WO2023051862A1 - Lenkungsaktuator für ein steer-by-wire-lenksystem - Google Patents

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WO2023051862A1
WO2023051862A1 PCT/DE2022/100641 DE2022100641W WO2023051862A1 WO 2023051862 A1 WO2023051862 A1 WO 2023051862A1 DE 2022100641 W DE2022100641 W DE 2022100641W WO 2023051862 A1 WO2023051862 A1 WO 2023051862A1
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steering
disc
rotation stop
steering actuator
drive unit
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PCT/DE2022/100641
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Woellner
Lukas Holler
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear

Definitions

  • the invention relates to a steering actuator for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, in particular a multi-lane passenger car, with a rotation limitation unit arranged in the power flow from a drive unit to a steering rod of the wheel module.
  • steer-by-wire steering systems for motor vehicles accept manual steering commands from the driver via an input unit. This can be done, for example, by turning a steering wheel.
  • the steering wheel is non-rotatably connected via a steering shaft to a steering unit.
  • the steering shaft is not necessarily mechanically connected to the wheels to be steered via a steering gear, but can interact with angle of rotation or torque sensors of the steering unit. These sensors detect the steering command that is introduced and forward an electrical control signal determined from this to a steering actuator, which sets a corresponding steering angle of the wheel or wheel module by means of an electrical actuator.
  • a steering angle limitation is implemented via a mechanical stop in the area of the steering actuator, whereby it must be ensured that the mechanical stop is designed in such a way that the entire necessary steering angle range can be implemented.
  • One embodiment relates to a steering actuator for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, in particular a multi-track passenger car, with a drive unit for initiating a steering movement, a rotatably mounted steering rod for transmitting a steering movement initiated by the drive unit to a wheel of the motor vehicle, a between the drive unit and the steering rod arranged transmission unit, to transfer the steering movement initiated by the drive unit to the wheel of the motor vehicle and a rotation stop arranged in the power flow from the drive unit to the steering rod to limit the steering movement of the wheel, wherein the rotation stop by at least two concentrically rotatable Disks comprehensive disk arrangement is formed, one disk having a locking pin engaging in an engagement contour of the other disk which is curved along a circumference.
  • the steering actuator can be accommodated in a wheel module.
  • the wheel module can carry the wheel for moving the motor vehicle.
  • the steering rod can be rotatably mounted on a support frame of the motor vehicle.
  • a wishbone may be provided and the handlebar may be connected to the wishbone to form a pivot point radially offset from the wheel. In the pivot point can a Attack the longitudinal rocker in an articulated manner.
  • a chassis spring and shock absorber can be sandwiched between the fork leg and the swingarm.
  • a torque can be introduced via the steering rod in order to turn the wheel in a steering head bearing.
  • An electrically drivable wheel hub drive can be provided between the rocker and the wheel. The wheel hub drive makes it possible to drive the wheel of the wheel module separately.
  • multiple wheel modules can be provided for a multi-lane passenger vehicle, which can each be driven individually by the respective wheel hub drive.
  • the drive torque of the drive unit can be converted to the steering torque required for the respective application and passed on to the wheel in order to bring about the intended steering angle change there.
  • the gear unit can be formed by different types of gears or contain different types of gears.
  • a planetary gear can be provided as the gear type.
  • a combination of spur gears and worm gears can also be provided. In rare cases it may be expedient and sufficient if the drive unit has a sufficiently high drive torque to dispense with the gear unit.
  • the rotation stop of the steering actuator saves installation space because it is integrated directly into the power flow line of the steering torque introduced. There is no need for an external stop, for example in the area of the steering head bearing.
  • the rotational stop can be arranged at different points within the power flow between the drive unit and the steering rod, depending on the respective design of the wheel module.
  • An electromechanical motor or actuator can be provided as the drive motor.
  • the two disks of the disk arrangement can have at least approximately the same diameter. The two discs of the disc arrangement can be held against one another via an axial bearing and rotated in relation to one another via the axial bearing.
  • the rotation stop is arranged between the drive unit and the gear unit.
  • the rotation stop is arranged between the gear unit and the steering rod.
  • the advantage of this arrangement is that the rotation stop only has to be designed for a small rotational movement, since the rotational movement of the drive unit has already been translated via the gear. The resulting increased steering torque can be compensated for by a correspondingly larger dimensioning of the rotation stop.
  • the gear unit comprises a worm gear and the rotation stop is arranged on the output side of the worm gear.
  • the rotation stop it can in turn be expedient here for the rotation stop to be arranged on one of the two sides of the worm wheel.
  • the engagement contour is formed as a slot curved along the circumference of the disk or as a curved slot.
  • the elongated hole or the elongated groove is located on a radially outer circumference of the disk that is as possible as possible. It is also conceivable that the engagement contour is also located on an outer circumference of the disk and is exposed radially outward. In this case, the engagement contour is ultimately formed by radially running contact shoulders of the disk, against which the respective locking pin can run in the circumferential direction.
  • a further preferred embodiment provides that the disk having the engagement contour is arranged in a rotationally fixed manner.
  • the disk having the locking pin has a drive flange which is arranged in the axis of rotation and which penetrates axially through a central borehole in the other disk.
  • this disk can be integrated in a simplified manner into the respective interface between the drive unit and gear unit or gear unit and steering rod.
  • the disk arrangement comprises at least one intermediate disk, the intermediate disk having an engagement contour curved along the circumference and a locking pin. This ensures that the rotations between the two end stops of the wheel module that are required in front of the gear unit can be mapped via the rotation stop.
  • each of the locking pins is aligned in relation to the respective disk pointing in the same axial direction parallel to the axis of rotation.
  • FIGS. 4a) and 4b) Details of a further embodiment of the rotation stop.
  • a steering actuator 10 each having a rotation stop 20
  • the rotation stop 20 can have a different position within the power flow of the steering actuator 20 due to the design of the variant of the steering actuator 20.
  • a wheel module, which contains the steering actuator, and an entire vehicle are not shown here.
  • FIG. 1a shows a steering actuator 10 in a schematic representation.
  • the steering actuator 10 comprises a drive unit 12 for initiating a steering movement, a rotatably mounted steering rod 14 for transmitting the steering movement to a wheel of the motor vehicle, and a transmission unit 16 which is arranged between the drive unit 12 and the steering rod 14 .
  • the steering movement initiated by the drive unit 12 can be suitably translated to the wheel via the gear unit 16 .
  • the revolutions initiated by the drive unit 12 are translated down with a gear ratio greater than 1. This increases the torque introduced.
  • the steering rod 14 is shown here in an axial view, so that the steering rod 14 is perpendicular to the plane of the drawing.
  • the transmission unit 16 comprises two sub-transmissions, namely a spur gear 40 and a worm gear 42.
  • the steering actuator 10 includes a rotation stop 20, which is positioned between the drive unit 12 and the gear unit 16 in the variant of the steering actuator 10 shown in FIG.
  • the rotation stop 20 consists of a disc arrangement 22 with at least a first disc 24 and a second disc 26 which can be rotated relative to one another about the drive axis AM of the drive unit 12 .
  • Rotatable relative to each other here means that one of the two discs 24, 26 is held in a rotationally fixed manner relative to the drive unit 12 and the other of the two discs 26, 24 can be rotated relative to the first disc 24, 26.
  • the first disk 24 is non-rotatably connected to the drive unit 12, which is symbolized by the “X” above and below the axis of rotation.
  • the first disk 24 forms an engagement contour, to be described below, for a locking pin 30 of the second disks 26 on the end face facing the second disk.
  • the locking pin 30 sits in the end face of the second disk 26 facing the first disk 24 .
  • the second disc 26 has the drive axle AM has a drive flange 32 which passes axially through a central bore 34 in the other disk 24 and via which the second disk 26 is connected in a twisted manner to a drive shaft 38 of the drive unit 12 .
  • the second slide 26 is connected to an input shaft 44 of the transmission unit 16 in a twisted manner.
  • Figure 1 b) shows the same variant of the steering actuator 10 as Figure 1 a), but with a different position of the rotation stop 20 within the power flow of the steering actuator 20.
  • the view in Figure 1 b) is compared with Figure 1 a) in an axial view of the drive unit 12 and the gear unit 16, so that the worm wheel 19 of the worm gear 18 and the steering rod 14 are shown in the plane of the drawing.
  • the rotation stop 20 is arranged in the power flow between the transmission unit 16 and the steering rod 14 or the rotation stop 20 is arranged on the output side of the transmission unit 16 .
  • FIG. 1 b The representation shown in Figure 1 b) is purely schematic, so that, for example, the non-rotatable fixing of the first disk 24 is not shown, but for this purpose, for example, a permanently attached tubular element in which the worm wheel 19 of the worm gear 18 and the steering rod 14 can be housed , can be provided.
  • a permanently attached tubular element in which the worm wheel 19 of the worm gear 18 and the steering rod 14 can be housed can be provided.
  • an alternative positioning of the rotation stop 20 on the side of the worm wheel 19 facing away from the steering rod 14 is also conceivable. A separate representation of this alternative positioning is not provided here.
  • FIG. 2a shows a variant of the steering actuator 10, in which the gear unit 16 is designed as a planetary gear.
  • the drive axle AM and the steering rod 14 are arranged coaxially to one another.
  • the rotation stop 20 is arranged between the drive unit 12 and the gear unit 16 .
  • the non-rotatable arrangement of the first disc 24 and the The rotatability of the second disc 26 is consequently designed accordingly.
  • Figure 2b) shows the same variant of the steering actuator 10 as Figure 2a), but with a position of the rotation stop 20 between the gear unit 16 and the steering rod 14 or a position on the output side of the gear unit 16.
  • the disk arrangement 22 of the rotation stop 20 is shown as an individual representation of the two disks 24, 26—FIG. 3a)—and as an assembly of both disks 24, 26—FIG. 3b).
  • the first disk 24 has an engagement contour 28 which is curved along a circumference and in which the locking pin 30 of the second disk 26 sits or engages in the assembled situation. It is shown here that the engagement contour 28 is formed as a slot bent along the circumference of the disc 24 . It is also conceivable that the engagement contour 28 is formed by a curved long groove.
  • FIG. 3b) shows an assembly situation in which the locking pin 30 is in the center of the engagement contour in relation to the two end stops of the elongated hole.
  • This configuration is particularly expedient if the positioning of the rotation stop 20 shown in FIGS. 1 b) and 2b) is used, namely the positioning after the gear unit 16 that the steering angle on the output side for the structurally intended driving maneuvers of the vehicle is, for example, in a range of +/-95°, this maximum steering angle range can be limited mechanically via the rotation stop 20 .
  • 4a) and 4b) show an embodiment of the rotary stop 20, which is particularly useful when the positioning of the rotary stop 20 shown in FIGS. 1a) and 2a) is used, namely the positioning between the drive unit 12 and of the gear unit 16.
  • one or more intermediate disks 36 are provided, which sit between the first disk 24 and the second disk 26.
  • Each intermediate disk 36 has an engagement contour 28 curved along the circumference and a locking pin 30 . While the locking pin 30 of the intermediate disc 36 engages in the engagement contour 28 of the first disc 24 , the locking pin 30 of the second disc 26 sits in the engagement contour 28 of the intermediate disc 36 .
  • the intermediate disk 36 has a central bore 34 through which the drive flange 32 of the second disk 26 passes.
  • Figure 4b) shows the assembly situation of the rotation stop 20 in the embodiment with the two disks 24, 26 and two intermediate disks 36.
  • the rotation stop 20 When positioning the rotation stop 20 between the drive unit 12 and the gear unit 16, it is necessary for the rotation stop 20 to be able to perform the entire range of rotation or angular range of the drive unit 12 before the right-hand or correspondingly the left-hand mechanical stop is reached. If one consequently assumes a rotation stop 20 with two intermediate disks 36 as shown here, then this is able to provide an angular range of, for example, 3 x 95° on each side, starting from a central position, i.e. starting from a central position, the drive unit 12 rotate approximately one % total revolution before the respective right-hand or left-hand stop of the rotation stop 20 becomes effective and prevents further turning.
  • an angular range deviating from 95° can also be expedient, for example 3 ⁇ 150°. This would allow a twisting range of more than one revolution to be represented.
  • the discs 24, 26 are designed partially or completely integrally with the adjacent components or are incorporated into the adjacent components in terms of installation space.
  • the described configurations of the steering actuator 10 with the rotation stop 20 are used in a steer-by-wire steering system for safety and in particular to protect components such as cables, coolant lines, brake lines, angle sensors in the area of a wheel module or the wheel housing and add-on parts.
  • the rotation stop 20 can be arranged in a space-saving manner, in particular, since it only requires axial space in the area of the wheel module, but no radial space, which is generally more limited.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lenkungsaktuator (10) für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines mehrspurigen Personenkraftwagens, mit einer im Kraftfluss von einer Antriebseinheit (12) zu einer Lenkstange (14) des Radmoduls angeordnete Rotationsanschlag (20). Der Rotationsanschlag wird durch eine Scheibenanordnung (22) gebildet, über die der Anschlag über ein Zusammenwirken einer Eingriffskontur (28) mit einem Arretierstift (30) erfolgt. Der Rotationsanschlag (20) kann insbesondere bauraumsparend angeordnet werden, da er lediglich einen axialen Bauraum im Bereich des Radmoduls benötigt, aber keinem radialen Bauraum benötigt, welcher in der Regel knapper bemessen ist.

Description

Lenkunqsaktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem
Die Erfindung betrifft einen Lenkungsaktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines mehrspurigen Personenkraftwagens, mit einer im Kraftfluss von einer Antriebseinheit zu einer Lenkstange des Radmoduls angeordnete Rotationsbegrenzungseinheit.
Steer-by-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen wie konventionelle mechanische Lenkungen manuelle Lenkbefehle des Fahrers durch eine Eingabeeinheit entgegen. Dies kann beispielsweise durch eine Drehung eines Lenkrades erfolgen. Das Lenkrad ist über eine Lenkwelle einer Lenkereinheit drehfest verbunden. Die Lenkwelle ist jedoch nicht notwendigerweise mechanisch über ein Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden, sondern kann mit Drehwinkel- beziehungsweise Drehmomentsensoren der Lenkereinheit Zusammenwirken. Diese Sensoren erfassen den eingebrachten Lenkbefehl und geben ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenkungsaktuator weiter, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag des Rades bzw. des Radmoduls stellt.
Bei herkömmlichen rein mechanischen Lenksystem ist die maximale Anzahl der Lenkumdrehungen mechanisch festgelegt. Über die bestehende mechanische Verbindung ist hiermit auch gleichzeitig festgelegt, dass sich die gelenkten Räder innerhalb definierter Anschläge bewegen. Steer-by-Wire-Lenksystemen fehlt diese mechanische Verbindung, so dass sowohl eine Begrenzung der möglichen Lenkradumdrehungen als auch eine Lenkwinkelbegrenzung der Räder bzw. der Radmodule vorgesehen werden muss. Eine Lenkwinkelbegrenzung der Räder bzw. der Radmodule muss vorgesehen werden, damit in einem Fehlerfall im Bereich des Lenkungsaktuators keine Drehung über den maximal zulässigen Lenkwinkel statfindet, wodurch Komponenten wie Kabel, Kühlmittelleitungen, Bremsleitungen, Winkelsensoren oder Radkasten und Anbauteile Schaden nehmen könnten. Eine Lenkwinkelbegrenzung wird über einen mechanischen Anschlag im Bereich des Lenkaktuators realisiert, wobei sichergestellt sein muss, dass der mechanische Anschlag derart ausgelegt ist, dass der komplette nötige Lenkwinkelbereich realisiert werden kann. Es besteht ein ständiges Bedürfnis einen Lenkaktuator für ein Steer-by-wire- Lenksystem eines Kraftfahrzeugs möglichst einfach und kostengünstig auszugestalten.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine einfach und kostengünstig ausgestaltete Lenkwinkelbegrenzung eines Lenkungsaktuators für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Lenkungsaktuator 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.
Eine Ausführungsform betrifft einen Lenkungsaktuator für ein Steer-by-wire- Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines mehrspurigen Personenkraftwagens, mit einer Antriebseinheit zur Einleitung einer Lenkbewegung, einer drehbar gelagerten Lenkstange zur Übertragung einer von der Antriebseinheit eingeleiteten Lenkbewegung an ein Rad des Kraftfahrzeugs, einer zwischen der Antriebseinheit und der Lenkstange angeordneten Getriebeeinheit, zur Übersetzung der von der Antriebseinheit eingeleiteten Lenkbewegung auf das Rad des Kraftfahrzeugs und einem im Kraftfluss von der Antriebseinheit zu der Lenkstange angeordneten Rotationsanschlag zur Begrenzung der Lenkbewegung des Rades, wobei der Rotationsanschlag durch eine zumindest zwei konzentrisch zueinander drehbare Scheiben umfassende Scheibenanordnung gebildet ist, wobei die eine Scheibe einen in ein entlang eines Umfangs gebogene Eingriffskontur der anderen Scheibe eingreifenden Arretierstift aufweist.
Der Lenkungsaktuator kann in einem Radmodul aufgenommen sein. Das Radmodul kann das Rad zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs tragen. Die Lenkstange kann an einem Tragrahmen des Kraftfahrzeugs drehbar gelagert sein. Es kann ein Gabelbein vorgesehen sein, wobei die Lenkstange mit dem Gabelbein verbunden sein kann, um eine zum Rad radial versetzte Anlenkstelle zu bilden. In der Anlenkstelle kann eine Längsschwinge gelenkig angreifen. Eine Fahrwerksfeder und ein Stoßdämpfer können zwischen dem Gabelbein und der Schwinge einsitzen. Zum Lenken des Kraftfahrzeugs kann über die Lenkstange ein Drehmoment eingeleitet werden, um das Rad in einem Lenkkopflager zu drehen. Es kann zwischen der Schwinge und dem Rad ein elektrisch antreibbarer Radnabenantrieb vorgesehen sein. Der Radnabenantrieb ermöglicht es das Rad des Radmoduls separat anzutreiben. Insbesondere können für einen mehrspurigen Personenkraftwagen mehrere Radmodule vorgesehen sein, die jeweils einzeln von dem jeweiligen Radnabenantrieb angetrieben werden können.
Über die Getriebeeinheit des Lenkungsaktuator kann das Antriebsmoment der Antriebseinheit auf für die jeweilige Anwendung nötige Lenkmoment übersetzt und an das Rad weitergegeben werden, um dort die beabsichtigte Lenkwinkeländerung herbeizuführen. Die Getriebeeinheit kann durch unterschiedliche Getriebetypen gebildet werden oder verschiedene Getriebetypen beinhalten. Als Getriebetyp kann ein Planetenradgetriebe vorgesehen sein. Es kann auch eine Kombination aus Stirnradgetriebe und Schneckengetriebe vorgesehen sein. In seltenen Fällen mag es zweckmäßig und ausreichend sein, wenn bei ausreichend hohem Antriebsmoment der Antriebseinheit auf die Getriebeeinheit verzichtet wird.
Der Rotationsanschlag des Lenkungsaktuators ist bauraumsparend, da er unmittelbar in die Linie des Kraftflusses des eingeleiteten Lenkmoments integriert ist. Es kann auf einen außenliegenden Anschlag verzichtet werden, beispielsweise im Bereich des Lenkkopflagers. Der Rotationsanschlag kann innerhalb der Kraftflusses zwischen Antriebseinheit und Lenkstange in Abhängigkeit der jeweiligen Ausgestaltung des Radmoduls an unterschiedlichen Stellen angeordnet werden. Als Antriebsmotor kann ein elektromechanischer Motor bzw. Stellantrieb vorgesehen sein. Die beiden Scheiben der Scheibenanordnung können zumindest annähernd einen gleichen Durchmesser haben. Die beiden Scheiben der Scheibenanordnung können über ein Axiallager gegeneinander gehalten sein und über das Axiallager gegeneinander verdreht werden. Bezüglich der Drehbarkeit der beiden Scheiben zueinander wird es als ausreichend erachtet, wenn zumindest eine der Scheiben drehbar ist, so dass eine Relativdrehung beider Scheiben zueinander realisiert werden kann. ln einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotationsanschlag zwischen der Antriebseinheit und der Getriebeeinheit angeordnet. Bei dieser Anordnung ist ein geringer Bauraumbedarf von Vorteil, da noch keine Getriebeübersetzung stattgefunden hat und lediglich das relativ geringe Drehmoment der Antriebseinheit abgestützt werden muss.
In einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotationsanschlag zwischen der Getriebeeinheit und der Lenkstange angeordnet. Bei dieser Anordnung ist von Vorteil, dass der Rotationsanschlag nur auf eine geringe Drehbewegung ausgelegt sein muss, da die Drehbewegung der Antriebseinheit bereits über das Getriebe übersetzt worden ist. Das hierdurch entstandene erhöhte Lenkmoment kann durch eine entsprechend stärkere Dimensionierung des Rotationsanschlags ausgeglichen werden. In einer konkreten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Getriebeeinheit ein Schneckengetriebe umfasst und der Rotationsanschlag abtriebsseitig des Schneckengetriebes angeordnet ist. Hierbei kann es je nach konkreter Anwendung bzw. Bauraumgegebenheiten wiederum zweckmäßig sein, dass der Rotationsanschlag zu einer der beiden Seiten des Schneckenrades angeordnet ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Eingriffskontur als ein entlang des Umfangs der Scheibe gebogenes Langloch oder als gebogene Langnut gebildet. Insgesamt ist es besonders zweckmäßig, wenn sich das Langloch bzw. die Langnut auf einem radial möglichst äußeren Umfang der Scheibe befindet. Denkbar ist auch, dass die Eingriffskontur sich auch auf einem Außenumfang der Scheibe befindet und nach radial außen freigestellt ist. Hierbei wird die Eingriffskontur letztlich durch radial verlaufende Anlageschultern der Scheibe gebildet, gegen die der jeweilige Arretierstift in Umfangsrichtung anlaufen kann.
Eine weiterhin bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die die Eingriffskontur aufweisende Scheibe drehfest angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich für diese Scheibe in vorteilhafterweise die Möglichkeit, dass sie unmittelbar oder mittelbar mit der Antriebseinheit, der Getriebeeinheit oder der Lenkstange verbunden werden kann. Insbesondere ist bevorzugt, wenn die den Arretierstift aufweisende Scheibe einen in der Drehachse angeordneten Antriebsflansch aufweist, der durch eine zentrische Bohrung der anderen Scheibe axial durchtritt. Hierdurch lässt sich diese Scheibe vereinfacht in die jeweilige Schnittstelle zwischen Antriebseinheit und Getriebeeinheit oder Getriebeeinheit und Lenkstange integrieren.
Insbesondere für die Ausgestaltung, bei der Rotationsanschlag vor der Getriebeeinheit angeordnet ist, wird es als vorteilhaft erachtet, wenn die Scheibenanordnung zumindest eine Zwischenscheibe umfasst, wobei die Zwischenscheibe ein entlang des Umfangs gebogene Eingriffskontur und einen Arretierstift aufweist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die vor der Getriebeeinheit erforderlichen Drehungen zwischen den beiden Endschlägen des Radmoduls über den Rotationsanschlag abgebildet werden können. In konkreter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jeder der Arretierstifte bezogen auf die jeweilige Scheibe in eine gleiche axiale Richtung zeigend parallel zur Drehachse ausgerichtet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
Fig. 1 a) und 1 b): eine schematische Darstellung einer Variante eines Lenkungsaktuators mit einem Rotationsanschlag,
Fig. 2a) und 2b): eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Lenkungsaktuators mit einem Rotationsanschlag,
Fig. 3a) und 3b): Detaillierungen einer ersten Ausführung des Rotationsanschlags und Fig. 4a) und 4b): Detaillierungen einer weiteren Ausführung des Rotationsanschlags.
Anhand der nachfolgenden Figuren werden verschiedenen Varianten eines Lenkungsaktuator 10 beschrieben, die jeweils einen Rotationsanschlag 20 aufweisen, wobei der Rotationsanschlag 20 bedingt durch den Aufbau der Variante des Lenkungsaktuators 20 eine jeweils andere Position innerhalb des Kraftflusses des Lenkungsaktuators 20 haben kann. Als Kraftfluss wird der Verlauf des von einer Antriebs- einheit 12, welches zweckmäßigerweise ein Elektromotor sein kann, aufgebrachte und an ein Rad weitergegebenes Lenkmoment bezeichnet. Auf die Darstellung eines Radmoduls, welches den Lenkungsaktuator beinhaltet, und eines gesamten Fahrzeugs wird vorliegend verzichtet.
Die Figur 1 a) zeigt einen Lenkungsaktuator 10 in einer schematischen Darstellung. Der Lenkungsaktuator 10 umfasst strukturell betrachtet eine Antriebseinheit 12 zur Einleitung einer Lenkbewegung, eine drehbar gelagerte Lenkstange 14 zur Übertragung der Lenkbewegung an ein Rad des Kraftfahrzeugs und eine Getriebeeinheit 16, die zwischen der Antriebseinheit 12 und der Lenkstange 14 angeordnet ist. Über die Getriebeeinheit 16 kann die von der Antriebseinheit 12 eingeleitete Lenkbewegung passend auf das Rad übersetzt werden. Prinzipiell ist vorgesehen, dass die von der Antriebseinheit 12 eingeleiteten Umdrehungen mit einer Übersetzung größer 1 ins Langsame übersetzt werden. Hierbei erfolgt eine Erhöhung des eingeleiteten Drehmoments. Die Lenkstange 14 ist vorliegend in einer Axialansicht dargestellt, so dass die Lenkstange 14 senkrecht zur Zeichenebene liegt. Die Getriebeeinheit 16 umfasst in der vorliegend dargestellten Variante zwei Teilgetriebe und zwar ein Stirnradgetriebe 40 und ein Schneckenradgetriebe 42.
Zudem umfasst der Lenkungsaktuator 10 einen Rotationsanschlag 20, der bei der in der Figur 1 a) dargestellten Variante des Lenkungsaktuators 10 zwischen der Antriebseinheit 12 und der Getriebeeinheit 16 positioniert ist. Der Rotationsanschlag 20 besteht strukturell betrachtet aus einer Scheibenanordnung 22, mit zumindest einer ersten Scheibe 24 und einer zweiter Scheibe 26, die um die Antriebsachse AM der Antriebseinheit 12 relativ zueinander drehbar sind. Relativ zueinander drehbar bedeutet hierbei, dass eine der beiden Scheiben 24, 26 gegenüber der Antriebseinheit 12 drehfest gehalten ist und die andere der beiden Scheiben 26, 24 gegenüber der ersten Scheibe 24, 26 drehbar ist. Vorliegend ist die ersten Scheibe 24 drehfest mit der Antriebseinheit 12 verbunden, was mit durch das „X“ oberhalb und unterhalb der Drehachse symbolisiert ist. Die erste Scheibe 24 bildet auf der der zweiten Scheibe zugewandten Stirnfläche eine noch zu beschreibende Eingriffskontur für einen Arretierstift 30 der zweiten Scheiben 26 aus. Der Arretierstift 30 sitzt in der der ersten Scheibe 24 zugewandten Stirnfläche der zweiten Scheibe 26 ein. Die zweite Scheibe 26 weist in der Antriebsachse AM einen Antriebsflansch 32 auf, der durch eine zentrische Bohrung 34 der anderen Scheibe 24 axial durchtritt und über den die zweite Scheibe 26 verdrehtest mit einer Antriebswelle 38 der Antriebseinheit 12 verbunden ist. Zur anderen axialen Seite ist die zweite Schiebe 26 verdrehtest mit einer Eingangswelle 44 der Getriebeeinheit 16 verbunden. Bei einer durch die Antriebseinheit 12 eingeleiteten Lenkbewegung, Drehung um die Antriebsachse AM, dreht sich folglich lediglich die zweite Scheibe 26 und die Getriebeeingangswelle 44, wohingehen die erste Scheibe 24 stillsteht und über die Eingriffskontur 28 mit dem Arretierstift 30 in einer noch zu beschreibenden Weise in eine Wirkverbindung mit der zweiten Scheibe 24 treten kann.
Die Figur 1 b) zeigt die gleiche Variante des Lenkungsaktuators 10 wie die Figur 1 a), allerdings mit einer anderen Position des Rotationsanschlages 20 innerhalb des Kraftflusses des Lenkungsaktuators 20. Bei der Ansicht der Figur 1 b) handelt es sich verglichen mit der Figur 1 a) im eine Axialansicht der Antriebseinheit 12 und der Getriebeeinheit 16, so dass das Schneckenrad 19 des Schneckengetriebes 18 und die Lenkstange 14 in der Zeichnungsebene dargestellt sind. Der Rotationsanschlag 20 ist im Kraftfluss zwischen der Getriebeeinheit 16 und der Lenkstange 14 angeordnet bzw. der Rotationsanschlag 20 ist ausgangsseitig der Getriebeeinheit 16 angeordnet. Die gezeigte Darstellung in der Figur 1 b) ist rein schematisch, so dass beispielsweise die drehfeste Festlegung der ersten Scheibe 24 nicht gezeigt ist, hierfür allerdings beispielsweise ein fest angebrachtes Rohrelement, in dem das Schneckenrad 19 des Schneckengetriebes 18 und die Lenkstange 14 eingehaust sein können, vorgesehen sein kann. Ausgehend von der in der Figur 1 b) dargestellten Positionierung des Rotationsanschlages 20 ist auch eine alternative Positionierung des Rotationsanschlag 20 auf der der Lenkstange 14 abgewandten Seite des Schneckenrades 19 denkbar. Auf eine eigene Darstellung dieser alternativen Positionierung wird vorliegend verzichtet.
Die Figur 2a) zeigt eine Variante des Lenkungsaktuators 10, bei der die Getriebeeinheit 16 als ein Planetenradgetriebe ausgeführt ist. Hierbei sind die Antriebsachse AM und die Lenkstange 14 koaxial zueinander angeordnet. Der Rotationsanschlag 20 ist, wie bereits zu der Figur 1 a) beschrieben, zwischen der Antriebseinheit 12 und der Getriebeeinheit 16 angeordnet. Die drehfeste Anordnung der ersten Scheibe 24 und die Drehbarkeit der zweiten Scheibe 26 sind folglich entsprechend ausgeführt. Die Figur 2b) zeigt die gleiche Variante des Lenkungsaktuators 10 wie die Figur 2a), allerdings mit einer Position des Rotationsanschlages 20 zwischen der Getriebeeinheit 16 und der Lenkstange 14 bzw. einer Position ausgangsseitig der Getriebeeinheit 16.
In den Figuren 3a) und 3b) ist die Scheibenanordnung 22 des Rotationsanschlages 20 als Einzeldarstellung der beiden Scheiben 24, 26 - Figur 3a) - und als Zusammenbau beider Scheiben 24, 26 - Figur 3b) - gezeigt. Es handelt sich um rein schematische Darstellungen. Die erste Scheibe 24 weist neben der axialen Bohrung 34 eine entlang eines Umfangs gebogene Eingriffskontur 28 auf, in der der Arretierstift 30 der zweiten Scheibe 26 in der Zusammenbausituation einsitzt bzw. eingreift. Vorliegend ist dargestellt, dass die Eingriffskontur 28 als ein entlang des Umfangs der Scheibe 24 gebogenes Langloch ausgebildet wird. Denkbar ist auch, dass die Eingriffskontur 28 durch eine gebogene Langnut gebildet wird. Die Funktion des Rotationsanschlags 20 ergibt sich nun daraus, dass die ersten Scheibe 24 wie zuvor beschrieben drehfest gehalten ist und die zweite Scheibe 26 die durch die Antriebseinheit 12 eingeleitete Lenkbewegung synchron ausführt, die Lenkbewegung allerdings begrenzt wird durch den maximal möglichen Umfangsweg, den der Arretierstift 30 der zweiten Scheibe 26 in der Eingriffskontur 28 zurücklegen kann. Vorliegend ist in der Figur 3b) eine Zusammenbausituation gezeigt, in der der Arretierstift 30 bezogen auf die beiden Endanschläge des Langlochs mittig in der Eingriffskontur steht.
Für die praktische Ausgestaltung kann vorgesehen, dass sich die Eingriffskontur 28 ausgehend von die Mittelposition zu beiden Seiten jeweils über einen Umfangsabschnitt von beispielsweise 95° erstreckt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die in den Figuren 1 b) und 2b) gezeigte Positionierung des Rotationsanschlages 20 zur Anwendung kommt, nämlich die Positionierung nach der Getriebeeinheit 16. Da die Lenkbewegung bzw. der Lenkwinkel beim Durchlaufen der Getriebeeinheit übersetzt wird, so dass der Lenkwinkel ausgangsseitig für die konstruktiv vorgesehenen Fahrmanöver des Fahrzeugs beispielsweise in einem Bereich von +/-95° liegt, kann dieser maximale Lenkwinkelbereich mechanisch über den Rotationsanschlag 20 begrenzt werden. ln den Figuren 4a) und 4b) ist eine Ausgestaltung des Rotationsanschlages 20 gezeigt, der insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn die in den Figuren 1 a) und 2a) gezeigte Positionierung des Rotationsanschlages 20 zur Anwendung kommt, nämlich die Positionierung zwischen der Antriebseinheit 12 und der Getriebeeinheit 16. Bei dieser Ausgestaltung des Rotationsanschlages 20 sind eine oder mehrere Zwischenscheiben 36 vorgesehen, die zwischen der ersten Scheibe 24 und der zweiten Scheibe 26 einsitzen. Jede Zwischenscheibe 36 weist eine entlang des Umfangs gebogene Eingriffskontur 28 und einen Arretierstift 30 auf. Während der Arretierstift 30 der Zwischenscheibe 36 in die Eingriffskontur 28 der ersten Scheibe 24 eingreift, sitzt in der Eingriffskontur 28 der Zwischenscheibe 36 der Arretierstift 30 der zweiten Scheibe 26 ein. Zudem weist die Zwischenscheibe 36 eine zentrale Bohrung 34 auf, durch die der Antriebsflansch 32 der zweiten Scheibe 26 hindurchtritt. Die Figur 4b) zeigt die Zusammenbausituation des Rotationsanschlages 20 in der Ausgestaltung mit den beiden Scheiben 24, 26 und zwei Zwischenscheiben 36.
Bei der Positionierung des Rotationsanschlages 20 zwischen der Antriebseinheit 12 und der Getriebeeinheit 16 ist es erforderlich, dass der Rotationsanschlag 20 den gesamten Umdrehungsbereich bzw. Winkelbereich der Antriebseinheit 12 ausführen kann, bevor der rechtsseitige oder entsprechend der linksseitige mechanische Anschlag erreicht wird. Wenn man folglich von einem Rotationsanschlag 20 mit zwei Zwischenscheiben 36 wie vorliegend dargestellt ausgeht, dann ist dieser in der Lage ausgehend von einer Mittelstellung zu jeder Seite einen Winkelbereich von beispielsweise 3 x 95° zur Verfügung zu stellen, d.h. ausgehend von einer Mittelstellung kann die Antriebseinheit 12 ca. eine % Gesamtumdrehung drehen, bevor der jeweilige rechtsseitige oder linksseitige Anschlag des Rotationsanschlages 20 wirksam wird und ein Weiterdrehen verhindert. Es kann aber auch ein von 95° abweichender Winkelbereich zweckmäßig sein, beispielsweise 3 x 150°. Hierdurch würde sich ein Verdrehbereich von größer einer Umdrehung darstellen lassen.
Bei allen dargestellten und beschriebenen Ausgestaltungen des Rotationsanschlages 20 kann vorgesehen sein, dass die Scheiben 24, 26 teilweise oder vollständig mit den angrenzenden Bauteilen integral gestaltet sind bzw. bauraummäßig in die angrenzenden Bauteile eingearbeitet sind. Die beschriebenen Ausgestaltungen des Lenkungsaktuators 10 mit dem Rotationsanschlages 20 dienen bei einem Steer-by-wire-Lenksystem der Sicherheit und insbesondere dem Schutz von Komponenten wie Kabel, Kühlmittelleitungen, Bremsleitungen, Winkelsensoren im Bereich eines Radmoduls oder des Radkastens und von An- bauteilen. Der Rotationsanschlag 20 kann insbesondere bauraumsparend angeordnet werden, da er lediglich einen axialen Bauraum im Bereich des Radmoduls benötigt, aber keinem radialen Bauraum benötigt, welcher in der Regel knapper bemessen ist.
Bezuqszeichenliste
10 Lenkungsaktuator
12 Antriebseinheit
14 Lenkstange
16 Getriebeeinheit
18 Schneckengetriebe
19 Schneckenrad
20 Rotationsanschlag
22 Scheibenanordnung
24 Scheibe
26 Scheibe
28 Eingriffskontur
30 Arretierstift
32 Antriebsflansch
34 Bohrung
36 Zwischenscheibe
38 Antriebswelle
40 Stirnradgetriebe
42 Schneckenradgetriebe
44 Eingangswelle

Claims

Patentansprüche
1 . Lenkungsaktuator (10) für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines mehrspurigen Personenkraftwagens, mit einer Antriebseinheit (12) zur Einleitung einer Lenkbewegung, einer drehbar gelagerten Lenkstange (14) zur Übertragung einer von der Antriebseinheit (12) eingeleiteten Lenkbewegung an ein Rad des Kraftfahrzeugs, einer zwischen der Antriebseinheit (12) und der Lenkstange (14) angeordneten Getriebeeinheit (16), zur Übersetzung der von der Antriebseinheit (12) eingeleiteten Lenkbewegung auf das Rad des Kraftfahrzeugs und einen im Kraftfluss von der Antriebseinheit (12) zu der Lenkstange (14) angeordneten Rotationsanschlag (20) zur Begrenzung der Lenkbewegung des Rades, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsanschlag (20) durch eine zumindest zwei konzentrisch zueinander drehbare Scheiben (24, 26) umfassende Scheibenanordnung (22) gebildet ist, wobei die eine Scheibe (24) einen in ein entlang eines Umfangs gebogene Eingriffskontur (28) der anderen Scheibe (26) eingreifenden Arretierstift (30) aufweist.
2. Lenkungsaktuator (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsanschlag (20) zwischen der Antriebseinheit (12) und der Getriebeeinheit (16) angeordnet ist.
3. Lenkungsaktuator (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsanschlag (20) zwischen der Getriebeeinheit (16) und der Lenkstange (14) angeordnet ist.
4. Lenkungsaktuator (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (16) ein Schneckengetriebe (18) umfasst und der Rotationsanschlag (20) abtriebsseitig des Schneckengetriebes (18) angeordnet ist.
5. Lenkungsaktuator (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsanschlag (20) zu einer der beiden Seiten eines Schneckenrades (19) des Schneckengetriebes (18) angeordnet ist.
6. Lenkungsaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffskontur (28) als ein entlang des Umfangs der Scheibe (24) gebogenes Langloch oder als gebogene Langnut gebildet ist.
7. Lenkungsaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Eingriffskontur (28) aufweisende Scheibe (24) drehfest angeordnet.
8. Lenkungsaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den Arretierstift (30) aufweisende Scheibe (26) einen in der Drehachse AM angeordneten Antriebsflansch (32) aufweist, der durch eine zentrische Bohrung (34) der anderen Scheibe (24) axial durchtritt.
9. Lenkungsaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenanordnung (22) zumindest eine Zwischenscheibe (36) umfasst, wobei die Zwischenscheibe (36) eine entlang des Umfangs gebogene Eingriffskontur (28) und einen Arretierstift (30) aufweist.
10. Lenkungsaktuator (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Arretierstifte (30) bezogen auf die jeweilige Scheibe (24, 36) in eine gleiche axiale Richtung zeigend parallel zur Drehachse ausgerichtet ist.
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EP2641813A2 (de) * 2012-03-22 2013-09-25 Jtekt Corporation Fahrzeuglenksystem
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