DE102010042435A1

DE102010042435A1 - Electrical power steering apparatus e.g. electrical rack and pinion steering, for use in e.g. passenger car, has protective device for protecting locking device against mechanical and electrical misuse intervention

Info

Publication number: DE102010042435A1
Application number: DE201010042435
Authority: DE
Inventors: Hans Köhnle; Arthur Rupp
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-19

Abstract

The apparatus has an electromechanical locking device (7) i.e. anti-theft device, provided with a locking element engaged with an engagement portion of an engaging element. The engaging element or the locking device is connected with a moving component (11) of a steering gear (6) and/or a servomotor (2), where the component is moved during operation. A protective device (12) protects the locking device against mechanical and electrical misuse intervention. A gear train (3) has a worm gear (13), and the engaging element is formed as a part of a shaft (14). A housing (19) is made of steel sheet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung, insbesondere eine Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einem Servomotor, der mit einem Getriebezug einen Aktuator bildet, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an electric power steering, in particular a power steering system for a vehicle, with a servomotor, which forms an actuator with a gear train, according to the preamble of claim 1.

Hilfskraftlenkungen für Kraftfahrzeuge, die insbesondere als Zahnstangenlenkungen ausgebildet sind, sind bekannt. Ein Aktuator aus einem Servomotor und einem nachgelagerten Getriebezug stellt hierbei eine Lenkhilfskraft auf ein Lenkgetriebe bereit. Die Lenkhilfskraft kann auf verschiedene Weise erzeugt und auf verschiedene Weise in das Lenkgetriebe eingegeben werden. So beschreibt die US 2005/0 1727 44 A1 etwa eine elektrische Zahnstangenhilfskraftlenkung bei der ein elektrischer Servomotor mit Hilfe einer Schnecke auf seiner Welle ein Schneckenrad antreibt, das wiederum drehfest mit einer Lenkwelle verbunden ist. Die Lenkwelle dient zur Eingabe einer Lenkkraft eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs und zur Eingabe der Lenkhilfskraft. Die Lenkhilfskraft ist begrenzt durch die Verzahnung des Ritzels mit der Lenkwelle.Power steering systems for motor vehicles, which are designed in particular as rack-and-pinion steering systems, are known. An actuator of a servomotor and a downstream gear train in this case provides a steering assist to a steering gear. The steering assist force can be generated in various ways and entered in various ways in the steering gear. That's how it describes US 2005/0172744 A1 such as an electric rack and pinion power steering in which an electric servomotor with the aid of a worm on its shaft drives a worm wheel, which in turn is rotatably connected to a steering shaft. The steering shaft is for inputting a steering force of a driver of a motor vehicle and for inputting the steering assist force. The power steering is limited by the teeth of the pinion with the steering shaft.

Die EP 1 225 117 B1 zeigt und beschreibt eine elektrische Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug wobei ein elektrischer Servomotor ein Kegelradgetriebe antreibt, das mit einer Kugelumlaufmutter, die mit einem Zahnstangensegment eine Bewegungsschraube bildet, verbunden ist. Die Lenkhilfskraft wird an einer anderen Stelle als eine Lenkkraft eines Fahrers in das Lenkgetriebe eingegeben.The EP 1 225 117 B1 shows and describes an electric power steering system for a vehicle wherein an electric servomotor drives a bevel gear, which is connected to a ball nut, which forms a motion screw with a rack segment. The steering assist force is input to a steering gear at a position other than a steering force of a driver.

Es sind weitere Hilfskraftlenkungen bekannt, die in einem Lenkgetriebegehäuse ein axial verlagerbares Bauteil in Form einer Zahnstange oder Spindel aufweisen, wobei eine Lenkkraft an einer Lenkhandhabe über ein erstes Ritzel an einer Lenkwelle, an der die Lenkhandhabe drehfest angeordnet ist, auf die Zahnstange aufgebracht ist. Zusätzlich ist bei solchen Hilfskraftlenkungen ein Aktuator aus einem elektrischen Servomotor und einem nachgelagerten Schneckenradgetriebe als Getriebezug vorgesehen, dessen als Ritzel gebildetes Abtriebsglied, ebenfalls mit der Zahnstange kämmt. Die Lenkhilfskraft wird somit an einer anderen Stelle auf die Zahnstange aufgebracht, als die Lenkkraft eines Fahrers.There are further power steering systems known which have an axially displaceable component in the form of a rack or spindle in a steering gear housing, wherein a steering force is applied to a steering handle via a first pinion on a steering shaft on which the steering handle is rotatably mounted on the rack. In addition, in such power steering an actuator of an electric servomotor and a downstream worm gear is provided as a gear train, which formed as a pinion driven member, also meshes with the rack. The steering assist force is thus applied to a different location on the rack, as the steering force of a driver.

Bei mit solchen elektrischen Servolenkungen ausgestatteten Fahrzeugen ist die Funktion der Wegfahrsperre oder Diebstahlsicherung durch eine Einrichtung zur Blockierung einer Drehmöglichkeit der Lenkwelle und dem Lenkrad unabhängig von der Servolenkung ausgeführt. So beschreibt die DE 10 2005 025 834 A1 eine Einrichtung zum Verriegeln einer Servolenkung, bei der ein bewegliches Sperrglied, in eine Einrastposition an einer Lenkwelle gebracht werden kann. Das Sperrglied wird von einem elektrischen Getriebemotor bewegt. Demnach ist eine Servolenkung mit einer Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln und Entriegeln einer Lenkung bekannt, die ein bewegliches Sperrelement aufweist, das in ein zu der Verriegelungseinrichtung gehöriges Einrastelement eingreift.In vehicles equipped with such electric power steering systems, the function of the immobilizer or anti-theft device is performed by means for blocking a possibility of turning the steering shaft and the steering wheel independently of the power steering. That's how it describes DE 10 2005 025 834 A1 a device for locking a power steering, wherein a movable locking member, can be brought into a locking position on a steering shaft. The locking member is moved by an electric geared motor. Accordingly, a power steering with a locking device for locking and unlocking a steering is known which has a movable locking element which engages in a locking device belonging to the latching element.

Die bekannte elektrische Servolenkung mit Verriegelungseinrichtung weist zwar den Vorteil auf, dass diese nicht manuell zu betreiben ist, sondern in der Art eines Zugangsberechtigungssystems ein elektronisches Verriegelungsschloß darstellt, das mit einem elektronischen Schlüssel kommuniziert, die Verriegelungseinrichtung befindet sich aber gleichwohl, wie die an sich bekannten Lenkradschlösser unmittelbar an der Lenkradseite bzw. Lenkwelle und muß somit hohe Momente bzw. Kräfte bei der Verriegelung auffangen. Um eine solch hohe Blockierungskraft ausüben zu können, ist eine stabile, materialintensive und teure Ausführung der Verriegelungseinrichtung notwendig. Dies bedingt den weiteren Nachteil, dass die Verriegelungseinrichtung viel Bauraum beansprucht. Zudem ist die Verriegelungseinrichtung aufgrund ihrer Lage im Fahrzeug leicht zugänglich, sodaß sie keine optimale Sicherheit gegen den Diebstahl des Fahrzeugs darstellen kann.Although the known electric power steering with locking device has the advantage that it is not to operate manually, but in the manner of an access authorization system represents an electronic lock that communicates with an electronic key, but the locking device is nevertheless, as the known Steering wheel locks directly on the steering wheel side or steering shaft and thus must absorb high moments or forces in the lock. In order to exercise such a high blocking force, a stable, material-intensive and expensive design of the locking device is necessary. This causes the further disadvantage that the locking device takes up much space. In addition, the locking device is easily accessible due to their location in the vehicle, so that they can not represent optimal security against theft of the vehicle.

Die DE 603 06 694 T2 zeigt und beschreibt eine Einrichtung zum Verriegeln einer Lenkung in einem Kraftfahrzeug, bei der auf der Hochmomentenseite an einer Lenkwelle eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist. Alternativ dazu wird vorgeschlagen, eine Verriegelungseinrichtung an der Niedermomentenseite der Servolenkung des Kraftfahrzeugs anzuordnen, wobei ein bewegliches Verriegelungselement oder Sperrelement auf eine, ein Moment übertagende Welle wirkt, insbesondere auf die Antriebswelle eines elektrischen Servomotors der Servolenkung. Das Sperrelement greift in einen Eingriffsabschnitt, ein in der Welle angeordnetes Eingriffsloch ein. Die Darstellung eines derartigen Eingriffsabschnittes erfordert eine spanabhebende Bearbeitung an der Welle und schwächt die Welle. Zudem sind solche Verriegelungseinrichtungen nicht geeignet, einem Mißbrauchseingriff ausreichend lange Widerstand entgegen zu bringen.The DE 603 06 694 T2 shows and describes a device for locking a steering in a motor vehicle, in which on the high-torque side on a steering shaft, a locking device is provided. Alternatively, it is proposed to arrange a locking device on the low-torque side of the power steering system of the motor vehicle, wherein a movable locking element or locking element acts on a moment transmitting shaft, in particular on the drive shaft of an electric servo motor of the power steering. The blocking element engages in an engagement section, an engagement hole arranged in the shaft. The representation of such an engagement portion requires a machining on the shaft and weakens the shaft. In addition, such locking devices are not suitable to bring enough resistance to a misuse intervention.

Die bekannten Fahrzeuge weisen eine Trennung der Funktion „Diebstahlsicherung” durch eine meist zwischen einer Lenkhandhabe und einem oberen Kardangelenk an der Lenksäule befindlichen Drehblockierungsvorrichtung oder Verriegelungseinrichtung für die Lenksäule und der Lenkfunktion an sich auf. Diese konstruktive Gestaltung birgt jedoch eine Anzahl an Nachteilen. So ist eine im oberen Teil der Lenksäule angeordnete Diebstahlsicherungsvorrichtung bauraumintensiv. Eine derartige Diebstahlsicherung ist zudem aufgrund ihrer Lage in einem Fahrzeug leicht zugänglich, sodaß sie keine ausreichende Sicherheit bietet. Wirkt die Diebstahlsicherung direkt auf die Lenksäule ein, muß diese eine hohe Blockierungskraft ausüben, was eine voluminöse und kostspielige Ausführung notwendig macht.The known vehicles have a separation of the function "anti-theft device" by a usually located between a steering handle and an upper universal joint on the steering column Drehblockierungsvorrichtung or locking device for the steering column and the steering function itself. However, this structural design has a number of disadvantages. Thus, a arranged in the upper part of the steering column anti-theft device is space consuming. Such anti-theft device is also easily accessible due to its location in a vehicle, so that it does not provide sufficient security. Acts the theft protection directly on the steering column, this must exert a high blocking force, which makes a voluminous and costly execution necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Servolenkung anzugeben, die eine Verriegelungseinrichtung in der Art einer Diebstahlsicherung aufweist, die eine hohe Widerstandsfähigkeit im Missbrauchsfall aufweist und die einfach baut.The invention has for its object to provide an electric power steering, which has a locking device in the manner of an anti-theft device, which has a high resistance in case of abuse and which is easy to build.

Die Aufgabe wird mit einer elektrischen Servolenkung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.The object is achieved with an electric power steering with the features of claim 1.

Dadurch dass eine elektromechanische Verriegelungseinrichtung an dem Lenkgetriebe der elektrischen Servolenkung vorgesehen ist, die ein Sperrelement aufweist, das mit mindestens einem Eingriffsabschnitt eines Einrastelementes in oder außer Eingriff bringbar ist, wobei das Einrastelement der Verriegelungseinrichtung mit einem, im Betrieb der elektrischen Servolenkung bewegten Bauteil des Lenkgetriebes oder des Servomotors fest verbunden ist und die Verriegelungseinrichtung durch eine Schutzeinrichtung gegen einen mechanischen und elektrischen Missbrauchsfall geschützt ist, ist eine konstruktive Maßnahme vorgeschlagen, die Standfestigkeit einer elektrischen Servolenkung im Missbrauchsfall insbesondere hinsichtlich der benötigten Zeit zum Überwinden der Verriegelungsfunktion deutlich über die geforderten 8 Minuten, beispielsweise auf 2½ Stunden anzuheben. Das Sperrelement der Verriegelungseinrichtung kann auch direkt auf ein bewegtes Bauteil des Lenkgetriebes oder des Servomotors einwirken, ohne dass ein separates Einrastelement angewandt ist.Characterized in that an electromechanical locking device is provided on the steering gear of the electric power steering having a locking element engageable with at least one engagement portion of a Einrastelementes or disengageable, wherein the latching element of the locking device with a, during operation of the electric power steering moving component of the steering gear or the servo motor is firmly connected and the locking device is protected by a protective device against a mechanical and electrical Abusesfall, a constructive measure is proposed, the stability of an electric power steering in case of abuse especially with regard to the time required to overcome the locking function significantly over the required 8 minutes, For example, to raise to 2½ hours. The locking element of the locking device can also act directly on a moving component of the steering gear or the servo motor, without a separate latching element is applied.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments emerge from the subclaims.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der elektrischen Servolenkung ist der Getriebezug zwischen dem Servomotor und dem axial verlagerbaren Bauteil oder dem Abtriebsglied des Lenkgetriebes als ein Schneckenradgetriebe gebildet. Das Einrastelement der Verriegelungseinrichtung ist ein Teil einer Welle des Servomotors oder des Schneckenradgetriebes, wie einer Schnecke oder eines Schneckenrades oder einer Nabe der betreffenden Getrieberäder.In a particularly preferred embodiment of the electric power steering of the gear train between the servo motor and the axially displaceable member or the output member of the steering gear is formed as a worm gear. The locking element of the locking device is a part of a shaft of the servomotor or the worm gear, such as a worm or a worm wheel or a hub of the respective gears.

Das Einrastelement ist zur Erhöhung der Sicherheit bei einem Missbrauchseingriff über ein Kupplungselement; vorzugsweise eine Rutschkupplung mit den genannten, bewegten Bauteilen der Servolenkung verbunden. Das Kupplungselement kann eine form- oder kraftschlüssige Funktionsweise aufweisen. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einer Momenteneinleitung oder Krafteinleitung an einem oder mehreren, der in der Servolenkung bewegten Bauteilen entgegen der Sperrwirkung der Verriegelungseinrichtung das in das Einrastelement eingefallene Sperrelement nicht überlastet werden kann, eine Verriegelungsfunktion also dauerhaft gewährleistet ist und im Missbrauchsfall durch äußere Einwirkung nicht überwunden werden kann. Durch diese konstruktive Ausgestaltung der Verriegelungseinrichtung erübrigt sich eine Bearbeitung und Schwächung einer Welle oder einer Scheibe der Bewegungsschraube oder des Getriebes zwischen dem Servomotor und der Mutter der Bewegungsschraube. Das Einrastelement kann als eigenständiges Bauteil mit Hilfe des Kupplungselementes an dem betreffenden Bauteil festgelegt werden.The latching element is to increase the security in a misuse engagement via a coupling element; preferably a slip clutch connected to said moving components of the power steering. The coupling element may have a positive or non-positive operation. This ensures that at a torque introduction or force introduction to one or more, moving in the power steering components against the blocking effect of the locking device, the latched in the latching element locking element can not be overloaded, a locking function is therefore permanently guaranteed and not in abuse by external influence can be overcome. This structural design of the locking device eliminates the need for machining and weakening a shaft or a disk of the motion screw or of the gearbox between the servomotor and the nut of the motion screw. The latching element can be set as an independent component by means of the coupling element on the relevant component.

Um einem Missbrauchseingriff vorzugsweise an allen elektrischen und mechanischen Komponenten der Verriegelungseinrichtung wirkungsvoll entgegentreten zu können – etwa durch Anwendung von Bohr- oder Trennwerkzeugen- ist es zweckmäßig, die Verriegelungseinrichtung durch ein Gehäuse aus einem vorzugsweise glatten Stahlblech, vorzugsweise Federstahl, oder in Teilen aus Stahlblech gebildet, zu schützen. Das Gehäuse kann die Verriegelungseinrichtung dabei vollumfänglich umgeben oder das Gehäuse ist an Stellen zwischen der äußeren Umgebung der Verriegelungseinrichtung und der Verriegelungseinrichtung angeordnet, an denen ein Mißbrauchseingriff oder Angriff zum Zwecke des Diebstahls eines Fahrzeugs möglich ist. Ein glattes Stahlblech ohne Versteifungsrippen oder Umformbereiche, die einen Ansatz von Trenn- oder Formwerkzeugen ermöglichen, ist zur Abwehr eines Mißbrauchseingriffes gut geeignet.In order to be able to counteract an abuse intervention preferably on all electrical and mechanical components of the locking device effectively - for example by using drilling or Trennwerkzeugen-, it is expedient, the locking device formed by a housing made of a preferably smooth sheet steel, preferably spring steel, or in parts made of sheet steel , to protect. The housing may thereby surround the locking device in full or the housing is arranged at locations between the external environment of the locking device and the locking device, at which a misuse or attack for the purpose of theft of a vehicle is possible. A smooth sheet steel without stiffening ribs or forming areas, which allow an approach of cutting or forming tools, is well suited to ward off a Abuseseingriffes.

Neben einer mechanischen Komponente der Schutzeinrichtung in Form eines Gehäuses aus Stahlblech oder Panzerbereiche an der Verriegelungseinrichtung ist es zweckmäßig, in die Schutzeinrichtung eine elektronische Komponente zum Schutz der Verriegelungseinrichtung zu integrieren. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der elektrischen Servolenkung ist daher eine Koppelung der Funktion einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung der Servolenkung mit einem Steuergerät für die Verriegelungseinrichtung, etwa ein Steuergerät eines elektronischen Zündschlosses vorgesehen. Die Koppelung kann mit Hilfe einer Busverbindung und vorzugsweise mit einer CAN-Busverbindung der genannten Steuergeräte erfolgen. Dabei kann vorzugsweise zumindest das Steuergerät in dem Gehäuse der Schutzeinrichtung aus Stahlblech untergebracht sein.In addition to a mechanical component of the protective device in the form of a housing made of sheet steel or tank areas on the locking device, it is expedient to integrate an electronic component for protecting the locking device in the protective device. In a preferred embodiment of the electric power steering therefore a coupling of the function of a control and / or regulating device of the power steering is provided with a control device for the locking device, such as a control unit of an electronic ignition lock. The coupling can be done by means of a bus connection and preferably with a CAN bus connection of said control devices. In this case, preferably at least the control unit can be accommodated in the housing of the protective device made of sheet steel.

Das Steuergerät und die Verriegelungseinrichtung sind bevorzugt Teil eines Zugangsberechtigungssystems eines Fahrzeugs, wobei nach positiver Überprüfung codierter Daten eines Fahrers und eines von diesem mitgeführten Datenträgers mit im Fahrzeug gespeicherten, codierten Daten das Zugangsberechtigungssystems überwunden wird. Dabei werden kryptologisch codierte Daten zwischen einem sogenannten Schlüssel und dem Steuergerät ausgetauscht und analysiert. Signalübertragende Kabelverbindungen und Versorgungspannung übertragende Leitungen sind bevorzugt in dem Gehäuse aus Stahlblech oder dergleichen, einen Missbrauchseingriff verhindernden Materialien angeordnet. Insgesamt ist durch die Verknüpfung des Steuergeräts für die Verriegelungseinrichtung mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung der Servolenkung oder gar der Integration des Steuergerätes in die Steuer- und/oder Reglungseinrichtung eine leicht manipulierbare Steckverbindung der Geräte im Fahrzeug ausgeschlossen. Das Steuergerät ist vorzugsweise gemäß den Vorgaben des SIL3-Sicherheitsstandards realisiert.The control unit and the locking device are preferably part of a conditional access system of a vehicle, wherein after positive verification of encoded data of a driver and carried by this data carrier with stored in the vehicle, encoded data the Access authorization system is overcome. In this case, cryptologically coded data is exchanged and analyzed between a so-called key and the control unit. Signal transmitting cable connections and supply voltage transmitting lines are preferably arranged in the housing made of sheet steel or the like, a misuse intervention preventing materials. Overall, an easily manipulated plug connection of the devices in the vehicle is excluded by the combination of the control device for the locking device with the control and / or regulating device of the power steering or even the integration of the control unit in the control and / or regulating. The control unit is preferably realized in accordance with the specifications of the SIL3 safety standard.

Das Einrastelement der Verriegelungseinrichtung weist mindestens einen Eingriffsabschnitt, vorzugsweise mehrere gleiche Eingriffsabschnitte auf und ist drehfest oder fest an einer Welle des Servomotors oder einem Rad oder dessen Nabe oder Welle in dem Getriebezug festgelegt.The latching element of the locking device has at least one engagement portion, preferably a plurality of identical engagement portions and is rotationally fixed or fixed to a shaft of the servomotor or a wheel or its hub or shaft in the gear train.

Durch diese konstruktive Ausgestaltung der Verriegelungseinrichtung erübrigt sich eine Bearbeitung und Schwächung einer Welle oder einer Nabe oder eines Zahnrades des Getriebezuges. Das Einrastelement kann als eigenständiges Bauteil mit Hilfe des Kupplungselementes an dem betreffenden Bauteil festgelegt werden.This structural design of the locking device eliminates the need for processing and weakening a shaft or a hub or a gear of the gear train. The latching element can be set as an independent component by means of the coupling element on the relevant component.

Das Sperrelement kann radial und axial in das Einrastelement einfallen. Das Auslösemoment des Kupplungselementes bzw. der Kraft- oder Momentenschwellwert, der ein Überlasten des Sperrelementes zur Folge hätte, kann durch die Dimensionierung des Kupplungselementes und dessen Flächenpressung definiert werden.The blocking element can engage radially and axially in the latching element. The release torque of the coupling element or the force or torque threshold, which would result in an overloading of the blocking element, can be defined by the dimensioning of the coupling element and its surface pressure.

Vorzugsweise ist die Verriegelungseinrichtung aus einem elektromotorisch antreibbaren Aktuator mit einem ein- oder mehrstufigen Getriebe aus einer Bewegungsschraube und dem Sperrelement gebildet und befindet sich direkt an einer Welle des Servomotors oder einem nachgelagerten Getriebe. Dabei kann vorgesehen sein, dass der elektromotorisch betreibbare Aktuator ein Getriebe aufweist, das eine Zahnradstufe und/oder eine Bewegungsschraube oder ein Schneckengetriebe oder ein Kurvengetriebe aufweist.Preferably, the locking device is formed of an electric motor driven actuator with a single or multi-stage gear from a motion screw and the locking element and is located directly on a shaft of the servomotor or a downstream gear. It can be provided that the electromotive operable actuator has a transmission having a gear stage and / or a motion screw or a worm gear or a cam gear.

Es ist zweckmäßig, die Verriegelungseinrichtung zwischen einem Stator und einem Motorsteuergerät des Servomotors in dessen Gehäuse selbst anzuordnen. Somit kann am Ort der Bildung einer Lenkhilfskraft oder einer Lenkkraft bei einer Fremdkraftlenkung eine Verriegelungsfunktion dargestellt werden. Die Energieversorgung und die Betriebsführung der Verriegelungseinrichtung erfolgt bevorzugt unter Verwendung von Hard- und Softwareressourcen der der elektrischen Servolenkung zugeordneten Steuer – und/oder Regelungseinrichtung.It is expedient to arrange the locking device between a stator and a motor control unit of the servomotor in the housing itself. Thus, a locking function can be displayed at the location of formation of a steering assist force or a steering force in a power steering system. The power supply and the operation of the locking device is preferably carried out using hardware and software resources of the electric power steering associated control and / or regulating device.

Die Verriegelungseinrichtung weist ferner eine direkt oder indirekt wirkende Sensorik zur Bestimmung der Position des Sperrelements oder von Getriebekomponenten des Getriebes der Verriegelungseinrichtung auf. Diese Positionssensorik kann linear oder als schaltenden Sensorik gebildet sein. Damit kann das Ausmaß der Verriegelungsposition des Sperrelementes oder eine absolut verriegelte oder entriegelte Position des Sperrelements festgestellt werden. Die Positionssensorik ist Bestandteil des Steuergerätes für die Verriegelungseinrichtung. Zusammen mit einer Leistungselektronik für den elektromotorisch angetriebenen Aktuator der Verriegelungseinrichtung kann die Positionssensorik auf einem Substrat oder Schaltungsträger der Verriegelungseinrichtung angeordnet sein. Es ergibt sich hieraus eine wünschenswert kurze Zeitdauer für die Datenkommunikation zwischen einem elektronischen Schlüssel eines Fahrers und dem Steuergerät. So ist damit erreicht, dass eine Initialisierungszeit bis der aktuelle Zustand der Verriegelungseinrichtung bekannt ist, von weniger als 200 ms erreicht ist.The locking device furthermore has a directly or indirectly acting sensor for determining the position of the blocking element or transmission components of the transmission of the locking device. This position sensor system can be formed linearly or as a switching sensor. Thus, the extent of the locking position of the locking element or an absolutely locked or unlocked position of the locking element can be determined. The position sensor is part of the control device for the locking device. Together with a power electronics for the electric motor driven actuator of the locking device, the position sensor can be arranged on a substrate or circuit carrier of the locking device. This results in a desirably short period of time for data communication between a driver's electronic key and the controller. Thus, it is achieved that an initialization time until the current state of the locking device is known, is reached by less than 200 ms.

Auch die Verriegelungszeit für den elektromotorischen Aktuator der Verriegelungseinrichtung wird dadurch in einen Bereich von weniger als 150 ms gedrückt.The locking time for the electromotive actuator of the locking device is thereby pressed in a range of less than 150 ms.

Durch eine vergleichsweise klein bauenden Verriegelungseinrichtung, die beispielsweise in das Gehäuse des Servomotors einer elektrischen Servolenkung integrierbar ist, also auf einer Niedermomenten-Seite der Servolenkung, ist dennoch ein Blockiermoment an einer Lenkhandhabe eines Kraftfahrzeugs von mehr als 100 Nm erreicht.By a comparatively small-sized locking device which can be integrated, for example, in the housing of the servomotor of an electric power steering, so on a low-torque side of the power steering, yet a blocking torque is achieved at a steering handle of a motor vehicle of more than 100 Nm.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.The invention will now be described in more detail with reference to an embodiment and reproduced with reference to the accompanying drawings.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 eine schematische Ansicht einer elektrischen Hilfskraftlenkung mit einem Aktuator aus einem elektrischen Servomotor und einem Schneckenradgetriebe, dessen Ritzel ein als Zahnstange gebildetes Abtriebsglied eines Lenkgetriebes antreibt, 1 a schematic view of an electric power steering system with an actuator of an electric servomotor and a worm gear whose pinion drives a rack formed as a driven member of a steering gear,

2 einen teilweisen schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt durch das Schneckenradgetriebe in 1 mit einer erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung, 2 a partial schematic, not to scale longitudinal section through the worm gear in 1 with a locking device according to the invention,

3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III durch das Schneckenradgetriebe in 2. 3 a cross section along the line III-III through the worm gear in 2 ,

In 1 ist in einer schematischen Ansicht eine als elektrische Zahnstangenlenkung gebildete elektrische Servolenkung 1 eines Personenkraftwagens gezeigt, die im Wesentlichen aus einem Lenkgetriebe 6 mit einem zylinderartigen Lenkgetriebegehäuse 18 besteht, an dem eine Lenkwelle 26 mit einem drehfest daran angeordneten Lenkritzel gelagert ist. Das nicht gezeigte Lenkritzel kämmt mit einem Verzahnungsabschnitt einer in dem Lenkgetriebe 6 axialverschieblich gelagerten Zahnstange 17, an deren Enden Spurstangenköpfe 27 zum Antrieb von Radlenkhebeln und zur Lenkwinkelverstellung gelenkter Räder angeordnet sind. In 1 is a schematic view of an electric power steering system formed as an electric rack and pinion steering 1 of a passenger car, consisting essentially of a steering gear 6 with a cylindrical steering gear housing 18 exists, on which a steering shaft 26 is mounted with a non-rotatably mounted steering pinion. The steering pinion, not shown, meshes with a toothed portion in the steering gear 6 axially displaceably mounted rack 17 with tie rod ends at the ends 27 are arranged to drive wheel steering and steering angle adjustment steered wheels.

Ein Aktuator 4, bestehend aus einem elektrischen Servomotor 2, einer mit dem Servomotor 2 verbundenen Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 24 und einem von diesem angetriebenen, als Schneckenradgetriebe 13 gebildeten Getriebezug 3, ist mit seinem Gehäuse 28 an dem Lenkgetriebegehäuse 18 mit axialem Abstand zu der Lenkwelle 26 festgelegt. Der Aktuator 4 weist ein nicht gezeigtes Ritzel auf, das mit seiner Verzahnung mit der Zahnstange 17 kämmt und drehfest mit einem Schneckenrad 16 verbunden ist. Die Zahnstange 17 bildet ein Abtriebsglied 5 des Lenkgetriebes 6. Die Lenkhilfskraft wird in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von Signalen eines Drehmomentsensors 29 an der Lenkwelle 26 gesteuert.An actuator 4 , consisting of an electric servomotor 2 , one with the servomotor 2 connected control and / or regulating device 24 and a driven by this, as worm gear 13 formed gear train 3 , is with his case 28 on the steering gear housing 18 with axial distance to the steering shaft 26 established. The actuator 4 has a pinion, not shown, with its toothing with the rack 17 combs and rotatably with a worm wheel 16 connected is. The rack 17 forms an output element 5 of the steering gear 6 , The steering assist force is in a conventional manner in response to signals of a torque sensor 29 at the steering shaft 26 controlled.

Die elektrische Servolenkung 1 weist ein Motorsteuergerät 30 auf, das den Servomotor 2 in der Art einer Pulsweitenmodulation ansteuert und in einem Gehäuse 20 des Servomotors 2 in der Nähe eines endseitigen Deckels 31 angeordnet ist.The electric power steering 1 has an engine control unit 30 on, that's the servomotor 2 in the manner of a pulse width modulation drives and in a housing 20 of the servomotor 2 near an end lid 31 is arranged.

Es ist eine Verriegelungseinrichtung 7 vorgesehen, mit Hilfe derer ein bewegtes Bauteil 11, hier die Schnecke 15 des Schneckenradgetriebes 13 mit dem Gehäuse 28 des Getriebezugs 3 verriegelt und wieder entriegelt werden kann, sodaß die elektrische Servolenkung 1 blockiert ist und das Fahrzeug nicht gelenkt werden kann. Zu diesem Zweck weist die Verriegelungseinrichtung 7 einen Aktuator 21 aus einem Elektromotor 32 mit vorzugsweise 12 V Nennspannung und einem Getriebe 22 auf, dessen Abtriebsglied ein Sperrelement 8 darstellt. Insgesamt baut die Verriegelungseinrichtung 7 sehr klein und kann auch in einer Serienbauweise in dem Gehäuse 28 des Getriebezugs 3 angeordnet sein. Die Verriegelungseinrichtung 7 ist von außen nicht erkennbar und ihre Position am Fahrzeug damit von außen nicht festzustellen. Diese Tatsache erhöht in beträchtlichem Maße die Sicherheit eines Fahrzeugs vor einem Mißbrauchseingriff zum Zwecke des Diebstahls des Fahrzeugs.It is a locking device 7 provided by means of which a moving component 11 , here the snail 15 of the worm gear 13 with the housing 28 of the gear train 3 locked and unlocked so that the electric power steering 1 is blocked and the vehicle can not be steered. For this purpose, the locking device 7 an actuator 21 from an electric motor 32 preferably with 12 V nominal voltage and a transmission 22 on, the output member is a blocking element 8th represents. Overall, the locking device builds 7 very small and can also be mass-produced in the case 28 of the gear train 3 be arranged. The locking device 7 is not recognizable from the outside and its position on the vehicle thus not be determined from the outside. This fact considerably increases the safety of a vehicle from abuse for the purpose of theft of the vehicle.

Der Elektromotor 32 des Aktuators 21 ist in dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel mit seiner Welle 35 und einem drehfest darauf angeordneten Ritzel 33 mit Stirnverzahnung senkrecht zu der Schnecke 15 des Schneckenradgetriebes 13 gerichtet. Das Ritzel 33 ist in Eingriff mit einem Zahnrad 34 mit großem Durchmesser, sodaß sich eine Untersetzung der Drehzahl der Welle 35 des Elektromotors 32 ergibt. Das stirnverzahnte Zahnrad 34 ist drehfest auf der Welle 35 angeordnet. Die Welle 35 bildet eine Gewindespindel 36 aus, die mit einer, in einem Gehäuse des Elektromotors 32 fest verbundenen Hülse 37 befindlichen Mutter eine Bewegungsschraube 23 bildet. Ein Teil 38 der Hülse 37 ist axial über eine Längsführung in der Art einer Schwalbenschwanzführung verschiebbar, sodaß bei einer Drehung des Zahnrades 34 der Teil 38 radial zu oder von der Schnecke 15 bewegt wird. An dem Teil 38 ist ein Querkraftbolzen 39 hervorstehend, der von einer Spiralfeder 40 umschlungen ist, deren freies Ende 41 auf das Sperrelement 8 wirkt (vgl. 2).The electric motor 32 of the actuator 21 is in the in the 2 and 3 shown embodiment with its shaft 35 and a pinion rotatably mounted thereon 33 with spur toothing perpendicular to the screw 15 of the worm gear 13 directed. The pinion 33 is engaged with a gear 34 with a large diameter, so that a reduction of the speed of the shaft 35 of the electric motor 32 results. The spur gear 34 is non-rotatable on the shaft 35 arranged. The wave 35 forms a threaded spindle 36 out, with one, in a housing of the electric motor 32 firmly connected sleeve 37 located mother a motion screw 23 forms. A part 38 the sleeve 37 is axially displaceable over a longitudinal guide in the manner of a dovetail guide, so that upon rotation of the gear 34 the part 38 radially to or from the screw 15 is moved. At the part 38 is a lateral force bolt 39 protruding, that of a spiral spring 40 is entwined, whose free end 41 on the blocking element 8th acts (cf. 2 ).

Das freie Ende 41 der Spiralfeder 40 ist in der Lage, das Sperrelement 8 federnd mit einer Schubkraft oder Zugkraft zu beaufschlagen, wodurch das Sperrelement 8 auf ein Einrastelement 10, oder, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, direkt auf die Schnecke 15 zu oder wegbewegt wird. Das Einrastelement 10 ist als Raststern gebildet und weist mehrere Eingriffsabschnitte 9 in Form von axial verlaufenden Rechtecknuten auf. Die Eingriffsabschnitte 9 haben eine etwa ¼ bis 1/5 größere Breite wie das Sperrelement 8 an seinem, dem Einrastelement 10 zugewandten Ende 42. Das Sperrelement 8 hat rechteckförmige Querschnittsform.The free end 41 the spiral spring 40 is capable of blocking element 8th spring-loaded with a thrust or tensile force, whereby the blocking element 8th on a latching element 10 , or, as shown in the embodiment, directly on the screw 15 is moved to or away. The latching element 10 is formed as a Raststern and has a plurality of engagement sections 9 in the form of axially extending rectangular grooves. The engaging sections 9 have an approximately ¼ to 1/5 larger width than the blocking element 8th at his, the latching element 10 facing the end 42 , The blocking element 8th has rectangular cross-sectional shape.

Das Einrastelement 10 ist über ein als Rutschkupplung gebildetes Kupplungselement mit der Schnecke 15 so verbunden, dass das Drehmoment des Servomotors 2 direkt auf das Einrastelement 10 wirkt.The latching element 10 is via a clutch formed as a clutch element with the screw 15 so connected that the torque of the servomotor 2 directly on the latching element 10 acts.

Das Kupplungselement oder die Rutschkupplung bilden eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Einrastelement 10 und der Schnecke 15. Die Verriegelungseinrichtung 7 ist damit gegen eine mechanische Überlastung bei einem Mißbrauchseingriff an einer Lenkhandhabe oder einem anderen Bauteil der elektrischen Servolenkung 1 geschützt. Die Servolenkung 1 erhält dadurch eine sichere elektronische Verriegelung.The coupling element or the slip clutch form a frictional connection between the latching element 10 and the snail 15 , The locking device 7 is thus against mechanical overload in case of abuse of a steering handle or other component of the electric power steering 1 protected. The power steering 1 This gives it a secure electronic lock.

Die Verriegelungseinrichtung 7 ist zudem von einem mechanischen Teil einer Schutzeinrichtung 12, einem Stahlblech-Gehäuse 19 umschlossen. Das Stahlblech-Gehäuse 19 verhindert eine Durchstichsmöglichkeit zum Zwecke der Entsperrung der Verriegelungseinrichtung 7. Das Gehäuse 19 ist außen mit glatten Flächen gebildet.The locking device 7 is also a mechanical part of a protective device 12 , a sheet steel housing 19 enclosed. The sheet steel housing 19 prevents puncture possibility for the purpose of unlocking the locking device 7 , The housing 19 is formed on the outside with smooth surfaces.

Wie 3 in einem Querschnitt entlang der Linie III-III in 2 zeigt, wirkt das Sperrelement 8 radial auf die Schnecke 15 und in einen Gewindegang dieser ein. Eine Positionssensorik 25, die schaltend ausgelegt ist, detektiert Endstellungen des Sperrelements 8.As 3 in a cross section along the line III-III in 2 shows, the blocking element acts 8th radially on the worm 15 and in a thread this one. A position sensor 25 , which is designed switching, detects end positions of the blocking element 8th ,

Eine elektrische bzw. elektronische Komponente der Schutzeinrichtung 12 sieht vor, dass eine CAN-Busverbindung zwischen der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 24 für die Servolenkung 1 und einem Steuergerät, beispielsweise ein elektrisches Zündschloss in der Art eines Keyless-Go-Systems vorgesehen ist, bei dem ein Schlüssel nicht in das Zündschloss eingeführt werden muß, sondern sich lediglich im Empfangsbereich des elektrischen Zündschlosses befinden muß. Beide Steuergeräte sind für die Darstellung eines verriegelten oder entriegelten Zustandes des Sperrelementes 8 notwendig und vorgesehen. So wird nach einer Inbetriebnahme der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung für die Servolenkung 1 innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ein Zustand der Verriegelungseinrichtung 7 ausgegeben. So ist sichergestellt, dass eine verriegelte Position des Sperrelementes 8 nur eingenommen wird, wenn das Fahrzeug sich in einem abgestellten, außer Betrieb befindlichen Zustand befindet.An electrical or electronic component of the protective device 12 provides that a CAN bus connection between the control and / or regulating device 24 for the power steering 1 and a control device, for example, an electric ignition lock in the manner of a Keyless-Go system is provided, in which a key does not have to be inserted into the ignition, but must be located only in the receiving area of the electric ignition. Both control devices are for the representation of a locked or unlocked state of the blocking element 8th necessary and provided. Thus, after commissioning of the control and / or regulating device for the power steering 1 within a predetermined time interval, a state of the locking device 7 output. This ensures that a locked position of the locking element 8th only taken when the vehicle is in a parked, out of service condition.

Sämtliche Steckverbindungen für Zuleitungen der Verriegelungseinrichtung 7, die der Spannungsversorgung sowie der Signalübertragung dienen, sind in einem von dem Innenraum des Gehäuses 19 definierten Bereich angeordnet. Es ist dabei eine gegenseitige Überwachungsfunktion beider Steuergeräte vorgesehen, sodaß ein singulärer Fehler der Verriegelungseinrichtung 7 nicht zu einem kritischen Zustand führen kann.All plug connections for supply lines of the locking device 7 , which serve the power supply as well as the signal transmission, are in one of the interior of the housing 19 arranged area. It is a mutual monitoring function of both control devices provided, so that a singular error of the locking device 7 can not lead to a critical condition.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Servolenkung, elektrischPower steering, electric
22: Servomotorservomotor
33: Getriebezuggear train
44: Aktuatoractuator
55: Abtriebsglieddriven member
66: Lenkgetriebesteering gear
77: Verriegelungseinrichtunglocking device
88th: Sperrelementblocking element
99: Eingriffabschnittengaging portion
1010: Einrastelementlatching
1111: Bauteil, bewegtComponent, moves
1212: Schutzeinrichtungguard
1313: Schneckenradgetriebeworm gear
1414: Welle, v. 2 Wave, v. 2
1515: Schneckeslug
1616: Schneckenradworm
1717: Zahnstangerack
1818: LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
1919: Gehäuse, v. 12 Housing, v. 12
2020: Gehäuse, v. 2 Housing, v. 2
2121: Aktuatoractuator
2222: Getriebetransmission
2323: Bewegungsschraubeleading screw
2424: Steuer- und/oder RegelungseinrichtungControl and / or regulating device
2525: Positionssensorikposition sensors
2626: Lenkwellesteering shaft
2727: SpurstangenkopfSpurstangenkopf
2828: Gehäuse, v. 3 Housing, v. 3
2929: Drehmomentsensortorque sensor
3030: MotorsteuergerätEngine control unit
3131: Deckel, an 20 Cover, on 20
3232: Elektromotorelectric motor
3333: Ritzel, v. 21 Pinion, v. 21
3434: Zahnradgear
3535: Welle, v. 32 Wave, v. 32
3636: Gewindespindelscrew
3737: Hülseshell
3838: Teil, v. 37 Part, v. 37
3939: QuerkraftbolzenLateral bolt
4040: Spiralfederspiral spring
4141: Ende, v. 40 End, v. 40
4242: Ende, v. 8 End, v. 8th

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2005/0172744 A1 [0002]
EP 1225117 B1 [0003]
DE 102005025834 A1 [0005]
DE 60306694 T2 [0007]

Claims

Electric power steering, in particular power steering for a vehicle, with a servomotor ( 2 ), which with a gear train ( 3 ) an actuator ( 4 ) and on an output member ( 5 ) of a steering gear ( 6 ) acts, wherein on the output member ( 5 ) a steering force of an operator of the power steering ( 1 ), characterized in that an electromechanical locking device ( 7 ) on the steering gear ( 6 ) is provided, which is a blocking element ( 8th ), which with at least one engagement section ( 9 ) of a latching element ( 10 ) is engageable or disengageable, wherein the latching element ( 10 ) with one in operation of the electric power steering ( 1 ) moving component ( 11 ) of the steering gear ( 6 ) and / or the servomotor ( 2 ) or that the blocking element ( 8th ) directly with a in operation of the electric power steering ( 1 ) moving component ( 11 ) is engageable or disengageable and that the locking device ( 7 ) by a protective device ( 12 ) is protected against mechanical and electrical abuse.

Electric power steering system according to claim 1, characterized in that the gear train ( 3 ) a worm gear ( 13 ) and the latching element ( 10 ) of the locking device ( 7 ) part of a wave ( 14 ) of the servomotor ( 2 ) or the worm gear ( 13 ) is like a snail ( 15 ) or a worm wheel ( 16 ).

Electric power steering system according to claim 1 or 2, characterized in that the output member ( 5 ) a spindle or rack ( 17 ) and the locking device ( 7 ) on the output member ( 5 ) in the sense of locking or unlocking with a steering gear housing ( 18 ) acts.

Electric power steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the latching element ( 10 ) via a coupling element in the manner of a slip clutch with the shaft of the servomotor ( 2 ) or a shaft of the worm gear ( 13 ) or the output member ( 5 ) connected is.

Electric power steering system according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the protective device ( 12 ) one of a housing formed with steel sheet ( 19 ) for the locking device ( 7 ) or in parts made of sheet steel.

Electric power steering system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the locking device ( 7 ) a bus connection between a control and / or regulating device ( 24 ) for the power steering ( 1 ) and a control unit of an electronic ignition lock.

Electric power steering system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the locking device ( 7 ) in the steering gear housing ( 18 ) or a housing ( 20 ) of the servomotor ( 2 ) or the gear train ( 3 ) is arranged.

Electric power steering system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the locking device ( 7 ) an electric motor driven actuator ( 21 ) with a single or multi-stage transmission ( 22 ) from a motion screw ( 13 ) and the blocking element ( 8th ).

Electric power steering system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the power supply and the operation of the locking device ( 7 ) using hardware and software resources of the control and / or regulating device ( 24 ) of the electric power steering ( 1 ) he follows.

Electric power steering system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the locking device ( 7 ) a direct or indirect position sensor ( 25 ), by means of which at least one unlocked and locked end position of the blocking element ( 8th ) is detected.

Electric power steering system according to one of claims 1 to 10, characterized in that by the locking device ( 7 ) in the locked position of the locking element ( 8th ) a locking torque on a steering column of the vehicle of at least 100 Nm is generated.

Electric power steering system according to one of claims 1 to 11, characterized in that a locking time of the locking element ( 8th ) of less than 150 ms by the locking device ( 7 ) is generated.