DE102012207005A1 - Electromechanical steering gear for e.g. agricultural vehicle, has device for converting rotational movement into linear movement, with planet drive roller that is provided with spindle nut, planet and spindle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Fahrzeuglenkung, insbesondere für landwirtschaftliche Fahrzeuge, Baumaschinen und Lastkraftwagen. Diese Fahrzeuglenkung umfasst einen Elektromotor, eine axial bewegbare profilierte Welle und einen ersten Zahnriementrieb mit zwei Zahnriemenrädern und einem Zahnriemen, wobei ein erstes Zahnriemenrad mit einer Abtriebswelle des Elektromotors gekoppelt ist und ein zweites Zahnriemenrad mit einer Einrichtung zur Wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung gekoppelt ist.The invention relates to an electromechanical vehicle steering, in particular for agricultural vehicles, construction machinery and trucks. This vehicle steering system comprises an electric motor, an axially movable profiled shaft and a first toothed belt drive with two toothed belt wheels and a toothed belt, wherein a first toothed belt wheel is coupled to an output shaft of the electric motor and a second toothed belt wheel is coupled to a device for converting a rotational movement into a linear movement.
Derzeit werden im Bereich der Land- und Bauwirtschaft zu 99% vollhydraulische Lenksysteme, auch hydrostatische Lenksysteme genannt, eingesetzt. Bei vollhydraulischen Lenksystemen werden die Lenkkräfte nicht vom Fahrzeugführer, sondern von einer vom Motor des Fahrzeugs angetriebenen Hydraulikpumpe aufgebracht. Eine vollhydraulische Lenkung besteht aus einem Lenkaggregat, welches sich an der Lenksäule befindet und dem Einschlagwinkel und der Einschlagsrichtung entsprechend eine bestimmte Menge Hydraulikflüssigkeit in den Lenkzylinder leitet, sowie aus Hydraulikleitungen und einem oder mehreren Hydraulikzylindern an den zu lenkenden Rädern. Eine Hydraulikpumpe sorgt für den erforderlichen Druck. Vollhydraulische Lenksysteme haben eine Reihe von Nachteilen. Bei Anwendungsfällen, bei denen zum Lenken ein GPS-(Global Position System)Signal verwendet wird, muss das GPS-Signal zunächst in einen hydraulischen Druck umgewandelt werden, was mit erhöhtem Aufwand verbunden ist. Des Weiteren kann eine variable Übersetzung zwischen Lenkradwinkel und Lenkwinkel nur sehr aufwendig ermöglicht werden, da hierzu mit einem elektrisch gesteuerten Bypass in den hydraulischen Kreis eingegriffen werden muss. Nachteilig sind ein verhältnismäßig hoher Kraftstoffverbrauch aufgrund von Strömungsverlusten und ein damit verbundener schlechter Wirkungsgrad. Zur Realisierung einer rein hydraulischen Lenkung muss der hierfür erforderlich Druck permanent bereitgestellt werden. Currently 99% of fully hydraulic steering systems, also called hydrostatic steering systems, are used in the agricultural and construction sector. In fully hydraulic steering systems, the steering forces are applied not by the driver, but by a driven by the engine of the vehicle hydraulic pump. A fully hydraulic steering consists of a steering unit, which is located on the steering column and the steering angle and the impact direction according to a certain amount of hydraulic fluid passes into the steering cylinder, and hydraulic lines and one or more hydraulic cylinders on the wheels to be steered. A hydraulic pump provides the required pressure. Fully hydraulic steering systems have a number of disadvantages. In applications where a GPS (Global Position System) signal is used to steer, the GPS signal must first be converted to hydraulic pressure, which is more expensive. Furthermore, a variable ratio between steering wheel angle and steering angle can be made very expensive, since this must be intervened with an electrically controlled bypass in the hydraulic circuit. A disadvantage is a relatively high fuel consumption due to flow losses and associated poor efficiency. To realize a purely hydraulic steering, the pressure required for this must be provided permanently.
Eine Umweltgefährdung besteht durch platzende Hydraulikleitungen. Aufgrund von Temperatureinflüssen auf das Hydrauliksystem kann es zu unterschiedlichen Lenkgeschwindigkeiten kommen. Insbesondere tiefe Temperaturen wirken sich infolge der damit verbundenen höheren Zähigkeit des im Hydrauliksystem verwendeten Öls auf die Lenkgeschwindigkeit aus. Ein weiterer Nachteil vollhydraulischer Lenksysteme ist deren vergleichsweise hoher Montageaufwand, welcher durch die aufwendige Verrohrung bedingt ist.An environmental hazard exists due to bursting hydraulic lines. Due to temperature influences on the hydraulic system, different steering speeds can occur. In particular, low temperatures affect the steering speed as a result of the associated higher toughness of the oil used in the hydraulic system. Another disadvantage of fully hydraulic steering systems is their relatively high assembly costs, which is due to the complex piping.
Aus der
Die
Die
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte, ausschließlich elektromechanische Fahrzeuglenkung für landwirtschaftliche Fahrzeuge, Baumaschinen und Lastkraftwagen zur Verfügung zu stellen. Die verbesserte Fahrzeuglenkung soll preiswert zu fertigen sein.An object of the present invention is to provide an improved, exclusively electromechanical vehicle steering system for agricultural vehicles, construction machines and trucks. The improved vehicle steering should be inexpensive to manufacture.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine elektromechanische Fahrzeuglenkung gemäß beigefügtem Anspruch 1. Die erfindungsgemäße elektromechanische Fahrzeuglenkung gemäß Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung zur Wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung ein Planetenwälzgewindetrieb bestehend aus einer Spindelmutter, Planeten und einer Spindel ist. Die Spindel ist hierbei als Abschnitt einer profilierten Welle ausgeführt.To achieve the object according to the invention is an electromechanical vehicle steering according to appended claim 1. The inventive electromechanical vehicle steering system according to claim 1 is characterized in that the Means for converting a rotary motion into a linear motion is a Planetenwälzgewindetrieb consisting of a spindle nut, planet and a spindle. The spindle is designed here as a section of a profiled shaft.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient auch eine elektromechanische Fahrzeuglenkung gemäß beigefügtem Anspruch 2. Die erfindungsgemäße elektromechanische Fahrzeuglenkung gemäß Anspruch 2 zeichnet sich dadurch aus, dass die Einrichtung zur Wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung ein Kugelgewindetrieb bestehend aus einer Spindelmutter, einer Spindel und mehreren Kugeln ist. The electromechanical vehicle steering system according to claim 2 is characterized in that the means for converting a rotary motion into a linear motion is a ball screw consisting of a spindle nut, a spindle and a plurality of balls ,
Die elektromechanischen Fahrzeuglenkungen gemäß Anspruch 1 bzw. 2 haben im Vergleich zu hydrostatischen Fahrzeuglenkungen eine Reihe von Vorteilen. Für elektromechanische Fahrzeuglenkungen wird keine Hydraulik benötigt. Im Falle einer mechanischen Beschädigung, z. B. bei einem Unfall, kann somit kein Öl austreten. Elektromechanische Fahrzeuglenkungen lassen sich einfacher montieren, da die hierfür erforderlichen Kabel leichter zu verlegen sind als die bei hydrostatischen Lenkungen benötigten Rohrleitungen. Temperatureinflüsse spielen bei elektromechanischen Fahrzeuglenkungen nur eine sehr geringe Rolle. Aufgrund ihres besseren Wirkungsgrades fallen nur geringe Kraftstoffkosten an. Eine Lenkung mittels GPS lässt sich einfach integrieren, da eine Signalumwandlung des GPS-Signals nicht mehr erforderlich ist. Eine variable Lenkübersetzung lässt sich einfach darstellen, wozu lediglich ein spezielles Softwaremodul benötigt wird. Ebenso kann eine kurzzeitig schnellere Lenkgeschwindigkeit aufgrund der Überlastfähigkeit des Elektromotors einfach umgesetzt werden.The electromechanical vehicle steering systems according to claim 1 or 2 have a number of advantages compared to hydrostatic vehicle steering systems. For electromechanical vehicle steering systems, no hydraulics are required. In case of mechanical damage, eg. As in an accident, so no oil can escape. Electromechanical vehicle steering systems are easier to assemble because the cables required for this are easier to lay than those required for hydrostatic steering systems. Temperature influences only play a very minor role in electromechanical vehicle steering systems. Due to their better efficiency, only low fuel costs are incurred. GPS steering is easy to integrate as signal conversion of the GPS signal is no longer required. A variable steering ratio can be easily displayed, which only a special software module is needed. Likewise, a short-term faster steering speed due to the overload capacity of the electric motor can be easily implemented.
Ein wesentlicher Vorteil der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung mit Planetenwälzgewindetrieb im Vergleich zu der mit Kugelgewindetrieb besteht darin, dass höhere Übersetzungen realisiert werden können. Durch die Konstruktion des Planetenwälzgewindetriebs tritt ein geringer Schlupf auf. Der konstruktionsbedingte Schlupf des Planetenwälzgewindetriebs hat den Vorteil, dass bei der spanenden oder spanlosen Fertigung der einzelnen Komponenten relativ große Toleranzen zulässig sind, was die Kosten der Herstellung des Planetenwälzgewindetriebs im Vergleich zum Kugelgewindetrieb erheblich reduziert. A significant advantage of the embodiment of the vehicle steering according to the invention with Planetenwälzgewindetrieb compared to the ball screw is that higher ratios can be realized. Due to the construction of the planetary roller screw, slight slippage occurs. The design-related slippage of the Planetenwälzgewindetriebs has the advantage that when machining or non-cutting production of the individual components relatively large tolerances are allowed, which significantly reduces the cost of producing the Planetenwälzgewindetriebs compared to the ball screw.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Fahrzeuglenkung ein mit dem zweiten Zahnriemenrad des ersten Zahnriementriebs gekoppeltes Getriebe. Dieses Getriebe ist über einen zweiten Zahnriementrieb mit dem Planetenwälzgewindetrieb oder Kugelgewindetrieb gekoppelt. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Getriebes können höhere Übersetzungen realisiert werden, was insbesondere bei der Variante mit Kugelgewindetrieb interessant ist, da durch die alleinige Verwendung eines Kugelgewindetriebes geringere Übersetzungen als bei einem Planetenwälzgewindetrieb realisierbar sind. Das Getriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe ausgeführt sein. Es soll jedoch keine Einschränkung auf Planetengetriebe erfolgen, andere geeignete Getriebe können ebenso eingesetzt werden. According to an advantageous embodiment, the vehicle steering system comprises a gearbox coupled to the second toothed belt wheel of the first toothed belt drive. This transmission is coupled via a second toothed belt drive with the Planetenwälzgewindetrieb or ball screw. By using an additional gear higher ratios can be realized, which is particularly interesting in the variant with ball screw, since the sole use of a ball screw lower ratios than in a Planetenwälzgewindetrieb can be realized. The transmission can be designed for example as a planetary gear. However, it should not be limited to planetary gear, other suitable gear can also be used.
Die elektromechanische Fahrzeuglenkung weist vorzugsweise ein elektronisches Steuergerät zur Ansteuerung des Elektromotors auf. Das elektronische Steuergerät kann einen Mikrocontroller sowie einen Speicher, in dem Software-Module abgelegt sind, umfassen. Das Steuergerät steht vorzugsweise mit einem Fahrzeug-Bus in Verbindung, über welchen es Lenkmomentempfehlungen erhält. Der Mikrocontroller nutzt ein bestimmtes Software-Modul zur Umsetzung der Lenkmomentempfehlung in entsprechende Steuersignale für den Elektromotor.The electromechanical vehicle steering system preferably has an electronic control unit for controlling the electric motor. The electronic control unit may include a microcontroller and a memory in which software modules are stored. The controller is preferably in communication with a vehicle bus through which it receives steering torque recommendations. The microcontroller uses a specific software module to implement the steering torque recommendation in appropriate control signals for the electric motor.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Ausführungsform mit Planetenwälzgewindetrieb einen Sensor zur Positionsbestimmung des Planetenwälzgewindetriebs aufweist. Wie bereits erwähnt, kann es bei Planetenwälzgewindetrieben zu einem konstruktionsbedingten Schlupf kommen. Um eine exakte Regelung der Linearposition des Planetenwälzgewindetriebs zu erreichen, sollte der Schlupf mittels eines Sensors, der beispielsweise an der profilierten Welle angeordnet ist, bestimmt werden. Alternativ kann der Sensor auch an der Achse montiert werden. Die vom Sensor gelieferten Daten werden vom Steuergerät ausgewertet und somit zur Regelung der Lenkung verwendet. Furthermore, it is advantageous if the embodiment with Planetenwälzgewindetrieb has a sensor for determining the position of the Planetenwälzgewindetriebs. As already mentioned, planetary roller screwdriving can lead to design-related slippage. In order to achieve an exact control of the linear position of the Planetenwälzgewindetriebs, the slip should be determined by means of a sensor, which is arranged for example on the profiled shaft. Alternatively, the sensor can also be mounted on the axle. The data supplied by the sensor are evaluated by the control unit and thus used to control the steering.
Als vorteilhaft hat sich die Verwendung eines progammgesteuerten Elektrostellmotors erwiesen. Der Elektromotor sollte vorzugsweise parallel zur profilierten Welle angeordnet werden. Eine derartige Anordnung ist platzsparend und ermöglicht eine kompakte Bauform der gesamten Fahrzeuglenkung.The use of a program-controlled electric servo motor has proved to be advantageous. The electric motor should preferably be arranged parallel to the profiled shaft. Such an arrangement saves space and allows a compact design of the entire vehicle steering.
Generell ist anzumerken, dass die profilierte Welle beispielsweise als Zahnstange ausgeführt sein kann, aber auch andere Profilierungen in Frage kommen, die eine entsprechende Kraftübertragung gestatten.In general, it should be noted that the profiled shaft may for example be designed as a rack, but other profiles come into question, which allow a corresponding power transmission.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further advantages, details and developments emerge from the following description of preferred embodiments of the invention with reference to the drawing. Show it:
Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung umfasst weiterhin einen Sensor
Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung umfasst des Weiteren ein elektronisches Steuergerät (nicht dargestellt) zur Ansteuerung des Elektromotors
Bei der Ausführungsform mit Kugelgewindetrieb
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Elektromotor electric motor
- 0202
- 0303
- erster Zahnriementrieb first toothed belt drive
- 0404
- Planetenwälzgewindetrieb Planetenwälzgewindetrieb
- 0505
- profilierte Welle profiled shaft
- 0606
- Anschluss für Spurstangen Connection for tie rods
- 0707
- Lenkgetriebegehäuse Steering gear housing
- 0808
- Zahnriemen toothed belt
- 0909
- erstes Zahnriemenrad first toothed belt wheel
- 1010
- zweites Zahnriemenrad second toothed belt wheel
- 1111
- Wälzlager roller bearing
- 1212
- Spindelmutter des Planetenwälzgewindetriebs Spindle nut of Planetenwälzgewindetriebs
- 1313
- Spindel des Planetenwälzgewindetriebs Spindle of the planetary roller screw drive
- 1414
- Planeten des Planetenwälzgewindetriebs Planets of the planetary roller screw drive
- 1515
- Sensor sensor
- 1616
- 1717
- Getriebe transmission
- 1818
- zweiter Zahnriementrieb second toothed belt drive
- 1919
- Kugelgewindetrieb Ball Screw
- 2020
- 2121
- Spindel des Kugelgewindetriebs Spindle of the ball screw
- 2222
- Spindelmutter des Kugelgewindetriebs Spindle nut of the ball screw
- 2323
- Kugeln des Kugelgewindetriebs Balls of the ball screw
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102010034698 A1 [0006] DE 102010034698 A1 [0006]
Claims (10)
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Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140217 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140217 |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20150407 |
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