NL1014911C2 - Elektrisch schroefactuatorsysteem. - Google Patents

Description

Elektrisch schroefactuatorsvsteem

De uitvinding betreft het gebied van elektrische schroefactuatorsystemen die moeten worden toegepast als de hoofdaandrijving voor allerlei soorten taken, zoals de 5 elektrische aandrijving en regeling van de stuurinrichting van een voertuig, de remin-richting daarvan en dergelijke. Een belangrijk aandachtspunt op dit gebied is de mate van betrouwbaarheid van de elektrische componenten daarvan, inclusief de toevoer van elektrische stroom die nodig is voor het bekrachtigen van het systeem.

Hoewel de betrouwbaarheid in de tussentijd op een niveau gebracht is dat in de 10 meeste gebieden van de techniek aanvaard is, bijvoorbeeld de luchtvaartindustrie en de wegvoertuigindustrie, bestaan niettemin nog verschillende redenen om een mechanisch reservesysteem toe te passen. Een dergelijk mechanisch reservesysteem zou niet altijd nodig zijn vanwege gebrek aan betrouwbaarheid, doch andere redenen, zoals een gevoel van vertrouwen van de chauffeur (lange termijn) garage parkeren en dergelijke 15 kunnen het wenselijk maken om een mechanische reserve op te nemen,

De uitvinding heeft een doel een dergelijke elektrische schroefactuatorsysteem, bijvoorbeeld voor een elektrisch aangedreven en geregelde stuurinrichting te verschaffen. Dat systeem omvat een schroefactuator, een elektrische motor die samenwerkt met de schroefactuator door een tandwielreductiemechanisme, elektronische bedienings-20 middelen voor het elektrisch bedienen van de schroefactuator, en een mechanisch reservesysteem voor het bedienen van de schroefactuator bij afwezigheid van elektrische stroom, bijvoorbeeld in het geval van een onderbreking van de elektrische stroom, of in het geval de elektrische stroom is uitgeschakeld, onderhoud, parkeren en dergelijke, welk mechanisch reservesysteem een met de hand regelbaar bedieningsorgaan omvat 25 alsmede een elektromagnetische koppeling, welke koppeling de samenwerking tussen het bedieningsorgaan en de schroefactuator onderbreekt in geval van nominaal bedrijf en beschikbaarheid van de elektrische stroom, en bedieningsorgaan en de schroefactuator doet samenwerken in het geval van afwezigheid van elektrische stroom.

Bij het elektrische schroefactuatorsysteem volgens de uitvinding treedt een auto-30 matische overgang op van elektrisch bedrijf naar volledig mechanisch handbedrijf indien, om wat voor redenen dan ook, geen elektrische stroom beschikbaar is. Onder normale omstandigheden echter vindt volledige elektrische aandrijving en regeling plaats, bijvoorbeeld door regelknoppen, een joysticks en dergelijke.

1014.'-! 1 1** 2

Hoewel de mechanische reserve hoofdzakelijk bedoeld is voor het verschaffen van een uitweg in noodomstandigheden, kunnen daaraan ook de "normale" of gewenste functies ook worden toegekend. In het geval van toepassingen in het wegvervoer bijvoorbeeld kan het wenselijk zijn om aanvullende mechanische bediening van de par-5 keerrem toe te passen voor het remmen van het voertuig gedurende lange tijd, zoals ononderbroken remmen gedurende verscheidene weken of maanden. In een dergelijk geval zou de accu geleidelijk aan de meeste energie verliezen indien de elektrische aandrijving van de parkeerrem zou worden gebruikt.

De elektrische motor is gewoonlijk een motor met een hoog toerental, hetgeen de 10 toepassing van een vertragingstandwielmechanisme nodig maakt. Aan de andere kant verschaf het met de hand regelbare bedieningsorgaan, zoals een stuur, een joystick en dergelijke, gewoonlijk slechts een beperkte verplaatsing of verdraaiing. Volgens de uitvinding is derhalve een hulptandwielmechanisme verschaft ter verkrijging van het noodzakelijke aantal omwentelingen van de moer of de schroef ter verschaffing van de 15 vereiste verplaatsing. Dat hulptandwielmechanisme is een versnellend tandwielmecha-nisme.

Bij voorkeur zijn het vertragingstandwielmechanisme en het hulptandwielmechanisme geïntegreerd. In dat geval omvat het vertragingstandwielmechanisme een zonnetand wiel dat aandrijfbaar is door de elektrische motor, een vast ringtandwiel verbon-20 den aan een van de moer en de schroef, satelliettandwielen die samenwerken met het zonnetandwiel en het ringtandwiel, en een drager waarop satelliettandwielen draaibaar zijn gemonteerd, welke drager met de andere van de moer en de schroef samenwerkt.

Volgens een compacte uitvoeringsvorm is de moer van de schroefactuator verbonden aan een huis, welk huis verder de vaste ringtandwiel (wielen) draagt dat (die) 25 concentrisch is (zijn) met betrekking tot de moer en de schroef, alsmede de elektromagnetische koppeling.

Verder kan de hartlijn van de koppeling dwars gericht zijn met betrekking tot de hartlijn van de schroefactuator, in welk geval de koppeling samenwerkt met het hulptandwielmechanisme door schuine tandwielen.

30 Het mechanische reserve systeem kan een flexibele kabelaandrijving omvatten die aan een eind is verbonden aan de koppeling, en die aan het andere eind is voorzien van een met de hand bedienbaar hefboommiddel, zoals een stuur, een joystick of der 3 gelijke. Nabij de joystick kan ook een aanvullende tandwielversnellingseenheid zijn aangebracht.

Het met de hand bedienbaar hefboommiddel bezit een draaipunt dat vast is met betrekking tot de schroefactuator, terwijl de soepele kabelaandrijving verbonden is aan 5 het hefboommiddel in het draaipunt daarvan, waarbij elektromagnetische immobilisa-tiemiddelen zijn voorzien voor het verhinderen van verdraaiing van het hefboommiddel in het geval van nominaal bedrijf en beschikbaarheid van elektrische stroom en voor het toelaten van verdraaiing van het hefboommiddel in het geval van afwezigheid van elektrische stroom.

10 Bij voorkeur dragen de hefboommiddelen de elektronische bedieningsmiddelen voor het elektrisch bedienen van de schroefactuator, zoals bestaande bedieningsmiddelen met elektrische draden ("drive-by-wire"). Deze elektronische bedieningsmiddelen kunnen bijvoorbeeld bestaan uit een joystick, die direct gemonteerd is op het draaipunt, of op een afstand daarvan aan het vrije eind van de hefboommiddelen.

15 Verder kan een sensor zijn voorzien voor het bewaken en regelen van een ver plaatsing en/of een verdraaiing van de hefboommiddelen en/of de schroef volgens een gesloten lusconfiguratie met de elektrische motor, de elektronische bedieningsmiddelen, en een elektronische regeleenheid.

Zoals vermeld kan het systeem volgens de uitvinding worden toegepast voor het 20 besturen van een voertuig. Derhalve betreft de uitvinding tevens een elektromagnetische stuurinrichting, omvattende een elektrische schroefactuatorsysteem zoals hiervoor beschreven en een joystick met ten minste een krachtsensor en/of ten minste een ver-plaatsings- of rotatiesensor voor het besturen, en/of remmen en/of versnellen.

De uitvinding zal vervolgens verder worden beschreven onder verwijzing naar 25 een elektromechanische stuurinrichting volgens de uitvinding zoals weergegeven in de tekeningen.

Fig. 1 toont de algemene uitvoering van een voertuig voorzien van een elektrisch besturings- en reminrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont de algemene uitvoering van de elektrische stuurinrichting volgens de 30 uitvinding.

Fig. 3 toont een dwarsdoorsnede van de schroefactuator.

Het in fig. 1 weergegeven voertuig omvat een stuuractuator 1 die is verbonden aan de voorwielen van het voertuig, alsmede een joystick 26 nabij de bestuurderszetel.

4

Verder zijn elektromechanisch remactuatoren 28 voorzien welke de schijfremmen op alle wielen van het voeren regelen, en die ook geregeld kunnen worden door de joystick 26. Elektromechanische trommelremmen kunnen ook onderdeel uitmaken van een compleet elektromechanisch remsysteem.

5 De joystick 26 is verbonden aan een elektronische regeleenheid 27, welke door middel van de inrichting 29 voor het regelen van het dynamische rijgedrag de elektrische motor 2 van de schroefactuator 1 regelt.

De joystick 26 regelt ook de elektromechanische remactuatoren 28 op basis van signalen afkomstig van de wielsnelheidsensoren 30. Verder zijn sensoren 31 opgeno-10 men die de rijstatus bewaken, welke sensors alle zijn verbonden aan de elektronische sensorregelinrichting 32.

Zoals weergegeven in fig. 2 ontvangt de regeleenheid 27 signalen met betrekking tot bijvoorbeeld op de schroefactuator 1 uitgeoefende belastingen, verplaatsingen en/of rotaties van de componenten daarvan, via kabel 33. Via kabel 34 ontvangt de regeleen-15 heid 27 signalen van de joystick 26. Op basis van deze signalen wordt de elektrische motor 2 geregeld, via kabel 35, voor het bedienen van de schroefactuator 1.

De joystick 26 is gemonteerd op het vrije eind van de hefboom 23, die draaibaar 15 rond een verticale hartlijn op het draaipunt 24. Verder kan de hefboom 23 scharnieren rond de horizontale schamierhartlijn van het scharnier 36.

20 Door middel van de immobilisatiemiddelen 25, bijvoorbeeld een elektromagneti sche koppeling, worden hefboom 23, en daarmee de joystick 26 in een nominale positie gehouden onder nominale omstandigheden, dat is indien elektrische stroom beschikbaar is.

Bij afwezigheid van elektrische stroom, bijvoorbeeld wanneer de elektrische 25 stroom is uitgeschakeld of in het geval van een elektrische stroomonderbreking, wordt de elektromagnetische koppeling 25 vrijgegeven en door de hefboom 23 via de joystick 26 te manipuleren, wordt een verdraaiing via het draaiorgaan 24 opgelegd aan de soepele kabel 4 die een koppel kan overdragen.

Op zijn beurt drijft deze soepele kabel 4 de schroefactuator 1 zodanig aan dat 30 stuurbedrijf nog steeds mogelijk is.

Aanvullend is een soepele remkabel 37 voorzien, die, bij afwezigheid van elektrische stroom, geregeld wordt door het scharnieren van de hefboom 23 rond het scharnier t. C' ·-; t • v i. , · 5 36. De flexibele kabel 37 is verbonden aan de remactuatoren 28, doch is niet weergegeven in verder detail.

De toegepaste actuator kan zijn uitgevoerd met een draaibare moer en een bewegende schroef, of een bewegende schroef en een draaibare moer.

5 Zoals weergegeven in fïg. 3 is de schroefactuator 1 opgenomen in een huis 19, dat niet draaibaar is bevestigd met betrekking tot bijvoorbeeld het chassis van een voertuig. De moer 12 is onbeweeglijk bevestigd in het huis 12. De schroef 13 is draaibaar en transleerbaar ondersteund in de moer 12 door middel van de kogels 38, die samenwerken met overeenkomstig gevormde schroefdraden in de moer 12 en de schroef 10 13.

De schroefactuator 1 wordt bediend door een elektrische motor 2 met een schuin rondsel 39 dat een eerste schuin reductietandwiel 40 aandrijit dat rond de schroef 13 is gepositioneerd. Het schuine tandwiel 40 is draaibaar ondersteund door middel van lager 41. Het schuine tandwiel 40 is geïntegreerd met een zonnetandwiel 8, dat samenwerkt 15 met satelliettandwiel 10. Het huis 1 draagt een vast ringtandwiel 9, dat ook samenwerkt met de satelliettandwielen 10.

De satelliettandwielen 10 zijn draaibaar gemonteerd op een drager 11, die door middel van een groefTkogelmechanisme 20 de schroef 13 kan verdraaien

De schuine tandwielen 39, 40, alsmede het satelliettandwielmechanisme 8 tot 11 20 verschaffen de noodzakelijke vertraging van de motorverdraaiingen voor het aandrijven van de schroefactuator 1.

In het geval van een elektrische stroomonderbreking, kan de elektrische motor 2 de schroefactuator 1 niet langer aandrijven. Om die reden is een mechanisch reserve-systeem verschaft, omvattende een soepele kabel 4, die is verbonden aan een elektro-25 magnetische koppeling 6. In het geval van een stroomonderbreking verbindt deze elektromagnetische koppeling 6 de soepele kabel 4 aan het (schuine) hulpaandrijftandwiel 14. Het hulpaandrijftandwiel 14 werkt samen met een schuin tandwiel 21, dat de schroef 13 omgeeft. Het schuine tandwiel 21 is geïntegreerd in een hulpdrager 15, die draaibaar is ondersteund met betrekking tot het huis door middel van het lager 42.

30 De drager 15 draagt hulpsatelliettandwielen 16, die samenwerken met een vast hulpringtandwiel 17, alsmede met een hulpzonnetandwiel 18 dat geïntegreerd is in de drager 11.

6

Door de soepele kabel te verdraaien door de hefboom 23 (zie fig. 2) kan aldus de schroef 13 mechanisch worden geroteerd.

De schuine tandwielen 14, 21 of andere geschikte tandwieloverbrengingsprinci-pes zijn bij voorkeur versnellende tandwielen.

Claims (24)

1. Elektrisch schroefactuatorsysteem, bijvoorbeeld door een elektrisch aangedreven en geregelde stuurinrichting, welk systeem omvat een schroefactuator (1), een 5 elektrische motor (2) die samenwerkt met de schroefactuator (1) door een tandwielre-ductiemechanisme (3), elektronische bedieningsmiddelen (26) voor het elektrisch bedienen van de schroefactuator (1), en een mechanisch reservesysteem (4) voor het bedienen van de schroefactuator (1) bij afwezigheid van elektrische stroom, bijvoorbeeld in het geval van een onderbreking van de elektrische stroom, of in het geval de elektri-10 sche stroom is uitgeschakeld, onderhoud, parkeren en dergelijke, welk mechanisch reservesysteem (4) een met de hand regelbaar bedieningsorgaan (5) omvat alsmede een elektromagnetische koppeling (6), welke koppeling (6) de samenwerking tussen het bedieningsorgaan (5) en de schroefactuator (1) onderbreekt in geval van nominaal bedrijf en beschikbaarheid van elektrische stroom, en het bedieningsorgaan (5) en de 15 schroefactuator (1) doet samenwerken in het geval van afwezigheid van elektrische stroom.

2. Systeem volgens conclusie 1, waarbij de elektromagnetische koppeling (6) is verbonden aan een hulptandwielmechanisme (7) dat samenwerkt met de schroefac- 20 tuator (1) in het geval van de afwezigheid van de elektrische stroom.

3. Systeem volgens conclusie 2, waarbij het reductietandwielmechnisme (2) en het hulptandwielmechanisme (7) zijn geïntegreerd.

4. Systeem volgens conclusie 3, waarbij het reductietandwielmechanisme (2) een zonnetandwiel (8) omvat dat aandrijfbaar is door de elektrische motor (2), een vast ringtandwiel (9) dan aan een van de moer (12) en de schroef (13) is verbonden, satel-liettandwielen (10) die samenwerken met het zonnetandwiel (8) en het ringtandwiel (9), en een drager (11) waarop de satelliettandwielen (10) draaibaar zijn gemonteerd, welke 30 drager (11) samenwerkt met de andere van de moet (12) en de schroef (13).

5. Systeem volgens conclusie 4, waarbij de koppeling (6) is verbonden aan een hulptandwiel (14) dat samenwerkt met de schroefactuator (17). δ

6. Systeem volgens conclusie 5, waarbij het aandrijvende hulptandwiel (14) samenwerkt met een hulpdrager (15) waarop satelliettandwielen (16) draaibaar zijn gemonteerd, welke hulpsatelliettandwielen (16) samenwerken met een hulpringtandwiel 5 (17) dat vast is met betrekking tot de andere ringtandwiel (9), en een hulpzonnetand- wiel (18) verbonden aan de andere drager (11).

7. Systeem volgens een van de conclusies 2 tot 6, waarbij het hulptandwielme-chanisme (7) een versnellingstandwielmechanisme is. 10

8. Systeem volgens een van de conclusies 4 tot 7, waarbij de moer (12) van de schroefactuator (1) is verbonden aan een huis (19), welk huis (19) verder de vaste ringtandwielen (5, 9, 17) draagt die concentrisch is (zijn) met betrekking tot de moer (11) en de schroef (12), alsmede de elektromagnetische koppeling (6). 15

9. Systeem volgens conclusie 8, waarbij de schroef (12) samenwerkt met de drager (11) door middel van een groef./kogelmechanisme (20).

10. Systeem volgens conclusie 8 of 9, waarbij de hartlijn van de koppeling (6) 20 dwars is met betrekking tot de hartlijn van de schroefactuator (1), en de koppeling (6) door middel van schuine tandwielen (14, 21) samenwerkt met het hulptandwielmecha-nisme (7).

11. Systeem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het mechanische 25 reservesysteem (4) een soepele kabelaandrijving (22) omvat, die een koppel kan overbrengen, of een trekkabel of een mechanisch stangenstelsel, die dat aan een eind verbonden is aan de koppeling (6), en die/dat aan het andere eind voorzien is van een met de hand bedienbaar hefboommiddel (23), b.v. stuur, joystick of dergelijke. 1

12. Systeem volgens conclusie 11, waarbij het met de hand bediende hefboom middel (23) een draaipunt (24) bezit dat vast is met betrekking tot de schroefactuator (1), en de soepele kabelaandrijving (22) is verbonden aan het hefboommiddel (22) aan het draaipunt (24) daarvan, terwijl elektromagnetische immobilisatiemiddelen (25) zijn voorzien voor het verhinderen van verdraaiing van het hefboommiddel (23) in het geval van nominaal bedrijf en beschikbaarheid van elektrische stroom, en voor het toelaten van verdraaiing van het hefboommiddel (23) in het geval van elektrische stroomonder-breking. 5

13. Systeem volgens conclusie 12, waarbij hefboommiddelen (23) de elektromagnetische bedieningsmiddelen (26) dragen voor het elektrisch bedienen van de schroefactuator (1).

14. Systeem volgens conclusie 13, waarbij de elektronische bedieningsmiddelen een joystick (26) omvatten.

15. Systeem volgens conclusie 14, waarbij de joystick zich bevindt op een afstand van het scharnier (24). 15

16. Systeem volgens conclusie 14, waarbij de joystick (26) direct is gemonteerd op het draaipunt (24), en draaibaar of optilbaar is (x-y-z-hartlijn).

17. Systeem volgens een van de voorgaande conclusies waarbij een sensor is 20 voorzien voor het bewaken en regelen van een verplaatsing en/of een verdraaiing van bijvoorbeeld de moer en/of de schroef in een gesloten lusconfiguratie met de elektrische motor (2), de elektronische bedieningsmiddelen (26), en een elektronische re-geleenheid (27).

18. Systeem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het vertragings- tandwielmechanisme (13) een excentrische tandwielvertraging omvat.

19. Systeem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het vertragings-tandwielmechanisme (13) een combinatie van schuine tandwielen en/of planetaire 30 wielen en/of excentrische wielen omvat. f I’

20. Systeem volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de schroefac- tuator (1) een draaibaar ondersteunde moer (12) en een niet-draaibare, transleerbare schroef (13) omvat.

21. Systeem volgens een van de conclusies 1 tot 19, waarbij de schroefactuator een niet-draaibare, transleerbare moer en draaibaar ondersteunde schroef omvat.

22. Systeem volgens conclusie 21, waarbij de moer is verbonden aan of geïntegreerd in een zuiger.

23. Elektromechanisch besturingssysteem, omvattende een elektrisch schroefac-tuatorsysteem volgens een van de conclusie 1 tot 21, en een joystick (26) met ten minste een krachtsensor en/of ten minste een verplaatsings- of verdraaiingssensor voor een besturings-, en/of rem- en/of versnellingsactie. 15

24. Elektromechanisch remsysteem, omvattende een elektrisch schroefactuator-systeem volgens een van de conclusies 1 tot 21.. xxxxxxxx Γ; 1 ' i if U ; ·>-,