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DE102024109409A1 - Corner module and vehicle - Google Patents

Corner module and vehicle

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Publication number
DE102024109409A1
DE102024109409A1 DE102024109409.5A DE102024109409A DE102024109409A1 DE 102024109409 A1 DE102024109409 A1 DE 102024109409A1 DE 102024109409 A DE102024109409 A DE 102024109409A DE 102024109409 A1 DE102024109409 A1 DE 102024109409A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
corner module
steering
rack
main shaft
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024109409.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Alexandru Paval
Alexandru Mihalache
Alexandru Maftei
Hans-Jörg Feigel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany De GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of DE102024109409A1 publication Critical patent/DE102024109409A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0418Electric motor acting on road wheel carriers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Corner-Modul zur individuellen Lenkung eines Fahrzeugrads, umfassend eine Hauptwelle (2), die eine Lenkungsdrehachse des Corner-Moduls definiert, einen Lenkmechanismus (9) und einen Lenkmotor (10), wobei der Lenkmotor (10) dazu eingerichtet ist, über den Lenkmechanismus (9) die Hauptwelle (2) um die Lenkungsdrehachse zu drehen. Die Bauhöhe des Corner-Moduls soll reduziert.Hierzu ist vorgesehen, dass der Lenkmechanismus (9) eine senkrecht zur Lenkungsdrehachse angeordnete Kugelumlaufspindel (12) umfasst, wobei eine Längsbewegung einer auf der Kugelumlaufspindel (12) angeordneten Mutter (13) eine Lenkungsdrehbewegung des Corner-Moduls verursacht.The present invention relates to a corner module for the individual steering of a vehicle wheel, comprising a main shaft (2) defining a steering axis of rotation of the corner module, a steering mechanism (9), and a steering motor (10). The steering motor (10) is configured to rotate the main shaft (2) about the steering axis of rotation via the steering mechanism (9). The overall height of the corner module is to be reduced. To this end, the steering mechanism (9) comprises a recirculating ball screw (12) arranged perpendicular to the steering axis of rotation, wherein a longitudinal movement of a nut (13) arranged on the recirculating ball screw (12) causes a steering rotation movement of the corner module.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Corner-Modul zur individuellen Lenkung eines Fahrzeugrads, umfassend eine Hauptwelle, die eine Lenkungsdrehachse des Corner-Moduls definiert, einen Lenkmechanismus und einen Lenkmotor, wobei der Lenkmotor dazu eingerichtet ist, über den Lenkmechanismus die Hauptwelle um die Lenkungsdrehachse zu drehen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug umfassend mindestens ein solches Corner-Modul.The present invention relates to a corner module for individually steering a vehicle wheel, comprising a main shaft defining a steering axis of rotation of the corner module, a steering mechanism, and a steering motor. The steering motor is configured to rotate the main shaft about the steering axis of rotation via the steering mechanism. The invention further relates to a vehicle comprising at least one such corner module.

Ein derartiges Corner-Modul ist beispielsweise aus der GB 2582640 A bekannt. Dort ist eine Antriebsanordnung offenbart, die einen am Fahrzeug montierbaren Anschluss umfasst, der drehbar mit einem Befestigungsarm gekoppelt ist, um dessen Drehung zu ermöglichen, die im Wesentlichen senkrecht zu den Längs- und Querachsen des Fahrzeugs verläuft. Die Anordnung umfasst einen Elektromotor, dessen Stator mit dem Befestigungsarm gekoppelt ist, wobei die Achse des Rotors des Motors im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Anschlusses verläuft und der Rotor mit einem Fahrzeugrad gekoppelt ist, damit der Elektromotor das Fahrzeugrad antreibt.Such a corner module is, for example, from the GB 2582640 A There, a drive assembly is disclosed comprising a vehicle-mountable connector rotatably coupled to a mounting arm to enable rotation thereof substantially perpendicular to the longitudinal and transverse axes of the vehicle. The assembly includes an electric motor whose stator is coupled to the mounting arm, the axis of the motor's rotor being substantially perpendicular to the connector's axis of rotation, and the rotor being coupled to a vehicle wheel to enable the electric motor to drive the vehicle wheel.

Derartige Corner-Module weisen regelmäßig eine sehr große Bauhöhe auf, was sehr viel Platz in der Karosserie beansprucht und somit die Verwendungsmöglichkeiten des Corner-Moduls stark begrenzt. Insbesondere Corner-Module, die einen großen Lenkwinkel erlauben, benötigen für den Radschwenkweg schon funktionsgemäß mehr Bauraum als gewöhnliche Radaufhängungen.Such corner modules typically have a very high overall height, which requires a considerable amount of space within the body and thus severely limits the corner module's possible uses. Corner modules, in particular, which allow a large steering angle, require more space for the wheel pivot than conventional wheel suspensions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Corner-Modul eingangs genannter Art bereitzustellen, dass eine niedrigere Bauhöhe erlaubt. The invention is therefore based on the object of providing a corner module of the type mentioned above that allows a lower construction height.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Corner-Modul der eingangs genannten Art gelöst, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmechanismus eine senkrecht zur Lenkungsdrehachse angeordnete Kugelumlaufspindel umfasst, wobei eine Längsbewegung einer auf der Kugelumlaufspindel angeordneten Mutter eine Lenkungsdrehbewegung des Corner-Moduls verursacht.According to the invention, this object is achieved by a corner module of the type mentioned at the outset, characterized in that the steering mechanism comprises a ball screw arranged perpendicular to the steering axis of rotation, wherein a longitudinal movement of a nut arranged on the ball screw causes a steering rotation movement of the corner module.

Ein derartiges Corner-Modul erlaubt eine kompakte Konstruktion des Lenkmechanismus, sodass das Corner-Modul vor allem in Höhenrichtung weniger Raum der Karosserie beansprucht. Gleichzeitig kann der Lenkmotor kleiner dimensioniert werden als bei einer direkten Verbindung des Lenkmotors mit der Hauptwelle.Such a corner module allows for a compact design of the steering mechanism, meaning the corner module takes up less space on the body, especially vertically. At the same time, the steering motor can be smaller than with a direct connection of the steering motor to the main shaft.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.Preferred embodiments and further developments of the invention can be found in the respective subclaims.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung greift die Mutter in eine parallel zur Kugelumlaufspindel bewegbare Zahnstange ein, sodass die Zahnstange bei einer Bewegung der Mutter entlang der Spindelachse mitverschoben wird. Dadurch lassen sich die Dimensionen der Zahnstange und der Mutter entkoppeln, und insbesondere die relativ komplexe und kostenintensive Mutter der Kugelumlaufspindel in Axialrichtung relativ kurz ausgestallten, ohne die Länge der Zahnstange und damit den maximalen Lenkwinkel zu begrenzen.According to a preferred embodiment of the invention, the nut engages a rack movable parallel to the ball screw, so that the rack is displaced along the spindle axis when the nut moves. This allows the dimensions of the rack and the nut to be decoupled, and in particular, the relatively complex and cost-intensive nut of the ball screw can be made relatively short in the axial direction without limiting the length of the rack and thus the maximum steering angle.

Vorzugsweise umfasst das Corner-Modul einen Sensor zur Bestimmung der Position der Mutter und / oder einen Sensor zu Bestimmung der Position der Zahnstange.Preferably, the corner module comprises a sensor for determining the position of the nut and/or a sensor for determining the position of the rack.

Bevorzugt greift die Zahnstange in ein mit der Hauptwelle drehfest verbundenes Ritzel ein, sodass eine Translationsbewegung der Zahnstange eine Drehbewegung der Hauptwelle verursacht. Dies ermöglicht eine stabile Verbindung von Lenkmechanismus und Hauptwelle ohne, dass der Lenkmotor koaxial um die Hauptwelle angeordnet sein muss.Preferably, the rack engages a pinion that is non-rotatably connected to the main shaft, so that a translational movement of the rack causes a rotational movement of the main shaft. This enables a stable connection between the steering mechanism and the main shaft without requiring the steering motor to be arranged coaxially around the main shaft.

In einer Ausführungsform ist die Zahnstange in einer Führung geführt, sodass die Zahnstange nur entlang eines Verschiebewegs parallel zur Kugelumlaufspindel bewegbar ist. Ein Verdrehen oder Kippen der Zahnstange relativ zur Kugelumlaufspindel und der Hauptwelle wird dadurch verhindert. Die Bewegung der Zahnstange kann durch mechanische Anschläge begrenzt sein.In one embodiment, the rack is guided in a guide so that the rack can only move along a path parallel to the ball screw. This prevents twisting or tilting of the rack relative to the ball screw and the main shaft. The movement of the rack can be limited by mechanical stops.

Bevorzugt wird die Führung von mindestens zwei Seiten durch Gehäusewände eines Lenkmechanismusgehäuses gebildet. Vorzugsweise sind dies zwei gegenüberliegende Gehäusewände, vorzugsweise eine obere und eine untere Gehäusewand.Preferably, the guide is formed on at least two sides by housing walls of a steering mechanism housing. These are preferably two opposite housing walls, preferably an upper and a lower housing wall.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Führung auf mindestens einer Seite der Zahnstange Rollen, welche eine Translation der Zahnstange entlang der Führung unterstützen. Diese Ausgestaltung erlaubt eine möglichst leichtgängige Bewegung der Zahnstange und damit auch weniger Reibungsverluste im Lenkmechanismus.According to a further embodiment, the guide comprises rollers on at least one side of the rack, which support the translation of the rack along the guide. This design allows for the smoothest possible movement of the rack and thus also reduces friction losses in the steering mechanism.

Bevorzugt ist eine Antriebsachse des Lenkmotors senkrecht zur Drehachse des Corner-Moduls angeordnet. Auch dies erlaubt eine möglichst geringe Bauhöhe des Lenkmechanismus und damit des Corner-Moduls. Die Antriebsachse kann dann beispielsweise parallel zur Kugelumlaufspindel angeordnet sein.Preferably, a drive axis of the steering motor is arranged perpendicular to the rotation axis of the corner module. This also allows for the lowest possible height of the steering mechanism and thus of the corner module. The drive axis can then be arranged parallel to the ball screw, for example.

Vorzugsweise ist der Lenkmotor mit der Kugelumlaufspindel über ein Getriebe, insbesondere ein Riemengetriebe oder ein Zahnradgetriebe, verbunden. Dies ermöglicht es, den Lenkmotor und den Lenkmechanismus möglichst raumsparend um die Hauptwelle anzuordnen und die maximale Ausdehnung in einer Richtung zu begrenzen.Preferably, the steering motor is connected to the ball screw via a transmission, in particular a belt transmission or a gear transmission. This allows the steering motor and steering mechanism to be arranged around the main shaft in the most space-saving manner possible and to limit the maximum extension in one direction.

Bevorzugt sind der Lenkmotor und die Kugelumlaufspindel zumindest teilweise auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle angeordnet. Dies erlaubt einen kompakten Lenkmechanismus mit einer geringen Bauhöhe, da Lenkmotor und Kugelumlaufspindel auf derselben Höhe angeordnet werden können.Preferably, the steering motor and the ball screw are arranged at least partially on opposite sides of the main shaft. This allows for a compact steering mechanism with a low overall height, since the steering motor and ball screw can be arranged at the same height.

In einer Ausführungsform weist die Mutter einen Verdrehsicherungsabschitt auf, der dazu eingerichtet ist eine Rotation der Mutter gegenüber der Zahnstange zu verhindern. Die Mutter ist mit der Zahnstange vorzugsweise so verbunden, die eine Drehung der Mutter nicht zugelassen wird, aber keine radialen Spannungen in die Kugelumlaufspindel einleitet werden. Der Verdrehsicherungsabschnitt kann beispielsweise durch einen rechteckigen Querschnitt der Mutter gebildet werden.In one embodiment, the nut has an anti-rotation section designed to prevent rotation of the nut relative to the rack. The nut is preferably connected to the rack in such a way that rotation of the nut is prevented, but no radial stresses are introduced into the ball screw. The anti-rotation section can be formed, for example, by a rectangular cross-section of the nut.

Bevorzugt greift der Verdrehsicherungsabschnitt in eine Ausnehmung der Zahnstange ein, sodass die Zahnstange bei einer Bewegung der Mutter entlang der Spindelachse in beiden Richtungen mitverschoben wird. Die Ausnehmung kann beispielsweise eine senkrecht zur Längsachse der Kugelumlaufspindel verlaufende Kerbe in der Zahnstange sein.Preferably, the anti-rotation section engages in a recess in the rack, so that the rack is displaced in both directions when the nut moves along the spindle axis. The recess can, for example, be a notch in the rack running perpendicular to the longitudinal axis of the ball screw.

In einer Ausführungsform weist die Hauptwelle gegenüber dem Lenkmechanismus oberhalb und unterhalb des Ritzels mindestens je eine Lagerung auf. Damit ist die Hauptwelle auf beiden axialen Seiten des Lenkungseingriffs abgestützt. Vorzugsweise umfasst mindestens eine Lagerung ein Kugellager. Bevorzugt ist oberhalb des Lenkungsmechanismus eine Lagerung mit doppeltem Kugellager angeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei mindestens einer Lagerung um ein Radial-Axial-Lager.In one embodiment, the main shaft has at least one bearing relative to the steering mechanism, above and below the pinion. Thus, the main shaft is supported on both axial sides of the steering engagement. Preferably, at least one bearing comprises a ball bearing. Preferably, a bearing with a double ball bearing is arranged above the steering mechanism. Particularly preferably, at least one bearing is a radial-axial bearing.

Vorzugsweise ist der Lenkmechanismus dazu eingerichtet, eine Drehung der Hauptwelle um mindestens 120°, bevorzugt um mindestens 150°, besonders bevorzugt um mindestens 180°, zu ermöglichen. Durch die Ausgestaltung mit senkrecht zur Lenkungsdrehachse angeordneter Kugelumlaufspindel, insbesondere auch mit Zahnstange, lässt sich eine weitwinklige Lenkung platzsparend erreichen.The steering mechanism is preferably configured to allow rotation of the main shaft by at least 120°, preferably by at least 150°, and particularly preferably by at least 180°. The design with a recirculating ball screw arranged perpendicular to the steering axis of rotation, in particular with a rack, allows for wide-angle steering in a space-saving manner.

Bevorzugt ist die Hauptwelle mit einem Hauptarm des Corner-Moduls verbunden, wobei an dem Hauptarm

  • - eine Gelenkaufhängung befestigt ist, die zur Verbindung mit einem Fahrzeugrad mit Bremseinheit, vorzugsweise mit Antriebs-Bremseinheit (z. B. ein elektrischer Radnabenmotor mit integrierter Scheibenbremse), eingerichtet ist, und / oder
  • - eine Federung befestigt ist, die dazu eingerichtet ist, ein verbundenes Fahrzeugrad gegenüber einer Fahrzeugkarosserie abzufedern. Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders für derartige multifunktionale Corner-Module geeignet, da solche im Vergleich zu einer gewöhnlichen Radaufhängung mehr Bauraum / Radschwenkraum benötigen und somit jede Raumeinsparung besonders vorteilhaft ist.
Preferably, the main shaft is connected to a main arm of the corner module, wherein on the main arm
  • - an articulated suspension is attached, which is designed for connection to a vehicle wheel with a braking unit, preferably with a drive braking unit (e.g. an electric wheel hub motor with integrated disc brake), and/or
  • - a suspension is attached, which is designed to cushion a connected vehicle wheel against a vehicle body. The solution according to the invention is particularly suitable for such multifunctional corner modules, since they require more installation space/wheel pivot space than a conventional wheel suspension, and thus any space savings are particularly advantageous.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend mindestens ein, vorzugsweise ein, zwei oder vier, individuell lenkbare Corner-Module nach einer der vorstehenden Ausführungsformen. Ein derartiges Fahrzeug lässt sich besonders flexibel lenken und erlaubt vielfältige Karosseriekonzepte. Ein einzelnes erfindungsgemäßes Corner-Modul kann an einem dreirädrigen Fahrzeug, insbesondere für das Vorderrad, zur Lenkung verwendet werden.In a further aspect of the invention, a vehicle is provided comprising at least one, preferably one, two, or four, individually steerable corner modules according to one of the preceding embodiments. Such a vehicle can be steered particularly flexibly and allows for a variety of body concepts. A single corner module according to the invention can be used for steering on a three-wheeled vehicle, in particular for the front wheel.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen.Further details of the invention emerge from the description of the illustrated embodiments and the appended claims.

Die Zeichnungen zeigen:The drawings show:

  • 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Corner-Moduls, 1 an embodiment of a corner module according to the invention,
  • 2 eine Ansicht der Lenkungselemente des Corner-Moduls entsprechend 1, und 2 a view of the steering elements of the Corner module according to 1 , and
  • 3 ein Schnittansicht durch die Lenkungselemente des Corner-Moduls entsprechend 2. 3 a sectional view through the steering elements of the corner module according to 2 .

Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche oder identische Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht dargestellt.In the following detailed description of preferred embodiments, like reference numerals designate substantially the same or identical parts in or on these embodiments. However, to better illustrate the invention, the preferred embodiments illustrated in the figures are not always drawn to scale.

1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Corner-Moduls 1 umfassend eine Hauptwelle 2, die mit einem Hauptarm 3 des Corner-Moduls 1 verbunden ist. An dem Hauptarm 3 ist eine Gelenkaufhängung 4 befestigt, die zur Verbindung mit einem Fahrzeugrad 6 mit Antriebs-Bremseinheit eingerichtet ist. Eine Bremseinheit 7 (hier beispielhaft als Scheibenbremse ausgebildet) kann dabei teilweise mit der Gelenkaufhängung und teilweise mit einem Rotor der Antriebseinheit (hier nicht genauer dargestellt, beispielsweise ein elektrischer Radnabenmotor) verbunden sein. Eine Federung 5 ist an dem Hauptarm und an der Gelenkaufhängung 4 befestigt und ist dazu eingerichtet, das verbundene Fahrzeugrad 6 gegenüber einer Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) abzufedern. 1 shows an embodiment of a corner module 1 according to the invention comprising a main shaft 2, which is connected to a main arm 3 of the corner module 1. A joint suspension 4 is attached to the main arm 3, which is used for connection to a vehicle wheel 6 with a drive brake unit. A brake unit 7 (here, for example, designed as a disc brake) can be partially connected to the articulated suspension and partially to a rotor of the drive unit (not shown in detail here, for example, an electric wheel hub motor). A suspension 5 is attached to the main arm and to the articulated suspension 4 and is configured to cushion the connected vehicle wheel 6 against a vehicle body (not shown).

Das Corner-Modul 1 ist zur individuellen Lenkung des Fahrzeugrads 6 ausgebildet. Die Hauptwelle 2 definiert eine Lenkungsdrehachse des Corner-Modul 1. Ein Lenkmechanismusgehäuse 8 ist dazu starr mit einer Karosserie / Fahrgestell des Fahrzeugs verbunden.The corner module 1 is designed for individual steering of the vehicle wheel 6. The main shaft 2 defines a steering axis of rotation of the corner module 1. A steering mechanism housing 8 is rigidly connected to a body/chassis of the vehicle.

Vorzugsweise sind Stromversorgungskabel und / oder Signalkabel und / oder Fluidschläuche (für Kühlmittel oder Bremsflüssigkeit) durch den Hauptarm 3 und die Hauptwelle 2 zum Fahrzeugrad 6 und / oder zum Radnabenmotor und / oder zur Bremseinheit 7 geführt.Preferably, power supply cables and/or signal cables and/or fluid hoses (for coolant or brake fluid) are routed through the main arm 3 and the main shaft 2 to the vehicle wheel 6 and/or to the wheel hub motor and/or to the brake unit 7.

Wie in 2 und 3 in mehr Detail dargestellt, umfasst das Corner-Modul 1 einen Lenkmechanismus 9, der in dem Lenkmechanismusgehäuse 8 (in 2 ist nur die untere Hälfte des Lenkmechanismusgehäuses 8 dargestellt) angeordnet ist, und einen Lenkmotor 10. Der Lenkmotor 10 ist dazu eingerichtet, über den Lenkmechanismus 9 die Hauptwelle 2, um die Lenkungsdrehachse zu drehen.As in 2 and 3 Shown in more detail, the corner module 1 comprises a steering mechanism 9, which is housed in the steering mechanism housing 8 (in 2 only the lower half of the steering mechanism housing 8 is shown) and a steering motor 10. The steering motor 10 is designed to rotate the main shaft 2 about the steering axis of rotation via the steering mechanism 9.

Der Lenkmotor 10 kann über ein von einem Steuergerät empfangenes Signal gesteuert werden. Beispielsweise über einen im Inneren des Gehäuses des Lenkmotors 10 befindlichen Encoder lässt sich (bei geeigneter Kalibrierung) die exakte Drehposition der Hauptwelle in Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bestimmen.The steering motor 10 can be controlled via a signal received from a control unit. For example, an encoder located inside the housing of the steering motor 10 can be used (with appropriate calibration) to determine the exact rotational position of the main shaft relative to the vehicle's direction of travel.

Der Lenkmotor kann ein nicht selbsthemmender Elektromotor sein, was insbesondere bei Bergabfahrt ein Selbstgeradestellen des Fahrzeugrads 6 ermöglicht. Dies spart Antriebsenergie für den Lenkmotor 10 und verringert den Verschleiß. Vorzugsweise ist das Corner-Modul dazu eingerichtet am Fahrzeug mit einem Nachlaufwinkel (also mit einer leichten oberen Neigung des Corner-Moduls gegen die Fahrtrichtung) installiert zu werden, sodass es (zusammen mit dem nicht selbsthemmenden Elektromotor) bei abgeschalteten Lenkmotor 10 während des Fahrens zu einem Selbstgeradestellen des verbundenen Fahrzeugrads 6 kommt.The steering motor can be a non-self-locking electric motor, which enables self-straightening of the vehicle wheel 6, particularly when driving downhill. This saves drive energy for the steering motor 10 and reduces wear. Preferably, the corner module is configured to be installed on the vehicle with a caster angle (i.e., with a slight upper inclination of the corner module against the direction of travel), so that (together with the non-self-locking electric motor) when the steering motor 10 is switched off, the connected vehicle wheel 6 self-straightens while driving.

Eine vom Lenkmotor 10 erzeugte Drehbewegung wird über ein Getriebe 11 auf eine senkrecht zur Lenkungsdrehachse angeordnete Kugelumlaufspindel 12 übertragen. Alternativ kann das Getriebe 11 auch als Zahnradgetriebe oder Kette ausgebildet sein oder dies umfassen.A rotary motion generated by the steering motor 10 is transmitted via a gear 11 to a ball screw 12 arranged perpendicular to the steering axis of rotation. Alternatively, the gear 11 can also be designed as or include a gear drive or chain.

Eine Längsbewegung einer auf der Kugelumlaufspindel 12 angeordneten Mutter 13 verursacht eine Lenkungsdrehbewegung des Corner-Moduls 1. Die Mutter 13 greift in eine parallel zur Kugelumlaufspindel 12 bewegbare Zahnstange 14 ein, sodass die Zahnstange 14 bei einer Bewegung der Mutter 13 entlang der Spindelachse mitverschoben wird. Dadurch lassen sich die Dimensionen der Zahnstange 14 und der Mutter 13 entkoppeln, und insbesondere die relativ komplexe und kostenintensive Mutter 13 der Kugelumlaufspindel 12 in Axialrichtung relativ kurz ausgestallten, ohne die Länge der Zahnstange 14 und damit den maximalen Lenkwinkel zu begrenzen.A longitudinal movement of a nut 13 arranged on the ball screw 12 causes a steering rotation of the corner module 1. The nut 13 engages a rack 14 that can be moved parallel to the ball screw 12, so that the rack 14 is displaced along the spindle axis when the nut 13 moves. This allows the dimensions of the rack 14 and the nut 13 to be decoupled, and in particular, the relatively complex and cost-intensive nut 13 of the ball screw 12 can be made relatively short in the axial direction without limiting the length of the rack 14 and thus the maximum steering angle.

Die Zahnstange 14 greift in ein mit der Hauptwelle 2 drehfest verbundenes Ritzel 15 ein, sodass eine Translationsbewegung der Zahnstange 14 eine Drehbewegung der Hauptwelle 2 verursacht.The rack 14 engages with a pinion 15 which is connected in a rotationally fixed manner to the main shaft 2, so that a translational movement of the rack 14 causes a rotational movement of the main shaft 2.

Die Zahnstange 14 ist in einer Führung 16 geführt, sodass die Zahnstange 14 nur entlang eines linearen Verschiebewegs parallel zur Kugelumlaufspindel 12 bewegbar ist. Ein Verdrehen oder Kippen der Zahnstange 14 relativ zur Kugelumlaufspindel 12 und der Hauptwelle 2 wird dadurch verhindert.The rack 14 is guided in a guide 16, so that the rack 14 can only move along a linear displacement path parallel to the ball screw 12. This prevents twisting or tilting of the rack 14 relative to the ball screw 12 and the main shaft 2.

Die Führung 16 wird von mindestens zwei Seiten zumindest teilweise durch Gehäusewände des Lenkmechanismusgehäuses 8 gebildet. Hier sind dies zwei gegenüberliegende Gehäusewände, eine obere und eine untere Gehäusewand des Lenkmechanismusgehäuses 8.The guide 16 is formed on at least two sides, at least partially, by housing walls of the steering mechanism housing 8. Here, these are two opposite housing walls, an upper and a lower housing wall of the steering mechanism housing 8.

Die Antriebsachse des Lenkmotors 10 ist senkrecht zur Drehachse des Corner-Moduls 1 angeordnet. Dadurch wird eine geringe Bauhöhe des Lenkmechanismus 9 und damit des Corner-Moduls 1 erreicht. Die Antriebsachse ist auch parallel zur Kugelumlaufspindel 12 und zumindest teilweise auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle 2 angeordnet. Dies erlaubt einen kompakten Lenkmechanismus 9 mit einer geringen Bauhöhe.The drive axis of the steering motor 10 is arranged perpendicular to the rotational axis of the corner module 1. This achieves a low overall height of the steering mechanism 9 and thus of the corner module 1. The drive axis is also arranged parallel to the ball screw 12 and at least partially on opposite sides of the main shaft 2. This allows for a compact steering mechanism 9 with a low overall height.

Die Mutter 13 weist einen Verdrehsicherungsabschitt 17 auf, der dazu eingerichtet ist eine Rotation der Mutter 13 gegenüber der Zahnstange 14 zu verhindern. Der Verdrehsicherungsabschnitt 17 ist hier durch einen rechteckigen Querschnitt der Mutter 13 gebildet.The nut 13 has an anti-rotation section 17 designed to prevent rotation of the nut 13 relative to the rack 14. The anti-rotation section 17 is formed here by a rectangular cross-section of the nut 13.

Der Verdrehsicherungsabschnitt 17 greift in eine Ausnehmung 18 der Zahnstange 14 ein, sodass die Zahnstange 14 bei einer Bewegung der Mutter 13 entlang der Spindelachse in beiden Richtungen mitverschoben wird. Die Ausnehmung 18 kann beispielsweise eine senkrecht zur Längsachse der Kugelumlaufspindel 12 verlaufende Kerbe in der Zahnstange 14 sein, in die ein Teil des Verdrehsicherungsabschnitts 17 eingreift.The anti-rotation section 17 engages in a recess 18 of the rack 14, so that the rack 14 is engaged with the nut 13 when it moves along the spindle axis in both directions. is displaced. The recess 18 can, for example, be a notch in the rack 14 running perpendicular to the longitudinal axis of the ball screw 12, into which a part of the anti-rotation section 17 engages.

Wie in 3 zu sehen, weist die Hauptwelle 2 gegenüber dem Lenkmechanismus 9 oberhalb und unterhalb des Ritzels 15 mindestens je eine Lagerung 19, 20, vorzugsweise ein Radial-Axial-Lager, auf. Radial-Axial-Lager nehmen dabei sowohl radiale als auch axiale Belastungen der Hauptwelle auf. Damit ist die Hauptwelle 2 auf beiden axialen Seiten des Lenkungseingriffs abgestützt. Beide Lagerungen 19, 20 umfassen Kugellager. Oberhalb des Lenkungsmechanismus 9 umfasst die Lagerung 19 ein doppeltes Kugellager.As in 3 As can be seen, the main shaft 2 has at least one bearing 19, 20, preferably a radial-axial bearing, above and below the pinion 15 relative to the steering mechanism 9. Radial-axial bearings absorb both radial and axial loads on the main shaft. Thus, the main shaft 2 is supported on both axial sides of the steering engagement. Both bearings 19, 20 comprise ball bearings. Above the steering mechanism 9, the bearing 19 comprises a double ball bearing.

Das Ritzel 15 ist hier einstückig mit der Hauptwelle 2 ausgebildet, insbesondere für eine optimale Kraftübertragung. Es ist aber alternativ auch möglich, das Ritzel 15 als eigenes Bauteil bereitzustellen, dass verdrehsicher an der Hauptwelle 2 befestigt ist.The pinion 15 is formed integrally with the main shaft 2, particularly for optimal power transmission. Alternatively, however, it is also possible to provide the pinion 15 as a separate component that is secured to the main shaft 2 in a rotationally secure manner.

Das Corner-Modul 1 kann eine eigene Steuereinheit umfassen, z. B. am oder im Lenkmechanismusgehäuse 8, am oder im Hauptarm 3 oder im Fahrzeugrad 6 (z. B. integriert in den Radnabenmotor. Alternativ kann ein Corner-Modul 1 oder können mehrere Corner-Module 1 auch von einer oder mehreren Steuereinheiten des Fahrzeugs gesteuert werden.The corner module 1 may comprise its own control unit, e.g., on or in the steering mechanism housing 8, on or in the main arm 3, or in the vehicle wheel 6 (e.g., integrated into the wheel hub motor). Alternatively, one corner module 1 or several corner modules 1 may also be controlled by one or more control units of the vehicle.

Das Corner-Modul 1 kann einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung des Lenkwinkels umfassen, beispielsweise einen Wegsensor für die Zahnstange 14 oder einen Winkelsensor für die Hauptwelle 2 oder für das Ritzel 15.The corner module 1 can comprise one or more sensors for determining the steering angle, for example a travel sensor for the rack 14 or an angle sensor for the main shaft 2 or for the pinion 15.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Corner-ModulCorner module
22
HauptwelleMain shaft
33
Hauptarmmain arm
44
GelenkaufhängungArticulated suspension
55
Federungsuspension
66
Fahrzeugradvehicle wheel
77
Bremseinheitbrake unit
88
LenkmechanismusgehäuseSteering mechanism housing
99
LenkmechanismusSteering mechanism
1010
LenkmotorSteering motor
1111
GetriebeGearbox
1212
KugelumlaufspindelBall screw
1313
MutterMother
1414
Zahnstangerack
1515
Ritzelpinion
1616
Führungguide
1717
VerdrehsicherungsabschittAnti-rotation section
1818
Ausnehmungrecess
1919
Lagerungstorage
2020
Lagerungstorage

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • GB 2582640 A [0002]GB 2582640 A [0002]

Claims (15)

Corner-Modul (1) zur individuellen Lenkung eines Fahrzeugrads (6), umfassend eine Hauptwelle (2), die eine Lenkungsdrehachse des Corner-Moduls (1) definiert, einen Lenkmechanismus (9) und einen Lenkmotor (10), wobei der Lenkmotor (10) dazu eingerichtet ist, über den Lenkmechanismus (9) die Hauptwelle (2) um die Lenkungsdrehachse zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmechanismus (9) eine senkrecht zur Lenkungsdrehachse angeordnete Kugelumlaufspindel (12) umfasst, wobei eine Längsbewegung einer auf der Kugelumlaufspindel (12) angeordneten Mutter (13) eine Lenkungsdrehbewegung des Corner-Moduls (1) verursacht.Corner module (1) for the individual steering of a vehicle wheel (6), comprising a main shaft (2) which defines a steering axis of rotation of the corner module (1), a steering mechanism (9) and a steering motor (10), wherein the steering motor (10) is designed to rotate the main shaft (2) about the steering axis of rotation via the steering mechanism (9), characterized in that the steering mechanism (9) comprises a ball screw (12) arranged perpendicular to the steering axis of rotation, wherein a longitudinal movement of a nut (13) arranged on the ball screw (12) causes a steering rotation movement of the corner module (1). Corner-Modul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (13) in eine parallel zur Kugelumlaufspindel (12) bewegbare Zahnstange (14) eingreift, sodass die Zahnstange (14) bei einer Bewegung der Mutter (13) entlang der Spindelachse mitverschoben wird.Corner module (1) after Claim 1 , characterized in that the nut (13) engages in a rack (14) which is movable parallel to the ball screw (12), so that the rack (14) is displaced along the spindle axis when the nut (13) moves. Corner-Modul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (14) in ein mit der Hauptwelle (2) drehfest verbundenes Ritzel (15) eingreift, sodass eine Translationsbewegung der Zahnstange (14) eine Drehbewegung der Hauptwelle (2) verursacht.Corner module (1) after Claim 2 , characterized in that the rack (14) engages in a pinion (15) which is connected in a rotationally fixed manner to the main shaft (2), so that a translational movement of the rack (14) causes a rotational movement of the main shaft (2). Corner-Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (14) in einer Führung (16) geführt ist, sodass die Zahnstange (14) nur entlang eines Verschiebewegs parallel zur Kugelumlaufspindel (12) bewegbar ist.Corner module (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the rack (14) is guided in a guide (16) so that the rack (14) can only be moved along a displacement path parallel to the ball screw (12). Corner-Modul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (16) von mindestens zwei Seiten durch Gehäusewände eines Lenkmechanismusgehäuses (8) gebildet wird.Corner module (1) after Claim 4 , characterized in that the guide (16) is formed on at least two sides by housing walls of a steering mechanism housing (8). Corner-Modul (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (16) auf mindestens einer Seite der Zahnstange (14) Rollen umfasst, welche eine Translation der Zahnstange (14) entlang der Führung (16) unterstützen.Corner module (1) after Claim 4 or 5 , characterized in that the guide (16) comprises rollers on at least one side of the rack (14) which support a translation of the rack (14) along the guide (16). Corner-Modul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsachse des Lenkmotors (10) senkrecht zur Drehachse des Corner-Moduls (1) angeordnet ist.Corner module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a drive axis of the steering motor (10) is arranged perpendicular to the axis of rotation of the corner module (1). Corner-Modul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmotor (10) mit der Kugelumlaufspindel (12) über ein Getriebe (11), insbesondere ein Riemengetriebe oder ein Zahnradgetriebe verbunden ist.Corner module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the steering motor (10) is connected to the ball screw (12) via a gear (11), in particular a belt gear or a gear transmission. Corner-Modul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmotor (10) und die Kugelumlaufspindel (12) zumindest teilweise auf gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle (2) angeordnet sind.Corner module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the steering motor (10) and the ball screw (12) are arranged at least partially on opposite sides of the main shaft (2). Corner-Modul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (13) einen Verdrehsicherungsabschitt (17) aufweist, der dazu eingerichtet ist eine Rotation der Mutter (13) gegenüber der Zahnstange (14) zu verhindern.Corner module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the nut (13) has an anti-rotation section (17) which is designed to prevent rotation of the nut (13) relative to the rack (14). Corner-Modul (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehsicherungsabschnitt (17) in eine Ausnehmung der Zahnstange (14) eingreift, sodass die Zahnstange (14) bei einer Bewegung der Mutter (13) entlang der Spindelachse (12) in beiden Richtungen mitverschoben wirdCorner module (1) after Claim 10 , characterized in that the anti-rotation section (17) engages in a recess of the rack (14), so that the rack (14) is displaced in both directions when the nut (13) moves along the spindle axis (12) Corner-Modul (1) nach einem Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle (2) gegenüber dem Lenkmechanismus (9) oberhalb und unterhalb des Ritzels (15) mindestens je eine Lagerung (19, 20) aufweist.Corner module (1) after a Claims 3 until 11 , characterized in that the main shaft (2) has at least one bearing (19, 20) above and below the pinion (15) relative to the steering mechanism (9). Corner-Modul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkmechanismus (9) dazu eingerichtet ist, eine Drehung der Hauptwelle (2) um mindestens 120°, bevorzugt um mindestens 150°, besonders bevorzugt um mindestens 180°, zu ermöglichen.Corner module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the steering mechanism (9) is designed to enable a rotation of the main shaft (2) by at least 120°, preferably by at least 150°, particularly preferably by at least 180°. Corner-Modul (1) nach einem Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle (2) mit einem Hauptarm (3) des Corner-Moduls (1) verbunden ist, wobei an dem Hauptarm (3) - eine Gelenkaufhängung (4) befestigt ist, die zur Verbindung mit einem Fahrzeugrad (6) mit Bremseinheit (7), vorzugsweise mit Antriebs-Bremseinheit, eingerichtet ist, und / oder - eine Federung (5) befestigt ist, die dazu eingerichtet ist, ein verbundenes Fahrzeugrad (6) gegenüber einer Fahrzeugkarosserie abzufedern.Corner module (1) after a Claims 2 until 13 , characterized in that the main shaft (2) is connected to a main arm (3) of the corner module (1), wherein on the main arm (3) - an articulated suspension (4) is fastened, which is designed for connection to a vehicle wheel (6) with a brake unit (7), preferably with a drive brake unit, and / or - a suspension (5) is fastened, which is designed to cushion a connected vehicle wheel (6) against a vehicle body. Fahrzeug umfassend mindestens ein, vorzugsweise ein, zwei oder vier, individuell lenkbare Corner-Module (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Vehicle comprising at least one, preferably one, two or four, individually steerable corner modules (1) according to one of the preceding claims.
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