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WO2010015565A1 - Aktuatoreinheit für eine kraftfahrzeug-steer-by-wire-lenkeinrichtung - Google Patents

Aktuatoreinheit für eine kraftfahrzeug-steer-by-wire-lenkeinrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2010015565A1
WO2010015565A1 PCT/EP2009/059884 EP2009059884W WO2010015565A1 WO 2010015565 A1 WO2010015565 A1 WO 2010015565A1 EP 2009059884 W EP2009059884 W EP 2009059884W WO 2010015565 A1 WO2010015565 A1 WO 2010015565A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
actuator
steering
shaft
steering spindle
unit according
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/059884
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Hauhoff
Dorin Iles-Klumpner
Matthias Bembenek
Ismael Altindis
Christian Schirp
Klaus Hirschfeld
Thorsten Hoog
Olaf Beuermann
Original Assignee
Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg
Mez Frintrop Ag
Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
Willi Elbe Gelenkwellen Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg, Mez Frintrop Ag, Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg, Willi Elbe Gelenkwellen Gmbh & Co. Kg filed Critical Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2010015565A1 publication Critical patent/WO2010015565A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B62D5/006—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback power actuated

Definitions

  • the invention relates to an actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device, comprising a arranged in a jacket tube relative to this about its longitudinal axis rotatably mounted steering spindle, one end of which is designed for torque-locking connection of a steering wheel, and an actuator with a driven by the actuator actuator shaft, one end of which is torque-locking connected to the steering shaft.
  • the conventional mechanical coupling principle between the steering wheel and steered wheels must be left.
  • Steer-by-wire steering systems have been designed for this purpose.
  • the current angular position of the steering wheel is detected by means of a steering angle sensor, fed to an evaluation of which in turn one actuator or more actuators are controlled to drive the steered wheels corresponding to the detected rotation angle to the steered wheels in the steering angle corresponding position bring.
  • a steer-by-wire steering device It has been found in the use of a steer-by-wire system that it is necessary for driving a motor vehicle for the driver, a haptic feedback regarding the operation of the steering and others Obtained by the steered wheels in the steering shaft coupled torques.
  • the steering feel is provided in such a steer-by-wire steering device by a torque-locking connected to the steering shaft with its actuator shaft actuator.
  • the actuators are electric motors which are controlled by an appropriate control and apply the corresponding torque of the respective vehicle situation to the actuator shaft and thus to the steering spindle connected thereto.
  • the actuator can also be addressed as a driving feeling generator and the actuator unit, comprising the steering spindle and the actuator as a haptic turntable.
  • Motor vehicle steer-by-wire steering devices must be designed to be redundant in order to meet the safety requirements. For this reason, such systems are relatively expensive.
  • An alternative to forming a steer-by-wire steering device that satisfies the safety requirements imposed on such a device, but is less expensive to design and manufacture, is to provide the steer-by-wire steering device with a mechanical instead of the necessary system redundancy Provide fallback protection.
  • the steering shaft is mechanically coupled to the steered wheels so that in such a case, the vehicle can be steered mechanically.
  • hydraulic waves can also be used in such an application as proposed in DE 10 2004 026 067 A1 or analogously to EP 0 738 646 B1. Therefore, in such a design, greater freedom in the design and arrangement of the suspension of the steered wheels and the other components in the engine compartment than in conventional borrowed mechanical steering devices.
  • Such actuator units require a certain installation space in the vehicle, in particular in the longitudinal axial direction.
  • a complicated control programming is necessary.
  • the effort in programming the actuator drive is also due to the necessity of providing the elastic coupling element between the steering shaft and the actuator shaft.
  • the damping properties of the coupling member to be considered in this regard, these changing depending on the ambient temperature.
  • the invention is therefore based on the object to propose an actuator unit for a motor vehicle Steer-by-wire steering device, which is basically simpler in construction and thereby avoids the disadvantages pointed out to the pre-discussed prior art.
  • an input, generic actuator unit wherein the steering shaft is rigidly connected to the mounted in two bearings actuator shaft, wherein one of the two bearings is arranged in the region of the connection of the actuator shaft to the steering shaft and the steering shaft due to their rigid connection - Ses is mounted on the actuator shaft actuator side via the actuator shaft.
  • the steering spindle is then mounted on a bearing in the region of its end on the steering wheel side and with its other end on the bearing of the actuator shaft facing the steering spindle by the connection with the actuator shaft.
  • Such an actuator unit therefore requires only three bearings.
  • the actuator shaft must have a precise, defined bearing, in particular when an electronically commutated and thus brushless DC motor is used as the actuator.
  • the very accurate storage of the actuator shaft is due to the preferably very small sized air gap between the rotor and the stator. It is preferably provided that the steering shaft side bearing of the actuator shaft is designed with respect to axial movements as a fixed bearing and the other bearing of the actuator shaft as a floating bearing.
  • the above-described bearing conception of the actuator unit or its actuator shaft furthermore has the consequence that the steering spindle is connected to the actuator shaft without transverse force. Correspondingly simpler the steering shaft side bearing of the actuator shaft may be formed.
  • Such a connection of the steering shaft to the actuator shaft has the further advantage that the air gap located between the rotor windings and the stator windings can be provided extremely small. This is preferably less than 0.5 mm, in particular less than 0.3 mm or even less than 0.25 mm, wherein the air gap is defined by the distance of the outer circumferential surface of the rotor from the inner circumferential surface of the stator.
  • the actuator shaft side bearing of the steering shaft by taking advantage of The spindle-side bearing of the actuator shaft also makes it possible to provide the connection of the guide or casing tube of the steering spindle to a housing carrying or supporting the actuator, wherein a centering can readily take place by means of a centering flange. Due to the large distance of the connected to the actuator shaft end of the steering shaft from its upper, steering wheel side bearing centering of the actuator shaft and steering shaft can be done stress-free.
  • the steering shaft and thus the casing tube can be made in two parts, which two steering spindle parts are adjustable telescopically in the axial direction by a certain amount of movement to adjust the desired length of the steering shaft.
  • the connection of the lower steering shaft portion is made to the actuator shaft such that upon withdrawal of the upper steering shaft portion of the lower steering shaft portion, the connection of the lower steering shaft portion is not solved to the actuator shaft.
  • the actuator When providing an electronically commutated DC motor, it is provided according to a preferred embodiment to arrange the actuator in an actuator housing, in such a self-supporting, so that the actuator unit with one or more attachment points on the actuator housing on the chassis or a frame of the vehicle can be connected.
  • an actuator unit will be connected to the vehicle via a two-point bearing arrangement, one connecting point being provided in the region of the end of the motor housing remote from the steering wheel and the other connecting point being provided in the region of the steering wheel end of the jacket tube of the steering spindle.
  • the actuator shaft can be designed to engage the actuator at both ends, so that the end opposite the connection to the steering spindle protrudes from the actuator housing. This connection end of the actuator shaft can be used to connect a fallback mechanism or other sensors.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an actuator unit 1 for a motor vehicle steer-by-wire steering device.
  • the actuator unit 1 comprises an electronically commutated DC motor 2 as an actuator.
  • the rotor with the excitation magnets 3 of the motor 2 is seated torque-tight on an actuator shaft 4.
  • the stator windings 5 are located in the illustrated embodiment on the inside of an actuator housing 6.
  • the actuator housing 6 is designed to support and also serves to hold the Both bearings 7, 8 of the actuator shaft 4. Due to the supporting design of the actuator housing 6, the actuator unit 1 can be secured on the vehicle side via a connection point 9 assigned to the actuator housing 6.
  • the actuator shaft 4 has at its one end a trained as a hollow shaft coupling portion 10.
  • the actuator shaft 4 is supported by the bearing 8 on the outer circumferential surface of the Kupplungsab- section 10.
  • the bearing 8 is designed with respect to axial movements of the actuator shaft 4 as a fixed bearing, while the bearing 7 is designed in this respect as a floating bearing.
  • the actuator shaft 4 protrudes from the actuator housing 6 with its end opposite the coupling section 10.
  • the section of the actuator shaft 4 protruding from the actuator housing 6 is enclosed by a collar 11.
  • the related free end of the actuator shaft 4 carries a variety of teeth 12 for connecting other units.
  • a rotor position sensor 13 Arranged within the actuator housing 6 is furthermore a rotor position sensor 13, which is connected to a control electronics 14.
  • the actuator unit 1 furthermore has a steering spindle 15, which is made in two parts in the illustrated exemplary embodiment.
  • the upper steering spindle part 16 is rotatably mounted in an upper jacket tube 17 about its longitudinal axis. From the jacket tube 17, the upper steering spindle part protrudes with a connection portion 18. This is used to connect a steering wheel, not shown in detail in the figure to the steering shaft 15. In the region of the steering wheel end of the steering shaft part 16, the steering shaft 15 is mounted relative to the casing tube 17 by a bearing 19.
  • the upper steering spindle part 16 is a lower steering spindle part 20th with the interposition of a sliding member 21 torque-locking, but in the axial direction against each other movable into engagement.
  • the upper jacket tube 17 is adjustable relative to a lower jacket tube 22 in the axial direction. Due to this connection between the upper steering spindle part 16 and the lower steering spindle part 20 and the upper casing tube 17 and lower casing tube 22, the upper steering spindle part 16 can be adjusted telescopically with respect to the lower steering spindle part 20. This serves for the individual setting up of the length of the steering spindle 15.
  • An upper connection point 24 for the actuator unit 1 is located on the outside of the upper jacket tube 17 with the interposition of a sliding element 23 provided for a crash case.
  • the steering shaft 15 is torque-locked with its lower end portion 25 into the coupling portion 10 of the actuator shaft 4, which is otherwise not shown in any more detail, and fixed within the coupling portion 10 by means of an interference fit.
  • the steering shaft 15 and the lower steering shaft portion 20 is torque-locking and connected in the axial direction conclusive with the actuator shaft 4.
  • associated mounting plate 26 is a projecting from the mounting plate 26 Zentrierflansch 27. This engages in the mounting plate 26 toward the lower lower jacket tube 22.
  • the jacket tube 22 carries a circumferential, projecting outward Flange 28, in the holes at intervals for performing Befest Trentsschrau- ben for connecting the steering shaft 15, the actuator 2 are introduced.
  • the steer-by-wire steering device is not shown in greater detail with respect to the other necessary units and components.
  • the steering spindle 15 for example, not shown in Figure 1 Wheelwinkelsen- sensors associated with which the introduced via the steering wheel in the steering shaft rotation angle is detected. Other sensors, such as torque sensors may also be present.
  • the synchronous motor 2 is actuated via the control electronics
  • the description of the actuator unit which has been described as such for a motor vehicle steer-by-wire steering device, makes it clear that when the actuator shaft is mechanically connected to the wheels to be steered with the interposition of a steering gear, the actuator can also be used as a steering force supporting actuator, so that even for such an application, the advantages described for the actuator unit can come to fruition.
  • Actuator unit Synchronous motor Rotor Actuator shaft Stator winding Actuator housing Bearing Bearing Connection point Coupling section Collar Multi-toothing Rotor position sensor Drive electronics Steering spindle Steering spindle part, upper jacket tube Connecting section Bearing Steering spindle part, lower sliding element Jacket tube Sliding element Connection point End section Mounting plate Centering flange Flange

Landscapes

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Abstract

Eine Aktuatoreinheit (1) für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung umfasst eine in einem Mantelrohr (17, 22) angeordnete, gegenüber diesem um ihre Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel (15), deren eines Ende zum drehmomentschlüssigen Anschließen eines Lenkrades ausgebildet ist, sowie einen Aktuator (2) mit einer durch den Aktuator (2) angetriebenen Aktuatorwelle (4), deren eines Ende drehmomentschlüssig an die Lenkspindel (15) angeschlossen ist. Die Lenkspindel (15) ist starr an die in zwei Lagern (7, 8) gelagerte Aktuatorwelle (4) angeschlossen, wobei eines der beiden Lager (8) im Bereich des Anschlusses der Aktuatorwelle (4) an die Lenkspindel (15) angeordnet ist, und die Lenkspindel (15) infolge ihres starren Anschlusses an die Aktuatorwelle (4) aktuatorseitig über die Aktuatorwelle (4) gelagert ist.

Description

Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug- Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung
Gegenstand der Erfindung ist eine Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug- Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung, umfassend eine in einem Mantelrohr angeordnet gegenüber diesem um ihre Längsachse drehbar gelagerte Lenk- spindel, deren eines Ende zum drehmomentschlüssigen Anschließen eines Lenkrades ausgebildet ist, sowie einen Aktuator mit einer durch den Aktuator angetriebenen Aktuatorwelle, deren eines Ende drehmomentschlüssig an die Lenkspindel angeschlossen ist.
Bei herkömmlichen Lenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge ist eine mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad und den von dem Lenkrad gelenkten Rädern vorhanden. Vom Lenkrad wird die Lenkbewegung über die Lenkspindel auf ein Lenkgetriebe und von diesem auf eine an die gelenkten Räder angeschlossene Lenkstange übertragen. Das auf die Lenkspin- del über das Lenkrad eingeleitete Drehmoment kann elektrisch oder hydraulisch zum Ausbilden einer so genannten Servolenkung verstärkt werden. Die Lenkspindel ist durch den Motorraum zum Lenkgetriebe und der Lenkstange geführt.
Um mehr Freiheiten in der Konzeption der Radaufhängung der gelenkten Räder und der Anordnung der einzelnen Komponenten im Motorraum eines Kraftfahrzeuges zu erhalten oder autonome Fahrerassistenz- Funktionen zu implementieren, muss das herkömmliche mechanische Kopplungsprinzip zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern verlassen werden. Zu diesem Zweck sind sogenannte Steer-by-Wire-Lenkeinrich- tungen konzipiert worden. Bei einer solchen Lenkeinrichtung wird mittels eines Lenkwinkelsensors die aktuelle Drehwinkelstellung des Lenkrades erfasst, einer Auswerteeinheit zugeführt, von der wiederum ein Aktor oder mehrere Aktoren zum Ansteuern der gelenkten Räder entsprechend dem erfassten Drehwinkel angesteuert werden, um die gelenkten Räder in die dem Lenkwinkeleinschlag entsprechende Stellung zu bringen. Es hat sich bei der Verwendung eines Steer-by-Wire-Systems gezeigt, dass es zum Fahren eines Kraftfahrzeuges für den Fahrer notwendig ist, eine haptische Rückmeldung bezüglich des Vorgangs des Lenkens und auch anderer durch die gelenkten Räder in die Lenkspindel eingekoppelten Drehmomente zu erhalten. Das Lenkgefühl wird bei einer solchen Steer-by-Wire- Lenkeinrichtung durch einen an die Lenkspindel mit seiner Aktuatorwelle drehmomentschlüssig angeschlossenen Aktuator bereitgestellt. Als Aktua- tor dienen Elektromotoren, die durch eine entsprechende Steuerung angesteuert sind und auf die Aktuatorwelle und damit auf die daran angeschlossene Lenkspindel das der jeweiligen Fahrzeugsituation entsprechende Drehmoment aufbringen. Somit kann der Aktuator auch als Fahrgefühl-Erzeuger und die Aktuatoreinheit, umfassend die Lenkspindel und den Aktuator als haptischer Drehsteller angesprochen werden.
Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtungen müssen, um den Sicherheitsanforderungen zu genügen, mehrfach redundant konzipiert werden. Aus diesem Grunde sind derartige Systeme relativ teuer. Eine Alternative zum Ausbilden einer Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung, die den an eine solche Einrichtung gestellten Sicherheitsanforderungen genügt, jedoch kostengünstiger in der Konzeption und Herstellung ist, besteht darin, anstelle der notwendigen Systemredundanz die Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung mit einer mechanischen Rückfallsicherung auszustatten. Bei einem Ausfall der elektronisch arbeitenden Lenkeinrichtung wird die Lenkspindel mechanisch an die gelenkten Räder gekoppelt, damit in einem solchen Fall das Fahrzeug mechanisch gelenkt werden kann. Zum Übertragen der Lenkbewegung der Lenkspindel auf die gelenkten Räder bzw. die die gelenkten Räder verbindende Lenkstange können bei einer solchen Anwendung auch flexible Wellen wie in der DE 10 2004 026 067 A1 vorgeschlagen oder sinngemäß zur EP 0 738 646 B1 eine hydraulische Koppelung eingesetzt werden. Daher besteht bei einer solchen Konzeption eine größere Freiheit in der Konzeption und Anordnung der Radaufhängung der gelenkten Räder und der anderen Komponenten im Motorraum als bei herkömm- liehen mechanischen Lenkeinrichtungen.
Bei einer solchen Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung mit mechanischer Rückfallsicherung können prinzipiell herkömmliche Lenksäulen eingesetzt werden, an die ein Aktuator als Fahrgefühl-Erzeuger angeschlossen wird. De- ren Lenkspindel ist in einem Mantelrohr zweipunktgelagert. Das Mantelrohr und die Lenkspindel sind typischerweise zweiteilig aufgebaut, wobei beide Lenkspindelteile durch ein in axialer Richtung wirkendes Gleitlager drehmonnentschlüssig miteinander verbunden sind. Diese Teleskopierbar- keit der Lenkspindel wird zum individuellen Einrichten ihrer Länge vom Fahrer genutzt. Der als Aktuator eingesetzte Elektromotor ist unter Zwischenschaltung eines notwendigen Kupplungselementes an das untere Ende der Lenkspindel angeschlossen. Das elastische Kupplungselement wird zum Ausgleich von Toleranzen zwischen Lenkspindel und Aktuator- welle benötigt. An das andere Ende der Aktuatorwelle sind typischerweise die mechanischen Rückfalleinrichtungen angeschlossen.
Derartige Aktuatoreinheiten benötigen einen gewissen Einbauraum im Fahrzeug, insbesondere in längsaxialer Richtung. Um durch den Aktuator das der jeweiligen Fahrsituation entsprechende Drehmoment auf die Aktuatorwelle und somit auf die Lenkspindel als haptische Rückmeldung in einer Form bereitstellen zu können, die der einem Fahrer bei einer me- chanischen Rückmeldung bekannten entspricht, ist eine aufwendige Steuerprogrammierung notwendig. Der Aufwand in der Programmierung der Aktuatoransteuerung liegt auch in der Notwendigkeit des Vorsehens des elastischen Kupplungselementes zwischen Lenkspindel und Aktuatorwelle begründet. Zur Drehmomentübertragung von der Aktuatorwelle auf die Lenkspindel sind die diesbezüglich dämpfenden Eigenschaften des Kupplungsgliedes zu berücksichtigen, wobei sich diese in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändern.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug- Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung vorzuschlagen, die prinzipiell einfacher aufgebaut ist und dadurch die zu dem vordiskutierten Stand der Technik aufgezeigten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine eingangsgemäße, gattungsgemäße Aktuatoreinheit gelöst, bei der die Lenkspindel starr an die in zwei Lagern gelagerte Aktuatorwelle angeschlossen ist, wobei eines der beiden Lager im Bereich des Anschlusses der Aktuatorwelle an die Lenkspindel angeordnet ist und die Lenkspindel infolge ihres starren Anschlus- ses an die Aktuatorwelle aktuatorseitig über die Aktuatorwelle gelagert ist.
Bei dieser Aktuatoreinheit steht die starre Verbindung zwischen der Aktua- - A -
torwelle und der Lenkspindel im Vordergrund. Unter dem Begriff "starre Verbindung" im Rahmen dieser Ausführungen ist jede Verbindung zu verstehen, bei der eine Drehmomentübertragung von der Aktuatorwelle auf die Lenkspindel ohne Zwischenschaltung von bei einer Drehmomentüber- tragung einer Torsion unterliegenden Elementen erfolgt. Dieses Konzept gestattet es, die Lenkspindel unmittelbar an die Aktuatorwelle und somit ohne Zwischenschaltung besonderer Kupplungsglieder anzuschließen. Dieses wirkt sich günstig auf eine reduzierte Baulänge und den Systempreis aus. Die starre drehmomentschlüssige Anbindung der Lenkspindel an die Aktuatorwelle gestattet es des Weiteren, dass die Lagerung der Aktuatorwelle gleichzeitig zum Darstellen der aktuatorseitigen Lagerung der Lenkspindel dient. Die Lenkspindel ist sodann im Bereich ihres lenk- radseitigen Abschlusses an einem Lager und mit ihrem anderen Ende durch die Verbindung mit der Aktuatorwelle an dem zur Lenkspindel wei- senden Lager der Aktuatorwelle gelagert. Eine solche Aktuatoreinheit benötigt daher nur drei Lager. Bei dieser Konzeption macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass die Aktuatorwelle eine genaue, definierte Lagerung aufweisen muss, insbesondere dann, wenn als Aktuator ein elektronisch kommutierter und damit bürstenloser Gleichstrommotor eingesetzt wird. Die sehr genaue Lagerung der Aktuatorwelle liegt in dem bevorzugt sehr klein bemessenen Luftspalt zwischen Rotor und dem Statorpaket begründet. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das lenkspindelseitige Lager der Aktuatorwelle in Bezug auf axiale Bewegungen als Festlager und das andere Lager der Aktuatorwelle als Loslager konzipiert ist. Die vorbeschriebene Lagerkonzeption der Aktuatoreinheit bzw. ihrer Aktuatorwelle hat des Weiteren zur Folge, dass die Lenkspindel querkraftfrei an die Aktuatorwelle angeschlossen ist. Entsprechend einfacher kann das lenkspindelseitige Lager der Aktuatorwelle ausgebildet sein. Eine solche Anbindung der Lenkspindel an die Aktuatorwelle hat ferner zum Vorteil, dass der zwischen den Rotorwicklungen und den Statorwicklungen befindliche Luftspalt extrem klein vorgesehen sein kann. Dieser beträgt vorzugsweise weniger als 0,5 mm, insbesondere weniger als 0,3 mm oder sogar weniger als 0,25 mm, wobei der Luftspalt durch den Abstand der äußeren Mantelfläche des Rotors von der inneren Mantelfläche des Statorpaketes defi- niert ist.
Die aktuatorwellenseitige Lagerung der Lenkspindel unter Ausnützung des lenkspindelseitigen Lagers der Aktuatorwelle ermöglicht es auch, den An- schluss des Führungs- oder Mantelrohrs der Lenkspindel an ein den Aktu- ator tragendes bzw. diesen mitbildendes Gehäuse vorzusehen, wobei eine Zentrierung ohne weiteres durch einen Zentrierflansch erfolgen kann. Auf- grund des großen Abstandes des an die Aktuatorwelle angeschlossenen Endes der Lenkspindel von ihrem oberen, lenkradseitigen Lager kann eine Zentrierung von Aktuatorwelle und Lenkspindel spannungsfrei erfolgen.
Um den typischen Anforderungen an die individuelle Einstellung eines Lenkrades zu genügen, kann die Lenkspindel und damit auch das Mantelrohr zweigeteilt ausgeführt sein, welche beiden Lenkspindelteile teleskopartig in axialer Richtung um einen bestimmten Bewegungsbetrag zum Einstellen der gewünschten Länge der Lenkspindel verstellbar sind. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Anschluss des unteren Lenkspindelteils an die Aktuatorwelle dergestalt ausgeführt, dass bei einem Herausziehen des oberen Lenkspindelteils von dem unteren Lenkspindelteil die Verbindung des unteren Lenkspindelteils zu der Aktuatorwelle nicht gelöst wird.
Bei Vorsehen eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, ist ge- maß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, den Aktuator in einem Aktuatorgehäuse anzuordnen, und zwar in einem solchen, das selbsttragend ist, so dass die Aktuatoreinheit mit einem oder auch mehreren An- bindungspunkten über das Aktuatorgehäuse am Chassis oder einem Rahmen des Fahrzeuges angeschlossen werden kann. Typischerweise wird man eine solche Aktuatoreinheit über eine Zweipunktlagerung fahr- zeugseitig anschließen, wobei der eine Anbindungspunkt im Bereich des von dem Lenkrad entfernten Endes des Motorgehäuses und der andere Anbindungspunkt im Bereich des lenkradseitigen Endes des Mantelrohrs der Lenkspindel vorgesehen ist.
Die Aktuatorwelle kann den Aktuator beidendig durchgreifend konzipiert sein, so dass das dem Anschluss an die Lenkspindel gegenüberliegende Ende aus dem Aktuatorgehäuse herausragt. Dieses Anschlussende der Aktuatorwelle kann zum Anschließen einer Rückfallmechanik oder weite- rer Sensorik dienen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur 1 beschrieben. Figur 1 zeigt in einer schematisierten Darstellung eine Aktuatoreinheit 1 für eine Kraftfahrzeug-Steer-by- Wire-Lenkeinrichtung. Die Aktuatoreinheit 1 umfasst einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor 2 als Aktor. Der Rotor mit den Erreger- magneten 3 des Motors 2 sitzt drehmomentschlüssig auf einer Aktuator- welle 4. Die Statorwicklungen 5 befinden sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an der Innenseite eines Aktuatorgehäuses 6. Das Aktua- torgehäuse 6 ist tragend konzipiert und dient gleichfalls zum Halten der beiden Lager 7, 8 der Aktuatorwelle 4. Aufgrund der tragenden Ausfüh- rung des Aktuatorgehäuses 6 kann die Aktuatoreinheit 1 über einem dem Aktuatorgehäuse 6 zugeordneten Anbindungspunkt 9 fahrzeugseitig befestigt werden. Die Aktuatorwelle 4 weist an ihrem einen Ende einen als Hohlwelle ausgebildeten Kupplungsabschnitt 10 auf. Die Aktuatorwelle 4 ist durch das Lager 8 an der äußeren Mantelfläche des Kupplungsab- Schnittes 10 gelagert. Das Lager 8 ist in Bezug auf axiale Bewegungen der Aktuatorwelle 4 als Festlager konzipiert, während das Lager 7 diesbezüglich als Loslager ausgeführt ist. Die Aktuatorwelle 4 ragt mit ihrem dem Kupplungsabschnitt 10 gegenüberliegenden Ende aus dem Aktuatorgehäuse 6 heraus. Der aus dem Aktuatorgehäuse 6 herausragende Ab- schnitt der Aktuatorwelle 4 ist durch einen Kragen 11 eingefasst. Das diesbezügliche freie Ende der Aktuatorwelle 4 trägt zum Anschließen weiterer Aggregate eine Vielverzahnung 12.
Angeordnet innerhalb des Aktuatorgehäuses 6 ist des Weiteren ein Rotor- lagesensor 13, der an eine Ansteuerelektronik 14 angeschlossen ist.
Die Aktuatoreinheit 1 verfügt des Weiteren über eine bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführte Lenkspindel 15. Das obere Lenkspindelteil 16 ist in einem oberen Mantelrohr 17 um seine Längsach- se drehbar gelagert. Aus dem Mantelrohr 17 ragt das obere Lenkspindelteil mit einem Anschlussabschnitt 18 heraus. Dieser dient zum Anschließen eines in der Figur nicht näher dargestellten Lenkrades an die Lenkspindel 15. Im Bereich des lenkradseitigen Endes des Lenkspindelteils 16 ist die Lenkspindel 15 gegenüber dem Mantelrohr 17 durch ein Lager 19 gelagert.
Mit dem oberen Lenkspindelteil 16 steht ein unteres Lenkspindelteil 20 unter Zwischenschaltung eines Gleitelementes 21 drehmomentschlüssig, jedoch in axialer Richtung gegeneinander bewegbar in Eingriff. Gleichermaßen ist das obere Mantelrohr 17 gegenüber einem unteren Mantelrohr 22 in axialer Richtung verstellbar. Aufgrund dieser Verbindung zwischen oberem Lenkspindelteil 16 und unterem Lenkspindelteil 20 und oberem Mantelrohr 17 und unterem Mantelrohr 22 kann das obere Lenkspindelteil 16 teleskopartig gegenüber dem unteren Lenkspindelteil 20 verstellt werden. Dieses dient zum individuellen Einrichten der Länge der Lenkspindel 15. An der Außenseite des oberen Mantelrohrs 17 befindet sich unter Zwi- schenschaltung eines für einen Crashfall vorgesehenen Gleitelementes 23 ein oberer Anbindungspunkt 24 für die Aktuatoreinheit 1.
Die Lenkspindel 15 ist mit ihrem unteren Endabschnitt 25 drehmomentschlüssig in den eine im Übrigen nicht näher dargestellte Innenverzah- nung aufweisenden Kupplungsabschnitt 10 der Aktuatorwelle 4 eingesetzt und mittels eines Presssitzes innerhalb des Kupplungsabschnitts 10 fixiert. Somit ist die Lenkspindel 15 bzw. der untere Lenkspindelteil 20 drehmomentschlüssig und in axialer Richtung schlüssig mit der Aktuatorwelle 4 verbunden. Zum zentrierten Anschließen des unteren Mantelrohrs 22 an eine dem Aktuatorgehäuse 6 zugehörige Montageplatte 26 dient ein von der Montageplatte 26 abragender Zentrierflansch 27. Dieser greift ein in das zu der Montageplatte 26 hin offene untere Mantelrohr 22. Das Mantelrohr 22 trägt einen umlaufenden, nach außen abragenden Flansch 28, in den in Abständen Bohrungen zum Durchführen von Befestigungsschrau- ben zum Anschließen der Lenkspindel 15 den Aktuator 2 eingebracht sind.
Die Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung ist bezüglich der weiteren notwendigen Aggregate und Bestandteile im Übrigen nicht näher dargestellt. Der Lenkspindel 15 sind beispielsweise in Figur 1 nicht dargestellte Drehwinkelsen- soren zugeordnet, mit denen der über das Lenkrad in die Lenkspindel eingebrachte Drehwinkel erfasst wird. Weitere Sensoren, wie beispielsweise Drehmomentsensoren können ebenfalls vorhanden sein.
Zum Erzeugen eines auf die Lenkspindel und somit auf das Lenkrad wir- kenden Fahrgefühls wird der Synchronmotor 2 über die Ansteuerelektronik
14 angesteuert, damit auf diese Weise unter Berücksichtigung des von dem Fahrer vorgegebenen Lenkwinkels, der Geschwindigkeit und gege- benenfalls weiterer Faktoren ein der von dem Fahrer ausgeübten Lenkbewegung entgegenwirkendes Drehmoment in die Lenkspindel eingebracht wird. Algorithmen zum Ansteuern eines solchen Aktuators sind hinlänglich bekannt.
Die Beschreibung der Aktuatoreinheit, die als solche für eine Kraftfahr- zeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung beschrieben worden ist, macht deutlich, dass, wenn die Aktuatorwelle mechanisch an die zu lenkenden Räder unter Zwischenschaltung eines Lenkgetriebes angeschlossen ist, der Ak- tuator auch als Lenkkraft unterstützender Aktuator eingesetzt werden kann, so dass auch für eine solche Anwendung die zu der Aktuatoreinheit beschriebenen Vorteile zum Tragen kommen können.
Bezugszeichenliste
Aktuatoreinheit Synchronmotor Rotor Aktuatorwelle Statorwicklung Aktuatorgehäuse Lager Lager Anbindungspunkt Kupplungsabschnitt Kragen Vielverzahnung Rotorlagesensor Ansteuerelektronik Lenkspindel Lenkspindelteil, oberes Mantelrohr Anschlussabschnitt Lager Lenkspindelteil, unteres Gleitelement Mantelrohr Gleitelement Anbindungspunkt Endabschnitt Montageplatte Zentrierflansch Flansch

Claims

Patentansprüche
1. Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrich- tung, umfassend eine in einem Mantelrohr (17, 22) angeordnete, gegenüber diesem um ihre Längsachse drehbar gelagerte Lenkspindel (15), deren eines Ende zum drehmomentschlüssigen Anschließen eines Lenkrades ausgebildet ist, sowie einen Aktuator (2) mit einer durch den Aktuator (2) angetriebenen Aktuatorwelle (4), deren eines Ende drehmomentschlüssig an die Lenkspindel (15) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkspindel (15) starr an die in zwei Lagern (7, 8) gelagerte Aktuatorwelle (4) angeschlossen ist, wobei eines der beiden Lager (7) im Bereich des Anschlusses der Aktuatorwelle (4) an die Lenkspindel (15) an- geordnet ist, und die Lenkspindel (15) infolge ihres starren Anschlusses an die Aktuatorwelle (4) aktuatorseitig über die Aktuatorwelle (4) gelagert ist.
2. Aktuatoreinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das lenkspindelseitige Lager (8) der Aktuatorwelle (4) in axialer
Richtung wirkend als Festlager und das andere Lager (7) der Aktuatorwelle (4) diesbezüglich als Loslager ausgeführt sind.
3. Aktuatoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass der Aktuator ein bürstenloser Gleichstrommotor (2) ist.
4. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) in einem als tragend konzipierten Aktuatorgehäuse (6) angeordnet ist, das über zumindest ei- nen Anbindungspunkt (9) zum Befestigen des Aktuatorgehäuses (6) an dem Chassis oder Rahmen eines Fahrzeuges verfügt.
5. Aktuatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die statorseitigen Wicklungen (5) des Motors (2) an der Innenseite des Aktuatorgehäuses (6) angeordnet sind.
6. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Luftspalt zwischen Rotor- und Statorwicklungen (3 bzw. 5) kleiner als 0,5 mm, insbesondere kleiner als 0,3 mm ist.
7. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur starren Verbindung von Aktuatorwelle (4) und Lenkspindel (15) die Lenkspindel (15) mittels einer Presssitzverbindung an die Aktuatorwelle (4) angeschlossen ist.
8. Aktuatoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Presssitzverbindung eine in Umfangsrichtung wirkende Verzahnung aufweist.
9. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lenkspindel (15) zweiteilig konzipiert ist und ein unteres Lenkspindelteil (20) sowie ein oberes Lenkspindelteil (16) umfasst, welche beiden Lenkspindelteile (16, 20) über ein in längsaxialer Richtung wirkendes Gleitlager (21 ) drehmomentschlüssig miteinander verbunden sind.
10. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das der Lenkspindel (15) zugeordnete Lager (19) im Bereich des lenkradseitigen Endes der Lenkspindel (15) angeordnet ist.
11. Aktuatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorwelle (4) als Hohlwelle mit Innenverzahnung ausgeführt ist.
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