DE102009057151B4

DE102009057151B4 - Electrically lockable vehicle steering

Info

Publication number: DE102009057151B4
Application number: DE102009057151.5A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schumann; Thomas Schneider; Andreas Werner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-12-05
Filing date: 2009-12-05
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2029-12-06
Also published as: CN102639369A; KR101378620B1; KR20120086722A; DE102009057151A1; EP2507099A1; BR112012013388A2; CN102639369B; WO2011066904A1

Abstract

Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung, umfassend:einen Elektromotor (6) zur Erzeugung eines Lenkmoments,ein Lenkungssteuergerät (11), undeine elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) zur Verriegelung der Lenkung,wobei das Lenkungssteuergerät (11) in einem Gehäuse (13) angeordnet ist, das an dem Elektromotor (6) befestigt ist,wobei die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) einen Aktuator (21) umfasst, der in dem Gehäuse (13) des Lenkungssteuergeräts (11) angeordnet ist, undwobei die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) ein mittels des Aktuators (21) verlagerbares Eingriffselement (23) sowie eine Eingriffsöffnungen (31) aufweisende Eingriffseinrichtung (30) umfasst, wobei die Eingriffseinrichtung (30) innerhalb des Elektromotors (6) mit einer Motorwelle (10) desselben gekoppelt oder an dieser ausgebildet ist und zur Verriegelung der Lenkung das Eingriffselement (23) mit einer Eingriffsöffnung (31) der Eingriffseinrichtung (30) in Eingriff bringbar ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Eingriffselement (23) einen federelastischen Stift (34) aufweist, der bei Eingriff mit einer der Eingriffsöffnungen (31) den Elektromotor (6) verrastet, jedoch diesen nicht blockiert, derart, dass bei Überwindung eines durch die Verrastung bedingten Moments der federelastische Stift (34) in eine weitere der Eingriffsöffnungen (31) springt.Electrically lockable vehicle steering, comprising: an electric motor (6) for generating a steering torque, a steering control device (11), and an electrically actuated locking device (20) for locking the steering, the steering control device (11) being arranged in a housing (13), which is attached to the electric motor (6), the electrically operable locking device (20) comprising an actuator (21) which is arranged in the housing (13) of the steering control device (11), and wherein the electrically actuable locking device (20) has a means of Actuator (21) displaceable engagement element (23) and an engagement device (30) having engagement openings (31), wherein the engagement device (30) within the electric motor (6) is coupled to a motor shaft (10) of the same or is formed on it and for locking the steering, the engagement element (23) can be brought into engagement with an engagement opening (31) of the engagement device (30), characterized in that the engagement element (23) has a resilient pin (34) which, when engaged with one of the engagement openings (31). Electric motor (6) latches, but does not block it, in such a way that when a moment caused by the latching is overcome, the resilient pin (34) jumps into another of the engagement openings (31).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Betrieb einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung.The invention relates to an electrically lockable vehicle steering system with the features of the preamble of claim 1. The invention further relates to methods for operating an electrically lockable vehicle steering system.

Aufgrund gesetzlicher Vorschriften müssen Kraftfahrzeuge in der Europäischen Union mit einer Sicherungseinrichtung gegen eine unbefugte Benutzung ausgestattet sein. In scharf geschalteter Stellung muss die Lenkung ohne eine die Sicherheit gefährdende Beschädigung unter statischen Bedingungen einem bestimmten Drehmoment um die Lenkwellenachse in beiden Richtungen standhalten können oder mit einem Mechanismus ausgestattet sein, der ein Nachgeben oder Abrutschen ermöglicht, so dass das System entweder kontinuierlich oder mit Unterbrechungen einem bestimmten Drehmoment standhält. Dabei muss das Drehmoment im erstgenannten Fall deutlich höher als im zweitgenannten Fall sein.Due to legal regulations, motor vehicles in the European Union must be equipped with a security device to prevent unauthorized use. In the armed position, the steering must be able to withstand a certain torque about the steering shaft axis in both directions under static conditions without causing safety-endangering damage, or be equipped with a mechanism that allows for yielding or slipping, so that the system works either continuously or intermittently withstands a certain torque. The torque in the first case must be significantly higher than in the second case.

Aus der DE 103 92 909 T5 ist eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung der eingangs genannten Art bekannt, bei der der Elektromotor über ein Untersetzungsgetriebe in Form eines Schneckengetriebes an der Lenksäule angreift. Weiterhin wird in der DE 103 92 909 T5 ausgeführt, dass der Elektromotor und das Getriebe auch an einer anderen Stelle der Lenkung angeordnet sein können.From the DE 103 92 909 T5 an electrically lockable vehicle steering system of the type mentioned is known, in which the electric motor acts on the steering column via a reduction gear in the form of a worm gear. Furthermore, in the DE 103 92 909 T5 stated that the electric motor and the transmission can also be arranged at another location on the steering.

Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung ist gemäß der DE 103 92 909 T5 zwischen dem Elektromotor und dem Schneckengetriebe angeordnet und entweder am Motor oder am Gehäuse des Schneckengetriebes befestigt. Sie umfasst insbesondere einen getriebeseitig an der Motorwelle angeordneten Kranz mit Eingriffsöffnungen, der mittels eines elektrisch betätigbaren Blockierungsglieds zum Verriegeln der Lenkung arretiert wird. Dementsprechend muss die Verriegelungseinrichtung zur Sicherung gegen eine unbefugte Benutzung das oben genannte höhere Drehmoment einhalten.The electrically actuated locking device is according to DE 103 92 909 T5 arranged between the electric motor and the worm gear and attached either to the motor or to the housing of the worm gear. In particular, it comprises a ring with engagement openings arranged on the transmission side of the motor shaft, which is locked by means of an electrically actuated blocking member for locking the steering. Accordingly, the locking device must maintain the above-mentioned higher torque to secure against unauthorized use.

Das zur Ansteuerung des Elektromotors vorgesehene Lenkungssteuergerät ist fernab des Motors angeordnet. Die Implementierung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung der vorstehend erläuterten Lenkung bedingt einen hohen Aufwand.The steering control unit provided for controlling the electric motor is arranged far away from the engine. The implementation of the electrically actuated locking device of the steering system explained above requires a lot of effort.

Eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist aus DE 101 58 923 A1 bekannt. Bei dieser Fahrzeuglenkung ist die Verriegelungseinrichtung in einem Gehäuse des Lenkungssteuergeräts angeordnet, welches seinerseits am Elektromotor befestigt ist.An electrically lockable vehicle steering system with the features of the preamble of claim 1 is out DE 101 58 923 A1 known. In this vehicle steering system, the locking device is arranged in a housing of the steering control unit, which in turn is attached to the electric motor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Alternativen zum Verriegeln und Entriegeln einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung aufzuzeigen.The invention is based on the object of showing alternatives for locking and unlocking an electrically lockable vehicle steering system.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie weiterhin durch elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkungen gemäß den Patentansprüchen 7 und 8 sowie Verfahren gemäß den Patentansprüchen 9 und 10 gelöst.This object is achieved by an electrically lockable vehicle steering system with the features of patent claim 1 and also by electrically lockable vehicle steering systems according to patent claims 7 and 8 and methods according to patent claims 9 and 10.

Durch die Unterbringung des Lenkungssteuergeräts einschließlich zugehöriger Leistungselektronik in einem Gehäuse in unmittelbarer Nähe des Elektromotors sowie durch die Implementierung elektrischer Komponenten der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung in diesem Gehäuse ergibt sich eine kompakte Anordnungsstruktur, die sich als vormontierte Einheit sehr einfach am Motor anbringen lässt.By accommodating the steering control unit including associated power electronics in a housing in the immediate vicinity of the electric motor and by implementing electrical components of the electrically actuated locking device in this housing, a compact arrangement structure results that can be very easily attached to the motor as a pre-assembled unit.

Ein für die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung üblicherweise vorhandenes eigenes Steuergerät und der diesbezügliche fertigungs- und Montageaufwand können entfallen. Eine Überwachung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung kann unmittelbar vom Lenkungssteuergerät übernommen werden.A separate control device, which is usually present for the electrically actuated locking device, and the associated manufacturing and assembly effort can be eliminated. Monitoring of the electrically actuated locking device can be carried out directly by the steering control unit.

Sowohl das Lenkungssteuergerät als auch die elektrischen Komponenten der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung sind sicherheitsrelevante Bauteile und müssen daher besonders geschützt werden, so dass an die jeweilige Gehäusestruktur hinsichtlich der Stabilität hohe Anforderungen gestellt werden. Mit der Unterbringung in einem gemeinsamen Gehäuse wird der diesbezügliche Aufwand vermindert. Insbesondere werden auch Dichtigkeits- und Kontaktprobleme vermieden, welche durch externe Leitungs- und Steckerverbindungen entstehen können. Entsprechende Bauteile können eingespart werden.Both the steering control unit and the electrical components of the electrically actuated locking device are safety-relevant components and must therefore be specially protected, so that high demands are placed on the respective housing structure in terms of stability. By accommodating them in a common housing, the associated effort is reduced. In particular, sealing and contact problems that can arise from external cable and plug connections are avoided. Corresponding components can be saved.

Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung umfasst ein mittels des Aktuators verlagerbares Eingriffselement sowie eine Eingriffsöffnungen aufweisende Eingriffsgriffseinrichtung. Die Eingriffseinrichtung ist innerhalb des Elektromotors mit einer Motorwelle desselben gekoppelt oder an dieser ausgebildet. Zur Verriegelung der Lenkung ist das Eingriffselement mit einer Eingriffsöffnung der Eingriffseinrichtung in Eingriff bringbar. Durch die Anordnung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung am Motor sind die erforderlichen Haltemomente aufgrund der Getriebeübersetzung zur Lenkstange verhältnismäßig gering, um den eingangs genannten, gesetzlich vorgeschriebenen Momenten am Lenkrad standzuhalten. Im Vergleich zu einer Verriegelungseinrichtung, die unmittelbar an der Lenksäule angreift, können die mechanischen Komponenten der Verriegelungseinrichtung erheblich kleiner dimensioniert werden.The electrically actuated locking device comprises an engagement element that can be displaced by means of the actuator and an engagement grip device having engagement openings. The engagement device is coupled within the electric motor to a motor shaft of the same or is formed on it. To lock the steering, the engagement element can be brought into engagement with an engagement opening of the engagement device. Due to the arrangement of the electrically actuated locking device on the motor, the required holding torques are relatively low due to the gear ratio to the handlebar to withstand the legally prescribed torques on the steering wheel mentioned above. Compared to a locking device that acts directly on the steering column, the mechanical components of the locking device can be made significantly smaller.

Das Eingriffselement weist einen federelastischen Stift auf, der bei Eingriff mit einer der Eingriffsöffnungen den Elektromotor verrastet, jedoch diesen nicht blockiert, derart, dass bei Überwindung eines durch die Verrastung bedingten Moments der Federstift in eine weitere der Eingriffsöffnungen springt. Hierdurch muss lediglich das geringere Moment zur Erfüllung der Sicherungserfordernisse abgestützt werden.The engagement element has a spring-elastic pin which, when engaged with one of the engagement openings, locks the electric motor, but does not block it, such that when a moment caused by the latching is overcome, the spring pin jumps into another of the engagement openings. This means that only the lower moment needs to be supported to meet the safety requirements.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.Special embodiments of the invention are the subject of further patent claims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Getriebe zur Übertragung eines Antriebsmoments des Elektromotors an eine Lenkstange an einer ersten Seite des Elektromotors angeordnet, wohingegen das Gehäuse des Lenkungssteuergeräts mit dem Aktuator der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektromotors angeordnet ist. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung und vermeidet konstruktive Einschränkungen im Anschlussbereich des Getriebes an den Elektromotor.According to an advantageous embodiment of the invention, a transmission for transmitting a drive torque of the electric motor to a handlebar is arranged on a first side of the electric motor, whereas the housing of the steering control device with the actuator of the electrically actuated locking device is arranged on a second side of the electric motor opposite the first side . This enables a space-saving arrangement and avoids design restrictions in the connection area of the transmission to the electric motor.

Prinzipiell ist es möglich, den Elektromotor und das Gehäuse des Lenkungssteuergeräts wie in der DE 103 92 909 T5 im Bereich der Lenksäule anzuordnen. Zur Verbesserung der Crashsicherheit werden der Elektromotor, das Gehäuse das Lenkungssteuergerät und ein etwaiges vorhandenes Untersetzungsgetriebe außerhalb des Knieaufprallbereichs angeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor in oder an einem Lenkgetriebegehäuse der Lenkung angeordnet, durch welches sich die Lenkstange erstreckt. Dementsprechend befindet sich auch das Gehäuse des Lenkungssteuergeräts im Bereich des Lenkgetriebegehäuses. Hierdurch ist dieses verhältnismäßig schwer zugänglich, was den Diebstahlschutz erhöht. Zudem bleibt die Teleskopierbarkeit der Lenksäule unbeeinträchtigt.In principle it is possible to use the electric motor and the housing of the steering control unit as in the DE 103 92 909 T5 to be arranged in the area of the steering column. To improve crash safety, the electric motor, the housing, the steering control unit and any existing reduction gear are arranged outside the knee impact area. In an advantageous embodiment, the electric motor is arranged in or on a steering gear housing of the steering system, through which the handlebar extends. Accordingly, the housing of the steering control unit is also located in the area of the steering gear housing. This makes it relatively difficult to access, which increases protection against theft. In addition, the telescoping ability of the steering column remains unaffected.

Vorzugsweise ist das durch die Verrastung bedingte Moment kleiner als ein durch den Motor bereitstellbares Moment. Kommt es während des Betriebs der Lenkung aufgrund einer Fehlfunktion zu einem Eingriff zwischen dem federelastischen Stift und den Eingriffsöffnungen, so kann dies durch die Lenkung erkannt und durch eine geeignete Ansteuerung des Elektromotors kompensiert werden. Hierdurch wird die Fahrbarkeit eines mit der Lenkung ausgerüsteten Kraftfahrzeugs aufrechterhalten.The torque caused by the locking is preferably smaller than a torque that can be provided by the motor. If there is an engagement between the resilient pin and the engagement openings during operation of the steering due to a malfunction, this can be detected by the steering and compensated for by a suitable control of the electric motor. This maintains the drivability of a motor vehicle equipped with steering.

Eine Fehlfunktion kann beispielsweise über eine Erfassung der Position des federelastischen Stifts erfolgen. Dazu können in Endlagen, welche einer Außereingriffsstellung und einer Verriegelungsstellung entsprechen, Endschalter oder Endlagesensoren vorgesehen werden, deren Ausgangssignale fortlaufend überwacht werden.A malfunction can occur, for example, by detecting the position of the resilient pin. For this purpose, limit switches or end position sensors can be provided in end positions which correspond to a disengaged position and a locking position, the output signals of which are continuously monitored.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Verriegelungsstellung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung durch Auswerten des Motormoments und/oder Motorstroms des Elektromotors während eines definierten Bewegungsimpulses des Elektromotors erfasst. Dies erfolgt bevorzugt im Lenkungssteuergerät, indem eine dort vorhandene Lenkungsblockiererkennung genutzt wird. Durch gezieltes Ansteuern des Elektromotors bei Betätigung der Zündung kann die Stellung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung hinsichtlich einer Außereingriffsstellung und einer Verriegelungsstellung überprüft werden, indem durch kleine Bewegungen des Elektromotors bei Beobachtungen des Momentenverlaufs oder Motorstroms ein etwaiger Widerstand anhand eines signifikanten Signalanstiegs erkannt wird. Tritt ein solcher Signalanstieg auf, wird dies dahingehend interpretiert, dass sich die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung in ihrer Verriegelungsstellung befindet, andernfalls wird eine Außereingriffsstellung angenommen. Hierdurch kann zumindest einer der vorgenannten Endschalter bzw. Endlagesensoren entfallen.According to an advantageous embodiment, a locking position of the electrically actuable locking device is detected by evaluating the motor torque and/or motor current of the electric motor during a defined movement pulse of the electric motor. This is preferably done in the steering control unit by using a steering lock detection system present there. By specifically controlling the electric motor when the ignition is actuated, the position of the electrically actuated locking device can be checked with regard to a disengaged position and a locking position by detecting any resistance based on a significant signal increase through small movements of the electric motor when observing the torque curve or motor current. If such a signal increase occurs, this is interpreted to mean that the electrically actuated locking device is in its locking position, otherwise a disengaged position is assumed. This means that at least one of the aforementioned limit switches or end position sensors can be omitted.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung einen einzigen Endlagesensor oder Endschalter, der eine Außereingriffsstellung des Eingriffselements erfasst und in dem Gehäuse des Lenkungssteuergeräts angeordnet ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Eingriffselement nicht nur außer Eingriff mit der Eingriffseinrichtung ist, sondern sich auch korrekt in einer vorgegebenen Außereingriffsstellung befindet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung nach Erreichen der Außereingriffsstellung in einen stromlosen Zustand geschaltet wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the electrically actuated locking device comprises a single end position sensor or limit switch, which detects a disengaged position of the engagement element and is arranged in the housing of the steering control unit. This can ensure that the engagement element is not only out of engagement with the engagement device, but is also correctly located in a predetermined disengagement position. This is particularly advantageous if the electrically actuated locking device is switched to a de-energized state after reaching the disengaged position.

Vorzugsweise ist der Aktuator als Magnetsteller mit Verrastungen in einer Verriegelungsstellung und einer Außereingriffsstellung des Eingriffselements ausgebildet. Dies ermöglicht eine Stromlosschaltung sowohl in der Außereingriffsstellung als auch in der Verriegelungsstellung, wobei gewährleistet ist, dass das Eingriffselement auch bei äußeren Stößen und dergleichen in der jeweils eingenommenen Position verbleibt. Zudem wird durch die Stromlosschaltung etwaigen Fehlfunktionen, welche aus einer Bestromung resultieren könnten, während des Fahrbetriebs vorgebeugt. Hierdurch wird die Gebrauchssicherheit der Lenkung erhöht.The actuator is preferably designed as a magnetic actuator with latches in a locking position and a disengaged position of the engagement element. This enables power to be switched off both in the disengaged position and in the locking position, ensuring that the engagement element remains in the respective position even in the event of external shocks and the like. In addition, switching off the power will prevent any malfunction nen, which could result from a current supply, while driving is prevented. This increases the safety of use of the steering.

Zur Aktivierung der Verriegelung kann eine Lenkung der vorstehend erläuterten Art vorzugsweise wie folgt betrieben werden.To activate the locking, a steering system of the type explained above can preferably be operated as follows.

Zunächst wird der Aktuator der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung bestromt, um das Eingriffselement derselben aus der Außereingriffsstellung in Eingriff mit einer Eingriffsöffnung des Elektromotors der Lenkung zu bringen. Anschließend wird das Erreichen der Verriegelungsstellung überprüft, indem der Elektromotor mit definierter Drehzahl und/oder definiertem Moment gedreht und dabei das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht werden. Bei Erfassen eines solchen Anstiegs kann zur Kontrolle die Drehrichtung des Elektromotors umgekehrt und dieser wiederum hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs in Bezug auf das Motormoment und/oder den Motorstrom überwacht werden. Bei Erfassen eines signifikanten Anstiegs wird der Motor in einen lastlosen Zustand gefahren. Danach werden der Elektromotor und die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung stromlos geschaltet. Somit wird zuverlässig gewährleistet, dass die Lenkung verriegelt ist.First, the actuator of the electrically operable locking device is energized in order to bring the engagement element thereof out of the disengaged position into engagement with an engagement opening of the electric motor of the steering. The achievement of the locking position is then checked by rotating the electric motor at a defined speed and/or defined torque and thereby monitoring the motor torque and/or the motor current for a significant increase. When such an increase is detected, the direction of rotation of the electric motor can be reversed for control purposes and this in turn can be monitored for a significant increase in relation to the motor torque and/or the motor current. If a significant increase is detected, the motor is driven to a no-load state. The electric motor and the electrically actuated locking device are then de-energized. This reliably ensures that the steering is locked.

Zur Deaktivierung der Verriegelung wird bei einem Start des Fahrzeugs der Aktuator der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung derart bestromt, um das Eingriffselement derselben aus der Verriegelungsstellung in die Außereingriffsstellung zu verlagern. Das Erreichen der Außereingriffsstellung wird mittels eines Schalters oder Sensors erfasst. Wegen der hohen Sicherheitsrelevanz kann zur Kontrolle der Elektromotor mit einem definierten Bewegungsimpuls beaufschlagt werden. Dabei werden das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht. Bei Ausbleiben eines solchen Anstiegs innerhalb eines definierten Zeitintervalls und/oder Drehwinkelbereichs wird der Aktuator der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung stromlos geschaltet.To deactivate the locking, when the vehicle is started, the actuator of the electrically actuated locking device is energized in such a way that the engagement element thereof is moved from the locking position into the disengaged position. Reaching the disengaged position is detected using a switch or sensor. Because of the high safety relevance, the electric motor can be subjected to a defined movement impulse for control purposes. The motor torque and/or the motor current are monitored for a significant increase. If such an increase does not occur within a defined time interval and/or angle of rotation range, the actuator of the electrically actuated locking device is de-energized.

Nachfolgend wird der Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung,
2 eine Ansicht des Lenkgetriebegehäuses mit Elektromotor und Lenkungssteuergerätgehäuse von außen,
3 eine Schnittansicht des Gehäuses für das Lenkungssteuergerät,
4 eine Detailansicht des Eingriffselements und der Eingriffseinrichtung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung.

The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawing. The drawing shows in:

1 a schematic view of an embodiment of an electrically lockable vehicle steering system,
2 a view of the steering gear housing with electric motor and steering control unit housing from the outside,
3 a sectional view of the housing for the steering control unit,
4 a detailed view of the engagement element and the engagement device of the electrically actuated locking device.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung 1 eines Kraftfahrzeugs. Die Lenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 2 und eine Lenkstange 3, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse 2 erstreckt. An der Lenkstange 3 greift ein Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrer an einer Lenkungshandhabe 4 aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 5 zu übertragen. Weiterhin weist die Lenkung einen Elektromotor 6 zur Erzeugung eines Lenkmoments auf. Der Elektromotor 6 kann, wie dargestellt, achsparallel zur Lenkstange 3 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 6 koaxial zur Lenkstange 3 oder an anderer Stelle, beispielsweise an einer Lenksäule 7, anzuordnen, welche die Lenkungshandhabe 4 mit dem Lenkungsritzel mechanisch verbindet. In einem steer-by-wire System wird die Lenksäule 7 durch einen elektrischen Signalweg ersetzt.The exemplary embodiment relates to an electromechanical steering system 1 of a motor vehicle. The steering 1 includes a steering gear housing 2 and a handlebar 3 which extends through the steering gear housing 2. A steering pinion engages the handlebar 3 in order to transmit a steering command applied by the driver to a steering handle 4 to the vehicle wheels 5. Furthermore, the steering has an electric motor 6 for generating a steering torque. The electric motor 6 can, as shown, be arranged axially parallel to the handlebar 3. However, it is also possible to arrange the electric motor 6 coaxially with the handlebar 3 or elsewhere, for example on a steering column 7, which mechanically connects the steering handle 4 to the steering pinion. In a steer-by-wire system, the steering column 7 is replaced by an electrical signal path.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Antriebsmoment des Elektromotors 6 über ein Untersetzungsgetriebe 8 und einen Kugelgewindetrieb 9 als Axialkraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht. Das Untersetzungsgetriebe 8 ist beispielhaft als Riementrieb ausgebildet, wobei eine erste Riemenscheibe an einer Motorwelle 10 des Elektromotors 6 und eine zweite Riemenscheibe an einer Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs 9 angeordnet ist. Über den Kugelgewindetrieb 9 wird ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 6 in eine translatorische Bewegungskomponente an der Lenkstange 3 übersetzt, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.In the exemplary embodiment shown, the driving torque of the electric motor 6 is brought into effect as an axial force on the handlebar 3 via a reduction gear 8 and a ball screw 9. The reduction gear 8 is designed, for example, as a belt drive, with a first pulley being arranged on a motor shaft 10 of the electric motor 6 and a second pulley being arranged on a ball screw nut of the ball screw drive 9. Via the ball screw 9, a rotational drive torque of the electric motor 6 is translated into a translational movement component on the handlebar 3 in order to support the driver when steering.

Zur Ansteuerung des Elektromotors 6 dient ein Lenkungssteuergerät 11, das ein Stellsignal für den Elektromotor 6 generiert und dazu unter anderem das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment berücksichtigt. Dieses Lenkmoment kann beispielsweise mit einer Drehmomentmesseinheit 12 an der Lenksäule 7 gemessen werden, welche die Lenkungshandhabe 4 mechanisch mit der Lenkstange 3 koppelt. Zudem können dem Lenkungssteuergerät 11 weitere Fahrzeugparameter übermittelt werden, welche beispielsweise erlauben, einen Fahrzeugstillstand und den Einschaltzustand der Zündung zu berücksichtigen.A steering control device 11 is used to control the electric motor 6, which generates a control signal for the electric motor 6 and, among other things, takes into account the steering torque applied by the driver. This steering torque can be measured, for example, with a torque measuring unit 12 on the steering column 7, which mechanically couples the steering handle 4 to the handlebar 3. In addition, further vehicle parameters can be transmitted to the steering control unit 11, which, for example, allow the vehicle to be at a standstill and the ignition status to be taken into account.

Das Lenkungssteuergerät 11 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet, das seinerseits am Elektromotor 6 befestigt ist und neben der eigentlichen Steuerungslogik 14 auch die zugehörige Leistungselektronik aufnimmt. Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist das Gehäuse 13 des Lenkungssteuergeräts 11 an einer dem Untersetzungsgetriebe 8 gegenüberliegenden Stirnseite des Elektromotors 6 angeflanscht und nach außen abgedichtet.The steering control device 11 is arranged in a housing 13, which in turn is attached to the electric motor 6 and, in addition to the actual control logic 14, also accommodates the associated power electronics. Like in the 1 and 2 shown, the housing 13 of the steering control device 11 is on a reduction gear 8 opposite end face of the electric motor 6 flanged and sealed to the outside.

Weiterhin umfasst die Lenkung 1 eine elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20, deren elektrische Komponenten im Gehäuse 13 des Lenkungssteuergeräts 11 untergebracht. Das Gehäuse 13 bietet aufgrund seiner massiven Ausführung sowie seiner Anordnung nahe des Lenkgetriebegehäuses 2 einen guten Schutz gegen mutwillige Eingriffe.Furthermore, the steering 1 includes an electrically actuated locking device 20, the electrical components of which are housed in the housing 13 of the steering control unit 11. Due to its solid design and its arrangement near the steering gear housing 2, the housing 13 offers good protection against malicious interventions.

Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 umfasst einen in dem Gehäuse 13 angeordneten Aktuator 21, der je nach Bestromung einen Anker 22 in einer ersten oder einer entgegengesetzten Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, um diesen zu verlagern. Vorzugsweise ist der Aktuator 21 ein Magnetsteller mit zwei elektrischen Spulen 21a und 21 b, die koaxial zu dem Anker 22 angeordnet sind.The electrically actuated locking device 20 comprises an actuator 21 arranged in the housing 13, which, depending on the current supply, applies a force to an armature 22 in a first or an opposite direction in order to displace it. Preferably, the actuator 21 is a magnetic actuator with two electrical coils 21a and 21b, which are arranged coaxially to the armature 22.

Der Anker 22 weist ein Eingriffselement 23 auf, das als Bolzen oder Stift ausgeführt werden kann und sich in den Elektromotor 6 hineinerstreckt. Wie 3 zeigt, ist das Eingriffselement 23 an einer Axialführung 24 gleitgelagert und erstreckt sich durch ein stirnseitiges Motorlagerschild 15 des Elektromotors 6 hindurch. Die Axialbewegung des Ankers 22 bzw. des Eingriffselements 23 ist durch Endanschläge 25 und 26 in beide Richtungen begrenzt, wobei der axiale Hub in der Größenordnung von etwa 4 mm liegt. Zudem kann der Anker 22 oder das Eingriffselement 23 in den durch die Endanschläge 25 und 26 definierten Endstellungen verrastet werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Eingriffselement 23 hierzu entsprechende Ausnehmungen 27 und 28 auf, in die ein federbelasteter Druckkörper 29, beispielsweise eine Kugel, eingreifen kann. Anstelle eines solchen Rastmechanismus können jedoch auch andere Sicherungsmittel vorgesehen sein, welche den Anker 22 und/oder das Eingriffselement 23 bei Stromlosschaltung des Aktuators 21 in der jeweiligen Entstellung halten. Anstelle einer mechanischen Verrastung kann beispielsweise auch eine magnetische Verrastung vorgesehen sein, bei der ein Festhalten in den Endlagen vorzugsweise mittels Permanentmagneten erfolgt.The anchor 22 has an engagement element 23, which can be designed as a bolt or pin and extends into the electric motor 6. How 3 shows, the engagement element 23 is slidably mounted on an axial guide 24 and extends through a front motor end shield 15 of the electric motor 6. The axial movement of the armature 22 or the engagement element 23 is limited in both directions by end stops 25 and 26, with the axial stroke being on the order of approximately 4 mm. In addition, the anchor 22 or the engagement element 23 can be locked in the end positions defined by the end stops 25 and 26. In the exemplary embodiment shown, the engagement element 23 has corresponding recesses 27 and 28 into which a spring-loaded pressure body 29, for example a ball, can engage. Instead of such a locking mechanism, however, other securing means can also be provided, which hold the armature 22 and/or the engagement element 23 in the respective position when the actuator 21 is de-energized. Instead of a mechanical locking, a magnetic locking can also be provided, for example, in which holding in the end positions is preferably carried out using permanent magnets.

Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 umfasst weiterhin eine Eingriffsöffnung 31 aufweisende Eingriffsgriffseinrichtung 30, die innerhalb des Elektromotors 6 angeordnet ist und zum Zweck der Verriegelung mit dem Eingriffselement 23 zusammenwirkt. Die Eingriffseinrichtung 30 kann unmittelbar an der Motorwelle ausgebildet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese jedoch als separates Bauteil in Form einer Scheibe 32 ausgebildet, das mit der Motorwelle 10 drehfest gekoppelt ist. Die Scheibe 32 ist in 4 näher dargestellt. Sie weist an ihrem Außenumfang eine Vielzahl aufeinanderfolgender Eingriffsöffnungen 31 in Form von radialen Vertiefungen 33 oder Nuten auf. Es ist jedoch auch möglich, die Eingriffsöffnungen 31 als Lochöffnungen auszugestalten.The electrically operable locking device 20 further comprises an engagement grip device 30 having an engagement opening 31, which is arranged within the electric motor 6 and cooperates with the engagement element 23 for the purpose of locking. The engagement device 30 can be formed directly on the motor shaft. In the exemplary embodiment shown, however, this is designed as a separate component in the form of a disk 32, which is coupled to the motor shaft 10 in a rotationally fixed manner. The disk 32 is in 4 shown in more detail. On its outer circumference it has a plurality of successive engagement openings 31 in the form of radial depressions 33 or grooves. However, it is also possible to design the engagement openings 31 as hole openings.

Wie 4 weiter zeigt, kann das Eingriffselement 23 durch Verlagerung in eine Verriegelungsposition mit den Eingriffsöffnungen 31 in Eingriff gebracht werden. In dieser Verriegelungsposition befindet sich der Anker 22 in Anlage an dem Endanschlag 26 und ist hierbei mit seiner Ausnehmung 28 durch den federelastischen Druckkörper 29 verrastet. Da das Eingriffselement 23 in Drehrichtung der Scheibe 32 gegen das Gehäuse 13 abgestützt ist, wird in der Verriegelungsposition ein Drehen der Motorwelle 10 verhindert.How 4 further shows, the engagement element 23 can be brought into engagement with the engagement openings 31 by moving into a locking position. In this locking position, the anchor 22 is in contact with the end stop 26 and is locked with its recess 28 by the resilient pressure body 29. Since the engagement element 23 is supported against the housing 13 in the direction of rotation of the disk 32, rotation of the motor shaft 10 is prevented in the locking position.

Wird durch eine elektrische Betätigung des Aktuators 21 das Eingriffselement 23 dazu veranlasst, die Verriegelungsstellung zu verlassen und sich in eine Außereingriffsposition zu begeben, wie dies in 3 durch die Anlage des Ankers 22 gegen den weiteren Anschlag 25 gezeigt ist, kann sich die Motorwelle 10 von der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung 20 ungehindert drehen.If an electrical actuation of the actuator 21 causes the engagement element 23 to leave the locking position and move into a disengaged position, as shown in FIG 3 As shown by the contact of the armature 22 against the further stop 25, the motor shaft 10 can rotate unhindered by the electrically actuated locking device 20.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Eingriffselement 23 als ein federelastischer Stift 34 ausgebildet, der beispielsweise aus der Federdraht gefertigt sein kann. Bei einem Eingriff mit einer der Eingriffsöffnungen 31 wird durch den federelastischen Stift 34 der Elektromotor 6 verrastet, jedoch nicht blockiert. Vielmehr springt der federelastischen Stift 34 bei Überwindung eines durch die Verrastung bedingten Moments in eine weitere der Eingriffsöffnungen 31. Der federelastische Stift 34 ist dabei derart auf die Eingriffsöffnungen 31 abgestimmt, dass in der Verriegelungsstellung zwar ein Nachgeben oder Abrutschen möglich ist, das System jedoch kontinuierlich oder mit Unterbrechungen einem Drehmoment von mindestens 100 Nm an der Lenkungshandhabe 4 standhält. Aufgrund der hohen Übersetzungen des Getriebes 8 ergibt sich ein erforderliches Rastmoment in der Größenordnung von etwa 2 bis 10 Nm. Dieses lässt sich mit einem federelastischen Stift 34 mit einem Durchmesser von etwa 3 mm abstützen. Das Federungsvermögen des federelastischen Stifts 34 kann durch eine oder mehrere schraubenfederartige Wicklungen 35 an einem eingriffsseitigen Endabschnitt desselben zusätzlich beeinflusst werden. Aufgrund der vorgenannten Rastmomente und Abmessungen sind die bewegten Massen der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung 20 gering, so dass verhältnismäßig geringe Antriebskräfte ausreichen, um das Eingriffselement 23 von der Außereingriffsstellung in die Verriegelungsstellung zu bewegen. Der Aktuator 21 baut daher sehr klein.In the exemplary embodiment shown, the engagement element 23 is designed as a resilient pin 34, which can be made from spring wire, for example. When engaging with one of the engagement openings 31, the electric motor 6 is locked by the resilient pin 34, but is not blocked. Rather, the spring-elastic pin 34 jumps into another of the engagement openings 31 when a moment caused by the latching is overcome. The spring-elastic pin 34 is matched to the engagement openings 31 in such a way that yielding or slipping is possible in the locking position, but the system is continuous or withstands a torque of at least 100 Nm on the steering handle 4 intermittently. Due to the high gear ratios of the gearbox 8, there is a required cogging torque of the order of approximately 2 to 10 Nm. This can be supported with a resilient pin 34 with a diameter of approximately 3 mm. The resilience of the resilient pin 34 can be additionally influenced by one or more helical spring-like windings 35 on an engagement-side end portion thereof. Due to the aforementioned locking moments and dimensions, the moving masses of the electrically actuated locking device 20 are small, so that relatively low driving forces are sufficient to move the engagement element 23 from the disengaged position into the locking position. The actuator 21 is therefore very small.

Würde das Eingriffselement 23 als im Wesentlichen starren Verriegelungsbolzen ausgebildet, der in der Verriegelungsstellung die Scheibe 32 arretiert, so dass ein Springen von einer zur nächsten Eingriffsöffnung 31 ausgeschlossen ist, müssten das Eingriffselement 23 und die korrespondierende Eingriffseinrichtung 30 massiver ausgebildet werden, da aufgrund gesetzlicher Vorschriften in scharf geschalteter Stellung der Lenkung dann unter statischen Bedingungen ein höheres Drehmoment von mindestens 300 Nm um die Lenksäulenachse in beiden Richtungen abgestützt werden muss.If the engagement element 23 were designed as a substantially rigid locking bolt, which locks the disk 32 in the locking position, so that jumping from one engagement opening 31 to the next is excluded, the engagement element 23 and the corresponding engagement device 30 would have to be made more solid, because of legal regulations When the steering is in the armed position, a higher torque of at least 300 Nm must be supported around the steering column axis in both directions under static conditions.

Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 umfasst ferner einen Endlagenschalter oder -sensor 36, mit dem festgestellt werden kann, ob der Anker 22 bzw. das Eingriffselement 23 eine definierte Außereingriffsstellung erreicht hat bzw. sich in dieser befindet. Der Endlagenschalter oder -sensor 36 kann beispielsweise als Hallsensor ausgeführt sein. Jedoch sind auch andere Detektionsprinzipien möglich. Ein weiterer Endlagenschalter oder -sensor kann für die Verriegelungsstellung vorgesehen sein.The electrically actuated locking device 20 further comprises a limit switch or sensor 36, with which it can be determined whether the armature 22 or the engagement element 23 has reached a defined disengaged position or is in this position. The limit switch or sensor 36 can be designed, for example, as a Hall sensor. However, other detection principles are also possible. Another limit switch or sensor can be provided for the locking position.

Aufgrund der Anordnung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung 20 in unmittelbarer Nähe des Lenkungssteuergeräts 11 innerhalb des zugehörigen Gehäuses 13 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen zweiten Endlagenschalter verzichtet worden. Die Verriegelungsstellung wird stattdessen durch Auswerten des Motormoments und/oder Motorstroms des Elektromotors 6 während eines definierten Bewegungsimpulses des Elektromotors 6 erfasst, da es bei einem Eingriff des Eingriffselements 23 in eine der Eingriffsöffnungen 31 der Eingriffseinrichtung 30 zu einem signifikanten Signalanstieg kommt. Dieser Signalanstieg ersetzt das Signal eines Endlagenschalters oder -sensors für die Verriegelungsstellung.Due to the arrangement of the electrically actuated locking device 20 in the immediate vicinity of the steering control device 11 within the associated housing 13, a second limit switch has been omitted in the exemplary embodiment shown. The locking position is instead detected by evaluating the motor torque and/or motor current of the electric motor 6 during a defined movement pulse of the electric motor 6, since a significant signal increase occurs when the engagement element 23 engages in one of the engagement openings 31 of the engagement device 30. This signal increase replaces the signal from a limit switch or sensor for the locking position.

Nachfolgend soll die Betriebsweise der vorstehend erläuterten Lenkung beim Aktivieren und Deaktivieren der Verriegelung näher erläutert werden.The operation of the steering explained above when activating and deactivating the lock will be explained in more detail below.

Zur Aktivierung der Verriegelung wird zunächst eine Sicherheitsüberprüfung durchgeführt, welche unter anderem beinhaltet, den Fahrzeugstillstand sowie die Abschaltung der Zündung anhand hierfür signifikanter Fahrzeugparameter zu verifizieren. Hierzu kann beispielsweise die aktuelle Drehzahl des Fahrzeugmotors sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelesen werden. Ferner können Zustandsparameter der Lenkung herangezogen werden. Möglich ist ferner, eine Aktivierung der Verriegelung nur dann zuzulassen, wenn der Zustand der Lenkung als entriegelt erkannt wird.To activate the locking, a safety check is first carried out, which includes, among other things, verifying that the vehicle is stationary and the ignition is switched off based on significant vehicle parameters. For this purpose, for example, the current speed of the vehicle engine and the vehicle speed can be read out. Furthermore, state parameters of the steering can be used. It is also possible to only allow activation of the locking if the state of the steering is recognized as unlocked.

Ist die Sicherheitsüberprüfung positiv, wird die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 ausgelöst. Dazu wird zunächst der Aktuator 21 derart bestromt, um an dem Anker 22 bzw. Eingriffselement 23 eine Kraft in Richtung der Eingriffseinrichtung 30 zu erzeugen. Infolgedessen löst sich das Eingriffselement 23 aus der Verrastung der Außereingriffsstellung und bewegt sich in Richtung der Eingriffseinrichtung 30. Hierbei wird der Elektromotor 6 mit definiert geringer Drehzahl und/oder definiert geringen Moment gedreht und dabei das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht. Gelangt das Eingriffselement 23 in Eingriff mit einer Eingriffsöffnung 31, steigt bei einem Weiterdrehen des Elektromotors 6 das Motormoment bzw. der Motorstrom deutlich an. Dies wird über eine in der Steuerungslogik 14 des Lenkungssteuergeräts 11 abgelegten Lenkungsblockiererkennung erfasst und als Erreichen der Verriegelungsstellung interpretiert. Zur Kontrolle dreht der Elektromotor 6 anschließend in die Gegenrichtung, um über einen erneuten Momenten- oder Stromanstieg zu bestätigen, dass sich das Eingriffselement 23 bzw. der federelastische Stift 34 in der Verriegelungsstellung befindet. Ist eine solche Verifikation nicht möglich, wird eine Fehlermeldung generiert, die dem Fahrer angezeigt werden kann. Wird hingegen die Verriegelungsstellung bestätigt, so veranlasst die Steuerungslogik 14 den Elektromotor 6 in eine lastlose Stellung zu fahren. Zudem wird die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20, insbesondere deren Aktuator 21 stromlos geschaltet. Der Anker 22 bzw. das Eingriffselement 23 wird aufgrund der Verrastung sicher in der Verriegelungsstellung gehalten.If the security check is positive, the electrically actuated locking device 20 is triggered. For this purpose, the actuator 21 is first energized in such a way as to generate a force in the direction of the engagement device 30 on the armature 22 or engagement element 23. As a result, the engagement element 23 releases itself from the locking of the disengaged position and moves in the direction of the engagement device 30. Here, the electric motor 6 is rotated at a defined low speed and/or a defined low torque and the motor torque and/or the motor current is monitored for a significant increase . If the engagement element 23 comes into engagement with an engagement opening 31, the motor torque or the motor current increases significantly as the electric motor 6 continues to rotate. This is detected via a steering lock detection stored in the control logic 14 of the steering control unit 11 and interpreted as reaching the locking position. To check, the electric motor 6 then rotates in the opposite direction in order to confirm by means of a renewed increase in torque or current that the engagement element 23 or the resilient pin 34 is in the locking position. If such verification is not possible, an error message is generated that can be displayed to the driver. However, if the locking position is confirmed, the control logic 14 causes the electric motor 6 to move into a no-load position. In addition, the electrically actuated locking device 20, in particular its actuator 21, is de-energized. The anchor 22 or the engagement element 23 is held securely in the locking position due to the latching.

Zur Aufhebung der Verriegelung wird nach einer Signalüberprüfung der Elektromotor 6 verfahren, bis sich dieser im Wesentlichen momentenfrei bewegen lässt. Dies hat den Vorteil, dass beim Zurückfahren des Eingriffselements 23 keine hohen Reibkräfte zwischen dem Eingriffselement 23 und der Eingriffseinrichtung 30 überwunden werden müssen. Der Aktuator 21 wird bestromt, um den Anker 22 bzw. das Eingriffselement 23 aus der Verriegelungsstellung in die Außereingriffsstellung zu verlagern, bis die Verrastung greift. Über den Endlagenschalter bzw. -sensor 36 wird bei Erreichen der Endlage der Außereingriffsstellung signalisiert, dass die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 offen ist. Zu Kontrollzwecken kann anschließend mittels der Lenkungsblockiererkennung der Steuerungslogik 14 überprüft werden, ob sich der Elektromotor frei drehen kann. Dies kann wie oben erläutert dadurch erfolgen, dass der Elektromotor 6 mit einem definierten Bewegungsimpuls beaufschlagt und dabei das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht wird. Bei Ausbleiben eines solchen Anstiegs innerhalb eines definierten Zeitintervalls und/oder Drehwinkelbereichs wird der Aktuator 21 stromlos geschaltet.To cancel the locking, the electric motor 6 is moved after a signal check until it can be moved essentially torque-free. This has the advantage that when the engagement element 23 is moved back, no high frictional forces between the engagement element 23 and the engagement device 30 have to be overcome. The actuator 21 is energized in order to move the armature 22 or the engagement element 23 from the locking position into the disengaged position until the latching takes effect. When the end position of the disengaged position is reached, the end position switch or sensor 36 signals that the electrically actuated locking device 20 is open. For control purposes, the steering lock detection of the control logic 14 can then be used to check whether the electric motor can rotate freely. As explained above, this can be done by applying a defined movement pulse to the electric motor 6 and monitoring the motor torque and/or the motor current for a significant increase. If such an increase does not occur within a defined time interval and/or The actuator 21 is de-energized in the rotation angle range.

Während des Betriebs der Lenkung wird die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 mittels des Endlagenschalters bzw. -sensors 36 fortlaufend daraufhin überwacht, ob sich das Eingriffselement 23 in der Außereingriffsstellung befindet. Der Aktuator 21 bleibt hierbei ausgeschaltet, so dass kein Antrieb in Richtung der Verriegelungsstellung erfolgen kann. Bei einer Schockbelastung verhindert die Verrastung mechanisch oder magnetisch, dass sich das Eingriffselement 23 aus der Außereingriffsstellung heraus bewegen kann.During operation of the steering, the electrically actuated locking device 20 is continuously monitored by means of the limit switch or sensor 36 to determine whether the engagement element 23 is in the disengaged position. The actuator 21 remains switched off, so that no drive can take place in the direction of the locking position. In the event of a shock load, the latching mechanically or magnetically prevents the engagement element 23 from moving out of the disengaged position.

Kommt es, aus welchen Gründen auch immer, zu einer Fehlfunktion, infolge derer sich das Eingriffselement 23 in Richtung der Verriegelungsstellung bewegt, ist aufgrund der ständigen Bewegung der Eingriffseinrichtung 30 bzw. Scheibe 32 ein Einfädeln des federelastischen Stifts 34 in eine der Eingriffsöffnungen 31 nur sehr schwer möglich. Geschieht dies dennoch, wird dies mittels der Lenkungsblockiererkennung der Steuerungslogik 14 im Lenkungssteuergerät 11 erkannt. Da das Rastmoment des federelastischen Stifts 34 kleiner ist, als das durch den Elektromotor 6 bereitstellbare Antriebsmoment, kann in einer solchen Situation ein Blockieren der Lenkung verhindert werden, indem durch eine Modifikation des Stellsignals für den Elektromotor 6 das Rastmoment durch ein größeres Antriebsmoment des Elektromotors 6 kompensiert wird. Hierdurch wird bleibt die Lenkung für den Fahrer bedienbar. Bei Auftreten einer solchen Fehlfunktion wird ein Fehlersignal generiert, das dem Fahrer angezeigt wird, so dass dieser eine Fehlerbehebung veranlassen kann.If, for whatever reason, a malfunction occurs as a result of which the engagement element 23 moves in the direction of the locking position, threading the resilient pin 34 into one of the engagement openings 31 is very difficult due to the constant movement of the engagement device 30 or disk 32 hardly possible. If this still happens, this is detected by means of the steering lock detection of the control logic 14 in the steering control unit 11. Since the cogging torque of the resilient pin 34 is smaller than the drive torque that can be provided by the electric motor 6, blocking of the steering can be prevented in such a situation by modifying the control signal for the electric motor 6 by changing the cogging torque by a larger drive torque of the electric motor 6 is compensated. This means that the steering remains operable for the driver. If such a malfunction occurs, an error signal is generated which is displayed to the driver so that he or she can initiate troubleshooting.

Die vorstehend erläuterte Konfiguration einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung 1 ermöglicht eine sehr platzsparende Bauweise bei gleichzeitig hoher Sicherheit gegen eine Überwindung der Lenkungsverriegelung. So sind insbesondere die mechanischen Komponenten der Verriegelungseinrichtung aufgrund der erschwerten Zugänglichkeit gegen Diebstahl geschützt. Ein gesonderter Überlastschutz an der Lenksäule ist nicht erforderlich.The configuration of an electrically lockable vehicle steering 1 explained above enables a very space-saving design while at the same time providing a high level of security against overcoming the steering lock. In particular, the mechanical components of the locking device are protected against theft due to the difficult accessibility. A separate overload protection on the steering column is not required.

Im Hinblick auf die Crashsicherheit bleibt die Teleskopierbarkeit der Lenksäule unbeeinträchtigt. Zudem wird bei einer Anordnung des Elektromotors 6 sowie des Gehäuses 13 des Lenkungssteuergeräts 11 im Bereich des Lenkgetriebegehäuses 2 ein hoher Insassenschutz insbesondere im Knieaufprallbereich erzielt.With regard to crash safety, the telescoping ability of the steering column remains unaffected. In addition, when the electric motor 6 and the housing 13 of the steering control unit 11 are arranged in the area of the steering gear housing 2, a high level of occupant protection is achieved, particularly in the knee impact area.

Weiterhin wird gewährleistet, dass Fehlfunktionen der Lenkverriegelung die Fahrsicherheit nicht gefährden. So kann beispielsweise selbst bei einem Verklemmen des Eingriffselements 23 in der Verriegelungsstellung die Lenkung weiter betätigt werden.Furthermore, it is guaranteed that malfunctions of the steering lock do not endanger driving safety. For example, even if the engagement element 23 jams in the locking position, the steering can continue to be operated.

Darüber hinaus zeichnet sich die vorstehend erläuterte Konfiguration durch einen geringen fertigungs- und montagetechnischen Aufwand aus. So ist insbesondere die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 toleranzunempfindlich. Die Genauigkeitsanforderungen an die benötigten Bauteile sind dadurch gering. Überdies wird lediglich ein Gehäuse 13 für das Lenkungssteuergerät 11 und die elektrischen Komponenten der Verriegelungseinrichtung 20 benötigt, das im Hinblick auf die Relevanz der genannten Komponenten sehr stabil ausgeführt werden muss.In addition, the configuration explained above is characterized by low manufacturing and assembly costs. In particular, the electrically actuated locking device 20 is insensitive to tolerances. The accuracy requirements for the required components are therefore low. Furthermore, only a housing 13 is required for the steering control device 11 and the electrical components of the locking device 20, which must be made very stable in view of the relevance of the components mentioned.

Sämtliche Komponenten des Lenkungssteuergeräts 11 sowie der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung 20, mit Ausnahme der an der Motorwelle 10 angeordneten Eingriffseinrichtung 30, können in dem Gehäuse 13 vormontiert werden. Die gesamte Einheit wird dann an dem Elektromotor 6 befestigt und diesem gegenüber abgedichtet. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Montage. Ein Funktionstest kann nach einer Kontaktierung zwischen dem Elektromotor 6 und dem Lenkungssteuergerät 11 vorgenommen werden. Dieses insbesondere auch vor einer Montage der genannten Komponenten am Lenkgetriebegehäuse 2 möglich.All components of the steering control device 11 and the electrically actuated locking device 20, with the exception of the engagement device 30 arranged on the motor shaft 10, can be pre-assembled in the housing 13. The entire unit is then attached to the electric motor 6 and sealed against it. This allows for quick and easy assembly. A functional test can be carried out after contacting between the electric motor 6 and the steering control unit 11. This is also possible in particular before assembly of the components mentioned on the steering gear housing 2.

Vorzugsweise stellt die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 ein eigenes Modul dar, das bei Konfigurationen, bei denen die eingangs genannte Sicherungseinrichtung gegen eine unbefugte Benutzung nicht oder in anderer Weise benötigt wird, ohne jeden Aufwand entfallen kann.The electrically actuated locking device 20 preferably represents its own module, which can be omitted without any effort in configurations in which the aforementioned security device against unauthorized use is not required or is required in a different way.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention was explained in more detail above using an exemplary embodiment. However, it is not limited to this, but includes all configurations defined by the patent claims.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: Lenkungsteering
22: LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
33: LenkstangeHandlebar
44: Lenkradsteering wheel
55: Fahrzeugradvehicle wheel
66: ElektromotorElectric motor
77: LenksäuleSteering column
88th: Untersetzungsgetriebereduction gear
99: KugelgewindetriebBall screw
1010: MotorwelleMotor shaft
1111: LenkungssteuergerätSteering control unit
1212: DrehmomentmesseinheitTorque measuring unit
1313: Gehäuse des LenkungssteuergerätsSteering control unit housing
1414: SteuerungslogikControl logic
1515: MotorlagerschildMotor bearing shield
2020: elektrisch betätigbare Verriegelungsseinrichtungelectrically operated locking device
2121: Aktuatoractuator
21a21a: SpuleKitchen sink
21b21b: SpuleKitchen sink
2222: Ankeranchor
2323: EingriffselementIntervention element
2424: AxialführungAxial guidance
2525: Endanschlagend stop
2626: Endanschlagend stop
2727: Ausnehmungrecess
2828: Ausnehmungrecess
2929: federbelasteter Druckkörperspring-loaded pressure body
3030: EingriffseinrichtungIntervention device
3131: EingriffsöffnungAccess opening
3232: Scheibedisc
3333: radiale Ausnehmungradial recess
3434: federelastischer Stiftspring-elastic pin
3535: schraubenförmige Wicklunghelical winding
3636: Endlagenschalter bzw. -sensorLimit switch or sensor

Claims

Electrically lockable vehicle steering, comprising: an electric motor (6) for generating a steering torque, a steering control device (11), and an electrically actuated locking device (20) for locking the steering, the steering control device (11) being arranged in a housing (13), which is attached to the electric motor (6), wherein the electrically actuated locking device (20) comprises an actuator (21) which is arranged in the housing (13) of the steering control device (11), and wherein the electrically actuated locking device (20). by means of the actuator (21) displaceable engagement element (23) and an engagement device (30) having engagement openings (31), wherein the engagement device (30) within the electric motor (6) is coupled to a motor shaft (10) of the same or is formed on it and To lock the steering, the engagement element (23) can be brought into engagement with an engagement opening (31) of the engagement device (30), characterized in that the engagement element (23) has a resilient pin (34) which, when engaged with one of the engagement openings ( 31) locks the electric motor (6), but does not block it, in such a way that when a moment caused by the locking is overcome, the resilient pin (34) jumps into another of the engagement openings (31).

Electrically lockable vehicle steering Claim 1 , characterized in that a gear (8) for transmitting a drive torque of the electric motor (6) to a handlebar (3) is arranged on a first side of the electric motor (6), and the housing (13) of the steering control device (11) with the Actuator (21) of the electrically actuated locking device (20) is arranged on a second side of the electric motor (6) opposite the first side.

Electrically lockable vehicle steering Claim 1 or 2 , characterized in that the torque caused by the locking is smaller than a torque that can be provided by the electric motor (6).

Electrically lockable vehicle steering according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the electrically actuated locking device (20) comprises a single limit switch or sensor (36) which detects a disengaged position of the engagement element (23) and is arranged in the housing (13) of the steering control device (11).

Electrically lockable vehicle steering according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a locking position of the electrically actuable locking device (20) is detected by evaluating the motor torque and / or motor current of the electric motor (6) during a defined movement pulse of the electric motor (6).

Electrically lockable vehicle steering according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the actuator (21) is designed as a magnetic actuator with latches in a locking position and a disengaged position of the engagement element.

Electrically lockable vehicle steering, comprising: an electric motor (6) for generating a steering torque, a steering control device (11), and an electrically actuated locking device (20) for locking the steering, the steering control device (11) being arranged in a housing (13) which is attached to the electric motor (6), the electrically actuated locking device (20) comprising an actuator (21) which is in the housing (13) of the steering control device (11) is arranged, and wherein the electrically actuated locking device (20) comprises an engagement element (23) which can be displaced by means of the actuator (21) and an engagement device (30) having engagement openings (31), wherein the engagement device (30) within the electric motor (6) is coupled to a motor shaft (10) of the same or is formed on it and the engagement element (23) can be brought into engagement with an engagement opening (31) of the engagement device (30) to lock the steering, characterized in that the electrically lockable vehicle steering is configured to activate the locking in such a way that the actuator (21) is energized in order to bring the engagement element (23) from a disengaged position into engagement with the engagement opening (31), the electric motor (6) with a defined Speed and / or defined torque and the motor torque and / or the motor current is monitored for a significant increase, when such an increase is detected, the direction of rotation of the electric motor (6) is reversed and monitored for a significant increase, when such a second increase is detected the electric motor (6) is moved to a no-load state, and then the electric motor (6) and the electrically actuated locking device (20) are switched off.

Electrically lockable vehicle steering, comprising: an electric motor (6) for generating a steering torque, a steering control device (11), and an electrically actuated locking device (20) for locking the steering, the steering control device (11) being arranged in a housing (13), which is attached to the electric motor (6), wherein the electrically actuated locking device (20) comprises an actuator (21) which is arranged in the housing (13) of the steering control device (11), and wherein the electrically actuated locking device (20). by means of the actuator (21) displaceable engagement element (23) and an engagement device (30) having engagement openings (31), wherein the engagement device (30) within the electric motor (6) is coupled to a motor shaft (10) of the same or is formed on it and to lock the steering, the engagement element (23) can be brought into engagement with an engagement opening (31) of the engagement device (30), characterized in that the electrically lockable vehicle steering is configured to deactivate the locking in such a way that the actuator (21) is energized in such a way in order to move the engagement element (23) from a locking position to a disengaged position, reaching the disengaged position is detected by means of a switch or sensor, the electric motor (6) is subjected to a defined movement pulse and the motor torque and/or the motor current is significantly affected Increase is monitored, and if such an increase does not occur within a defined time interval and / or rotation angle range, the actuator (21) of the electrically actuated locking device (20) is switched off.

Method for operating an electrically lockable vehicle steering, in particular a vehicle steering according to one of the preceding claims, in which to activate the locking an actuator (21) of an electrically operable locking device (20) is energized in order to bring an engagement element (23) thereof from a disengaged position into engagement with an engagement opening (31) of an electric motor (6) of the steering, the electric motor (6) is rotated at a defined speed and/or defined torque and the motor torque and/or the motor current is monitored for a significant increase, When such an increase is detected, the direction of rotation of the electric motor (6) is reversed and monitored for a significant increase, When such a second increase is detected, the electric motor (6) is moved to a no-load state, and The electric motor (6) and the electrically actuated locking device (20) are then de-energized.

Method for operating an electrically lockable vehicle steering system, in particular a vehicle steering system according to one of the aforementioned Claims 1 until 8th , in which, to deactivate the locking, an actuator (21) of an electrically actuated locking device (20) is energized in such a way as to move an engagement element (23) thereof from a locking position into a disengaged position, reaching the disengaged position is detected by means of a switch or sensor , the electric motor (6) is subjected to a defined movement impulse and the motor mo ment and / or the motor current is monitored for a significant increase, and if such an increase does not occur within a defined time interval and / or rotation angle range, the actuator (21) of the electrically actuated locking device (20) is switched off.