WO2024125682A1 - Steering device for steer-by-wire steering system - Google Patents

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WO2024125682A1
WO2024125682A1 PCT/DE2023/100656 DE2023100656W WO2024125682A1 WO 2024125682 A1 WO2024125682 A1 WO 2024125682A1 DE 2023100656 W DE2023100656 W DE 2023100656W WO 2024125682 A1 WO2024125682 A1 WO 2024125682A1
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steering
rotation
steering device
gear
rods
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Andreas Woellner
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • 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
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    • B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/08—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in a single plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle
    • B62D7/12—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in a single plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle with twin-output steering gear

Definitions

  • the invention relates to a steering device for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, with a drive unit for initiating a rotational movement about a rotation axis AR, at least a first steering rod and a rotation-translation gear arranged between the drive unit and the steering rod, for translating the rotational movement into a steering movement transmitted via the steering rod to the axle body of the motor vehicle.
  • 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 connected to a steering unit via a steering shaft in a rotationally fixed manner.
  • the steering shaft is not necessarily mechanically connected to the wheels to be steered via a conventional steering gear and a steering rod, but can interact with angle of rotation or torque sensors on the steering unit. These sensors detect the steering command or an applied steering torque and pass an electrical control signal determined from this to a steering device, which uses an electric actuator to set a corresponding steering angle of the wheel or a wheel module.
  • the steering device can comprise a transmission gear and a steering rod that transmits the desired steering movement to the wheels to be steered.
  • One embodiment relates to a steering device for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, with a drive unit for initiating a rotational movement about a rotation axis AR, a first steering rod and a second steering rod and a rotation-translation gear arranged between the drive unit and the two steering rods, for translating the rotational movement into a steering movement transmitted via the steering rods to a respective axle body of the motor vehicle, wherein the rotation-translation gear indirectly couples the two steering rods diametrically opposite one another on a circular path about the rotation axis AR.
  • the rotation axis AR is preferably located in a vertical longitudinal plane of the motor vehicle. The orientation of the rotation axis AR can be arranged in the vertical longitudinal plane as required.
  • the first and second steering rods can be designed identically in terms of their structure and geometry. If the two steering rods are designed identically, it is expedient if the rotation-translation gear, via which both steering rods are coupled, is also arranged in the vertical longitudinal plane.
  • the rotation-translation gear preferably couples the two inner, mutually facing ends of the two steering rods to one another.
  • the steering movement introduced into the steering rods is essentially an axial movement or a translational movement transverse to a longitudinal direction of the vehicle.
  • the steering device for a steer-by-wire steering system, it is possible to comply with the legal requirements. In addition, the requirements for functional safety - FuSi - are met.
  • the steering device requires only a small installation space and can be adapted to different vehicle classes.
  • the drive unit comprises two independently drivable electric motors or an at least double-wound electric motor and a gearbox, wherein each of the electric motors can be coupled to the gearbox as required in order to effect the rotational movement about the rotation axis AR ZU.
  • each of the electric motors can be coupled to the gearbox as required in order to effect the rotational movement about the rotation axis AR ZU.
  • each of the handlebars has two handlebar sections that can be pivoted relative to one another. This makes it kinematically possible for the inner ends of the handlebars to be imparted a combined longitudinal and rotational movement via the rotation-translation gear and for the rotational component to be absorbed by pivoting the two handlebar sections relative to one another, so that the An essentially axial movement is imposed on the outer handlebar section along the longitudinal axis of the vehicle.
  • the handlebar section arranged away from the axis of rotation AR is preferably guided in an axial guide.
  • the transmission is designed as a planetary gear.
  • the rotation-translation gear comprises a transmission element which is driven so as to be pivotable about the rotation axis AR and on which the mutually facing ends of the two steering rods are held so as to be pivotable relative to the transmission element.
  • both steering rods are connected at their outer ends via a steering lever to the respective axle body of the motor vehicle, which can be pivoted about a vertical axis.
  • the drive unit comprises an output shaft driven about the rotation axis AR, which is connected to a drive pin of the rotation-translation gear via a positive connection.
  • the drive pin preferably carries the transmission element and is pivotably mounted in a housing element of the steering device. The drive pin and the transmission element can be connected to one another in a positive connection.
  • Fig. 1 a conventional steering device
  • FIG. 2a) to 2c) various representations of a steering device for a steer-by-wire steering system.
  • Figure 1 initially shows a conventional steering device 1 with a continuous mechanical connection from a steering wheel 2 to track levers 32 arranged on both sides, via which the connected axle carrier with wheel - not shown - can be set to a track angle.
  • the mechanical path consists of a steering shaft 4 which is set into a rotational movement by the steering wheel 2 by an operator and which passes into a rack and pinion gear 6 which translates the rotational movement into a translatory movement of a spindle acting as a steering rod 14.
  • the steering rod 14 is connected to the track levers 32 at each of its ends.
  • An electromechanical steering force booster 50 is also provided which can apply a supporting axial actuating force to the steering rod 14 via a ball screw drive.
  • the electromechanical steering force booster 50 takes place depending on a sensor signal which represents a sensed angle of the steering shaft 4 or a torque exerted on the steering shaft 4. A further detailed description of the conventional steering device is not necessary in this case.
  • Figures 2a), 2b) and 2c) show a steering device 10 for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle 52.
  • Figure 2a) shows a top view of a purely schematically shown motor vehicle 52.
  • a steered vehicle axle 54 is shown, which in the present case can be the front axle of the motor vehicle 52 in the forward direction of travel of the motor vehicle 52.
  • the motor vehicle 52 comprises a steer-by-wire steering system.
  • the steer-by-wire steering system is implemented via a steering device 10, as described below.
  • Figure 2a also shows a steering wheel 2 and a steering shaft 4, wherein the steering shaft 4, unlike the steering device 1 in Figure 1, is not mechanically connected to the vehicle axle 54, but rather only a sensor signal is recorded here, which represents an angle of the steering shaft 4 or a torque exerted on the steering shaft 4.
  • the steering device 10 consists structurally of a drive unit 12, a first and a second steering rod 14 and 16 and a rotation-translation gear 18. Via the drive unit 12, a rotational movement about a rotation axis AR can be introduced into the rotation-translation gear 18, which is arranged between the drive unit 12 and the two steering rods 14, 16 and transmits the rotational movement via the steering rods 14, 16 as a steering movement to the respective axle body 56 of the motor vehicle 52.
  • the drive unit 12 here comprises a double-wound electric motor 22 and a gear 24 designed as a planetary gear.
  • the planetary gear 24 can comprise one or more planetary stages.
  • the drive unit 12 can be connected on the drive side to the planet carrier of at least one planetary stage.
  • a sun gear shaft can drive a drive pin 36 of the rotation-translation gear 18 via a positive connection.
  • the drive pin 36 is rotatably mounted in a housing element 38, wherein a sliding or rolling bearing can be provided as the bearing 40.
  • the axis of rotation of the drive pin 36 runs coaxially to the axis of rotation AR.
  • Both steering rods 14, 16 are rotatably connected to the transmission element 30 with their inner ends facing each other. It is provided that the respective connection point 58 on the transmission element 30 is diametrically opposite one another with respect to the axis of rotation AR. Due to this off-center connection of the steering rods 14, 16 with respect to the axis of rotation AR to the transmission element 30, and thus indirectly to the rotation-translation gear 18, the rotational movement of the drive unit 12 can be translated into a translational movement of the steering rods 14, 16 during driving operation and the wheels can be set at a steering angle.
  • connection points 58 can be designed in different ways, with the variant shown here being one in which the handlebars 14, 16 surround the transmission element 30 from the side on both sides in order to ensure a connection that places as even a load as possible on the transmission element 30. In another variant, however, it can be provided that the handlebars 14, 16 are connected to the transmission element 30 on one side.
  • Each of the handlebars 14, 16 has two handlebar sections 14i, 142, 161, 162 that can be pivoted relative to one another.
  • the handlebar section 142, 162 that is arranged at a distance from the transmission element 30 is guided in an axial guide 20.
  • the respective sections 14i, 142 and 161, 162 of the handlebars 14, 16 are pivotally connected to one another via an articulated connection 60.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

The invention relates to a steering device (10) for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, having a drive unit (12) for initiating a rotational movement about an axis of rotation AR, a first steering rod (14) and a second steering rod (16) and a rotational-translation gearing (18) arranged between the drive unit (12) and the two steering rods (14, 16), for converting the rotational movement into a steering movement transmitted via the steering rods (14, 16) to corresponding axle bodies of the motor vehicle. The steering device (10) requires only a small installation space, can be adapted to different vehicle classes and is functionally reliable.

Description

Lenkeinrichtung für Steer-by-wire-Lenksystem Steering device for steer-by-wire steering system
Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer Antriebseinheit zur Einleitung einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse AR, zumindest einer ersten Lenkstange und einem zwischen der Antriebseinheit und der Lenkstange angeordneten Rotations-Translations-Getriebe, zur Übersetzung der Rotationsbewegung in eine über die Lenkstange auf Achskörper des Kraftfahrzeugs übertragene Lenkbewegung. The invention relates to a steering device for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, with a drive unit for initiating a rotational movement about a rotation axis AR, at least a first steering rod and a rotation-translation gear arranged between the drive unit and the steering rod, for translating the rotational movement into a steering movement transmitted via the steering rod to the axle body of the motor vehicle.
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 mit einer Lenkereinheit drehfest verbunden. Die Lenkwelle ist jedoch nicht notwendigerweise mechanisch über ein herkömmliches Lenkgetriebe und eine Lenkstange mit den zu lenkenden Rädern verbunden, sondern kann mit Drehwinkel- beziehungsweise Drehmomentsensoren der Lenkereinheit Zusammenwirken. Diese Sensoren erfassen den eingebrachten Lenkbefehl oder ein aufgebrachten Lenkmoment und geben ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an eine Lenkeinrichtung weiter, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag des Rades oder eines Radmoduls stellt. Die Lenkeinrichtung kann auch hier ein Übersetzungsgetriebe und eine Lenkstange umfassen, die die gewünschte Lenkbewegung an die zu lenkenden Räder übertragt. Like conventional mechanical steering systems, 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 connected to a steering unit via a steering shaft in a rotationally fixed manner. However, the steering shaft is not necessarily mechanically connected to the wheels to be steered via a conventional steering gear and a steering rod, but can interact with angle of rotation or torque sensors on the steering unit. These sensors detect the steering command or an applied steering torque and pass an electrical control signal determined from this to a steering device, which uses an electric actuator to set a corresponding steering angle of the wheel or a wheel module. Here, too, the steering device can comprise a transmission gear and a steering rod that transmits the desired steering movement to the wheels to be steered.
Bei dem Einsatz von Steer-by-Wire-Lenksystemen gibt es neben technischen Erfordernissen auch gesetzliche Anforderungen, die es einzuhalten gilt. Rein beispielhaft sei hier auf die auch für herkömmliche Lenksysteme geltende ECE-Norm R79 verwiesen, die im Kem fordert, dass auf dem Pfad von der Lenkkrafteinleitung und der Übertragung der Lenkbewegung auf die Straße - Fahrzeugräder - eine durchgängige mechanische Verbindung bestehen muss. Hierbei muss die mechanische Verbindung durch Bauteile aus metallischen Werkstoffen realisiert sein; nicht zulässig sind beispielsweise Riemen bzw. Bauteile aus entsprechenden Werkstoffen. In praktischer, baulicher Ausgestaltung sind herkömmliche mechanische Lenksysteme, bestehend aus einer Lenksäule, einem die Lenksäule mit einer Lenkstange verbindenden Spindeltrieb und einem die Lenkstange in der beabsichtigen Lenkbewegung unterstützenden elektrischen Kugelgewindetrieb, strukturell zu einem Steer-by- Wire-Lenksystemen durch einen weiteren Aktuator ergänzt worden. Der weitere Aktuator beinhaltet zwei redundante Elektromotoren und überbrückt eine nunmehr vorhandene mechanische Unterbrechung der Lenksäule. Nachteilig ist hier der enorme Bauraumbedarf des weiteren Aktuators, noch dazu, da es diesen in einem ohnehin bauraumkritischen Bereich unterhalb der Instrumententafel anzuordnen gilt. When using steer-by-wire steering systems, there are not only technical requirements but also legal requirements that must be complied with. As an example, reference is made to the ECE standard R79, which also applies to conventional steering systems, which essentially requires that there must be a continuous mechanical connection on the path from the introduction of steering force and the transmission of the steering movement to the road - vehicle wheels. The mechanical connection must be implemented using components made of metallic materials; belts or components made of corresponding materials are not permitted, for example. In a practical structural design, conventional mechanical steering systems, consisting of a steering column, a spindle drive connecting the steering column to a steering rod, and an electric ball screw drive supporting the steering rod in the intended steering movement, have been structurally supplemented by an additional actuator to form a steer-by-wire steering system. The additional actuator contains two redundant electric motors and bridges a mechanical interruption in the steering column that now exists. The disadvantage here is the enormous amount of space required by the additional actuator, especially since it has to be arranged in an area below the instrument panel that is already space-critical.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eine Aktuatorik bereitzustellen, die sich baulich besser integrieren lässt und insgesamt die gesetzlichen Anforderungen erfüllt werden. There is a constant need to provide actuators for a steer-by-wire steering system that can be better integrated structurally and that overall meet the legal requirements.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die es ermöglichen eine derartige Aktuatorik bereitzustellen. It is the object of the invention to show measures that make it possible to provide such an actuator.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. The object is achieved by a steering device having the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description, which can each individually or in combination represent an aspect of the invention.
Eine Ausführungsform betrifft eine Lenkeinrichtung für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer Antriebseinheit zur Einleitung einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse AR, einer ersten Lenkstange und einer zweiten Lenkstange und einem zwischen der Antriebseinheit und den beiden Lenkstangen angeordneten Rotations-Translations-Getriebe, zur Übersetzung der Rotationsbewegung in eine über die Lenkstangen auf jeweils einen Achskörper des Kraftfahrzeugs übertragene Lenkbewegung, wobei das Rotations-Translations-Getriebe die beiden Lenkstangen auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse AR diametral gegenüberliegend miteinander mittelbar koppelt. Die Rotationsachse AR liegt bevorzugt in einer vertikalen Längsebene des Kraftfahrzeugs. Hierbei kann die Orientierung der Rotationsachse AR bedarfsgerecht in der vertikalen Längsebene angeordnet werden. One embodiment relates to a steering device for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, with a drive unit for initiating a rotational movement about a rotation axis AR, a first steering rod and a second steering rod and a rotation-translation gear arranged between the drive unit and the two steering rods, for translating the rotational movement into a steering movement transmitted via the steering rods to a respective axle body of the motor vehicle, wherein the rotation-translation gear indirectly couples the two steering rods diametrically opposite one another on a circular path about the rotation axis AR. The rotation axis AR is preferably located in a vertical longitudinal plane of the motor vehicle. The orientation of the rotation axis AR can be arranged in the vertical longitudinal plane as required.
Die erste und die zweite Lenkstange können bezüglich ihres Aufbaus und ihrer Geometrie gleich ausgeführt sein. Sind die beiden Lenkstangen gleich ausgeführt, dann ist es zweckmäßig, wenn das Rotations-Translations-Getriebe, über das beide Lenkstangen gekoppelt sind, ebenfalls in der vertikalen Längsebene angeordnet ist. Das Rota- tion-Translations-Getriebe koppelt bevorzugt die beiden inneren, einander zugewandten Enden der beiden Lenkstangen miteinander. Bei der in die Lenkstangen eingeleitete Lenkbewegung handelt es sich um Wesentlichen um eine Axialbewegung bzw. eine translatorische Bewegung quer zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs. The first and second steering rods can be designed identically in terms of their structure and geometry. If the two steering rods are designed identically, it is expedient if the rotation-translation gear, via which both steering rods are coupled, is also arranged in the vertical longitudinal plane. The rotation-translation gear preferably couples the two inner, mutually facing ends of the two steering rods to one another. The steering movement introduced into the steering rods is essentially an axial movement or a translational movement transverse to a longitudinal direction of the vehicle.
Mit der Lenkeinrichtung für ein Steer-by-wire-Lenksystem ist es möglich die gesetzlich gestellten Anforderungen einzuhalten. Zudem werden die Anforderungen an die funktionale Sicherheit - FuSi - eingehalten. Die Lenkeinrichtung benötigt nur einen geringen Bauraum und lässt ich an unterschiedliche Fahrzeugklassen adaptieren. With the steering device for a steer-by-wire steering system, it is possible to comply with the legal requirements. In addition, the requirements for functional safety - FuSi - are met. The steering device requires only a small installation space and can be adapted to different vehicle classes.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Lenkeinrichtung umfasst die Antriebseinheit zwei unabhängig voneinander antreibbare Elektro-Motoren oder einen mindestens doppelt-gewickelten Elektro-Motor und ein Getriebe, wobei jeder der Elektromotoren bedarfsweise mit dem Getriebe koppelbar ist, um die Rotationsbewegung um die Rotationsachse AR ZU bewirken. Hierdurch wird verhindert, dass es zu einem Ausfall der Lenkeinrichtung kommt. Sollte es in einem Motor oder einer der Doppelwicklungen zu einem Defekt bzw. Fehler kommen, dann kann das Fahrzeug weiterhin mit dem verbliebenen funktionstüchtigen Motor bzw. der zweiten der Doppelwicklungen gelenkt werden. In a preferred embodiment of the steering device, the drive unit comprises two independently drivable electric motors or an at least double-wound electric motor and a gearbox, wherein each of the electric motors can be coupled to the gearbox as required in order to effect the rotational movement about the rotation axis AR ZU. This prevents the steering device from failing. Should a defect or error occur in a motor or one of the double windings, the vehicle can still be steered with the remaining functional motor or the second of the double windings.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Lenkeinrichtung ist vorgesehen, dass jede der Lenkstangen zwei zu einander schwenkbare Lenkstangenabschnitte aufweist. Hierdurch ist es kinematisch möglich, dass den inneren Enden der Lenkstangen über das Rotation-Translations-Getriebe eine kombinierte Längs- und Rotationsbewegung aufgeprägt wird und die Rotationskomponente über das Verschwenken der beiden Lenkstangenabschnitte zueinander aufgenommen wird, so dass dem bezogen auf die Längsachse des Fahrzeugs äußeren Lenkstangenabschnitt im Wesentlichen eine axiale Bewegung aufgeprägt wird. Um diese im Wesentlichen axiale Bewegung sicherzustellen, ist bevorzugt der von der Rotationsachse AR entfernt angeordnete Lenkstangenabschnitt jeweils in einer Axialführung geführt. In a preferred embodiment of the steering device, it is provided that each of the handlebars has two handlebar sections that can be pivoted relative to one another. This makes it kinematically possible for the inner ends of the handlebars to be imparted a combined longitudinal and rotational movement via the rotation-translation gear and for the rotational component to be absorbed by pivoting the two handlebar sections relative to one another, so that the An essentially axial movement is imposed on the outer handlebar section along the longitudinal axis of the vehicle. In order to ensure this essentially axial movement, the handlebar section arranged away from the axis of rotation AR is preferably guided in an axial guide.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Lenkeinrichtung ist das Getriebe als Planetengetriebe ausgeführt. In a preferred embodiment of the steering device, the transmission is designed as a planetary gear.
In bevorzugter konkreter Ausgestaltung umfasst das Rotations-Translations-Getriebe ein um die Rotationsachse AR schwenkbar angetriebenes Übertragungselement, an dem die einander zugewandten Enden der beiden Lenkstangen gegenüber dem Übertragungselement schwenkbar gehalten sind. In a preferred specific embodiment, the rotation-translation gear comprises a transmission element which is driven so as to be pivotable about the rotation axis AR and on which the mutually facing ends of the two steering rods are held so as to be pivotable relative to the transmission element.
Bevorzugt sind beide Lenkstangen mit ihren äußeren Enden jeweils über einen Spurhebel mit dem jeweiligen um eine Hochachse schwenkbaren Achskörper des Kraftfahrzeugs verbunden. Preferably, both steering rods are connected at their outer ends via a steering lever to the respective axle body of the motor vehicle, which can be pivoted about a vertical axis.
In bevorzugter konkreter Ausgestaltung umfasst die Antriebseinheit eine um die Rotationsachse AR angetriebene Abtriebswelle, die über eine formschlüssige Verbindung mit einem Antriebszapfen des Rotations-Translations-Getriebes verbunden ist. Bevorzugt trägt der Antriebszapfen das Übertragungselement und ist in einem Gehäuseelement der Lenkeinrichtung schwenkbar gelagert. Hierbei kann der Antriebszapfen und das Übertragungselement formschlüssig miteinander verbunden sein. In a preferred specific embodiment, the drive unit comprises an output shaft driven about the rotation axis AR, which is connected to a drive pin of the rotation-translation gear via a positive connection. The drive pin preferably carries the transmission element and is pivotably mounted in a housing element of the steering device. The drive pin and the transmission element can be connected to one another in a positive connection.
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: The invention is explained below by way of example with reference to the attached drawings using preferred embodiments, wherein the features shown below can represent an aspect of the invention both individually and in combination. They show:
Fig. 1 : eine herkömmliche Lenkeinrichtung und Fig. 1 : a conventional steering device and
Fig. 2a) bis 2c): verschiedene Darstellungen einer Lenkeinrichtung für ein Steer-by- wire-Lenksystem. Die Figur 1 zeigt zunächst eine herkömmliche Lenkeinrichtung 1 mit einer durchgängigen mechanischen Verbindung von einem Lenkrad 2 zu beidseitig angeordneten Spurhebeln 32, über die der jeweils verbundene Achsträger mit Rad -nicht dargestellt - in einen Spurwinkel gestellt werden kann. Der mechanische Pfad besteht dabei aus einer von dem Lenkrad 2 durch eine Bedienperson in eine Rotationbewegung versetzten Lenkwelle 4, die in ein Zahnstangengetriebe 6 übergeht, das die Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung einer als Lenkstange 14 wirkenden Spindel übersetzt. Die Lenkstange 14 ist jeweils an ihren Enden mit den Spurhebeln 32 verbunden. Weiterhin ist eine elektromechanische Lenkkraftverstärkung 50 vorgesehen, die über einen Kugel-Gewinde-Trieb eine unterstützende axiale Stellkraft auf die Lenkstange 14 aufbringen kann. Die elektromechanische Lenkkraftverstärkung 50 erfolgt abhängig von einem Sensorsignal, das einen sensierten Winkel der Lenkwelle 4 oder ein auf die Lenkwelle 4 ausgeübtes Drehmoment repräsentiert. Eine weiter detaillierte Beschreibung der herkömmlichen Lenkeinrichtung ist vorliegend nicht erforderlich. Fig. 2a) to 2c): various representations of a steering device for a steer-by-wire steering system. Figure 1 initially shows a conventional steering device 1 with a continuous mechanical connection from a steering wheel 2 to track levers 32 arranged on both sides, via which the connected axle carrier with wheel - not shown - can be set to a track angle. The mechanical path consists of a steering shaft 4 which is set into a rotational movement by the steering wheel 2 by an operator and which passes into a rack and pinion gear 6 which translates the rotational movement into a translatory movement of a spindle acting as a steering rod 14. The steering rod 14 is connected to the track levers 32 at each of its ends. An electromechanical steering force booster 50 is also provided which can apply a supporting axial actuating force to the steering rod 14 via a ball screw drive. The electromechanical steering force booster 50 takes place depending on a sensor signal which represents a sensed angle of the steering shaft 4 or a torque exerted on the steering shaft 4. A further detailed description of the conventional steering device is not necessary in this case.
Die Figuren 2a), 2b) und 2c) zeigen eine Lenkeinrichtung 10 für ein Steer-by-wire- Lenksystem eines Kraftfahrzeugs 52. Die Figur 2a) zeigt eine Draufsicht eines rein schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs 52. Dargestellt ist insbesondere eine gelenkte Fahrzeugachse 54, die vorliegend die in Vorwärtsfahrtrichtung der Kraftfahrzeugs 52 vordere Achse des Kraftfahrzeugs 52 sein kann. Das Kraftfahrzeug 52 umfasst ein Steer-by-wire-Lenksystem. Auf Seiten der Fahrzeugachse 54 ist das Steer- by-wire-Lenksystem über eine Lenkeinrichtung 10 realisiert, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Figur 2a) zeigt ferner ein Lenkrad 2 und eine Lenkwelle 4, wobei die Lenkwelle 4, anderes als bei der Lenkeinrichtung 1 der Figur 1 , nicht mechanisch mit der Fahrzeugachse 54 verbunden ist, sondern lediglich auch hier ein Sensorsignal erfasst wird, das einen Winkel der Lenkwelle 4 oder ein auf die Lenkwelle 4 ausgeübtes Drehmoment repräsentiert. Figures 2a), 2b) and 2c) show a steering device 10 for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle 52. Figure 2a) shows a top view of a purely schematically shown motor vehicle 52. In particular, a steered vehicle axle 54 is shown, which in the present case can be the front axle of the motor vehicle 52 in the forward direction of travel of the motor vehicle 52. The motor vehicle 52 comprises a steer-by-wire steering system. On the side of the vehicle axle 54, the steer-by-wire steering system is implemented via a steering device 10, as described below. Figure 2a) also shows a steering wheel 2 and a steering shaft 4, wherein the steering shaft 4, unlike the steering device 1 in Figure 1, is not mechanically connected to the vehicle axle 54, but rather only a sensor signal is recorded here, which represents an angle of the steering shaft 4 or a torque exerted on the steering shaft 4.
Die Figuren 2a), 2b) und 2c) werden im Folgenden im Wesentlichen unter gemeinsamer Bezugnahme beschrieben, wobei der Übersicht halber einzelne Bezugszeichen in einigen Figuren nicht dargestellt sind. Die Lenkeinrichtung 10 besteht strukturell aus einer Antriebseinheit 12, einer ersten und einer zweiten Lenkstange 14 und 16 und einem Rotations-Translations-Getriebe 18. Über die Antriebseinheit 12 kann eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse AR in das Rotations-Translations-Getriebe 18 eingeleitet werden, das zwischen der Antriebseinheit 12 und den beiden Lenkstangen 14, 16 angeordnet ist und die Rotationsbewegung über die Lenkstangen 14, 16 als Lenkbewegung auf den jeweilen Achskörper 56 des Kraftfahrzeugs 52 überträgt. Figures 2a), 2b) and 2c) are described below essentially with common reference, whereby for the sake of clarity individual reference numerals are not shown in some figures. The steering device 10 consists structurally of a drive unit 12, a first and a second steering rod 14 and 16 and a rotation-translation gear 18. Via the drive unit 12, a rotational movement about a rotation axis AR can be introduced into the rotation-translation gear 18, which is arranged between the drive unit 12 and the two steering rods 14, 16 and transmits the rotational movement via the steering rods 14, 16 as a steering movement to the respective axle body 56 of the motor vehicle 52.
Die Antriebseinheit 12 umfasst vorliegend einen doppelt-gewickelten Elektro-Motor 22 und ein als Planetengetriebe ausgeführtes Getriebe 24. Das Planetengetriebe 24 kann ein oder mehrere Planetenstufen umfassen. Die Antriebseinheit 12 kann antriebsseitig mit dem Planetenträger der zumindest einen Planetenstufe verbunden sein. Abtriebsseitig des Planetengetriebes kann eine Sonnenradwelle über eine formschlüssige Verbindung einen Antriebszapfen 36 des Rotations-Translations-Getriebes 18 antreiben. Der Antriebszapfen 36 ist in einem Gehäuseelement 38 drehbar gelagert, wobei als Lagerung 40 eine Gleit- oder Wälzlagerung vorgesehen sein kann. Die Drehachse des Antriebszapfens 36 verläuft vorliegend koaxial zu der Rotationsachse AR. The drive unit 12 here comprises a double-wound electric motor 22 and a gear 24 designed as a planetary gear. The planetary gear 24 can comprise one or more planetary stages. The drive unit 12 can be connected on the drive side to the planet carrier of at least one planetary stage. On the output side of the planetary gear, a sun gear shaft can drive a drive pin 36 of the rotation-translation gear 18 via a positive connection. The drive pin 36 is rotatably mounted in a housing element 38, wherein a sliding or rolling bearing can be provided as the bearing 40. The axis of rotation of the drive pin 36 runs coaxially to the axis of rotation AR.
Auf dem Antriebszapfen 36 sitzt formschlüssig ein Übertragungselement 30, das vorliegend scheibenförmig dargestellt ist, wie dies insbesondere in der Figur 2c) zu erkennen ist. An dem Übertragungselement 30 sind beide Lenkstangen 14, 16 mit ihren inneren, einander zugewandten Enden drehbar angebunden. Hierbei ist vorgesehen, dass der jeweilige Anbindungspunkt 58 auf dem Übertragungselement 30 bezogen auf die Rotationsachse AR sich diametral gegenüber liegen. Durch diese bezogen auf die Rotationsachse AR außermittige Anbindung der Lenkstangen 14, 16 an das Übertragungselement 30, und damit mittelbar an das Rotations-Translations-Getriebe 18, kann während eines Fährbetriebes die Rotationsbewegung der Antriebseinheit 12 in eine translatorische Bewegung der Lenkstangen 14, 16 übersetzt werden und die Räder unter einem Lenkwinkel gestellt werden. Die Anbindungspunkte 58 können unterschiedlich gestaltet sein, wobei vorliegend die Variante gezeigt ist, bei der die Lenkstangen 14, 16 das Übertragungselement 30 aus seitlicher Richtung beidseitig umgreifen, um eine Verbindung zu gewährleisten, die eine möglichst gleichmäßige Belastung auf das Übertragungselement 30 bringt. Bei einer anderen Variante kann jedoch vorgesehen sind, dass die Lenkstange 14, 16 auf eine Seite des Übertragungselements 30 an dieses angebunden sind. Jede der Lenkstangen 14, 16 weist zwei zu einander schwenkbare Lenkstangenabschnitte 14i , 142, 161, I62 auf. Der jeweils von dem Übertragungselement 30 entfernt angeordnete Lenkstangenabschnitt 142, 162 ist in einer Axialführung 20 geführt. Die jeweiligen Abschnitte 14i , 142 und I61, 162 der Lenkstangen 14, 16 sind über jeweils eine gelenkige Verbindung 60 miteinander schwenkbar verbunden. A transmission element 30, which is shown in the form of a disk in the present case, is positively seated on the drive pin 36, as can be seen in particular in Figure 2c). Both steering rods 14, 16 are rotatably connected to the transmission element 30 with their inner ends facing each other. It is provided that the respective connection point 58 on the transmission element 30 is diametrically opposite one another with respect to the axis of rotation AR. Due to this off-center connection of the steering rods 14, 16 with respect to the axis of rotation AR to the transmission element 30, and thus indirectly to the rotation-translation gear 18, the rotational movement of the drive unit 12 can be translated into a translational movement of the steering rods 14, 16 during driving operation and the wheels can be set at a steering angle. The connection points 58 can be designed in different ways, with the variant shown here being one in which the handlebars 14, 16 surround the transmission element 30 from the side on both sides in order to ensure a connection that places as even a load as possible on the transmission element 30. In another variant, however, it can be provided that the handlebars 14, 16 are connected to the transmission element 30 on one side. Each of the handlebars 14, 16 has two handlebar sections 14i, 142, 161, 162 that can be pivoted relative to one another. The handlebar section 142, 162 that is arranged at a distance from the transmission element 30 is guided in an axial guide 20. The respective sections 14i, 142 and 161, 162 of the handlebars 14, 16 are pivotally connected to one another via an articulated connection 60.
BezuqszeichenlisteList of reference symbols
1 Lenkeinrichtung 1 steering device
2 Lenkrad 2 Steering wheel
4 Lenkwelle 4 Steering shaft
6 Zahnstangengetriebe 6 rack and pinion gear
10 Lenkeinrichtung 10 Steering device
12 Antriebseinheit 12 Drive unit
14 erste Lenkstange 14 first handlebar
16 zweite Lenkstange 16 second handlebar
18 Rotations-T ranslations-Getriebe 18 Rotational translation gear
20 Axialführung 20 Axial guide
22 Elektro-Motor 22 Electric Motor
24 Getriebe 24 Gearboxes
30 Übertragungselement 30 Transmission element
32 Spurhebel 32 Track lever
34 Abtriebswelle 34 Output shaft
36 Antriebszapfen 36 drive pins
38 Gehäuseelement 38 Housing element
40 Lagerung 40 Storage
50 Lenkkraftverstärkung 50 Power steering
52 Kraftfahrzeug 52 Motor vehicle
54 Fahrzeugachse 54 Vehicle axle
56 Achskörper 56 axle beam
58 Anbindungspunkt 58 Connection point
60 Gelenkverbindung 60 Articulated connection

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Lenkeinrichtung (10) für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer Antriebseinheit (12) zur Einleitung einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse AR, einer ersten Lenkstange (14) und einer zweiten Lenkstange (16) und einem zwischen der Antriebseinheit (12) und den beiden Lenkstangen (14, 16) angeordneten Rotations-Translations-Getriebe (18), zur Übersetzung der Rotationsbewegung in eine über die Lenkstangen (14, 16) auf jeweils einen Achskörper des Kraftfahrzeugs übertragene Lenkbewegung, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotations-Translations-Getriebe (18) die beiden Lenkstangen (14, 16) auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse AR diametral gegenüberliegend miteinander mittelbar koppelt. 1. Steering device (10) for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, with a drive unit (12) for initiating a rotational movement about an axis of rotation AR, a first steering rod (14) and a second steering rod (16) and a rotation-translation gear (18) arranged between the drive unit (12) and the two steering rods (14, 16) for translating the rotational movement into a steering movement transmitted via the steering rods (14, 16) to a respective axle body of the motor vehicle, characterized in that the rotation-translation gear (18) indirectly couples the two steering rods (14, 16) diametrically opposite one another on a circular path about the axis of rotation AR.
2. Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede der Lenkstangen (14, 16) zwei zu einander schwenkbare Lenkstangenabschnitte (14i, 142, 161 , 162) aufweist. 2. Steering device (10) according to claim 1, characterized in that each of the handlebars (14, 16) has two handlebar sections (14i, 142, 161, 162) which can be pivoted relative to one another.
3. Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Rotationsachse AR entfernt angeordnete Lenkstangenabschnitt (142, 162) jeweils in einer Axialführung (20) geführt ist. 3. Steering device (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the handlebar section (142, 162) arranged remote from the axis of rotation AR is guided in an axial guide (20).
4. Lenkeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (12) zwei unabhängig voneinander antreibbare Elektro- Motoren oder einen mindestens doppelt-gewickelten Elektro-Motor (22) und ein Getriebe (24) umfasst, wobei jeder der Elektromotoren (22) bedarfsweise mit dem Getriebe (24) koppelbar ist, um die Rotationsbewegung um die Rotationsachse AR ZU bewirken. 4. Steering device (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the drive unit (12) comprises two independently drivable electric motors or an at least double-wound electric motor (22) and a gear (24), wherein each of the electric motors (22) can be coupled to the gear (24) as required in order to effect the rotational movement about the rotation axis AR ZU.
5. Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (24) als Planetengetriebe ausgeführt ist. 5. Steering device (10) according to claim 4, characterized in that the gear (24) is designed as a planetary gear.
6. Lenkeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotations-Translations-Getriebe (18) ein um die Rotationsachse AR schwenkbar angetriebenes Übertragungselement (30) umfasst und die einander zugewandten Enden der beiden Lenkstangen (14, 16) gegenüber dem Übertragungselement (30) schwenkbar gehalten sind. 6. Steering device (10) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotation-translation gear (18) comprises a transmission element (30) driven pivotably about the rotation axis AR and the mutually facing ends of the two steering rods (14, 16) are held pivotably relative to the transmission element (30).
7. Lenkeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lenkstangen (14, 16) jeweils über einen Spurhebel (32) mit dem jeweiligen Achskörper des Kraftfahrzeugs verbunden sind. 7. Steering device (10) according to one of claims 1 to 6, characterized in that both steering rods (14, 16) are each connected to the respective axle body of the motor vehicle via a steering lever (32).
8. Lenkeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (12) eine um die Rotationsachse AR angetriebene Abtriebswelle (34) umfasst, die über eine formschlüssige Verbindung mit einem Antriebszapfen (36) des Rotations-Translations-Getriebes (18) verbunden ist. 8. Steering device (10) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the drive unit (12) comprises an output shaft (34) driven about the rotation axis AR, which is connected via a positive connection to a drive pin (36) of the rotation-translation gear (18).
9. Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebszapfen (36) das Übertragungselement (30) trägt und in einem Gehäuseelement (38) der Lenkeinrichtung (10) schwenkbar gelagert ist. 9. Steering device (10) according to claim 8, characterized in that the drive pin (36) carries the transmission element (30) and is pivotally mounted in a housing element (38) of the steering device (10).
10. Lenkeinrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebszapfen (36) und das Übertragungselement (30) formschlüssig miteinander verbunden sind. 10. Steering device (10) according to claim 8 or 9, characterized in that the drive pin (36) and the transmission element (30) are positively connected to one another.
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