WO2022089834A1 - Einzelradsteller für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2022089834A1
WO2022089834A1 PCT/EP2021/075764 EP2021075764W WO2022089834A1 WO 2022089834 A1 WO2022089834 A1 WO 2022089834A1 EP 2021075764 W EP2021075764 W EP 2021075764W WO 2022089834 A1 WO2022089834 A1 WO 2022089834A1
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wheel
carrier
axle
motor vehicle
electric
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Thomas Kurz
Tobias Ritz
Janis SCHOENTGES
Christian Riese
Matthias Ehrmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0418—Electric motor acting on road wheel carriers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60G2200/00—Indexing codes relating to suspension types
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    • B60G2200/44—Indexing codes relating to the wheels in the suspensions steerable
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/18—Steering knuckles; King pins

Definitions

  • the present invention relates to an electric individual wheel adjuster for a motor vehicle.
  • the desired steering angle is transmitted from the steering wheel to the two front wheels via a mechanical connection.
  • the steering torque is amplified by a servo gear so that easy steering is possible.
  • the steering system can act centrally, that is, the steering actuator controls both wheels together at the same time.
  • the translational movement of a toothed rack is transmitted to the tie rods, which pivot the wheels.
  • the maximum steering angle on the front wheels is limited by the kinematics.
  • each steered wheel is assigned its own steering actuator, which means that each wheel can be controlled individually. This makes it possible to increase the maximum steering angle. Since there is no central steering actuator in the middle of the vehicle, there can be tree space advantages for the vehicle manufacturer. In addition, decentralized steering systems enable new functions such as a parking brake function by turning the wheels in opposite directions.
  • the wheel carrier is designed as a double wheel carrier and the purely rotary steering divider is integrated into the axle carrier, the disadvantages mentioned in the prior art can be avoided.
  • the wheel carrier is divided into two parts which are rotatably mounted within one another, ie an outer pivot carrier is rotatably mounted within the axle carrier.
  • the swivel mount holds the wheel hub and defines the steering axis.
  • the electric motor is mounted on the axle carrier and drives the pivoting carrier, e.g. via a belt drive.
  • the translation of the required steering torque can be done by different transmission variants.
  • a two-stage gearbox is advantageous.
  • an axial transmission such as a planetary or tension shaft transmission, can be arranged directly on the electric motor.
  • a second gear stage which can be formed, for example, by a toothed belt drive or a toothed wheel drive, the rotational movement is transmitted to the pivoting support.
  • Figure 1 shows the single wheel adjuster according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a detailed view of the single-wheel adjuster of the first embodiment
  • FIG. 3 shows the single wheel adjuster according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 4 shows a first variant for positioning the electric motor on the axle support
  • FIG. 5 shows a second variant for positioning the electric motor on the axle support
  • FIG. 6 shows a third variant for positioning the electric motor on the axle support
  • FIG. 1 shows the single wheel positioner according to the invention in a first embodiment.
  • the wheel carrier is designed as a double wheel carrier.
  • the first version is characterized in that the double wheel carrier is designed in a McPherson axle.
  • the dual wheel carrier is divided into an axle carrier 3 and a pivot carrier 2 , with the pivot carrier 2 being rotatably mounted within the axle carrier 3 .
  • the pivoting carrier accommodates the hub 1 or the wheel 8.
  • the axle carrier 3 is connected to the chassis of the vehicle via the lower wishbone 4 and the spring strut 7 . He is responsible for the vertical wheel guidance.
  • the electric motor 6 drives the pivoting support 2 via a toothed belt drive 5 .
  • the wheel 8 is pivoted relative to the axle carrier 3 .
  • FIG. 2 shows the first embodiment of the single-wheel adjuster in more detail.
  • the axle carrier 3 can be composed of two parts 3, 13 in order to enable the pivoting carrier 2 to be assembled easily .
  • the hub 1 is attached to the swivel support 2 .
  • the swivel mount 2 has recesses for mounting the ball joint 10 and the swivel joint 12 .
  • the steering axis is defined by these two bearings.
  • the steering actuator consists of the electric motor 6, which also contains control electronics, and a first gear stage 17, which is arranged directly on the electric motor 6. These components form the drive 16 which is connected to the output 11 via a toothed belt drive 5 .
  • the toothed belt gear 5 represents the second gear stage.
  • the double wheel carrier is designed as a McPherson axle. This means that the upper wishbone has been replaced by a rotary and sliding joint formed from the shock absorber. Alternatively, the double wheel carrier can also be integrated into other types of wheel suspension. As a second embodiment, FIG. 3 shows how the double wheel carrier was integrated into a double wishbone wheel suspension.
  • the position of the electric motor 6 can be selected differently. This is shown in Figures 4-6.
  • the electric motor 6 can be integrated either behind the axle carrier 3 or in the axle carrier 3 . Depending on the position of the electric motor 6, the axle carrier 3 and the wishbone 4 must be adjusted accordingly.

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Abstract

Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug mit einem Doppelradträger, welcher aus einem Achsträger (3) und einem Schwenkträger (2) besteht und wobei der Schwenkträger (2) drehbar innerhalb des Achsträgers (3) gelagert ist, mit einem Elektromotor (6), welcher über ein Getriebe den Schwenkträger (2) verschwenkt, wobei der Elektromotor (6) am Achsträger (3) angeordnet ist.

Description

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Beschreibung
Titel
Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Bei konventionellen Lenksystemen wird der gewünschte Lenkwinkel vom Lenkrad über eine mechanische Verbindung auf die beiden Vorderräder übertragen. Das Lenkmoment wird durch ein Servogetriebe verstärkt, damit ein einfaches Lenken möglich ist.
Bei zukünftigen Steer-by-Wire Lenksystemen entfällt die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern. Der am Lenkrad eingestellte Lenkwinkel wird durch einen Sensor erfasst und elektronisch auf den Lenkaktuator übertragen, welcher dann die Vorderräder entsprechend verstellt.
Das Lenksystem kann zentral wirken, das heißt, der Lenkaktuator steuert gleichzeitig beide Räder gemeinsam an. In üblicher Weise wird dabei die translatorische Bewegung einer Zahnstange auf die Spurstangen übertragen, welche die Räder verschwenken. Allerdings ist durch die Kinematik der maximale Lenkwinkel an den Vorderrädern begrenzt.
Bei Lenksystemen, welche dezentral wirken, ist jedem gelenkten Rad ein eigener Lenkaktuator zugeordnet, wodurch jedes Rad individuell angesteuert werden kann. Dadurch ist eine Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels möglich. Da der zentrale Lenkaktuator in der Mitte des Fahrzeugs wegfällt, können sich Baumraumvorteile für den Fahrzeughersteller ergeben. Zudem ermöglichen dezentrale Lenksysteme neue Funktionen wie z.B. eine Parkbremsfunktion durch entgegengesetzt eingeschlagene Räder.
Bei dezentralen Einzelradaktuatoren ist es bekannt, einen Kugelgewindetrieb zu verwenden. Dabei muss allerdings die translatorische Bewegung der Kugelgewindestange wieder in eine
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rotative Bewegung zur Verschwenkung des Rades umgewandelt werden. Dies verbraucht viel Bauraum.
Darüber hinaus ist es bekannt, die Rotation eines Elektromotors über ein Schneckengetriebe zu übertragen um das gelenkte Rad zu schwenken. Da der Elektromotor am Chassis befestigt ist, muss zur Übertragung der Drehbewegung ein Kreuzgelenk angeordnet werden. So kann eine Vertikalbewegung des Radträgers, verursacht durch die Einfederbewegung, ausgeglichen werden. Dadurch wird auch hier viel Bauraum benötigt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen kompakten Einzelradsteller bereitzustellen. Dieser soll einen geringen Bauraum verwenden. Zudem soll auf limitierende Bauteile wie die Spurstangen verzichtet werden um eine Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Dadurch, dass der Radträger als Doppelradträger ausgeführt ist und der rein rotatorische Lenksteiler in den Achsträger integriert ist, können die genannten Nachteile im Stand der Technik vermieden werden.
Bei einem Doppelradträger ist der Radträger in zwei Teile geteilt, die ineinander drehbar gelagert sind, das heißt, ein äußerer Schwenkträger ist drehbar innerhalb des Achsträgers gelagert. Der Schwenkträger nimmt die Radnabe auf und definiert die Lenkachse.
Am Achsträger ist der Elektromotor montiert und treibt z.B. über ein Riemengetriebe den Schwenkträger an. Die Übersetzung des benötigten Lenkmoments kann durch unterschiedliche Getriebevarianten erfolgen. Vorteilhaft ist ein zweistufiges Getriebe. Direkt am Elektromotor kann zunächst ein axiales Getriebe, wie ein Planeten- oder Spannungswellengetriebe angeordnet sein. In einer zweiten Getriebestufe, welche beispielsweise durch ein Zahnriemengetriebe oder ein Zahnradgetriebe gebildet sein kann, wird die Drehbewegung auf den Schwenkträger übertragen werden.
Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 den erfindungsgemäßen Einzelradsteller in einer ersten Ausführung
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Figur 2 eine detaillierte Ansicht des Einzelradstellers der ersten Ausführung
Figur 3 den erfindungsgemäßen Einzelradsteller in einer zweiten Ausführung
Figur 4 eine erste Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger
Figur 5 eine zweite Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger
Figur 6 eine dritte Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger
In der Figur 1 ist der erfindungsgemäße Einzelradsteller in einer ersten Ausführung zu sehen. Der Radträger ist erfindungsgemäß als Doppelradträger ausgeführt. Die erste Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelradträger in einer McPherson Achse ausgeführt ist.
Der Doppelradträger ist in einen Achsträger 3 und einen Schwenkträger 2 aufgeteilt, wobei der Schwenkträger 2 drehbar innerhalb des Achsträgers 3 gelagert ist. Der Schwenkträger nimmt die Rabnabe 1 bzw. das Rad 8 auf.
Der Achsträger 3 ist über den unteren Querlenker 4 und das Federbein 7 mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Er ist für die vertikale Radführung zuständig.
Als Aktuator dient ein Elektromotor 6, welcher am Achsträger 3 montiert ist. Der Elektromotor 6 treibt über ein Zahnriemengetriebe 5 den Schwenkträger 2 an. Dadurch wird das Rad 8 gegenüber dem Achsträger 3 verschwenkt.
In der Figur 2 ist die erste Ausführung des Einzelradstellers nochmal detaillierter gezeigt. Am Achsträger 3 sind Aufnahmen 14, 9, 18 für den Querlenker 4, das Federbein 7 und den Elektromotor 6 angebracht. Die Momentenabstützung des Lenkmoments gegenüber dem Chassis erfolgt in diesem Fall durch die Aufnahmen 9, 14 und durch das Gelenk 15 über den unteren Querlenker 4. Weiterhin kann der Achsträger 3 aus zwei Teilen 3, 13 zusammengesetzt sein um eine einfache Montage des Schwenkträgers 2 zu ermöglichen.
An dem Schwenkträger 2 ist die Nabe 1 angebracht. Zudem weist der Schwenkträger 2 Ausnehmungen für die Lagerung des Kugelgelenks 10 und des Drehgelenks 12 auf. Durch diese beiden Lager wird die Lenkachse definiert.
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Der Lenkaktuator besteht aus dem Elektromotor 6, welcher auch eine Steuerelektronik enthält, und einer ersten Getriebestufe 17, welche direkt am Elektromotor 6 angeordnet ist. Diese Komponenten bilden den Antrieb 16, welcher über ein Zahnriemengetriebe 5 mit dem Abtrieb 11 verbunden ist. Das Zahnriemengetriebe 5 stellt die zweite Getriebestufe dar. In der ersten Ausführung ist der Doppelradträger in einer McPherson Achse ausgeführt. Das bedeutet, dass der obere Dreieckslenker durch ein aus dem Stoßdämpfer gebildetes Drehschubgelenk ersetzt wurde. Alternativ kann der Doppelradträger auch in anderen Typen von Radaufhängungen integriert werden. In der Figur 3 ist als zweite Ausführungsform gezeigt, wie der Doppelradträger in eine Doppelquerlenker- Radaufhängung integriert wurde.
Bei allen Ausführungen kann die Position des Elektromotors 6 unterschiedlich ausgewählt werden. Dies ist in den Figuren 4 bis 6 gezeigt. Der Elektromotor 6 kann entweder hinter den Achsträger 3 oder in den Achsträger 3 integriert werden. In Abhängigkeit von der Position des Elektromotors 6 müssen der Achsträger 3 und der Querlenker 4 entsprechend angepasst werden.

Claims

- 5 - Ansprüche
1. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug; mit einem Doppelradträger, welcher aus einem Achsträger (3) und einem Schwenkträger
(2) besteht und wobei der Schwenkträger (2) drehbar innerhalb des Achsträgers (3) gelagert ist; mit einem Elektromotor (6), welcher über ein Getriebe den Schwenkträger (2) verseh wen kt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) am Achsträger (3) angeordnet ist.
2. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) parallel zur Lenkachse angeordnet ist und über ein zweistufiges Getriebe (17, 5) den Schwenkträger (2) verschwenkt.
3. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebestufe (17) direkt am Elektromotor (6) angeordnet ist, wobei die erste Getriebestufe (17) durch ein Planeten- oder Spannungswellengetriebe gebildet ist.
4. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebestufe durch ein Zahnriemengetriebe (5) oder ein Zahnradgetriebe gebildet ist.
5. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelradträger in einer McPherson Achse ausgeführt ist. - 6 - Elektrischer Einzelradsteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkmoment gegenüber dem Chassis über eine Aufnahme (9) und ein Federbein (7) sowie über eine Aufnahme (14) und einen unteren Querlenker (4) abgestützt ist. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelradträger in einer Doppelquerlenker-Radaufhängung ausgeführt ist. Elektrischer Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Achsträger (3) eine Aufnahme (18) für den Elektromotor (6) angebracht ist, wobei die Aufnahme (18) und der Elektromotor (6) im Achsträger (3) oder hinter dem Achsträger (3) angeordnet sein kann.
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