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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem in einem Fahrzeug mit einem elektrisch betätigbaren Lenkverriegelungsaktor.
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Es sind elektromechanische Lenksysteme für Fahrzeuge bekannt, die zur Unterstützung der Lenkbewegung mit einem elektrischen Servomotor ausgestattet sind, der ein Servomoment erzeugt, welches in das Lenksystem eingespeist wird. Zur Sicherung des abgestellten Fahrzeugs werden Verriegelungseinrichtungen eingesetzt, welche das Lenksystem blockieren. Bekannt sind Schlosssicherungen, welche im aktivierten Zustand die Lenksäule des Lenksystems mechanisch blockieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein Lenksystem in einem Fahrzeug mit einer wirksamen Lenkradverriegelung zu versehen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem in einem Fahrzeug weist einen elektrisch betätigbaren Lenkverriegelungsaktor auf, der zwischen einer Verriegelungsposition, in der die Betätigung des Lenksystems unmöglich oder zumindest erschwert ist, und einer Entriegelungsposition verstellbar ist, in der die Betätigung des Lenksystems ohne Einschränkung möglich ist. In der Verriegelungsposition wird ein verstellbares Bauteil in der kinematischen Übertragungskette des Lenksystems zwischen Lenkrad und lenkbaren Rädern von dem Lenkverriegelungsaktor blockiert, beispielsweise die Lenksäule oder die Zahnstange. Möglich ist es aber auch, eine Servoeinrichtung im Lenksystem, über die ein unterstützendes Servomoment erzeugbar ist und die kinematisch mit dem Lenksystem gekoppelt ist, über den Lenkverriegelungsaktor zu blockieren. Insbesondere im Fall eines elektrischen Servomotors als Servounterstützungseinrichtung kann die Motorwelle des Servomotors in der Verriegelungsposition von dem Lenkverriegelungsaktor blockiert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem ist der Lenkverriegelungsaktor als ein elektrischer Linearmotor ausgeführt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Lenkverriegelungsaktor als Stellbewegung eine lineare, translatorische Bewegung erzeugt, die unmittelbar zur Verriegelung bzw. Blockierung des Bauteils des Lenksystems eingesetzt werden kann. Es ist nicht erforderlich, ein Übertragungsgetriebe zwischen den Linearmotor als Lenkverriegelungsaktor und das betreffende Bauteil des Lenksystems zwischenzuschalten, um eine Änderung der Bewegungsart herbeizuführen. Zudem kann die translatorische Linearbewegung, welche der Linearmotor bei der Bestromung ausführt, durch eine entsprechende Auslegung des Linearmotors so erzeugt werden, dass die Größe der Stellbewegung unmittelbar und ohne Zwischenschaltung eines Über- oder Untersetzungsgetriebes die erforderliche Dimension aufweist. Insgesamt wird durch die Verwendung des Linearmotors der konstruktive Aufwand für die Erzeugung der Verriegelungseinrichtung erheblich vereinfacht.
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Als Linearmotor wird vorzugsweise ein handelsüblicher Elektromotor eingesetzt, beispielsweise ein bürstenloser EC-Motor. Die Drehbewegung des Rotors des Linearmotors wird über eine geeignete kinematische Kopplung wie zum Beispiel ein Schrauben- bzw. Schneckengewinde in eine axiale bzw. translatorische Stellbewegung einer Spindel übertragen, die vorteilhafterweise unmittelbar auf das zu blockierende Bauteil einwirkt.
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Im Falle eines elektrischen Servomotors als Servounterstützungseinrichtung im Lenksystem ist der Servomotor zweckmäßigerweise über ein Steuergerät steuerbar, wobei der Servomotor und das Steuergerät eine zusammenhängende, modulartige Baueinheit bilden. Es kann zweckmäßig sein, den Linearmotor als Lenkverriegelungsaktor an der Baueinheit, welche den Servomotor und das Steuergerät umfasst, anzuordnen. Hierbei kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen der Linearmotor an ein Servo- oder Motorgehäuse der Baueinheit angeflanscht ist als auch eine Integration des Linearmotors in das Servo- bzw. Motorgehäuse. Wird der Linearmotor lediglich angeflanscht, können Standard-Baueinheiten mit lediglich modifiziertem Servo- bzw. Motorgehäuse verwendet werden. Wird dagegen der Linearmotor in das Servo- bzw. Motorgehäuse integriert, so erhält man eine kompakte Ausführung.
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Es kann zweckmäßig sein, den Linearmotor von dem Steuergerät des Servomotors steuern zu lassen bzw. eine dem Linearmotor zugeordnete Elektronikeinheit mit dem Steuergerät des Servomotors zu verbinden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass das bei einer Lenkbewegung rotierende Bauteil des Lenksystems, auf das der Linearmotor zur Verriegelung einwirkt, mit einem drehfesten Rastring versehen ist, in den das Stellelement des Linearmotors in der Raststellung blockierend eingreift. Der Rastring kann nach Art eines Zahnrades eine Außenverzahnung aufweisen. Das Stellglied des Linearmotors rastet in die Außenverzahnung ein, so dass eine Drehbewegung des Rastrings und des drehbaren Bauteils blockiert ist.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist im Lenksystem eine Sensoreinrichtung angeordnet, die dem Linearmotor zugeordnet ist und über die die Verriegelungsposition und die Entriegelungsposition des Linearmotors detektiert werden kann. Die Sensoreinrichtung weist beispielsweise als Signalgeber ein Magnetelement und als Signalaufnehmer einen Hallsensor auf, wobei die Sensordaten zur Weiterverarbeitung der Elektronikeinheit des Linearmotors bzw. dem Steuergerät des elektrischen Servomotors zugeführt werden.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug, mit einem Lenkveriegelungsaktor, der als Linearmotor ausgebildet ist und alternativ im Bereich eines elektrischen Servomotors bzw. der Lenksäule des Lenksystems angeordnet ist,
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2 ein Lenkgehäuse des Lenksystems einschließlich der Servoeinrichtung mit elektrischem Servomotor, dem der Linearmotor zum Verriegeln der Motorwelle des Servomotors zugeordnet ist,
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3 einen Schnitt durch einen Linearmotor.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Lenksystem 1 mit einem Lenkrad 2, einer Lenksäule 3, einem Lenkgehäuse 4 mit darin enthaltenem Lenkgetriebe und ein Lenkgestänge 5 zur Übertragung der Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs. Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2 einen Lenkwinkel δL vor, der über die Lenksäule 3 auf eine Zahnstange, die im Lenkgehäuse 4 aufgenommen und Bestandteil des Lenkgestänges 5 ist, übertragen wird. An den lenkbaren Rädern 6 stellt sich ein Radlenkwinkel δV ein.
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Zur Lenkunterstützung ist das Lenksystem 1 mit einer Servoeinrichtung mit einem elektrischen Servomotor 7 versehen. Das im elektrischen Servomotor 7 erzeugte Servomoment wirkt unterstützend zu dem vom Fahrer aufgebrachten Handmoment und wird am Lenkgehäuse 4 in das Lenkgetriebe eingespeist.
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Dem elektrischen Servomotor 7 ist ein Lenkverriegelungsaktor 15 zugeordnet, welcher elektrisch betätigbar ist und über den die Motorwellenbewegung des elektrischen Servomotors in der Verriegelungsstellung blockierbar ist. Der Servomotor 7 und der Lenkverriegelungsaktor 15 bilden zweckmäßigerweise eine zusammenhängende Baueinheit.
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Alternativ zu der Positionierung des Lenkverriegelungsaktors am elektrischen Servomotor 7 kann auch eine Anordnung des Lenkverriegelungsaktors 15’ an der Lenksäule 3 erfolgen. Wie in 1 dargestellt, ist an der Lenksäule 3 ein Rastring 20 drehfest angeordnet, der nach Art eines Zahnrades eine Außenverzahnung aufweisen kann. In der Verriegelungsposition greift eine Spindel 19 des Lenkverriegelungsaktors 15’ verrastend bzw. blockierend in den Rastring 20 ein, so dass eine Lenkbewegung der Lenksäule 3 ausgeschlossen ist.
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Der Lenkverriegelungsaktor 15 bzw. 15’ ist als ein elektrischer Linearmotor ausgeführt, insbesondere als bürstenloser EC-Motor. Die Spindel 19 des Linearmotors 15 bzw. 15’ führt als Stellbewegung eine lineare, translatorische Bewegung aus. Ein Übertragungsgetriebe zwischen der Spindel 19 des Linearmotors 15 bzw. 15’ und dem Rastring 20 ist nicht erforderlich.
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Wie in 2 dargestellt, ist die Lenksäule 3 mit einer Lenkeingangswelle 13 gekoppelt, um die Lenkbewegung des Fahrers über das Lenkgetriebe in die axiale Stellbewegung des Lenkgestänges 5 zu übertragen. Im Lenkgehäuse 4 ist die Zahnstange 8 des Lenkgestänges 5 gelagert. Zum Lenkgestänge 5 gehören des Weiteren Spurstangen 9 zur Übertragung der Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder.
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Der elektrische Servomotor 7 befindet sich unmittelbar benachbart zum Lenkgehäuse 4, wobei die Servomotorlängsachse parallel zur Zahnstangenlängsachse verläuft. Der elektrische Servomotor 7 ist mit seinem Motorgehäuse 18 an ein Servogehäuse 10 angeflanscht, das ein Getriebe zur Übertragung der unterstützenden Bewegung vom Servomotor auf die Zahnstange beherbergen kann. Das Servogehäuse 10 ist separat von dem Lenkgehäuse 4 ausgebildet und wird über Schrauben 14 am Lenkgehäuse 4 befestigt.
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Auf der dem Lenkgehäuse 10 gegenüberliegenden Seite ist am Servomotor 7 ein Steuergerät 16 angeordnet, über das der Servomotor 7 gesteuert wird. Das Steuergerät 16 ist über ein Sensorkabel 12 mit einem Drehmomentsensor 11 verbunden, über den das Lenkmoment des Fahrers aufgenommen wird.
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Der als Linearmotor ausgeführte Lenkverriegelungsaktor 15 ist in das Motorgehäuse 18 des elektrischen Servomotors 7 integriert.
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Der Linearmotor 15 ist orthogonal zu dem elektrischen Servomotor 7 ausgerichtet, so dass die Längsachse der Spindel 19 des Linearmotors 15 senkrecht zur Längsachse der Motorwelle 17 des Servomotors 7 steht. Auf der Motorwelle 7 ist der Rastring 20 drehfest angeordnet, in dessen Außenverzahnung die Spindel 19 des Linearmotors in der Verriegelungsposition blockierend eingreift. In der Entriegelungsposition ist die Spindel 19 axial zurückgezogen, so dass keine Verriegelung besteht und die Motorwelle 17 frei umlaufen kann.
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Der Linearmotor 15 ist zur Steuerung mit einer eigenen Elektronikeinheit versehen, welche zweckmäßigerweise mit dem Steuergerät 16 des Servomotors 7 kommuniziert.
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In 3 ist der Linearmotor 15 im Längsschnitt dargestellt. Die Spindel 19 ist in einer Hülse 21 aufgenommen, welche den Rotor bildet und bei einer Bestromung der Wicklung 22 rotiert. Die Spindel 19 ist über einen Gewindemechanismus mit der Hülse 21 in der Weise gekoppelt, dass bei einer Drehbewegung der Hülse 21 die Spindel 19 eine axiale Stellbewegung gemäß Pfeil 23 in Richtung der Längsachse des Linearmotors ausführt. Die lineare Bewegung der Spindel 19 wird als Stellbewegung zum Blockieren bzw. Entriegeln eines drehbaren Bauteils im Lenksystem verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenksäule
- 4
- Lenkgehäuse
- 5
- Lenkgestänge
- 6
- Vorderrad
- 7
- elektrischer Servomotor
- 8
- Zahnstange
- 9
- Spurstange
- 10
- Servogehäuse
- 11
- Drehmomentsensor
- 12
- Sensorkabel
- 13
- Lenkeingangswelle
- 14
- Schraube
- 15
- Verriegelungsaktor (Linearmotor)
- 16
- Steuergerät
- 17
- Motorwelle
- 18
- Motorgehäuse
- 19
- Spindel
- 20
- Rastring
- 21
- Hülse
- 22
- Wicklung
- 23
- Pfeil
