WO2024149503A1 - Steering system for a vehicle - Google Patents
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- WO2024149503A1 WO2024149503A1 PCT/EP2023/082536 EP2023082536W WO2024149503A1 WO 2024149503 A1 WO2024149503 A1 WO 2024149503A1 EP 2023082536 W EP2023082536 W EP 2023082536W WO 2024149503 A1 WO2024149503 A1 WO 2024149503A1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D17/00—Means on vehicles for adjusting camber, castor, or toe-in
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
Definitions
- the invention relates to a steering system for a vehicle according to the preamble of patent claim 1.
- a steering unit In a steering system for a vehicle, a steering unit is usually assigned to each axle of the vehicle that is to be steered.
- This steering unit which is attached to the body shell or the body of the vehicle on the one hand (for example, attached to the integral support of the vehicle) and is connected to the wheels of the axle of the vehicle to be steered via tie rods, transmits a steering angle specified by the steering wheel angle to the wheels of the axle to be steered via the tie rods, whereby these wheels are adjusted according to the desired steering angle.
- the chassis dimensions such as track and steering geometry are also defined and depend on the selected dimensions of the steering system and the positioning of the steering system within the vehicle structure.
- a lifting movement of the vehicle structure on the axle to be steered also results in a change in the track, which, however, differs from the track that is actually preferably desired in certain driving maneuvers and driving situations such as braking or ambitious cornering to improve the vehicle's performance.
- a steer-by-wire steering system is known from DE 101 60764 A1, in which a hydraulically operated actuating unit is provided that acts on the steerable wheels directly or via tie rods.
- the actuating unit is arranged on a sliding carriage that is coupled to fixed guide rods that are attached directly to the body or to valve blocks.
- DE generic 102015214 317 A1 relates to a steering unit, comprising a fully hydraulic or an electro-hydraulic or an electromechanical servo device for generating an additional steering force and coupling elements for coupling to a respective tie rod, wherein the coupling elements are arranged on a steering angle adjuster of the servo device, wherein the tie rods are each assigned either to a steerable left vehicle wheel as seen in the direction of travel or to a steerable right vehicle wheel as seen in the direction of travel and wherein an axial spacing of the coupling elements is less than an axial length of the steering angle adjuster or that a coupling element for coupling to a tie rod assigned to a left vehicle wheel is arranged on a right vehicle half as seen in the direction of travel and a coupling element for coupling to a tie rod assigned to a right vehicle wheel is arranged on a left vehicle half as seen in the direction of travel.
- the invention further relates to an agricultural work machine.
- DE 102005 039 318 A1 discloses a device for adjusting the length of a steering rod of a wheel suspension for motor vehicles, wherein the steering rod is divided into two steering rod sections which are slidably guided in a surrounding housing and can be moved relative to one another by means of an actuator.
- the actuator is formed by a Watt's rod or a pinion/rack pairing or a toggle lever arrangement.
- the invention is based on the object of specifying a generic steering system for a vehicle in which the track and the steering geometry can be adjusted in a simple and advantageous manner and thus variably adapted to the respective driving situation.
- the bearing of the steering unit connected to the tie rod of a wheel via a vehicle-fixed connection point is not rigidly mounted on the vehicle, but is made movable by means of a displacement mechanism, preferably via a linear guide.
- a displacement mechanism preferably via a linear guide.
- This displacement of the (entire) steering unit causes a geometric change in the steering geometry and thus a change in the distance between the steering output and the wheel steering, so that this displacement of the (entire) steering unit results in changed effective lengths for the tie rods.
- the shifting of the steering unit there is a geometric change in the track of the vehicle, since the position of the axle to be steered and the position of the tie rods remain spatially in the same place, while the steering unit shifts (relatively).
- the track and the steering geometry can be varied and specified with the desired properties.
- the displacement of the steering unit also requires a length compensation in the handlebar as the connection between the steering wheel and the steering unit, i.e. the handlebar must be able to compensate for the displacement of the movable steering unit through an appropriate design.
- this handlebar is preferably designed as a telescopic rod with internal teeth (analogous to the corresponding design for the steering wheel adjustment).
- the steering unit is preferably moved by means of a linear guide with at least one electrically or hydraulically operated linear drive, which meets high requirements for accuracy, durability and speed and is preferably designed as a spindle drive.
- a linear guide with at least one electrically or hydraulically operated linear drive which meets high requirements for accuracy, durability and speed and is preferably designed as a spindle drive.
- the displacement mechanism for displacing the steering unit has two guide elements, which ensure that movement of the steering unit only takes place within the desired displacement path without unwanted lateral movement on predetermined displacement paths.
- these two guide elements arranged parallel to one another preferably have side guides as lateral limits, which ensure that the steering unit can be moved in the desired displacement path and thus prevent the steering unit from drifting away or breaking out sideways and also prevent the steering unit from jamming on the respective displacement path.
- the steering unit can be moved in the same direction and thus on a parallel displacement path by means of the two guide elements on the corresponding displacement tracks, or it can be moved diagonally by the displacement of the steering unit in the two guide elements and thus on the corresponding displacement tracks occurring unevenly or only on one side.
- the displacement mechanism for displacing the steering unit has two linear drives arranged parallel to one another, of which one linear drive is assigned to a guide element. These two linear drives are preferably operated synchronously, whereby the synchronization of the two linear drives can take place via an electronic control unit that controls the two linear drives.
- the displacement mechanism for displacing the steering unit has a (single) linear drive that is mechanically coupled to the two guide elements arranged parallel to one another.
- This linear drive can in turn be controlled via an electronic control unit.
- a control device is used to control the steering system and thus in particular also to control the steering unit and can preferably also take over the function of the electronic control unit for controlling the displacement mechanism.
- the control unit specifies a target displacement path of the steering unit that corresponds to the desired kinematic adjustment on the steerable axle of the vehicle.
- This control unit is designed in particular as a steering control unit that generates a corresponding steering control signal depending on the steering angle specified by the position of the vehicle's steering wheel, via which the displacement path and the displacement direction of the steering unit can ultimately be specified and thus ultimately adjusted, whereby the (effective) track and consequently also the wheel angle on the wheels of a steerable axle of the vehicle are then determined.
- the displacement mechanism can be assigned a distance measuring system for determining the position of the movable steering unit, via which the actual displacement path of the steering unit can thus be determined.
- the steering system according to the invention can preferably be used in "steer by wire” steering systems.
- the steering unit is controlled electrically, whereby the length compensation in the handlebar required when the steering unit is moved can also be carried out by electrical control and thus without mechanical elements.
- the possibility of moving the steering unit and thus positioning the steering unit provides an additional degree of freedom in the design of such steering systems.
- the steering system for a vehicle combines several advantages: This makes it possible to adapt the track of the respective steerable axle of the vehicle to the respective driving situation of the vehicle in a simple and efficient manner. (Undesirable) track changes due to the lifting movement on the respective steerable axle of the vehicle can be effectively compensated.
- the vehicle's driving performance and handling can be improved by lane adjustment, particularly to improve braking performance when the vehicle is subjected to high deceleration or to increase driving stability when the vehicle is traveling at high speeds.
- Fig. 1 A schematic representation of components of the steering system of a vehicle.
- Fig. 2 A schematic representation of the sliding mechanism of the steering system in top view and side view
- the steering unit 1 of the steering system of a vehicle is provided, for example, for the front axle of the vehicle as a steerable axle of the vehicle.
- the steering unit 1 transmits the steering angle specified by the position of the steering wheel to the two wheels of the front axle of the vehicle as the steerable axle of the vehicle and controls these with a specific wheel angle according to the desired steering angle.
- the steering unit 1 of the steering system is connected to one end of a tie rod 2 via a vehicle-fixed connection point 4.
- a wheel carrier 3 for a wheel of the front axle is connected to the other end of the two tie rods 2.
- a displacement mechanism 5 is provided for displacing the (complete) steering unit 1, whereby the displacement of the (complete) steering unit 1 along the displacement path 8 can take place, for example, both in the vehicle's longitudinal direction (x-direction) and in the vehicle's vertical direction (z-direction).
- the displacement mechanism 5 enables the steering unit 1 of the Steering system can be adjusted by up to 50 mm in both the vehicle's longitudinal direction (x-direction) and the vehicle's vertical direction (z-direction).
- the displacement of the (complete) steering unit 1 takes place in the two displacement tracks 6, 7 arranged parallel to one another along the displacement path 8.
- the displacement of the (complete) steering unit 1 can take place in the same way in the two displacement tracks 6, 7, whereby a parallel displacement of the (complete) steering unit 1 is carried out in the respective direction of the vehicle. Consequently, the displacement of the (complete) steering unit 1 also has a similar effect on the two tie rods 2 on the front axle of the vehicle and thus also on the respective track on the two front wheels of the vehicle.
- the displacement of the (complete) steering unit 1 in the two displacement tracks 6, 7 can also take place differently, whereby a non-parallel and thus oblique or slanted displacement of the (complete) steering unit 1 is carried out in the respective direction of the vehicle.
- the displacement of the (complete) steering unit 1 also has a different effect on the two tie rods 2 on the front axle of the vehicle and thus also a different effect on the respective track on the two front wheels of the vehicle. This means that the respective track on the two front wheels of the vehicle can be influenced differently.
- the displacement mechanism 5 is designed, for example, as a linear guide with at least one linear drive 14.
- an electric motor drive 9 is provided for moving a threaded spindle 11, which in turn is connected to a carriage 10, which is thus displaced by the driven threaded spindle 11.
- the two guide elements 12 are provided, each of which has a lateral guide, by which unwanted or undesired lateral movements of the steering unit 1 of the steering system of the vehicle are prevented.
- the respective bearings 13 of the two guide elements 12 serve to support the threaded spindle 11.
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Abstract
The invention relates to a steering system for a vehicle (1), in the case of which steering system the wheels of a steerable axle of the vehicle are actuated by means of a steering unit (1) via a steering track rod (2) in a manner which is dependent on the steering angle specified by the position of the steering wheel of the vehicle. According to the invention, the steering unit (1) which is connected to the steering track rod (2) of a wheel via an attachment point (4) fixed on the vehicle is configured displaceably by means of a displacement mechanism (5).
Description
Lenksystem für ein Fahrzeug Steering system for a vehicle
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a steering system for a vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Bei einem Lenksystem für ein Fahrzeug ist üblicherweise jeder zu lenkenden Achse des Fahrzeugs eine Lenkungseinheit zugeordnet. Durch diese Lenkungseinheit, die einerseits am Rohbau beziehungsweise an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt ist (beispielsweise am Integralträger des Fahrzeugs befestigt ist) und andererseits über Spurstangen mit den Rädern der zu lenkenden Achse des Fahrzeugs verbunden ist, wird ein durch den Lenkradeinschlag vorgegebener Lenkwinkel über die Spurstangen an die Räder der zu lenkenden Achse übertragen, wodurch diese Räder entsprechend dem gewünschten Lenkwinkel verstellt werden. In a steering system for a vehicle, a steering unit is usually assigned to each axle of the vehicle that is to be steered. This steering unit, which is attached to the body shell or the body of the vehicle on the one hand (for example, attached to the integral support of the vehicle) and is connected to the wheels of the axle of the vehicle to be steered via tie rods, transmits a steering angle specified by the steering wheel angle to the wheels of the axle to be steered via the tie rods, whereby these wheels are adjusted according to the desired steering angle.
Aufgrund dieser bezüglich der Fahrwerksgeometrie festgelegten Positionierung des Lenksystems sind auch die Fahrwerksgrößen wie Spur und Lenkgeometrie definiert festgelegt und von der gewählten Dimensionierung des Lenksystems sowie von der Positionierung des Lenksystems innerhalb des Aufbaus des Fahrzeugs abhängig. Beispielsweise resultiert hierdurch aus einer Hubbewegung des Aufbaus des Fahrzeugs an der zu lenkenden Achse (meist der Vorderachse) auch eine Änderung der Spur, die jedoch von der bei bestimmten Fahrmanövern und Fahrsituationen wie Bremsvorgängen oder ambitionierten Kurvenfahrten zur Verbesserung der Fahrzeugperformance eigentlich vorzugsweise erwünschten Spur differiert. Due to this positioning of the steering system, which is defined in relation to the chassis geometry, the chassis dimensions such as track and steering geometry are also defined and depend on the selected dimensions of the steering system and the positioning of the steering system within the vehicle structure. For example, a lifting movement of the vehicle structure on the axle to be steered (usually the front axle) also results in a change in the track, which, however, differs from the track that is actually preferably desired in certain driving maneuvers and driving situations such as braking or ambitious cornering to improve the vehicle's performance.
Zur vorliegenden Thematik ist aus der DE 101 60764 A1 eine Steer-By-Wire-Lenkung bekannt, bei der ein hydraulisch arbeitendes, auf die lenkbaren Räder direkt oder über Spurstangen wirkendes Stellaggregat vorgesehen ist. Das Stellaggregat ist auf einem verschiebbar gelagerten Schlitten angeordnet, der an feststehende, direkt an der Karosserie oder an Ventilblöcken befestigte Führungsstangen gekoppelt ist.
DE gattungsbildende 102015214 317 A1 betrifft ein Lenkaggregat, umfassend eine vollhydraulische oder eine elektrohydraulische oder eine elektromechanische Servoeinrichtung zum Erzeugen einer zusätzlichen Lenkkraft und Kopplungselemente zur Kopplung an jeweils eine Spurstange , wobei die Kopplungselemente an einem Lenkwinkelsteller der Servoeinrichtung angeordnet sind, wobei die Spurstangen jeweils entweder einem in Fahrtrichtung gesehenen lenkbaren linken oder einem in Fahrtrichtung gesehenen lenkbaren rechten Fahrzeugrad zugeordnet sind und wobei eine axiale Beabstandung der Kopplungselemente geringer ist als eine Axiallänge des Lenkwinkelstellers oder dass ein Kopplungselement zur Kopplung an eine einem linken Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange auf einer in Fahrtrichtung gesehenen rechten Fahrzeughälfte angeordnet ist und ein Kopplungselement zur Kopplung an eine einem rechten Fahrzeugrad zugeordnete Spurstange auf einer in Fahrtrichtung gesehenen linken Fahrzeughälfte angeordnet ist.. Die Erfindung betrifft weiterhin eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine. In relation to the present topic, a steer-by-wire steering system is known from DE 101 60764 A1, in which a hydraulically operated actuating unit is provided that acts on the steerable wheels directly or via tie rods. The actuating unit is arranged on a sliding carriage that is coupled to fixed guide rods that are attached directly to the body or to valve blocks. DE generic 102015214 317 A1 relates to a steering unit, comprising a fully hydraulic or an electro-hydraulic or an electromechanical servo device for generating an additional steering force and coupling elements for coupling to a respective tie rod, wherein the coupling elements are arranged on a steering angle adjuster of the servo device, wherein the tie rods are each assigned either to a steerable left vehicle wheel as seen in the direction of travel or to a steerable right vehicle wheel as seen in the direction of travel and wherein an axial spacing of the coupling elements is less than an axial length of the steering angle adjuster or that a coupling element for coupling to a tie rod assigned to a left vehicle wheel is arranged on a right vehicle half as seen in the direction of travel and a coupling element for coupling to a tie rod assigned to a right vehicle wheel is arranged on a left vehicle half as seen in the direction of travel. The invention further relates to an agricultural work machine.
Der DE 102005 039 318 A1 eine Vorrichtung zum längenveränderlichen Verstellen eines Lenkers einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge zu entnehmen, wobei der Lenker in zwei Lenkerabschnitte unterteilt ist, die in einem umgebenden Gehäuse verschiebbar geführt sind und mittels eines Aktors relativ zueinander verschiebbar sind. Für eine schnelle und präzise Verstellbarkeit in Verbindung mit einer steifen Abstützung bzw. Radführung ist der Aktor durch ein Watt'sches Gestänge oder ein Ritzel/Zahnstangenpaarung oder eine Kniehebelanordnung gebildet. DE 102005 039 318 A1 discloses a device for adjusting the length of a steering rod of a wheel suspension for motor vehicles, wherein the steering rod is divided into two steering rod sections which are slidably guided in a surrounding housing and can be moved relative to one another by means of an actuator. For quick and precise adjustability in conjunction with a rigid support or wheel guide, the actuator is formed by a Watt's rod or a pinion/rack pairing or a toggle lever arrangement.
Die DE 102015 1 18292 A1 stellt weiteren relevanten Stand der Technik dar. DE 102015 1 18292 A1 represents further relevant prior art.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Lenksystem für ein Fahrzeug anzugeben, bei dem auf einfache und vorteilhafte Weise die Spur und die Lenkgeometrie veränderbar eingestellt und damit an die jeweilige Fahrsituation variabel angepasst werden kann. The invention is based on the object of specifying a generic steering system for a vehicle in which the track and the steering geometry can be adjusted in a simple and advantageous manner and thus variably adapted to the respective driving situation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lenksystem für ein Fahrzeug mit den im Patentanspruch 1 angeführten Merkmalen gelöst. This object is achieved according to the invention by a steering system for a vehicle having the features recited in patent claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lenksystems für ein Fahrzeug sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.
Beim erfindungsgemäßen Lenksystem für ein Fahrzeug ist die Lagerung der mit der Spurstange eines Rades über einen fahrzugsfesten Anbindungspunkt verbundenen Lenkungseinheit nicht starr am Fahrzeug vorgenommen, sondern wird mittels eines Verschiebemechanismus, vorzugsweise über eine Linearführung, beweglich ausgeführt. D.h. die (gesamte) Lenkungseinheit kann während des Fährbetriebs des Fahrzeugs mittels des Verschiebemechanismus horizontal und somit in Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise in x-Richtung des Fahrzeugs verschoben werden und zusätzlich oder alternativ hierzu vertikal und damit in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in z- Richtung des Fahrzeugs verschoben werden. Diese Verschiebung der (gesamten) Lenkungseinheit bedingt eine geometrische Änderung der Lenkungsgeometrie und damit eine Abstandsänderung zwischen dem Lenkungsausgang und der Radanlenkung, so dass sich aufgrund dieser Verschiebung der (gesamten) Lenkungseinheit für die Spurstangen veränderte wirksame Längen ergeben. Infolge der Verschiebung der Lenkungseinheit kommt es somit zu einer geometrischen Änderung an der Spur des Fahrzeugs, da die Position der zu lenkenden Achse und die Position der Spurstangen räumlich an der gleichen Stelle verbleiben, während sich die Lenkungseinheit hierzu (relativ) verschiebt. Demzufolge können hierdurch die Spur und die Lenkgeometrie variabel und mit den gewünschten Eigenschaften vorgegeben werden. Advantageous further developments of the steering system according to the invention for a vehicle are part of the further patent claims. In the steering system for a vehicle according to the invention, the bearing of the steering unit connected to the tie rod of a wheel via a vehicle-fixed connection point is not rigidly mounted on the vehicle, but is made movable by means of a displacement mechanism, preferably via a linear guide. This means that the (entire) steering unit can be displaced horizontally and thus in the longitudinal direction of the vehicle or in the x-direction of the vehicle by means of the displacement mechanism while the vehicle is in motion, and additionally or alternatively, can be displaced vertically and thus in the vertical direction of the vehicle or in the z-direction of the vehicle. This displacement of the (entire) steering unit causes a geometric change in the steering geometry and thus a change in the distance between the steering output and the wheel steering, so that this displacement of the (entire) steering unit results in changed effective lengths for the tie rods. As a result of the shifting of the steering unit, there is a geometric change in the track of the vehicle, since the position of the axle to be steered and the position of the tie rods remain spatially in the same place, while the steering unit shifts (relatively). As a result, the track and the steering geometry can be varied and specified with the desired properties.
Ebenso bedingt die Verschiebung der Lenkungseinheit auch einen Längenausgleich bei der Lenkstange als Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkungseinheit, d.h. die Lenkstange muss durch eine entsprechende Ausgestaltung den Verschiebeweg der verschieblichen Lenkungseinheit kompensieren können. Daher und auch um im Crashfall eine gewisse Knautschzone in der Lenkstange bereitzustellen, d.h. zur crashsicheren Führung der Lenkstange, ist diese Lenkstange vorzugsweise als Teleskopstange mit Innenverzahnung ausgebildet (in Analogie zur entsprechenden Ausgestaltung bei der Lenkradverstellung). Likewise, the displacement of the steering unit also requires a length compensation in the handlebar as the connection between the steering wheel and the steering unit, i.e. the handlebar must be able to compensate for the displacement of the movable steering unit through an appropriate design. For this reason and also in order to provide a certain crumple zone in the handlebar in the event of a crash, i.e. to guide the handlebar in a crash-safe manner, this handlebar is preferably designed as a telescopic rod with internal teeth (analogous to the corresponding design for the steering wheel adjustment).
Die Verschiebung der Lenkungseinheit erfolgt hierbei vorzugsweise mittels einer Linearführung mit mindestens einem elektrisch oder hydraulisch betätigten Linearantrieb, der hohen Anforderungen an Genauigkeit, Beständigkeit und Geschwindigkeit genügt und vorzugsweise als Spindelantrieb ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird durch eine entsprechende Ausgestaltung des Verschiebemechanismus und insbesondere durch dessen Ausgestaltung als Linearführung mit mindestens einem Linearantrieb nur für die Verschiebung der Lenkungseinheit und damit auf dem Verschiebeweg der Lenkungseinheit Bewegungsenergie benötigt. In der ohne Verschiebung eingenommenen
Ruheposition der Lenkungseinheit wird über eine mechanische (Selbst-)Hemmung erreicht, dass hier keine Energie zum Halten der Lenkungseinheit benötigt wird. The steering unit is preferably moved by means of a linear guide with at least one electrically or hydraulically operated linear drive, which meets high requirements for accuracy, durability and speed and is preferably designed as a spindle drive. According to the invention, by appropriately designing the displacement mechanism and in particular by designing it as a linear guide with at least one linear drive, kinetic energy is only required for the displacement of the steering unit and thus on the displacement path of the steering unit. In the position assumed without displacement The rest position of the steering unit is achieved via a mechanical (self-)locking mechanism, so that no energy is required to hold the steering unit.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Verschiebemechanismus zur Verschiebung der Lenkungseinheit zwei Führungselemente auf, durch die gewährleistet wird, dass eine Bewegung der Lenkungseinheit nur im Rahmen des gewünschten Verschiebewegs ohne ungewollte Seitenbewegung auf vorgegebenen Verschiebebahnen stattfindet. In an advantageous development of the invention, the displacement mechanism for displacing the steering unit has two guide elements, which ensure that movement of the steering unit only takes place within the desired displacement path without unwanted lateral movement on predetermined displacement paths.
Diese beiden parallel zueinander angeordneten Führungselemente weisen hierzu vorzugsweise Seitenführungen als seitliche Begrenzungen auf, die ein Verschieben der Lenkungseinheit in der gewünschten Verschiebebahn gewährleisten und somit ein seitliches Wegdriften beziehungsweise Ausbrechen der Lenkungseinheit verhindern und auch ein Verklemmen der Lenkungseinheit auf dem jeweiligen Verschiebeweg unterbinden. For this purpose, these two guide elements arranged parallel to one another preferably have side guides as lateral limits, which ensure that the steering unit can be moved in the desired displacement path and thus prevent the steering unit from drifting away or breaking out sideways and also prevent the steering unit from jamming on the respective displacement path.
Die Lenkungseinheit kann mittels der beiden Führungselemente auf den entsprechenden Verschiebebahnen gleichsinnig und damit auf einem parallelen Verschiebeweg verschoben werden oder aber schräg verschoben werden, indem die Verschiebung der Lenkungseinheit in den beiden Führungselementen und damit auf den entsprechenden Verschiebebahnen ungleichmäßig oder nur einseitig erfolgt. The steering unit can be moved in the same direction and thus on a parallel displacement path by means of the two guide elements on the corresponding displacement tracks, or it can be moved diagonally by the displacement of the steering unit in the two guide elements and thus on the corresponding displacement tracks occurring unevenly or only on one side.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist der Verschiebemechanismus zur Verschiebung der Lenkungseinheit zwei parallel zueinander angeordnete Linearantriebe auf, von denen jeweils ein Linearantrieb einem Führungselement zugeordnet ist. Diese beiden Linearantriebe werden vorzugsweise synchron betrieben, wobei die Synchronisation der beiden Linearantriebe über eine die beiden Linearantriebe ansteuernde elektronische Steuereinheit erfolgen kann. In a first embodiment of the invention, the displacement mechanism for displacing the steering unit has two linear drives arranged parallel to one another, of which one linear drive is assigned to a guide element. These two linear drives are preferably operated synchronously, whereby the synchronization of the two linear drives can take place via an electronic control unit that controls the two linear drives.
In einer hierzu alternativen zweiten Ausführungsform der Erfindung weist der Verschiebemechanismus zur Verschiebung der Lenkungseinheit einen (einzigen) Linearantrieb auf, der mechanisch an die beiden parallel zueinander angeordneten Führungselemente gekoppelt ist. Eine Ansteuerung dieses Linearantriebs kann wiederum über eine elektronische Steuereinheit erfolgen. In a second alternative embodiment of the invention, the displacement mechanism for displacing the steering unit has a (single) linear drive that is mechanically coupled to the two guide elements arranged parallel to one another. This linear drive can in turn be controlled via an electronic control unit.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Steuergerät zur Ablaufsteuerung des Lenksystems und damit insbesondere auch zur Ansteuerung der Lenkungseinheit und kann vorzugsweise auch die Funktion der elektronischen Steuereinheit zur Ansteuerung des Verschiebemechanismus übernehmen. Dieses
Steuergerät gibt in Abhängigkeit der aktuellen, von der jeweiligen Fahrsituation des Fahrzeugs abhängigen fahrdynamischen Größen des Fahrzeugs und abhängig von den Anforderungen durch den Fahrer einen Soll-Verschiebeweg der Lenkungseinheit vor, der der gewünschten kinematischen Anpassung an der lenkbaren Achse des Fahrzeugs entspricht. Dieses Steuergerät ist insbesondere als Lenksteuergerät ausgebildet, das in Abhängigkeit des durch die Stellung des Lenkrads des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkwinkels ein entsprechendes Lenksteuersignal generiert, über das letztendlich der Verschiebeweg und die Verschieberichtung der Lenkungseinheit vorgebbar und hierdurch letztendlich einstellbar ist, wodurch dann die (wirksame) Spur und demzufolge auch der Radwinkel an den Rädern einer lenkbaren Achse des Fahrzeugs festgelegt wird. Weiterhin kann dem Verschiebemechanismus ein Wegmesssystem zur Bestimmung der Position der verschieblichen Lenkungseinheit zugeordnet sein, über das somit der Ist- Verschiebeweg der Lenkungseinheit ermittelt werden kann. In a further advantageous development of the invention, a control device is used to control the steering system and thus in particular also to control the steering unit and can preferably also take over the function of the electronic control unit for controlling the displacement mechanism. This Depending on the current driving dynamics variables of the vehicle, which are dependent on the respective driving situation of the vehicle, and depending on the driver's requirements, the control unit specifies a target displacement path of the steering unit that corresponds to the desired kinematic adjustment on the steerable axle of the vehicle. This control unit is designed in particular as a steering control unit that generates a corresponding steering control signal depending on the steering angle specified by the position of the vehicle's steering wheel, via which the displacement path and the displacement direction of the steering unit can ultimately be specified and thus ultimately adjusted, whereby the (effective) track and consequently also the wheel angle on the wheels of a steerable axle of the vehicle are then determined. Furthermore, the displacement mechanism can be assigned a distance measuring system for determining the position of the movable steering unit, via which the actual displacement path of the steering unit can thus be determined.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Lenksystem in „Steer by wire“-Lenksystemen eingesetzt werden. Hierbei erfolgt eine Ansteuerung der Lenkungseinheit auf elektrische Weise, wodurch auch der bei einer Verschiebung der Lenkungseinheit erforderliche Längenausgleich in der Lenkstange in diesem Falle durch elektrische Ansteuerung und damit ohne mechanische Elemente erfolgen kann. Mit der Möglichkeit zur Verschiebung der Lenkungseinheit und damit zur Positionierung der Lenkungseinheit ist bei der Auslegung derartiger Lenksysteme ein zusätzlicher Freiheitsgrad verbunden. The steering system according to the invention can preferably be used in "steer by wire" steering systems. In this case, the steering unit is controlled electrically, whereby the length compensation in the handlebar required when the steering unit is moved can also be carried out by electrical control and thus without mechanical elements. The possibility of moving the steering unit and thus positioning the steering unit provides an additional degree of freedom in the design of such steering systems.
Das erfindungsgemäße Lenksystem für ein Fahrzeug vereinigt mehrere Vorteile in sich: Hiermit ist auf einfache und effiziente Weise eine Adaption der Spur der jeweiligen lenkbaren Achse des Fahrzeugs an die jeweilige Fahrsituation des Fahrzeugs möglich. (Unerwünschte) Spuränderungen aufgrund der Hubbewegung an der jeweiligen lenkbaren Achse des Fahrzeugs können wirkungsvoll kompensiert werden. The steering system for a vehicle according to the invention combines several advantages: This makes it possible to adapt the track of the respective steerable axle of the vehicle to the respective driving situation of the vehicle in a simple and efficient manner. (Undesirable) track changes due to the lifting movement on the respective steerable axle of the vehicle can be effectively compensated.
In vielen Fahrsituationen des Fahrzeugs kann dessen Fahrperformance und das Fahrverhalten durch die Spuranpassung verbessert werden, insbesondere auch zur Verbesserung der Bremsperformance bei hohen Verzögerungen des Fahrzeugs oder zur Erhöhung der Fahrstabilität bei hohen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs. In many driving situations, the vehicle's driving performance and handling can be improved by lane adjustment, particularly to improve braking performance when the vehicle is subjected to high deceleration or to increase driving stability when the vehicle is traveling at high speeds.
Aufgrund der hierdurch ermöglichten Variabilität bei der Vorgabe der Spur steht bei der Fahrzeugauslegung ein weiterer Freiheitsgrad zur Verfügung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Due to the variability in track specification that this enables, an additional degree of freedom is available in vehicle design. Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment and from the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung von Komponenten des Lenksystems eines Fahrzeugs; und Fig. 1 A schematic representation of components of the steering system of a vehicle; and
Fig. 2 Eine schematische Darstellung des Verschiebemechanismus des Lenksystems in Draufsicht und in Seitenansicht Fig. 2 A schematic representation of the sliding mechanism of the steering system in top view and side view
Gemäß der schematischen Darstellung in Figur 1 ist die Lenkungseinheit 1 des Lenksystems eines Fahrzeugs beispielsweise für die Vorderachse des Fahrzeugs als lenkbare Achse des Fahrzeugs vorgesehen. According to the schematic representation in Figure 1, the steering unit 1 of the steering system of a vehicle is provided, for example, for the front axle of the vehicle as a steerable axle of the vehicle.
Durch die Lenkungseinheit 1 wird der durch die Stellung des Lenkrads vorgegebene Lenkwinkel an die beiden Räder der Vorderachse des Fahrzeugs als lenkbare Achse des Fahrzeugs übertragen und steuert diese entsprechend dem gewünschten Lenkwinkel mit einem bestimmten Radwinkel an. Hierzu ist die Lenkungseinheit 1 des Lenksystems über jeweils einen fahrzeugfesten Anbindungspunkt 4 mit jeweils einem Ende einer Spurstange 2 verbunden. Am jeweils anderen Ende der beiden Spurstangen 2 ist jeweils ein Radträger 3 für ein Rad der Vorderachse angebunden. The steering unit 1 transmits the steering angle specified by the position of the steering wheel to the two wheels of the front axle of the vehicle as the steerable axle of the vehicle and controls these with a specific wheel angle according to the desired steering angle. For this purpose, the steering unit 1 of the steering system is connected to one end of a tie rod 2 via a vehicle-fixed connection point 4. A wheel carrier 3 for a wheel of the front axle is connected to the other end of the two tie rods 2.
Weiterhin ist ein Verschiebemechanismus 5 zur Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 vorgesehen, wobei die Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 entlang des Verschiebewegs 8 beispielsweise sowohl in Fahrzeuglängsrichtung (x- Richtung) als auch in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) erfolgen kann. Beispielsweise ist durch den Verschiebemechanismus 5 eine Verschiebung der Lenkungseinheit 1 des
Lenksystems sowohl in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) als auch in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) um jeweils bis zu 50 mm möglich. Furthermore, a displacement mechanism 5 is provided for displacing the (complete) steering unit 1, whereby the displacement of the (complete) steering unit 1 along the displacement path 8 can take place, for example, both in the vehicle's longitudinal direction (x-direction) and in the vehicle's vertical direction (z-direction). For example, the displacement mechanism 5 enables the steering unit 1 of the Steering system can be adjusted by up to 50 mm in both the vehicle's longitudinal direction (x-direction) and the vehicle's vertical direction (z-direction).
Die Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 erfolgt hierbei in den beiden parallel zueinander angeordneten Verschiebebahnen 6, 7 entlang des Verschiebewegs 8. Hierbei kann die Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 in den beiden Verschiebebahnen 6, 7 gleichartig erfolgen, wodurch eine parallele Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 in der jeweiligen Richtung des Fahrzeugs vorgenommen wird. Demzufolge wirkt sich die Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 auch gleichartig auf die beiden Spurstangen 2 an der Vorderachse des Fahrzeugs aus und damit auch gleichartig auf die jeweilige Spur an den beiden Vorderrädern des Fahrzeugs. Demgegenüber kann die Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 in den beiden Verschiebebahnen 6, 7 auch unterschiedlich erfolgen, wodurch eine nicht-parallele und damit schräge beziehungsweise schiefe Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 in der jeweiligen Richtung des Fahrzeugs vorgenommen wird. Demzufolge wirkt sich die Verschiebung der (kompletten) Lenkungseinheit 1 auch unterschiedlich auf die beiden Spurstangen 2 an der Vorderachse des Fahrzeugs aus und damit auch unterschiedlich auf die jeweilige Spur an den beiden Vorderrädern des Fahrzeugs. D.h. hierdurch kann die jeweilige Spur an den beiden Vorderrädern des Fahrzeugs unterschiedlich beeinflusst werden. The displacement of the (complete) steering unit 1 takes place in the two displacement tracks 6, 7 arranged parallel to one another along the displacement path 8. The displacement of the (complete) steering unit 1 can take place in the same way in the two displacement tracks 6, 7, whereby a parallel displacement of the (complete) steering unit 1 is carried out in the respective direction of the vehicle. Consequently, the displacement of the (complete) steering unit 1 also has a similar effect on the two tie rods 2 on the front axle of the vehicle and thus also on the respective track on the two front wheels of the vehicle. In contrast, the displacement of the (complete) steering unit 1 in the two displacement tracks 6, 7 can also take place differently, whereby a non-parallel and thus oblique or slanted displacement of the (complete) steering unit 1 is carried out in the respective direction of the vehicle. As a result, the displacement of the (complete) steering unit 1 also has a different effect on the two tie rods 2 on the front axle of the vehicle and thus also a different effect on the respective track on the two front wheels of the vehicle. This means that the respective track on the two front wheels of the vehicle can be influenced differently.
Gemäß der Draufsicht in der linken Darstellung in Figur 2 und der Schnittdarstellung in der rechten Darstellung in Figur 2 ist der Verschiebemechanismus 5 beispielsweise als Linearführung mit mindestens einem Linearantrieb 14 ausgebildet. According to the plan view in the left illustration in Figure 2 and the sectional view in the right illustration in Figure 2, the displacement mechanism 5 is designed, for example, as a linear guide with at least one linear drive 14.
Hierzu ist ein elektromotorischer Antrieb 9 zum Verfahren einer Gewindespindel 11 vorgesehen, die wiederum mit einem Schlitten 10 verbunden ist, der somit durch die angetriebene Gewindespindel 11 verschoben wird. For this purpose, an electric motor drive 9 is provided for moving a threaded spindle 11, which in turn is connected to a carriage 10, which is thus displaced by the driven threaded spindle 11.
Zur Aufnahme von Querkräften des Lenksystems sind die beiden Führungselemente 12 vorgesehen, die jeweils eine Seitenführung aufweisen, durch die ungewollte oder unerwünschte Seitenbewegungen der Lenkungseinheit 1 des Lenksystems des Fahrzeugs unterbunden werden. To absorb transverse forces of the steering system, the two guide elements 12 are provided, each of which has a lateral guide, by which unwanted or undesired lateral movements of the steering unit 1 of the steering system of the vehicle are prevented.
Die jeweiligen Lager 13 der beiden Führungselemente 12 dienen zur Lagerung der Gewindespindel 11.
The respective bearings 13 of the two guide elements 12 serve to support the threaded spindle 11.
Claims
1. Lenksystem für ein Fahrzeug, bei dem die Räder einer lenkbaren Achse des Fahrzeugs mittels einer Lenkungseinheit (1) abhängig vom durch die Stellung des Lenkrads des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkwinkel über eine Spurstange (2) angesteuert werden, wobei die mit der Spurstange (2) eines Rades über einen fahrzeugfesten Anbindungspunkt (4) verbundene Lenkungseinheit (1) mittels eines Verschiebemechanismus (5) verschieblich ausgebildet ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebemechanismus (5) zur Verschiebung der Lenkungseinheit (1) verschieblich in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) und/oder verschieblich in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) ausgebildet ist. 1. Steering system for a vehicle, in which the wheels of a steerable axle of the vehicle are controlled by means of a steering unit (1) via a tie rod (2) depending on the steering angle predetermined by the position of the steering wheel of the vehicle, wherein the steering unit (1) connected to the tie rod (2) of a wheel via a vehicle-fixed connection point (4) is designed to be displaceable by means of a displacement mechanism (5), characterized in that the displacement mechanism (5) for displacing the steering unit (1) is designed to be displaceable in the vehicle's longitudinal direction (x-direction) and/or displaceable in the vehicle's vertical direction (z-direction).
2. Lenksystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebemechanismus (5) zur Verschiebung der Lenkungseinheit (1) eine Linearführung mit mindestens einem elektrisch oder hydraulisch betätigten Linearantrieb (14) aufweist. 2. Steering system according to claim 1, characterized in that the displacement mechanism (5) for displacing the steering unit (1) has a linear guide with at least one electrically or hydraulically operated linear drive (14).
3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch oder hydraulisch betätigte Linearantrieb (14) einen Spindelantrieb aufweist. 3. Steering system according to claim 2, characterized in that the electrically or hydraulically operated linear drive (14) has a spindle drive.
4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkungseinheit (1) mittels des Verschiebemechanismus (5) in zwei parallel zueinander angeordneten Verschiebebahnen (6, 7) verschieblich ist, denen jeweils ein Führungselement (12) zugeordnet ist.
4. Steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the steering unit (1) is displaceable by means of the displacement mechanism (5) in two displacement tracks (6, 7) arranged parallel to one another, each of which is assigned a guide element (12).
5. Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Führungselemente (12) jeweils von Seitenführungen (13) begrenzt sind. 5. Steering system according to claim 4, characterized in that the two guide elements (12) are each limited by side guides (13).
6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebemechanismus (5) zur Verschiebung der Lenkungseinheit (1) zwei Linearantriebe (14) aufweist, von denen jeweils ein Linearantrieb (14) an ein Führungselement (12) gekoppelt ist. 6. Steering system according to one of claims 4 or 5, characterized in that the displacement mechanism (5) for displacing the steering unit (1) has two linear drives (14), of which one linear drive (14) is coupled to a guide element (12).
7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebemechanismus (5) zur Verschiebung der Lenkungseinheit (1) einen Linearantrieb (14) aufweist, der mechanisch an die beiden Führungselemente (12) gekoppelt ist. 7. Steering system according to one of claims 4 or 5, characterized in that the displacement mechanism (5) for displacing the steering unit (1) has a linear drive (14) which is mechanically coupled to the two guide elements (12).
8. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem ein Lenksteuergerät aufweist, das in Abhängigkeit des durch die Stellung des Lenkrads des Fahrzeugs vorgegebenen Lenkwinkels ein Lenksteuersignal generiert, über das der Verschiebeweg (8) der verschieblichen Lenkungseinheit (1) einstellbar ist. 8. Steering system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the steering system has a steering control device which, depending on the steering angle predetermined by the position of the steering wheel of the vehicle, generates a steering control signal via which the displacement path (8) of the displaceable steering unit (1) can be adjusted.
9. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem als steer-by-wire-Lenksystem ausgebildet ist.
9. Steering system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the steering system is designed as a steer-by-wire steering system.
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