BE1029981B1 - Steering system for a motor vehicle - Google Patents
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- BE1029981B1 BE1029981B1 BE20225522A BE202205522A BE1029981B1 BE 1029981 B1 BE1029981 B1 BE 1029981B1 BE 20225522 A BE20225522 A BE 20225522A BE 202205522 A BE202205522 A BE 202205522A BE 1029981 B1 BE1029981 B1 BE 1029981B1
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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.The present invention relates to a method for operating a steering column (1) for a motor vehicle, comprising a steering shaft (2) which is mounted rotatably about a longitudinal axis (L) relative to a support unit and is coupled to a feedback actuator (3) which is a has a spring element (33, 34) that is operatively connected to the steering shaft (2), which is tensioned by rotation of the steering shaft (2) when the steering input is manual and exerts an elastic restoring moment on the steering shaft (2) that opposes the steering input. In order to enable improved driving and operating comfort with less effort, the invention proposes that the spring element (33, 34) be compressed as a block in order to limit the rotation of the steering shaft (2) relative to the support unit.
Description
' BE2022/5522' BE2022/5522
Lenksystem für ein KraftfahrzeugSteering system for a motor vehicle
Stand der TechnikState of the art
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 dieThe invention relates to a method for operating a steering column for a motor vehicle, comprising a steering shaft which is mounted rotatably about a longitudinal axis relative to a support unit and is coupled to a feedback actuator which has a spring element which is operatively connected to the steering shaft a manual steering input is tensioned by turning the steering shaft and an elastic restoring moment opposing the steering input acts on the
Lenkwelle ausübt.steering shaft exerts.
Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers wie gewohnt durch Drehung eines Lenkeingabemittels, insbesondere eines Lenkrades, entgegen.Steer-by-wire steering systems for motor vehicles accept manual steering commands from the driver as usual by turning a steering input means, in particular a steering wheel.
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.The steering wheel causes a steering shaft to rotate, which is not mechanically connected to the wheels to be steered via the steering gear, but instead detects the steering command via rotary sensors and transmits an electrical control signal determined from this to a steering actuator, which is controlled by a electric actuator sets a corresponding steering angle of the wheels.
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.Due to the lack of mechanical coupling in steer-by-wire systems, the driver does not receive any direct physical feedback from the steered wheels via the steering train, which in conventional mechanically coupled steering systems occurs as a reaction or return torque depending on the condition of the road. the vehicle speed, the current steering angle and other operating states is transmitted back to the steering handle. The lack of haptic feedback makes it difficult for the driver to reliably grasp current driving situations and carry out appropriate steering manoeuvres, which can impair vehicle steerability and thus driving safety.
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 derIn order to generate a realistic driving experience, feedback actuators are known in the prior art in which, depending on a steering or manual torque input into the steering shaft by manual rotation of the steering wheel, a feedback torque counteracting the steering input, also referred to as a restoring torque, can be coupled. In the generic design, as described for example in DE 10 2019 211 644 A1, a spring element is elastically tensioned by rotating the steering shaft for steering input, with the elastic spring force acting back as a reaction force generating a feedback moment in the
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Lenkwelle erzeugt. Diese Bauform kann als passiver Feedback-Aktuator bezeichnet werden.steering shaft generated. This design can be referred to as a passive feedback actuator.
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.The generated feedback torque is dependent on the preload of the spring, with an adjustable preload device for changing the preload being able to be provided for the driving situation-dependent adjustment. In addition, a feedback moment can be actively generated by an electromotive feedback drive using externally supplied electrical energy.
Bei einer konventionellen Lenkung wird das Lenkrad beim Stillstand des Fahrzeugs durch dieWith conventional steering, when the vehicle is stationary, the steering wheel is
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.Static friction between the steered wheels and the road is held and supported in its adjustment position, so that a person can support and hold on to the steering wheel when getting in and out. In contrast, in a passive steer-by-wire steering column, the steering wheel can also be rotated against the spring force of the spring element when the vehicle is at rest.
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 elektromechanischesAs a result, the problem arises that when trying to support or hold on as usual, it easily turns away, which can be perceived as uncomfortable. In order to still enable the comfort that is accustomed to from conventional steering systems, an additional active locking of the steering column can be provided. For this purpose, an electromechanical
Lenkradschloss oder dergleichen vorgesehen sein, welches im Ruhezustand zur Blockierung der Lenkwelle aktiviert wird. Derartige Anordnungen erfordern jedoch zusätzlichen Aufwand.Steering wheel lock or the like can be provided, which is activated at rest to block the steering shaft. However, such arrangements require additional effort.
Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung, einen verbesserten Fahr- und Bedienungskomfort mit geringerem Aufwand zu ermögli- chen.In view of the problems explained above, it is an object of the present invention to enable improved driving and operating comfort with less effort.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
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.This object is achieved according to the invention by the method for operating a steering column according to claim 1 and the steer-by-wire steering column for a motor vehicle according to claim 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous developments result from the dependent claims.
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.In a method for operating a steering column for a motor vehicle, comprising a steering shaft which is mounted so as to be rotatable about a longitudinal axis relative to a support unit and which is coupled to a feedback actuator which has a spring element which is operatively connected to the steering shaft and which, in the event of a manual steering input Rotation of the steering shaft is tensioned and an elastic restoring moment opposing the steering input exerts on the steering shaft, the invention provides that the spring element is compressed to a block in order to limit the rotation of the steering shaft relative to the support unit.
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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 gebildetenThe passive feedback actuator according to the invention has at least one multi-threaded spring element, which has a plurality of windings, which are synonymously referred to as spring threads or, for short, threads. If the spring element is designed as a helical spring, the gears run as windings helically around an axis and are axially adjacent. In a spiral spring, the turns spiral around an axis and are radially adjacent. In the case of a plate or disc spring, or one formed from them
Teller- oder Scheibenfederpaket mit axial auf einer Achse gepackten Tellern oder Scheiben ent- spricht jeweils ein Teller oder eine Scheibe einem Federgang.In a plate or disc spring package with plates or discs packed axially on an axle, one plate or disc corresponds to one spring gear.
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 aufBy manually actuating the steering wheel to input a steering command, the steering shaft connected to it is rotated with a steering torque and the spring element is tensioned in its elastic direction of action, with the coils in the working area of the spring expanding elastically
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.bending are claimed. Depending on the steering angle, the spring element is stretched or compressed in its elastic direction of action, with the distance between adjacent gears being increased or decreased.
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.The steering shaft can have a steering spindle, on the rear, driver-side end of which the steering wheel is mounted in the direction of travel, and which can be rotatably mounted in a casing unit.
Die Manteleinheit kann von der Trageinheit gehalten sein, wobei in an sich bekannter Weise eine Verstellbarkeit in Längs- und/oder Höhenrichtung vorgesehen sein kann.The jacket unit can be held by the support unit, in which case an adjustability in the longitudinal and/or vertical direction can be provided in a manner known per se.
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.According to the invention, the spring element is brought into its block state by applying a force opposite to the direction of action of the spring force, in which it is compressed to its block length, i.e. it is loaded to block. In the block state, the adjacent turns are densely packed and contact each other mechanically. As a result, a relative elastic movement due to bending of the spring turns is no longer possible, and the elastic working range of the spring element is left accordingly. Due to the blocking state brought about according to the invention, a qualitative change in the function of the spring element is produced, in that it behaves like a substantially rigid force transmission element in its direction of action.
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 beimIn the block state created according to the invention, the steering shaft is rigidly coupled to the support unit via the spring element. Correspondingly, the relative rotation of the steering shaft can be blocked or at least limited to the extent that one can hit the steering wheel, for example when
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.The supporting or holding force exerted when getting in or out can be intercepted via the support unit against the vehicle body, and the steering wheel can no longer turn away.
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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.The advantage of this is that a person can hold or support themselves on the steering wheel when getting in or out, as is usual with a conventional steering system, which increases comfort.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Funktion eines passiven Feedback-An advantage of the method according to the invention is that the function of a passive 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.Actuator can be expanded so that to realize a limitation or blocking of the steering wheel in a state of rest (off-state) of a vehicle no additional locking, blocking or limiting devices as in the prior art are required. As a result, a more compact and lighter construction can be implemented with less effort.
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, dassIt is advantageous that the spring element is supported on abutments and is moved to a block by relative adjustment of the abutments. An abutment may be operatively connected to the steering shaft and at least one abutment may be attached to the support unit. The spring element is arranged between the abutments in the effective direction of its spring force. In normal operation, when the steering shaft rotates, the abutments are moved relative to one another in order to elastically tension the spring element. To implement the invention, the abutments are adjusted relative to one another in order to block the spring element with the result that
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.Steering shaft and support unit are rigidly coupled. One advantage is that existing, preferably adjustable, abutments can be used to implement the method according to the invention with little effort.
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 geschalteteTwo abutments can also be formed on the support unit, which can be moved together in order to compress the spring element to a block. In this design, the spring element can be divided into two parts in the direction of action, for example two parts connected in series
Federn aufweisend. Die Lenkwelle kann dann zwischen den entgegengesetzten Enden der bei- den Federn angreifen.having feathers. The steering shaft can then act between the opposite ends of the two springs.
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 dieseIt is also conceivable and possible that the spring elements are blocked only to the extent that not all spring gears come into complete mechanical contact, in other words so that there is still a small amount of play between the spring gears. To this
Weise lässt sich eine Handhabe realisieren, welche eine geringfügige Rotation des Lenkrades auch im Blockzustand erlaubt. Ein solcher Blockzustand simuliert den Power-Off-State einesIn this way, a handle can be realized which allows a slight rotation of the steering wheel even when it is blocked. Such a block state simulates the power-off state of a
Fahrzeuges mit einem klassischem Lenksystem.Vehicle with a classic steering system.
Es ist möglich, dass das Federelement mittels einer motorischen Verstelleinrichtung auf Block komprimiert wird. Die Verstelleinrichtung umfasst bevorzugt einen elektromotorischen Verstell-It is possible for the spring element to be compressed to a block by means of a motorized adjustment device. The adjustment device preferably comprises an electromotive adjustment
° 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° BE2022/5522 drive, and can act on the abutments in such a way that they can be adjusted by a motor in order to compress a spring element that is operatively connected thereto. Such an adjustment device can, for example, by an axial linear drive in the direction of action of a one
Schraubenfeder aufweisenden Federelements realisiert sein, beispielsweise als Spindeltrieb.Helical spring having spring element can be realized, for example as a spindle drive.
Bei einer Spiralfeder kann der Verstellantrieb rotatorisch in Umfangsrichtung angreifen.In the case of a spiral spring, the adjusting drive can act in a rotational manner in the circumferential direction.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung durch ein Steuersignal einerPreferably, it can be provided that the adjusting device by a control signal
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.Control unit is controlled. The electrical control unit can preferably be connected to or integrated with the electronic motor vehicle control system and can use the operating data to detect when the vehicle is in the idle state. A control signal can then preferably be sent to the feedback actuator according to the invention in order to compress the spring element to a block, preferably by means of an electromotive adjustment device.
Auf diese Weise kann mit geringem Aufwand ein komfortabler automatisierter Betrieb realisiert werden.In this way, convenient automated operation can be implemented with little effort.
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.It is possible that the steering shaft is brought into a middle position or held in a middle position. Because the spring element is compressed to a block in a state of rest when the vehicle is stationary, the steering shaft can be adjusted to a central position corresponding to straight-ahead driving. With this defined setting, the operating convenience can be further increased.
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 starreProvision can be made for the steering shaft to be blocked relative to the support unit when the spring element is blocked. Due to the spring element in the block state, there is a rigid
Kopplung der Lenkwelle mit der Trageinheit, so dass in vorteilhafter Weise eine feste und be- — lastbare Fixierung des Lenkrads gewährleistet ist.Coupling of the steering shaft with the support unit, so that in an advantageous manner a firm and resilient - is guaranteed fixation of the steering wheel.
Alternativ zu der vorgenannten Ausgestaltung ist es möglich, dass bei dem auf Block gefahre- nen Federelement die Lenkwelle relativ zur Trageinheit begrenzt bewegbar ist.As an alternative to the aforementioned configuration, it is possible for the steering shaft to be movable to a limited extent relative to the support unit when the spring element is driven to a block.
Es ist möglich, dass die Bewegung der Lenkwelle gedämpft ist. Dadurch können ruckartige Be- wegungen und harte Anschläge vermieden werden, wodurch eine als angenehm empfundeneIt is possible that the movement of the steering shaft is dampened. As a result, jerky movements and hard stops can be avoided, resulting in a comfortable feeling
Haptik, ein leiser Betrieb und ein hoher Bedienkomfort bereitgestellt werden können.Haptics, quiet operation and high ease of use can be provided.
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 beiIn a steer-by-wire steering column for a motor vehicle, comprising a steering shaft which is rotatably mounted relative to a supporting unit about a longitudinal axis and which is coupled to a feedback actuator which has a spring element which is operatively connected to the steering shaft
° 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° BE2022/5522 a manual steering input is tensioned by rotating the steering shaft and an elastic restoring moment opposing the steering input exerts on the steering shaft, and the feedback actuator is an adjustment device that acts on the spring element and is designed to
Federelement vorzuspannen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung ausgebildet und ansteuerbar ist, um das Federelement auf Block zu komprimieren.Biasing the spring element is provided according to the invention in that the adjustment device is designed and controllable in order to compress the spring element to a block.
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 desAccording to the invention, an adjusting device is provided which has at least two abutments between which at least one spring element is operatively arranged. It is essential that the adjusting device enables the abutment to be moved in the effective direction of the
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.To adjust the spring element relative to each other in such a way that the spring element can be compressed to a block in order to convert it from an elastic into a rigid state.
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 einenProvision is preferably made for the adjusting device to have a motor drive. According to the invention, the motor drive is designed to completely compress the spring element against its elastic direction of action. In this case, it is advantageous that an automated switch-off device is provided. This shutdown device preferably includes a
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.Block condition detection sensor. This sensor generates a positive acknowledgment signal when the spring element is actually compressed to a block, for example by detecting the spring length and comparing it with a defined, predetermined block length. In this way, it can be ensured that, on the one hand, the block state is reliably set and, on the other hand, further compression is switched off in order to avoid overloading the adjustment drive.
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.It is advantageous for the adjusting device to be connected to a control unit which is designed to activate the adjusting device in order to block it. The control unit can be connected to the electronic vehicle control or integrated into it.
Dadurch praktisch ohne zusätzlichen Aufwand das erfindungsgemäße Verfahren realisiert wer- den.As a result, the method according to the invention can be implemented with practically no additional effort.
Es ist möglich, dass wirkungsmäßig zwischen der Lenkwelle und dem Federelement eineIt is possible that in terms of effect between the steering shaft and the spring element
Dämpfungseinrichtung angeordnet ist. Die Dämpfungseinrichtung kann Federelemente, An- schlag- und Reibungsdämpfer oder dergleichen umfassen, die ausgebildet sein können, um dieDamping device is arranged. The damping device can include spring elements, stop and friction dampers or the like, which can be designed to
Relativbewegungen von Lenkwelle und Trageinheit zu dämpfen und zu vergleichmäßigen.To dampen and equalize relative movements of the steering shaft and support unit.
Dadurch kann eine als angenehm empfundene Haptik bereitgestellt werden, und die akusti- schen Eigenschaften können optimiert werden.As a result, haptics that are perceived as pleasant can be provided, and the acoustic properties can be optimized.
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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 einIt can be provided that the feedback actuator has a motorized feedback actuator coupled to the steering shaft. The motorized feedback drive forms an active feedback actuator, which is activated by externally supplied energy, preferably by an electric motor
Feedback-Moment in die Lenkwelle einkoppeln kann. Die Kombination mit einem passivenFeedback moment can couple into the steering shaft. The combination with a passive
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.Feedback actuator is beneficial in terms of optimizing energy consumption. An active feedback drive is usually inactive when the vehicle is at rest and cannot solve the problem described at the outset. The additional functionality according to the invention of the passive feedback actuator is therefore also advantageous for a combined passive-active feedback actuator.
Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:Advantageous embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show in detail:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Lenksäule in normalem Betriebszustand in einer sche- matischen Darstellung,FIG. 1 shows a steering column according to the invention in normal operating condition in a schematic representation,
Figur 2 die Lenksäule gemäß Figur 1 in einem erfindungsgemäß blockierten Ruhezu- stand,FIG. 2 shows the steering column according to FIG. 1 in a state of rest blocked according to the invention,
Figur 3 eine erweiterte Ausführung einer Lenksäule in einer Darstellung entsprechendFIG. 3 shows an expanded version of a steering column in a corresponding representation
Figur 1.figure 1
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
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.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference symbols and are therefore usually named or mentioned only once.
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 einFIGS. 1 and 2 show a steer-by-wire steering column 1 according to the invention, which has a steering spindle 2 which is rotatably mounted about a longitudinal axis L in a manner known per se in a support unit (not shown here). On the driver's side, relative to the direction of travel, is on
Lenkrad 21 an der Lenkspindel 2 angebracht, um diese zur Eingabe von Lenkbefehlen manuell zu drehen, wie schematisch mit dem gebogenen Pfeil angedeutet ist.Steering wheel 21 attached to the steering shaft 2 in order to rotate it manually for the input of steering commands, as indicated schematically by the curved arrow.
3 BE2022/55223 BE2022/5522
Ein passiver Feedback-Aktuator 3 umfasst eine Spindelmutter 31, in die ein koaxial mit derA passive feedback actuator 3 includes a spindle nut 31, in which a coaxial with the
Lenkspindel 2 ausgebildetes oder verbundenes Spindelgewinde 32 eingreift.Steering spindle 2 trained or connected spindle thread 32 engages.
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.The spindle nut 31 is supported in the axial direction on both sides via springs 33 and 34 on abutments 35 and 36 . The springs 33 and 34 are designed as multi-threaded helical springs, with the coils forming a plurality of spring turns 330 and 340 that are adjacent in the axial direction.
Die Widerlager 35 und 36 sind relativ zur Lenkspindel 2 drehfest an der Lenksäule 1 abgestützt.The abutments 35 and 36 are supported on the steering column 1 in a rotationally fixed manner relative to the steering spindle 2 .
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.An adjusting drive 37 interacts with the abutments 35 and 36 in such a way that they can be adjusted towards one another in the axial direction, as indicated in FIG. 1 by the arrows pointing towards one another. The adjustment drive 37 is preferably motor-driven and can, for example, have a threaded spindle 38 that can be driven to rotate about its axis and that engages in corresponding spindle threads 39 in the abutments 35 and 36 with two thread sections that run in opposite directions.
Die Drehung der Lenkspindel 2 wird mittels eines elektrischen Drehsensors 4 erfasst, der Dreh- winkel- und/oder Drehmomentsensoren umfassen kann.The rotation of the steering spindle 2 is detected by means of an electric rotation sensor 4, which can include rotation angle and/or torque sensors.
Der Drehsensor 4 ist an eine Steuereinheit 5 angeschlossen, von der elektromotorische Lenk- steller 51 ansteuerbar sind zur Erzeugung eines Lenkeinschlags von lenkbaren Rädern desThe rotary sensor 4 is connected to a control unit 5, from which the electromotive steering actuator 51 can be controlled to generate a steering angle of the steerable wheels
Kraftfahrzeugs.motor vehicle.
In dem in Figur 1 gezeigten normalen Betriebszustand bewirkt eine manuelle Drehung derIn the normal operating state shown in Figure 1 causes a manual rotation of the
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.Steering spindle 2, that the spindle nut 31 is displaced axially on the spindle thread 32, and is thus also moved relative to the abutments 35 and 36. As a result, the springs 33 and 34 are axially compressed or expanded with elastic bending deformation of the spring gears 330 and 340 . As a result, depending on the axial displacement of the spindle nut 31 by the spring force acting axially on it, a restoring or feedback moment acts back into the steering spindle 2 and the steering wheel 21 attached thereto.
Durch eine Veränderung des axialen Abstands zwischen den Widerlagern 35 und 36 mittels desBy changing the axial distance between the abutments 35 and 36 by means of the
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-Adjusting drive 37 can be used to change the prestressing of the springs 33 and 37 in order to reduce the amount of feedback introduced into the steering shaft 2, which depends on the acting spring force.
Moments zu verändern.to change moments.
9 BE2022/55229 BE2022/5522
Zur fahrsituationsabhängigen Einstellung des Feedback-Moments kann der Stellentrieb 37 an die Steuereinheit 5 angeschlossen sein.The setting drive 37 can be connected to the control unit 5 in order to set the feedback moment as a function of the driving situation.
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.In order to block the rotation of the steering shaft 2 and the steering wheel 21 connected thereto, the springs 33 and 34 are compressed to block as illustrated in FIG. For this purpose, the two abutments 35 and 36 are moved axially against each other by means of the adjustment drive 37 until adjacent spring turns 330 and 340 of the springs 33 and 34 contact each other mechanically, in other words are tightly packed in the axial direction, whereby the block closes - stand is realized. In this block state, the springs 33 are essentially axially rigid, so that the spindle nut 31 is clamped between the abutments 35 and 36 so that it cannot move in the axial direction, as indicated by the crossed-out double arrow. This also blocks the rotation of the steering spindle 2 and the steering wheel 21 relative to the abutments 35 and 36, and thus relative to the steering column 1, as indicated by the crossed-out round arrow.
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 starreBy setting the block state shown in FIG. 2, the elasticity used in normal operation is practically switched off, and the springs 33 and 34 behave as if they were rigid
Stützelemente, zwischen denen die Spindelmutter 31 fest eingespannt ist, so dass die Drehung der Lenkspindel 2 blockiert ist.Supporting elements between which the spindle nut 31 is firmly clamped so that the rotation of the steering spindle 2 is blocked.
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.The block state can be set automatically by the control unit 5 when it is recognized that the vehicle is in the idle state and supporting or holding on to the steering wheel 21 is to be made possible.
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.In addition to the passive feedback actuator 3 , an electromotive, active feedback drive 6 can be provided, which has an electric drive coupled to the steering spindle 2 . This can be controlled electrically in order to generate an active feedback moment, which superimposes the passive, elastic restoring moment of the feedback actuator 3 . The feedback drive 6 can be connected to the control unit 5 and controlled by it depending on the driving situation.
Figur 3 zeigt in derselben Ansicht wie Figur 1 eine Weiterbildung der Lenksäule 1. Dabei ist dieFigure 3 shows the same view as Figure 1, a development of the steering column 1. Here is the
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 vonSpindle nut 31 is not clamped directly between springs 33 and 34 as in the first embodiment, but two stop elements 7 which are axially rigidly connected to one another are clamped between springs 33 and 34 . Between these stop elements 7, the spindle nut 31 is held between damping elements 71 so that it can be displaced to a limited extent in the axial direction
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.Include damping and/or spring elements that are suitable for damping a relative movement between the spindle nut 31 and the stop elements 7 . As a result, a limited movement of the steering wheel 21 can also be permitted when the springs 33 and 34 are in the block state, for example in order to simulate a limited elastic supporting torque which can occur in conventional steering systems due to the elasticity of the tires.
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.Damping elements 8 can be arranged between spindle nut 31 and abutments 35 and 36, also in the first embodiment according to FIGS. As a result, a feel that is perceived as pleasant can be produced, and the noise development can be reduced.
u BE2022/5522u BE2022/5522
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 DämpfungselementLIST OF REFERENCE NUMERALS 1 steering column 2 steering spindle 21 steering wheel 3 feedback actuator 31 spindle nut 32 spindle thread 33, 34 spring 330 spring gear 340 spring gear 35, 36 abutment 37 adjustment drive 38 threaded spindle 39 spindle thread 4 rotary sensor 5 control unit 51 steering actuator 6 feedback drive 7 stop element 71 damping element 8 damping element
L LängsachseL longitudinal axis
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Priority Applications (1)
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| BE20225522A BE1029981B1 (en) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | Steering system for a motor vehicle |
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-
2022
- 2022-06-29 BE BE20225522A patent/BE1029981B1/en active IP Right Grant
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20230627 |