DE102014117861B4 - Rear axle steering for motor vehicles - Google Patents

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Abstract

Hinterachslenkung für Kraftfahrzeuge, mit einem zentralen Aktuator (1) zur Verschiebung einer Lenkstange (2), die mit beiden Rädern (HL; HR) der Hinterachse verbunden ist und eine Änderung des Lenkwinkels dieser Räder (HL, HR) bewirkt, wobei die Lenkstange (2) mit einem Lenkritzel (3) in Eingriff steht, wobei das Lenkritzel (3) mittels einer Blockiereinrichtung (4) blockierbar ist, wodurch eine Bewegung der Lenkstange (2) unterdrückbar ist und wobei die Blockiereinrichtung (4) als Kupplung (23) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (23) mehrere Scheiben (5) aufweist und dass die unterste Scheibe an einer Drückplatte (8) anliegt, die durch eine motorbetriebene Kugelrampe (9) entgegen der Kraft eines Federpakets (12) gespannt ist, sodass bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung das Lenkritzel (3) durch die Federspannung des Federpakets (12) blockierbar ist und ein Schließen der Kupplung (23) bewirkt wird.Rear-axle steering for motor vehicles, with a central actuator (1) for moving a steering rod (2), which is connected to both wheels (HL; HR) of the rear axle and causes a change in the steering angle of these wheels (HL, HR), the steering rod ( 2) engages with a steering pinion (3), the steering pinion (3) being able to be blocked by means of a blocking device (4), whereby a movement of the steering rod (2) can be suppressed and the blocking device (4) being designed as a clutch (23). characterized in that the coupling (23) has a plurality of discs (5) and that the bottom disc bears against a pressure plate (8) which is tensioned by a motor-driven ball ramp (9) against the force of a spring assembly (12), so that if the electrical energy supply fails, the steering pinion (3) can be blocked by the spring tension of the spring assembly (12) and the clutch (23) is closed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hinterachslenkung für Kraftfahrzeuge, mit einem zentralen Aktuator zur Verschiebung einer Lenkstange, die mit beiden Rädern der Hinterachse verbunden ist und eine Änderung des Lenkwinkels dieser Räder bewirkt, wobei die Lenkstange mit einem Lenkritzel in Eingriff steht und das Lenkritzel zur Unterdrückung einer Bewegung der Lenkstange mittels einer Blockiereinrichtung, die als Kupplung ausgebildet ist, blockierbar ist.The present invention relates to rear axle steering for motor vehicles, with a central actuator for displacing a steering rod which is connected to both wheels of the rear axle and causes a change in the steering angle of these wheels, the steering rod being in engagement with a steering pinion and the steering pinion for suppressing a Movement of the handlebar by means of a blocking device, which is designed as a clutch, can be blocked.

Im Allgemeinen sind Hinterachslenkungen aus dem Stand der Technik bekannt, die entweder für jedes Rad der Hinterachse einen einzelnen Aktuator aufweisen oder einen zentralen Aktuator zur gemeinsamen Betätigung der beiden Hinterräder eines Kraftfahrzeugs. Bei einer Hinterachslenkung mit einem zentralen Aktuator ist es dabei grundsätzlich denkbar, eine Vorderachslenkung so zu modifizieren, dass diese auch für die Lenkung einer Hinterachse einsetzbar ist.In general, rear-axle steering systems are known from the prior art, which have either an individual actuator for each wheel of the rear axle or a central actuator for jointly actuating the two rear wheels of a motor vehicle. In the case of rear-axle steering with a central actuator, it is fundamentally conceivable to modify front-axle steering in such a way that it can also be used to steer a rear axle.

Aus der DE 40 25 950 A1 ist eine Hinterradlenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der eine im Wesentlichen serienmäßige Vorderradlenkeinrichtung als Hinterradlenkeinrichtung eingesetzt wird.From the DE 40 25 950 A1 a rear-wheel steering device for motor vehicles is known in which an essentially standard front-wheel steering device is used as the rear-wheel steering device.

Die DE 10 2009 033 912 A1 offenbart ein Lenkgetriebe mit einem Hohlwellenmotor, das sowohl für die Anwendung in Vorderachs- als auch in Hinterachs-Lenkungen eingesetzt werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass bei einer Anwendung als Hinterachslenkung die Spindel selbsthemmend ausgeführt ist.The DE 10 2009 033 912 A1 discloses a steering gear with a hollow shaft motor that can be used both for use in front-axle and in rear-axle steering systems. It is provided that when used as a rear-axle steering, the spindle is designed to be self-locking.

Bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung kann sich die Lenkstange in derartigen Hinterachslenkungen aufgrund der dynamischen oder auch statischen Last bewegen und einen Lenkwinkel für die Hinterräder einstellen. Kleine Lenkwinkel sind dabei für das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs nicht problematisch, aber der Fahrzeugführer muss über die Vorderachslenkung ständig gegenlenken oder stellt einen veränderten Geradeauslauf des Kraftfahrzeugs fest. Für die stromlose Rückfallebene muss die Hinterachslenkung daher blockiert werden.If the electrical power supply fails, the steering rod in such rear-axle steering systems can move due to the dynamic or static load and set a steering angle for the rear wheels. Small steering angles are not problematic for the driving behavior of the motor vehicle, but the driver of the vehicle must constantly countersteer via the front-axle steering or notices that the motor vehicle is traveling in a straight line. The rear axle steering must therefore be blocked for the currentless fallback level.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hinterachslenkung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, dass eine Rückfallebene für den Fahrzeugführer sicher beherrschbar ist.It is therefore the object of the present invention to improve rear-axle steering of the type mentioned at the outset in such a way that a fall-back level can be safely controlled by the vehicle driver.

Diese Aufgabe wird mit einer Hinterachslenkung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgenstandes sind den Unteransprüchen entnehmbar.This problem is solved with a rear-axle steering with the features of patent claim 1 . Advantageous developments of the subject matter of the invention can be found in the dependent claims.

Dabei ist vorgesehen, dass die Kupplung mehrere Scheiben aufweist und dass die unterste Scheibe an eine Drückplatte anliegt, die durch eine motorbetriebene Kugelrampe entgegen eines Federpakets gespannt ist, sodass bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung das Lenkritzel durch die Federspannung des Federpakets blockierbar ist und ein Schließen der Kupplung bewirkt wird.It is provided that the clutch has several discs and that the bottom disc rests on a pressure plate, which is tensioned by a motor-driven ball ramp against a spring assembly, so that if the electrical energy supply fails, the steering pinion can be blocked by the spring tension of the spring assembly and closing of the clutch is effected.

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren nachfolgend näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorderachslenkung in der Verwendung als Hinterachslenkung;
  • 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Hinterachslenkung;
  • 3a, b eine schematische Darstellung einer Blockiereinrichtung mit einer Kupplung.
  • 4a, b ein Ausführungsbeispiel einer Blockiereinrichtung als Kupplung.
The present invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in connection with the attached figures. Show in the drawing:
  • 1 a schematic representation of a front-axle steering in use as a rear-axle steering;
  • 2 a schematic representation of the rear axle steering according to the invention;
  • 3a, b a schematic representation of a blocking device with a clutch.
  • 4a, b an embodiment of a blocking device as a clutch.

In der 1 ist eine im Wesentlichen serienmäßige elektromechanische Vorderachslenkung dargestellt, die für den Einsatz als Hinterachslenkung modifiziert wird, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Hinterachslenkung nach 1 zeichnet sich dadurch aus, dass ein zentraler Aktuator 1 eine Lenkstange 2 betätigt, die wiederum mit nicht dargestellten Hinterrädern HL, HR verbunden ist. Der zentrale Aktuator 1 besteht aus einem Elektromotor 27 und einem Kugelgewindetrieb 29, der die Rotationsbewegung des Elektromotors 27 in eine Translationsbewegung der Lenkstange 2 umsetzt. Der Elektromotor 27 wird von einer elektronischen Steuereinheit 28 angesteuert. Beim Betätigen der Hinterachslenkung verschiebt sich die Lenkstange 2 je nach Drehrichtung des Elektromotors 27 in der Zeichnung nach rechts oder nach links. Dementsprechend wird ein identischer Lenkwinkel an den Hinterrädern HR, HL gemeinsam eingestellt. Wie der 1 weiter entnehmbar ist, weist die Hinterachslenkung ein Lenkritzel 3 auf. Bei einem Einsatz der dargestellten Lenkung als Vorderachslenkung wäre das Lenkrad mit dem Lenkritzel 3 verbunden. Ein Druckstück 30 hält die Lenkstange 2 und das Lenkritzel 3 in Eingriff.In the 1 an essentially standard electromechanical front-axle steering is shown, which is modified for use as a rear-axle steering, as will be explained in more detail below. The rear axle steering after 1 is characterized in that a central actuator 1 actuates a handlebar 2, which in turn is connected to rear wheels HL, HR, not shown. The central actuator 1 consists of an electric motor 27 and a ball screw 29 which converts the rotational movement of the electric motor 27 into a translational movement of the steering rod 2 . The electric motor 27 is controlled by an electronic control unit 28 . When the rear-axle steering is actuated, the steering rod 2 moves to the right or to the left in the drawing, depending on the direction of rotation of the electric motor 27 . Accordingly, an identical steering angle is set jointly on the rear wheels HR, HL. Again 1 can be further removed, the rear-axle steering has a steering pinion 3 . When using the steering shown as a front-axle steering, the steering wheel would be connected to the steering pinion 3 . A pressure piece 30 holds the steering rod 2 and the steering pinion 3 in engagement.

Da der Kugelgewindetrieb 29 nicht selbsthemmend ausgeführt ist, kann die Lenkstange 2 bei einem Ausfall der elektrischen Energieversorgung wandern und einen Lenkwinkel für die Hinterräder HL, HR einstellen, was unerwünscht ist. Für die stromlose Rückfallebene muss die Hinterachslenkung daher blockiert werden. Dazu ist vorgesehen, wie es in 2 dargestellt ist, dass das Lenkritzel 3 mit einer Blockiereinrichtung 4 verbunden ist, wobei die Blockiereinrichtung 4 das Lenkritzel 3 zu blockieren vermag. Durch diese Maßnahme wird eine Bewegung der Lenkstange 2 in der stromlosen Rückfallebene verhindert.Since the ball screw 29 is not designed to be self-locking, the steering rod 2 can move if the electrical power supply fails and set a steering angle for the rear wheels HL, HR, which is undesirable. The rear axle steering must therefore be blocked for the currentless fallback level. It is provided for this, as stated in 2 is shown that the steering pinion 3 is connected to a blocking device 4, wherein the blocking device 4 is able to block the steering pinion 3 . This measure prevents movement of the steering rod 2 in the de-energized fallback level.

In der 3a, b ist die Blockiereinrichtung 4 durch eine Kupplung 23 ausgebildet. Die Kupplung 23 wird durch eine erste Scheibe 24 und eine zweite Scheibe 25 gebildet. Die erste Scheibe 24 ist mit dem Lenkritzel 3 verbunden und die zweite Scheibe 25 wird von zwei Elektromagneten 26 in und außer Eingriff mit der ersten Scheibe 24 gebracht. Die zweite Scheibe 25 ist in Rotationsrichtung ortsfest angeordnet, sodass das Lenkritzel 3 durch Schließen der Kupplung 23 blockierbar ist. Die Elektromagneten 26 sind vorzugsweise so ausgebildet, dass diese im stromlosen Zustand ein Schließen der Kupplung 23 verursachen.In the 3a, b the blocking device 4 is formed by a clutch 23 . The clutch 23 is formed by a first disc 24 and a second disc 25 . The first disc 24 is connected to the steering pinion 3 and the second disc 25 is brought into and out of engagement with the first disc 24 by two electromagnets 26 . The second disk 25 is stationary in the direction of rotation, so that the steering pinion 3 can be locked by engaging the clutch 23 . The electromagnets 26 are preferably designed in such a way that they cause the clutch 23 to close in the de-energized state.

Das Ausführungsbeispiel nach 4a, b zeigt eine Erweiterung einer als Kupplung 23 ausgebildeten Blockiereinrichtung 4, die mehrere übereinander liegende, abwechselnd angeordnete Scheiben 5 umfasst. Die Scheiben 5 sind dabei jeweils so angeordnet, dass zwischen den oberen Scheiben 6 eine Verbindung mit einem ersten Verbindungselement 13 der Kugelrampe 9 und zwischen den unteren Scheiben 7 eine Verbindung mit einem zweiten Verbindungselement 14 des Lenkritzels 3 besteht und die unterste Scheibe auf einer Drückplatte 8 aufliegt. Dabei sind die Verbindungselemente 13,14 jeweils einteilig mit dem Lenkritzel 3 und der Kugelrampe 9 verbunden. Eine aus Kugeln 11 und einer Rampe 10 bestehenden Kugelrampe 9 sorgt bei Betätigung durch einen an die Kugelrampe 9 gebundenen, nicht dargestellten Elektromotor dafür, dass die Drückplatte 8 in Richtung des Lenkritzels 3 gegen ein Federpaket 12 bewegt wird. Das Federpaket 12 befindet sich dabei zwischen dem Lenkritzel 3 und der Drückplatte 8 und löst durch die Positionierung der Drückplatte 8 in Richtung des Lenkritzels 3 eine Spannung aus. Folglich resultiert eine geöffnete Sperreinheit, die der 4b zu entnehmen ist. Bei einem Ausfall des Elektromotors und der damit verbundenen Stromversorgung wird eine Schließung der Kupplung 23, wie in 4a veranschaulicht, dadurch bewirkt, dass die Drückplatte 8 durch die Spannung des Federpakets 12 zurückbewegt wird und die Scheiben 5 miteinander in Eingriff gebracht werden, was wiederrum eine Blockade des Lenkritzels 3 bewirkt.The embodiment after 4a, b shows an extension of a blocking device 4 designed as a clutch 23, which comprises a plurality of disks 5 arranged alternately one above the other. The disks 5 are each arranged in such a way that between the upper disks 6 there is a connection with a first connecting element 13 of the ball ramp 9 and between the lower disks 7 there is a connection with a second connecting element 14 of the steering pinion 3 and the bottom disk on a pressure plate 8 rests. The connecting elements 13 , 14 are each connected in one piece to the steering pinion 3 and the ball ramp 9 . A ball ramp 9 consisting of balls 11 and a ramp 10 ensures, when actuated by an electric motor (not shown) connected to the ball ramp 9 , that the pressure plate 8 is moved in the direction of the steering pinion 3 against a spring assembly 12 . The spring assembly 12 is located between the steering pinion 3 and the pressure plate 8 and triggers a tension by positioning the pressure plate 8 in the direction of the steering pinion 3 . Consequently, an open blocking unit results, which of 4b can be seen. If the electric motor and the associated power supply fail, the clutch 23 is closed, as in 4a illustrated, thereby causing the pressure plate 8 to be moved back by the tension of the spring assembly 12 and the discs 5 to be brought into engagement with one another, which in turn causes the steering pinion 3 to be blocked.

Der Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektromechanische Vorderachslenkung so zu verändern, dass diese als Zentralaktuator für eine Hinterachslenkung dienen kann. Der Unterschied einer Vorderachslenkung zu einer Hinterachslenkung besteht im Wesentlichen darin, dass die Hinterachslenkung bei Ausfall der Energieversorgung oder eines sonstigen Defekts blockierbar sein muss, damit die Hinterachslenkung nicht selbstständig unerwünschte Lenkwinkel für die Hinterräder einstellt. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass das Lenkritzel, an dem bei einer Vorderachslenkung das Lenkrad befestigt wäre, mit einer Blockiereinrichtung versehen wird. Durch diese Maßnahme wird das Lenkritzel blockierbar und eine Bewegung der Lenkstange verhindert. Durch diese Maßnahme ist ein Einsatz einer Vorderachslenkung als Hinterachslenkung durchführbar.The idea of the present invention is to change an electromechanical front-axle steering system in such a way that it can serve as a central actuator for a rear-axle steering system. The main difference between front-axle steering and rear-axle steering is that the rear-axle steering must be able to be blocked in the event of a power failure or some other defect, so that the rear-axle steering does not independently set an undesirable steering angle for the rear wheels. For this purpose, it is provided that the steering pinion, to which the steering wheel would be attached in the case of front-axle steering, is provided with a blocking device. This measure locks the steering pinion and prevents the steering rod from moving. This measure makes it possible to use a front-axle steering system as a rear-axle steering system.

Claims (8)

Hinterachslenkung für Kraftfahrzeuge, mit einem zentralen Aktuator (1) zur Verschiebung einer Lenkstange (2), die mit beiden Rädern (HL; HR) der Hinterachse verbunden ist und eine Änderung des Lenkwinkels dieser Räder (HL, HR) bewirkt, wobei die Lenkstange (2) mit einem Lenkritzel (3) in Eingriff steht, wobei das Lenkritzel (3) mittels einer Blockiereinrichtung (4) blockierbar ist, wodurch eine Bewegung der Lenkstange (2) unterdrückbar ist und wobei die Blockiereinrichtung (4) als Kupplung (23) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (23) mehrere Scheiben (5) aufweist und dass die unterste Scheibe an einer Drückplatte (8) anliegt, die durch eine motorbetriebene Kugelrampe (9) entgegen der Kraft eines Federpakets (12) gespannt ist, sodass bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung das Lenkritzel (3) durch die Federspannung des Federpakets (12) blockierbar ist und ein Schließen der Kupplung (23) bewirkt wird.Rear-axle steering for motor vehicles, with a central actuator (1) for moving a steering rod (2) which is connected to both wheels (HL; HR) of the rear axle and causes a change in the steering angle of these wheels (HL, HR), the steering rod ( 2) is in engagement with a steering pinion (3), the steering pinion (3) being able to be blocked by means of a blocking device (4), whereby a movement of the steering rod (2) can be suppressed and the blocking device (4) being designed as a clutch (23). characterized in that the coupling (23) has a plurality of discs (5) and that the bottom disc bears against a pressure plate (8) which is tensioned by a motor-driven ball ramp (9) against the force of a spring assembly (12), so that if the electrical energy supply fails, the steering pinion (3) can be blocked by the spring tension of the spring assembly (12) and the clutch (23) is closed. Hinterachslenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (23) mehrere übereinander liegende, abwechselnd angeordnete Scheiben (5) aufweist, die jeweils eine Verbindung mit der Kugelrampe (9) oder dem Lenkritzel (3) aufweisen, wobei die jeweils oberen Scheiben (6) mit der Kugelrampe (9) und die jeweils unteren Scheiben (7) mit dem Lenkritzel (3) verbunden sind.rear axle steering claim 1 , characterized in that the clutch (23) has several superimposed, alternately arranged discs (5), each of which has a connection to the ball ramp (9) or the steering pinion (3), the respective upper discs (6) being connected to the Ball ramp (9) and the respective lower disks (7) are connected to the steering pinion (3). Hinterachslenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrampe (9) mit der Drückplatte (8) durch ein Verbindungselement (13) einteilig verbunden ist, wobei die jeweils oberen Scheiben (6) der Kupplung (23) an dem Verbindungselement (13) angeordnet sind und das Lenkritzel (3) wiederrum durch ein zweites Verbindungselement (14) eine Verbindung zu den jeweils unteren Scheiben (7) aufweist.rear axle steering claim 2 , characterized in that the ball ramp (9) is connected in one piece to the pressure plate (8) by a connecting element (13), the respective upper disks (6) of the clutch (23) being arranged on the connecting element (13) and the steering pinion (3) in turn has a connection to the respective lower panes (7) by a second connecting element (14). Hinterachslenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federpaket (12) zwischen dem Lenkritzel (3) und der Drückplatte (8) angeordnet ist, die durch eine Kugelrampe (9) in Richtung des Lenkritzels (3) gespannt wird.rear axle steering claim 1 , characterized in that the spring assembly (12) is arranged between the steering pinion (3) and the pressure plate (8), which is tensioned by a ball ramp (9) in the direction of the steering pinion (3). Hinterachslenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung des Federpakets (12) durch eine Betätigung der Kugelrampe (9) erfolgt, wobei die Kugelrampe (9) von einem Elektromotor betätigbar ist und eine Positionierung der Drückplatte (8) durch Bewegung in Richtung des Lenkritzels (3) gegen das Federpaket (12) zur Öffnung der Kupplung (23) bewirkt.rear axle steering claim 4 , characterized in that the spring assembly (12) is tensioned by actuating the ball ramp (9), the ball ramp (9) being operable by an electric motor and the pressure plate (8) being positioned by movement in the direction of the steering pinion (3) causes against the spring assembly (12) to open the clutch (23). Hinterachslenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall des Elektromotors die Kugelrampe (9) durch die fehlende Stromzufuhr des Elektromotors eine Schließung der Kupplung (23) bewirkt, wobei sich die Drückplatte (8) in Richtung der Kugelrampe (9) durch die Federspannung des Federpakets (12) zurückbewegt.rear axle steering claim 5 , characterized in that if the electric motor fails, the ball ramp (9) causes the clutch (23) to close due to the lack of power supply to the electric motor, with the pressure plate (8) moving in the direction of the ball ramp (9) due to the spring tension of the spring assembly ( 12) moved back. Hinterachslenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließen der Kupplung (23) bewirkt wird, indem die an der Kugelrampe (9) und an dem Lenkritzel (3) angeordneten Scheiben (5) miteinander in Eingriff gebracht werden und eine Blockade des Lenkritzels (3) bewirken.rear axle steering claim 6 , characterized in that the clutch (23) is closed by bringing the discs (5) arranged on the ball ramp (9) and on the steering pinion (3) into engagement with one another and blocking the steering pinion (3). Hinterachslenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkritzel (3) und das Federpaket (12) von einem gemeinsamen Gehäuse (15) umfasst werden.rear axle steering claim 1 , characterized in that the steering pinion (3) and the spring assembly (12) are surrounded by a common housing (15).
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