Die Erfindung betrifft eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug, die einen Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung aufweist.The invention relates to a steering system for a motor vehicle having an electric motor for steering power assistance.
Hilfskraftlenkungen mit Elektromotor sind gut bekannt. So zeigt DE 39 11 088 A1 eine Hilfskraftlenkung, die als Zahnstangenlenkung ausgebildet ist. Eine Spurstange weist zwei gezahnte Bereiche auf. Ein mit der Lenksäule verbundenes Lenkritzel kämmt mit einem dieser Bereiche, während ein Hilfskraftritzel mit dem anderen Bereich kämmt. Das Hilfskraftritzel wird über ein Untersetzungsgetriebe von einem Elektromotor getrieben.Power steering with electric motor are well known. So shows DE 39 11 088 A1 a power steering system which is designed as a rack and pinion steering. A tie rod has two toothed areas. A steering pinion connected to the steering column meshes with one of these areas, while one auxiliary pinion meshes with the other area. The auxiliary power pinion is driven via a reduction gear by an electric motor.
Aus DE 10 2008 021 591 A1 ist eine elektromechanische Zahnstangenlenkung bekannt. Ein Hohlwellenmotor ist an einem Lenksäulenansatz angeordnet und wirkt über ein Untersetzungsgetriebe auf den Lenksäulenansatz oder ein Lenkritzel.Out DE 10 2008 021 591 A1 is known an electromechanical rack and pinion steering. A hollow shaft motor is arranged on a steering column approach and acts via a reduction gear on the steering column approach or a steering pinion.
Allgemein ist es ein wichtiger Gesichtspunkt bei Hilfskraftlenkungen, dass Kräfte, die auf die Räder des Kraftfahrzeugs wirken, in geeigneter Weise an den Fahrer rückgemeldet werden. Beispielsweise soll der Fahrer am Lenkrad klar spüren können, wenn Spurrillen den Geradeauslauf das Fahrzeugs beeinträchtigen. Eine mangelnde Rückmeldung führt zu einem unbefriedigenden Fahreindruck und kann sogar die Fahrsicherheit beeinträchtigen.In general, an important consideration in power steering systems is that forces acting on the wheels of the motor vehicle are appropriately reported back to the driver. For example, the driver should be able to feel clearly on the steering wheel when ruts affect the directional stability of the vehicle. A lack of feedback leads to an unsatisfactory driving impression and can even affect driving safety.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die bei geringem Bauaufwand eine besonders gute Rückmeldung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ermöglicht.The invention therefore has the object to provide a power steering system for a motor vehicle, which allows for low construction costs a particularly good feedback to the driver of the motor vehicle.
Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen optionale Merkmale einiger Ausgestaltungen der Erfindung.The invention is defined by the independent claims. The dependent claims relate to optional features of some embodiments of the invention.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Zahnstangenlenkung gelöst, bei der ein Ritzel, das in eine Verzahnung der Spurstange eingreift, getriebelos mit dem Rotor eines Elektromotors zur Lenkkraftunterstützung verbunden ist. Bei solchen Ausführungsformen beeinflusst der Elektromotor in einem stromlosen Betriebszustand (”Freilaufbetrieb”) die Bewegung der Spurstange – und damit die Rückmeldung an den Fahrer – nicht oder nur geringfügig. Dies liegt daran, dass der getriebelos mit dem Ritzel verbundene Rotor leicht drehbar ist. Wenn dagegen ein Untersetzungsgetriebe vorhanden wäre, so würden gerade leichte Bewegungen der Spurstange durch die Reibung und das Losbrechmoment des Untersetzungsgetriebes, sowie durch das entsprechend übersetzte Trägheitsmoment des Motors, erheblich behindert werden.According to a first aspect of the invention, the above-mentioned object is achieved by a rack and pinion steering in which a pinion which engages in a toothing of the tie rod is gearless connected to the rotor of an electric motor for steering power assistance. In such embodiments, the electric motor in a de-energized operating state ("free running") affects the movement of the tie rod - and thus the feedback to the driver - not or only slightly. This is because the gearless rotor connected to the pinion is easily rotatable. If, on the other hand, a reduction gear were present, then slight movements of the tie rod by the friction and the breakaway torque of the reduction gear, as well as by the correspondingly translated moment of inertia of the engine, would be significantly hindered.
Unter dem Ausdruck ”getriebelos” soll im vorliegenden Dokument insbesondere verstanden werden, dass kein Untersetzungsgetriebe zwischen den Elektromotor und das Ritzel geschaltet ist. In manchen Ausgestaltungen sind der Elektromotor und das Ritzel direkt – beispielsweise über eine starre Welle oder sogar einstückig – miteinander verbunden. Es kann jedoch auch mindestens ein Gelenk vorgesehen sein, das den Elektromotor und das Ritzel drehfest miteinander verbindet. Hierbei schließt der Ausdruck ”drehfest” im vorliegenden Dokument eine direkte Verbindung sowie eine Verbindung über mindestens ein Gelenk ein, auch wenn das Gelenk möglicherweise einen gewissen Drehwinkelfehler hervorruft.The term "gearless" is to be understood in the present document in particular that no reduction gear between the electric motor and the pinion is connected. In some embodiments, the electric motor and the pinion directly - for example, via a rigid shaft or even in one piece - connected to each other. However, it can also be provided at least one joint which rotatably connects the electric motor and the pinion each other. Here, the term "rotationally fixed" in the present document includes a direct connection as well as a connection via at least one joint, even if the joint possibly causes a certain rotational angle error.
In manchen Ausführungsformen ist das Ritzel ein Lenkritzel, das ferner getriebelos – in manchen Ausgestaltungen drehfest oder direkt – mit einer Lenksäule gekoppelt ist. Es versteht sich, auch hier eine Verbindung über Wellenstücke und/oder Gelenke erfolgen kann. Bei diesen Ausgestaltungen kann ferner eine Drehmoment-Messeinrichtung zwischen die Lenksäule und das Lenkritzel gekoppelt sein, wie dies der gegenwärtig üblichen Anordnung bei Hilfskraftlenkungen entspricht.In some embodiments, the pinion is a steering pinion, which is also gearless - in some embodiments, rotationally fixed or direct - coupled to a steering column. It goes without saying that a connection via shaft pieces and / or joints can also take place here. In these embodiments, further, a torque-measuring device may be coupled between the steering column and the steering pinion, as corresponds to the currently common arrangement in power steering systems.
In anderen Ausführungsformen ist das Ritzel dagegen ein Hilfskraftritzel, das zusätzlich zu dem Lenkritzel vorgesehen ist. In diesem Fall ist in manchen Ausgestaltungen die gesamte Lenkhilfskraft-Baugruppe von dem eigentlichen Lenkgetriebe – das auf an sich bekannte Art ausgestaltet sein kann – baulich getrennt. Hierdurch ergibt sich eine besonders hohe Flexibilität bei der Anpassung an einen vorgegebenen Bauraum.In other embodiments, however, the pinion is an auxiliary power pinion provided in addition to the steering pinion. In this case, in some embodiments, the entire steering assist assembly of the actual steering gear - which can be configured in a known per se - structurally separate. This results in a particularly high flexibility in the adaptation to a given space.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug gelöst, bei der eine Elektromotorbaugruppe zur Lenkkraftunterstützung über ein Betätigungselement auf eine Spurstange einwirkt, wobei eine Messeinrichtung zwischen dem Betätigungselement und der Elektromotorbaugruppe angeordnet ist, um eine auf das Betätigungselement ausgeübte Kraft oder ein auf das Betätigungselement einwirkendes Moment zu messen. Mit anderen Worten ist bei diesen Ausgestaltungen die Messeinrichtung funktional der Hilfskraft-Baugruppe zugeordnet. Die sonst übliche Messeinrichtung am Lenkgetriebe kann dann in vielen Ausgestaltungen entfallen oder, wenn sie dennoch vorgesehen ist, zu einer verbesserten Messgenauigkeit oder einer erhöhten Redundanz führen.According to a second aspect of the invention, the above-mentioned object is achieved by a steering system for a motor vehicle in which an electric motor assembly for steering power assistance via an actuating element acts on a tie rod, wherein a measuring device between the actuating element and the electric motor assembly is arranged to one on the actuating element applied force or acting on the actuator torque to measure. In other words, in these embodiments, the measuring device is assigned functionally to the auxiliary power assembly. The otherwise common measuring device on the steering gear can then be omitted in many embodiments or, if it is still provided, lead to improved measurement accuracy or increased redundancy.
In manchen Ausführungsformen weist die Elektromotorbaugruppe einen Elektromotor und ein Untersetzungsgetriebe auf, wobei die Messeinrichtung zwischen dem Betätigungselement und dem Untersetzungsgetriebe angeordnet ist. Diese Ausgestaltungen haben den Vorteil, dass der Messweg des Messeinrichtung zumindest in einem stromlosen Betriebszustand (”Freilaufbetrieb”) der Elektromotorbaugruppe einem Freilaufbereich für die Spurstange entspricht, in dem die Bewegung der Spurstange nicht oder nur geringfügig gehemmt wird.In some embodiments, the electric motor assembly includes an electric motor and Reduction gear, wherein the measuring device is arranged between the actuating element and the reduction gear. These refinements have the advantage that the measuring path of the measuring device, at least in a de-energized operating state ("freewheeling operation") of the electric motor assembly corresponds to a freewheeling region for the tie rod, in which the movement of the tie rod is not or only slightly inhibited.
In manchen Ausgestaltungen weist die Messeinrichtung mindestens ein Federelement und einen Sensor auf. Das mindestens eine Federelement kann beispielsweise mindestens ein in einem Rad speichenartig ausgebildeter Steg oder mindestens ein zwischen zwei Wellenabschnitten in axialer Richtung verlaufender Steg sein.In some embodiments, the measuring device has at least one spring element and a sensor. The at least one spring element may, for example, be at least one web formed as a spoke in a wheel or at least one web extending between two shaft sections in the axial direction.
Das Betätigungselement kann in unterschiedlichen Ausführungsformen ein Ritzel – insbesondere ein Lenkritzel oder ein Hilfskraftritzel – oder eine Kugelumlaufmutter sein oder aufweisen.The actuator may be in different embodiments, a pinion - in particular a steering pinion or an auxiliary power pinion - or a ball nut or have.
Weitere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten schematischen Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:Further features, advantages and objects of the invention will become apparent from the accompanying schematic drawings of several embodiments. Show it:
1A und 1B je eine perspektivische Ansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem ersten Ausführungsbeispiel, 1A and 1B each a perspective view of components of a steering in a first embodiment,
1C eine Ansicht schräg von oben und vorne auf das erste Ausführungsbeispiel in einer Richtung normal zur Spurstange und normal zu Lenksäule, 1C a view obliquely from above and in front of the first embodiment in a direction normal to the tie rod and normal to steering column,
1D eine Seitenansicht auf das erste Ausführungsbeispiel in einer Richtung entlang der Spurstange und normal zur Lenksäule, 1D a side view of the first embodiment in a direction along the tie rod and normal to the steering column,
2A und 2B je eine perspektivische Ansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2A and 2 B each a perspective view of components of a steering in a second embodiment,
2C eine Vorderansicht auf das zweite Ausführungsbeispiel in einer Richtung normal zur Spurstange, 2C a front view of the second embodiment in a direction normal to the tie rod,
2D eine Seitenansicht auf das zweite Ausführungsbeispiel in einer Richtung entlang der Spurstange, 2D a side view of the second embodiment in a direction along the tie rod,
3A eine perspektivische Ansicht einer in ein Gehäuse eingebauten Lenkung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, 3A a perspective view of a built-in housing steering system according to the second embodiment,
3B eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß 3A in einer Richtung normal zur Spurstange, 3B a plan view of the embodiment according to 3A in a direction normal to the tie rod,
3C eine Rückansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 3A in einer Richtung normal zur Spurstange, 3C a rear view of the embodiment according to 3A in a direction normal to the tie rod,
4A eine perspektivische Ansicht einer in ein Gehäuse eingebauten Lenkung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 4A a perspective view of a built-in housing steering according to a third embodiment,
4B eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß 4A in einer Richtung normal zur Spurstange, 4B a plan view of the embodiment according to 4A in a direction normal to the tie rod,
4C eine Rückansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 4A in einer Richtung normal zur Spurstange, 4C a rear view of the embodiment according to 4A in a direction normal to the tie rod,
5A eine perspektivische Ansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem vierten Ausführungsbeispiel, 5A a perspective view of components of a steering in a fourth embodiment,
5B eine Draufsicht auf das vierte Ausführungsbeispiel in einer Richtdng normal zur Spurstange, 5B a plan view of the fourth embodiment in a direction normal to the tie rod,
5C eine Ansicht schräg von unten auf das vierte Ausführungsbeispiel in einer Richtung normal zur Spurstange, 5C a view obliquely from below of the fourth embodiment in a direction normal to the tie rod,
5D eine Seitenansicht auf das vierte Ausführungsbeispiel in einer Richtung entlang der Spurstange, 5D a side view of the fourth embodiment in a direction along the tie rod,
6A eine perspektivische Ansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem fünften Ausführungsbeispiel, 6A a perspective view of components of a steering in a fifth embodiment,
6B eine Draufsicht auf das fünfte Ausführungsbeispiel in einer Richtung normal zur Spurstange, 6B a plan view of the fifth embodiment in a direction normal to the tie rod,
6C eine Vorderansicht des fünften Ausführungsbeispiels in einer Richtung normal zur Spurstange, 6C a front view of the fifth embodiment in a direction normal to the tie rod,
7A eine perspektivische Ansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem sechsten Ausführungsbeispiel, 7A a perspective view of components of a steering in a sixth embodiment,
7B eine Ansicht schräg von oben und vorne auf das sechste Ausführungsbeispiel in einer Richtung normal zur Spurstange und normal zu Lenksäule, 7B a view obliquely from above and in front of the sixth embodiment in a direction normal to the tie rod and normal to steering column,
7C eine Ansicht schräg von oben und hinten auf das sechste Ausführungsbeispiel in einer Richtung entlang der Lenksäule, in Blickrichtung des Fahrers, 7C a view obliquely from above and behind to the sixth embodiment in a direction along the steering column, in the direction of the driver,
8A eine perspektivische Ansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem siebten Ausführungsbeispiel, 8A a perspective view of components of a steering in a seventh embodiment,
8B eine Ansicht schräg von oben und vorne auf das siebte Ausführungsbeispiel in einer Richtung normal zur Spurstange und normal zu Lenksäule, 8B a view obliquely from above and in front of the seventh embodiment in a direction normal to the tie rod and normal to steering column,
8C eine Ansicht schräg von oben und hinten auf das siebte Ausführungsbeispiel in einer Richtung entlang der Lenksäule, 8C a view obliquely from above and behind on the seventh embodiment in a direction along the steering column,
9A eine perspektivische Ansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem achten Ausführungsbeispiel, 9A a perspective view of components of a steering in an eighth embodiment,
9B eine Draufsicht auf das achte Ausführungsbeispiel in einer Richtung normal zur Spurstange, 9B a plan view of the eighth embodiment in a direction normal to the tie rod,
9C eine Seitenansicht auf das achte Ausführungsbeispiel in einer Richtung entlang der Spurstange, 9C a side view of the eighth embodiment in a direction along the tie rod,
10A und 10B je eine perspektivische Ansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem neunten Ausführungsbeispiel, 10A and 10B each a perspective view of components of a steering in a ninth embodiment,
10C eine Ansicht schräg von unten und vorne auf das neunte Ausführungsbeispiel in einer Richtung entlang der Lenksäule, entgegen der Blickrichtung des Fahrers, 10C a view obliquely from below and in front of the ninth embodiment in a direction along the steering column, against the line of sight of the driver,
11A eine Schnittansicht von Bauteilen einer Lenkung in einem zehnten Ausführungsbeispiel entlang der Mittelachse der Spurstange, wie als Schnitt A-A in 11B eingezeichnet, 11A a sectional view of components of a steering in a tenth embodiment along the center axis of the tie rod, as a section AA in 11B drawn,
11B einen Querschnitt des zehnten Ausführungsbeispiels, 11B a cross section of the tenth embodiment,
11C eine vergrößerte Darstellung des in 11A mit dem Kreis C markierten Bereichs, 11C an enlarged view of the in 11A area marked with the circle C,
11D eine Seitenansicht des zehnten Ausführungsbeispiels in einer Richtung normal zur Spurstange, 11D a side view of the tenth embodiment in a direction normal to the tie rod,
11E eine auseinandergezogene Darstellung von Bauteilen des zehnten Ausführungsbeispiels, und 11E an exploded view of components of the tenth embodiment, and
11F eine vergrößerte Darstellung des in 11E mit dem Kreis F markierten Federpakets. 11F an enlarged view of the in 11E with the circle F marked spring package.
1A–1D zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Spurstange 10 in einem Bereich 12, der sich nahe einer Lenksäule (nicht dargestellt) befindet, eine Verzahnung 14 aufweist. Ein Lenkritzel 16 kämmt mit dieser Verzahnung 12. Es versteht sich, dass die Verzahnung 14 und das Lenkritzel 16 in einer Vielzahl unterschiedlicher Bauformen ausgestaltet sein können. Während 1A–1D eine einfache Ausgestaltung einer Zahnstangenlenkung zeigen, sind in Ausführungsalternativen progressive Lenkungen – beispielsweise gemäß EP 1 841 635 B1 – vorgesehen, bei denen die Verzahnung 14 und das Lenkritzel 16 komplex geformt sind und gegebenenfalls aus mehreren Teilen bestehen. 1A - 1D show a first embodiment in which a tie rod 10 in one area 12 , which is located near a steering column (not shown), a gearing fourteen having. A steering pinion 16 meshes with this gearing 12 , It is understood that the gearing fourteen and the steering pinion 16 can be configured in a variety of different designs. While 1A - 1D show a simple embodiment of a rack-and-pinion steering, are in alternative embodiments progressive steering - for example, according to EP 1 841 635 B1 - provided in which the teeth fourteen and the steering pinion 16 complex formed and possibly consist of several parts.
Das Lenkritzel 16 ist mit einem Lenkwellenteil 18 verbunden oder als Verzahnung an dem Lenkwellenteil 18 ausgeformt. Das Lenkwellenteil 18 ist seinerseits in an sich bekannter Weise – beispielsweise über ein Kreuzgelenk (nicht gezeigt) – mit der Lenksäule gekoppelt. Das Lenkwellenteil 18 weist eine Drehmoment-Messeinrichtung 20 auf, die auf das über die Lenksäule eingesteuerte Lenkmoment anspricht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Drehmoment-Messeinrichtung 20 als ein rohrförmiger Bereich des Lenkwellenteils 18 ausgestaltet, der Einschnitte 22 aufweist, zwischen denen dünne Stege des Lenkwellenteils 18 in axialer Richtung verlaufen. Diese Stege biegen sich in Abhängigkeit von dem Lenkmoment, so dass sich der dem Lenkritzel 16 zugewandte Abschnitt des Lenkwellenteils 18 gegenüber dem der Lenksäule zugewandten Abschnitt verdreht. Ein (nicht gezeigter) Sensor misst die Verdrehung und erzeugt ein entsprechendes Messsignal, das von einer Steuerelektronik (nicht gezeigt) ausgewertet wird.The steering pinion 16 is with a steering shaft part 18 connected or as a toothing on the steering shaft part 18 formed. The steering shaft part 18 is in turn in a conventional manner - for example via a universal joint (not shown) - coupled to the steering column. The steering shaft part 18 has a torque-measuring device 20 on, which responds to the steered via the steering column steering torque. In the present embodiment, the torque-measuring device 20 as a tubular portion of the steering shaft portion 18 designed, the incisions 22 has, between which thin webs of the steering shaft part 18 in the axial direction. These webs bend in response to the steering torque, so that the the steering pinion 16 facing portion of the steering shaft part 18 rotated relative to the steering column facing portion. A sensor (not shown) measures the rotation and generates a corresponding measurement signal, which is evaluated by control electronics (not shown).
Es versteht sich, dass die Drehmoment-Messeinrichtung 20 in Ausführungsalternativen anders ausgestaltet sein kann. Beispielsweise kann die Drehmoment-Messeinrichtung 20 in an sich bekannter Art einen Torsionsstab aufweisen, dessen durch das Lenkmoment hervorgerufene Verdrehung von einem geeigneten Sensor abgetastet wird. In weiteren Ausführungsalternativen kann die Drehmoment-Messeinrichtung 20 eine oder mehrere Federn aufweisen, die zwischen zwei Teilstücken des Lenkwellenteils 18 angeordnet sind.It is understood that the torque measuring device 20 may be configured differently in alternative embodiments. For example, the torque measuring device 20 in a conventional manner have a torsion bar whose rotation caused by the steering torque is scanned by a suitable sensor. In other alternative embodiments, the torque measuring device 20 Have one or more springs between two sections of the steering shaft part 18 are arranged.
Auch der (nicht gezeigte) Sensor zum Abtasten der vom Lenkmoment hervorgerufenen Verdrehung oder Relativbewegung in der Drehmoment-Messeinrichtung 20 kann auf die verschiedensten Arten ausgestaltet sein, beispielsweise als Piezo-Sensor oder als optischer Sensor oder als elektromagnetischer Sensor, der auf eine Veränderung der Abschirmung eines Permanentmagnetfeldes anspricht.Also, the sensor (not shown) for sensing the rotation caused by the steering torque or relative movement in the torque measuring device 20 can be configured in many different ways, for example as a piezo sensor or as an optical sensor or as an electromagnetic sensor, which responds to a change in the shielding of a permanent magnetic field.
Bei der erfindungsgemäßen Lenkung ist ferner ein Elektromotor 24 zur Lenkkraftunterstützung vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel 1A–1D ist der Elektromotor 24 über eine kurze Welle 26 direkt mit dem Lenkritzel 16 verbunden. Der Elektromotor 24 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Außenläufer ausgestaltet. Ein glockenförmiger Rotor 28 weist einen äußeren Magnetring 30 und ein durchbrochenes Verbindungsrad 32 auf, das den Magnetring 30 mit der Welle 26 verbindet. Ein ringförmiger Stator 34 ist innerhalb des Magnetrings 30 angeordnet und weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen inneren Statorring 36 mit einer Vielzahl von Magnetwicklungen 38 auf.In the steering system according to the invention is also an electric motor 24 intended for power steering. In the embodiment 1A - 1D is the electric motor 24 over a short wave 26 directly with the steering pinion 16 connected. The electric motor 24 is designed in the present embodiment as an external rotor. A bell-shaped rotor 28 has an outer magnetic ring 30 and a broken connection wheel 32 on, that's the magnet ring 30 with the wave 26 combines. An annular stator 34 is inside the magnet ring 30 arranged and has in the present embodiment, an inner stator ring 36 with a variety of magnet windings 38 on.
Ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist, dass der Rotor 28 über die Welle 26 – oder in Ausführungsalternativen ein anderes Verbindungsstück oder einen einstückigen Fortsatz – getriebelos mit dem Lenkritzel 16 gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung hat den erheblichen Vorteil, dass der Elektromotor 24 im Freilauf einer Bewegung der Spurstange 10 kaum einen Widerstand entgegensetzt und somit eine hervorragende Rückmeldung von Fahrbahneinflüssen an die Lenksäule – und über das Lenkrad an den Fahrer – gestattet.An essential feature of the present embodiment is that the rotor 28 over the wave 26 - Or in alternative embodiments, another connector or a one-piece extension - gearless with the steering pinion 16 is coupled. This embodiment has the considerable advantage that the electric motor 24 in the freewheel of a movement of the tie rod 10 hardly any resistance and thus an excellent feedback of road influences to the steering column - and the steering wheel to the driver - allowed.
Es versteht sich, dass der Elektromotor 24 in unterschiedlicher Art ausgestaltet sein kann. Neben der bisher beschriebenen Konstruktion als Außenläufer sind auch Ausgestaltungen als Scheibenläufer oder Innenläufer vorgesehen. Der Elektromotor 24 kann bürstenlos oder mit Schleifbürsten ausgestaltet sein, und die Magnetwicklungen können Teil des Rotors und/oder Teil des Stators sein. Wünschenswert sind in vielen Ausgestaltungen ein ausreichend hohes Drehmoment bei möglichst geringem Gewicht und geringen Kosten sowie ein möglichst kleines Trägheitsmoment.It is understood that the electric motor 24 can be configured in different ways. In addition to the design described so far as external rotor configurations are also provided as a pancake or internal rotor. The electric motor 24 may be brushless or with abrasive brushes, and the magnet windings may be part of the rotor and / or part of the stator. Desirable in many embodiments, a sufficiently high torque with the lowest possible weight and low cost and the smallest possible moment of inertia.
Es versteht sich, dass der Elektromotor 24 geeignet dimensioniert sein muss, um die gewünschte Lenkkraftunterstützung auch ohne Untersetzungsgetriebe zu leisten. Dies wird insbesondere durch die Kombination eines relativ großen Rotordurchmessers mit einem relativ kleinem Ritzel – hier dem Lenkritzel 16 – erreicht. Beispielsweise kann in manchen Ausgestaltungen eine seitlich auf die Spurstange 10 wirkende Lenkkraft von ungefähr 3.000 N wünschenswert sein. Wenn davon ungefähr 1.500 N als Handmoment über das Lenkrad eingesteuert werden, verbleiben ungefähr 1.500 N, die der Elektromotor 24 bereitstellen muss. Bei einem typischen Drehmoment des Elektromotors 24 im Bereich von 9–22 Nm steht diese Kraft zur Verfügung, wenn das Ritzel – hier das Lenkritzel 16 – einen Radius im Bereich von 6–15 mm aufweist.It is understood that the electric motor 24 must be suitably dimensioned to afford the desired power steering even without reduction gearbox. This is especially due to the combination of a relatively large rotor diameter with a relatively small pinion - here the steering pinion 16 - reached. For example, in some embodiments, a side on the tie rod 10 acting steering force of about 3,000 N be desirable. If about 1,500 N of it are controlled as a manual torque via the steering wheel, about 1,500 N remain, which is the electric motor 24 must provide. At a typical torque of the electric motor 24 in the range of 9-22 Nm this power is available when the pinion - here the steering pinion 16 - Has a radius in the range of 6-15 mm.
Das gerade genannte Drehmoment in der Größenordnung von 9–22 Nm kann beispielsweise von einem Elektromotor 24 erzeugt werden, der einen Durchmesser von ungefähr 20 cm und 4 cm Höhe aufweist. Der Elektromotor 24 kann beispielsweise eine Betriebsspannung von 12 V oder 24 V oder 70 V oder 200 V oder 400 V und eine maximale Leistungsaufnahme von 3 kW aufweisen. Allgemein kann der Durchmesser des Rotors – beispielsweise des Rotors 28 – um mindestens den Faktor 5 oder 10 oder 15 größer als der Durchmesser des an den Elektromotor 24 angeschlossenen Ritzels – hier des Lenkritzels 16, aber in anderen Ausführungsformen auch eines Hilfskraftritzels – sein.The just mentioned torque in the order of 9-22 Nm, for example, by an electric motor 24 produced, which has a diameter of about 20 cm and 4 cm in height. The electric motor 24 may for example have an operating voltage of 12 V or 24 V or 70 V or 200 V or 400 V and a maximum power consumption of 3 kW. Generally, the diameter of the rotor - for example, the rotor 28 - by at least a factor of 5 or 10 or 15 greater than the diameter of the electric motor 24 connected pinion - here the steering pinion 16 but in other embodiments also an auxiliary power pinion.
Bei dem in 1A–1D gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein einziges Ritzel – nämlich das Lenkritzel 16 – vorgesehen, auf das sowohl das Handmoment des Fahrers als auch das Hilfskraftmoment des Elektromotors 24 einwirken. Diese Ausgestaltung ist besonders bauteilsparend und damit kostengünstig. In anderen Ausführungsformen sind dagegen getrennte Baugruppen für das Handmoment bzw. das Hilfskraftmoment vorgesehen, wie dies beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2A–2D gezeigt ist.At the in 1A - 1D embodiment shown is a single pinion - namely the steering pinion 16 - Provided on the both the manual torque of the driver and the auxiliary torque of the electric motor 24 act. This embodiment is particularly component-saving and therefore inexpensive. In other embodiments, however, separate assemblies for the manual torque and the auxiliary torque are provided, as for example in the embodiment according to 2A - 2D is shown.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2A–2D weist die Spurstange 10 zwei Bereiche 12, 40 mit Verzahnungen 14, 42 auf. Der erste Bereich 12 entspricht dem bereits oben im Zusammenhang mit 1A–1D beschriebenen Bereich, in den das Lenkritzel (in 2A–2D nicht gezeigt) eingreift. Davon getrennt ist der zweite Bereich 40 mit der Verzahnung 42 vorgesehen. Ein Hilfskraftritzel 44 kämmt mit der Verzahnung 42. Der Elektromotor 24 ist im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel über die Welle 26 mit dem Hilfskraftritzel 44 verbunden. Auch hier wirkt somit die vom Elektromotor 24 bereitgestellte Hilfslenkkraft direkt – ohne Untersetzungsgetriebe – auf die Spurstange 10.In the embodiment according to 2A - 2D has the tie rod 10 two areas 12 . 40 with gears fourteen . 42 on. The first area 12 is similar to that already mentioned above 1A - 1D described area in which the steering pinion (in 2A - 2D not shown). Separated from this is the second area 40 with the teeth 42 intended. An auxiliary power pinion 44 meshes with the teeth 42 , The electric motor 24 is in the embodiment described here on the shaft 26 with the auxiliary power pinion 44 connected. Here, too, the effect of the electric motor 24 Provided auxiliary steering power directly - without reduction gear - on the tie rod 10 ,
Die Ausgestaltung gemäß 2A–2D ist etwas aufwendiger als die oben beschriebene Ausgestaltung gemäß 1A–1D, aber sie erhöht die Gestaltungs- und Konstruktionsmöglichkeiten. Insbesondere kann eine bereits bestehende Bauform des Lenkgetriebes unverändert beibehalten werden, und die Hilfskraftbaugruppe kann, je nach dem verfügbaren Bauraum, an einer geeigneten Stelle entlang der Spurstange 10 und in einer geeigneten Orientierung angebracht werden. Wegen des relativ großen Elektromotors 24 kann diese flexiblere Anpassbarkeit der Konstruktion an gegebene Bauraumverhältnisse einen erheblichen Vorteil darstellen.The embodiment according to 2A - 2D is somewhat more complicated than the embodiment described above 1A - 1D but it increases the design and construction possibilities. In particular, an already existing design of the steering gear can be maintained unchanged, and the power unit can, depending on the available space, at a suitable location along the tie rod 10 and in a suitable orientation. Because of the relatively large electric motor 24 This flexible adaptability of the construction to given space conditions can represent a considerable advantage.
3A–3C zeigen Außenansichten der in Gehäuse eingebauten Ausführung gemäß 2A–2D. Insbesondere befindet sich die Spurstange 12 in einem Spurstangengehäuse 46, und der Elektromotor 24 befindet sich in einem Motorgehäuse 48. Ferner ist ein Gehäuse 50 für das Lenkgetriebe – insbesondere das Lenkritzel 16 – und die Drehmoment-Messeinrichtung 20 vorgesehen. 3A - 3C show external views of the built-in housing according to 2A - 2D , In particular, there is the tie rod 12 in a tie rod housing 46 , and the electric motor 24 is located in a motor housing 48 , Further, a housing 50 for the steering gear - especially the steering pinion 16 - and the torque measuring device 20 intended.
Es versteht sich, dass diverse Abwandlungen der bislang beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich sind, um die Konstruktion an den verfügbaren Bauraum anzupassen. So ist beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2A–2D die Weile 26, die den Rotor 28 des Elektromotors 24 mit dem Hilfskraftritzel 44 verbindet, relativ kurz. Insbesondere in Ausgestaltungen, bei denen der Elektromotor 24 unterhalb der Spurstange 10 angeordnet ist, kann es wünschenswert sein, diese Welle 26 zu verlängern. Auf diese Weise kann ein niedrigerer Schwerpunkt der Lenkung – und somit des gesamten Kraftfahrzeuges – erhalten werden, und das Motorgehäuse 48 kann bis zu einem geeigneten Befestigungspunkt z. B. einem Querträger des Kraftfahrzeuges – verschoben werden.It is understood that various modifications of the previously described Embodiments are possible to adapt the construction of the available space. For example, according to the embodiment 2A - 2D the while 26 that the rotor 28 of the electric motor 24 with the auxiliary power pinion 44 connects, relatively short. In particular, in embodiments in which the electric motor 24 below the tie rod 10 is arranged, it may be desirable this wave 26 to extend. In this way, a lower center of gravity of the steering - and thus of the entire motor vehicle - can be obtained, and the motor housing 48 can be up to a suitable attachment point z. B. a cross member of the motor vehicle - be moved.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in 4A–4C gezeigt. Das Motorgehäuse 48 weist hierbei ein langgezogenes Verbindungsstück 52 zum Spurstangengehäuse 46 auf, um die verlängerte Welle 26 aufzunehmen. Da das Motorgehäuse 48 in der Ausgestaltung gemäß 4A–4C nach unten weist, ergibt sich ein besonders tiefer Schwerpunkt. Dies ist insbesondere für Sport- und Rennfahrzeuge wichtig. Das durch den Elektromotor 24 bedingte Gewicht ist im Rennbetrieb in der Regel unproblematisch, weil Rennfahrzeuge normalerweise Ausgleichsgewichte aufweisen, die bei einem schweren – aber schwerpunktmäßig vorteilhaft angeordneten – Elektromotor 24 entsprechend leichter ausgestaltet werden können.Such an embodiment is in 4A - 4C shown. The motor housing 48 here has a long connector 52 to the tie rod housing 46 on to the extended shaft 26 take. Because the motor housing 48 in the embodiment according to 4A - 4C points down, results in a particularly low center of gravity. This is especially important for sports and racing vehicles. That by the electric motor 24 conditional weight is usually unproblematic in racing, because racing vehicles usually have balance weights that in a heavy - but mainly advantageous arranged - electric motor 24 can be designed accordingly lighter.
5A–5D zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der der Rotor 28 des Elektromotors 24 mit dem Hilfskraftritzel 44 über ein Kreuzgelenk 54 verbunden ist. Der auftretende Kreuzgelenkfehler des Kreuzgelenks 54 kann durch eine geeignete Motorsteuerung des Elektromotors 24 ausgeglichen werden. Auch bei diesen Ausgestaltungen wird im vorliegenden Dokument von einer getriebelosen und drehfesten Verbindung zwischen dem Rotor 28 und dem Hilfskraftritzel 44 gesprochen. 5A - 5D show a further embodiment in which the rotor 28 of the electric motor 24 with the auxiliary power pinion 44 over a universal joint 54 connected is. The occurring universal joint defect of the universal joint 54 can by a suitable motor control of the electric motor 24 be compensated. Also in these embodiments is in the present document by a gearless and rotationally fixed connection between the rotor 28 and the auxiliary power pinion 44 spoken.
Die Welle 26 ist in der Ausgestaltung gemäß 5A–5D auf zwei Ansatzstücke 56, 58 reduziert. In weiteren Abwandlungen können zusätzlich zum Kreuzgelenk 54 auch eine verlängerte Welle 26 (ähnlich wie in 4A–4C) und/oder weitere Gelenke und/oder weitere Verbindungsstücke vorgesehen sein. Allgemein wird es in den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen lediglich als wichtig erachtet, dass keine oder nur eine geringfügige Untersetzung des Motormoments erfolgt, um die Spurstange 10 bei einem Freilauf des Elektromotors 24 möglichst wenig zu beeinflussen.The wave 26 is in the embodiment according to 5A - 5D on two extensions 56 . 58 reduced. In further modifications can in addition to the universal joint 54 also a prolonged wave 26 (similar to in 4A - 4C ) and / or further joints and / or further connecting pieces may be provided. In general, in the exemplary embodiments described here, it is only considered important that no or only a slight reduction of the engine torque takes place around the tie rod 10 at a freewheel of the electric motor 24 to influence as little as possible.
In den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen war die Drehmoment-Messeinrichtung 20 der Lenksäule zugeordnet und in das Lenkwellenteil 18 zwischen dem Lenkritzel 16 und der Lenksäule integriert. Im Folgenden werden Ausführungsformen gemäß einem weiteren. Aspekt der Erfindung beschrieben, bei denen eine Messeinrichtung – die beispielsweise als Drehmoment-Messeinrichtung oder als Messeinrichtung für eine translatorische Bewegung ausgestaltet sein kann – der Lenkkraftunterstützungs-Baugruppe zugeordnet ist. Bei diesen Ausgestaltungen ist allgemein eine Elektromotorbaugruppe zur Lenkkraftunterstützung vorgesehen. Diese Elektromotorbaugruppe weist in manchen Ausgestaltungen lediglich einen Elektromotor – wie oben beschrieben – auf. In anderen Ausführungsformen sind dagegen ein Elektromotor und ein damit verbundenes Untersetzungsgetriebe als Elektromotorbaugruppe vorgesehen.In the embodiments described so far, the torque measuring device was 20 assigned to the steering column and in the steering shaft part 18 between the steering pinion 16 and the steering column integrated. Hereinafter, embodiments according to another. Aspect of the invention described in which a measuring device - which may be configured, for example, as a torque-measuring device or as a measuring device for a translational movement - the power steering assembly is assigned. In these embodiments, an electric motor assembly for power steering is generally provided. This electric motor assembly has in some embodiments, only an electric motor - as described above - on. In other embodiments, however, an electric motor and a reduction gear connected thereto are provided as electric motor assembly.
Die Ausführungsform gemäß 6A–6C ähnelt der Ausgestaltung gemäß 2A–2D. In beiden Fällen sind eine Spurstange 10 mit zwei verzahnten Bereichen 12, 40 und entsprechend zwei Verzahnungen 14, 42 vorgesehen. Eine als getriebeloser Elektromotor 24 ausgestaltete Elektromotorbaugruppe 60 wirkt über ein Betätigungselement 62 – hier als Hilfskraftritzel 44 ausgestaltet – auf die Verzahnung 42 des zweiten Bereichs 40 der Spurstange 10 ein. Die zwischen der Elektromotorbaugruppe 60 und dem Betätigungselement 62 auftretenden Kräfte oder Momente werden von einer Messeinrichtung 64 gemessen.The embodiment according to 6A - 6C is similar to the embodiment according to 2A - 2D , In both cases are a tie rod 10 with two toothed areas 12 . 40 and accordingly two gears fourteen . 42 intended. A gearless electric motor 24 configured electric motor assembly 60 acts via an actuator 62 - here as auxiliary power pinion 44 designed - on the teeth 42 of the second area 40 the tie rod 10 one. The between the electric motor assembly 60 and the actuator 62 occurring forces or moments are from a measuring device 64 measured.
Im vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsrad 32, das den äußeren Magnetring 30 des Rotors 28 mit der Welle 26 und dem Hilfskraftritzel 44 verbindet, als Messeinrichtung 64 ausgestaltet, die auf ein Drehmoment zwischen dem Hilfskraftritzel 44 und dem äußeren Magnetring 30 anspricht. Genauer weist das Verbindungsrad 32 mehrere kreissektorförmige Einschnitte 66 aus, die jeweils einen ebenfalls kreissektorförmigen Radscheibenabschnitt 68 definieren. Zwischen den Einschnitten 66 sind dünne, speichenartige Stege 70 im Verbindungsrad 32 ausgebildet. Die Stege 70 verbinden einen inneren Nabenbereich 72 mit einem äußeren Randbereich 74 des Verbindungsrades 32.In the presently described embodiment, the connection wheel 32 that the outer magnet ring 30 of the rotor 28 with the wave 26 and the auxiliary power pinion 44 connects, as a measuring device 64 configured on a torque between the auxiliary power pinion 44 and the outer magnet ring 30 responds. More precisely, the connecting wheel 32 several circular sector-shaped incisions 66 from, each having a likewise circular sector-shaped Radscheibenabschnitt 68 define. Between the cuts 66 are thin, spoke-like webs 70 in the connection wheel 32 educated. The bridges 70 connect an inner hub area 72 with an outer edge area 74 of the connecting wheel 32 ,
In dem in 6A–6C gezeigten unbelasteten Zustand verläuft jeder Steg 70 geradlinig und mittig zwischen je zwei Radscheibenabschnitten 68. Wenn sich dagegen, beispielsweise durch eine Spurrille, die Spurstange 10 etwas nach rechts (in der Orientierung von 6A–6C) verschiebt, so dreht sich das als Hilfskraftritzel 44 ausgestaltete Betätigungselement 62 geringfügig gegen den Uhrzeigersinn. Der Nabenbereich 72 und die Radscheibenabschnitte 68 folgen dieser Drehbewegung. Wegen der Masseträgheit des Rotors 28 folgt dieser jedoch der Drehbewegung nicht unmittelbar, so dass der äußere Randbereich 74 zunächst ortsfest bleibt. Die Stege 70 verbiegen sich daher geringfügig, und ein geeigneter Sensor (nicht gezeigt) misst die relative Drehbewegung zwischen der Welle 26 und dem Nabenbereich 72 einerseits sowie dem Randbereich 74 und dem äußeren Magnetring 30 andererseits.In the in 6A - 6C shown unloaded state runs each bridge 70 straight and centered between two wheel disc sections 68 , If, on the other hand, for example, by a track groove, the tie rod 10 something to the right (in the orientation of 6A - 6C ), this turns as an auxiliary power pinion 44 designed actuator 62 slightly counterclockwise. The hub area 72 and the wheel disc sections 68 follow this rotation. Because of the inertia of the rotor 28 However, this does not follow the rotational movement immediately, so that the outer edge region 74 initially remains stationary. The bridges 70 therefore bend slightly, and a suitable sensor (not shown) measures the relative Rotary movement between the shaft 26 and the hub area 72 on the one hand and the edge area 74 and the outer magnet ring 30 on the other hand.
Die maximale Biegung der Stege 70 ist durch einen Anschlag der Stege 70 an den jeweils im Uhrzeigersinn angrenzenden Radscheibenabschnitten 68 (bei einer Drehung des Nabenbereichs 72 gegen den Uhrzeigersinn) bzw. durch einen Anschlag der Stege 70 an den jeweils entgegen dem Uhrzeigersinn angrenzenden Radscheibenabschnitten 68 (bei einer Drehung des Nabenbereichs 72 im Uhrzeigersinn) definiert. Die einer Drehung entgegenwirkende Federkraft wird insbesondere durch die Breite und Dicke der Stege 70 sowie durch deren Anzahl bestimmt. Es versteht sich, dass in Ausführungsalternativen statt der in 6A–6C gezeigten sechs Stege 70 mehr oder weniger Stege vorgesehen sein können.The maximum bending of the bars 70 is by a stop of the webs 70 at the respective adjacent in clockwise Radscheibenabschnitten 68 (with a rotation of the hub area 72 counterclockwise) or by a stop of the webs 70 at the respective counter-clockwise adjacent Radscheibenabschnitten 68 (with a rotation of the hub area 72 clockwise). The counteracting a rotation spring force is in particular by the width and thickness of the webs 70 and determined by their number. It is understood that in alternative executions instead of in 6A - 6C shown six bars 70 more or fewer webs can be provided.
Der (nicht gezeigte) Sensor zur Messung der Drehbewegung kann – ähnlich wie der Sensor der Drehmoment-Messeinrichtung 20 der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele – auf unterschiedliche Weisen ausgestaltet sein. Beispielsweise kann ein Piezo-Sensor oder ein optischer Sensor oder ein Magnetsensor oder ein Widerstandssensor oder ein Hochfrequenz-Abstandssensor verwendet werden.The sensor (not shown) for measuring the rotational movement can - similar to the sensor of the torque measuring device 20 the embodiments described above - be configured in different ways. For example, a piezo sensor or an optical sensor or a magnetic sensor or a resistance sensor or a high-frequency distance sensor can be used.
Insgesamt entspricht bei einem Leerlauf der Elektromotorbaugruppe 60 der von der Messeinrichtung 64 bestimmte Messwert somit dem auf das Betätigungselement 62 ausgeübten Drehmoment – oder in anderen Ausgestaltungen der auf das Betätigungselement 62 ausgeübten Kraft – gegenüber der Masseträgheit und dem Losbrechmoment der Elektromotorbaugruppe 60. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6A–6C ist dieses Gegenmoment relativ gering, weil der Rotor 28 direkt – insbesondere getriebelos – mit dem Betätigungselement 62 gekoppelt ist. Es sind jedoch auch Ausführungsformen vorgesehen, bei denen die Elektromotorbaugruppe 60 neben dem eigentlichen Elektromotor 24 ein Untersetzungsgetriebe aufweist.Overall, when idling the electric motor assembly corresponds 60 that of the measuring device 64 certain reading thus on the actuator 62 applied torque - or in other embodiments of the actuator 62 applied force - against the inertia and the breakaway torque of the electric motor assembly 60 , In the embodiment according to 6A - 6C this counter moment is relatively low because of the rotor 28 directly - in particular gearless - with the actuator 62 is coupled. However, embodiments are also provided in which the electric motor assembly 60 next to the actual electric motor 24 having a reduction gear.
Bei Ausgestaltungen mit Untersetzungsgetriebe ist das Gegenmoment im stromlosen Betrieb (”Freilauf”) des Elektromotors deutlich höher, weil erstens das Losbrechmoment des Untersetzungsgetriebes überwunden werden muss und sich zweitens die Masseträgheit des Rotors mit dem Untersetzungsfaktor multipliziert.In embodiments with reduction gear, the counter-torque in the currentless operation ("freewheeling") of the electric motor is significantly higher because, firstly, the breakaway torque of the reduction gear must be overcome and, secondly, the inertia of the rotor multiplied by the reduction factor.
In diesen Ausgestaltungen ist es besonders vorteilhaft, die Messeinrichtung 64 zwischen das Betätigungselement 62 und das Untersetzungsgetriebe der Elektromotorbaugruppe 60 zu schalten, weil dann der für die Messung benötigte Drehwinkel der Messeinrichtung 64 einen Freilaufbereich für das Betätigungselement 62 mit sehr geringem Gegenmoment darstellt. Wenn beispielsweise bei der Ausgestaltung gemäß 6A–6C der Biegebereich der Stege 70 bis zum Anschlag an die jeweils angrenzenden Radscheibenabschnitte 68 in jede Richtung 5° beträgt, so erfolgt zumindest bei Geradeausfahrt eine hervorragende Rückmeldung von Spurrillen oder sonstigen Fahrbahneigenschaften. Für diese Rückmeldung ist nämlich nur eine ungehinderte Bewegung der Spurstange 10 um wenige Millimeter oder sogar weniger als einen Millimeter (z. B. maximal 4 mm oder maximal 2 mm) erforderlich. Das Hilfskraftritzel 44, das sich wegen der Biegung der Stege 70 ohne Bewegung des Untersetzungsgetriebes und Rotors 28 in jeder Richtung um z. B. 5° bewegen kann, lässt eine derartige Verschiebung der Spurstange 10 ohne weiteres zu.In these embodiments, it is particularly advantageous, the measuring device 64 between the actuator 62 and the reduction gear of the electric motor assembly 60 to switch, because then the required angle for the measurement angle of the measuring device 64 a freewheeling area for the actuating element 62 represents with very little counter-moment. For example, in the embodiment according to 6A - 6C the bending area of the bars 70 until it abuts the respective adjacent Radscheibenabschnitte 68 in each direction is 5 °, so at least when driving straight ahead excellent feedback from ruts or other road characteristics. For this feedback is namely only an unobstructed movement of the tie rod 10 required by a few millimeters or even less than one millimeter (eg a maximum of 4 mm or a maximum of 2 mm). The auxiliary power pinion 44 that is because of the bend of the webs 70 without movement of the reduction gear and rotor 28 in each direction at z. B. 5 °, can such a displacement of the tie rod 10 without further ado.
Es versteht sich, dass die Ausgestaltung mit einer Elektromotorbaugruppe 60 und einer dieser Baugruppe zugeordneten Messeinrichtung 64 auch in Ausführungsformen vorgesehen sein kann, bei denen das Betätigungselement 62 nicht als Hilfskraftritzel 44, sondern als Lenkritzel 16 ausgestaltet ist. Eine derartige Ausführungsform, die eine Abwandlung der Ausgestaltung nach 1A–1D ist, ist in 7A–7C gezeigt.It is understood that the embodiment with an electric motor assembly 60 and a measuring device associated with this assembly 64 may also be provided in embodiments in which the actuating element 62 not as an auxiliary motor 44 but as a steering pinion 16 is designed. Such an embodiment, the a modification of the embodiment according to 1A - 1D is, is in 7A - 7C shown.
An einem mit der Lenksäule (nicht dargestellt) verbundenen Lenkwellenteil 18 ist in der Ausführungsform nach 7A–7C das Lenkritzel 16 als Betätigungselement 62 ausgeformt. Das Lenkritzel 16 ist ferner mit der als Elektromotor 24 ausgebildeten Elektromotorbaugruppe 60 über eine Welle 26 verbunden. Die Welle 26 weist eine Messeinrichtung 64 auf, die ähnlich wie die Drehmoment-Messeinrichtung 30 gemäß 1A–1D ausgebildet ist, aber nicht lenksäulenseitig, sondern zwischen dem Lenkritzel 16 und dem Elektromotor 24 angeordnet ist.On a steering shaft part (not shown) connected to the steering column 18 is in the embodiment according to 7A - 7C the steering pinion 16 as an actuator 62 formed. The steering pinion 16 is also with the electric motor 24 trained electric motor assembly 60 over a wave 26 connected. The wave 26 has a measuring device 64 on, similar to the torque-measuring device 30 according to 1A - 1D is formed, but not Lenksäulenseitig, but between the steering pinion 16 and the electric motor 24 is arranged.
Es versteht sich, dass die Ausführungsform nach 7A–7C wahlweise auch mit einer in das Verbindungsrad 32 integrierten Messeinrichtung 64 – ähnlich wie in 6A–6C gezeigt – ausgestaltet sein kann. Eine derartige Ausgestaltung ist in 8A–8C dargestellt. Die Radscheibenabschnitte 68 sind hier zur Materialersparnis V-förmig ausgebildet, wobei die Schenkel des ”V” Anschläge zur Begrenzung der maximalen Biegung der Stege 70 bilden.It is understood that the embodiment according to 7A - 7C optionally with one in the connecting wheel 32 integrated measuring device 64 - similar to in 6A - 6C shown - can be designed. Such a configuration is in 8A - 8C shown. The wheel disc sections 68 are designed to save material V-shaped, the legs of the "V" stops to limit the maximum bending of the webs 70 form.
In einer weiteren Abwandlung kann bei der Ausführungsform gemäß 6A–6C eine verlängerte Welle 26 mit einer in die Welle 26 integrierten Messeinrichtung 64 – wie in 7A–7C gezeigt – vorgesehen sein. Das Verbindungsrad 32 braucht dann keine Biegeabschnitte aufzuweisen.In a further modification, in the embodiment according to 6A - 6C a prolonged wave 26 with one in the wave 26 integrated measuring device 64 - as in 7A - 7C shown - be provided. The connection wheel 32 then needs to have no bending sections.
Wie bereits erwähnt, kann als Abwandlung der Ausführungsformen nach 6A–6C, 7A–7C und 8A–8C die Elektromotorbaugruppe 60 mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestattet sein.As already mentioned, as a modification of the embodiments 6A - 6C . 7A - 7C and 8A - 8C the Electric motor assembly 60 be equipped with a reduction gear.
Die Ausgestaltung gemäß 9A–9C ist eine Abwandlung der Ausführungsform nach 6A–6C. Die Elektromotorbaugruppe 60 weist hier einen Elektromotor 24 beliebiger Bauart auf, der über ein Untersetzungsgetriebe 76 und eine Messeinrichtung 64 auf das Betätigungselement 62 – das hier als Hilfskraftritzel 44 ausgestaltet ist – wirkt. Das Untersetzungsgetriebe 76 kann beispielsweise als Getriebe mit einem Schneckenrad oder Kegelrad oder konischem Schraubrad oder als Crown-Gear-Getriebe ausgestaltet sein.The embodiment according to 9A - 9C is a modification of the embodiment according to 6A - 6C , The electric motor assembly 60 here has an electric motor 24 of any type, which has a reduction gearbox 76 and a measuring device 64 on the actuator 62 - this as auxiliary power pinion 44 is designed - works. The reduction gear 76 For example, it can be configured as a gear with a worm wheel or bevel gear or a conical helical gear or as a Crown Gear gearbox.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 9A–9C weist das Untersetzungsgetriebe 76 ein mit dem Elektromotor 24 direkt verbundenes Kegelrad 80 sowie das Rad 78 mit einer ebenfalls kegelförmigen Verzahnung auf. In dem Rad 78 ist – ähnlich wie in dem Verbindungsrad 32 gemäß 6A–6C – eine Scheibe mit mehreren speichen artigen Stegen 70 und mehreren als seitliche Anschläge wirkenden Radscheibenabschnitten 68 ausgebildet. Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß 6A–6C misst ein Sensor 71 die seitliche Verbiegung der Stege 70. Das Messergebnis entspricht dem durch die Spurstange 10 auf das Betätigungselement 62 eingesteuerten Drehmoment gegen die Trägheit und das Losbrechmoment der Elektromotorbaugruppe 60, also im vorliegenden Fall des Elektromotors 24 mit dem Untersetzungsgetriebe 76.In the embodiment according to 9A - 9C has the reduction gear 76 one with the electric motor 24 directly connected bevel gear 80 as well as the wheel 78 with a likewise conical toothing on. In the wheel 78 is - similar to the compound wheel 32 according to 6A - 6C - A disc with several spoke-like webs 70 and a plurality of wheel disc sections acting as lateral stops 68 educated. Similar to the embodiment according to 6A - 6C measures a sensor 71 the lateral bending of the bars 70 , The measurement result corresponds to that through the tie rod 10 on the actuator 62 applied torque against the inertia and the breakaway torque of the electric motor assembly 60 So in the present case of the electric motor 24 with the reduction gear 76 ,
Auch bei der hier dargestellten Ausführungsformist es vorteilhaft, die Messeinrichtung 64 funktional zwischen das Betätigungselement 62 – das hier als Hilfskraftritzel 44 ausgestaltet ist – und das Untersetzungsgetriebe 76 zu schalten, damit der nur durch die Rückstellkraft der Stege 70 belastete Freilaufbereich der Messeinrichtung 64 unmittelbar zu einem entsprechenden Freilaufbereich des Hilfskraftritzels 44 führt.Also in the embodiment illustrated here, it is advantageous to use the measuring device 64 functional between the actuator 62 - this as auxiliary power pinion 44 is designed - and the reduction gear 76 to switch, so that only by the restoring force of the webs 70 loaded freewheeling area of the measuring device 64 directly to a corresponding freewheeling area of the auxiliary power pinion 44 leads.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist eine Ausgestaltung ähnlich wie in 9A–9C in die Lenkgetriebeeinheit integriert. Diese Ausführungsvariante, die in 10A–10C gezeigt ist, entspricht somit einer Kombination der räumlichen Anordnung gemäß 8A–8C mit einer Elektromotorbaugruppe 60 und einer Messeinrichtung 64 gemäß 9A–9C. Als Betätigungselement 62 dient hier das Lenkritzel 16. Wieder ist die Messeinrichtung 64 funktional zwischen das Betätigungselement 62 und das Untersetzungsgetriebe 76 geschaltet. Das Lenkwellenteil 18 weist keine Torsionselemente auf und sorgt somit für eine direkte Verbindung zwischen dem Lenkritzel 16 und der Steuersäule. Neben der Bauteilersparnis ergibt sich hierdurch ein besonders direktes Lenkgefühl mit ausgezeichneten Rückmeldeeigenschaften.In a further embodiment variant is similar to one embodiment 9A - 9C integrated into the steering gear unit. This variant, which in 10A - 10C is shown, thus corresponds to a combination of the spatial arrangement according to 8A - 8C with an electric motor assembly 60 and a measuring device 64 according to 9A - 9C , As an actuator 62 here serves the steering pinion 16 , Again, the measuring device 64 functional between the actuator 62 and the reduction gear 76 connected. The steering shaft part 18 has no torsion elements and thus ensures a direct connection between the steering pinion 16 and the steering column. In addition to the component savings, this results in a particularly direct steering feel with excellent feedback properties.
11A–11F zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der die Spurstange 10 statt der Verzahnung 14 ein Schraubengewinde 82 für eine Kugelumlaufmutter 84 aufweist. Die Kugelumlaufmutter 84 ist mittels zweier Federpakete 86, 88 axial schwimmend in einem Gehäuse 90 gehalten. Das Gehäuse 90 weist einen ersten und einen zweiten Teil 92, 94 auf, die fest miteinander verbunden sind. Der erste Teil 92 des Gehäuses 90 ist mit einer Verzahnung 96 für einen Zahnriemen (nicht gezeigt) versehen, über den das Gehäuse 90 von einer (nicht gezeigten) Elektromotorbaugruppe angetrieben wird. 11A - 11F show a further embodiment in which the tie rod 10 instead of the gearing fourteen a screw thread 82 for a recirculating ball nut 84 having. The ball nut 84 is by means of two spring packages 86 . 88 axially floating in a housing 90 held. The housing 90 has a first and a second part 92 . 94 on, which are firmly connected. The first part 92 of the housing 90 is with a gearing 96 for a toothed belt (not shown), over which the housing 90 is driven by an electric motor assembly (not shown).
Wie insbesondere aus 11E und 11F hervorgeht, greifen Federfaschen 98 der Federpakete 86, 88 drehfest in Ausnehmungen 100 der Kugelumlaufmutter 84 sowie (nicht gezeigt) der beiden Gehäuseteile 92, 94 ein. Die Kugelumlaufmutter 84 wird somit drehfest, aber axial schwimmend, im Gehäuse 90 gehalten. Eine Drehbewegung des Gehäuses 90 überträgt sich daher auf die Kugelumlaufmutter 84, die ihrerseits die Spurstange 10 in axialer Richtung – je nach dem Drehsinn der Kugelumlaufmutter 84 nach rechts oder links – drängt.As in particular from 11E and 11F shows, catch feathers 98 the spring packs 86 . 88 rotatably in recesses 100 the ball nut 84 and (not shown) of the two housing parts 92 . 94 one. The ball nut 84 is thus rotationally fixed, but axially floating, in the housing 90 held. A rotational movement of the housing 90 therefore transfers to the ball nut 84 , in turn, the tie rod 10 in the axial direction - depending on the direction of rotation of the ball nut 84 to the right or left - pushes.
Die in axialer Richtung nachgiebigen Federlaschen 98 der Federpakete 86, 88 lassen eine gewisse axiale Relativbewegung zwischen der Kugelumlaufmutter 84 und dem Gehäuse 90 zu, die von einem (nicht gezeigten) Sensor gemessen wird. Innerhalb des Federweges ist somit der Messwert des Sensors ungefähr proportional zu der axial zwischen dem Gehäuse 90 und der Spurstange 10 wirkenden Kraft. Da die Messung in Querrichtung des Fahrzeugs erfolgt, sollten auftretende Quer- oder Gear-Kräfte möglichst zur Korrektur des Messwertes berücksichtigt werden.The resilient in the axial direction spring tabs 98 the spring packs 86 . 88 allow some axial relative movement between the ball nut 84 and the housing 90 which is measured by a sensor (not shown). Within the spring travel, the measured value of the sensor is thus approximately proportional to the axial between the housing 90 and the tie rod 10 acting force. Since the measurement takes place in the transverse direction of the vehicle, occurring transverse or gear forces should be taken into account as far as possible for correcting the measured value.
Insgesamt bildet somit bei der Ausgestaltung gemäß 11A–11F die Kugelumlaufmutter 84 das Betätigungselement 62, während die Federpakete 86, 88 – zusammen mit dem nicht gezeigten Sensor – die Messeinrichtung 64 bilden. Die Elektromotorbaugruppe 60 kann einen Elektromotor beliebiger Bauart aufweisen.Overall, thus forms in the embodiment according to 11A - 11F the ball nut 84 the actuator 62 while the spring packages 86 . 88 - Together with the sensor, not shown - the measuring device 64 form. The electric motor assembly 60 can have an electric motor of any design.
Eine erfindungsgemäße Lenkung mit elektromotorischer Lenkkraftunterstützung kann sowohl für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor als auch für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen ergibt sich der Vorteil, dass der Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung ohne weitere Energieverteilungsmaßnahmen aus derselben Stromquelle wie der Haupt-Antriebsmotor des Fahrzeugs gespeist werden kann. Der Grund hierfür ist, dass starke Lenkeinschläge, die eine starke Unterstützung durch den Hilfskraftmotor erfordern, nur bei niedrigen Geschwindigkeiten – also geringer Belastung des Haupt-Antriebesmotors – auftreten. Umgekehrt erfolgen bei hoher Belastung des Haupt-Antriebsmotors – also hoher Geschwindigkeit oder starker Beschleunigung – keine starken Lenkeinschläge, so dass der Hilfskraftmotor keine oder allenfalls geringe Leistung benötigt.A steering system according to the invention with electromotive steering power assistance can be used both for vehicles with internal combustion engine and for electric vehicles. In particular, in electric vehicles, there is the advantage that the electric motor can be fed to the steering power assistance without further energy distribution measures from the same power source as the main drive motor of the vehicle. The reason for this is that strong steering angles, which require strong assistance from the power engine, occur only at low speeds - ie low load on the main drive motor. Conversely, at high load of the main drive motor - ie high speed or strong acceleration - no strong steering angle, so that the auxiliary power engine requires no or at most low power.
Die in der obigen Beschreibung genannten und in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten sollen nicht als Einschränkung des Erfindungsbereichs, sondern als Beispiele einiger Ausführungsformen der Erfindung angesehen werden. Weitere Abwandlungen sind für den Fachmann unmittelbar ersichtlich. So können insbesondere Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausgestaltungen der Erfindung zu erhalten. Der Erfindungsbereich soll demgemäß nicht durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern durch die Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.The details given in the above description and illustrated in the drawings are not to be considered as limiting the scope of the invention but as examples of some embodiments of the invention. Further modifications will be apparent to those skilled in the art. Thus, in particular features of the embodiments described above can be combined with each other to obtain further embodiments of the invention. Accordingly, the scope of the invention should be defined not by the described embodiments but by the claims and their equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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Spurstangetie rod
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1212
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(erster) Bereich(first) area
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1414
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(erste) Verzahnung(first) toothing
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1616
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Lenkritzelsteering pinion
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1818
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LenkwellenteilSteering shaft part
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2020
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Drehmoment-MesseinrichtungTorque measuring device
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2222
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Einschnittincision
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2424
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Elektromotorelectric motor
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2626
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Wellewave
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2828
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Rotorrotor
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3030
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äußerer Magnetringouter magnetic ring
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3232
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Verbindungsradconnection gear
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3434
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Statorstator
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3636
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innerer Statorringinner stator ring
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3838
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Magnetwicklungmagnet winding
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4040
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(zweiter) Bereich(second) area
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4242
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(zweite) Verzahnung(second) toothing
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4444
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HilfskraftritzelAssistant pinion
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4646
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SpurstangengehäuseTie rod housing
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4848
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Motorgehäusemotor housing
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5050
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Gehäuse für Lenkgetriebe und Drehmoment-MesseinrichtungHousing for steering gear and torque measuring device
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5252
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Verbindungsstückjoint
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5454
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KreuzgelenkUniversal joint
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56, 5856, 58
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Ansatzstückextension
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5858
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Ansatzstückextension
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6060
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ElektromotorbaugruppeElectric motor assembly
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6262
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Betätigungselementactuator
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6464
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Messeinrichtungmeasuring device
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6666
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Einschnittincision
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6868
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Radscheibenabschnittwheel disc
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7070
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Stegweb
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7171
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Sensorsensor
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7272
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Nabenbereichhub area
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7474
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Randbereichborder area
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7676
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UntersetzungsgetriebeReduction gear
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7878
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Radwheel
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8080
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Kegelradbevel gear
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8282
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Schraubgewindescrew thread
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8484
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KugelumlaufmutterBall nut
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86, 8886, 88
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Federpaketspring assembly
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9090
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Gehäusecasing
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92, 9492, 94
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Gehäuseteilhousing part
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9696
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Verzahnunggearing
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9898
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Federlaschenspring shackles
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100100
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Ausnehmung,recess
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 3911088 A1 [0002] DE 3911088 A1 [0002]
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DE 102008021591 A1 [0003] DE 102008021591 A1 [0003]
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EP 1841635 B1 [0052] EP 1841635 B1 [0052]