DE10057950A1

DE10057950A1 - Actuator for vehicle steering systems is connected into the low torque region of the steering system via a friction wheel transmission with at least one biased friction wheel

Info

Publication number: DE10057950A1
Application number: DE2000157950
Authority: DE
Inventors: Walter Kogel; Martin Budaker
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-05-23

Abstract

The actuator (1) is connected into the low torque region of the steering system via a friction wheel transmission (4-7). At least one of the friction wheels in the friction wheel transmission is biased and the axes of rotation of the friction wheels intersect at an angle, preferably approximately 90 degrees.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für Fahrzeuglenksysteme gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an actuator for vehicle steering systems according to Preamble of claim 1.

Von Lenksystemen, bei welchen im Normalbetrieb die vom Fahrer betätigte Lenkhandhabe mit den lenkbaren Fahrzeugrädern über eine elektrische oder elektronische Regelstrecke miteinander verbunden ist und im Notbetrieb die lenkbaren Fahrzeugräder mechanisch und/oder hydraulisch mit der Lenkhandhabe zwangsgekoppelt sind oder redundante Stellmotoren, d. h. ein Teil dieser Motoren kann im Notfall die Aufgaben des anderen Teils übernehmen, besitzen, ist es bekannt, daß sie einen Aktuator aufweisen, der dem Fahrer eine Rückmeldung über die Lenkbewegungen adäquat zu einer Lenkhandhabe mit mechanischen Durchgriff zu den gelenkten Fahrzeugrädern liefert, in dem durch den Aktuator eine Handkraft an der Lenkhandhabe spürbar wird. Hierzu ist der über meßwerterfassende Sensoren angesteuerte Aktuator über Zahnradgetriebe an der Lenkradwelle des Fahrzeuges gekoppelt.Of steering systems, in which the driver's in normal operation actuated steering handle with the steerable vehicle wheels via a electrical or electronic controlled system is connected and in emergency operation the steerable vehicle wheels mechanically and / or are hydraulically positively coupled to the steering handle or redundant actuators, d. H. some of these engines can be used in an emergency take over the tasks of the other part, it is known that they have an actuator that provides the driver with feedback adequately to a steering handle with the steering movements mechanical penetration to the steered vehicle wheels delivers, in the a hand force on the steering handle can be felt by the actuator. For this purpose, the actuator is controlled via sensors that record measured values coupled to the steering wheel shaft of the vehicle via gear transmissions.

Bei Zahnradgetrieben treten herstellungsbedingte Toleranzen, wie Zahndickenabmaß, Flankenformfehler, Rundlauffehler, Teilungsfehler und Achsabstandsabweichungen auf. Um ein Klemmen der Getrieberäder zu vermeiden, muß zwischen den Flanken daher stets ein Spiel vorhanden sein. Dieses Zahnflankenspiel ist bei Anwendungen, wie einem Aktuatoranschluß für Fahrzeuglenksysteme störend, da dort eine relative Spielfreiheit in beide Drehrichtungen erforderlich ist. Deshalb wird bei der Montage von Zahnradgetrieben ein sehr hoher Aufwand betrieben, um das Spiel zu minimieren und an der Lenkhandhabe eine gute Charakteristik zu erzeugen.In the case of gear transmissions, manufacturing-related tolerances occur, such as Tooth thickness dimension, flank shape error, concentricity error, pitch error and Center distance deviations. To pinch the gear wheels avoid, there must always be a game between the flanks his. This backlash is for applications like one Actuator connection for vehicle steering systems disturbing, since there is a relative Backlash in both directions of rotation is required. Therefore at Assembly of gear transmissions operated to a very high cost minimize the game and have a good handlebar To produce characteristic.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Lösung liegt das Problem zugrunde, eine Aktuator-Anbindung an der Lenkradwelle zu konzipieren, bei welcher ein hoher Wirkungsgrad, eine kostengünstige Herstellung und Spielfreiheit gewährleistet wird. Das Problem wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst, indem der Aktuator eine Anbindung mittels Reibradgetriebe an der Lenkradwelle im Niedermomententeil des Lenksystems aufweist. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Beseitigung des Spiels die komfortreduzierenden Geräusche der Getriebe beseitigt werden, kostengünstige Motoren zur Erzeugung der Reaktionskräfte zum Einsatz kommen können und somit der Aktuator und sein Anschluß kleinbauend und platzsparend ausgeführt werden können. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The solution specified in claim 1 is the problem to design an actuator connection on the steering wheel shaft, with which a high efficiency, an inexpensive production and freedom of play is guaranteed. The problem is caused by the im characterizing part of claim 1 listed features solved by connecting the actuator with a friction gear the steering wheel shaft in the low-torque part of the steering system. The Advantages achieved with the invention are in particular that by eliminating the game the comfort-reducing sounds of the Gearboxes are eliminated, inexpensive engines to generate the Reaction forces can be used and thus the actuator and its connection can be made compact and space-saving can. Advantageous developments of the invention are in the Subclaims specified.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail below. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform für einen Aktuatoranschluß; Fig. 1 is a longitudinal section of an embodiment for an actuator port;

Fig. 2 eine Vorderansicht des Aktuatoranschlusses nach Fig. 1. FIG. 2 shows a front view of the actuator connection according to FIG. 1.

Im wesentlichen gleiche Teile in den unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Substantially identical parts in the different figures are included provided with the same reference numerals.

Die Zeichnung zeigt die zu einer steer-by-wire Anwendung in Kraftfahrzeugen gehörende Anbindung eines Aktuators 1 an die Lenkradwelle 3, d. h. im Normalbetrieb wird die Lenkkraft ausschließlich von einer im Fahrzeug vorhandenen Energiequelle aufgebracht und die Lenkhandhabe 2 ist lediglich über eine Regelstrecke wirkungsmäßig mit einem die lenkbaren Fahrzeugräder betätigbaren Motor verbunden. Durch Sensoren dieser Regelstrecke werden lenkspezifische Parameter, wie z. B. die wirksamen Lenkkräfte an den Fahrzeugrädern in Abhängigkeit vom Drehwinkel oder der Fahrgeschwindigkeit erfaßt. In Abhängigkeit solcher Parameter wird der Aktuator 1 angesteuert und der Fahrer erhält über die Lenkbewegungen eine Rückmeldung, die ihm das Gefühl gibt, hinter seiner Lenkhandhabe 2 befinde sich eine normale Lenkung mit mechanischem Durchgriff zu den gelenkten Rädern.The drawing shows the connection of an actuator 1 to the steering wheel shaft 3 , which is part of a steer-by-wire application in motor vehicles, that is, in normal operation, the steering force is exerted exclusively by an energy source present in the vehicle and the steering handle 2 is effective only over a controlled system with a the steerable vehicle wheels actuated motor connected. Sensors of this controlled system are steering-specific parameters such. B. detects the effective steering forces on the vehicle wheels depending on the angle of rotation or the driving speed. Depending on such parameters, the actuator 1 is activated and the driver receives feedback via the steering movements, which gives him the feeling that there is a normal steering behind his steering handle 2 with mechanical access to the steered wheels.

Im Notbetrieb wird die Lenkhandhabe 2 bekanntermaßen mit den gelenkten Fahzeugrädern mechanisch und/oder hydraulisch zwangsgekoppelt oder das Lenksystem weist redundante Stellmotoren auf.In emergency operation, the steering handle 2 is known to be mechanically and / or hydraulically positively coupled to the steered vehicle wheels or the steering system has redundant servomotors.

Erfindungsgemäß wird der Aktuator 1 bei einer solchen steer-by-wire Anwendung über ein Reibradgetriebe 4 bis 7 im Niedermomententeil des Lenksystems, d. h. an dem eine Verbindung zur Lenkhandhabe 2 aufweisenden Teil der Lenkwelle 3, angebunden. Die Lenkhandhabe 2 ist in Fig. 1 nur symbolisch als Pfeil dargestellt. Die Anwendung eines Reibradgetriebes 4 bis 7 läßt aufgrund der Übersetzung den Einsatz von kleinen E-Motoren zu, die eine hohe Drehzahl realisieren können. Die Drehachsen 6 und 7 des Reibradgetriebe 4 bis 7 sind parallel zueinander angeordnet und die Reibradpaarung 4 und 5 weist eine Kombination aus keilnutförmigen und kegelförmigen Reibflächen auf. Um Achsabstandstoleranzen auszugleichen und den Verschleiß der Reibräder 4 und 5 zu kompensieren, ist das aktuatorseitige, treibende Reibrad 4 durch die in axiale Richtung wirkende Feder 8 vorgespannt.According to the invention, the actuator 1 is connected in such a steer-by-wire application via a friction gear 4 to 7 in the low-torque part of the steering system, ie to the part of the steering shaft 3 which has a connection to the steering handle 2 . The steering handle 2 is shown only symbolically in FIG. 1 as an arrow. The use of a friction gear 4 to 7 allows the use of small electric motors due to the translation, which can realize a high speed. The axes of rotation 6 and 7 of the friction wheel gear 4 to 7 are arranged parallel to one another and the friction wheel pair 4 and 5 has a combination of wedge-shaped and conical friction surfaces. In order to compensate for center distance tolerances and to compensate for the wear of the friction wheels 4 and 5 , the actuator-side, driving friction wheel 4 is prestressed by the spring 8 acting in the axial direction.

In einem nicht dargestellten Anwendungsfall schneiden sich die Drehachsen 6 und 7 des Reibradgetriebes 4 bis 7 in einem Winkel von annähernd 90° und die Reibradpaarung 4 und 5 ist als Kegelreibradgetriebe ausgeführt. Die Anpreßkraft wird bei einem solchen Kegelreibradgetriebe dadurch erreicht, daß eines oder beide der Reibräder 4 oder/und 5 mit Hilfe einer Feder 8 axial an das Gegenrad 4 oder 5 gepreßt wird.In an application, not shown, the axes of rotation 6 and 7 of the friction gear 4 to 7 intersect at an angle of approximately 90 ° and the pair of friction wheels 4 and 5 is designed as a bevel gear. The contact pressure is achieved in such a bevel friction gear in that one or both of the friction wheels 4 or / and 5 is axially pressed against the counter wheel 4 or 5 by means of a spring 8 .

Vorstellbar wäre je nach Ausführung der Reibradpaarung 4 und 5 mit zylindrischen, stirnseitigen, kegelförmigen oder keilnutförmigen Reibflächen oder einer Kombination dieser Reibflächen eine Anordnung der Drehachsen 6 und 7 in einem Winkel der zwischen der parallelen und der 90° Anordnung liegt. Ebenso kann die Realisierung der Vorspannung über beide Reibräder 4 und 5 des Reibradgetriebes 4 bis 7 gegebenenfalls unter Verwendung von zwischengeschalteten Hilfsrädern erfolgen.Depending on the design of the friction wheel pair 4 and 5 with cylindrical, frontal, conical or wedge-shaped friction surfaces or a combination of these friction surfaces, it would be conceivable to arrange the axes of rotation 6 and 7 at an angle lying between the parallel and the 90 ° arrangement. Likewise, the pretensioning can be implemented via both friction wheels 4 and 5 of the friction wheel transmission 4 to 7, if necessary using intermediate auxiliary wheels.

Claims

1. Actuator for vehicle steering systems, in particular for the feedback of the steering movements to the driver in vehicles whose steering handle is connected to the steerable vehicle wheels via an electrical or electronic controlled system, characterized in that the actuator ( 1 ) via a friction gear ( 4 to 7 ) is connected in the low-torque part of the steering system.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that at least one of the friction wheels ( 4 or 5 ) of the friction gear ( 4 to 7 ) is biased.

3. Actuator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the axes of rotation ( 6 and 7 ) of the friction gear ( 4 to 7 ) intersect at an angle, preferably an approximately 90 ° angle.

4. Actuator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the axes of rotation ( 6 and 7 ) of the friction gear ( 4 to 7 ) are arranged parallel to each other.

5. Actuator according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the friction wheels ( 4 and 5 ) of the friction gear ( 4 to 7 ) are equipped with cylindrical, end-face, conical or spline-shaped friction surfaces or a combination of these friction surfaces.