DE102004057925A1 - steering device - Google Patents

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DE102004057925A1
DE102004057925A1 DE200410057925 DE102004057925A DE102004057925A1 DE 102004057925 A1 DE102004057925 A1 DE 102004057925A1 DE 200410057925 DE200410057925 DE 200410057925 DE 102004057925 A DE102004057925 A DE 102004057925A DE 102004057925 A1 DE102004057925 A1 DE 102004057925A1
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Matthias Dipl.-Ing. Gregor
Rainer Dr. Kaufmann
Jens Dipl.-Ing. Meintschel
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DaimlerChrysler AG
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Abstract

Es wird eine Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe (1), einem Lenkgetriebe (11), das die Drehbewegung einer Eingangswelle (12) in eine Schiebebewegung einer Spurstange umsetzt, einem zwischen Lenkgetriebe (11) und Lenkhandhabe (1) angeordneten Überlagerungsgetriebe (21), das ein mit der Lenkhandhabe (1) in Wirkverbindung stehendes erstes Hohlrad (2a) und ein mit der Eingangswelle (12) des Lenkgetriebes (11) in Wirkverbindung stehendes zweites Hohlrad (2b) aufweist, wobei ein Planetenrad (4) gleichzeitig mit dem ersten und zweiten Hohlrad (2a, 2b) in Eingriff steht. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist bei der Lenkungsvorrichtung vorgesehen, dass sich das Planetenrad (4) über die Mittelachse der Hohlräder (2a, 2b) erstreckt und auf einer mit einem Rotor (7) eines Elektromotors (6) verbundenen Exzenterwelle (5) gelagert ist. DOLLAR A Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen.It is proposed a steering device for a motor vehicle, with a driver operable by the steering handle (1), a steering gear (11), which converts the rotational movement of an input shaft (12) in a sliding movement of a tie rod, between a steering gear (11) and steering handle (1 ) arranged superposition gear (21) having a standing with the steering handle (1) operatively connected first ring gear (2a) and with the input shaft (12) of the steering gear (11) operatively connected second ring gear (2b), wherein a planetary gear ( 4) is engaged simultaneously with the first and second ring gears (2a, 2b). DOLLAR A According to the invention, it is provided in the steering device that the planet gear (4) extends over the central axis of the ring gears (2a, 2b) and is mounted on an eccentric shaft (5) connected to a rotor (7) of an electric motor (6). DOLLAR A application in motor vehicles, especially passenger cars.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a steering device according to the preamble of claim 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 101 60 313 A1 ist eine Lenkungsvorrichtung bekannt, die ein als Planetengetriebe ausgeführtes Überlagerungsgetriebe aufweist. Das Planetengetriebe weist zwei Hohlräder, mindestens ein auf einem Steg gelagertes Stufenplanetenrad sowie ein von einem Elektromotor antreibbares Schneckengetriebe auf.From the publication DE 101 60 313 A1 a steering device is known which has a superposition gear designed as a planetary gear. The planetary gear has two ring gears, at least one mounted on a web stage planetary gear and a driven by an electric motor worm gear.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Lenkungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein Überlagerungsgetriebe mit einem einfacheren Aufbau aufweist.task the invention it is in contrast, a Steering device available to put that a superposition gearbox having a simpler structure.

Diese Aufgabe wird durch eine Lenkungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is achieved by a steering device with the features of Claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung zeichnet sich durch ein Planetenrad, das sich über der Mittelachse der Hohlräder erstreckt und auf einer mit einem Rotor eines Elektromotors verbundenen Exzenterwelle gelagert ist, aus. Die Zähnezahl des Planetenrades ist nur bis ca. 10%, d.h. geringfügig kleiner als die der Hohlräder. Die Exzenterwelle hat die Funktion eines Steges, der in vorteilhafter Weise direkt, d.h. ohne Zwischengetriebe von einem Elektromotor antreibbar ist. Durch Bestromung des Elektromotors dreht dessen Rotor die Exzenterwelle, dadurch wälzt das Planetenrad im ersten Hohlrad ab, das zweite Hohlrad verdreht sich relativ zum ersten Hohlrad und dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel wird ein Zusatzlenkwinkel überlagert.The Draws steering device according to the invention by a planetary gear extending over the central axis of the ring gears and on an eccentric shaft connected to a rotor of an electric motor is stored, off. The number of teeth of the planetary gear is only up to about 10%, i. slightly smaller than that of the ring gears. The eccentric shaft has the function of a web, in an advantageous Way directly, i. without intermediate gear from an electric motor is drivable. By energizing the electric motor turns its Rotor the eccentric shaft, thereby the planetary gear rolls in the first Ring gear from, the second ring gear rotates relative to the first ring gear and the steering angle set by the driver, an additional steering angle is superimposed.

In Ausgestaltung der Erfindung steht das als Einfachplanetenrad ausgeführte Planetenrad mit dem ersten und zweiten Hohlrad im Zahneingriff, wobei das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad unterschiedliche Profilverschiebungen und Zähnezahlen aufweisen. Unter einem Einfachplanetenrad ist ein Planetenrad zu verstehen, bei dem sich die durch eine Verzahnungsgeometrie definierten Zähne über die gesamte Zahnradbreite erstrecken. Um ein Kämmen der Hohlräder unterschiedlicher Zähnezahl mit dem Einfachplanetenrad zu ermöglichen, weisen die Hohlräder unterschiedliche Profilverschiebungen auf. Beispielsweise kann das zweite Zahnrad durch eine positive Profilverschiebung gegenüber dem ersten Zahnrad, das keine oder eine negative Profilverschiebung aufweist, mehr Zähne aufweisen. In einem anderen Fall weist das zweite Zahnrad durch eine negative Profilverschiebung weniger Zähne als das erste Zahnrad auf. Der Aufbau des Überlagerungsgetriebes mit einem Einfachplaneten und den beiden Hohlrädern nimmt wenig Bauraum in Anspruch, ist kostengünstig herstellbar und ermöglicht hohe Übersetzungen zwischen Exzenterwelle und dem zweiten Hohlrad. Die hohe Übersetzung erlaubt den Einsatz eines kleinen Elektromotors und ermöglicht eine exakte Einstellung des Überlagerungswinkels.In Embodiment of the invention is running as Einfachplanetenrad planetary gear with the first and second ring gear in tooth engagement, wherein the first Ring gear and the second ring gear different profile shifts and have numbers of teeth. A simple planetary gear is understood to mean a planetary gear in which the teeth defined by a tooth geometry on the extend entire gear width. To a combing of the ring gears of different number of teeth to enable with the Einfachplanetenrad, the ring gears have different Profile shifts on. For example, the second gear by a positive profile shift relative to the first gear, the has no or a negative profile shift, have more teeth. In another case, the second gear by a negative Profile shift less teeth as the first gear on. The construction of the superposition gear with a Einfachplaneten and the two ring gears takes up little space in Claim, is inexpensive can be produced and enabled high translations between the eccentric shaft and the second ring gear. The high translation allows the use of a small electric motor and allows one exact adjustment of the overlay angle.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Planetenrad als zwei Verzahnungsbereiche umfassendes Stufenplanetenrad ausgeführt, wobei ein erster Bereich mit dem ersten Hohlrad und ein zweiter Bereich mit dem zweiten Hohlrad im Eingriff steht. Bei hohen Übersetzungen zwischen der Exzenterwelle und dem zweiten Hohlrad ist das Planetenrad zur Vermeidung von Eingriffstörungen als Stufenplanetenrad ausgeführt. Beispielsweise dürfen bei einer Evolventenverzahnung nur evolventenförmige Flankenteile zum Eingriff kommen. Die Zähnezahlen der Verzahnungsbereiche des Stufenplaneten sind um ca. 10% kleiner als die der mit den jeweiligen Verzahnungsbereichen kämmenden Hohlrädern. Der Stu fenplanet ermöglicht die Darstellung hoher Übersetzungen zwischen Exzenterwelle und dem zweiten Hohlrad.In Another embodiment of the invention, the planetary gear as two Verzahnungsbereiche comprehensive Stufenplanetenrad executed, wherein a first region with the first ring gear and a second region is engaged with the second ring gear. At high translations between the eccentric shaft and the second ring gear is the planetary gear for Avoidance of interference executed as Stufenplanetenrad. For example, allowed in the case of an involute toothing only involute flank parts for engagement come. The numbers of teeth Gearing areas of the stepped planet are approx. 10% smaller than the meshing with the respective toothed areas Ring gears. The stu fenplanet allows the presentation of high translations between the eccentric shaft and the second ring gear.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor in einer das zweite Hohlrad und die Eingangswelle des Lenkgetriebes miteinander verbindenden Lenkwelle angeordnet. Der Rotor des Elektromotors ist konzentrisch zu den Hohlrädern angeordnet. Infolge beengten Bauraumverhältnissen zwischen dem die zwei Hohlräder und das Planetenrad umfassenden Zahnradsatzes und der Lenkhandhabe ist in vorteilhafter Weise der Elektromotor in der Lenkwelle anordenbar.In Another embodiment of the invention, the electric motor in one the second ring gear and the input shaft of the steering gear with each other connecting steering shaft arranged. The rotor of the electric motor is concentric with the ring gears arranged. Due to cramped space conditions between the two ring gears and the planet gear comprehensive gear set and the steering handle is advantageously the electric motor in the steering shaft can be arranged.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor in einem die Lenkhandhabe und das erste Hohlrad miteinander verbindenden Lenkrohr angeordnet. Das Lenkrohr weist einen ausreichend großen Innendurchmesser zur Aufnahme des Elektromotors auf. Der Rotor des Elektromotors ist konzentrisch zu den Hohlrädern angeordnet. Der beispielsweise als bürstenloser Motor ausgeführte Elektromotor ist platzsparend in dem Lenkrohr anordenbar.In Another embodiment of the invention, the electric motor in one connect the steering handle and the first ring gear together Steering tube arranged. The steering tube has a sufficiently large inner diameter for receiving the electric motor. The rotor of the electric motor is concentric with the ring gears arranged. The example designed as a brushless motor electric motor is space-saving in the steering tube can be arranged.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lenkhandhabe über eine Zahnradstufe mit dem ersten Hohlrad verbunden. Die Zahnradstufe umfasst ein mit dem Lenkrohr und ein mit dem ersten Hohlrad verbundenes Zahnrad. Eine Drehbewegung der Lenkhandhabe bzw. des Lenkrohrs wird durch Kämmen der Zahnräder der Zahnradstufe auf das erste Hohlrad übertragen. Die Zahnradstufe ist beispielsweise als Stirnradpaar oder als Kegelradpaar ausführbar. Die Zahnradstufe ermöglicht eine Anordnung des Elektromotors außerhalb des Lenkrohrs oder der Lenkwelle. Der Elektromotor kann damit auch fahrzeugfest gelagert werden. Das Drehmoment am Stator des Elektromotors stützt sich damit nicht am Lenkrohr oder der Lenkwelle ab.In a further embodiment of the invention, the steering handle is connected via a gear stage with the first ring gear. The gear stage includes a gear connected to the steering tube and connected to the first ring gear. A rotational movement of the steering handle or the steering tube is transmitted by combing the gears of the gear stage to the first ring gear. The gear stage can be executed, for example, as a pair of spur gears or as a pair of bevel gears. The gear stage allows an arrangement of the electric motor outside of the steering tube or the steering shaft. The electric motor can thus drive stored stable. The torque on the stator of the electric motor is thus not supported on the steering tube or the steering shaft.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung tritt zwischen dem ersten und zweiten Hohlrad Selbsthemmung auf. Die Selbsthemmung verhindert bei einer Drehmomentbeaufschlagung des ersten oder zweiten Hohlrades ein Abwälzen des Planetenrades in den Hohlrädern, d.h. die Hohlräder und das Planetenrad drehen im Block um und die Drehzahl der beiden Hohlräder ist gleich groß.In Another embodiment of the invention occurs between the first and second ring gear self-locking on. The self-locking prevents at a torque application of the first or second ring gear a rolling of the planet wheel in the ring gears, i.e. the ring gears and the planetary wheel rotate in the block and the speed of the two ring gears is the same size.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenFurther Features and combinations of features result from the description as well as the drawings. Specific embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawings and in the following Description explained in more detail. It demonstrate

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung, 1 a schematic representation of a steering device according to the invention,

2 perspektivische Darstellungen der Bauteile des Überlagerungsgetriebes aus 1, 2 perspective views of the components of the superposition gear 1 .

3 perspektivische und geschnittene Ansicht eines montierten Überlagerungsgetriebes aus 2, 3 perspective and sectional view of a mounted superposition gearing off 2 .

4 eine Variante der Lenkungsvorrichtung aus 1 und 4 a variant of the steering device 1 and

5 eine weitere Variante der Lenkungsvorrichtung aus 1. 5 another variant of the steering device 1 ,

Gleichwirkende Bauteile in den 1 bis 5 sind im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Equivalent components in the 1 to 5 are denoted below by the same reference numerals.

In 1 ist schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe 21 dargestellt. Eine Lenkhandhabe 1 in Form eines Lenkrads ist über ein Lenkrohr 3 mit einem ersten Hohlrad 2a verbunden. Ein Planentenrad 4 steht mit dem ersten Hohlrad 2a und einem zweiten Hohlrad 2b im Zahneingriff. Das Planetenrad 4 ist als Einfachplanetenrad ausgeführt, d.h. die durch eine Verzahnungsgeometrie gekennzeichneten Zähne erstrecken sich über die gesamte Zahnradbreite.In 1 schematically is the structure of a steering device according to the invention with a superposition gear 21 shown. A steering handle 1 in the form of a steering wheel is via a steering tube 3 with a first ring gear 2a connected. A planetary wheel 4 stands with the first ring gear 2a and a second ring gear 2 B in the tooth mesh. The planet wheel 4 is designed as Einfachplanetenrad, ie the teeth characterized by a tooth geometry extend over the entire gear width.

Das zweite Hohlrad 2b weist eine vom ersten Hohlrad 2a abweichende Zähnezahl auf. Um den Eingriff mit dem Planetenrad 4 zu ermöglichen, wird die unterschiedliche Zähnezahl durch eine Profilverschiebung erzielt. Diese dem Verzahnungsfachmann geläufige Maßnahme besteht darin, dass eine Profilbezugslinie der Verzahnung der Hohlräder 2a, 2b vom Teilkreisdurchmesser in Richtung Kopfkreisdurchmesser (positive Profilverschiebung) oder in Richtung Fußkreisdurchmesser (negative Profilverschiebung) verschoben wird. Bei einer genügend großen Verschiebung sind an den Hohlrädern 2a, 2b gegenüber einer Ausführung ohne Profilverschiebung mehr oder weniger Zähne anordenbar, wobei die Hohlräder 2a, 2b weiterhin mit dem Planetenrad 4 kämmen.The second ring gear 2 B has one from the first ring gear 2a deviating number of teeth. To the engagement with the planetary gear 4 to allow the different number of teeth is achieved by a profile shift. This the toothing expert common measure is that a profile reference line of the teeth of the ring gears 2a . 2 B is shifted from the circle diameter in the direction of the tip circle diameter (positive profile shift) or in the direction of the root circle diameter (negative profile shift). At a sufficiently large displacement are on the ring gears 2a . 2 B compared to a version without profile displacement more or less teeth can be arranged, wherein the ring gears 2a . 2 B continue with the planetary gear 4 comb.

Das Planetenrad 4 ist auf einer Exzenterwelle 5 drehbar gelagert. Die Exzenterwelle 5 ist mit einem Rotor 7 eines in dem Lenkrohr 3 angeordneten Elektromotors 6 gekoppelt. Der Stator 8 des Elektromotors 6 stützt sich in dem Lenkrohr 3 ab. Über ein flexibles Bandkabel 15 ist der Elektromotor 6 mit einem Steuergerät 14 verbunden. Alternativ kann der Elektromotor 6 auch über Schleifkontakte mit elektrischer Energie versorgt werden. Das mit einem Fahrdynamikrechner beispielsweise über CAN verbundene Steuergerät 14 bestromt den Elektromotor 6 in Abhängigkeit von einem vom Fahrdynamikrechner angeforderten Zusatzlenkwinkel.The planet wheel 4 is on an eccentric shaft 5 rotatably mounted. The eccentric shaft 5 is with a rotor 7 one in the steering tube 3 arranged electric motor 6 coupled. The stator 8th of the electric motor 6 rests in the steering tube 3 from. Via a flexible ribbon cable 15 is the electric motor 6 with a control unit 14 connected. Alternatively, the electric motor 6 be supplied via sliding contacts with electrical energy. The control unit connected to a vehicle dynamics computer, for example via CAN 14 energises the electric motor 6 depending on an additional steering angle requested by the vehicle dynamics computer.

Eine Lenkwelle 9 ist über einen Flansch 10 mit dem zweiten Hohlrad 2b verbunden. Die Lenkwelle 9 überträgt die Drehbewegung des zweiten Hohlrades 2b auf eine Eingangswelle 12 eines Lenkgetriebes 11. Das Lenkgetriebe 11 setzt die Drehbewegung der Lenkwelle 9 in eine Schiebebewegung von Spurstangen um. Die Spurstangen sind mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs verbunden.A steering shaft 9 is over a flange 10 with the second ring gear 2 B connected. The steering shaft 9 transfers the rotational movement of the second ring gear 2 B on an input shaft 12 a steering gear 11 , The steering gear 11 sets the rotational movement of the steering shaft 9 into a sliding movement of tie rods. The tie rods are connected to steerable wheels of the vehicle.

Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung ermöglicht durch Ansteuerung des Elektromotors 6 einem vom Fahrer über das Lenkrad 1 vorgegebenen Lenkwinkel einen weiteren Winkel zu überlagern.The steering device according to the invention allows by controlling the electric motor 6 one from the driver over the steering wheel 1 predetermined steering angle to superimpose another angle.

Bei einem Lenkvorgang ohne Lenkwinkelüberlagerung wird die Drehbewegung des Lenkrads 1 über das erste Hohlrad 2a auf das Planetenrad 4 übertragen. Die Exzenterwelle 5 steht still, solange ein an der Exzenterwelle 5 anstehendes Drehmoment über den Elektromotor 6 abstützbar ist. Die Übersetzung iH2a_H2b der Drehzahlen nH2a vom ersten Hohlrad 2a zur Drehzahl nH2b zum zweiten Hohlrad 2b ist wie folgend durch das Zähnezahlverhältnis bestimmt:

Figure 00060001
wobei die Zähnezahl des ersten Hohlrades 2a mit ZH2a, die des zweiten Hohlrades 2b mit ZH2b bezeichnet ist.In a steering operation without steering angle superposition is the rotational movement of the steering wheel 1 over the first ring gear 2a on the planet 4 transfer. The eccentric shaft 5 stands still, as long as one at the eccentric shaft 5 imminent torque via the electric motor 6 is supportable. The ratio i H2a_H2b of the speeds n H2a of the first ring gear 2a to the speed n H2b to the second ring gear 2 B is determined by the number of teeth as follows:
Figure 00060001
where the number of teeth of the first ring gear 2a with Z H2a , that of the second ring gear 2 B designated Z H2b .

Die Übersetzung iH2a_H2b ist gleichbedeutend mit der Übersetzung zwischen dem Lenkrad 1 und der Lenkwelle 9.The translation i H2a_H2b is synonymous with the translation between the steering wheel 1 and the steering shaft 9 ,

Bevorzugt ist die Lenkungsvorrichtung derart auszulegen, dass sich das Planetenrad 4 mit den Hohlrädern 2a, 2b im Block dreht. Damit wird vermieden, dass ein an der Lenkwelle 9 anstehendes Lenkmoment ständig über die Exzenterwelle 5 bzw. durch den Elektromotor 6 abgestützt werden muss. Gegebenenfalls kann durch eine geringfügige Bestromung des Elektromotors 6 ein Umlauf im Block sichergestellt werden. Alternativ ist eine Auslegung zu bevorzugen, die bei Antrieb des ersten Hohlrads 2a eine Selbsthemmung zum zweiten Hohlrad 2b vorsieht (selbsthemmendes Getriebe) und dabei einen Blockumlauf der beiden Hohlräder 2a, 2b sicherstellt. Auch im umgekehrten Fall, das heißt bei Antrieb des zweiten Hohlrades 2b tritt Selbsthemmung zum ersten Hohlrad 2a auf. Bei der Selbsthemmung ist ein Abwälzen des Planetenrades 4 in den Hohlrädern 2a, 2b bei Antrieb an einem der beiden Hohlrädern 2a, 2b nicht möglich.Preferably, the steering device is designed such that the planet 4 with the ring gears 2a . 2 B in the block turns. This will avoid having one on the steering shaft 9 Pending steering torque constantly on the eccentric shaft 5 or by the electric motor 6 must be supported. Optionally, by a slight energization of the electric motor 6 a circulation in the block can be ensured. Alternatively, a design is preferable to that when driving the first ring gear 2a a self-locking to the second ring gear 2 B Provides (self-locking gear) while a block circulation of the two ring gears 2a . 2 B ensures. Also in the opposite case, that is when driving the second ring gear 2 B Self-locking occurs to the first ring gear 2a on. When self-locking is a rolling of the planetary gear 4 in the ring gears 2a . 2 B when driving on one of the two ring gears 2a . 2 B not possible.

Bei Ausfall einer elektrischen Komponente wie beispielsweise dem Elektromotor 6 oder dem Steuergerät 14 ist das Fahrzeug rein mechanisch lenkbar. Bei einem Blockumlauf der beiden Hohlräder 2a, 2b stellt sich in vorteilhafter Weise zwischen Lenk rad 1 und der Lenkwelle 9 die Übersetzung iH2a_H2b = 1 ein. Da die Hohlrädern 2a, 2b nur geringe Zähnezahlunterschiede von beispielsweise 1 oder 2 Zähnen aufweisen, liegt auch bei stehender Exzenterwelle 5 die Übersetzung zwischen Lenkrad 1 und der Lenkwelle 9 annährend bei 1, so dass sowohl bei stillstehender als auch bei mitdrehender Exzenterwelle 5 die mechanische Lenkbarkeit gewährleistet ist. Eine stehende Exzenterwelle 5 ist bei einem nicht selbsthemmenden Getriebe durch Abstützung am Elektromotor 6 und/oder einer zusätzliche Verriegelung der Exzenterwelle 5 darstellbar.In case of failure of an electrical component such as the electric motor 6 or the controller 14 the vehicle is purely mechanically steerable. In a block circulation of the two ring gears 2a . 2 B turns in an advantageous way between steering wheel 1 and the steering shaft 9 the translation i H2a_H2b = 1. Because the ring gears 2a . 2 B have only small number of teeth differences, for example, 1 or 2 teeth, is also in stationary eccentric shaft 5 the translation between steering wheel 1 and the steering shaft 9 close to 1, so that both with stationary as well as co-rotating eccentric shaft 5 the mechanical steering is guaranteed. A standing eccentric shaft 5 is in a non-self-locking gear by support on the electric motor 6 and / or an additional locking of the eccentric shaft 5 represented.

Zur Erhöhung von beispielsweise einer Fahrstabilität oder einer Fahrzeugagilität gibt der Fahrdynamikrechner einen dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel überlagerten Zusatzlenkwinkel vor. Das Steuergerät 14 bestromt den Elektromotor 6 solange, bis der Zusatzlenkwinkel gestellt ist. Dabei verlagert sich durch Drehung der Exzenterwelle 5 der Zahneingriffspunkt zwischen Planetenrad 4 und den Hohlrädern 2a, 2b. Das Planetenrad 4 dreht sich relativ zur Exzenterwelle 5 und wälzt in den beiden Hohlräder 2a, 2b ab. Durch die unterschiedlichen Zähnezahlen der Hohlräder 2a, 2b verdrehen sich diese relativ zueinander. Die Lenkwelle 9 dreht sich bei Betätigung des Lenkrads 1 aufgrund des Blockumlaufes von Planetenrad 4 und den beiden Hohlrädern 2, eine Drehbewegung des Planetenrades 4 auf der Exzenterachse 5 überlagert sich als Zusatzlenkwinkel auf die Lenkwelle 9. Eine Rückstellung des Zusatzlenkwinkels erfolgt durch Zurückdrehen der Exzenterwelle 5 in die ursprüngliche Position.To increase, for example, a driving stability or a vehicle agility, the driving dynamics computer predefines an additional steering angle superimposed on the steering angle set by the driver. The control unit 14 energises the electric motor 6 until the additional steering angle is set. It shifts by rotation of the eccentric shaft 5 the tooth engagement point between planetary gear 4 and the ring gears 2a . 2 B , The planet wheel 4 rotates relative to the eccentric shaft 5 and rolls in the two ring gears 2a . 2 B from. Due to the different numbers of teeth of the ring gears 2a . 2 B they twist relative to each other. The steering shaft 9 turns when the steering wheel is pressed 1 due to the block revolution of planetary gear 4 and the two ring gears 2 , a rotational movement of the planetary gear 4 on the eccentric axis 5 superimposed as additional steering angle on the steering shaft 9 , A provision of the additional steering angle is done by turning back the eccentric shaft 5 to the original position.

Die Übersetzung iE_H2b zwischen der Drehzahl nE der Exzenterwelle 5 und der Drehzahl nH2b des zweiten Hohlrades 2b, das mit der Lenkwelle 9 verbunden ist, bestimmt sich bei stehendem ersten Hohlrad 2a mit den Zähnezahlen zH2a und zH2b des ersten und zweiten Hohlrades 2a, 2b zu:

Figure 00070001
wobei der mögliche Übersetzungsbereich der Anordnung bei 10 < |iE_H2b| < 100 liegt. In Abhängigkeit des durch die Profilver schiebung erreichten Zähnezahlverhältnises ist die Übersetzung iE_H2b Positiv oder negativ, d.h. das zweite Hohlrad 2b dreht gleichsinnig mit oder gegensinnig zur Exzenterwelle 5. Ist beispielsweise zH2a > zH2b so dreht das zweite Hohlrad 2b gleichsinnig, ist zH2a < zH2b so dreht das zweite Hohlrad 2b gegensinnig zur Exzenterwelle 5.The ratio i E_H2b between the speed n E of the eccentric shaft 5 and the speed n H2b of the second ring gear 2 B that with the steering shaft 9 is connected, determined when the first ring gear 2a with the numbers of teeth z H2a and z H2b of the first and second ring gear 2a . 2 B to:
Figure 00070001
wherein the possible translation range of the device is 10 <| i E_H2b | <100 lies. Depending on the tooth ratio achieved by the profile shift, the ratio i E_H2b is positive or negative, ie the second ring gear 2 B turns in the same direction as or opposite to the eccentric shaft 5 , For example, if z H2a > z H2b , the second ring gear rotates 2 B in the same direction, z H2a <z H2b is the second ring gear 2 B in the opposite direction to the eccentric shaft 5 ,

2 zeigt Bauteile des Überlagerungsgetriebes 21 der erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung in einer Explosionsdarstellung. In dem Lenkrohr 3 ist der Stator 8 des Elektromotors 6 angeordnet. Der Rotor 7 ist in einem Lager 15 gelagert und treibt die Exzenterwelle 5 an. Ein erstes Nadellager 16 lagert das Planetenrad 4 auf der Exzenterwelle 5. Das Planetenrad 4 greift sowohl in das erste Hohlrad 2a als auch in das zweite Hohlrad 2b ein. Das Lenkrohr 3 weist einen Flansch 13 auf, der über Schrauben 19 mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden ist. Wie in 3 gezeigt weist die Lenkwelle 9 einen Flansch 10 auf, der über ein zweites Nadellager 17 in einem mit ersten Hohlrad 2a vorzugsweise einstückigen Trägerring 18 gelagert ist. Alternativ kann der Trägerring 18 beispielsweise über eine stoff- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden sein. Der Lenkwellenflansch 10 ist gleichfalls über eine stoff- und/oder eine formschlüssige Verbindung 20 mit dem zweiten Hohlrad 2b verbunden. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist beispielsweise eine Schweißverbindung, unter einer formschlüssigen Verbindung einen Pressverbindung oder eine Kerbverzahnverbindung zu verstehen. Die gezeigt Anordnung ermöglicht eine Verdrehung des ersten Hohlrades 2a gegenüber dem zweiten Hohlrad 2b. Über eine Verschraubung 23 ist der Trägering 18 mit einem Abschlussring 22, der die axiale Bewegung des Lenkwellenflansches 10 begrenzt, verbunden. Ein axiales Auswandern des Lenkwellenflansches 10 aus dem Trägerring 18 ist damit vermieden. Der Lenkwellenflansch 10 weist einen ein drittes Nadellager 24 tragenden Zapfen auf. In zusammengebautem Zustand des Überlagerungsgetriebes 21 ist das dritte Nadellager 24 in einer Bohrung der Exzenterwelle 5 angeordnet. Die Exzenterwelle 5 stützt sich an dem Zapfen bzw. an dem Lenkwellenflansch 10 ab. Einer Verformung der Exzenterwelle 5 unter hohen Querkräften ist durch die Abstützung vermieden. 2 shows components of the superposition gear 21 the steering device according to the invention in an exploded view. In the steering tube 3 is the stator 8th of the electric motor 6 arranged. The rotor 7 is in a warehouse 15 stored and drives the eccentric shaft 5 at. A first needle roller bearing 16 stores the planetary gear 4 on the eccentric shaft 5 , The planet wheel 4 engages both in the first ring gear 2a as well as in the second ring gear 2 B one. The steering tube 3 has a flange 13 on top of the screws 19 with the first ring gear 2a connected is. As in 3 shown has the steering shaft 9 a flange 10 on top of a second needle roller bearing 17 in one with the first ring gear 2a preferably one-piece carrier ring 18 is stored. Alternatively, the carrier ring 18 for example, via a material and / or positive connection with the first ring gear 2a be connected. The steering shaft flange 10 is also via a material and / or a positive connection 20 with the second ring gear 2 B connected. Under a cohesive connection, for example, a welded joint to understand a positive connection a press connection or a splined connection. The arrangement shown allows a rotation of the first ring gear 2a opposite the second ring gear 2 B , About a screw connection 23 is the carrier ring 18 with a closing ring 22 , which is the axial movement of the steering shaft flange 10 limited, connected. An axial migration of the steering shaft flange 10 from the carrier ring 18 is avoided. The steering shaft flange 10 has a third needle roller bearing 24 carrying spigot. In assembled condition of the superposition gearbox 21 is the third needle bearing 24 in a bore of the eccentric shaft 5 arranged. The eccentric shaft 5 is supported on the pin or on the steering shaft flange 10 from. A deformation of the eccentric shaft 5 under high shear forces is avoided by the support.

In 4 ist eine Variante der Lenkungsvorrichtung aus 1 gezeigt. Im Unterschied zu der Ausführungsform in 1 ist das Lenkrad 1 über eine die Stirnräder 27a, 27b umfassende Zahnradstufe 25 mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden. Diese Anordnung ermöglicht, den Stator 8 des Elektromotors 6 fahrzeugfest zu lagern und das Lenkrohr 3 unabhängig vom Elektromotor 6 gestalten zu können. Die Funktion der Lenkungsvorrichtung ist identisch mit der aus 1.In 4 is a variant of the steering device 1 shown. Unlike the Embodiment in 1 is the steering wheel 1 over one of the spur gears 27a . 27b comprehensive gear stage 25 with the first ring gear 2a connected. This arrangement allows the stator 8th of the electric motor 6 to store the vehicle and the steering tube 3 independent of the electric motor 6 to be able to shape. The function of the steering device is identical to that of 1 ,

In einer alternativen nicht gezeigten Ausführungsform ist das zweite Hohlrad 2b über eine Zahnradstufe 25 mit der Lenkwelle 9 verbunden. Damit ist bei einer Anordnung des Elektromotors zwischen Lenkgetriebe 11 und Überlagerungsgetriebe 21 eine fahrzeugfeste Anordnung des Elektromotors 8 möglich.In an alternative embodiment not shown, the second ring gear is 2 B via a gear stage 25 with the steering shaft 9 connected. This is in an arrangement of the electric motor between the steering gear 11 and superposition gearbox 21 a vehicle-mounted arrangement of the electric motor 8th possible.

In 5 ist eine Lenkungsvorrichtung gezeigt, die gegenüber der Ausführung aus 1 ein als Stufenplanetenrad ausgeführtes Planetenrad 4 aufweist. Das Stufenplanetenrad weist zwei Verzahnungen 26a, 26b mit unterschiedlichen Zähnezahlen und/oder Verzahnungsgeometrien auf. Der Einsatz eines Stufenplanetenrades 4 ermöglicht die Vermeidung von Zahneingriffsstörungen, d.h. Zahnberührungen außerhalb des Eingriffspunktes, die insbesondere bei hohen Übersetzungen iE_H2b im Bereich von 100 auftreten können.In 5 a steering device is shown which is opposite to the embodiment 1 a planetary gear designed as a stepped planetary gear 4 having. The stepped planetary gear has two gears 26a . 26b with different numbers of teeth and / or gearing geometries. The use of a stepped planetary gear 4 allows the avoidance of meshing disorders, ie tooth touches outside the point of engagement, which can occur in the range of 100 especially at high ratios i E_H2b .

Durch Überlagerung eines Zusatzlenkwinkels ermöglicht die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung eine Anpassung der Gesamtlenkübersetzung, d.h. das Verhältnis der Änderung eines Lenkradwinkels zur Änderung des mittleren Lenkwinkels am Rad, auf verschiedene Fahrsituationen. Beispielsweise ist beim Parkieren aufgrund einer kleinen Gesamtübersetzung ein Erreichen des maximalen Radeinschlagwinkels mit wenigen Drehbewegungen am Lenkrad 1 möglich, hingegen bei hohen Geschwindigkeiten soll die Gesamtübersetzung für ein sicheres Fahrzeughandling größer als bei kleineren Geschwindigkeiten sein.By superposing an additional steering angle, the steering device according to the invention makes it possible to adapt the overall steering ratio, ie the ratio of the change of a steering wheel angle to the change of the average steering angle on the wheel, to different driving situations. For example, when parking due to a small overall translation reaching the maximum Radeinschlagwinkels with a few rotations on the steering wheel 1 possible, however, at high speeds, the overall ratio for a safer vehicle handling should be greater than at lower speeds.

Das Lenkgetriebe 11 ist derart ausgelegt, dass die Gesamtlenkübersetzung einen Wert annimmt, die ein komfortables Parkieren ohne Lenkwinkelüberlagerung erlaubt. Bei schneller Fahrt wird dann die Gesamtübersetzung durch Ansteuerung des Elektromotors 6 erhöht.The steering gear 11 is designed so that the overall steering ratio assumes a value that allows comfortable parking without steering angle overlay. When driving fast then the total translation by controlling the electric motor 6 elevated.

Alternativ kann das Lenkgetriebe 11 derart ausgelegt, dass die Gesamtübersetzung einen Wert annimmt, die ein sicheres Fahren bei schneller Fahrt erlaubt. Während eines Parkiervorganges wird dann die Gesamtübersetzung durch Ansteuerung des Elektromotors 6 erniedrigt. Gleichfalls kann das Lenkgetriebe 11 auch eine Gesamtübersetzung aufweisen, die bei mittleren Geschwindigkeiten einen guten Fahrbahnkontakt vermittelt, beim Parkieren oder schneller Fahrt wird durch Ansteuerung des Elektromotors 6 die Übersetzung erniedrigt bzw. erhöht.Alternatively, the steering gear 11 designed so that the overall ratio assumes a value that allows safe driving at high speeds. During a parking process then the total translation by controlling the electric motor 6 decreased. Likewise, the steering gear 11 also have a total translation that gives a good road contact at medium speeds, when parking or fast driving is controlled by driving the electric motor 6 the translation is lowered or increased.

11
Lenkhandhabe, LenkradSteering handle, steering wheel
2a2a
Erstes Hohlradfirst ring gear
2b2 B
zweites Hohlradsecond ring gear
33
Lenkrohrsteering tube
44
Planetenradplanet
55
Exzenterwelleeccentric shaft
66
Elektromotorelectric motor
77
Rotorrotor
88th
Statorstator
99
Lenkwellesteering shaft
1010
LenkwellenflanschLenkwellenflansch
1111
Lenkgetriebesteering gear
1212
Eingangswelle Lenkgetriebeinput shaft steering gear
1313
LenkrohrflanschLenkrohrflansch
1414
Steuergerätcontrol unit
1515
Lagercamp
1616
Erstes Nadellagerfirst needle roller bearings
1717
Zweites Nadellagersecond needle roller bearings
1818
Trägerringsupport ring
1919
Schraubenscrew
2020
Verbindung zwischen Flansch 10 der Lenkwelle 9 undConnection between flange 10 the steering shaft 9 and
zweitem Hohlrad 2b second ring gear 2 B
2121
ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
2222
Abschlussringend ring
2323
Verschraubung Abschlussring 22 mit Trägerring 18 Screw connection end ring 22 with carrier ring 18
2424
Drittes Nadellagerthird needle roller bearings
2525
Zahnradstufegear stage
26a26a
Erste Verzahnung des StufenplanetenradesFirst Gearing of the stepped planetary gear
26b26b
Zweite Verzahnung des StufenplanetenradesSecond Gearing of the stepped planetary gear
27a27a
Stirnradspur gear
27b27b
Stirnradspur gear

Claims (8)

Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit – einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe (1), – einem Lenkgetriebe (11), das die Drehbewegung einer mit der Lenkhandhabe (1) verbundenen Eingangswelle (12) in eine Schiebebewegung einer Spurstange umsetzt, – einem zwischen Lenkgetriebe (11) und Lenkhandhabe (1) angeordneten Überlagerungsgetriebe (21), das ein mit der Lenkhandhabe (1) in Wirkverbindung stehendes erstes Hohlrad (2a) und ein mit der Eingangswelle (12) des Lenkgetriebes (11) in Wirkverbindung stehendes zweites Hohlrad (2b) aufweist, wobei ein Planetenrad (4) gleichzeitig mit dem ersten und zweiten Hohlrad (2a, 2b) in Eingriff steht dadurch gekennzeichnet, dass sich das Planetenrad (4) über die Mittelachse der Hohlräder (2a, 2b) erstreckt und auf einer mit einem Rotor (7) eines Elektromotors (6) verbundenen Exzenterwelle (5) gelagert ist.Steering device for a motor vehicle, with - a driver-operable steering handle ( 1 ), - a steering gear ( 11 ), the rotational movement of a with the steering handle ( 1 ) connected input shaft ( 12 ) in a sliding movement of a tie rod, - one between steering gear ( 11 ) and steering handle ( 1 ) arranged superposition gear ( 21 ), the one with the steering handle ( 1 ) in operative connection standing first ring gear ( 2a ) and one with the input shaft ( 12 ) of the steering gear ( 11 ) operatively connected second ring gear ( 2 B ), wherein a planetary gear ( 4 ) simultaneously with the first and second ring gears ( 2a . 2 B ) is characterized in that the planetary gear ( 4 ) over the central axis of the ring gears ( 2a . 2 B ) and on one with a rotor ( 7 ) of an electric motor ( 6 ) Eccentric shaft ( 5 ) is stored. Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Einfachplanetenrad ausgeführte Planetenrad (4) mit dem ersten und zweiten Hohlrad (2a, 2b) im Zahneingriff steht, wobei das erste Hohlrad (2a) und das zweite Hohlrad (2b) unterschiedliche Profilverschiebungen und Zähnezahlen aufweisen.Steering device according to claim 1, characterized in that the planetary gear designed as a simple planetary gear ( 4 ) with the first and second ring gear ( 2a . 2 B ) is in meshing engagement, wherein the first ring gear ( 2a ) and the second ring gear ( 2 B ) have different profile shifts and numbers of teeth. Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (4) als zwei Verzahnungsbereiche umfassendes Stufenplanetenrad ausgeführt ist, wobei ein erster Bereich mit dem ersten Hohlrad (2a) und ein zweiter Bereich mit dem zweiten Hohlrad (2b) im Eingriff steht.Steering device according to claim 1, characterized in that the planetary gear ( 4 ) is embodied as two toothed areas comprehensive Stufenplanetenrad, wherein a first region with the first ring gear ( 2a ) and a second area with the second ring gear ( 2 B ) is engaged. Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) in einer das zweite Hohlrad (2b) und die Eingangswelle (12) des Lenkgetriebes miteinander verbindenden Lenkwelle (9) angeordnet ist.Steering device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electric motor ( 6 ) in a second ring gear ( 2 B ) and the input shaft ( 12 ) of the steering gear connecting steering shaft ( 9 ) is arranged. Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) in einem die Lenkhandhabe (1) und das erste Hohlrad (2a) miteinander verbindenden Lenkrohr (3) angeordnet ist.Steering device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electric motor ( 6 ) in a steering handle ( 1 ) and the first ring gear ( 2a ) interconnecting steering tube ( 3 ) is arranged. Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkhandhabe (1) über eine Zahnradstufe (25) mit dem ersten Hohlrad (2a) verbunden ist.Steering device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the steering handle ( 1 ) via a gear stage ( 25 ) with the first ring gear ( 2a ) connected is. Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) fahrzeugfest angeordnet ist.Steering device according to claim 6, characterized in that the electric motor ( 6 ) is fixed to the vehicle. Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Hohlrad (2a, 2b) Selbsthemmung auftritt.Steering device according to one of claims 1 to 7, characterized in that between the first and second ring gear ( 2a . 2 B ) Self-locking occurs.
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