DE102022213223A1 - Steering column for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lenksäule (1) für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit: einem Mantelrohr (10) und einem in einer ersten Öffnung (10a) des Mantelrohrs (10) längsverschiebbar angeordneten Crashrohr (12); einer in eine zweite Öffnung (12a) des Crashrohrs (12) eingefügten, in dem Crashrohr (12) drehbar gelagerten Lenkwelle (14); und einem zumindest abschnittsweise in das Crashrohr (12) integrierten Feedback-Aktuator (16), welcher dazu ausgebildet ist, die Lenkwelle (14) mit einem Drehmoment (M) zu beaufschlagen.The invention relates to a steering column (1) for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, comprising: a casing tube (10) and a crash tube (12) arranged to be longitudinally displaceable in a first opening (10a) of the casing tube (10); a steering shaft (14) inserted into a second opening (12a) of the crash tube (12) and rotatably mounted in the crash tube (12); and a feedback actuator (16) integrated at least in sections into the crash tube (12), which is designed to apply a torque (M) to the steering shaft (14).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a steering column for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Steer-by-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge weisen herkömmlicherweise sogenannte Feedback-Aktuatoren auf, welche mittels einer Elektromotor/Getriebeeinheit ein Drehmoment auf eine Lenkspindel einbringen, um dem Fahrer auf das Lenksystem einwirkende Krafteinflüsse zu simulieren.Steer-by-wire steering systems for motor vehicles conventionally have so-called feedback actuators, which apply a torque to a steering spindle by means of an electric motor/gearbox unit in order to simulate the force influences acting on the steering system for the driver.
Aktuell bestehen solche Feedback-Aktuatoren aus der Motor-Getriebeeinheit bestehend aus Schnecke/Schneckenrad bzw. einem Schraubradgetriebe. Eine Getriebeeingangswelle ist mit dem Rotor des Elektromotors gekoppelt. Eine Getriebeausgangswelle ist mit einer oberen Lenkwelle bzw. Lenkspindel, die mit einem Lenkrad verbunden ist, gekoppelt.Currently, such feedback actuators consist of the motor-gear unit consisting of a worm/worm wheel or a helical gear. A gear input shaft is coupled to the rotor of the electric motor. A gear output shaft is coupled to an upper steering shaft or steering spindle, which is connected to a steering wheel.
Jedoch weisen solche Feedback-Aktuatoren ein relativ hohes Bauraumerfordernis auf, das somit für andere benachbart angeordnete Komponenten des Lenksystems nicht zur Verfügung steht.However, such feedback actuators require a relatively large amount of installation space, which is therefore not available for other adjacent components of the steering system.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenksäule für ein Steer-by-wire-Lenksystem mit einem Feedback-Aktuator bereitzustellen, welche eine kompaktere Anordnung der Lenksäule und des Feedback-Aktuators ermöglicht.The invention is therefore based on the object of providing an improved steering column for a steer-by-wire steering system with a feedback actuator, which enables a more compact arrangement of the steering column and the feedback actuator.
Die Aufgabe wird mit einer Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved with a steering column for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle with the features of patent claim 1.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.The present invention provides a steering column for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle.
Die Lenksäule weist ein Mantelrohr und ein in einer ersten Öffnung des Mantelrohrs längsverschiebbar angeordnetes Crashrohr auf. Des Weiteren weist die Lenksäule eine in eine zweite Öffnung des Crashrohrs eingefügte, in dem Crashrohr drehbar gelagerte Lenkwelle auf.The steering column has a casing tube and a crash tube arranged to be longitudinally displaceable in a first opening of the casing tube. Furthermore, the steering column has a steering shaft inserted into a second opening of the crash tube and rotatably mounted in the crash tube.
Darüber hinaus weist die Lenksäule einen zumindest abschnittsweise in das Crashrohr integrierten Feedback-Aktuator auf, welcher dazu ausgebildet ist, die Lenkwelle mit einem Drehmoment zu beaufschlagen.In addition, the steering column has a feedback actuator which is at least partially integrated into the crash tube and which is designed to apply a torque to the steering shaft.
Eine Idee der Erfindung ist es, eine Integration des Feedback-Aktuators in eine elektrisch oder manuell verstellbare Lenksäule zu ermöglichen. Kern der Erfindung ist dabei die neuartige Verwendung bestehender Lenksäulenkomponenten für die Integration des Feedback-Aktuators.One idea of the invention is to enable the integration of the feedback actuator into an electrically or manually adjustable steering column. The core of the invention is the novel use of existing steering column components for the integration of the feedback actuator.
Ein zusätzlicher Vorteil ist es ebenfalls, dass mechanische Schnittstellen sowie bisher gängige Bauräume nicht neu entwickelt werden müssen, da die Lenksäule strukturell nicht neu gestaltet werden muss.An additional advantage is that mechanical interfaces and previously common installation spaces do not have to be redeveloped, as the steering column does not have to be structurally redesigned.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims and from the description with reference to the figures.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Feedback-Aktuator eine elektrische Maschine aufweist, welche dazu ausgebildet ist, dass auf die Lenkwelle wirkende Drehmoment zu erzeugen, wobei die elektrische Maschine zumindest abschnittsweise in das Crashrohr integriert ist.According to a preferred development, it is provided that the feedback actuator has an electric machine which is designed to generate the torque acting on the steering shaft, wherein the electric machine is at least partially integrated into the crash tube.
Die elektrische Maschine bildet in der vorliegenden Ausführungsform einen Direktantrieb, d.h. benötigt kein zusätzliches Getriebe. Durch Integration der elektrischen Maschine in das Crashrohr müssen die Abmessungen der Lenksäule in vorteilhafter Weise nicht verändert werden. Ferner ergibt sich eine signifikante Platzersparnis, da der Feedback-Aktuator herkömmlicherweise außerhalb der Lenksäule angeordnet ist.In the present embodiment, the electric machine forms a direct drive, i.e. it does not require an additional transmission. By integrating the electric machine into the crash tube, the dimensions of the steering column advantageously do not need to be changed. Furthermore, there is a significant space saving, since the feedback actuator is conventionally arranged outside the steering column.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Stator der elektrischen Maschine durch zumindest einen Abschnitt des Crashrohrs ausgebildet ist.According to a further preferred development, it is provided that a stator of the electric machine is formed by at least a section of the crash tube.
Somit kann in vorteilhafter Weise eine kompakte Anordnung der elektrischen Maschine in der Lenksäule ermöglicht werden, wobei eine Dimensionierung der elektrischen Maschine hierbei an die räumlichen Abmessungen des Crashrohrs anpassbar ist, sodass ein vorhandener Bauraum im Crashrohr optimal genutzt werden kann. Darüber hinaus ist für die elektrische Maschine kein herkömmliches Gehäuse bzw. kein herkömmlicher Stator erforderlich, da der Stator durch einen Abschnitt des Crashrohrs selbst gebildet wird.This advantageously enables a compact arrangement of the electric machine in the steering column, whereby the dimensions of the electric machine can be adapted to the spatial dimensions of the crash tube so that the existing installation space in the crash tube can be used optimally. In addition, no conventional housing or stator is required for the electric machine, since the stator is formed by a section of the crash tube itself.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Rotorwelle der elektrischen Maschine durch die Lenkwelle ausgebildet ist.According to a further preferred development, it is provided that a rotor shaft of the electric machine is formed by the steering shaft.
Somit weist die Lenkwelle in vorteilhafter Weise sowohl die Funktion des Übertragens eines Lenkmoments vom Lenkrad zur Lenksäule bzw. zum Feedback-Aktuator auf, als auch die weitere Funktion, als Rotorwelle der elektrischen Maschine des Feedback-Aktuators eingesetzt zu werden.Thus, the steering shaft advantageously has both the function of transmitting a steering torque from the steering wheel to the steering column or to the feedback actuator, as well as the further function of being used as the rotor shaft of the electric machine of the feedback actuator.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Rotor der elektrischen Maschine durch ein auf der Lenkwelle angeordnetes Rotorblechpaket ausgebildet ist. Somit kann ebenfalls der Rotor der elektrischen Maschine durch Verwendung der Lenkwelle bereitgestellt werden. Die Lenksäule kann dabei beispielsweise hohl oder voll ausgebildet sein.According to a further preferred development, it is provided that a rotor of the electric machine is formed by a rotor lamination stack arranged on the steering shaft. The rotor of the electric machine can thus also be provided by using the steering shaft. The steering column can be hollow or solid, for example.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotor einen Kommutator aufweist, und wobei die Rotorwelle an einem axialen Endabschnitt einen Lenkradanschluss aufweist. Die Rotorwelle kann somit in vorteilhafter Weise durch eine herkömmliche Lenkwelle ausgebildet sein.According to a further preferred development, it is provided that the rotor has a commutator, and the rotor shaft has a steering wheel connection at an axial end section. The rotor shaft can thus advantageously be formed by a conventional steering shaft.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine elektronische Steuereinheit des Feedback-Aktuators zumindest abschnittsweise in dem Mantelrohr angeordnet ist, und wobei eine die elektronische Steuereinheit mit der elektrischen Maschine verbindende elektrische Leitung zumindest abschnittsweise im Mantelrohr und zumindest abschnittsweise im Crashrohr angeordnet ist.According to a further preferred development, it is provided that an electronic control unit of the feedback actuator is arranged at least in sections in the casing tube, and wherein an electrical line connecting the electronic control unit to the electrical machine is arranged at least in sections in the casing tube and at least in sections in the crash tube.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise gegenüber einer herkömmlichen Anordnung des Feedback-Aktuators eine Bauraumersparnis, indem die elektronische Steuereinheit des Feedback-Aktuators innerhalb der Lenksäule angeordnet ist. Auch die Verkabelung zwischen der elektronischen Steuereinheit und der elektrischen Maschine ist hierdurch innerhalb der Lenksäule angeordnet.This advantageously results in space savings compared to a conventional arrangement of the feedback actuator, as the electronic control unit of the feedback actuator is arranged inside the steering column. The wiring between the electronic control unit and the electric machine is also arranged inside the steering column.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Lagerung der Lenkwelle durch eine Lagerung der Rotorwelle, insbesondere ein Radiallager, ausgebildet ist.According to a further preferred development, it is provided that a bearing of the steering shaft is formed by a bearing of the rotor shaft, in particular a radial bearing.
Somit kann in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Lagerung der elektrischen Maschine entfallen, da eine bestehende Lagerung der Lenkwelle zu Lagerung der elektrischen Maschine verwendbar ist.This advantageously eliminates the need for additional bearings for the electric machine, since an existing bearing for the steering shaft can be used to support the electric machine.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Lenksäule durch Verfahren des Crashrohrs relativ zum Mantelrohr axial verstellbar ist. Somit kann in vorteilhafter Weise ebenfalls eine Verstellbarkeit der Lenksäule ermöglicht werden.According to a further preferred development, it is provided that the steering column is axially adjustable by moving the crash tube relative to the casing tube. This also advantageously enables the steering column to be adjusted.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine mit einem im Crashrohr angeordneten Getriebe gekoppelt ist, wobei die Rotorwelle eine Getriebeeingangswelle und die Lenkwelle eine Getriebeausgangswelle bildet.According to a further preferred development, it is provided that the electric machine is coupled to a transmission arranged in the crash tube, wherein the rotor shaft forms a transmission input shaft and the steering shaft forms a transmission output shaft.
Das Vorsehen des Getriebes weist hierbei den Vorteil auf, dass die elektrische Maschine gegenüber einem Direktantrieb geringer dimensionierbar ist, um ein vorgegebenes Drehmoment an das Lenkrad zu übertragen. Dies führt in der Folge ebenfalls zu einer Gewichtsersparnis der Lenksäule.The provision of the gearbox has the advantage that the electric machine can be dimensioned smaller than with a direct drive in order to transmit a given torque to the steering wheel. This also leads to a weight saving for the steering column.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.The described designs and further training courses can be combined as desired.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.Further possible embodiments, further developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with respect to the embodiments that are not explicitly mentioned.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.The accompanying drawings are intended to provide a further understanding of embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, in conjunction with the description, serve to explain principles and concepts of the invention.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.Other embodiments and many of the above advantages will become apparent upon consideration of the drawings. The illustrated elements of the drawings are not necessarily shown to scale with respect to one another.
Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Lenksäule für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und -
2 eine schematische Darstellung der Lenksäule für des Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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1 a schematic representation of a steering column for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention; and -
2 a schematic representation of the steering column for the steer-by-wire steering system of the motor vehicle according to a further preferred embodiment of the invention.
In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures of the drawings, like reference symbols designate like or functionally equivalent Elements, parts or components, unless otherwise stated.
Die Lenksäule 1 umfasst ein Mantelrohr 10 und ein in eine erste Öffnung des Mantelrohrs 10 längsverschiebbar angeordnetes Crashrohr 12 sowie eine in eine zweite Öffnung 12a des Crashrohrs 12 eingefügte, in dem Crashrohr 12 drehbar gelagerte Lenkwelle 14.The steering column 1 comprises a
Des Weiteren umfasst die Lenksäule 1 einen zumindest abschnittsweise in das Crashrohr 12 integrierten Feedback-Aktuator 16, welcher dazu ausgebildet ist, die Lenkwelle 14 mit einem Drehmoment M zu beaufschlagen.Furthermore, the steering column 1 comprises a
Der Feedback-Aktuator 16 weist dabei eine elektrische Maschine 18 auf, welche dazu ausgebildet ist, dass auf die Lenkwelle 14 wirkende Drehmoment M zu erzeugen, wobei die elektrische Maschine 18 zumindest abschnittsweise in das Crashrohr 12 integriert ist.The
Ein Stator 20 der elektrischen Maschine 18 ist dabei durch zumindest einen Abschnitt des Crashrohrs 12 ausgebildet. Eine Rotorwelle 22 der elektrischen Maschine 18 ist ferner durch die Lenkwelle 14 ausgebildet.A stator 20 of the
Ein Rotor 24 der elektrischen Maschine 18 ist durch ein auf der Lenkwelle 14 angeordnetes Rotorblechpaket ausgebildet. Der Rotor 24 weist ferner einen Kommutator 26 auf. Die Rotorwelle 22 weist darüber hinaus an einem axialen Endabschnitt einen Lenkradanschluss auf.A rotor 24 of the
Eine elektronische Steuereinheit 28 des Feedback-Aktuators 16 ist zumindest abschnittsweise in dem Mantelrohr 10 angeordnet. Eine die elektronische Steuereinheit 28 mit der elektrischen Maschine 18 verbindende elektrische Leitung 30 ist des Weiteren zumindest abschnittsweise im Mantelrohr 10 und zumindest abschnittsweise im Crashrohr 12 angeordnet.An
Eine Lagerung 14a der Lenkwelle 14 ist durch eine Lagerung 14a der Rotorwelle 22, insbesondere ein Radiallager, ausgebildet. Die Lenksäule 1 ist ferner durch Verfahren des Crashrohrs 12 relativ zum Mantelrohr 10 axial verstellbar. Eine Höhenverstellbarkeit der Lenksäule 1 ist ferner durch einen hierfür geeigneten herkömmlichen Mechanismus zur Höhenverstellung der Lenksäule 1 gegeben.A
Die elektrische Maschine 18 ist in dieser weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem im Crashrohr 12 angeordneten Getriebe 32 gekoppelt. Die Rotorwelle 22 bildet hierbei eine Getriebeeingangswelle und die Lenkwelle 14 eine Getriebeausgangswelle.In this further preferred embodiment of the invention, the
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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