DE102019121390A1 - Feedback actuator for a steering device - Google Patents
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Abstract
Feedback-Aktuator (1) für eine Lenkeinrichtung mit einem definierten Lenkmoment (L), mit einer äußeren Gehäuseanordnung (2), umfassend- eine Lenkspindel (3) zur Kopplung mit einem Lenkrad (4), wobei die Lenkspindel (3) um ihre Längsachse (L) drehbar in der Gehäuseanordnung (2) gelagert ist,- eine Sperrvorrichtung (11) für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment (L) eines Motors (9) erfordern,- ein Winkelsensorsystem (10) zur Ermittlung der Rotorlage für die Regelung eines Motors (9) und- mindestens einen ersten Motor (9) zum aktiven Stellen eines Motorlenkmoments (M) in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs,- ein Getriebe (8) zur Bereitstellung des definierten Lenkmoments (L) am Lenkrad (4) aufweist, wobei der Motor (9) eine erste Motorwellenschnittstelle (9a) und eine zweite Motorwellenschnittstelle (9b) aufweist.Feedback actuator (1) for a steering device with a defined steering torque (L), with an outer housing arrangement (2), comprising a steering spindle (3) for coupling to a steering wheel (4), the steering spindle (3) about its longitudinal axis (L) is rotatably mounted in the housing arrangement (2), - a locking device (11) for functions that require an active actuating torque greater than a defined steering torque (L) of a motor (9), - an angle sensor system (10) for determining the Rotor position for regulating a motor (9) and - at least one first motor (9) for actively setting a motor steering torque (M) when a vehicle is switched on, - a gear (8) for providing the defined steering torque (L) on the steering wheel ( 4), the motor (9) having a first motor shaft interface (9a) and a second motor shaft interface (9b).
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung betrifft einen Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung. Solche Feedback-Aktuatoren werden insbesondere bei steer-by-wire-Lenksystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt.The invention relates to a feedback actuator for a steering device. Such feedback actuators are used in particular in steer-by-wire steering systems for motor vehicles.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers, wie konventionelle mechanische Lenkungen, durch Drehung eines Lenkrades einer Eingabeeinheit entgegen. Dadurch wird die Drehung einer Lenkwelle bewirkt, die jedoch nicht mechanisch über das Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist, sondern mit Drehwinkel- bzw. Drehmomentsensoren zusammenwirkt, die den eingebrachten Lenkbefehl erfassen und ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenksteller abgeben, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt.Steer-by-wire steering systems for motor vehicles receive manual steering commands from the driver, like conventional mechanical steering systems, by turning a steering wheel of an input unit. This causes the rotation of a steering shaft which, however, is not mechanically connected to the wheels to be steered via the steering gear, but rather interacts with angle of rotation or torque sensors that detect the steering command that is introduced and emit an electrical control signal determined from it to a steering actuator, which by means of an electric actuator sets a corresponding steering angle of the wheels.
Bei steer-by-wire-Systemen erhält der Fahrer von den gelenkten Rädern keine unmittelbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, welche bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmoment in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände zum Lenkrad zurückgemeldet werden. Die fehlende haptische Rückmeldung erschwert dem Fahrer aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenkbarkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden.With steer-by-wire systems, the driver does not receive any direct physical feedback from the steered wheels via the steering line, which in conventional mechanically coupled steering systems is a reaction or restoring torque depending on the condition of the road surface, the vehicle speed, the current steering angle and other operating conditions reported back to the steering wheel. The lack of haptic feedback makes it difficult for the driver to safely grasp current driving situations and to carry out appropriate steering maneuvers, which impairs vehicle steerability and thus driving safety.
Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen zu erfassen oder in einer Simulation zu berechnen, und aus diesen ein Rückkopplungs-Signal zu bilden, welches in einen Feedback-Aktuator eingespeist wird. Der Feedback-Aktuator ist in die Eingabeeinheit integriert und weist eine Aktuatoreinheit auf, die einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden Stellantrieb umfasst, und die abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rückstellmoment (Feedbackmoment) über die Lenkwelle in das Lenkrad einkoppelt. Derartige „Force-feedback“-Systeme geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert.In order to generate a realistic driving experience, it is known in the prior art to record parameters such as vehicle speed, steering angle, steering reaction torque and the like from an actual current driving situation or to calculate them in a simulation and to form a feedback signal from these, which is shown in a feedback actuator is fed. The feedback actuator is integrated into the input unit and has an actuator unit which includes an actuator that serves as a manual torque or steering wheel actuator and which, depending on the feedback signal, couples a restoring torque (feedback torque) corresponding to the real reaction torque into the steering wheel via the steering shaft. Such “force feedback” systems give the driver the impression of a real driving situation like with conventional steering, which facilitates an intuitive reaction.
Aus der
Zur Beaufschlagung eines definierten Rückstellmoments im Lenkrad muss bei den vorangehend beschriebenen bekannten Ausführungen das Motordrehmoment wegen der direkten Kupplung der Motorwelle mit der Lenkwelle entsprechend genau vorgegeben werden, was eine aufwendige, schnelle und präzise Regelung des Motorstroms in der Steuereinheit erfordert. Hinzu kommt, dass zur Realisierung größerer Rückstellmomente relativ hohe Steuerströme bereitgestellt werden müssen. Diese Anforderungen bedingen einen hohen Steuerungsaufwand, sodass die Steuereinheit entsprechend aufwendig ausgelegt werden muss. Außerdem haben zur Beaufschlagung mit realistischen Rückstellmomenten geeignete Elektromotoren mit ausreichend hohen Motordrehmomenten relativ große Abmessungen, was einem kompakten Aufbau entgegensteht.To apply a defined restoring torque in the steering wheel, in the known designs described above, the motor torque must be precisely specified because of the direct coupling of the motor shaft to the steering shaft, which requires complex, fast and precise regulation of the motor current in the control unit. In addition, relatively high control currents have to be provided in order to achieve greater restoring torques. These requirements require a high level of control effort, so that the control unit has to be designed in a correspondingly complex manner. In addition, suitable electric motors with sufficiently high motor torques for applying realistic restoring torques have relatively large dimensions, which is contrary to a compact design.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feedback-Aktuator für eine kompakte Lenkeinrichtung mit einem realistisch nachgebildeten Lenkgefühl zu entwickeln, die möglichst spielfrei ausgebildet ist.The invention is based on the object of developing a feedback actuator for a compact steering device with a realistically simulated steering feel that is designed with as little play as possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung mit einem definierten Lenkmoment, mit einer äußeren Gehäuseanordnung, umfassend
- - eine Lenkspindel zur Kopplung mit einem Lenkrad, wobei die Lenkspindel um ihre Längsachse drehbar in der Gehäuseanordnung gelagert ist,
- - eine Sperrvorrichtung für Funktionen, die ein aktives Stellmoment größer als ein definiertes Lenkmoment eines Motors erfordern,
- - ein Winkelsensorsystem zur Ermittlung der Rotorlage für die Regelung eines Motors und
- - mindestens einen ersten Motor zum aktiven Stellen eines Motorlenkmoments in einem eingeschalteten Betriebszustand eines Fahrzeugs,
- - ein Getriebe zur Bereitstellung des definierten Lenkmoments am Lenkrad aufweist, wobei der Motor eine erste Motorwellenschnittstelle und eine zweite Motorwellenschnittstelle aufweist.
- - A steering spindle for coupling with a steering wheel, wherein the steering spindle is rotatably mounted about its longitudinal axis in the housing arrangement,
- - a locking device for functions that require an active control torque greater than a defined steering torque of a motor,
- - An angle sensor system for determining the rotor position for controlling a motor and
- - at least one first motor for actively setting an engine steering torque when a vehicle is switched on,
- - Has a transmission for providing the defined steering torque on the steering wheel, the motor having a first motor shaft interface and a second motor shaft interface.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Bauraum im Bereich der Lenkspindel-/ Lenkwellenanbindung an den Motor stark begrenzt ist. Dies hat zur Folge, dass nur unter hohem Anpassungsaufwand alle notwendigen Bauteile untergebracht werden können. Gemäß der Erfindung sieht der Motor eine weitere Motorwellenschnittstelle vor. Dies hat den Vorteil, dass die vorhandenen Bauteile ohne aufwendige Umgestaltung der Lenkung und des Feedback-Aktuators verbaut werden können. The invention is based on the knowledge that the installation space in the area of the steering spindle / steering shaft connection to the engine is severely limited. As a result, all the necessary components can only be accommodated with a great deal of adaptation. According to the invention, the motor provides a further motor shaft interface. This has the advantage that the existing components can be installed without complex redesigning of the steering and the feedback actuator.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, ist das Getriebe der ersten Motorwellenschnittstelle zugeordnet und die Sperrvorrichtung der zweiten Motorschnittstelle. Aufgrund dessen, dass das Getriebe zur Bereitstellung des definierten Lenkmoments
Bevorzugterweise ist zwischen der zweiten Motorwellenschnittstelle und der Sperrvorrichtung ein zweites Getriebe vorgesehen. Bevorzugterweise ist zwischen der ersten Motorwellenschnittstelle und der Sperrvorrichtung und/oder dem Reibelement und/ oder dem Getriebe ein zweites Getriebe vorgesehen ist. Dies ist vor allem dann notwendig, wenn die Anordnung achsparallel erfolgen soll und die Bauteile entsprechend angeordnet werden.A second transmission is preferably provided between the second motor shaft interface and the locking device. A second gear is preferably provided between the first motor shaft interface and the locking device and / or the friction element and / or the gear. This is especially necessary if the arrangement is to be axially parallel and the components are arranged accordingly.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Getriebe () und/ oder das zweite Getriebe ein Stirnradgetriebe, ein Planetengetriebesystem und/oder ein Riemengetriebesystem. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des Getriebesystems, sodass die Elektromotoren zuverlässig verbunden werden können.According to one embodiment of the invention, the gear (14) and / or the second gear is a spur gear, a planetary gear system and / or a belt gear system. This increases the reliability of the transmission system so that the electric motors can be reliably connected.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend werden fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von fünf Figuren dargestellt. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines Feedback-Aktuators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, -
2 eine schematische Schnittansicht eines Feedback-Aktuators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, -
3 eine schematische Schnittansicht eines Feedback-Aktuators gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, -
4 eine schematische Schnittansicht eines Feedback-Aktuators gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, und -
5 eine schematische Schnittansicht eines Feedback-Aktuators gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a schematic sectional view of a feedback actuator according to a first embodiment of the invention, -
2 a schematic sectional view of a feedback actuator according to a second embodiment of the invention, -
3 a schematic sectional view of a feedback actuator according to a third embodiment of the invention, -
4th a schematic sectional view of a feedback actuator according to a fourth embodiment of the invention, and -
5 a schematic sectional view of a feedback actuator according to a fifth embodiment of the invention.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Angrenzend an das Getriebe
Anhand der nachfolgenden Figuren werden weitere Ausführungsbeispiele des Feedback-Aktuators
Die
Wie aus
Aus
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Feedback-AktuatorFeedback actuator
- 22
- GehäuseanordnungHousing arrangement
- 33
- LenkspindelSteering shaft
- 44th
- Lenkradsteering wheel
- 55
- Lagercamp
- 66th
- ReibelementFriction element
- 77th
- Lagercamp
- 88th
- Getriebetransmission
- 99
- Motorengine
- 9a9a
- erste Motorwellenschnittstellefirst motor shaft interface
- 9b9b
- zweite Motorwellenschnittstellesecond motor shaft interface
- 1010
- WinkelsensorsystemAngle sensor system
- 1111
- SperrvorrichtungLocking device
- 1212
- zweites Getriebe second gear
- LL.
- LenkmomentSteering torque
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102008036730 A1 [0005]DE 102008036730 A1 [0005]
- EP 2414211 B1 [0005]EP 2414211 B1 [0005]
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DE102019121390A1 true DE102019121390A1 (en) | 2020-12-03 |
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DE102019121390.8A Ceased DE102019121390A1 (en) | 2019-05-27 | 2019-08-08 | Feedback actuator for a steering device |
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Citations (2)
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DE102008036730A1 (en) * | 2008-08-07 | 2010-02-11 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Actuator unit for a motor vehicle steer-by-wire steering device |
-
2019
- 2019-08-08 DE DE102019121390.8A patent/DE102019121390A1/en not_active Ceased
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Legal Events
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