WO2022049249A1 - Feedback-aktuator für ein lenksystem - Google Patents

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WO2022049249A1
WO2022049249A1 PCT/EP2021/074371 EP2021074371W WO2022049249A1 WO 2022049249 A1 WO2022049249 A1 WO 2022049249A1 EP 2021074371 W EP2021074371 W EP 2021074371W WO 2022049249 A1 WO2022049249 A1 WO 2022049249A1
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WO
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gear
feedback actuator
planetary gear
wheel
steering
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/074371
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph MUNDING
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Presta Ag, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp Presta Ag
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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
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0409—Electric motor acting on the steering column
    • B62D5/0412—Electric motor acting on the steering column the axes of motor and steering column being parallel
    • B62D5/0415—Electric motor acting on the steering column the axes of motor and steering column being parallel the axes being coaxial

Definitions

  • the invention relates to a feedback actuator for a steering system for a motor vehicle, which comprises a steering actuator which acts on steered wheels of the motor vehicle and is electronically controlled as a function of a driver's steering specification.
  • the feedback actuator has a torque-generating means and is designed to exert a torque on a steering shaft by means of the torque-generating means and thus to transmit a reaction with regard to a wheels-roadway contact to a steering means.
  • Such feedback actuators for motor vehicles are known, for example, from the publications DE 10 2015 015 147 A1 and DE 10 2015 015 148 A1.
  • these feedback actuators have a preloaded crank drive or a preloaded traction mechanism.
  • a smaller design of the electric motor is achieved by the prestressed crank drive or the prestressed traction mechanism.
  • the disadvantage here is that the configurations require installation space for the crank mechanism or for the traction mechanism.
  • the proposed solution provides a feedback actuator for a steering system for a motor vehicle, which includes a steering actuator that acts on steerable wheels of the motor vehicle and is electronically controlled as a function of a driver's steering specification.
  • the feedback actuator has a torque-generating means and is designed to exert a torque on a steering shaft by means of the torque-generating means and thus to transmit a reaction with regard to a wheel-road contact to a steering means.
  • the feedback actuator has a planetary gear and an electric motor as the torque-generating means, the electric motor being mechanically engaged with the planetary gear in such a way that the torque is transmitted from the electric motor via the planetary gear to a steering shaft.
  • a torque provided by the electric motor is therefore not transmitted directly to a steering shaft, but is advantageously exerted by the electric motor on a steering shaft via the planetary gear.
  • the electric motor can advantageously be made smaller, since the forces required for the feedback actuator are advantageously realized by the transmission ratio of the planetary gear.
  • the diameter of the electric motor corresponds to the diameter of the planetary gear.
  • the installation space is used extremely advantageously.
  • the electric motor and the planetary gear can form a homogeneous unit in this way, which is advantageously particularly easy to handle during installation.
  • the planetary gear is in particular straight-toothed.
  • a helical gearing of the planetary gear is provided in particular. Due to the low maintenance of a planetary gear, the proposed feedback actuator itself is advantageously very low in maintenance and less susceptible to faults.
  • the planetary gear comprises a sun gear, at least three planetary gears and a ring gear, it being provided in particular that the ring gear is fixed, ie not driven.
  • the electric motor is advantageously mechanically coupled to the planetary gear in such a way that the electric motor can drive the sun gear.
  • the planet gears are advantageously designed in such a way that they can be mechanically coupled to a steering shaft of a steering system, in particular via a corresponding connection element of a steering shaft.
  • the planetary gear is particularly advantageously a backlash-free planetary gear.
  • This advantageously means that a driver does not feel any play in the system, particularly when reversing the steering movement. This advantageously leads to an improved driving experience and, in particular, also increases the acceptance of such systems.
  • Configurations for backlash-free planetary gears are known, for example, from publications WO 087/06671 A1, DE 37 38 607 A1, DE 10 2016 006 602 A1, EP 1 236 929 A1, EP 2 268 939 B1 and EP 2 735 767 B1.
  • the planetary gear is a self-following planetary gear, which advantageously counteracts wear-related play formation by readjustment.
  • a planetary gear is proposed as a particularly advantageous planetary gear, which has a sun gear, a ring gear with a first hollow gear and a second hollow gear spaced apart from the first hollow gear in the axial direction of the sun gear, at least three planet gears, each with a first planet gear and one in the axial direction of the sun gear from the first Planetary gear spaced apart second planetary gear and a spring element comprising a setting element.
  • the first partial planetary gears are each in engagement with the sun gear and the first hollow partial gear, with the second planetary partial gears each being in engagement with the sun gear and the second hollow partial gear.
  • the adjusting element is designed to displace the first hollow part wheel and the second hollow part wheel relative to one another in the circumferential direction of the sun wheel. This advantageously provides a planetary gear with greatly reduced play or even a planetary gear with no play.
  • an advantageous embodiment of the planetary gear provides that the spring element acts on the first hollow part wheel and/or the second hollow part wheel with a constantly acting compressive force. This advantageously prevents play from occurring over a longer period of use.
  • the spring element is preferably designed as a compression spring.
  • the spring element is advantageously integrated in the setting element, which always pretensions the second hollow part wheel by the acting spring force, whereby this adjusts in the event of wear and so further freedom from play is realized.
  • the planetary gear comprises a housing element enclosing the ring gear.
  • the transmission elements are advantageously better protected, in particular against the ingress of foreign bodies.
  • the handling of the Planetary gear and a feedback actuator with such a planetary gear further improved.
  • the first hollow part wheel is mounted in a stationary manner and the second hollow part wheel is mounted rotatably in the circumferential direction of the sun wheel. This advantageously further reduces the play.
  • the planet gears are each designed to shift in the radial direction of the sun gear when the first hollow part gear and the second hollow part gear shift relative to one another in the circumferential direction of the sun gear. This also advantageously further reduces play and further prevents play from occurring over a longer period of use.
  • a further advantageous embodiment of the planetary gear provides that the adjusting element is designed to apply a compressive force to the second hollow part wheel.
  • the planetary gear advantageously adjusts itself, even if the geometries of the gear elements change over time as a result of wear.
  • the planetary gear remains permanently backlash-free in this way.
  • the adjustment element is preferably designed as a pin, bolt or screw bolt.
  • the second hollow gear wheel has an integral part that extends in the radial direction of the sun wheel.
  • the setting element is advantageously arranged in such a way that a compressive force is applied to the projection extending in the radial direction of the sun wheel.
  • this further contributes to the planetary gear permanently remaining free of play.
  • the molding is advantageously arranged in a recess of a housing part surrounding the second hollow part wheel. In this case, the recess is designed to be larger than the projection, so that the hollow part wheel can rotate within the limits specified by the recess.
  • a further advantageous embodiment of the planetary gear provides that the sun gear is designed in one piece. This advantageously reduces the complexity of the planetary gear and simplifies production.
  • the sun gear, the planetary gears and the ring gear each have a straight toothing or a helical toothing.
  • the planetary gear is a single-stage or multi-stage gear, preferably a single-stage gear.
  • a feedback actuator which comprises a planetary gear according to one of the configurations described above or a planetary gear which has the features mentioned above individually or in combination. This advantageously provides a feedback actuator without play or with greatly reduced play, which advantageously has only a small installation space requirement.
  • the steer-by-wire steering system also proposed to solve the task mentioned at the outset includes a feedback actuator with the above-mentioned features individually or in combination.
  • the steer-by-wire steering system comprises a steering shaft, with a steering means, in particular a steering wheel, advantageously being arranged at one end.
  • the steer-by-wire steering system also includes, in particular, a steering actuator that acts on the steered wheels of a motor vehicle and is electronically controlled as a function of a driver's steering specification. Steering commands detected via the steering means are advantageously transmitted to the steering actuator in order to convert the steering commands into corresponding wheel positions of the steered wheels.
  • FIG. 1 shows a simplified perspective representation of an exemplary embodiment of a steering system designed according to the invention with a feedback actuator designed according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a feedback actuator designed according to the invention, which is mechanically engaged with a steering shaft;
  • 3 shows a side sectional illustration (section plane AA in relation to FIG. 2) of an exemplary embodiment of a feedback actuator designed according to the invention, which is mechanically engaged with a steering shaft;
  • Fig. 4 is a front sectional view (section plane B-B with respect to Fig. 2) of an embodiment of a feedback actuator constructed in accordance with the present invention mechanically engaged with a steering shaft;
  • FIG. 5 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a feedback actuator designed according to the invention
  • FIG. 6 shows a perspective view of an exemplary embodiment of a planetary gear designed according to the invention with a housing part, the planetary gear being mechanically engaged with a steering shaft;
  • FIG. 7 shows a perspective view of the exemplary embodiment according to FIG. 6, but without a housing part
  • FIG. 8 shows a perspective view of the exemplary embodiment according to FIG. 6, but without hollow part wheels.
  • a steer-by-wire steering system 1 is shown in FIG. This comprises a steering shaft 2 (not visible in FIG. 1), at the end of which a steering wheel is arranged as steering means 3.
  • a rotation angle sensor (not shown) can be attached to the steering shaft 2 , which detects the driver's steering angle applied by turning the steering means 3 .
  • a steering torque can also be detected.
  • the steering system 1 includes a feedback actuator 4.
  • the feedback actuator 4 is mechanically coupled to the steering shaft 2 and is used to transmit a reaction to the steering means 3 with regard to wheel-road contact.
  • the steering means 2 Since the steering means 2 is not mechanically coupled to the wheels 6 of a motor vehicle, reactions from the roadway 60 to the steering means 3 are advantageously simulated in this way and the driver is thus given feedback about the steering and driving behavior of the vehicle. Bumps in the roadway or a wheel 6 touching a curb can be advantageously noticed by a driver on the steering means 3 by the feedback actuator 4 .
  • corresponding data related to wheel-road contact is detected and evaluated by sensors in order to control the feedback actuator 4 accordingly.
  • Corresponding signals are transmitted to the feedback actuator 4 via a signal line 50, in particular by cable, with the signal line 50 also being able to be embodied in particular via an air interface, in particular by means of a radio link.
  • a signal transmission starting from the feedback actuator 4 is also provided.
  • a driver's steering request is transmitted via a detected angle of rotation of the steering shaft 2 to a feedback actuator monitor unit, which is not explicitly shown.
  • the feedback actuator monitoring unit preferably transmits the driver's steering request to a control unit.
  • the feedback actuator monitoring unit preferably also controls the feedback actuator 4.
  • the feedback actuator monitoring unit can also be designed integrally with the control unit.
  • the control unit controls a steering adjuster 5, in particular an electric steering adjuster 5, which controls the position of the steerable wheels 6, in this exemplary embodiment via a ball screw spindle 12 and the tie rods 9.
  • the feedback actuator 4 is provided for a steering system 1 for a motor vehicle, in particular for a steering system 1, as shown in FIG.
  • the feedback actuator 4 has an electric motor 7 and a single-stage planetary gear 10 as a torque-generating means, with the feedback actuator 4 being designed to exert a torque on the steering shaft 2 by means of the torque-generating means and thus to have a reaction with regard to a wheels-road surface To transfer contact to the steering means 3.
  • the electric motor 7 is mechanically engaged with the planetary gear 10 in such a way that the torque can be transmitted from the electric motor 7 via the Planetary gear 10 on the steering shaft 2 takes place.
  • the planetary gear 10 is surrounded by a housing G, the housing G in FIG. 2 comprising a first housing part G1, a second housing part G2 and a third housing part G3.
  • the housing G can be connected to the electric motor 7 via fastening means 8, in particular via screws.
  • the diameter of the electric motor 7 and the planetary gear 10 having the housing G is advantageously the same.
  • the installation space required for the feedback actuator 4 can advantageously be kept small and utilized extremely advantageously.
  • the handling of the feedback actuator 4 is improved, especially when installed in a motor vehicle.
  • the planetary gear 10 includes a sun wheel driven by the electric motor 7, at least three planetary wheels, the rotational movement of which is transmitted to the steering shaft 2, and includes a stationary ring gear.
  • the planetary gear 10 is a backlash-free planetary gear. Advantageous configurations for the planetary gear 10 are explained below with reference to FIGS. 3 to 8 .
  • multi-stage planetary gears can also be provided, in particular depending on the requirements for the torques to be applied.
  • the planetary gear 10 includes a housing with a first housing part Gl, a second housing part G2 and a third housing part G3.
  • the planetary gear 10 is connected to the electric motor 7 via fastening means 8, in particular via screws.
  • the planetary gear 10 includes a sun wheel S, in particular a one-piece sun wheel, which can be driven via a shaft 71 of the electric motor 7 .
  • a corresponding connection area, in which the connection of the shaft 71 to the sun gear S takes place, is rotatably mounted in a roller bearing 11 and surrounded by the first housing part Gl.
  • the planetary gear further comprises a ring gear with a first hollow part wheel H1 and a second hollow part wheel H2.
  • the second Hohlteilrad H2 is spaced in the axial direction of the sun gear S from the first Hohlteilrad Hl.
  • Between the ring gear and the sun gear S are Three planetary gears, each with a first planetary gear ZA1, ZB1, ZC1 and a second planetary gear ZA2, ZB2, ZC2, are arranged evenly distributed, with the second planetary gear ZA2, ZB2, ZC2 in the axial direction of the sun gear S being separated from the respective first planetary gear ZA1, ZB1, ZC1 is spaced (only ZB1 and ZB1 can be seen in FIG. 3 due to the selected sectional view).
  • the first planetary gears ZA1, ZB1, ZC1 are each in engagement with the sun gear S and the first hollow gear H1
  • the second planetary gears ZA2, ZB2, ZC2 are each in mesh with the sun gear S and the second hollow gear H2.
  • the planetary gear 10 has an adjusting element 15 comprising a spring element F (the spring element F and the adjusting element 15 cannot be seen in FIG. 3 due to the selected sectional view).
  • the adjusting element 15 is designed to move the first hollow gear H1 and the second hollow gear H2 relative to one another in the circumferential direction of the sun gear S, which advantageously allows a backlash-free planetary gear to be implemented.
  • the first planetary gear ZB1 visible in FIG. 3 and the second planetary gear ZB2 visible in FIG. 3 are rotatably mounted on a common axle 32 .
  • the planet gears are connected to the steering shaft 2 via a connecting element 21 of the steering shaft 2 via their axes, for example the first planetary gear ZB1 and the second planetary gear ZB2 via the axle 32, so that a rotational movement of the sun gear S driven by the electric motor 7 occurs via the planetary gears the steering shaft 2 is transmitted.
  • the steering shaft 2 is rotatably supported by two roller bearings 11. These roller bearings 11 are surrounded by the second housing part G2.
  • FIG. 4 shows a frontal sectional view of a feedback actuator 4 which is mechanically engaged with a steering shaft 2 .
  • the section is made along the section plane BB.
  • the planetary gear 10 comprises a sun gear S, a stationary ring gear with a first hollow gear H1 (not visible in FIG. 4) and a second hollow gear H2 spaced apart from the first hollow gear H1 in the axial direction of the sun gear S and visible in FIG.
  • the planetary gears each have a first partial planetary gear ZA1, ZB1, ZC1, not visible in FIG.
  • the first partial planet gears ZA1, ZB1, ZC1 are each in engagement with the sun gear S and the first hollow gear H1, and the second planetary gears ZA2, ZB2, ZC2 each with the sun gear S and the second hollow gear H2.
  • the sun gear S, the planet gears and the ring gear each have straight gearing in this exemplary embodiment, with helical gearing also being able to be provided in particular as a design variant.
  • the steering shaft 2 has a connecting element 21, via which the steering shaft is connected to the two ends of the axles 31, 32, 33 of the planet wheels.
  • the connection element can in particular have two disc-shaped sections which are arranged parallel to one another and are connected to one another via connecting sections 21S.
  • the planetary gear 10 has an adjusting element 15 with a spring element F, the adjusting element 15 being designed to displace the first hollow gear H1 and the second hollow gear H2 in the circumferential direction of the sun gear S relative to one another.
  • the spring element F acts on the first hollow part wheel H1 and the second hollow part wheel H2 with a constantly acting compressive force.
  • the first hollow part wheel H1 is stationarily mounted in the housing part G3, whereas the second hollow part wheel H2 is mounted rotatably in the circumferential direction of the sun wheel S.
  • the second hollow gear H2 has a projection 16 which extends in the radial direction of the sun gear S and is arranged in a recess 17 of the housing part G3. This recess 17 is designed to be larger than the projection 16 so that the hollow part wheel H2 can rotate within the limits specified by the recess 17 .
  • the adjusting element 15 is arranged in the housing part G3 in such a way that a first end of the adjusting element 15 is accessible from the outside and the second element protrudes into the recess 17 of the housing part G3 and acts as a pressure element on the molded part 16 acts, and thus to effect a shifting of the first hollow part wheel H1 relative to the second hollow part wheel H2.
  • the setting element 15 is arranged essentially tangentially to the hollow part wheel H2.
  • the spring element F in particular a compression spring, is advantageously arranged in the area of the second end of the adjustment element 15 .
  • a self-adjusting planetary gear is advantageously realized, which counteracts wear-related play formation through adjustment.
  • the adjusting element 15 can in particular be designed as a screw bolt.
  • the first end of the adjusting element 15 advantageously has an engagement for a tool, particularly for the initial adjustment of the freedom from play of the planetary gear 10. for example an Allen key, the adjustment of the play being preferably made possible by appropriately rotating the adjusting element 15 about its axis of longitudinal extension and an associated turning in or out of the adjusting element.
  • screwing in the adjusting element 15 in the exemplary embodiment shown in FIG. 4 presses the projection 16 downwards and thus rotates the second hollow part-wheel H2 clockwise relative to the first hollow part-wheel H1.
  • the backlash-free planetary gear 10 is based on the fact that the classic design of a planetary gear with a one-piece ring gear, three one-piece planetary gears and a one-piece sun gear is guasi expanded by a second level in the same planetary gear stage and only the sun gear S is still formed in one piece.
  • the planetary gear has an additional ring gear, namely a first ring gear H1 and a second ring gear H2, as well as additional planet wheels of the same number, namely a first ring gear ZA1, ZB1, ZC1 and a second ring gear ZA2, ZB2, ZC2.
  • a spring element F is advantageously integrated in the setting element 15, which always pretensions the second hollow part wheel H2 by the acting spring force, whereby this adjusts in the event of wear and thus further freedom from play is achieved.
  • FIG. 5 shows a perspective representation of a feedback actuator 4, which can be designed in particular in accordance with the exemplary embodiment according to FIG.
  • the electric motor 7 and the planetary gear 10 are shown as the torque-generating means of the feedback actuator 4 in FIG. 5 .
  • the sun gear S of the planetary gear 10 is designed in one piece with an axis of rotation L.
  • the three planetary gears each have a first planetary gear ZA1, ZB1, ZC1 and a second planetary gear ZA2, ZB2, ZC2, and the ring gear has a first hollow gear H1 and a second hollow gear H2.
  • the housing element G3 has a recess 17 .
  • a projection 16 of the second hollow wheel H2 protrudes into this recess 17 (not visible in FIG. 5), the dimensions of the projection 16 being smaller than the dimensions of the recess 17, so that the second hollow wheel H2 can rotate to a certain extent.
  • a projection 18 of the first hollow dividing wheel H1 protrudes with a precise fit over its length into the recess 17, the dimensions of the length of the projection 18 corresponding to the dimension of the length of the recess 17, so that the first hollow dividing wheel Hl is mounted stationary in relation to the housing part G3.
  • a relative rotation of the second hollow wheel H2 in relation to the first hollow wheel is prevented in particular in the manner explained in connection with the exemplary embodiment according to FIG. 4 via an adjusting element 15 designed as a pressure element.
  • FIG. 6 to 8 show an advantageous embodiment of a planetary gear 10 with a sun wheel, three planet wheels and a ring gear, the planetary gear 10 being mechanically in engagement with a steering shaft 2 .
  • the planetary gear 10 is a backlash-free, self-adjusting planetary gear, which counteracts wear-related play by readjustment.
  • a steering shaft 2 rotatably mounted via roller bearings 11 is shown in FIGS. 6 to 8 .
  • the steering shaft 2 includes a connecting element 21, via which the steering shaft 2 is mechanically coupled to the planetary gears, with the axle ends of the axes 31, 32, 33 of the planetary gears or the partial planetary gears ZA1, ZA2, ZB1, ZB2, ZC1, ZC2 being separated from the connecting element 21 are included.
  • the planetary gear 10 comprises a housing element G3 enclosing the ring gear with a recess 17, in particular as already explained with reference to the previous figures, so that the first hollow wheel H1 and the second hollow wheel H2 are not visible in FIG. For this reason, the housing element G3 was not shown in FIG.
  • the first hollow part wheel H1 and the second hollow part wheel H2 can be seen in FIG.
  • the first hollow wheel H1 and the second hollow wheel H2 each have an integral part 18, 16.
  • the projection 18 of the first hollow part wheel H1 is designed in such a way that it engages in the recess 17 of the housing element 17 in such a way that the first hollow part wheel H1 cannot rotate relative to the housing element G3.
  • the projection 16 of the second hollow part wheel H2 is designed in such a way that it protrudes into the recess 17 and a movement space remains which allows the second hollow part wheel H2 to rotate relative to the housing element G3 and thus also allows relative to the first Hohlteilrad Hl.
  • the projection 16 is designed in such a way that it has an action surface 16A, on which the adjustment element 15 comprising the spring element F acts to adjust the play of the planetary gear 10 .
  • the planetary gear 10 is shown in FIG. 8 without hollow wheel H1, H2 and without housing element G3.
  • the partial planetary gears ZB1, ZB2, ZC1, ZC2 of the planetary gears of the planetary gear 10 are visible in FIG.
  • the connecting element 21 has two circular surfaces arranged parallel to one another, in which the axes 31, 32, 33 of the planet gears are arranged, these circular surfaces being connected to one another via the connecting sections 21S. In this way, the rotation of the planetary gears is transmitted to the steering shaft 2.
  • the ring gear is stationary.
  • the connecting sections 21S protrude through the spaces between the planet gears.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feedback-Aktuator (4) für ein Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, welches einen auf lenkbare Räder (6) des Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteller (5) umfasst, wobei der Feedback-Aktuator (4) ein drehmomenterzeugendes Mittel aufweist und ausgebildet ist, mittels des drehmomenterzeugenden Mittels ein Drehmoment auf eine Lenkwelle (2) auszuüben und damit eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf ein Lenkmittel (3) zu übertragen. Der Feedback-Aktuator (4) weist als das drehmomenterzeugende Mittel ein Planetengetriebe und einen Elektromotor auf, wobei der Elektromotor mit dem Planetengetriebe mechanisch derart in Eingriff steht, dass eine Übertragung des Drehmoments von dem Elektromotor über das Planetengetriebe auf eine Lenkwelle (2) erfolgt. Ferner betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire-Lenksystem (1) mit einem solchen Feedback- Aktuator (4).

Description

Feedback-Aktuator für ein Lenksystem
Die Erfindung betrifft einen Feedback-Aktuator für ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, welches einen auf gelenkte Räder des Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteiler umfasst. Der Feedback-Aktuator weist dabei ein drehmomenterzeugendes Mittel auf und ist ausgebildet, mittels des drehmomenterzeugenden Mittels ein Drehmoment auf eine Lenkwelle auszuüben und damit eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf ein Lenkmittel zu übertragen.
Bekannt sind solche Feedback-Aktuatoren für Kraftfahrzeuge beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2015 015 147 Al und DE 10 2015 015 148 Al. Neben einem Elektromotor weisen diese Feedback-Aktuatoren einen vorgespannten Kurbeltrieb beziehungsweise ein vorgespanntes Zugmittelgetriebe auf. Durch den vorgespannten Kurbeltrieb beziehungsweise das vorgespannte Zugmittelgetriebe wird eine kleinere Ausgestaltung des Elektromotors erreicht.
Nachteilig hierbei ist, dass bei den Ausgestaltungen Bauraum für den Kurbeltrieb beziehungsweise für das Zugmittelgetriebe benötigt wird.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine alternative Ausgestaltung für einen Feedback-Aktuator bereitzustellen, welcher vorzugsweise einen weiter verringerten Bauraum ermöglicht. Dabei soll insbesondere ein Spiel beim Umkehren der Lenkbewegung möglichst reduziert und vorzugsweise verhindert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Feedback-Aktuator gemäß Anspruch 1 sowie ein Steer-by- Wire-Lenksystem gemäß Anspruch 14 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung beschrieben sowie in den Figuren dargestellt.
Die vorgeschlagene Lösung sieht einen Feedback-Aktuator für ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, welches einen auf lenkbare Räder des Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteiler umfasst, vor. Der Feedback- Aktuator weist dabei ein drehmomenterzeugendes Mittel auf und ist ausgebildet, mittels des drehmomenterzeugenden Mittels ein Drehmoment auf eine Lenkwelle auszuüben und damit eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf ein Lenkmittel zu übertragen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Feedback-Aktuator als das drehmomenterzeugende Mittel ein Planetengetriebe und einen Elektromotor aufweist, wobei der Elektromotor mit dem Planetengetriebe mechanisch derart in Eingriff steht, dass eine Übertragung des Drehmoments von dem Elektromotor über das Planetengetriebe auf eine Lenkwelle erfolgt. Ein von dem Elektromotor bereitgestelltes Drehmoment wird also nicht direkt auf eine Lenkwelle übertragen, sondern vorteilhafterweise von dem Elektromotor über das Planetengetriebe auf eine Lenkwelle ausgeübt. Durch das Planetengetriebe kann der Elektromotor vorteilhafterweise kleiner ausgebildet werden, da die für den Feedback-Aktuator benötigten Kräfte vorteilhafterweise durch das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes realisiert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Elektromotors dem Durchmesser des Planetengetriebes entspricht. Hierdurch wird vorteilhafterweise der Bauraum äußerst vorteilhaft ausgenutzt. Zudem können Elektromotor und Planetengetriebe auf diese Weise eine homogene Einheit bilden, die beim Einbau vorteilhafterweise besonders einfach handhabbar ist. Das Planetengetriebe ist insbesondere geradverzahnt. Weiter ist insbesondere eine Schrägverzahnung des Planetengetriebes vorgesehen. Durch die Wartungsarmut eines Planetengetriebes ist der vorgeschlagene Feedback-Aktuator vorteilhafterweise selbst sehr wartungsarm und wenig störanfällig.
Das Planentengetriebe umfasst dabei ein Sonnenrad, wenigstens drei Planentenräder und ein Hohlrad, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Hohlrad fest ist, also nicht angetrieben wird. Der Elektromotor ist vorteilhafterweise derart mit dem Planetengetriebe mechanisch gekoppelt, dass der Elektromotor das Sonnenrad antreiben kann. Die Planetenräder sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass diese mit einer Lenkwelle eines Lenksystems mechanisch gekoppelt werden können, insbesondere über ein entsprechendes Anbindungselement einer Lenkwelle.
Besonders vorteilhaft ist das Planetengetriebe ein spielfreies Planetengetriebe. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass insbesondere beim Umkehren der Lenkbewegung ein Fahrer kein Spiel im System spürt. Dies führt vorteilhafterweise zu einem verbesserten Fahrgefühl und erhöht insbesondere auch die Akzeptanz solcher Systeme. Ausgestaltungen für spielfreie Planetengetriebe sind beispielsweise aus den Druckschriften WO 087/06671 Al, DE 37 38 607 Al, DE 10 2016 006 602 Al, EP 1 236 929 Al, EP 2 268 939 Bl und EP 2 735 767 Bl bekannt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Feedback-Aktuators ist das Planetengetriebe ein sich selbst nachstehendes Planetengetriebe, welches vorteilhafterweise einer verschleißbedingten Spielbildung durch Nachstellen entgegenwirkt. So wurde festgestellt, dass sich durch Abnutzung innerhalb des Planetengetriebes mit der Zeit ein Spiel bilden kann. Dieser Spielbildung wird mit durch das sich selbst nachstehende Planetengetriebe vorteilhafterweise entgegengewirkt. Das Fahrgefühl bleibt hierdurch vorteilhafterweise über einen langen Nutzungszeitraum konstant. Zudem ist die Wartungsarmut des Feedback-Aktuators vorteilhafterweise weiter erhöht.
Als besonders vorteilhaftes Planetengetriebe wird ein Planetengetriebe vorgeschlagen, welches ein Sonnenrad, ein Hohlrad mit einem ersten Hohlteilrad und ein in Axialrichtung des Sonnenrads von dem ersten Hohlteilrad beabstandetes zweites Hohlteilrad, wenigstens drei Planetenräder mit jeweils einem ersten Planetenteilrad und einem in Axialrichtung des Sonnenrads von dem ersten Planetenteilrad beabstandetes zweites Planetenteilrad und ein ein Federelement umfassendes Einstellelement aufweist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die ersten Planetenteilräder jeweils mit dem Sonnenrad und dem ersten Hohlteilrad im Eingriff stehen, wobei die zweiten Planetenteilräder jeweils mit dem Sonnenrad und dem zweiten Hohlteilrad im Eingriff stehen. Vorteilhafterweise ist das Einstellelement dazu ausgebildet, das erste Hohlteilrad und das zweite Hohlteilrad in Umfangsrichtung des Sonnenrads relativ zueinander zu verlagern. Hierdurch ist ein vorteilhafterweise ein Planetengetriebe mit stark reduziertem Spiel oder sogar ein spielfreies Planetengetriebe bereitgestellt.
Weiter sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Planetengetriebes vor, dass das Federelement das erste Hohlteilrad und/oder das zweite Hohlteilrad mit einer ständig wirkenden Druckkraft beaufschlagt. Hierdurch wird vorteilhafterweise verhindert, dass über eine längere Nutzungsdauer ein Spiel auftritt. Das Federelement ist vorzugsweise als Druckfeder ausgebildet. Um zu verhindern, dass durch Abnützung wieder Spiel entsteht, ist vorteilhafterweise im Einstellelement das Federelement integriert, welches das zweite Hohlteilrad durch die wirkende Federkraft immer vorspannt, wodurch dieses im Fall von Abnützung nachstellt und so weiterhin Spielfreiheit realisiert wird.
Vorteilhafterweise umfasst das Planetengetriebe ein das Hohlrad umschließendes Gehäuseelement. Hierdurch sind die Getriebeelemente vorteilhafterweise besser geschützt, insbesondere vor dem Eindringen von Fremdkörpern. Zudem ist die Handhabung des Planetengetriebes und eines Feedback-Aktuators mit einem solchen Planetengetriebe weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Planetengetriebes ist das erste Hohlteilrad ortsfest gelagert und das zweite Hohlteilrad in Umfangsrichtung des Sonnenrads verdrehbar gelagert. Hierdurch wird vorteilhafterweise das Spiel weiter reduziert.
Weiter vorteilhaft sind die Planetenräder jeweils dazu ausgebildet, sich in Radialrichtung des Sonnenrads zu verlagern, wenn sich das erste Hohlteilrad und das zweite Hohlteilrad in Umfangsrichtung des Sonnenrads relativ zueinander verlagern. Auch hierdurch wird vorteilhafterweise das Spiel weiter reduziert sowie weiter verhindert, dass sich über einen längeren Nutzungszeitraum ein Spiel einstellt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Planetengetriebes sieht vor, dass das Einstellelement dazu ausgebildet ist, das zweite Hohlteilrad mit einer Druckkraft zu beaufschlagen. Auf diese Weise stellt sich das Planetengetriebe vorteilhafterweise selbst nach, auch wenn sich infolge von Abnutzungen die Geometrien der Getriebeelemente über die Zeit verändern. Vorteilhafterweise bleibt das Planetengetriebe auf diese Weise dauerhaft spielfrei. Vorzugsweise ist das Einstellelement als Stift, Bolzen oder Schraubbolzen ausgebildet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Planetengetriebes weist das zweite Hohlteilrad eine sich in Radialrichtung des Sonnenrads erstreckende Anformung auf. Das Einstellelement ist vorteilhafterweise derart angeordnet, die sich in Radialrichtung des Sonnenrads erstreckende Anformung mit einer Druckkraft zu beaufschlagen. Vorteilhafterweise wird hierdurch weiter dazu beigetragen, dass das Planetengetriebe dauerhaft spielfrei bleibt. Die Anformung ist vorteilhafterweise in einer Ausnehmung eines das zweite Hohlteilrad umgebenden Gehäuseteils angeordnet. Die Ausnehmung ist dabei größer ausgebildet als die Anformung, sodass ein Verdrehen des Hohlteilrads innerhalb der durch die Ausnehmung vorgegebenen Grenzen ermöglicht ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Planetengetriebes sieht vor, dass das Sonnenrad einstückig ausgebildet ist. Hierdurch ist vorteilhafterweise die Komplexität des Planetengetriebes reduziert und die Fertigung vereinfacht. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Sonnenrad, die Planetenräder und das Hohlrad jeweils eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung aufweisen. Weiter ist insbesondere vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein einstufiges oder mehrstufiges Getriebe ist, vorzugsweise ein einstufiges Getriebe.
Insbesondere ist weiter ein Feedback-Aktuator vorgesehen, welcher ein Planetengetriebe gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen beziehungsweise ein Planetengetriebe, welches die vorstehend genannten Merkmale einzeln oder in Kombination aufweist, umfasst. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein Feedback-Aktuator ohne Spiel oder mit stark reduziertem Spiel bereitgestellt, welcher vorteilhafterweise lediglich einen geringen Bauraumbedarf aufweist.
Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ebenfalls vorgeschlagene Steer-by-Wire- Lenksystem umfasst einen Feedback-Aktuator mit den vorstehend genannten Merkmalen einzeln oder in Kombination. Insbesondere umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem eine Lenkwelle, wobei an deren einem Ende vorteilhafterweise ein Lenkmittel, insbesondere ein Lenkrad angeordnet ist. Weiter umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem insbesondere einen auf gelenkte Räder eines Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteller. Vorteilhafterweise werden dabei über das Lenkmittel erfasste Lenkbefehle an den Lenksteller übermittelt, um die Lenkbefehle in entsprechende Radstellungen der gelenkten Räder umzusetzen.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren (Fig.: Figur) dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lenksystem mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator;
Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator, der mit einer Lenkwelle mechanisch in Eingriff steht; Fig. 3 eine seitliche Schnittdarstellung (Schnittebene A-A in Bezug auf Fig. 2) eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator, der mit einer Lenkwelle mechanisch in Eingriff steht;
Fig. 4 eine frontale Schnittdarstellung (Schnittebene B-B in Bezug auf Fig. 2) eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator, der mit einer Lenkwelle mechanisch in Eingriff steht;
Fig. 5 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Feedback-Aktuator;
Fig. 6 in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Planetengetriebe mit einem Gehäuseteil, wobei das Planetengetriebe mechanisch im Eingriff mit einer Lenkwelle steht;
Fig. 7 in einer perspektivischen Darstellung das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6, allerdings ohne Gehäuseteil; und
Fig. 8 in einer perspektivischen Darstellung das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6, allerdings ohne Hohlteilräder.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher mitunter auch jeweils nur im Zusammenhang mit einer der Figuren erläutert.
In Fig. 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 gezeigt. Dieses umfasst eine in Fig. 1 nicht sichtbare Lenkwelle 2, an deren Ende ein Lenkrad als Lenkmittel 3 angeordnet ist. An der Lenkwelle 2 kann insbesondere ein nicht dargestellter Drehwinkelsensor angebracht sein, welcher das durch Drehen des Lenkmittels 3 aufgebrachten Fahrerlenkwinkel erfasst. Zusätzlich kann insbesondere auch ein Lenkmoment erfasst werden. Des Weiteren umfasst das Lenksystem 1 einen Feedback- Aktuator 4. Der Feedback-Aktuator 4 ist dabei mechanisch mit der Lenkwelle 2 gekoppelt und dient dazu, eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf das Lenkmittel 3 zu übertragen. Da das Lenkmittel 2 nicht mechanisch mit den Rädern 6 eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, werden auf diese Weise vorteilhafterweise Rückwirkungen von der Fahrbahn 60 auf das Lenkmittel 3 simuliert und somit dem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und Fahrverhalten des Fahrzeugs geben. Fahrbahnunebenheiten oder eine Berührung eines Rades 6 mit einem Bordstein werden für einen Fahrer durch den Feedback-Aktuator 4 vorteilhafterweise am Lenkmittel 3 wahrnehmbar. Dazu werden entsprechende Daten, die im Zusammenhang mit einem Räder-Fahrbahn-Kontakt stehen, sensorisch erfasst und ausgewertet, um den Feedback- Aktuator 4 entsprechend anzusteuern. Über eine Signalleitung 50 erfolgt eine Übertragung entsprechender Signale zum Feedback-Aktuator 4, insbesondere kabelgebunden, wobei die Signalleitung 50 insbesondere auch über eine Luftschnittstelle ausgebildet sein kann, insbesondere mittels Funkverbindung. Insbesondere ist auch eine Signalübertragung ausgehend von dem Feedback-Aktuator 4 vorgesehen.
Insbesondere wird ein Fahrerlenkwunsch über einen erfassten Drehwinkel der Lenkwelle 2 an eine nicht explizit dargestellte Feedback-Aktuator-Monitoreinheit übertragen. Die Feedback- Aktuator-Monitoreinheit überträgt den Fahrerlenkwunsch vorzugsweise an eine Ansteuereinheit. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit übernimmt bevorzugt auch die Ansteuerung des Feedback-Aktuators 4. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit kann auch integral mit der Ansteuereinheit ausgebildet sein. Die Ansteuereinheit steuert insbesondere in Abhängigkeit von dem erfassten Drehwinkel der Lenkwelle 2 sowie vorteilhafterweise in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgrößen einen Lenksteiler 5, insbesondere einen elektrischen Lenksteiler 5, an, welcher die Stellung der lenkbaren Räder 6 steuert, in diesem Ausführungsbeispiel über eine Kugelgewindespindel 12 und die Spurstangen 9.
In Fig. 2 ist ein Feedback-Aktuator 4, welcher mechanisch mit einer Lenkwelle 2 verbunden ist, dargestellt, wobei an dem dem Feedback-Aktuator 4 abgewandten Ende ein Lenkmittel 3 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Lenkmittel 3 ein Lenkrad. Der Feedback- Aktuator 4 ist für ein Lenksystem 1 für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, insbesondere für ein Lenksystem 1, wie in Fig. 1 dargestellt, wobei das Kraftfahrzeug einen auf lenkbare Räder 6 des Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteiler 5 umfasst.
Der Feedback-Aktuator 4 weist dabei einen Elektromotor 7 und ein einstufiges Planetengetriebe 10 als drehmomenterzeugendes Mittel auf, wobei der Feedback-Aktuator 4 ausgebildet ist, mittels des drehmomenterzeugenden Mittels ein Drehmoment auf die Lenkwelle 2 auszuüben und damit eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf das Lenkmittel 3 zu übertragen. Der Elektromotor 7 steht mit dem Planetengetriebe 10 dabei mechanisch derart in Eingriff, dass eine Übertragung des Drehmoments von dem Elektromotor 7 über das Planetengetriebe 10 auf die Lenkwelle 2 erfolgt. Das Planetengetriebe 10 ist dabei in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Gehäuse G umgeben, wobei das Gehäuse G in Fig. 2 ein erstes Gehäuseteil Gl, ein zweites Gehäuseteil G2 und ein drittes Gehäuseteil G3 umfasst. Über Befestigungsmittel 8, insbesondere über Schrauben, kann eine Anbindung des Gehäuses G an den Elektromotor 7 erfolgen. Die Durchmesser von Elektromotor 7 und dem das Gehäuse G aufweisenden Planetengetriebe 10 stimmt dabei vorteilhafterweise überein. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise der für den Feedback-Aktuator 4 benötigte Einbauraum geringhalten und äußerst vorteilhaft ausnutzen. Zudem ist die Handhabbarkeit des Feedback- Aktuators 4 insbesondere beim Einbau in ein Kraftfahrzeug verbessert.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe 10 ein von dem Elektromotor 7 angetriebenes Sonnenrad umfasst, wenigstens drei Planetenräder, deren Drehbewegung auf die Lenkwelle 2 übertragen wird und ein feststehendes Hohlrad umfasst. Insbesondere ist weiter vorgesehen, dass das Planetengetriebe 10 ein spielfreies Planetengetriebe ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen für das Planetengetriebe 10 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis Fig. 8 erläutert. Darüber hinaus können, insbesondere abhängig von den Anforderungen an die aufzubringenden Drehmomente, auch mehrstufige Planetengetriebe vorgesehen werden.
Fig. 3 zeigt dabei eine seitliche Schnittdarstellung eines Feedback-Aktuators 4, der mit einer Lenkwelle 2 mechanisch im Eingriff steht. Der Schnitt erfolgt dabei in Bezug auf die Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 entlang der Schnittebene A-A. Der Elektromotor 7 des Feedback-Aktuators 4 ist dabei lediglich schematisch dargestellt. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil Gl, einem zweiten Gehäuseteil G2 und einem dritten Gehäuseteil G3. Über Befestigungsmittel 8, insbesondere über Schrauben, ist das Planetengetriebe 10 mit dem Elektromotor 7 verbunden.
Das Planetengetriebe 10 umfasst ein Sonnenrad S, insbesondere ein einstückig ausgebildetes Sonnenrad, welches über eine Welle 71 des Elektromotors 7 angetrieben werden kann. Ein entsprechender Anbindungsbereich, in welchem die Anbindung der Welle 71 an das Sonnenrad S erfolgt, ist dabei drehbar in einem Wälzlager 11 gelagert und von dem ersten Gehäuseteil Gl umgeben.
Weiter umfasst das Planetengetriebe ein Hohlrad mit einem ersten Hohlteilrad Hl und einem zweiten Hohlteilrad H2. Das zweite Hohlteilrad H2 ist dabei in Axialrichtung des Sonnenrads S von dem ersten Hohlteilrad Hl beabstandet. Zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad S sind gleichmäßig verteilt drei Planetenräder mit jeweils einem ersten Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 und einem zweiten Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2 angeordnet, wobei jeweils das zweite Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2 in Axialrichtung des Sonnenrads S von dem jeweiligen ersten Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 beabstandet ist (in Fig. 3 sind aufgrund der gewählten Schnittdarstellung nur ZB1 und ZB1 zur erkennen). Die ersten Planetenteilräder ZA1, ZB1, ZC1 stehen dabei jeweils mit dem Sonnenrad S und dem ersten Hohlteilrad Hl im Eingriff und die zweiten Planetenteilräder ZA2, ZB2, ZC2 stehen jeweils mit dem Sonnenrad S und dem zweiten Hohlteilrad H2 im Eingriff. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe 10 ein ein Federelement F umfassendes Einstellelement 15 aufweist (in Fig. 3 sind aufgrund der gewählten Schnittdarstellung das Federelement F und das Einstellelement 15 nicht zur erkennen). Das Einstellelement 15 ist dabei dazu ausgebildet, das erste Hohlteilrad Hl und das zweite Hohlteilrad H2 in Umfangsrichtung des Sonnenrads S relativ zueinander zu verlagern, wodurch sich vorteilhafterweise ein spielfreies Planetengetriebe realisieren lässt.
Das in Fig. 3 sichtbare erste Planetenteilrad ZB1 und das in Fig. 3 sichtbare zweite Planetenteilrad ZB2 sind dabei auf einer gemeinsamen Achse 32 drehbar gelagert. Entsprechendes gilt für die weiteren Planetenteilräder. Über ein Anbindungselement 21 der Lenkwelle 2 sind die Planetenräder über deren Achsen, beispielsweise das erste Planetenteilrad ZB1 und das zweite Planetenteilrad ZB2 über die Achse 32, mit der Lenkwelle 2 verbunden, sodass eine Drehbewegung des von dem Elektromotor 7 angetriebenen Sonnenrades S über die Planetenräder auf die Lenkwelle 2 übertragen wird. Die Lenkwelle 2 ist durch zwei Wälzlager 11 drehbar gelagert. Diese Wälzlager 11 werden dabei von dem zweiten Gehäuseteil G2 umschlossen.
Fig. 4 zeigt eine frontale Schnittdarstellung eines Feedback-Aktuators 4, der mit einer Lenkwelle 2 mechanisch im Eingriff steht. Der Schnitt erfolgt dabei in Bezug auf die Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 entlang der Schnittebene B-B. In dieser Schnittdarstellung sind insbesondere weitere Details des Planetengetriebes 10 mit dem Gehäuseteil 3 zu erkennen. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein Sonnenrad S, ein feststehendes Hohlrad mit einem in Fig. 4 nicht sichtbaren ersten Hohlteilrad Hl und einem in Axialrichtung des Sonnenrads S von dem ersten Hohlteilrad Hl beabstandeten, in Fig. 4 sichtbaren zweiten Hohlteilrad H2 und drei Planetenräder. Die Planetenräder weisen dabei jeweils ein in Fig. 4 nicht sichtbares erstes Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 und ein in Axialrichtung des Sonnenrads S von dem jeweiligen ersten Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 beabstandetes, in Fig. 4 sichtbares zweite Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2 auf. Die ersten Planetenteilräder ZA1, ZB1, ZC1 stehen jeweils mit dem Sonnenrad S und dem ersten Hohlteilrad Hl im Eingriff und die zweiten Planetenteilräder ZA2, ZB2, ZC2 jeweils mit dem Sonnenrad S und dem zweiten Hohlteilrad H2. Das Sonnenrad S, die Planetenräder und das Hohlrad weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Geradverzahnung auf, wobei als Ausgestaltungsvariante insbesondere auch eine Schrägverzahnung vorgesehen werden kann.
Die Lenkwelle 2 weist ein Anbindungselement 21 auf, über welches die Lenkwelle mit den beiden Enden der Achsen 31, 32, 33 der Planetenräder verbunden ist. Dazu kann das Anbindungselement insbesondere zwei scheibenförmige Abschnitte aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind und über Verbindungsabschnitte 21S miteinander verbunden sind.
Weiter weist das Planetengetriebe 10 ein Einstellelement 15 mit einem Federelement F auf, wobei das Einstellelement 15 dazu ausgebildet ist, das erste Hohlteilrad Hl und das zweite Hohlteilrad H2 in Umfangsrichtung des Sonnenrads S relativ zueinander zu verlagern. Das Federelement F beaufschlagt das erste Hohlteilrad Hl und das zweite Hohlteilrad H2 mit einer ständig wirkenden Druckkraft. Das erste Hohlteilrad Hl ist dabei ortsfest in dem Gehäuseteil G3 gelagert, wohingegen das zweite Hohlteilrad H2 in Umfangsrichtung des Sonnenrads S verdrehbar gelagert ist. Dazu weist das zweite Hohlteilrad H2 eine sich in Radialrichtung des Sonnenrads S erstreckende Anformung 16 auf, welche in einer Ausnehmung 17 des Gehäuseteils G3 angeordnet ist. Diese Ausnehmung 17 ist dabei größer ausgebildet als die Anformung 16, sodass ein Verdrehen des Hohlteilrads H2 innerhalb der durch die Ausnehmung 17 vorgegebenen Grenzen ermöglicht ist.
In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Einstellelement 15 in dem Gehäuseteil G3 angeordnet, derart, dass ein erstes Ende des Einstellelements 15 von außen zugänglich ist und das zweite Element in die Ausnehmung 17 des Gehäuseteils G3 ragt und dabei als Druckelement auf die Anformung 16 wirkt, und so ein Verlagern des ersten Hohlteilrades Hl relativ zu dem zweiten Hohlteilrad H2 zu bewirken. Insbesondere ist das Einstellelement 15 dabei im Wesentlichen tangential zu dem Hohlteilrad H2 angeordnet. Das Federelement F, insbesondere eine Druckfeder, ist dabei vorteilhafterweise im Bereich des zweiten Endes des Einstellelements 15 angeordnet. Hierdurch ist vorteilhafterweise ein sich selbst nachstellendes Planetengetriebe realisiert, welches einer verschleißbedingten Spielbildung durch Nachstellen entgegenwirkt. Das Einstellelement 15 kann insbesondere als Schraubbolzen ausgebildet sein. Insbesondere zum erstmaligen Einstellen der Spielfreiheit des Planetengetriebes 10 weist das erste Ende des Einstellelements 15 vorteilhafterweise einen Eingriff für ein Werkzeug auf, beispielsweise einen Innensechskant, wobei vorzugsweise durch entsprechendes Drehen des Einstellelementes 15 um dessen Längserstreckungsachse und ein damit verbundenes Eindrehen oder Ausdrehen des Einstellelements das Einstellen des Spiels ermöglicht wird. So drückt ein Eindrehen des Einstellelements 15 in dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel die Anformung 16 nach unten und verdreht damit das zweite Hohlteilrad H2 gegenüber dem ersten Hohlteilrad Hl im Uhrzeigersinn.
Das spielfreie Planetengetriebe 10 gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel beruht insofern darauf, dass das klassische Design eines Planetengetriebes mit einem einteiligen Hohlrad, drei jeweils einteiligen Planetenrädern und einem einteiligen Sonnenrad guasi um eine zweite Ebene in derselben Planetengetriebestufe erweitert ist und lediglich das Sonnenrad S weiterhin einteilig ausgebildet ist. Hierdurch weist das Planetengetriebe im Prinzip ein weiteres Hohlrad, nämlich ein erstes Hohlteilrad Hl und ein zweites Hohlteilrad H2, auf sowie zusätzliche Planetenräder gleicher Anzahl, nämlich jeweils ein erstes Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 und ein zweites Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2. Diese Bauteile der zweiten Ebene, also die zweiten Planetenteilräder ZA2, ZB2, ZC2 sowie das zweite Hohlteilrad H2, lassen sich mittels des Einstellelements 15, welches am zweiten Hohlteilrad H2 von außen angreift, verdrehen. Dadurch verdrehen die zweiten Planetenteilräder ZA2, ZB2, ZC2 und das zweite Hohlteilrad H2 auf der zweiten Ebene relativ zu den ersten Planetenteilrädern ZA1, ZB1, ZC1 und dem ersten Hohlteilrad Hl auf der ersten Ebene, bis diese sich an das gemeinsame, einteilige Sonnenrad annähern und dort anstehen, sodass das Verdrehspiel vorteilhafterweise eliminiert wird.
Um zu verhindern, dass durch Abnützung wieder Spiel entsteht, ist vorteilhafterweise im Einstellelement 15 ein Federelement F integriert, welches das zweite Hohlteilrad H2 durch die wirkende Federkraft immer vorspannt, wodurch dieses im Fall von Abnützung nachstellt und so weiterhin Spielfreiheit realisiert wird.
In Fig. 5 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Feedback-Aktuator 4 gezeigt, welcher insbesondere entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ausgebildet sein kann. Dabei sind in Fig. 5 der Elektromotor 7 und das Planetengetriebe 10 als das drehmomenterzeugende Mittel des Feedback-Aktuators 4 dargestellt. Bei der Darstellung gemäß Fig. 5 ist zu erkennen, dass das Sonnenrad S des Planetengetriebes 10 einstückig mit einer Rotationsachse L ausgebildet ist. Die drei Planetenräder weisen jeweils ein erstes Planetenteilrad ZA1, ZB1, ZC1 und ein zweites Planetenteilrad ZA2, ZB2, ZC2 auf und das Hohlrad weist ein erstes Hohlteilrad Hl und ein zweites Hohlteilrad H2 auf. Das Hohlrad, und somit das erste Hohlteilrad Hl und das zweite Hohlteilrad H2, ist dabei von dem Gehäuseelement G3 umschlossen. Das Gehäuseelement G3 weist dabei, wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert, eine Ausnehmung 17 auf. In diese Ausnehmung 17 ragt eine Anformung 16 des zweiten Hohlteilrades H2 (in Fig. 5 nicht sichtbar), wobei die Abmessungen der Anformung 16 geringer sind als die Abmessungen der Ausnehmung 17, sodass eine gewisse Verdrehbarkeit des zweiten Hohlteilrades H2 gegeben ist. Zudem ragt in die Ausnehmung 17 über deren Länge passgenau eine Anformung 18 des ersten Hohlteilrades Hl, wobei die Abmessungen der Länge der Anformung 18 der Abmessung der Länge der Ausnehmung 17 entspricht, sodass das erste Hohlteilrad Hl ortsfest in Bezug auf das Gehäuseteil G3 gelagert ist. Ein relatives Verdrehen des zweiten Hohlteilrades H2 gegenüber dem ersten Hohlteilrad wird dabei insbesondere auf die in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 erläuterten Weise über ein als Druckelement ausgebildetes Einstellelement 15.
Fig. 6 bis Fig. 8 zeigen eine vorteilhafte Ausgestaltung für ein Planetengetriebe 10 mit einem Sonnenrad, drei Planetenrädern und einem Hohlrad, wobei das Planetengetriebe 10 mechanisch mit einer Lenkwelle 2 in Eingriff steht. Das Planetengetriebe 10 ist dabei ein spielfreies, sich selbst nachstellendes Planetengetriebe, welches einer verschleißbedingten Spielbildung durch Nachstellen entgegenwirkt.
In Fig. 6 bis Fig. 8 ist dabei eine über Wälzlager 11 drehbar gelagerte Lenkwelle 2 dargestellt. Die Lenkwelle 2 umfasst dabei ein Anbindungselement 21, über welches die Lenkwelle 2 mechanisch mit den Planetenrädern gekoppelt ist, wobei die Achsenden der Achsen 31, 32, 33 der Planetenräder beziehungsweise der Planetenteilräder ZA1, ZA2, ZB1, ZB2, ZC1, ZC2 von dem Anbindungselement 21 aufgenommen sind. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein das Hohlrad umschließendes Gehäuseelement G3 mit einer Ausnehmung 17, insbesondere wie bereits unter Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren erläutert, sodass in Fig. 6 das erste Hohlteilrad Hl und das zweite Hohlteilrad H2 nicht sichtbar sind. Aus diesem Grund wurde in Fig. 7 das Gehäuseelement G3 nicht dargestellt. Hierdurch sind in Fig. 7 das erste Hohlteilrad Hl und das zweite Hohlteilrad H2 zu erkennen. Das erste Hohlteilrad Hl und das zweite Hohlteilrad H2 weisen dabei jeweils eine Anformung 18, 16 auf. Die Anformung 18 des ersten Hohlteilrades Hl ist dabei so ausgebildet ist, dass diese in die Ausnehmung 17 des Gehäuseelements 17 derart eingreift, dass ein Verdrehen des ersten Hohlteilrades Hl gegenüber dem Gehäuseelement G3 ausgeschlossen ist. Die Anformung 16 des zweiten Hohlteilrades H2 ist dagegen so ausgebildet, dass diese in die Ausnehmung 17 ragt und dabei ein Bewegungsraum verbleibt, der ein Verdrehen des zweiten Hohlteilrades H2 relativ zu dem Gehäuseelement G3 und damit auch relativ zu dem ersten Hohlteilrad Hl ermöglicht. Des Weiteren ist die Anformung 16 derart ausgebildet, dass diese eine Einwirkfläche 16A aufweist, auf welche mit dem das Federelement F umfassenden Einstellelement 15 zur Einstellung des Spiels des Planetengetriebes 10 eingewirkt wird.
Da in Fig. 7 das erste Hohlteilrad Hl und das zweite Hohlteilrad H2 die Planetenräder und das Anbindungselement 21 der Lenkwelle verdecken, ist in Fig. 8 das Planetengetriebe 10 ohne Hohlteilräder Hl, H2 und ohne Gehäuseelement G3 dargestellt. Hierdurch sind in Fig. 8 die Planetenteilräder ZB1, ZB2, ZC1, ZC2 der Planetenräder des Planetengetriebes 10 sichtbar. Darüber hinaus ist in Fig. 8 zu erkennen, dass das Anbindungselement 21 zwei parallel zueinander angeordnete kreisförmige Flächen aufweist, in welchen die Achsen 31, 32, 33 der Planetenräder angeordnet sind, wobei diese kreisförmigen Flächen über die Verbindungsabschnitte 21S miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird die Drehbewegung der Planetenräder auf die Lenkwelle 2 übertragen. Das Hohlrad ist dabei feststehend. Die Verbindungsabschnitte 21S durchragen dabei die Zwischenräume zwischen den Planetenrädern.
Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
Bezugszeichenliste
1 Lenksystem
2 Lenkwelle
21 Anbindungselement der Lenkwelle (2) zur Anbindung der Lenkwelle (2) an die Planetenräder
21S Verbindungsabschnitt des Anbindungselements (21)
3 Lenkmittel
4 Feedback-Aktuator
5 Lenksteiler
6 Rad
7 Elektromotor
71 Welle des Elektromotors (7)
8 Befestigungsmittel
9 Spurstange
10 Planetengetriebe
11 Wälzlager
12 Kugelgewindespindel
15 Einstellelement
16 Anformung des zweiten Hohlteilrades (H2)
16A Einwirkfläche der Anformung (16)
17 Ausnehmung in dem Gehäuseteil (G3)
18 Anformung des ersten Hohlteilrades (Hl)
31 Achse des ersten Planetenrades
32 Achse des zweiten Planetenrades
33 Achse des dritten Planentenrades
60 Fahrbahn
S Sonnenrad
ZA1 erstes Planetenteilrad des ersten Planetenrades
ZA2 zweites Planetenteilrad des ersten Planetenrades
ZB1 erstes Planetenteilrad des zweiten Planetenrades
ZB2 zweites Planetenteilrad des zweiten Planetenrades
ZC1 erstes Planetenteilrad des dritten Planetenrades
ZC2 zweites Planetenteilrad des dritten Planetenrades
Hl erstes Hohlteilrad des Hohlrades
H2 zweites Hohlteilrad des Hohlrades G Gehäuse
Gl erstes Gehäuseteil des Gehäuses (G)
G2 zweites Gehäuseteil des Gehäuses (G)
G3 drittes Gehäuseteil des Gehäuses (G) F Federelement
L Rotationsachse des Sonnenrades (S)

Claims

Ansprüche
1. Feedback-Aktuator (4) für ein Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, welches einen auf lenkbare Räder (6) des Kraftfahrzeugs wirkenden, in Abhängigkeit einer Fahrerlenkvorgabe elektronisch geregelten Lenksteiler (5) umfasst, wobei der Feedback-Aktuator (4) ein drehmomenterzeugendes Mittel aufweist und ausgebildet ist, mittels des drehmomenterzeugenden Mittels ein Drehmoment auf eine Lenkwelle (2) auszuüben und damit eine Rückwirkung bezüglich eines Räder-Fahrbahn-Kontakts auf ein Lenkmittel (3) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback-Aktuator (4) als das drehmomenterzeugende Mittel ein Planetengetriebe (10) und einen Elektromotor (7) aufweist, wobei der Elektromotor (7) mit dem Planetengetriebe (10) mechanisch derart in Eingriff steht, dass eine Übertragung des Drehmoments von dem Elektromotor (7) über das Planetengetriebe (10) auf eine Lenkwelle (2) erfolgt.
2. Feedback-Aktuator (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (10) ein sich selbst nachstehendes Planetengetriebe ist, welches einer verschleißbedingten Spielbildung durch Nachstellen entgegenwirkt.
3. Feedback-Aktuator (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (10) ein Sonnenrad (S), ein Hohlrad mit einem ersten Hohlteilrad (Hl) und einem in Axialrichtung des Sonnenrads (S) von dem ersten Hohlteilrad (Hl) beabstandeten zweiten Hohlteilrad (H2), wenigstens drei Planetenräder mit jeweils einem ersten Planetenteilrad (ZA1, ZB1, ZC1) und einem in Axialrichtung des Sonnenrads (S) von dem ersten Planetenteilrad (ZA1, ZB1, ZC1) beabstandeten zweiten Planetenteilrad (ZA2, ZB2, ZC2) und ein ein Federelement (F) umfassendes Einstellelement (15) aufweist, wobei die ersten Planetenteilräder (ZA1, ZB1, ZC1) jeweils mit dem Sonnenrad (S) und dem ersten Hohlteilrad (Hl) im Eingriff stehen, wobei die zweiten Planetenteilräder (ZA2, ZB2, ZC2) jeweils mit dem Sonnenrad (S) und dem zweiten Hohlteilrad (H2) im Eingriff stehen, und wobei das Einstellelement (15) dazu ausgebildet ist, das erste Hohlteilrad (Hl) und das zweite Hohlteilrad (H2) in Umfangsrichtung des Sonnenrads (S) relativ zueinander zu verlagern.
4. Feedback-Aktuator (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (F) das erste Hohlteilrad (Hl) und/oder das zweite Hohlteilrad (H2) mit einer ständig wirkenden Druckkraft beaufschlagt.
5. Feedback-Aktuator (4) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (10) ein das Hohlrad umschließendes Gehäuseelement (G3) umfasst.
6. Feedback-Aktuator (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlteilrad (Hl) ortsfest gelagert ist und das zweite Hohlteilrad (H2) in Umfangsrichtung des Sonnenrads (S) verdrehbar gelagert ist.
7. Feedback-Aktuator (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder jeweils dazu ausgebildet sind, sich in Radialrichtung des Sonnenrads (S) zu verlagern, wenn sich das erste Hohlteilrad (Hl) und das zweite Hohlteilrad (H2) in Umfangsrichtung des Sonnenrads (S) relativ zueinander verlagern.
8. Feedback-Aktuator (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (15) dazu ausgebildet ist, das zweite Hohlteilrad (H2) mit einer Druckkraft zu beaufschlagen.
9. Feedback-Aktuator (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlteilrad (H2) eine sich in Radialrichtung des Sonnenrads (S) erstreckende Anformung (16) aufweist.
10. Feedback-Aktuator (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (15) angeordnet ist, die sich in Radialrichtung des Sonnenrads (S) erstreckende Anformung (16) mit einer Druckkraft zu beaufschlagen.
11. Feedback-Aktuator (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (S) einstückig ausgebildet ist.
12. Feedback-Aktuator (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (S), die Planetenräder und das Hohlrad jeweils eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung aufweisen. Feedback-Aktuator (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (10) ein einstufiges oder mehrstufiges Getriebe ist. Steer-by-Wire-Lenksystem gekennzeichnet durch einen Feedback-Aktuator (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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