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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Fahrzeuglenkung, umfassend ein Lenkgetriebegehäuse, eine Zahnstange, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckt, einen Elektromotor, der über ein Getriebe mit der Zahnstange gekoppelt ist, ein Lenkungssteuergerät und eine Sperrvorrichtung, die in einem aktivierten Zustand die Lenkung hemmt.
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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.
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Aus dem Stand der Technik ist in diesem Zusammenhang eine Vielzahl mechanischer und elektronischer Systeme bekannt, mit denen eine Lenkung verriegelt werden kann.
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Mechanische Lenkungsverriegelungen werden üblicherweise in ein Zündanlassschloss des Fahrzeugs integriert, welches im oberen Bereich einer Lenksäule angeordnet ist. Durch eine Drehung eines in das Zündanlassschloss eingesteckten, passenden Schlüssels wird die Lenkung entriegelt. Aus verschiedenen Gründen wird neuerdings angestrebt, das Zündanlassschloss von der Lenksäule wegzuverlagern, was jedoch eine mechanische Verriegelung der Lenksäule erschwert.
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Bei Fahrzeugen, bei denen zur Inbetriebnahme kein mechanischer Schlüssel mehr erforderlich ist, das heißt zum Beispiel bei Fahrzeugen mit einem sogenannten Keyless-Go-System, kommt eine elektrische Sperrvorrichtung zur Lenkungsverriegelung zum Einsatz, bei der über einen elektrischen Aktuator eine bewegbare Komponente der Lenkung gegenüber einer stationären Komponente ver- und entriegelbar ist. In der
DE 10 2006 056 042 A1 wird eine elektromechanische Lenkung der eingangs genannten beschrieben, bei der die Sperrvorrichtung in einem Lenkgetriebegehäuse vorzugsweise zwischen einer Antriebswelle des Elektromotors und dem Lenkgetriebegehäuse angeordnet ist.
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Weiterhin ist aus der
EP 1 308 356 B1 eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung bekannt, bei der ein Elektromotor über ein Getriebe mit der Lenksäule oder einer Zahnstange gekoppelt ist. Die Sperrvorrichtung ist dabei zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe angeordnet, während sich ein Lenkungssteuergerät an einer anderen Stelle im Fahrzeug befindet und Ansteuersignale für die Sperrvorrichtung erzeugt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Fahrzeuglenkung zu schaffen, welche insbesondere einen hohen Schutz gegen Manipulationen der Sperrvorrichtung bietet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse, eine Zahnstange, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse erstreckt, einen Elektromotor, der über ein Getriebe mit der Zahnstange gekoppelt ist, ein Lenkungssteuergerät, das an oder in dem Lenkgetriebegehäuse angeordnet ist, und eine Sperrvorrichtung, die in dem Lenkgetriebegehäuse von der Außenseite desselben unzugänglich angeordnet ist, in einem aktivierten Zustand die Lenkung hemmt, und von außen unzugänglich mit dem Lenkungssteuergerät elektrisch verbunden ist.
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Hierdurch wird ein hoher Schutz der Sperrvorrichtung gegen Manipulationen erzielt. Die Sperreinrichtung kann weder durch einen Eingriff in die Signalübertragung noch durch einen einfachen mechanischen Eingriff außer Kraft gesetzt werden.
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Durch die Anordnung des Lenkungssteuergeräts einschließlich zugehöriger Leistungselektronik am bzw. im Lenkgetriebegehäuse sowie die Einbeziehung der Sperrvorrichtung in das Lenkgetriebegehäuse wird eine besonders kompakte Bauweise erzielt und die Anzahl der benötigten Bauteile gering gehalten. Insbesondere werden auch Dichtigkeits- und Kontaktprobleme vermieden, welche durch externe Leitungs- und Steckerverbindungen entstehen können. Entsprechende Bauteile können eingespart werden.
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Ein für die Sperrvorrichtung üblicherweise vorhandenes eigenes Steuergerät und der diesbezügliche Fertigungs- und Montageaufwand können entfallen. Eine Überwachung der Sperrvorrichtung kann unmittelbar vom Lenkungssteuergerät übernommen werden.
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Im Vergleich zu Sperrvorrichtungen an der Lenksäule wird durch die Verlagerung in das Lenkgetriebegehäuse zudem eine Verbesserung der Crashsicherheit für die Fahrerposition im Fahrzeug erzielt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
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Bevorzugt ist der Elektromotor koaxial zur Zahnstange angeordnet, so dass sich für das Lenkgetriebegehäuse eine besonders schlanke Bauweise ergibt.
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Zur Hemmung der Lenkung umfasst die Sperrvorrichtung ein verlagerbares Verriegelungselement, das vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Zahnstange angeordnet ist. Die Sperrvorrichtung kann so besonders platzsparend im Lenkgetriebegehäuse untergebracht werden. Als im Wesentlichen parallel werden vorliegend Winkel von bis zu ±15° zur Längsachse der Zahnstange verstanden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sperrvorrichtung eine Betätigungseinrichtung, die mit dem Verriegelungselement zusammenwirkt, während das Lenkgetriebegehäuse eine Aussparung aufweist, in der die Betätigungseinrichtung aufgenommen ist. Dabei ist die Aussparung lediglich von einer Innenseite, jedoch nicht von einer Außenseite des Lenkgetriebegehäuses zugänglich. Dies ermöglicht einerseits einen einfachen Einbau der Sperrvorrichtung in das Lenkgetriebegehäuse, bietet andererseits jedoch einen ausreichenden Schutz gegen Manipulationen.
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Vorzugsweise weist das Lenkgetriebegehäuse einen Motorraum, in dem der Elektromotor aufgenommen ist, und einen Steuergerätraum, in dem das Lenkungssteuergerät angeordnet ist, auf. Im Hinblick auf eine besonders kompakte Bauweise ist die Betätigungseinrichtung der Sperrvorrichtung in diesem Fall bevorzugt zwischen dem Motorraum und dem Steuergerätraum untergebracht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die entsprechende Aussparung durch ein Dichtungselement verschlossen, welches die Sperrvorrichtung gleichzeitig im Lenkgetriebegehäuse fixiert. Durch die Funktionsintegration kann eine separate Befestigung und Abdichtung eingespart werden.
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Das Dichtungselement bildet vorzugsweise einen Verbindungsabschnitt aus, durch den sich die Betätigungseinrichtung der Sperrvorrichtung mit dem Lenkungssteuergerät elektrisch verbindende Leiter erstrecken. Dies ermöglicht eine kabellose Kontaktierung der Sperrvorrichtung zum Lenkungssteuergerät.
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Der Verbindungsabschnitt kann an einem freien Ende eine Steckkupplung ausbilden und über diese mit einer Leiterplatte des Lenkungssteuergeräts gekoppelt sein. Dies erleichtert die Montage beim Zusammenbau der Lenkung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Lenkungssteuergerätgehäuse an dem Lenkgetriebegehäuse befestigt und verschließt einen Steuergerätraum des Lenkgetriebegehäuses. Hierdurch bleibt das Lenkgetriebegehäuse einfach herstellbar, während die Sperrvorrichtung über den Steuergerätraum unproblematisch innerhalb des Lenkgetriebegehäuses montiert und mit dem Lenkungssteuergerät verbunden werden kann.
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Weiterhin kann zu Erleichterung der Kopplung des Elektromotors mit dem Lenkungssteuergerät in dem Steuergerätraum eine Motoranschlussplatte angeordnet sein, die an dem Lenkgetriebegehäuse befestigt ist und mit der Leiterplatte des Lenkungssteuergeräts, beispielsweise über eine Steckkupplung parallel zur Sperreinrichtung, elektrisch verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sperrvorrichtung ein Eingriffselement, das zur Hemmung der Lenkung mit dem verlagerbaren Verriegelungselement zusammenwirkt, und das an einer Hohlwelle des Elektromotors ausgebildet oder drehfest angeordnet ist. Durch die Anordnung an der Motorwelle sind aufgrund der Getriebeuntersetzung in der Lenkung geringere Kräfte als an der Lenksäule erforderlich, um einem bestimmten Drehmoment um die Lenksäulenachse standzuhalten. Die Sperrvorrichtung kann daher am Motor besonders kompakt ausgeführt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektromechanischen Lenkung nach der Erfindung,
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2 eine schematische Ansicht der Sperrvorrichtung in freigestellter Form,
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3 eine Schnittansicht der Sperrvorrichtung im eingebauten Zustand,
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4 eine Ansicht des Steuergeräteraums mit eingelegter Sperrvorrichtung,
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5 eine weitere Ansicht des Steuergeräteraums nach Einbau des Dichtelements,
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6 eine Ansicht der Kontaktierung der Leiterplatte des Lenkungssteuergeräts, und in
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7 eine Dichtung des Dichtelements.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine elektromechanische Fahrzeuglenkung 1 für ein Personenkraftfahrzeug. Die Fahrzeuglenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 2, in dem eine Zahnstange 3 axial bewegbar aufgenommen ist. An den Enden der Zahnstange 3 koppeln zwei nicht näher dargestellte Spurstangen gelenkig an, die zu lenkbaren Rädern des Fahrzeugs führen. In das Lenkgetriebegehäuse 2 leitet eine nicht näher dargestellte Lenksäule mit einem Lenkungsritzel, das mit einen Verzahnungsabschnitt der Zahnstange 3 kämmt, um einen fahrerseitig an einer Lenkungshandhabe aufgebrachten Lenkbefehl in eine Axialbewegung der Zahnstange 3 zu übersetzen.
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Die Fahrzeuglenkung
1 umfasst weiterhin einen den Fahrer beim Lenken unterstützenden Elektromotor
4, der koaxial zu der Zahnstange
3 angeordnet ist. Der Elektromotor
4 weist einen gegenüber dem Lenkgetriebegehäuse
2 festgelegten Stator
5 auf, sowie einen radial innenliegenden Rotor
6 an einer Hohlwelle
7, durch welche sich die Zahnstange
3 hindurch erstreckt. Die Hohlwelle
7 ist im Lenkgetriebegehäuse
2 drehbar gelagert. Zur Umsetzung der Drehbewegung des Rotors
6 bzw. der Hohlwelle
7 in eine Axialbewegung der Zahnstange
3 dient ein Getriebe
8, das einen Kugelgewindetrieb enthalten kann, wie es beispielsweise aus der
DE 103 36 856 A1 bekannt ist.
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In dem Lenkgetriebegehäuse 2 ist eine elektrisch betätigbare Sperrvorrichtung 9 untergebracht. Diese umfasst ein linear verlagerbares Verriegelungselement 10, eine elektrisch ansteuerbare Betätigungseinrichtung 11, sowie ein Eingriffselement 12. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verriegelungselement 10 als Bolzen ausgeführt, der durch Bestromen der Betätigungseinrichtung 11 hin und her bewegt werden kann. Dabei stützt sich das Verriegelungselement 10 über die Betätigungseinrichtung 11 am Lenkgetriebegehäuse 2 ab.
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Das Eingriffselement 12 ist an der Hohlwelle 7 des Elektromotors 4 vorgesehen und weist eine Vielzahl von Eingriffsausnehmungen 13 auf. Zur Hemmung der Lenkung wird das Verriegelungselement 10 ausgefahren, bis dieses mit einer der Eingriffsausnehmungen 13 des Eingriffselements 12 in Eingriff gelangt. Die Hohlwelle 7 ist so an einem Drehen gegenüber dem Lenkgetriebegehäuse 2 gehindert, wodurch aufgrund der Zwangskopplung über das Getriebe 8 die Zahnstange 3 und die Lenkungshandhabe derart gehemmt sind, dass das Fahrzeug unfahrbar ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Eingriffselement 12 eine Zahnscheibe, die an der Hohlwelle 7, gegebenenfalls auch an dem Rotor 6, befestigt ist. Es ist jedoch auch möglich, Eingriffsausnehmungen 13 unmittelbar an einer drehenden Komponente des Elektromotors 4 auszubilden.
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Das Verriegelungselement 10 ist sowohl in seiner Eingriffsstellung mit dem Eingriffselement 12 als auch in einer definierten Außereingriffsstellung durch Sicherungsmittel gehalten. Diese können in einer mechanischen und/oder magnetischen Verrastung bestehen. Dazu können beispielsweise Permanentmagnete vorgesehen sein, die mit dem Verriegelungselement 10 zusammenwirken. Die Aktuatorkraft der Betätigungseinrichtung 11 ist so groß, dass die entsprechenden Haltekräfte der Sicherungsmittel beim Ver- und Entriegeln der Sperrvorrichtung 9 überwunden werden können.
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Zur Vermeidung einer Überbelastung von Bauteilen der Lenkung im verriegelten Zustand kann ein Überlastschutz vorgesehen werden. Vorliegend ist ein beispielhaft ein Rencolring 14 zwischen dem Eingriffselement 12 und der Hohlwelle dargestellt. Jedoch können auch andere, dem Fachmann bekannte Überlastschutzvorrichtungen zum Einsatz kommen, die an definierter Stelle brechen und die Lenkung unbedienbar machen, wenn im verriegelten Zustand ein unbefugter Benutzer versucht, die Lenkungshandhabe mit Gewalt zu betätigen.
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Um den Durchmesser des Lenkgetriebegehäuses 2 klein zu halten, sind das Verriegelungselement 10 und die Betätigungseinrichtung 11 so angeordnet, dass der Bewegungshub des Verriegelungselement 10 im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Zahnstange 3 erfolgt, wobei Winkelabweichungen von bis zu 15° problemlos möglich sind.
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Die vorliegend mit Hubmagnet dargestellte elektrisch betätigbare Sperrvorrichtung 9 ist in dem Lenkgetriebegehäuse 2 von der Außenseite desselben unzugänglich angeordnet und damit gegen mechanische Manipulationen von außen geschützt. Es ist somit nicht möglich, bei im Fahrzeug eingebauter Lenkung unmittelbar auf die elektrisch betätigbare Sperrvorrichtung 9 zuzugreifen. Um zu der Sperrvorrichtung 9 zu gelangen, müsste vielmehr die Lenkung auseinandergebaut werden, so dass die Sperrvorrichtung 9 am Fahrzeug praktisch unzugänglich ist. Die Betätigungseinrichtung 11 der Sperrvorrichtung 9 sitzt in einer innenseitigen Ausnehmung 15 des Lenkgetriebegehäuses 2 zwischen einem Motorraum 16, der den Elektromotor 4 aufnimmt, und einem Steuergerätraum 17, der durch ein Lenkungssteuergerätgehäuse 18 verschlossen ist. Eine Durchgriffsöffnung 19, die radial außenseitig an einem Lager 20 der Hohlwelle 7 vorbeigeführt ist, gestattet eine Verlagerung des in die Betätigungseinrichtung 11 eintauchenden Verriegelungselements 10 in den Motorraum 16 zum Zweck des Eingriffs mit dem Eingriffselement 12.
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Nach Einlegen der Einheit aus Betätigungseinrichtung 11 und Verriegelungselement 10 in die Aussparung 15 wird diese zum Steuergerätraum 17 hin durch ein Dichtungselement 21 verschlossen. Das Dichtungselement 21 legt dabei gleichzeitig die Sperrvorrichtung 9 bzw. die Einheit aus Betätigungseinrichtung 11 und Verriegelungselement 10 im Lenkgetriebegehäuse 2 fest. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement 21 als Platte 22 ausgeführt, welche mittels einer umlaufenden Dichtung 23 die Aussparung 15 gegen den Steuergeräteraum 17 abdichtet.
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An dem Dichtungselement 21 ist ein Verbindungsabschnitt 24 angeformt, durch den die Betätigungseinrichtung 11 der Sperrvorrichtung 9 mit einem Lenkungssteuergerät 25 elektrisch verbunden ist. In den Verbindungsabschnitt 24 sind entsprechend elektrische Leiter integriert.
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Das Lenkungsteuergerät 25 ist mit einer Leiterplatte 26 verbunden, welche im Lenkungssteuergerätgehäuse 18 angeordnet ist und zu dem Steuergerätraum 17 weist oder sich in diesen erstreckt. Zum einfachen Anschluss ist der Verbindungsabschnitt 24 des Dichtungselements 21 an einem freien Ende als Steckkupplung 27 ausgebildet und über diese mit der Leiterplatte 26 des Lenkungssteuergeräts 25 gekoppelt. Da das Lenkungssteuergerätgehäuse 18 den Steuergerätraum 17 des Lenkgetriebegehäuses 2 abdeckt, ist die elektrische Verbindung zwischen der Sperrvorrichtung 9 und dem Lenkungssteuergerät 25 von außen unzugänglich und damit gegen Manipulationen geschützt.
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In dem Steuergerätraum 17 ist weiterhin eine mit dem Elektromotor 4 verbundene Motoranschlussplatte 28 angeordnet. Diese ist an dem Lenkgetriebegehäuse 2 befestigt und mit der Leiterplatte 26 des Lenkungssteuergeräts 25 elektrisch verbunden. Auch hier kann eine Steckkupplung vorgesehen sein.
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Bei der Montage der Lenkung werden zunächst der Rencolring 14 und das Eingriffselement 12 an der Hohlwelle 7 befestigt. Anschließend wird die Hohlwelle 7 im Lenkgetriebegehäuse 2 montiert. Die Einheit aus Betätigungseinrichtung 11 und Verriegelungselement 10 wird von der Seite des Steuergerätraums 17 in die Ausnehmung 15 eingesetzt und mittels des Dichtungselements 21 im Lenkgetriebegehäuse 2 festgelegt. Gleichzeitig wird die Verbindung zwischen Motorraum 16 und Steuergerätraum 17 durch das Dichtungselement 21 abgedichtet.
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Danach werden das Lenkungssteuergerät 25 und das Lenkungssteuergerätgehäuse 18 montiert, wodurch der Steuergerätraum 17 nach außen verschlossen wird. Die Ausnehmung 15 und das Dichtungselement 21 sind damit von außen nicht ohne weiteres zugänglich, so dass die Betätigungseinrichtung 11 und das Verriegelungselement 10 schwer zu erreichen und damit geschützt sind. Während der Montage des Lenkungssteuergeräts 25 erfolgt gleichzeitig die elektrische Kontaktierung des Elektromotors 4 und der elektrisch betätigbaren Sperrvorrichtung 9 mittels der gemeinsamen Leiterplatte 26.
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Die vorstehend erläuterte elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise sowie im Hinblick auf die Bereitstellung einer Sicherungseinrichtung gegen eine unbefugte Benutzung durch eine geringe Bauteilanzahl aus. Durch die Anordnung der Sperrvorrichtung 9 im Lenkgetriebegehäuse 2 wird die Crashsicherheit verbessert, da eine Lenkradverriegelung im Bereich der Lenksäule entfallen kann. Zudem kann das Getriebe 8 zwischen Motor 4 und Zahnstange 3 genutzt werden, um die an der Sperrvorrichtung 9 in verriegeltem Zustand wirkenden Haltekräfte zur Abstützung eines Drehmoments um die Lenksäule gering zu halten.
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Vorliegend ist die Sperrvorrichtung 9 von der Außenseite des Lenkgetriebegehäuses 2 nicht ohne weiteres erreichbar. Zudem ist die elektrische Ansteuerung im Lenkgetriebegehäuse 2 geschützt und damit für Manipulationen ebenfalls nicht zugänglich. Durch die Einbeziehung in der Ansteuerung der Sperrvorrichtung 9 in die vorhandene Elektronik der Lenkung entfällt ein separates Steuergerät für die Sperrvorrichtung 9.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeuglenkung
- 2
- Lenkgetriebegehäuse
- 3
- Zahnstange
- 4
- Elektromotor
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 7
- Hohlwelle
- 8
- Untersetzungsgetriebe
- 9
- Sperrvorrichtung
- 10
- Verriegelungselement
- 11
- Betätigungseinrichtung
- 12
- Eingriffselement
- 13
- Eingriffsausnehmung
- 14
- Rencolring
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Motorraum
- 17
- Steuergerätraum
- 18
- Lenkungssteuergerätgehäuse
- 19
- Durchgriffsöffnung
- 20
- Lager
- 21
- Dichtungselement
- 22
- Platte
- 23
- Dichtung
- 24
- Verbindungsabschnitt
- 25
- Lenkungsteuergerät
- 26
- Leiterplatte
- 27
- Steckkupplung
- 28
- Motoranschlussplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006056042 A1 [0005]
- EP 1308356 B1 [0006]
- DE 10336856 A1 [0033]
