DE102021213941B3 - Actuator of a steer-by-wire steering and steer-by-wire steering - Google Patents
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Abstract
Aktuator (10) einer Steer-by-wire-Lenkung, umfassend eine Spindel (124, 224) mit Außengewinde (224a), eine Spindelmutter (50, 250) mit Innengewinde (250i1, 250i2), wobei das Außengewinde (224a) und das Innengewinde (250i1, 250i2) als ein Bewegungsgewinde zur translatorischen Verlagerung der Spindel (124, 224) ausgebildet sind. Der Aktuator ist gekennzeichnet durch ein Bewegungsgewinde, welches als Flachgewinde ausgebildet ist, wobei die Spindel (124, 224) gegenüber der Spindelmutter achsparallel versetzt angeordnet ist und der Versatz (V) kleiner als die maximale Gewindetiefe (t) ausgebildet ist.Actuator (10) of a steer-by-wire steering system, comprising a spindle (124, 224) with an external thread (224a), a spindle nut (50, 250) with an internal thread (250i1, 250i2), the external thread (224a) and the Internal threads (250i1, 250i2) are designed as a motion thread for translational displacement of the spindle (124, 224). The actuator is characterized by a movement thread, which is designed as a flat thread, the spindle (124, 224) being offset axially parallel to the spindle nut and the offset (V) being smaller than the maximum thread depth (t).
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung sowie eine Steer-by-wire-Lenkung und eine Hinterachslenkung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an actuator for a steer-by-wire steering system and a steer-by-wire steering system and a rear-axle steering system according to the preambles of the independent patent claims.
Aus der
Des Weiteren ist aus der
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Verbesserung des Bewegungsgewindes für einen Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung anzugeben.It is an object of the invention to specify an improvement in the movement thread for an actuator of a steer-by-wire steering system.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The problem on which the invention is based is solved by the independent patent claims. Advantageous configurations result from the dependent claims.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung vorgesehen, welcher eine Spindel mit einem Außengewinde und eine Spindelmutter mit einem Innengewinde umfasst. Das Innengewinde bildet zusammen mit dem Außengewinde der Spindel ein Bewegungsgewinde zur translatorischen Verlagerung der Spindel entlang ihrer Längsachse, wenn die gegenüber dem Aktuator ortsfest gelagerte Spindelmutter in Drehbewegung versetzt wird. Die Spindel in ihrer Funktion als Lenkstange ist mit ihrem zumindest einen Ende mittelbar über zumindest ein Gelenk oder unmittelbar über zumindest einen Lenker und ein Gelenk mit zumindest einem Radträger gekoppelt, welcher ein Rad drehbar aufnimmt. Durch die translatorische Verlagerung der Spindel lässt sich zumindest ein Radträger einer Achse und damit zumindest ein Rad um dessen Hochachse lenken.According to a first aspect of the invention, an actuator of a steer-by-wire steering system is provided, which comprises a spindle with an external thread and a spindle nut with an internal thread. The internal thread, together with the external thread of the spindle, forms a motion thread for translational displacement of the spindle along its longitudinal axis when the spindle nut, which is mounted in a stationary manner relative to the actuator, is set in rotary motion. The spindle in its function as a steering rod is coupled with at least one end indirectly via at least one joint or directly via at least one link and a joint to at least one wheel carrier, which rotatably accommodates a wheel. The translatory displacement of the spindle allows at least one wheel carrier of an axle and thus at least one wheel to be steered about its vertical axis.
Eine Lenkung in einem Kraftfahrzeug muss generell die hohen Kräfte im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bewerkstelligen können, welche aufgrund von Seitenkräften z.B. bei Kurvenfahrten oder Querbeschleunigungen des Fahrzeugs auf die gelenkte Fahrzeugachse und damit auf die Radlenkung wirken. Diese hohen Kräfte von z.B. 5 bis 15 kN wirken gleichermaßen auf eine Steer-by-wire-Lenkung und den zugehörigen Aktuator, welcher die Stellbewegung bzw. Lenkbewegung bewirkt. Es besteht für eine Radlenkung die Anforderung, dass diese radführend ausgebildet sein muss, damit der eingestellte Radlenkwinkel und damit der beabsichtigte Fahrweg eingehalten werden kann. Das heißt, dass ein Radlenkwinkel immer dann gehalten werden muss, wenn hohe Seiten- und/oder Querkräfte und daraus resultierende Kräfte und Momente auf die Lenkung wirken. Dieses ist vor allem während der Fahrt der Fall. Die Spindel eines Aktuators ist somit als radführendes Bauteil ausgelegt. Bei einem Ausfall des Aktuators muss dieser eine Möglichkeit aufweisen, dass der Radlenkwinkel in der aktuellen Position gehalten wird. Bei einer Steer-by-wire-Lenkung beispielsweise als Zusatzlenkung an der Hinterachse zusätzlich zur üblicherweise vorhandenen Lenkung an der Vorderachse wirkende kann im Fehlerfall eine Rückführung auf einen Lenkwinkel von 0 Grad, d.h. in Richtung zur Längsachse des Fahrzeugs erforderlich sein. Dieser Lenkwinkel muss dann nach der Rückführung ebenfalls gehalten werden, weil sich ansonsten der Lenkwinkel an der Hinterachse unkontrolliert aufgrund dynamischer Einflüsse ändern könnte und das Fahrzeug schwieriger zu beherrschen ist. Dieses Halten kann durch eine Sperre innerhalb des Aktuators ermöglicht werden, welches jedoch zusätzliches Gewicht und zusätzliche Kosten bedeutet. Vorzugsweise ist das Bewegungsgewinde daher mit einem solchen Wirkungsgrad ausgelegt, dass bei Ausfall des Spindelantriebes eine Selbsthemmung vorliegt, weshalb bei Bewegungsgewinden in Aktuatoren einer Steer-by-wire-Lenkung in bekannter Weise Trapezgewinde zur Anwendung kommen, z.B. nach DIN 103. Derartige Trapezgewinde weisen per se einen niedrigen Wirkungsgrad auf und somit kann eine Steer-by-wire-Lenkung selbsthemmend ausgelegt werden, um im Fehlerfall die ungewünschte Verstellung des Lenkwinkels in Grenzen zu halten, zu reduzieren oder ganz zu verhindern. Aufgrund ihrer Geometrie der Flanken zentrieren sich die Spindel und die Spindelmutter eines Trapezgewindes bei Belastung in axialer Richtung, also entlang ihrer Längsachse, selbst. Jedoch neigt das verwendete Schmiermittel während des Betriebs des Aktuators sich nach radial auswärts in Richtung Fußkreis des Innengewindes der Spindelmutter anzulagern. Damit steht das Schmiermittel nicht optimal im Bewegungsgewinde zwischen den Flanken der Spindel und Spindelmutter zur Verfügung.A steering system in a motor vehicle must generally be able to handle the high forces in the chassis of a motor vehicle which act on the steered vehicle axle and thus on the wheel steering due to lateral forces, for example when cornering or lateral acceleration of the vehicle. These high forces of 5 to 15 kN, for example, act equally on a steer-by-wire steering system and the associated actuator, which causes the setting movement or steering movement. There is a requirement for wheel steering that it must be designed to guide the wheel so that the set wheel steering angle and thus the intended travel path can be maintained. This means that a wheel steering angle must always be maintained when high lateral and/or lateral forces and the resulting forces and moments act on the steering. This is especially the case while driving. The spindle of an actuator is therefore designed as a wheel-guiding component. If the actuator fails, it must be able to hold the wheel steering angle in the current position. In the case of steer-by-wire steering, for example, acting as an additional steering system on the rear axle in addition to the usual steering system on the front axle, a return to a steering angle of 0 degrees, ie in the direction of the longitudinal axis of the vehicle, may be required in the event of a fault. This steering angle must then also be maintained after the return, because otherwise the steering angle on the rear axle could change in an uncontrolled manner due to dynamic influences and the vehicle is more difficult to control. This retention can be provided by a lock within the actuator, but this adds weight and cost. Preferably, the movement thread is therefore designed with such an efficiency that if the spindle drive fails, there is self-locking, which is why trapezoidal threads are used in a known manner for movement threads in actuators of a steer-by-wire steering system, for example according to DIN 103. Such trapezoidal threads have per These have a low level of efficiency and therefore a steer-by-wire steering system can be designed to be self-locking in order to limit, reduce or completely prevent the unwanted adjustment of the steering angle in the event of a fault. Because of their geo geometry of the flanks, the spindle and the spindle nut of a trapezoidal thread center themselves under load in the axial direction, i.e. along their longitudinal axis. However, during operation of the actuator, the lubricant used tends to accumulate radially outwards in the direction of the root circle of the internal thread of the spindle nut. This means that the lubricant is not optimally available in the movement thread between the flanks of the spindle and the spindle nut.
Um die Vorteile der Selbsthemmung beizubehalten und gleichzeitig den Wirkungsgrad des Bewegungsgewindes zumindest beizubehalten, hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass sich ein Flachgewinde als Bewegungsgewinde für den Spindelantrieb des Aktuators einer steer-by-wire-Lenkung verwenden lässt. Im Gegensatz zu einem Trapezgewinde liegt bei einem Flachgewinde eine Profilform derart vor, dass die Flanken von Spindel und Spindelmutter nahezu, bevorzugt genau parallel zueinander verlaufen. Bevorzugt ist der Flankenwinkel kleiner als 3°, höchst vorzugsweise im Bereich von 2°- 0°. Filigranen Kanten wie z.B. bei einem herkömmlichen Trapez- oder auch einem Sägegewinde liegen nicht vor. Im Gegensatz zum Trapezgewinde nach Norm DIN103 mit einem Flankenwinkel von 30° ist daher bei einem Flachgewinde eine Kerbwirkung kaum möglich, sodass bei gleichen Abmessungen des Bewegungsgewindes weitaus höhere Kräfte aufgenommen bzw. übertragen werden können. Aufgrund der nahezu oder genau parallel verlaufenden Flanken ist ein Spindeltrieb mit Flachgewinde unter axialer Belastung sehr gering bis nicht mehr selbstzentrierend. Letzteres trifft für einen Flankenwinkel von 0° zu, welches dem parallelen Verlauf der Flanken entspricht. Bedingt durch den Eingriff der Flanken von Spindel und Spindelmutter ergibt sich jedoch in vorteilhafter Weise zwangsweise ein paralleler Verlauf von Spindelmutter zur Spindel. Dieses wird durch die Rotation der Spindelmutter um die Spindel herum im laufenden Betrieb des Aktuators begünstigt.In order to retain the advantages of self-locking and at the same time at least maintain the efficiency of the motion thread, it has surprisingly been found that a flat thread can be used as a motion thread for the spindle drive of the actuator of a steer-by-wire steering system. In contrast to a trapezoidal thread, a flat thread has a profile shape such that the flanks of the spindle and spindle nut run almost, preferably exactly, parallel to one another. The flank angle is preferably less than 3°, most preferably in the range of 2°-0°. There are no filigree edges such as with a conventional trapezoidal or saw thread. In contrast to the trapezoidal thread according to the DIN103 standard with a flank angle of 30°, a notch effect is therefore hardly possible with a flat thread, so that much higher forces can be absorbed or transmitted with the same dimensions of the movement thread. Due to the almost or exactly parallel flanks, a spindle drive with a flat thread is very little or no longer self-centering under axial load. The latter applies to a flank angle of 0°, which corresponds to the parallel course of the flanks. Due to the engagement of the flanks of the spindle and the spindle nut, however, a parallel course from the spindle nut to the spindle is forced in an advantageous manner. This is favored by the rotation of the spindle nut around the spindle while the actuator is in operation.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich bei einem Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung die Ausbildung des Bewegungsgewindes als Flachgewinde die Versorgung mit Schmiermittel verbessern lässt. Aufgrund der parallel verlaufenden Gewindepartner kann die Spindel nämlich problemlos versetzt zur ortsfest gelagerten Spindelmutter in dem Aktuator angeordnet werden, da ein derartiger Einfluss einer Zentrierung wie bei einem normgerechten Trapezgewinde mit 30° Flankenwinkel nicht vorhanden ist. Mit anderen Worten wird die Spindel in dem Aktuator bewusst derart angeordnet, dass deren Längsachse parallel versetzt zur Längs- bzw. Rotationsachse der Spindelmutter verläuft. Die Spindel ist somit gegenüber der Spindelmutter achsparallel versetzt angeordnet. Das Flachgewinde weist einen symmetrischen Gewindequerschnitt auf und kann daher in beiden Axialrichtungen gleich belastet werden.Surprisingly, it has been shown that in the case of an actuator of a steer-by-wire steering system, forming the movement thread as a flat thread can improve the supply of lubricant. Due to the parallel thread partner, the spindle can be arranged offset to the stationary spindle nut in the actuator without any problems, since such an influence of a centering as with a standard-compliant trapezoidal thread with a 30° flank angle does not exist. In other words, the spindle is deliberately arranged in the actuator in such a way that its longitudinal axis runs offset parallel to the longitudinal or rotational axis of the spindle nut. The spindle is thus offset parallel to the axis relative to the spindle nut. The flat thread has a symmetrical thread cross-section and can therefore be loaded equally in both axial directions.
Bedingt durch die vorgenannte achsparallele Anordnung kämmen die Flanken der Spindelmutter nicht konzentrisch mit den Flanken der Spindel. In einem ersten Teilbereich ist die Überdeckung der Flanken der Spindelmutter mit Flanken der Spindel maximal. In diesem Bereich sind die Spindel und die Spindelmutter sich am nächsten oder mit anderen Worten minimal voneinander beabstandet. In einem radial gegenüberliegenden zweiten Bereich ist die Überdeckung minimal. In diesem Bereich sind Spindel und Spindelmutter maximal voneinander beabstandet. Schmiermittel, welches sich in dem zweiten Bereich ablagern könnte, wird bei jeder Umdrehung der Spindelmutter um die Spindel von den Flanken des Innengewindes der Spindelmutter an dieser Stelle erfasst und mittransportiert. Durch die umlaufende Bewegung des Innengewindes der Spindelmutter um das Außengewinde der Spindel beim Betrieb des Aktuators wird ein ständiger Transport des Schmiermittels im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung in dem Bewegungsgewinde bewirkt. Die vorgenannte Ablagerung des Schmiermittels in dem zweiten Bereich ist somit auch eher theoretischer Natur. In vorteilhafter Weise wird bewirkt, dass eine stete Versorgung des Bewegungsgewindes mit Schmiermittel gewährleistet ist.Due to the axially parallel arrangement mentioned above, the flanks of the spindle nut do not mesh concentrically with the flanks of the spindle. In a first partial area, the overlapping of the flanks of the spindle nut with flanks of the spindle is at its maximum. In this area, the spindle and the spindle nut are closest to each other, or in other words at a minimum distance from each other. The overlap is minimal in a radially opposite second area. In this area, the spindle and the spindle nut are at a maximum distance from each other. Lubricant, which could be deposited in the second area, is caught at this point by the flanks of the internal thread of the spindle nut and transported along with it every time the spindle nut rotates around the spindle. The circulating movement of the internal thread of the spindle nut around the external thread of the spindle during operation of the actuator causes the lubricant to be constantly transported in the sense of an even distribution in the movement thread. The aforementioned deposit of the lubricant in the second area is therefore also of a more theoretical nature. Advantageously, a constant supply of lubricant to the movement thread is ensured.
Dabei ist der Versatz in Abhängigkeit von der Gewindetiefe ausgebildet. Der Versatz entspricht annähernd, vorzugsweise maximal der Gewindetiefe der Spindel. Unter Berücksichtigung üblicher Toleranzen bei der Herstellung des Bewegungsgewindes als Flachgewinde mit Blick auf eine kostengünstige Herstellung der Gewinde, also des Innengewindes der Spindelmutter und des Außengewindes der Spindel, wird der Versatz vorzugsweise geringfügig kleiner als die maximale Gewindetiefe ausgebildet. Der Abstand zwischen Kopfkreis der Spindel und Fußkreis der Spindelmutter wird in diesem Bereich bevorzugt mit einer Spielpassung toleriert. Es wird somit ein Kontakt und ein mögliches Verklemmen des Bewegungsgewindes am Kopfkreis des Außengewindes mit dem Fußkreis des Spindelmuttergewindes (Innengewinde) in dem vorgenannten ersten Bereich entgegengewirkt.The offset is formed depending on the thread depth. The offset corresponds approximately, preferably at most, to the thread depth of the spindle. Taking into account the usual tolerances when producing the movement thread as a flat thread with a view to cost-effective production of the thread, ie the internal thread of the spindle nut and the external thread of the spindle, the offset is preferably designed to be slightly smaller than the maximum thread depth. The distance between the tip circle of the spindle and the root circle of the spindle nut is preferably tolerated with a clearance fit in this area. This counteracts contact and possible jamming of the movement thread on the tip circle of the external thread with the root circle of the spindle nut thread (internal thread) in the aforementioned first area.
Die Drehbewegung der Spindelmutter wird bevorzugt mittels eines Elektromotors bewirkt, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Getriebes, insbesondere eines Riementriebs, bevorzugt mit Zahnriemen. Bei Verwendung eines Zahnriemen wird wirkungsvoll einem Schlupf und/oder einem Überspringen des Riemens entgegengewirkt. Die Einheit zumindest bestehend aus Spindelmutter und Spindel wird auch als Spindeltrieb oder Spindelantrieb bezeichnet. Der Aktuator weist bevorzugt ein Gehäuse auf, in welchem die Spindelmutter mittels eines Wälzlagers drehbar und ortsfest gelagert ist. Die Spindel ist gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordnet und kann lediglich entlang ihrer Längsachse verlagert werden. Der Elektromotor kann koaxial zur Spindel oder aber parallel zu dieser angeordnet sein. Bei der parallelen Anordnung kann der Motor mit dem Gehäuse bevorzugt kraftschlüssig gekoppelt sein, vorzugweise ist der Motor mit dem Gehäuse verschraubt.The rotary movement of the spindle nut is preferably brought about by means of an electric motor, preferably with the interposition of a gear, in particular a belt drive, preferably with a toothed belt. When using a toothed belt, slipping and/or skipping of the belt is effectively counteracted. The unit consisting at least of spindle nut and spindle is also called spindle drive or spindle called drive. The actuator preferably has a housing in which the spindle nut is mounted in a rotatable and stationary manner by means of a roller bearing. The spindle is arranged in a rotationally fixed manner relative to the housing and can only be displaced along its longitudinal axis. The electric motor can be arranged coaxially to the spindle or parallel to it. In the case of the parallel arrangement, the motor can be coupled to the housing, preferably in a non-positive manner, and the motor is preferably screwed to the housing.
Bevorzugt ist das Innengewinde der Spindelmutter nicht durchgehend sondern geteilt ausgeführt. Bezogen auf die axiale Erstreckung der Spindelmutter sind zumindest zwei Teilbereiche vorgesehen, welche axial hintereinander angeordnete jedoch voneinander getrennte Gewinde vorsehen. Die Teilbereiche können beispielsweise in den Außenbereichen der Spindelmutter angeordnet sein. Durch diese Bauform lässt sich die Reibung in dem Bewegungsgewinde weiter reduzieren, sodass sich der Wirkungsgrad des Bewegungsgewindes in dem Aktuator weiter erhöhen lässt. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Teilbereich des Gewindes in einem Gewindering ausgebildet sein. Der Gewindering wiederum kann innerhalb der Spindelmutter axial beweglich und mittels eines Kraftspeichers gegenüber der Spindelmutter abgestützt angeordnet sein. Es lässt sich somit eine geteilte Spindelmutter ausbilden, wobei sich die Abstützung des Gewinderinges gegenüber der Spindelmutter ein etwaiges Spiel der beiden Gewinde von Spindel und Spindelmutter zueinander minimieren lässt.The internal thread of the spindle nut is preferably not continuous but divided. In relation to the axial extent of the spindle nut, at least two partial areas are provided, which provide threads which are arranged axially one behind the other but are separate from one another. The partial areas can be arranged, for example, in the outer areas of the spindle nut. This design allows the friction in the movement thread to be further reduced, so that the efficiency of the movement thread in the actuator can be further increased. In a further embodiment, a partial area of the thread can be formed in a threaded ring. The threaded ring, in turn, can be arranged so that it can move axially within the spindle nut and is supported in relation to the spindle nut by means of an energy accumulator. A split spindle nut can thus be formed, with the support of the threaded ring relative to the spindle nut being able to minimize any play between the two threads of the spindle and spindle nut.
Bevorzugt wird das jeweilige Gewinde der Spindel und/oder der Spindelmutter mittels eines Trennverfahrens hergestellt, wie zum Beispiel dem Gewindeschneiden oder - fräsen oder -drehen, welches auch bei der Herstellung von Trapezgewinde zum Einsatz kommt. An die vorgenannten Verfahren kann sich bevorzugt ein Schritt des Schleifens anschließen, um eine geforderte Genauigkeit zu erhalten. Speziell für das Außengewinde kann auch das Verfahren Wirbeln zum Einsatz kommen. Für die Spindel als Lenkstange ergibt sich somit eine gute Verschleißfestigkeit, Zugfestigkeit und Biegewechselfestigkeit. Es ergibt sich durch das Schleifen eine hohe Oberflächengüte, welche eine geringere Anfälligkeit für Korrosion bedeutet. Da Lenkungen für Kraftfahrzeuge mit hohen Stückzahlen hergestellt werden, ist auch unter Nutzung qualitativ hochwertiger Verfahren zum Herstellen von Spindel und - mutter bei einem Aktuator einer steer-by-wire-Lenkung mit einer wirtschaftlichen Fertigung möglich. Mittels abschließendem Schleifen lässt sich eine hohe Profilgenauigkeit des Gewindes und auch eine hohe Genauigkeit des Flankendurchmessers (Parallelität) herstellen. Durch das Gewinderollen ergibt sich somit ein kostengünstiges, qualitativ hochwertiges Bewegungsgewinde, wie dieses für einen Aktuator einer steer-by-wire-Lenkung notwendig ist.The respective thread of the spindle and/or the spindle nut is preferably produced by means of a cutting process, such as thread cutting or thread milling or thread turning, which is also used in the production of trapezoidal threads. A grinding step can preferably follow the above-mentioned methods in order to obtain a required accuracy. The whirling process can also be used especially for the external thread. This results in good wear resistance, tensile strength and reverse bending strength for the spindle as a steering rod. The grinding results in a high surface quality, which means less susceptibility to corrosion. Since steering systems for motor vehicles are produced in large quantities, economical production is also possible using high-quality methods for producing spindles and nuts in an actuator of a steer-by-wire steering system. A high profile accuracy of the thread and also a high accuracy of the flank diameter (parallelism) can be produced by means of final grinding. The thread rolling thus results in a cost-effective, high-quality motion thread, as is necessary for an actuator of a steer-by-wire steering system.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steer-by-wire-Lenkung vorgeschlagen, welche einen Aktuator nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungen umfasst. Bevorzugt kommt die Steer-by-wire-Lenkung bei einer Hinterradlenkung eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung. Da es sich bei derartigen Lenkungen um sicherheitsrelevante Systeme handelt, kann bei Verwendung eines Aktuators mit einem als Flachgewinde ausgebildeten Bewegungsgewinde ein ausfallsicheres System für eine Steer-by-wire-Lenkung zur Verfügung gestellt werden.According to a further aspect of the invention, a steer-by-wire steering system is proposed which includes an actuator according to one or more of the embodiments described above. The steer-by-wire steering is preferably used in a rear-wheel steering system of a motor vehicle. Since steering systems of this type are safety-relevant systems, a fail-safe system for steer-by-wire steering can be provided when using an actuator with a movement thread designed as a flat thread.
Eine Steer-by-wire-Lenkung ist eine von einer mechanischen Lenkhandhabe, z.B. einem Lenkrad mechanisch entkoppelte, zumeist elektromechanische Einheit. Aufgrund von Lenksignalen und einem oder mehreren Parametern wie z.B. einer Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkradwinkel, aktuell vorliegenden Lenkwinkeln an Vorder- und/oder Hinterachse, einer Gierbeschleunigung und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs etc., werden in einem Steuergerät Lenksignale generiert. Die Lenkbewegung erfolgt mittels zumindest eines Aktuators der Steer-by-wire-Lenkung, welcher vom Steuergerät Lenksignale erhält. Wie vorgenannt kann in dem Aktuator mittels eines Spindeltriebs eine Spindel bzw. Lenkstange linear verlagert werden, welche unmittelbar oder mittelbar mit Radträgern gelenkig gekoppelt ist. Durch die Verlagerung der Spindel können die Radträger um ihre Hochachse geschwenkt werden, so dass die drehbar an den Radträgern gelagerten Räder mit einer Änderung der Radlenkwinkel des jeweiligen Radträgers beaufschlagt werden können.A steer-by-wire steering system is a mostly electromechanical unit that is mechanically decoupled from a mechanical steering handle, e.g. a steering wheel. Steering signals are generated in a control unit based on steering signals and one or more parameters such as vehicle speed, steering wheel angle, current steering angles on the front and/or rear axle, yaw acceleration and/or lateral acceleration of the vehicle, etc. The steering movement takes place by means of at least one actuator of the steer-by-wire steering, which receives steering signals from the control unit. As mentioned above, a spindle or steering rod can be linearly displaced in the actuator by means of a spindle drive, which is directly or indirectly coupled in an articulated manner to wheel carriers. By shifting the spindle, the wheel carriers can be pivoted about their vertical axis, so that the wheels rotatably mounted on the wheel carriers can be subjected to a change in the wheel steering angle of the respective wheel carrier.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Die Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Ausführungen beschränkt.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below, with further features and/or advantages being able to result from the description and/or the drawing. The invention is not limited to the following explanations.
Es zeigen
-
1 eine Fahrzeugachse mit Steer-by-wire-Lenkung, -
2 einen Aktuator einer Hinterachslenkung mit einem Spindelantrieb, -
3 eine geschnittene Darstellung eines Spindelantriebes mit einem Flachgewinde
-
1 a vehicle axle with steer-by-wire steering, -
2 an actuator of a rear axle steering with a spindle drive, -
3 a sectional view of a spindle drive with a flat thread
Aufgrund der parallel verlaufenden Gewindepartner kann die Spindel 224 versetzt zur ortsfest gelagerten Spindelmutter 250 in dem Aktuator angeordnet werden. Mit anderen Worten wird die Spindel 224 in dem Aktuator gegenüber der Spindelmutter nicht konzentrisch angeordnet. Die Spindel 224 ist stattdessen bewusst derart angeordnet, dass deren Längsachse s parallel versetzt zur Längs- bzw. Rotationsachse m der Spindelmutter 250 verläuft. Die Spindel 224 ist somit gegenüber der Spindelmutter 250 achsparallel versetzt angeordnet. Bedingt durch diese Anordnung kämmen die Flanken der Spindelmutter 250 nicht konzentrisch mit den Flanken der Spindel 224. In einem ersten Teilbereich T1, T2 ist die Überdeckung der Flanken der Spindelmutter 250 mit Flanken der Spindel maximal. In diesem Bereich sind sich die Spindel 224 und die Spindelmutter 250 am nächsten bzw. der Abstand ist hier minimal. In einem radial gegenüberliegen zweiten Teilbereich T3, T4 ist die Überdeckung minimal und folglich ist der Abstand von Spindel 224 zur Spindelmutter 250 hier maximal. Schmiermittel, welches sich in dem zweiten Teilbereich T3, T4 ablagern könnte, wird bei jeder Umdrehung der Spindelmutter 250 um die Spindel 224 von den Flanken des Innengewindes 250i1, 250i2 der Spindelmutter 250 an dieser Stelle erfasst und mittransportiert. Die umlaufende Bewegung des Innengewindes 250i1, 250i2 der Spindelmutter 250 um das Außengewinde 224a ermöglicht und begünstigt einen ständigen Transport des Schmiermittels im Sinne einer gleichmäßigen Verteilung in dem Bewegungsgewinde bei Betrieb des Aktuators. In vorteilhafter Weise wird bewirkt, dass eine stete Versorgung des Bewegungsgewindes mit Schmiermittel gewährleistet ist, so dass ein möglichst reibarmer und langlebiger Betrieb des Aktuators möglich ist.Due to the parallel thread partner, the
Die Längsachse m der Spindelmutter 250 ist um den Versatz V von der Längsachse s der Spindel 224 beabstandet. Der mögliche Versatz V ist in Abhängigkeit von der Gewindetiefe ausgebildet. Der Versatz V entspricht hier annähernd der maximalen Gewindetiefe der Spindel. Unter Berücksichtigung üblicher Toleranzen bei der Herstellung des Bewegungsgewindes ist der Versatz V minimal kleiner als die maximale Gewindetiefe ausgebildet. Es wird einem Kontakt des Bewegungsgewindes zwischen Kopfkreis des Außengewindes 224a und dem Fußkreis des Spindelmuttergewindes 250i1, 250i2 (Innengewinde) in dem ersten Teilbereich T1, T2 entgegen gewirkt. Zum besseren Verständnis dargestellt sind der Kopfkreisdurchmesser dK der Spindel 224, der Fußkreisdurchmesser dF der Spindel 224 sowie der Fußkreisdurchmesser DF der Spindelmutter 250, wobei letzterer größer als der Kopfkreisdurchmesser dK der Spindel 224 ist. Der Abstand zwischen Kopfkreis der Spindel 224 und Fußkreis der Spindelmutter 250 ist in dem Teilbereich T1, T2 mit einer Spielpassung toleriert, so dass ein Kontakt des Kopfkreises der Spindel 224 mit dem Fußkreis der Spindelmutter 250 ausgeschlossen ist. Ein Verklemmen in dem ersten Teilbereich T1, T2 ist somit ausgeschlossen.The longitudinal axis m of the
Insgesamt gesehen ergibt sich ein Aktuator einer Steer-by-wire-Lenkung, welcher für hohe Belastungen im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs durch Seiten- und Querkräfte geeignet ist. Durch die Verbesserung der Schmiermittelversorgung kann ein langlebiger und reibarmer Aktuator dargestellt werden.Seen overall, the result is an actuator for a steer-by-wire steering system which is suitable for high loads in the chassis of a motor vehicle due to lateral and transverse forces. By improving the supply of lubricant, a durable and low-friction actuator can be created.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugachsevehicle axle
- 22
- Hilfsrahmensubframe
- 3, 43, 4
- Lenkerhandlebars
- 5, 65, 6
- Radwheel
- 77
- Radträgerwheel carrier
- 8, 98, 9
- Drehsinnsense of rotation
- 1010
- Aktuatoractuator
- 1212
- Steer-by-wire-LenkungSteer-by-wire steering
- 2222
- GehäuseHousing
- 2323
- Spurstangetie rod
- 2424
- Lenkstangehandlebar
- 2525
- Spurstangetie rod
- 27, 2827, 28
- Gelenkverbindungjoint connection
- 2929
- Elektromotor electric motor
- 22a, 22b22a, 22b
- Laschentabs
- 3030
- Spindeltriebspindle drive
- 4040
- Wälzlagerroller bearing
- 5050
- Spindelmutterspindle nut
- 6060
- Riementriebbelt drive
- 70, 7570, 75
- Lagerhülsebearing sleeve
- 124124
- Spindel spindle
- 224224
- Spindelspindle
- 224a224a
- Außengewindeexternal thread
- 230230
- Spindeltriebspindle drive
- 240240
- Wälzlagerroller bearing
- 244, 245244, 245
- Dichtungenseals
- 250250
- Spindelmutterspindle nut
- 250i1250i1
- Innengewindeinner thread
- 250i2250i2
- Innengewindeinner thread
- dKdK
- Kopfkreisdurchmesser, Spindeltip circle diameter, spindle
- dFdF
- Fußkreisdurchmesser, Spindelroot diameter, spindle
- DFDF
- Fußkreisdurchmesser, Mutterroot diameter, nut
- mm
- Längsachse/Rotationsachse SpindelmutterLongitudinal axis/axis of rotation Spindle nut
- ss
- Längsachse SpindelLongitudinal axis of the spindle
- VV
- Versatzoffset
- T1, T2T1, T2
- Teilbereichsubarea
- T3, T4T3, T4
- Teilbereichsubarea
Claims (6)
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---|---|---|---|
DE102021213941.8A DE102021213941B3 (en) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | Actuator of a steer-by-wire steering and steer-by-wire steering |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021213941B3 true DE102021213941B3 (en) | 2023-03-30 |
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---|---|
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
DE102008002289A1 (en) | 2008-06-09 | 2009-12-10 | Zf Lenksysteme Gmbh | Steering system, particularly toothed rack power steering for passenger vehicle, has movable bolt of axially undisplaceable screw nut supported in frame, where movable bolt is driven by servo motor, and has axially displaced component |
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DE102014206934A1 (en) | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Zf Friedrichshafen Ag | servomotor |
US20210309277A1 (en) | 2018-07-30 | 2021-10-07 | Thyssenkrupp Presta Ag | Adjusting drive for a steering column and steering column for a motor vehicle |
-
2021
- 2021-12-08 DE DE102021213941.8A patent/DE102021213941B3/en active Active
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