BE1029981B1 - Lenksystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einer Trageinheit um eine Längsachse (L) drehbar gelagerte Lenkwelle (2), die mit einem Feedback-Aktuator (3) gekuppelt ist, der ein mit der Lenkwelle (2) wirkverbundenes Federelement (33, 34) aufweist, welches bei einer manuellen Lenkeingabe durch Drehung der Lenkwelle (2) gespannt wird und ein der Lenkeingabe entgegengesetztes elastisches Rückstellmoment auf die Lenkwelle (2) ausübt. Um einen verbesserten Fahr- und Bedienungskomfort mit geringerem Aufwand zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass das Federelement (33, 34) auf Block komprimiert wird, um die Drehung der Lenkwelle (2) relativ zur Trageinheit zu begrenzen.

Description

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Lenksystem für ein Kraftfahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfas- send eine relativ zu einer Trageinheit um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkwelle, die mit einem Feedback-Aktuator gekuppelt ist, der ein mit der Lenkwelle wirkverbundenes Federele- ment aufweist, welches bei einer manuellen Lenkeingabe durch Drehung der Lenkwelle ge- spannt wird und ein der Lenkeingabe entgegengesetztes elastisches Rückstellmoment auf die

Lenkwelle ausübt.

Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers wie gewohnt durch Drehung eines Lenkeingabemittels, insbesondere eines Lenkrades, entgegen.

Das Lenkrad bewirkt die Drehung einer Lenkwelle, die jedoch nicht mechanisch über das Lenk- getriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist, sondern über Drehsensoren den einge- brachten Lenkbefehl erfasst und ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenk- steller abgibt, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt.

Durch die fehlende mechanische Kopplung erhält der Fahrer bei Steer-by-Wire-Systemen von den gelenkten Rädern keine unmittelbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, wel- che bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmo- ment in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem ak- tuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände auf die Lenkhandhabe zurück übertragen wird. Die fehlende haptische Rückmeldung erschwert dem Fahrer, aktuelle Fahrsituationen si- cher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenk- barkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden können.

Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls sind im Stand der Technik Feedback-Aktuatoren bekannt, bei denen abhängig von einem durch manuelle Drehung des Lenkrads in die Lenk- welle eingegebenen Lenk- oder Handmoment ein der Lenkeingabe entgegenwirkendes Feed- back-Moment, auch als Rückstellmoment bezeichnet, eingekoppelt werden kann. In der gat- tungsgemäßen Bauform, wie sie beispielsweise in der DE 10 2019 211 644 A1 beschrieben ist, wird durch Drehung der Lenkwelle zur Lenkeingabe ein Federelement elastisch gespannt, wo- bei die als Reaktionskraft zurückwirkende elastische Federkraft ein Feedback-Moment in der

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Lenkwelle erzeugt. Diese Bauform kann als passiver Feedback-Aktuator bezeichnet werden.

Das erzeugte Feedback-Moment ist dabei abhängig von der Vorspannung der Feder, wobei zur fahrsituationsabhängigen Anpassung eine verstellbare Vorspanneinrichtung zur Veränderung der Vorspannung vorgesehen sein kann. Zusätzlich kann ein Feedback-Moment durch einen elektromotorischen Feedback- Antrieb aktiv durch extern zugeführte elektrische Energie erzeugt werden.

Bei einer konventionellen Lenkung wird das Lenkrad beim Stillstand des Fahrzeugs durch die

Haftreibung zwischen den gelenkten Rädern und der Fahrbahn in seiner Verstellposition gehal- ten und gestützt, so dass sich eine Person beim Ein- und Aussteigen am Lenkrad abstützen und festhalten kann. Dagegen ist das Lenkrad bei einer passiven Steer-by-Wire-Lenksäule auch in einem Ruhezustand des Fahrzeugs gegen die Federkraft des Federelements drehbar.

Dadurch tritt das Problem auf, dass es sich beim Versuch, sich wie gewohnt abzustützen oder festzuhalten, leicht wegdreht, was als unkomfortabel empfunden werden kann. Um den von konverntionellen Lenkungen gewohnten Komfort dennoch zu ermöglichen, kann eine zusätzli- che aktive Verriegelung der Lenksäule vorgesehen sein. Hierzu kann ein elektromechanisches

Lenkradschloss oder dergleichen vorgesehen sein, welches im Ruhezustand zur Blockierung der Lenkwelle aktiviert wird. Derartige Anordnungen erfordern jedoch zusätzlichen Aufwand.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung, einen verbesserten Fahr- und Bedienungskomfort mit geringerem Aufwand zu ermögli- chen.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren zum Betrieb einer Lenksäule gemäß Anspruch 1 und die Steer-by-Wire-Lenksäule für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einer Trageinheit um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkwelle, die mit einem Feed- back-Aktuator gekuppelt ist, der ein mit der Lenkwelle wirkverbundenes Federelement aufweist, welches bei einer manuellen Lenkeingabe durch Drehung der Lenkwelle gespannt wird und ein der Lenkeingabe entgegengesetztes elastisches Rückstellmoment auf die Lenkwelle ausübt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Federelement auf Block komprimiert wird, um die Dre- hung der Lenkwelle relativ zur Trageinheit zu begrenzen.

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Der erfindungsgemäße passive Feedback-Aktuator weist mindestens ein mehrgängiges Fe- derelement auf, welches mehrere Windungen aufweist, die gleichbedeutend als Federgänge o- der kurz Gänge bezeichnet werden. Bei einer Ausbildung des Federelements als Schraubenfe- der verlaufen die Gänge als Windungen schraubenförmig um eine Achse und sind dabei axial benachbart. Bei einer Spiralfeder verlaufen die Windungen spiralförmig um eine Achse und sind dabei radial benachbart. Bei einer Teller- oder Scheibenfeder, oder einem daraus gebildeten

Teller- oder Scheibenfederpaket mit axial auf einer Achse gepackten Tellern oder Scheiben ent- spricht jeweils ein Teller oder eine Scheibe einem Federgang.

Durch manuelle Betätigung des Lenkrads zur Eingabe eines Lenkbefehls wird die daran ange- schlossene Lenkwelle mit einem Lenkmoment gedreht, und das Federelement in seiner elasti- schen Wirkrichtung gespannt, wobei die Windungen im Arbeitsbereich der Feder elastisch auf

Biegung beansprucht werden. Abhängig vom Lenkeinschlag wird das Federelement in seiner elastischen Wirkrichtung gedehnt oder komprimiert, wobei der Abstand zwischen jeweils be- nachbarten Gängen vergrößert oder verkleinert wird.

Die Lenkwelle kann eine Lenkspindel aufweisen, an deren in Fahrtrichtung hinteren, fahrerseiti- gen Ende das Lenkrad montiert ist, und die in einer Manteleinheit drehbar gelagert sein kann.

Die Manteleinheit kann von der Trageinheit gehalten sein, wobei in an sich bekannter Weise eine Verstellbarkeit in Längs- und/oder Höhenrichtung vorgesehen sein kann.

Erfindungsgemäß wird das Federelement durch Aufbringen einer der Wirkrichtung der Feder- kraft entgegengesetzten Kraft in ihren Blockzustand gebracht, in dem sie auf ihre Blocklänge komprimiert ist, d.h. auf Block belastet ist. Im Blockzustand sind die benachbarten Windungen dicht gepackt und kontaktieren sich mechanisch. Dadurch ist keine relative elastische Bewe- gung durch Biegung der Federgänge mehr möglich, und entsprechend wird der elastische Ar- beitsbereich des Federelements verlassen. Durch den erfindungsgemäß herbeigeführten Block- zustand wird eine qualitative Funktionsänderung des Federelements erzeugt, in dem es sich in seiner Wirkrichtung wie ein im Wesentlichen starres Kraftübertragungsglied verhält.

In dem erfindungsgemäß erzeugten Blockzustand ist die Lenkwelle über das Federelement starr mit der Trageinheit gekoppelt. Entsprechend kann die relative Drehung der Lenkwelle blo- ckiert oder zumindest so weit begrenzt werden, dass eine auf das Lenkrad beispielsweise beim

Ein- oder Aussteigen ausgeübte Stütz- oder Haltekraft über die Trageinheit gegen die Fahr- zeugkarosserie abgefangen werden kann, und das Lenkrad sich nicht mehr wegdrehen kann.

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Der Vorteil dabei ist, dass eine Person sich beim Ein- oder Aussteigen wie von einer konventio- nellen Lenkung gewohnt am Lenkrad festhalten oder abstützen kann, wodurch der Komfort er- höht wird.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Funktion eines passiven Feedback-

Aktuators erweitert werden kann, so dass zur Realisierung einer Begrenzung oder Blockierung des Lenkrads in einem Ruhezustand (off-state) eines Fahrzeugs keine zusätzlichen Sperr-, Blo- ckier- oder Begrenzungseinrichtungen wie im Stand der Technik erforderlich sind. Dadurch kann mit geringeren Aufwand ein kompakterer und leichterer Aufbau realisiert werden.

Es ist vorteilhaft, dass das Federelement an Widerlagern abgestützt ist und durch relative Ver- stellung der Widerlager auf Block gefahren wird. Ein Widerlager kann mit der Lenkwelle wirkver- bunden sein, und mindestens ein Widerlager kann an der Trageinheit angebracht sein. Das Fe- derelement ist in Wirkrichtung seiner Federkraft zwischen den Widerlagern angeordnet. Im Nor- malbetrieb werden die Widerlager bei Drehung der Lenkwelle relativ zueinander bewegt, um das Federelement elastisch zu spannen. Zu Realisierung der Erfindung werden die Widerlager relativ zueinander verstellt, um das Federelement auf Block zu fahren mit dem Ergebnis, dass

Lenkwelle und Trageinheit starr gekoppelt werden. Ein Vorteil ist, dass existierende, bevorzugt verstellbare, Widerlager genutzt werden können, um das erfindungsgemäße Verfahren mit ge- ringem Aufwand umzusetzen.

Es können auch zwei Widerlager an der Trageinheit ausgebildet sein, die zusammenbewegt werden können, um das Federelement auf Block zu komprimieren. Das Federelement kann in dieser Bauform in Wirkrichtung zweigeteilt sein, beispielsweise zwei hintereinander geschaltete

Federn aufweisend. Die Lenkwelle kann dann zwischen den entgegengesetzten Enden der bei- den Federn angreifen.

Es ist ebenfalls denkbar und möglich, dass die Federelemente nur soweit auf Block gefahren werden, dass nicht sämtliche Federgänge sich vollständig mechanisch kontaktieren, mit ande- ren Worten so, dass noch ein geringes Spiel zwischen den Federgängen verbleibt. Auf diese

Weise lässt sich eine Handhabe realisieren, welche eine geringfügige Rotation des Lenkrades auch im Blockzustand erlaubt. Ein solcher Blockzustand simuliert den Power-Off-State eines

Fahrzeuges mit einem klassischem Lenksystem.

Es ist möglich, dass das Federelement mittels einer motorischen Verstelleinrichtung auf Block komprimiert wird. Die Verstelleinrichtung umfasst bevorzugt einen elektromotorischen Verstell-

° BE2022/5522 antrieb, und kann derart an den Widerlagern angreifen, so dass diese motorisch verstellt wer- den kônnen, um ein damit wirkverbundenes Federelement zu komprimieren. Eine derartige Ver- stelleinrichtung kann beispielsweise durch einen axialen Lineartrieb in Wirkrichtung eines eine

Schraubenfeder aufweisenden Federelements realisiert sein, beispielsweise als Spindeltrieb.

Bei einer Spiralfeder kann der Verstellantrieb rotatorisch in Umfangsrichtung angreifen.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung durch ein Steuersignal einer

Steuereinheit angesteuert wird. Die elektrische Steuereinheit kann bevorzugt mit dem elektroni- schen Kraftfahrzeugsteuersystem verbunden oder integriert sein, und anhand der Betriebsdaten erkennen, wenn sich das Fahrzeug im Ruhezustand befindet. Dann kann bevorzugt ein Steuer- signal an den erfindungsgemäBen Feedback-Aktuator abgegeben werden um das Federele- ment auf Block zu komprimieren, bevorzugt mittels einer elektromotorischen Verstelleinrichtung.

Auf diese Weise kann mit geringem Aufwand ein komfortabler automatisierter Betrieb realisiert werden.

Es ist möglich, dass die Lenkwelle in eine Mittelposition gebracht oder in einer Mittelposition ge- halten wird. Dadurch, dass das Federelement in einem Ruhezustand bei stillstehendem Fahr- zeug auf Block komprimiert wird, kann die Lenkwelle in einer der Geradeausfahrt entspre- chende Mittelposition verstellt werden. Durch diese definierte Einstellung kann der Bedienkom- fort weiter erhöht werden.

Es kann vorgesehen sein, dass bei dem auf Block gefahrenen Federelement die Lenkwelle re- lativ zur Trageinheit blockiert ist. Durch das Federelement im Blockzustand erfolgt eine starre

Kopplung der Lenkwelle mit der Trageinheit, so dass in vorteilhafter Weise eine feste und be- — lastbare Fixierung des Lenkrads gewährleistet ist.

Alternativ zu der vorgenannten Ausgestaltung ist es möglich, dass bei dem auf Block gefahre- nen Federelement die Lenkwelle relativ zur Trageinheit begrenzt bewegbar ist.

Es ist möglich, dass die Bewegung der Lenkwelle gedämpft ist. Dadurch können ruckartige Be- wegungen und harte Anschläge vermieden werden, wodurch eine als angenehm empfundene

Haptik, ein leiser Betrieb und ein hoher Bedienkomfort bereitgestellt werden können.

Bei einer Steer-by-Wire-Lenksäule für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einer Tra- geinheit um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkwelle, die mit einem Feedback-Aktuator gekuppelt ist, der ein mit der Lenkwelle wirkverbundenes Federelement aufweist, welches bei

° BE2022/5522 einer manuellen Lenkeingabe durch Drehung der Lenkwelle gespannt wird und ein der Lenkein- gabe entgegengesetztes elastisches Rückstellmoment auf die Lenkwelle ausübt, und der Feed- back-Aktuator eine Verstelleinrichtung, an dem Federelement angreift und ausgebildet ist, das

Federelement vorzuspannen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung ausgebildet und ansteuerbar ist, um das Federelement auf Block zu komprimieren.

Erfindungsgemäß ist eine Verstelleinrichtung vorgesehen, welche mindestens zwei Widerlager aufweist, zwischen denen mindestens ein Federelement wirkungsmäBig angeordnet ist. Dabei ist es Wesentlich, dass es die Verstelleinrichtung ermôglicht, die Widerlager in Wirkrichtung des

Federelements derart relativ zueinander zu verstellen, dass das Federelement auf Block kom- primiert werden kann, um es von einem elastischen in einen starren Zustand zu überführen.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung einen motorischen Antrieb aufweist. Der motorische Antrieb ist erfindungsgemäß ausgelegt, um das Federelement entgegen seiner elas- tischen Wirkrichtung vollständig zu komprimieren. Dabei ist es vorteilhaft, dass eine automati- sierte Abschalteinrichtung vorgesehen ist. Diese Abschalteinrichtung umfasst bevorzugt einen

Sensor zur Erfassung des Blockzustands. Dieser Sensor erzeugt ein positives Quittierungssig- nal, wenn das Federelement tatsächlich auf Block komprimiert ist, beispielsweise durch Erfas- sung der Federlänge und Vergleich mit einer definiert vorgegebenen Blocklänge. Dadurch kann gewährleistet werden, dass zum einen der Blockzustand sicher eingestellt ist, und zum anderen die weitere Komprimierung abgeschaltet wird, um eine Überlastung des Verstellantriebs zu ver- meiden.

Es ist vorteilhaft, dass die Verstelleinrichtung an eine Steuereinheit angeschlossen ist, die aus- gebildet ist, die Verstelleinrichtung anzusteuern, um sie auf Block zu fahren. Die Steuereinheit kann an die elektronische Fahrzeugsteuerung angeschlossen oder in diese integriert sein.

Dadurch praktisch ohne zusätzlichen Aufwand das erfindungsgemäße Verfahren realisiert wer- den.

Es ist möglich, dass wirkungsmäßig zwischen der Lenkwelle und dem Federelement eine

Dämpfungseinrichtung angeordnet ist. Die Dämpfungseinrichtung kann Federelemente, An- schlag- und Reibungsdämpfer oder dergleichen umfassen, die ausgebildet sein können, um die

Relativbewegungen von Lenkwelle und Trageinheit zu dämpfen und zu vergleichmäßigen.

Dadurch kann eine als angenehm empfundene Haptik bereitgestellt werden, und die akusti- schen Eigenschaften können optimiert werden.

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Es kann vorgesehen sein, dass der Feedback-Aktuator einen mit der Lenkwelle gekuppelten motorischen Feedback-Stellantrieb aufweist. Der motorische Feedback-Antrieb bildet einen akti- ven Feedback-Aktuator, der durch extern zugeführte Energie, bevorzugt elektromotorisch ein

Feedback-Moment in die Lenkwelle einkoppeln kann. Die Kombination mit einem passiven

Feedback-Aktuator ist im Hinblick auf die Optimierung des Energieverbrauchs vorteilhaft. Übli- cherweise ist ein aktiver Feedback-Antrieb im Ruhezustand des Fahrzeugs inaktiv und kann die eingangs geschilderte Problematik nicht lösen. Die erfindungsgemäße Zusatzfunktionalität des passiven Feedback-Aktuators ist daher ebenfalls vorteilhaft für einen kombinierten passiv-akti- ven Feedback-Aktuator.

Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Lenksäule in normalem Betriebszustand in einer sche- matischen Darstellung,

Figur 2 die Lenksäule gemäß Figur 1 in einem erfindungsgemäß blockierten Ruhezu- stand,

Figur 3 eine erweiterte Ausführung einer Lenksäule in einer Darstellung entsprechend

Figur 1.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen verse- hen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Figuren 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Steer-by-Wire-Lenksäule 1, die eine Lenkspin- del 2 aufweist, die in an sich bekannter Weise um eine Längsachse L in einer hier nicht gezeig- ten Trageinheit drehbar gelagert ist. Fahrerseitig, bezogen auf die Fahrtrichtung hinten, ist ein

Lenkrad 21 an der Lenkspindel 2 angebracht, um diese zur Eingabe von Lenkbefehlen manuell zu drehen, wie schematisch mit dem gebogenen Pfeil angedeutet ist.

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Ein passiver Feedback-Aktuator 3 umfasst eine Spindelmutter 31, in die ein koaxial mit der

Lenkspindel 2 ausgebildetes oder verbundenes Spindelgewinde 32 eingreift.

Die Spindelmutter 31 stützt sich in axialer Richtung beidseitig über Federn 33 und 34 an Wider- lagern 35 und 36 ab. Die Federn 33 und 34 sind als mehrgängige Schraubenfedern ausgebil- det, wobei die Windungen eine Mehrzahl von in axialer Richtung benachbarten Federgängen 330 bzw. 340 ausbilden.

Die Widerlager 35 und 36 sind relativ zur Lenkspindel 2 drehfest an der Lenksäule 1 abgestützt.

Ein Verstellantrieb 37 wirkt mit den Widerlagern 35 und 36 derart zusammen, dass diese in axi- aler Richtung aufeinander zu verstellt werden können, wie dies in Figur 1 mit den gegeneinan- der gerichteten Pfeilen angedeutet ist. Der Verstellantrieb 37 ist bevorzugt motorisch ausgebil- det, und kann beispielsweise eine um ihre Achse drehend antreibbare Gewindespindel 38 auf- weisen, die mit zwei gegenläufige Gewinde aufweisenden Gewindeabschnitten in korrespondie- rende Spindelgewinde 39 in den Widerlagern 35 und 36 eingreift.

Die Drehung der Lenkspindel 2 wird mittels eines elektrischen Drehsensors 4 erfasst, der Dreh- winkel- und/oder Drehmomentsensoren umfassen kann.

Der Drehsensor 4 ist an eine Steuereinheit 5 angeschlossen, von der elektromotorische Lenk- steller 51 ansteuerbar sind zur Erzeugung eines Lenkeinschlags von lenkbaren Rädern des

Kraftfahrzeugs.

In dem in Figur 1 gezeigten normalen Betriebszustand bewirkt eine manuelle Drehung der

Lenkspindel 2, dass sich die Spindelmutter 31 auf dem Spindelgewinde 32 axial verlagert, und damit auch relativ zu den Widerlagern 35 und 36 bewegt wird. Dadurch werden die Federn 33 und 34 unter elastischer Biegeverformung der Federgänge 330 und 340 axial komprimiert bzw. gedehnt. Dadurch wirkt abhängig von der axialen Verlagerung der Spindelmutter 31 durch die darauf axial einwirkende Federkraft ein Rückstell- oder Feedback-Moment in die Lenkspindel 2 und das daran angebrachte Lenkrad 21 zurück.

Durch eine Veränderung des axialen Abstands zwischen den Widerlagern 35 und 36 mittels des

Verstellantriebs 37 kann die Vorspannung der Federn 33 und 37 verändert werden, um den von der wirkenden Federkraft abhängigen Betrag des in die Lenkwelle 2 eingebrachten Feedback-

Moments zu verändern.

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Zur fahrsituationsabhängigen Einstellung des Feedback-Moments kann der Stellentrieb 37 an die Steuereinheit 5 angeschlossen sein.

Um die Drehung der Lenkspindel 2 und des damit verbundenen Lenkrads 21 zu blockieren, werden die Federn 33 und 34 auf Block komprimiert, wie in Figur 2 dargestellt ist. Hierzu wer- den die beiden Widerlager 35 und 36 mittels des Verstellantriebs 37 axial so weit gegeneinan- der bewegt, bis benachbarte Federgänge 330 und 340 der Federn 33 und 34 sich mechanisch kontaktieren, mit anderen Worten in axialer Richtung dicht gepackt sind, wodurch der Blockzu- stand realisiert ist. In diesem Blockzustand verhalten sich die Federn 33 im Wesentlichen axial starr, so dass die Spindelmutter 31 in axialer Richtung unbewegbar zwischen den Widerlagern 35 und 36 eingespannt ist, wie mit dem durchgestrichenen Doppelpfeil angedeutet ist. Dadurch ist auch die Drehung der Lenkspindel 2 und des Lenkrads 21 relativ zu den Widerlagern 35 und 36, und damit relativ zur Lenksäule 1 blockiert, wie mit dem durchgestrichenen runden Pfeil an- gedeutet ist.

Durch die Einstellung des in Figur 2 gezeigten Blockzustands wird die im Normalbetrieb ge- nutzte Elastizität praktisch abgeschaltet, und die Federn 33 und 34 verhalten sich wie starre

Stützelemente, zwischen denen die Spindelmutter 31 fest eingespannt ist, so dass die Drehung der Lenkspindel 2 blockiert ist.

Der Blockzustand kann automatisiert durch die Steuereinheit 5 eingestellt werden, wenn er- kannt wird, dass sich das Fahrzeug im Ruhezustand befindet, und ein Abstützen oder Festhal- ten am Lenkrad 21 ermöglicht werden soll.

Zusätzlich zu dem passiven Feedback-Aktuator 3 kann ein elektromotorischer, aktiver Feed- back-Antrieb 6 vorgesehen sein, der einen mit der Lenkspindel 2 gekuppelten elektrischen An- trieb aufweist. Dieser kann elektrisch angesteuert werden, um ein aktives Feedback-Moment zu erzeugen, welches das passive, elastische Rückstellmoment des Feedback-Aktuators 3 überla- gert. Der Feedback-Antrieb 6 kann an die Steuereinheit 5 angeschlossen sein, und von dieser fahrsituationsabhängig angesteuert werden.

Figur 3 zeigt in derselben Ansicht wie Figur 1 eine Weiterbildung der Lenksäule 1. Dabei ist die

Spindelmutter 31 nicht wie in der ersten Ausführung direkt zwischen den Federn 33 und 34 ein- gespannt, sondern es sind zwei axial starr miteinander verbundene Anschlagelemente 7 zwi- schen den Federn 33 und 34 eingespannt. Zwischen diesen Anschlagelementen 7 ist die Spin- delmutter 31 in axialer Richtung begrenzt verlagerbar zwischen Dämpfungselementen 71 gehal- ten. Diese können Federelemente, Reibelemente, Gummipuffer oder andere Formen von

Dämpfungs- und/oder Federelementen umfassen, die geeignet sind, eine Relativoewegung zwi- schen der Spindelmutter 31 und den Anschlagelementen 7 zu dämpfen. Dadurch kann auch in dem Blockzustand der Federn 33 und 34 eine begrenzte Bewegung des Lenkrads 21 zugelas- sen werden, beispielsweise um ein begrenzt elastisches Stützmoment zu simulieren, welches bei konventionellen Lenkungen durch die Elastizität der Reifen zustande kommen kann.

Es können Dämpfungselemente 8 zwischen der Spindelmutter 31 und dem Widerlagern 35 und 36 angeordnet sein, auch bei der ersten Ausführung gemäß Figuren 1 und 2. Diese können bei- spielsweise Reibungsdämpfer oder dergleichen aufweisen, um die Bewegung der Spindelmut- ter31 zu dämpfen. Dadurch kann eine als angenehm empfundene Haptik erzeugt werden, und die Geräuschentwicklung kann reduziert werden.

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Bezugszeichenliste 1 Lenksäule 2 Lenkspindel 21 Lenkrad 3 Feedback-Aktuator 31 Spindelmutter 32 Spindelgewinde 33, 34 Feder 330 Federgang 340 Federgang 35, 36 Widerlager 37 Verstellantrieb 38 Gewindespindel 39 Spindelgewinde 4 Drehsensor 5 Steuereinheit 51 Lenksteller 6 Feedback-Antrieb 7 Anschlagelement 71 Dämpfungselement 8 Dämpfungselement

L Längsachse

Claims (13)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Betrieb einer Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einer Trageinheit um eine Längsachse (L) drehbar gelagerte Lenkwelle (2), die mit einem Feedback-Aktuator (3) gekuppelt ist, der ein mit der Lenkwelle (2) wirkverbunde- nes Federelement (33, 34) aufweist, welches bei einer manuellen Lenkeingabe durch Drehung der Lenkwelle (2) gespannt wird und ein der Lenkeingabe entgegengesetztes elastisches Rückstellmoment auf die Lenkwelle (2) ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33, 34) auf Block komprimiert wird, um die Drehung der Lenk- welle (2) relativ zur Trageinheit zu begrenzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33, 34) an Widerlagern (35, 36) abgestützt ist und durch relative Verstellung der Widerlager (35, 36) auf Block gefahren wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (33, 34) mittels einer motorischen Verstelleinrichtung (37) auf Block komprimiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (37) durch ein Steuersignal einer Steuereinheit (5) angesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (2) in eine Mittelposition gebracht oder in einer Mittelposition gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem auf Block gefahrenen Federelement (33, 34) die Lenkwelle (2) relativ zur Tra- geinheit blockiert ist.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem auf Block gefahrenen Federelement (33, 34) die Lenkwelle (2) relativ zur Trageinheit begrenzt bewegbar ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Lenkwelle (2) gedämpft ist.

9. Steer-by-Wire-Lenksäule (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine relativ zu einer Tra- geinheit um eine Längsachse (L) drehbar gelagerte Lenkwelle (2), die mit einem Feed- back-Aktuator (3) gekuppelt ist, der ein mit der Lenkwelle (2) wirkverbundenes Federele- ment (33, 34) aufweist, welches bei einer manuellen Lenkeingabe durch Drehung der Lenkwelle (2) gespannt wird und ein der Lenkeingabe entgegengesetztes elastisches Rückstellmoment auf die Lenkwelle (2) ausübt, und der Feedback-Aktuator (3) eine Ver- stelleinrichtung (37), an dem Federelement (33, 34) angreift und ausgebildet ist, das Fe- derelement (33, 34) vorzuspannen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (37) ausgebildet und ansteuerbar ist, um das Federele- ment (33, 34) auf Block zu komprimieren.

10. Lenksäule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (37) einen motorischen Antrieb aufweist.

11. Lenksäule nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver- stelleinrichtung (37) an eine Steuereinheit (5) angeschlossen ist, die ausgebildet ist, die Verstelleinrichtung (37) anzusteuern, um sie auf Block zu fahren.

12. Lenksäule nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wir- kungsmäßig zwischen der Lenkwelle (2) und dem Federelement (33, 34) eine Dämp- fungseinrichtung (7, 71, 8) angeordnet ist.

13. Lenksäule nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback-Aktuator (3) einen mit der Lenkwelle (2) gekuppelten motorischer Feedback- Stellantrieb (6) aufweist.