WO2023061721A1 - Lenksäule für ein steer-by-wire lenksystem - Google Patents

Lenksäule für ein steer-by-wire lenksystem Download PDF

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WO2023061721A1
WO2023061721A1 PCT/EP2022/076385 EP2022076385W WO2023061721A1 WO 2023061721 A1 WO2023061721 A1 WO 2023061721A1 EP 2022076385 W EP2022076385 W EP 2022076385W WO 2023061721 A1 WO2023061721 A1 WO 2023061721A1
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Sandor Szegedi
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Robert Bosch Gmbh
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
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    • 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
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B62D1/10—Hubs; Connecting hubs to steering columns, e.g. adjustable
    • B62D1/105—Non-rotatable hubs, e.g. the central part of the steering wheel not rotating

Definitions

  • the present invention relates to a steering column for a steer-by-wire steering system for a motor vehicle.
  • the desired steering angle is transmitted from the steering wheel to the two front wheels via a mechanical connection.
  • the steering torque is amplified by a servo gear so that easy steering is possible.
  • the steering shaft and steering wheel hub are fixed in this invention, meaning they cannot rotate.
  • the steering column feedback actuator consists of a primary feedback unit and a secondary feedback unit.
  • the secondary feedback unit includes a small motor which acts on the primary feedback unit via a gearbox. Higher moments can be generated by the gearbox.
  • FIG. 1 shows the steering column according to the invention in a cross section
  • the steering column according to the invention can be seen in a cross section in FIG.
  • the steering wheel 1 consists of a steering wheel rim 7 and a steering wheel hub 2, which is fixed.
  • the steering wheel hub 2 is attached to the end of the steering shaft 6, which also cannot rotate.
  • the steering column feedback actuator consists of a primary feedback unit and a secondary feedback unit.
  • the primary feedback unit comprises a motor 3 which is arranged inside the steering wheel 1.
  • the motor 3 has an inner part 5 which is fixedly arranged on the steering shaft 6 and therefore cannot rotate either.
  • An outer part 4 of the motor 3 can rotate and is connected to the housing 8 of the primary feedback unit.
  • the housing 8 of the primary feedback unit also carries the steering wheel rim 7. The motor 3 thus acts directly on the steering wheel 1.
  • a gear 15 is fixed on the housing 8 of the primary feedback unit by an interference fit.
  • the electric motor 12 carries the gear wheel 14 and thus drives the gear wheel 15 .
  • a corresponding form of toothing can be selected, for example a helical toothing, in order to enable low-noise operation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Steering Controls (AREA)

Abstract

Lenksäule für ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug; mit einem Lenkrad (1), welches eine feststehende Lenkradnabe (2) aufweist; mit einer Force Feedback Einheit, welche Momente auf das Lenkrad (1) übertragen kann, wobei die Force Feedback Einheit einen ersten elektrischen Motor (3) und einen zweiten elektrischen Motor (12) umfasst; wobei der erste elektrische Motor (3) direkt auf das Lenkrad (1) wirkt; und wobei der zweite elektrische Motor (12) über ein Getriebe (13) auf das Lenkrad (1) wirkt.

Description

Beschreibung
Titel
Lenksäule für ein Steer-by-Wire Lenksystem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Bei konventionellen Lenksystemen wird der gewünschte Lenkwinkel vom Lenkrad über eine mechanische Verbindung auf die beiden Vorderräder übertragen. Das Lenkmoment wird durch ein Servogetriebe verstärkt, damit ein einfaches Lenken möglich ist.
Bei Steer-by-Wire Lenksystemen entfällt die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern. Der am Lenkrad eingestellte Lenkwinkel wird durch einen Sensor erfasst und elektronisch auf den Lenkaktuator übertragen, welcher dann die Vorderräder entsprechend verstellt.
Der Fahrer des Fahrzeugs benötigt am Lenkrad ein Feedback über die Fahrsituation an den Rädern, beispielsweise über den Zustand der Fahrbahnoberfläche. Darüber hinaus erzeugt das Feedback ein geschwindigkeitsabhängiges Lenkgefühl. In klassischen Lenksystemen wurde diese Feedback-Kräfte über die mechanische Verbindung von den Rädern an das Lenkrad übertragen.
Bei Steer-by-Wire Lenksystemen kann das Feedback nicht mehr mechanisch übertragen werden, da es die mechanische Verbindung zwischen Lenksäule und Lenkgetriebe nicht mehr gibt. Daher muss bei SbW-Lenksystemen das Feedback für den Fahrer am Lenkrad simuliert werden. Dies geschieht durch einen elektrischen Motor, welcher direkt oder indirekt über ein Getriebe auf das Lenkrad wirkt.
Der elektrische Feedback-Motor muss rechtzeitig ein ausreichendes Moment für das benötigte Feedback bereitstellen. Höhere Momente benötigen entsprechend einen größeren Motor. Ein direkt wirkender Motor hat ein sehr gutes Ansprechverhalten da es kein Getriebe gibt, aber er muss größer dimensioniert werden um das benötigte Moment zu erzeugen. Über ein zusätzliches Getriebe könnte das Moment eines kleineren Motors erhöht werden, allerdings können dabei auch mehr Geräusche erzeugt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lenksäule für ein SbW-Lenksystem bereitzustellen, wobei ein Feedback-Aktuator vorgesehen ist, welcher keinen großen Motor verwenden soll. Dennoch soll der Feedback-Aktuator ein sehr gutes Ansprechverhalten aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Dadurch, dass erfindungsgemäß zwei kleinere Motoren für den Feedbackaktuator verwendet werden, welche kombiniert und variabel eingesetzt werden, ergibt sich ein kompakter Feedback-Aktuator mit einem guten Ansprechverhalten. Ein erster elektrischer Motor ist im Lenkrad angeordnet und wirkt dort direkt. Mit diesem Motor können geringere Momente erzeugt werden. Ein zweiter elektrischer Motor ist hinter dem ersten Motor angeordnet und wirkt über ein Getriebe auf das Lenkrad. Mit diesem Motor können bei Bedarf größere Momente erzeugt werden.
Das Verhalten des Feedback-Aktuators ist variabel und ist abhängig von der Fahrsituation, z.B. der Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder dem Lenkwinkel. Die beiden Motoren können jeweils einzeln oder gleichzeitig eingesetzt werden.
Die Lenkwelle und die Lenkradnabe sind bei dieser Erfindung fest, das heißt sie können nicht rotieren. Der Feedback-Aktuator der Lenksäule besteht aus einer primären Feedback-Einheit und einer sekundären Feedback-Einheit.
Die primäre Feedback-Einheit ist nahe dem Lenkrad angeordnet und besteht aus einem kleinen Motor, welcher direkt auf das Lenkrad bzw. den Lenkkranz wirkt. Ein innerer Teil des Motors ist an der feststehenden Lenkwelle befestigt. Ein äußerer Teil des Motors kann rotieren und ist mit dem Gehäuse der primären Feedback-Einheit verbunden. Das Gehäuse der primären Feedback-Einheit trägt zudem den Lenkradkranz. Die primäre Feedback-Einheit ist über Wälzlager im Gehäuse der Lenksäule gelagert und kann dadurch in dem Gehäuse rotieren.
Die sekundäre Feedback-Einheit umfasst einen kleinen Motor, welcher über ein Getriebe auf die primäre Feedback-Einheit wirkt. Durch das Getriebe können höhere Momente erzeugt werden.
Wie von Lenksäulen mit feststehender Nabe und Lenkwelle bekannt, können besser geeignete Airbagkonzepte oder zusätzliche Bedienelemente an der Nabe verwendet werden. Durch die hohle Lenkwelle können elektrische Kabel geführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Lenksäule in einem Querschnitt
Fig. 2 eine Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Lenksäule
In der Figur 1 ist die erfindungsgemäße Lenksäule in einem Querschnitt zu sehen. Das Lenkrad 1 besteht aus einem Lenkradkranz 7 und einer Lenkradnabe 2, welche feststehend ausgeführt ist. Die Lenkradnabe 2 ist am Ende der Lenkwelle 6 befestigt, welche ebenfalls nicht rotieren kann.
Der Feedback-Aktuator der Lenksäule besteht aus einer primären Feedback-Einheit und einer sekundären Feedback-Einheit. Die primäre Feedback-Einheit umfasst einen Motor 3, welcher innerhalb des Lenkrads 1 angeordnet ist. Der Motor 3 weist dabei einen inneren Teil 5 auf, welcher fest auf der Lenkwelle 6 angeordnet ist und daher auch nicht rotieren kann. Ein äußerer Teil 4 des Motors 3 kann rotieren und ist mit dem Gehäuse 8 der primären Feedback-Einheit verbunden. Das Gehäuse 8 der primären Feedback-Einheit trägt zudem den Lenkradkranz 7. Der Motor 3 wirkt damit direkt auf das Lenkrad 1.
Die primäre Feedbackeinheit ist mit zwei Wälzlagern 9 auf der Lenkwelle 6 gelagert. Zudem ist die primäre Feedbackeinheit teilweise in ein Gehäuse 11 eingeschoben und dort über ein Wälzlager 10 gelagert. Damit ist die primäre Feedbackeinheit rotierbar angeordnet. Das Gehäuse 11 beinhaltet die sekundäre Feedback-Einheit. Diese umfasst einen elektrischen Motor 12, welcher über ein Getriebe 13 auf die rotierbare primäre Feedbackeinheit wirkt.
Dies ist in einer Detaildarstellung in Figur 2 zu sehen, wobei das Getriebe 13 mit einem Blick von unten auf die Anordnung von Figur 1 gezeigt ist. Ein Zahnrad 15 ist auf dem Gehäuse 8 der primären Feedbackeinheit durch eine Presspassung fixiert. Der elektrische Motor 12 trägt das Zahnrad 14 und treibt damit das Zahnrad 15 an. Für die Zahnräder 14, 15 kann eine entsprechende Verzahnungsform ausgewählt werden, beispielsweise eine Schrägverzahnung um einen geräuscharmen Betrieb zu ermöglichen.
Alternativ zu dem Zahnradgetriebe sind auch andere Getriebearten denkbar, beispielweise ein Riemengetriebe.

Claims

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Ansprüche Lenksäule für ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug; mit einem Lenkrad (1), welches eine feststehende Lenkradnabe (2) aufweist; mit einer Force Feedback Einheit, welche Momente auf das Lenkrad (1) übertragen kann, wobei die Force Feedback Einheit einen ersten elektrischen Motor (3) und einen zweiten elektrischen Motor (12) umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Motor (3) direkt auf das Lenkrad (1) wirkt; und dass der zweite elektrische Motor (12) über ein Getriebe (13) auf das Lenkrad (1) wirkt. Lenksäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Motor (3) und ein Gehäuse (8) eine primäre Feedback-Einheit bilden; wobei die primäre Feedback-Einheit rotierbar in einem zweiten Gehäuse (11) gelagert ist; und wobei das Gehäuse (8) einen Lenkradkranz (7) trägt. Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Motor (3) einen inneren Teil (5) aufweist, welcher fest auf einer feststehenden Lenkwelle (6) angeordnet ist; und dass der erste elektrische Motor (3) einen äußeren Teil (4) aufweist, welcher rotieren kann und mit dem Gehäuse (8) verbunden ist. Lenksäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Motor (12) und ein Getriebe (13) eine sekundäre Feedback- Einheit bilden; wobei die sekundäre Feedback-Einheit in dem zweiten Gehäuse (11) angeordnet ist; und wobei der elektrische Motor (12) über das Getriebe (13) auf die primäre Feedback-Einheit - 6 - wirkt. Lenksäule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (13) als Zahnradgetriebe mit den Zahnrädern (14, 15) ausgebildet ist; wobei das Zahnrad (15) fest mit dem Gehäuse (8) verbunden ist; und wobei das Zahnrad (14) auf der Welle des Motors (12) angeordnet ist. Lenksäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Feedback-Einheit und die sekundäre Feedback-Einheit jeweils einzeln oder gleichzeitig in Abhängigkeit einer Fahrsituation des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden können.
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