback signal from them. which is fed into a feedback actuator. The feedback actuator is integrated in the input unit and has an actuator unit that is a Manual actuator or steering wheel actuator serving actuator, and which, depending on the feedback signal, couples a return torque (feedback torque) corresponding to the real reaction torque via the steering shaft into the steering wheel. Such “force feedback” systems give the driver the impression of a real driving situation as with conventional steering, which facilitates an intuitive reaction.
Aus der DE 10 2008 036 730 A1 ist ein steer-by-wire-Lenksystem bekannt, mit einer Eingabeeinheit, die eine von einem Elektromotor angetriebene Aktuatoreinheit auf- weist. Der Elektromotor kann von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert wer- den, die in Abhängigkeit von Messwerten, welche die jeweilige Fahrsituation charakte- risieren, den Motorstrom einstellt. Die Motorwelle ist direkt mit der Lenkwelle gekup- pelt, somit ist das Motordrehmoment identisch mit dem in die Lenkwelle eingekoppel- ten Handmoment. Dabei ist der Elektromotor bezüglich der Längsachse axial an die Manteleinheit angeflanscht und die Motorwelle über eine Kupplung mit der in der Man- teleinheit gelagerten Lenkwelle verbunden. Eine gleichartig aufgebaute Aktuatorein- heit ist in der EP 2 414 211 B1 dargestellt. In der darin beschriebenen Ausführung bil- det die Lenkwelle selbst die Motorwelle des Elektromotors, sodass ein kompakterer Aufbau realisiert werden kann. A steer-by-wire steering system is known from DE 10 2008 036 730 A1, with an input unit which has an actuator unit driven by an electric motor. The electric motor can be controlled by an electronic control unit, which adjusts the motor current as a function of measured values that characterize the respective driving situation. The motor shaft is directly coupled to the steering shaft, so the motor torque is identical to the manual torque that is coupled into the steering shaft. The electric motor is flanged axially to the jacket unit with respect to the longitudinal axis and the motor shaft is connected to the steering shaft mounted in the jacket unit via a coupling. An actuator unit of similar construction is shown in EP 2 414 211 B1. In the embodiment described therein, the steering shaft itself forms the motor shaft of the electric motor, so that a more compact structure can be achieved.
Zur Beaufschlagung eines definierten Rückstellmoments im Lenkrad muss bei den vo- rangehend beschriebenen bekannten Ausführungen das Motordrehmoment wegen der direkten Kupplung der Motorwelle mit der Lenkwelle entsprechend genau vorge- geben werden, was eine aufwendige, schnelle und präzise Regelung des Motorstroms in der Steuereinheit erfordert. Hinzu kommt, dass zur Realisierung größerer Rück- stellmomente relativ hohe Steuerströme bereitgestellt werden müssen. Diese Anforde- rungen bedingen einen hohen Steuerungsaufwand, sodass die Steuereinheit entspre- chend aufwendig ausgelegt werden muss. Außerdem haben zur Beaufschlagung mit realistischen Rückstellmomenten geeignete Elektromotoren mit ausreichend hohen Motordrehmomenten relativ große Abmessungen, was einem kompakten Aufbau ent- gegensteht. Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Feedback-Aktuator für eine kompakte Lenk- einrichtung mit einem realistisch nachgebildeten Lenkgefühl zu entwickeln, die mög- lichst spielfrei ausgebildet ist. In order to apply a defined restoring torque in the steering wheel, the motor torque in the known designs described above must be specified precisely because of the direct coupling of the motor shaft to the steering shaft, which requires complex, fast and precise regulation of the motor current in the control unit. In addition, relatively high control currents have to be provided in order to realize larger restoring torques. These requirements require a high level of control, so that the control unit has to be designed in a correspondingly complex manner. In addition, suitable electric motors with sufficiently high motor torques have relatively large dimensions for the application of realistic restoring torques, which is contrary to a compact construction. It is the object of the invention to develop a feedback actuator for a compact steering device with a realistic simulation of the steering feel, which is designed to be as free of play as possible.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Feedback-Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. The object is achieved according to the invention by a feedback actuator having the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description, which can each represent an aspect of the invention, individually or in combination.
Die Erfindung betrifft somit einen Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung mit Di- rektantrieb, mit einer äußeren Gehäuseanordnung, umfassend eine Lenkspindel zur Kopplung einer Motorwelle mit einem Lenkrad, wobei die Lenkspindel um ihre Längs- achse drehbar in der Gehäuseanordnung gelagert ist und sich von ihrem Anschluss für das Lenkrad bis hin zur Motorwelle erstreckt, ein Lager zur Lagerung der Lenk- spindel, ein optionales, entlang der Längsachse angeordnetes Reibelement zur Er- zeugung einer Grundreibung des Feedback-Aktuators, eine entlang der Längsachse angeordnete Sperrvorrichtung für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment eines Motors erfordern, ein entlang der Längsachse an- geordnetes Winkelsensorsystem zur Ermittlung der Rotorlage für die Regelung eines Motors und einen entlang der Längsachse angeordneter Motor mit einer Motorwelle zum aktiven Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Be- triebszustand eines Fahrzeugs. The invention thus relates to a feedback actuator for a steering device with direct drive, with an outer housing arrangement, comprising a steering spindle for coupling a motor shaft to a steering wheel, the steering spindle being mounted rotatably about its longitudinal axis in the housing arrangement and moving away from it Connection for the steering wheel extends to the motor shaft, a bearing for mounting the steering spindle, an optional friction element arranged along the longitudinal axis for generating a basic friction of the feedback actuator, a locking device arranged along the longitudinal axis for functions that have an active function Actuating torque greater than a defined steering torque of a motor require, an angle sensor system arranged along the longitudinal axis for determining the rotor position for the control of a motor and a motor arranged along the longitudinal axis with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in an activated operating mode condition of a vehicle.
Ein derart erfindungsgemäß aufgebauter Feedback-Aktuator bietet ein realistisch nachgebildetes Lenkgefühl für Kraftfahrzeugfahrer, wobei die Komponenten möglichst spielfrei zueinander ausgebildet sind. A feedback actuator constructed in this way according to the invention offers a realistic simulation of the steering feel for motor vehicle drivers, the components being designed with as little play as possible with respect to one another.
Besonders bevorzugt kann die Lenkspindel das Lager, das optionale Reibelement, die Sperrvorrichtung und das Winkelsensorsystem entlang ihrer Längsachse durchdrin- gen, wobei die Lenkspindel optional auch modular ausgebildet sein kann. Die Anga- ben zur Anordnung entlang der Längsachse sind ausgehend vom Lenkrad und analog zu einer Richtungsangabe zu verstehen. Optional, also beispielhaft kann der Feed- back-Aktuator ohne das Reibelement ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn ein Reibmoment aus einer Motorlagerung ausreichend ist für eine Grundreibung. The steering spindle can particularly preferably penetrate the bearing, the optional friction element, the locking device and the angle sensor system along its longitudinal axis, the steering spindle optionally also having a modular design. The information on the arrangement along the longitudinal axis is to be understood starting from the steering wheel and analogously to a direction. Optionally, that is to say by way of example, the feedback actuator can be designed without the friction element. For example, the This is the case when a friction torque from an engine mount is sufficient for basic friction.
Die Lenkspindel kann beispielsweise das Lager, das Reibelement, die Sperrvorrich- tung und das Winkelsensorsystem entlang ihrer Längsachse insbesondere mit einer Steckverbindungsausführung durchdringen, um somit einen idealen Zusammenhalt der besonders vorteilhaft angeordneten Komponenten zu ermöglichen. Die Motorwelle des Motors ist vorzugsweise unmittelbar mit einem dem Lenkrad entfernten Ende der Lenkspindel verbunden. Die Komponenten sind insbesondere vorteilhaft zu der Linkspindel, aber auch zueinander entlang der Längsachse vorteilhaft angeordnet, um ein unerwünschtes Spiel möglichst zu reduzieren. The steering spindle can, for example, penetrate the bearing, the friction element, the locking device and the angle sensor system along its longitudinal axis, in particular with a plug-in connection design, in order thus to enable ideal cohesion of the particularly advantageously arranged components. The motor shaft of the motor is preferably connected directly to an end of the steering spindle remote from the steering wheel. The components are particularly advantageously arranged to the left spindle, but also to each other along the longitudinal axis to reduce unwanted play as possible.
Somit kann die Lenkspindel jeweils vom Reibelement, von der Sperrvorrichtung und/oder von dem Motor mit einem jeweilig erforderlichen Drehmoment als Lenkwi- derstand beaufschlagt werden. Dieser Lenkwiderstand wird vom Kraftfahrzeugfahrer während seines Lenkvorgangs entsprechend wahrgenommen. Dabei wird der wahr- genommene Lenkwiderstand aus drei Quellen für unterschiedliche Arten von Lenkwi- derstand zusammengesetzt. Das Reibelement bewirkt eine Grundreibung und hat die Funktion, dass das Lenkrad bei kleinen Lenkanstößen nicht unkontrolliert ablenkt. Vorzugsweise kann der Lenkwiderstand durch die Grundreibung passiv vorhanden sein. Dies bedeutet, dass der Lenkwiderstand unabhängig von der Fahrsituation kon- stant vorhanden sein kann. Der Motor bewirkt ein aktives Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs. Aktives Stellen bedeutet hierbei, dass durch das Winkelsensorsystem die Rotorlage der Lenk- spindel in Echtzeit gemessen und das in dem Moment erforderliche Lenkmoment durch den Motor zur Verfügung gestellt wird. Somit kann ein realistischer Lenkwider- stand in regulären Fahrsituationen simuliert werden. Zudem können weitere Situatio- nen einen höheren Lenkwiderstand erfordern. Um den Verschleiß des Motors mög- lichst gering zu halten, ist erfindungsgemäß hierfür eine Sperrvorrichtung vorgesehen. Die Sperrvorrichtung wird beispielsweise bei einer Gegenkörperabdrücksituation ein- gesetzt. Im Sinne der Erfindung kann als Gegenkörperabdrücksituation beispielsweise das Lenken eines Kraftfahrzeugreifens gegen eine Stirnfläche eines Bürgersteigs ver- standen werden, sodass vom Kraftfahrzeugfahrer ein Anschlag wahrgenommen wer- den kann. Ein weiterer möglicher Einsatz der Sperrvorrichtung ist die Vermeidung ei- nes unerwünschten Wegdrehens des Lenkrads im Sinne einer Unfallprävention. Sol- che Situationen können beispielsweise beim Einsteigen oder Aussteigen durch den Kraftfahrzeugfahrer erfolgen. Manche Kraftfahrzeugfahrer neigen dazu, sich beim Ein- oder Aussteigen am Lenkrad abzustützen. Ebendiese Belastung könnte beispielswei- se durch das aktive Stellmoment der Sperrvorrichtung ausgeglichen werden. Aus Energie- beziehungsweise Kosteneffizienzgründen kann der Sperrvorrichtung für die- se Anwendung beispielhaft das Winkelsensorsystem vorgeschaltet sein, um Drehun- gen der Lenkspindel zu detektieren, sodass die Sperrvorrichtung in Reaktion auf eine Lenkbewegung aktiviert werden könnte. Thus, the steering spindle can be acted upon by the friction element, the locking device and / or by the motor with a respectively required torque as a steering resistance. This steering resistance is perceived accordingly by the motor vehicle driver during his steering operation. The perceived steering resistance is composed of three sources for different types of steering resistance. The friction element creates a basic friction and has the function that the steering wheel does not deflect in an uncontrolled manner with small steering lugs. The steering resistance can preferably be passive due to the basic friction. This means that the steering resistance can be constant regardless of the driving situation. The motor actively sets a defined steering torque when a vehicle is in the operating state. Active positioning here means that the angle position of the steering spindle's rotor position is measured in real time and the steering torque required at that moment is made available by the motor. This enables a realistic steering resistance to be simulated in regular driving situations. In addition, other situations may require higher steering resistance. In order to keep the wear of the engine as low as possible, a locking device is provided for this purpose according to the invention. The locking device is used, for example, in a counter body push-off situation. In the sense of the invention, the counter body push-off situation can be understood, for example, as the steering of a motor vehicle tire against an end face of a sidewalk, so that the motor vehicle driver perceives a stop. that can. Another possible use of the locking device is the avoidance of an undesired turning of the steering wheel in the sense of accident prevention. Such situations can occur, for example, when the motor vehicle driver gets on or off. Some motorists tend to support themselves on the steering wheel when getting in or out. This load could be compensated for, for example, by the active actuating torque of the locking device. For reasons of energy or cost efficiency, the locking device for this application can, for example, be connected upstream of the angle sensor system in order to detect rotations of the steering spindle, so that the locking device could be activated in response to a steering movement.
Das Lager kann beispielsweise als Wälzlager oder als Gleitlager ausgestaltet sein. The bearing can be configured, for example, as a roller bearing or as a plain bearing.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Gehäuseanordnung modular ausgebil- det ist. Dabei kann die Gehäuseanordnung besonders bevorzugt ein erstes Gehäu- seelement aufweisen, das mindestens das Lager und vorzugsweise auch das Reibe- lement umgibt. Weiterhin kann die Gehäuseanordnung insbesondere ein zweites Ge- häuseelement aufweisen, das mindestens die Sperrvorrichtung, das Winkelsensorsys- tem und den Motor umgibt. Alternativ kann das Reibelement im zweiten Gehäuseele- ment angeordnet sein. Eine solche modulare Ausgestaltung ermöglicht, dass die ein- zelnen Gehäuseelemente leicht austauschbar angeordnet sein können. So kann ins- besondere das zweite Gehäuseelement nachrüstbar sein, um ein Kraftfahrzeug von einem konventionellen Lenksystem auf ein Lenksystem mit dem Feedback-Aktuator aufzurüsten. Ebenso erspart eine solche Anordnung Montagekosten unmittelbar am Kraftfahrzeug, weil die einzelnen Gehäuseelemente vormontiert eingebaut werden können. It can preferably be provided that the housing arrangement is of modular design. The housing arrangement can particularly preferably have a first housing element which surrounds at least the bearing and preferably also the friction element. Furthermore, the housing arrangement can in particular have a second housing element which at least surrounds the locking device, the angle sensor system and the motor. Alternatively, the friction element can be arranged in the second housing element. Such a modular design enables the individual housing elements to be arranged so that they can be replaced easily. In particular, the second housing element can be retrofitted in order to upgrade a motor vehicle from a conventional steering system to a steering system with the feedback actuator. Such an arrangement also saves assembly costs directly on the motor vehicle, because the individual housing elements can be installed pre-assembled.
Insbesondere kann der Wert des Reibungsmoments durch das Reibelement einsteil- bar sein. Somit können zwischen unterschiedlichen Kraftfahrzeugmodellen variierende Erfordernisse berücksichtigt werden. Optional kann vorgesehen sein, dass unter- schiedliche Fahrmodi ein anderes Reibungsmoment erzeugen, um dem Kraftfahr- zeugfahrer ein dem Fahrmodus realistischeres Fahrgefühl zu vermitteln. Insbesondere kann die Grundreibung zumindest passiv sein, sodass unabhängig vom eingeschalteten oder ausgeschalteten Kraftfahrzeug eine Grundreibung vom Kraft- fahrzeugfahrer wahrgenommen werden kann, wenn er das Lenkrad dreht. Beispiels- weise bei einer elektromagnetischen Ausführung des Reibelements kann bei einem eingeschalteten Kraftfahrzeug zusätzlich ein aktives, also echtzeitgeregeltes Rei- bungsmoment hinzukommen. In particular, the value of the friction torque can be adjustable by the friction element. Thus, varying requirements can be taken into account between different motor vehicle models. It can optionally be provided that different driving modes generate a different friction torque in order to give the motor vehicle driver a more realistic driving experience than the driving mode. In particular, the basic friction can be at least passive, so that independent of the motor vehicle that is switched on or switched off, the motor vehicle driver can perceive a basic friction when he turns the steering wheel. For example, in the case of an electromagnetic design of the friction element, an active, that is to say real-time-controlled, frictional torque can also be added when the motor vehicle is switched on.
Ein besonders realistisch wahrnehmbare Grundreibung kann sich ergeben, wenn ein Reibungsmoment durch die Grundreibung des Reibelements mindestens einschließ- lich 0,25 Nm und höchstens einschließlich 2 Nm, vorzugsweise 0,4 Nm beträgt. Bei- spielsweise kann das Reibungsmoment durch Roll- und Gleitreibung aufgebracht werden. A basic friction that can be perceived particularly realistically can result if a frictional moment due to the basic friction of the friction element is at least including 0.25 Nm and at most including 2 Nm, preferably 0.4 Nm. For example, the frictional moment can be applied by rolling and sliding friction.
Die Abkürzung Nm steht nach Lehre dieser Erfindung für Newtonmeter. The abbreviation Nm stands for Newton meters according to the teaching of this invention.
Weiterhin lässt sich die Wahrnehmung des Lenkverhaltens durch den Kraftfahrzeug- fahrer weiter erhöhen, wenn das Lenkmoment im eingeschalteten Betriebszustand des Fahrzeugs durch den Motor 6 bis 12 Nm, vorzugsweise 10 Nm beträgt. Das Lenkmoment kann in Echtzeit abhängig vom ausgewählten Fahrmodus, etwa komfor- tabel oder sportlich, variieren. Furthermore, the perception of the steering behavior by the motor vehicle driver can be further increased if the steering torque in the switched-on operating state of the vehicle is 6 to 12 Nm, preferably 10 Nm. The steering torque can vary in real time depending on the selected driving mode, such as comfortable or sporty.
Die Limitierung auf die vorgenannten Bereiche hat den Vorteil, dass eine möglichst lange Lebensdauer des Motors erzielt werden kann, wobei für darüber hinausgehende Lenkwiderstände die entsprechend diesbezüglich ausgelegte Sperrvorrichtung vorge- sehen ist. The limitation to the aforementioned areas has the advantage that the longest possible service life of the motor can be achieved, the locking device designed accordingly in this regard being provided for steering resistances going beyond this.
So ist insbesondere vorgesehen, dass das aktive Stellmoment im Falle einer Gegen- körperabdrücksituation an Fahrzeugreifen durch die Sperrvorrichtung bis zu 40 Nm, vorzugsweise bis zu 30 Nm beträgt. In particular, it is provided that the active actuating torque in the event of a counter body pressure situation on vehicle tires by the locking device is up to 40 Nm, preferably up to 30 Nm.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein vorstehend als zweites Gehäuseelement bezeich- netes Gehäuseelement für einen Feedback-Aktuator mit mindestens einem der vor- genannten Merkmale, wobei das Gehäuseelement mindestens die Sperrvorrichtung, das Winkelsensorsystem und den Motor nach mindestens einem der vorhergehenden Merkmale umschließend aufweist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung ist hierbei, dass das Gehäuseelement leicht ausgetauscht werden kann. Bei der Fahr- zeugproduktion kann beispielsweise ein erstes Gehäuseteil standardmäßig montiert werden. Das zweite Gehäuseelement kann abhängig von der Konfiguration bezie- hungsweise Bestellung ausgewählt werden, wobei beispielhaft zwischen einer übli- chen Lenkanordnung und einem erfindungsgemäßen Gehäuseelement gewählt wer- den kann. Insbesondere kann das Gehäuseelement ähnlich wie eine Patrone einge- setzt werden. Sofern ein Reibelement für den Feedback-Aktuator vorgesehen ist, kann dieses optional entweder Bestandteil des ersten Gehäuseelements oder des zweiten Gehäuseelements sein. The invention further relates to a housing element for a feedback actuator, referred to above as the second housing element, with at least one of the aforementioned features, the housing element comprising at least the locking device, enclosing the angle sensor system and the motor according to at least one of the preceding features. A particular advantage of this configuration is that the housing element can be easily replaced. In vehicle production, for example, a first housing part can be installed as standard. The second housing element can be selected as a function of the configuration or order, it being possible, for example, to choose between a conventional steering arrangement and a housing element according to the invention. In particular, the housing element can be used similarly to a cartridge. If a friction element is provided for the feedback actuator, this can optionally be either part of the first housing element or the second housing element.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung an- hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nach- folgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt: In the following, the invention is explained by way of example with reference to the attached drawing using a preferred exemplary embodiment, the features shown below being able to represent an aspect of the invention both individually and in combination. It shows:
Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht eines Feedback-Aktuators gemäß einer be- vorzugten Ausführungsform der Erfindung. 1: a schematic sectional view of a feedback actuator according to a preferred embodiment of the invention.
Die Erfindung betrifft somit gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel einen Feedback-Aktuator 10 für eine Lenkeinrichtung mit Direktantrieb, mit einer äußeren Gehäuseanordnung 12, umfassend eine Lenkspindel 14 zur Kopplung einer Motorwel- le mit einem Lenkrad 16, wobei die Lenkspindel 14 um ihre Längsachse L drehbar in der Gehäuseanordnung 12 gelagert ist und sich von ihrem Anschluss für das Lenkrad 16 bis hin zur Motorwelle erstreckt, ein Lager 18 zur Lagerung der Lenkspindel 14, ein optionales, dem Lager 18 entlang der Längsachse L nachfolgend angeordnetes Rei- belement 20 zur Erzeugung einer Grundreibung des Feedback-Aktuators 10, eine dem Reibelement 20 entlang der Längsachse L nachfolgend angeordnete Sperrvor- richtung 22 für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment eines Motors 26 erfordern, ein der Sperrvorrichtung 22 entlang der Längsachse L nachfolgend angeordnetes Winkelsensorsystem 24 zur Ermittlung der Rotorlage für die Regelung eines Motors 26 und einen dem Winkelsensorsystem 24 entlang der Längsachse L nachfolgend angeordneter Motor 26 mit einer Motorwelle zum aktiven Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Be- triebszustand eines Fahrzeugs, wobei die Lenkspindel 14 beispielsweise das Lager 18, das optionale Reibelement 20, die Sperrvorrichtung 22 und das Winkelsensorsys- tem 24 entlang ihrer Längsachse L durchdringt. Die Angaben zur Anordnung entlang der Längsachse L sind ausgehend vom Lenkrad 16 und analog zu einer Richtungsan- gabe zu verstehen. Dabei ist die vorgenannte Anordnungsreihenfolge der Komponen- ten bevorzugt. Möglich ist auch, dass nur einzelne Komponenten wie oben genannt zueinander angeordnet sind. According to an exemplary embodiment, the invention therefore relates to a feedback actuator 10 for a steering device with direct drive, with an outer housing arrangement 12, comprising a steering spindle 14 for coupling a motor shaft to a steering wheel 16, the steering spindle 14 being rotatable about its longitudinal axis L in of the housing arrangement 12 and extends from its connection for the steering wheel 16 to the motor shaft, a bearing 18 for mounting the steering spindle 14, an optional friction element 20 arranged downstream of the bearing 18 along the longitudinal axis L for generating a basic friction of the Feedback actuator 10, a locking device 22 arranged downstream of the friction element 20 along the longitudinal axis L for functions that require an active actuating torque greater than a defined steering torque of a motor 26, an angle sensor system 24 arranged downstream of the locking device 22 along the longitudinal axis L for the purpose of determination the rotor position for r the control of a motor 26 and one of the angle sensor system 24 Motor 26 arranged subsequently along the longitudinal axis L with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in a switched-on operating state of a vehicle, the steering spindle 14, for example, along the bearing 18, the optional friction element 20, the locking device 22 and the angle sensor system 24 penetrates its longitudinal axis L. The information on the arrangement along the longitudinal axis L is to be understood starting from the steering wheel 16 and analogously to a direction. The order in which the components are arranged is preferred. It is also possible that only individual components are arranged with respect to one another as mentioned above.
Ein derart erfindungsgemäß aufgebauter Feedback-Aktuator 10 ist kompakt aufgebaut und bietet gleichzeitig ein realistisch nachgebildetes Lenkgefühl für Kraftfahrzeugfah- rer, wobei die Komponenten möglichst spielfrei zueinander ausgebildet sind. A feedback actuator 10 constructed in this way according to the invention is compact and at the same time offers a realistic simulation of the steering feel for motor vehicle drivers, the components being designed with as little play as possible relative to one another.
Die Lenkspindel 14 kann das Lager 18, das Reibelement 20, die Sperrvorrichtung 22 und das Winkelsensorsystem 24 entlang ihrer Längsachse L insbesondere mit einer Steckverbindungsausführung durchdringen, um somit einen idealen Zusammenhalt der besonders vorteilhaft angeordneten Komponenten zu ermöglichen. Die Motorwelle des Motors 16 ist vorzugsweise unmittelbar mit einem dem Lenkrad entfernten Ende der Lenkspindel 14 verbunden. Die Komponenten sind insbesondere vorteilhaft zu der Linkspindel 14, aber auch zueinander entlang der Längsachse L vorteilhaft angeord- net, um ein unerwünschtes Spiel möglichst zu reduzieren. The steering spindle 14 can penetrate the bearing 18, the friction element 20, the locking device 22 and the angle sensor system 24 along its longitudinal axis L, in particular with a plug-in connection design, in order thus to enable ideal cohesion of the particularly advantageously arranged components. The motor shaft of the motor 16 is preferably connected directly to an end of the steering spindle 14 remote from the steering wheel. The components are particularly advantageously arranged to the left spindle 14, but also to one another along the longitudinal axis L, in order to reduce undesired play as much as possible.
Somit kann die Lenkspindel 14 jeweils vom Reibelement 20, von der Sperrvorrichtung 22 und/oder von dem Motor 26 mit einem jeweilig erforderlichen Drehmoment als Lenkwiderstand beaufschlagt werden. Dieser Lenkwiderstand wird vom Kraftfahrzeug- fahrer während seines Lenkvorgangs entsprechend wahrgenommen. Dabei wird der wahrgenommene Lenkwiderstand aus drei Quellen für unterschiedliche Arten von Lenkwiderstand zusammengesetzt. Das Reibelement 20 bewirkt mit einem Rei- bungsmoment eine Grundreibung und hat die Funktion, dass das Lenkrad bei kleinen Lenkanstößen nicht unkontrolliert ablenkt. Vorzugsweise kann der Lenkwiderstand durch die Grundreibung passiv vorhanden sein. Dies bedeutet, dass der Lenkwider- stand unabhängig von der Fahrsituation konstant vorhanden sein kann. Der Motor 26 bewirkt ein aktives Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs. Aktives Stellen bedeutet hierbei, dass durch das Winkelsensorsystem 24 die Rotorlage der Lenkspindel 14 in Echtzeit gemessen und das in dem Moment erforderliche Lenkmoment durch den Motor 26 zur Verfügung ge- stellt wird. Somit kann ein realistischer Lenkwiderstand in regulären Fahrsituationen simuliert werden. Zudem können weitere Situationen einen höheren Lenkwiderstand erfordern. Um den Verschleiß des Motors möglichst gering zu halten, ist erfindungs- gemäß hierfür eine Sperrvorrichtung 22 vorgesehen. Die Sperrvorrichtung 22 wird beispielsweise bei einer Gegenkörperabdrücksituation eingesetzt. Im Sinne der Erfin- dung kann als Gegenkörperabdrücksituation beispielsweise das Lenken eines Kraft- fahrzeugreifens gegen eine Stirnfläche eines Bürgersteigs verstanden werden, sodass vom Kraftfahrzeugfahrer ein Anschlag wahrgenommen werden kann. Ein weiterer möglicher Einsatz der Sperrvorrichtung 22 ist die Vermeidung eines versehentlichen Wegdrehens des Lenkrads im Sinne einer Unfallprävention. Solche Situationen kön- nen beispielsweise beim Einsteigen oder Aussteigen durch den Kraftfahrzeugfahrer erfolgen. Manche Kraftfahrzeugfahrer neigen dazu, sich beim Ein- oder Aussteigen am Lenkrad abzustützen. Ebendiese Belastung könnte beispielsweise durch das akti- ve Stellmoment der Sperrvorrichtung 22 ausgeglichen werden. Aus Energie- bezie- hungsweise Kosteneffizienzgründen kann der Sperrvorrichtung 22 für diese Anwen- dung beispielhaft das Winkelsensorsystem 24 vorgeschaltet sein, um Drehungen der Lenkspindel 14zu detektieren, sodass die Sperrvorrichtung 22 in Reaktion auf eine Lenkbewegung aktiviert werden könnte. Thus, the steering spindle 14 can be acted upon by the friction element 20, by the locking device 22 and / or by the motor 26 with a respectively required torque as steering resistance. This steering resistance is perceived accordingly by the motor vehicle driver during his steering operation. The perceived steering resistance is composed of three sources for different types of steering resistance. The friction element 20 creates a basic friction with a frictional torque and has the function that the steering wheel does not deflect uncontrollably when the steering is pressed lightly. The steering resistance can preferably be passive due to the basic friction. This means that the steering resistance can be constant regardless of the driving situation. The engine 26 causes an active setting of a defined steering torque in a switched-on operating state of a vehicle. Active setting here means that the angle position of the steering spindle 14 measures the rotor position in real time and the steering torque required at that moment is made available by the motor 26. This allows a realistic steering resistance to be simulated in regular driving situations. In addition, other situations may require higher steering resistance. In order to keep the wear of the engine as low as possible, a locking device 22 is provided according to the invention. The locking device 22 is used, for example, in a counter body push-off situation. In the sense of the invention, a counter body push-off situation can be understood, for example, as the steering of a motor vehicle tire against an end face of a sidewalk, so that a stop can be perceived by the motor vehicle driver. Another possible use of the locking device 22 is to prevent the steering wheel from being accidentally turned away in the sense of accident prevention. Such situations can occur, for example, when the motor vehicle driver gets on or off. Some motorists tend to support themselves on the steering wheel when getting in or out. This load could be compensated for, for example, by the active actuating torque of the locking device 22. For energy or cost efficiency reasons, the locking device 22 for this application can be preceded, for example, by the angle sensor system 24, in order to detect rotations of the steering spindle 14, so that the locking device 22 could be activated in response to a steering movement.
Das Lager 18 kann beispielsweise als Wälzlager oder als Gleitlager ausgestaltet sein. Dies ist in Fig. 1 wegen ihres schematischen Charakters nicht näher dargestellt. The bearing 18 can be configured, for example, as a roller bearing or as a sliding bearing. This is not shown in Fig. 1 because of its schematic character.
Vorzugsweise kann, wie in Fig. 1 dargestellt, vorgesehen sein, dass die Gehäusean- ordnung 12 modular ausgebildet ist. Dabei kann die Gehäuseanordnung 12 beson- ders bevorzugt ein erstes Gehäuseelement 28 aufweisen, das mindestens das Lager 18 und vorzugsweise auch das Reibelement 20 umgibt. Weiterhin kann die Gehäuse- anordnung 12 insbesondere ein zweites Gehäuseelement 30 aufweisen, das mindes- tens die Sperrvorrichtung 22, das Winkelsensorsystem 24 und den Motor 26 umgibt. Alternativ, jedoch nicht näher dargestellt, kann das Reibelement 20 im zweiten Ge- häuseelement 30 angeordnet sein. Eine solche modulare Ausgestaltung ermöglicht, dass die einzelnen Gehäuseelemente 28, 30 leicht austauschbar angeordnet sein können. So kann insbesondere das zweite Gehäuseelement 30 nachrüstbar sein, um ein Kraftfahrzeug von einem konventionellen Lenksystem auf ein Lenksystem mit dem Feedback-Aktuator 10 aufzurüsten. Ebenso erspart eine solche Anordnung Montage- kosten unmittelbar am Kraftfahrzeug, weil die einzelnen Gehäuseelemente vormon- tiert eingebaut werden können. As shown in FIG. 1, it can preferably be provided that the housing arrangement 12 is of modular design. The housing arrangement 12 can particularly preferably have a first housing element 28 which surrounds at least the bearing 18 and preferably also the friction element 20. Furthermore, the housing arrangement 12 can in particular have a second housing element 30 which surrounds at least the locking device 22, the angle sensor system 24 and the motor 26. Alternatively, but not shown in detail, the friction element 20 can be arranged in the second housing element 30. Such a modular design enables the individual housing elements 28, 30 to be arranged so that they can be replaced easily. In particular, the second housing element 30 can be retrofitted in order to upgrade a motor vehicle from a conventional steering system to a steering system with the feedback actuator 10. Such an arrangement also saves assembly costs directly on the motor vehicle, because the individual housing elements can be installed pre-assembled.
Insbesondere kann der Wert des Reibungsmoments durch das Reibelement (20) ein- stellbar sein. Somit können zwischen unterschiedlichen Kraftfahrzeugmodellen variie- rende Erfordernisse berücksichtigt werden. Optional kann vorgesehen sein, dass un- terschiedliche Fahrmodi ein anderes Reibungsmoment erzeugen, um dem Kraftfahr- zeugfahrer ein dem Fahrmodus realistischeres Fahrgefühl zu vermitteln. In particular, the value of the friction torque can be adjustable by the friction element (20). Varying requirements can thus be taken into account between different motor vehicle models. Optionally, it can be provided that different driving modes generate a different friction torque in order to give the motor vehicle driver a more realistic driving experience than the driving mode.
Insbesondere kann die Grundreibung zumindest passiv sein, sodass unabhängig vom eingeschalteten oder ausgeschalteten Kraftfahrzeug eine Grundreibung vom Kraft- fahrzeugfahrer wahrgenommen werden kann, wenn er das Lenkrad dreht. Beispiels- weise bei einer elektromagnetischen Ausführung des Reibelements 20 kann bei ei- nem eingeschalteten Kraftfahrzeug zusätzlich ein aktives, also echtzeitgeregeltes Reibungsmoment hinzukommen. In particular, the basic friction can be at least passive, so that independent of the motor vehicle that is switched on or switched off, the motor vehicle driver can perceive a basic friction when he turns the steering wheel. For example, in the case of an electromagnetic design of the friction element 20, an active, that is to say real-time-controlled, frictional torque can also be added when a motor vehicle is switched on.
Eine besonders realistisch wahrnehmbare Grundreibung kann sich ergeben, wenn ein Reibungsmoment durch die Grundreibung des Reibelements 20 mindestens ein- schließlich 0,25 Nm und höchstens einschließlich 2 Nm, vor-zugsweise 0,4 Nm be- trägt. Beispielsweise kann das Reibungsmoment durch Roll- und Gleitreibung aufge- bracht werden. A particularly realistically perceptible basic friction can result if a frictional moment due to the basic friction of the friction element 20 is at least including 0.25 Nm and at most including 2 Nm, preferably 0.4 Nm. For example, the moment of friction can be applied by rolling and sliding friction.
Weiterhin lässt sich die Wahrnehmung des Lenkverhaltens durch den Kraftfahrzeug- fahrer weiter erhöhen, wenn das Lenkmoment im eingeschalteten Betriebszustand des Fahrzeugs durch den Motor 26 sechs bis zwölf Nm, vorzugsweise zehn Nm be- trägt. Das Lenkmoment kann in Echtzeit abhängig vom ausgewählten Fahrmodus, et- wa komfortabel oder sportlich, variieren. Die Limitierung auf die vorgenannten Bereiche hat den Vorteil, dass eine möglichst lange Lebensdauer des Motors 26 erzielt werden kann, wobei für darüber hinaus- gehende Lenkwiderstände die entsprechend diesbezüglich ausgelegte Sperrvorrich- tung 22 vorgesehen ist. Furthermore, the perception of the steering behavior by the motor vehicle driver can be further increased if the steering torque in the switched-on operating state of the vehicle by the engine 26 is six to twelve Nm, preferably ten Nm. The steering torque can vary in real time depending on the selected driving mode, whether comfortable or sporty. The limitation to the above-mentioned areas has the advantage that the longest possible service life of the motor 26 can be achieved, the blocking device 22 designed accordingly in this regard being provided for steering resistances going beyond this.
So ist insbesondere vorgesehen, dass das aktive Stellmoment im Falle einer Gegen- körperabdrücksituation an Fahrzeugreifen durch die Sperrvorrichtung 22 bis zu vierzig Nm, vorzugsweise bis zu dreißig Nm beträgt. In particular, it is provided that the active actuating torque in the event of a counter body pressure situation on vehicle tires by the locking device 22 is up to forty Nm, preferably up to thirty Nm.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein zuvor als zweites Gehäuseelement 30 bezeichne- tes Gehäuseelement für einen Feedback-Aktuator 10 nach mindestens einem der vorgenannten Merkmale, wobei das Gehäuseelement 30 mindestens die Sperrvorrich- tung 22, das Winkelsensorsystem 24 und den Motor 26 nach mindestens einem der vorhergehenden Merkmale umschließend aufweist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung ist hierbei, dass das Gehäuseelement 30 leicht ausgetauscht werden kann. Bei der Fahrzeugproduktion kann beispielsweise ein erstes Gehäuseteil 28 standardmäßig montiert werden. Das zweite Gehäuseelement 30 kann abhängig von der Konfiguration beziehungsweise Bestellung ausgewählt werden, wobei beispielhaft zwischen einer üblichen Lenkanordnung und einem erfindungsgemäßen Gehäusee- lement 30 gewählt werden kann. Insbesondere kann das Gehäuseelement 30 ähnlich wie eine Patrone eingesetzt werden. Dabei kann das Reibelement 20 optional entwe- der Bestandteil des ersten Gehäuseelements 28 oder des zweiten Gehäuseelements 30 sein. Gemäß Fig. 1 ist das Reibelement 20 Bestandteil des ersten Gehäuseele- ments 28. The invention further relates to a housing element for a feedback actuator 10, previously referred to as the second housing element 30, according to at least one of the aforementioned features, the housing element 30 comprising at least the blocking device 22, the angle sensor system 24 and the motor 26 according to at least one of the preceding Features encompassing. A particular advantage of this embodiment is that the housing element 30 can be easily replaced. In vehicle production, for example, a first housing part 28 can be installed as standard. The second housing element 30 can be selected depending on the configuration or order, it being possible, for example, to choose between a conventional steering arrangement and a housing element 30 according to the invention. In particular, the housing element 30 can be used similarly to a cartridge. The friction element 20 can optionally either be a component of the first housing element 28 or the second housing element 30. 1, the friction element 20 is part of the first housing element 28.
Bezuqszeichenliste Reference list
10 Feedback-Aktuator 10 feedback actuator
12 Gehäuseanordnung 12 Housing arrangement
14 Lenkspindel 14 steering spindle
16 Lenkrad 16 steering wheel
18 Lager 18 bearings
20 Reibelement 20 friction element
22 Sperrvorrichtung 22 locking device
24 Winkelsensorsystem 24 angle sensor system
26 Motor 26 engine
28 Erstes Gehäuseelement  28 First housing element
30 Zweites Gehäuseelement  30 Second housing element
L Längsachse L longitudinal axis

Claims

Patentansprüche claims
1. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung mit Direktantrieb, mit einer äußeren Gehäuseanordnung (12), umfassend 1. Feedback actuator (10) for a steering device with direct drive, with an outer housing arrangement (12), comprising
- eine Lenkspindel (14) zur Kopplung einer Motorwelle mit einem Lenkrad (16), wobei die Lenkspindel (14) um ihre Längsachse (L) drehbar in der Gehäuseanordnung (12) gelagert ist und sich von ihrem Anschluss für das Lenkrad (16) bis hin zur Motorwelle erstreckt, - ein Lager (18) zur Lagerung der Lenkspindel (14), - A steering spindle (14) for coupling a motor shaft to a steering wheel (16), the steering spindle (14) being rotatable about its longitudinal axis (L) in the housing arrangement (12) and extending from its connection for the steering wheel (16) to extends towards the motor shaft, - a bearing (18) for mounting the steering spindle (14),
- eine entlang der Längsachse (L) angeordnete Sperrvorrichtung (22) für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment eines Motors (26) erfordern,  - A locking device (22) arranged along the longitudinal axis (L) for functions which require an active actuating torque greater than a defined steering torque of an engine (26),
- ein entlang der Längsachse (L) angeordnetes Winkelsensorsystem (24) zur Ermitt- lung der Rotorlage für die Regelung eines Motors (26) und  - An angle sensor system (24) arranged along the longitudinal axis (L) for determining the rotor position for controlling a motor (26) and
- einen entlang der Längsachse (L) angeordneter Motor (26) mit einer Motorwelle zum aktiven Stellen eines definierten Lenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszu- stand eines Fahrzeugs.  - A motor (26) arranged along the longitudinal axis (L) with a motor shaft for actively setting a defined steering torque in a switched-on operating state of a vehicle.
2. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung (12) modular ausgebildet ist. 2. Feedback actuator (10) for a steering device according to claim 1, characterized in that the housing arrangement (12) is modular.
3. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung (12) ein erstes Gehäuseele- ment (28) aufweist, das mindestens das Lager (18) umgibt. 3. Feedback actuator (10) for a steering device according to claim 1 or 2, characterized in that the housing arrangement (12) has a first housing element (28) which surrounds at least the bearing (18).
4. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung (12) ein zweites Gehäuseelement (30) aufweist, das mindestens die Sperrvorrichtung (22), das Win- kelsensorsystem (24) und den Motor (26) umgibt. 4. Feedback actuator (10) for a steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing arrangement (12) has a second housing element (30) which has at least the locking device (22), the angle sensor system (24) and surrounds the motor (26).
5. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (28) oder das zweite Gehäuseelement (30) ein Reibelement (20) nach Anspruch 6 oder 7 umgibt. 5. Feedback actuator (10) for a steering device according to claim 3 or 4, characterized in that the first housing element (28) or the second housing element (30) surrounds a friction element (20) according to claim 6 or 7.
6. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung nach einem der vorgenannten6. Feedback actuator (10) for a steering device according to one of the aforementioned
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback-Aktuator (10) entlang der Längsachse (L) ein Reibelement (20) zur Erzeugung einer Grundreibung des Feed- back-Aktuators (10) aufweist, wobei die Lenkspindel (14) das Reibelement (20) durchdringt. Claims, characterized in that the feedback actuator (10) has a friction element (20) along the longitudinal axis (L) for generating a basic friction of the feedback actuator (10), the steering spindle (14) having the friction element (20) penetrates.
7. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibungsmoment durch die Grundreibung des Reibelements (20) mindestens einschließlich 0,25 Nm und höchstens einschließlich 2 Nm, vorzugs- weise 0,4 Nm beträgt. 7. Feedback actuator (10) for a steering device according to claim 6, characterized in that a frictional torque due to the basic friction of the friction element (20) is at least 0.25 Nm and at most 2 Nm, preferably 0.4 Nm.
8. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkmoment im eingeschalteten Betriebszustand des Fahrzeugs durch den Motor (26) 6 bis 12 Nm, vorzugsweise 10 Nm beträgt. 8. Feedback actuator (10) for a steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the steering torque in the switched-on operating state of the vehicle by the engine (26) is 6 to 12 Nm, preferably 10 Nm.
9. Feedback-Aktuator (10) für eine Lenkeinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Stellmoment im Falle einer Ge- genkörperabdrücksituation an Fahrzeugreifen durch die Sperrvorrichtung (22) bis zu 40 Nm, vorzugsweise bis zu 30 Nm beträgt. 9. Feedback actuator (10) for a steering device according to one of the preceding claims, characterized in that the active actuating torque in the event of a counter-body pressure situation on vehicle tires by the locking device (22) is up to 40 Nm, preferably up to 30 Nm.
10. Gehäuseelement (30) für einen Feedback-Aktuator (10) nach mindestens ei- nem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseele- ment (30) mindestens die Sperrvorrichtung (22), das Winkelsensorsystem (24) und den Motor (26) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche umschließend aufweist. 10. Housing element (30) for a feedback actuator (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the housing element (30) at least the locking device (22), the angle sensor system (24) and the motor ( 26) according to at least one of the preceding claims.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060200290A1 (en) * 2005-03-01 2006-09-07 Naotaka Chino Steering control apparatus
DE102008036730A1 (en) 2008-08-07 2010-02-11 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device
WO2011077050A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-30 Peugeot Citroën Automobiles SA Method for identifying a phase of loss of grip of the steered wheels of a vehicle
EP2414211A1 (en) 2009-04-01 2012-02-08 Leopold Kostal GmbH & Co. KG Steering column for motor vehicles
WO2016198328A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-15 Thyssenkrupp Presta Ag Feedback actuator of a steering device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060200290A1 (en) * 2005-03-01 2006-09-07 Naotaka Chino Steering control apparatus
DE102008036730A1 (en) 2008-08-07 2010-02-11 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device
EP2414211A1 (en) 2009-04-01 2012-02-08 Leopold Kostal GmbH & Co. KG Steering column for motor vehicles
WO2011077050A1 (en) * 2009-12-23 2011-06-30 Peugeot Citroën Automobiles SA Method for identifying a phase of loss of grip of the steered wheels of a vehicle
WO2016198328A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-15 Thyssenkrupp Presta Ag Feedback actuator of a steering device

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