DE102011116264A1 - In einem Kraftfahrzeug anordbare Vorrichtung mit mindestens einem Aktuator für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine in einem Kraftfahrzeug anordbare Vorrichtung (1) mit einer nunmehr ein eigenes Gehäuse (3) aufweisenden Aktuatoreinheit (2), wobei in dem Gehäuse (3) mindestens ein erster Aktuator (14) für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung angeordnet ist. Um eine derartige Vorrichtung (1) auf einfache Weise bei einer größeren Gruppe von Kraftfahrzeugen mit geringem Aufwand auch nachträglich montieren zu können, schlägt die Erfindung vor, in dem Gehäuse (3) einen ersten Aktuator (14) für die Lenkung vorzusehen, der zwei Bowdenzüge (4, 5) antreibt. Die Bowdenzüge (4, 5) ziehen dann bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) an einer an der Lenkspindel (6) des entsprechenden Kraftfahrzeuges angebrachtes erstes Rotationselement.

Description

• Die Erfindung betrifft eine in einem Kraftfahrzeug anordbare Vorrichtung mit einer ein Gehäuse aufweisenden Aktuartoreinheit, wobei in dem Gehäuse mindestens ein erster Aktuator für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung angeordnet ist.
• Eine Lenkeinrichtung für ein Radfahrzeug mit Achsschenkellenkung beschreibt die DE 10 2008 031 204 A1 . Hierin werden torsionsfeste flexible Wellen verwendet.
• Die DE 100 15 050 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Betätigung eines Steer-by-Wire-Lenkantriebes für ein Kraftfahrzeug, mit zwei über eine Steueranordnung vom Fahrer ansteuerbaren Stellmotoren, die auf ein Stellelement einwirken, das über zwei an seinen Enden angeordneten Spurstangen mit den lenkbaren Rädern verbunden sind.
• Eine Aktuatoreinheit für eine Kraftfahrzeug Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung wird in der DE 10 2008 036 730 A1 behandelt. Hierbei ist die Lenkspindel starr an die in zwei Lagern gelagerte Aktuatorwelle angeschlossen, wobei einer der beiden Lager im Bereich des Anschlusses der Aktuatorwelle an der Lenkspindel angeordnet ist, sodass die Lenkspindel infolge des starren Anschlusses an die Aktuatorwelle aktuatorseitig über diese Welle gelagert ist. Einen Lenkaktuator beschreibt auch die DE 10 2009 033 430 A1 . Mit diesem werden Komplexität, Bauraum, Gewicht und Kosten reduziert.
• Weitere Informationen bezüglich eines Steer-by-Wire-Lenksystems sind der DE 60 2005 002 965 T2 als auch der DE 60 2005 005 761 T2 entnehmbar.
• Bei bekannten derartigen Vorrichtungen, bei denen die Lenkbefehle entweder vom Lenkrad oder (etwa im Falle von ferngesteuerten Kraftfahrzeugen) von einem anderen Eingabegerät über ein Steuergerät zu der Aktuatoreinheit gelangen, müssen Letztere in der Regel im Bereich der Lenkgetriebe angeordnet werden. Dieses führt häufig zu Platzproblemen und zu einer aufwendigen Anpassung der Aktuatoreinheit an das jeweilige Fahrzeug.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die auf einfache Weise bei einer größeren Gruppe von Fahrzeugen verwendbar und mit geringem Aufwand auch nachträglich montierbar ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
• Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, die Aktuatoreinheit (separat) in ein (eigenen) Gehäuse einzubinden und in dem Gehäuse der Aktuatoreinheit einen ersten Aktuator für die Lenkung vorzusehen, der zwei Bowdenzüge (links/rechts) antreibt. Die Bowdenzüge ziehen dann bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer um die Lenkspindel angebrachten ersten Seiltrommel. Dazu sind diese durch die Gehäusewand durchgeführt. Bei einer Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung muss daher an der Lenkspindel des Kraftfahrzeuges lediglich die Seiltrommel befestigt werden, während die Aktuatoreinheit dort angebracht werden kann, wo ausreichend Platz innerhalb des Fahrzeuges ist.
• Vorzugsweise umfasst der erste Aktuator ein erstes Antriebselement, welches in der Lage ist auf Bowden- oder Seilzüge zu wirken. Beispielsweise eine axial verschiebbare Zahnstange oder eine Seilzugscheibe, die wie ein Flaschenzug durch Verschieben der Umlenkrolle den Zugweg ändert. Wobei die dem Aktuator zugewandten Enden der Züge mit einem zweiten Rotationselement verbunden sind. Dabei kann es sich bei dem ersten Antriebselement um einen Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder oder um einen elektromechanischen Antrieb (etwa einem linear-Hybrid-Aktuator) handeln.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass der Fahrer des entsprechenden Fahrzeuges jederzeit eine Lenkkorrektur durch Betätigung des Lenkrades und damit auch der Lenkspindel vornehmen kann.
• Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug, bei dem ein mechanisch betätigbares Bremspedal vorhanden ist, kann in dem Gehäuse der Aktuatoreinheit mindestens ein zweiter Aktuator für eine Kraftfahrzeug-Brake-by-Wire-Lenkeinrichtung angeordnet werden. Dabei wird der zweite Aktuator über einen dritten, durch die Außenwand des Gehäuses herausgeführten Bowdenzug mit dem Bremspedal des entsprechenden Kraftfahrzeuges verbunden, derart, dass eine Zugbewegung des dritten Bowdenzuges eine Schwenkbewegung des Bremspedales in Richtung einer Bremsdruckerhöhung zieht.
• Als zweiter Aktuator kann ein zweiter Hydraulikzylinder verwendet werden, wobei dessen mit dem dritten Bowdenzug verbundene Kolbenstange gegen den Druck eines Federelementes von einer Ausgangsstellung in eine maximale Bremsstellung verschiebbar ist. Der zweite Hydraulikzylinder kann selbstverständlich ebenfalls durch einen elektromechanischen oder pneumatischen Antrieb ersetzt werden.
• Auch im Falle der zusätzlichen Integration eines zweiten Aktuators für eine Kraftfahrzeug-Brake-by-Wire-Lenkeinrichtung kann der Fahrer des entsprechenden Fahrzeuges jederzeit selbst in den Bremsvorgang eingreifen und mit dem Fuß den Bremsdruck erhöhen.
• Um eine sehr kompakte Vorrichtung zu erhalten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in dem Gehäuse der Aktuatoreinheit sowohl die für die hydraulische als auch die für die elektronische Steuerung der Antriebe erforderlichen Baueinheiten enthalten sind.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 ein Beispiel für eine schaltplanartige Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung,
• 3 die Seitenansicht eines Beispiels einer vereinfacht dargestellten erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit,
• 4 die Draufsicht auf die in 3 dargestellte Aktuatoreinheit,
• 5 ein Beispiel einer weiteren Aktuatoreinheit.
• In 1 ist mit 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung bezeichnet. Diese umfasst eine Aktuatoreinheit 2, die in einem Gehäuse 3 untergebracht ist. In dem Gehäuse 3 sind zwei Aktuatoren angeordnet, die nachfolgend noch mit Hilfe der 2 bis 4 näher beschrieben werden. Dabei ist auszuführen, dass die 2 bis 4 nur ein Ausführungsbeispiel darstellt und auch nur eine von mehreren Umsetzungsmöglichkeiten der Grundidee wiedergeben.
• Der erste Aktuator ist über zwei durch die Außenwand des Gehäuses herausgeführte Bowdenzüge 4, 5 mit einer auf der Lenkspindel 6 des entsprechenden Kraftfahrzeuges angeordneten ersten Seiltrommel 7 verbunden, sodass eine Zugbewegung des ersten Bowdenzuges 4 eine Drehbewegung der Lenkspindel 6 in eine erste Richtung und eine Zugbewegung des zweiten Bowdenzuges 5 eine Drehbewegung der Lenkspindel 6 in die entgegengesetzte Richtung bewirkt.
• Der zweite Aktuator der Aktuatoreinheit 2 ist über einen ebenfalls durch die Außenwand des Gehäuses 3 herausgeführten dritten Bowdenzug 8 mit dem Bremspedal 9 des Kraftfahrzeuges verbunden, sodass eine Zugbewegung des dritten Bowdenzuges 8 eine Schwenkbewegung des Bremspedales 9 in Richtung einer Bremsdruckerhöhung zieht.
• Die Aktuatoreinheit 2 ist über eine Steuerleitung 10 mit einer Steuereinrichtung 11 verbunden, welche entsprechende Steuersignale, beispielsweise von einer Fernsteuereinrichtung (nicht dargestellt), empfängt.
• Außerdem ist die Aktuatoreinheit 2 über Versorgungsleitungen 12 mit einer Versorgungseinrichtung 13 verbunden, welche den Zweck hat, die Aktuatoreinheit mit der benötigten Energie zu versorgen. Diese erfolgt dann je nach Prinzipumsetzung hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch.
• In den 2 bis 4 ist der erste Aktuator mit dem Bezugszeichen 14 und der zweite Aktuator mit dem Bezugszeichen 15 versehen.
• Der erste Aktuator 14 umfasst im Wesentlichen einen ersten Hydraulikzylinder 16, dessen Kolben 17 eine axial verschiebbare Zahnstange 18 betätigt. Die Zahnstange 18 wirkt auf ein Zahnrad 19 (3), welches mit einer zweiten Seiltrommel 20 verbunden ist. Dabei sind die dem ersten Aktuator 14 zugewandten Enden 21, 22 der beiden Bowdenzüge 4, 5 mit der zweiten Seiltrommel 20 verbunden. Vorgenannter Aufbau kann alternativ durch einen Flaschenzug realisiert werden.
• Der erste Hydraulikzylinder 16 ist eingangsseitig mit mehreren hydraulischen Elementen verbunden. Dabei handelt es sich um eine allgemein gehaltene Steuereinheit. Die Steuerung des Lenkeinschlages hängt kausal an der Zylinderposition. Die Zylinderposition ist zwischen Volleinschlag zu Volleinschlag frei wählbar. Das Anfragen der Position wird über ein Proportional-Wegeventil 31 realisiert, hierbei ist die Verfahrgeschwindigkeit variabel. Dem Wegeventil ist eine Überlastsicherung mit Nachsaugeinheit 32 nachgeschaltet. Um eine die Funktion zu kontrollieren sind hier Drucksensoren 33 angeordnet.
• Der zweite Aktuator 15 umfasst im Wesentlichen einen zweiten Hydraulikzylinder 23, dessen mit dem dritten Bowdenzug 8 verbundene Kolbenstange 24 gegen den Druck eines Federelementes 25 von einer Ausgangsstellung in eine maximale Bremsstellung verschiebbar ist.
• Nachfolgend wird anhand von 2 auf die Wirkungsweise der erfinderischen Vorrichtung 1 eingegangen. Dabei wird angenommen, dass die Steuereinrichtung 11 Lenksignale empfängt, die eine Drehung der Lenkspindel 6 nach rechts bewirken soll. Über die Steuerleitungen 10 gelangen die entsprechenden Signale mit dem geforderten Bremsdruck an das Druckregelventil 34, dieses steigert den Druck am Kolbenboden des Zylinders 23 und bewegt die auf Vollbremsung vorgespannte Feder in Richtung ,Bremse lösen'. Der tatsächlich vorherrschende Bremsdruck verhält sich entgegengesetzt dem vom Drucksensor 10 aufgenommenem Druck.
• Sofern der Fahrer des Fahrzeuges in den automatischen Lenkvorgang eingreifen will und etwa über das Lenkrad 26 die Lenkspindel 6 etwas zurückdrehen will, stehen dem Fahrer zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einen kann durch Freischalten des Ventils der Lenkzylinder 16 in Schwimmstellung gebracht werden und bietet somit nur dessen innere Widerstände. Zum anderen kann der Fahrer durch entsprechenden Kraftaufwand die Überlastsicherung 3 zur Auslösung bringen und den Lenkwunsch des Wegeventils 31 übersteuern.
• Will der Fahrer anschließend selbst die Bremskraft verstärken, steht dem Fahrer der übrige Betätigungsweg am Bremspedal zur Verfügung.
• Wie in 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, kann die Aktuatoreinheit 2 optional auch noch weitere Aktuatoren umfassen. So können beispielsweise ein dritter Aktuator für die Verstellung eines Gaspedales 27 und ein vierter Aktuator für die Verstellung eines Gangwahlschalters 28 vorgesehen sein. Dabei erfolgt auch in diesen Fällen die mechanische Verbindung zwischen den Aktuatoren und den Stellgliedern über Bowdenzüge 29, 30.
• 5 zeigt eine Alternativanordnung zur 3. Hierbei sind sämtliche erforderlichen Baugruppen/Baueinheiten für die hydraulische als auch die für die elektronische Steuerung der Antriebe im Gehäuse 3 der Aktuatoreinheit 2 enthalten.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Aktuatoreinheit

3

Gehäuse

4

(erster) Bowdenzug

5

(zweiter) Bowdenzug

6

Lenkspindel

7

erste Seiltrommel

8

dritter Bowdenzug

9

Bremspedal

10

Steuerleitung

11

Steuereinrichtung

12

Versorgungsleitungen

13

Versorgungseinrichtung

14

erster Aktuator

15

zweiter Aktuator

16

erster Hydraulikzylinder (Lenkzylinder)

17

Kolben

18

Zahnstange

19

Zahnrad

20

zweite Seiltrommel

21, 22

Enden

23

zweiter Hydraulikzylinder (Bremszylinder)

24

Kolbenstange

25

Federelement

26

Lenkrad

27

Gaspedal

28

Gangwahlschalter

29, 30

Bowdenzüge

31

Wegeventil

32

Überlastsicherung

33

Drucksensoren

34

Druckregelventil

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102008031204 A1 [0002]
• DE 10015050 A1 [0003]
• DE 102008036730 A1 [0004]
• DE 102009033430 A1 [0004]
• DE 602005002965 T2 [0005]
• DE 602005005761 T2 [0005]

Claims (10)

1. Vorrichtung (1) für eine Kraftfahrzeug-Steer-by-Wire-Lenkeinrichtung, umfassend eine Lenkspindel (6) sowie eine Aktuatoreinheit (2) mit wenigstens einem Aktuator (14, 15), gekennzeichnet dadurch, dass die Aktuatoreinheit (2) in einem Gehäuse (3) eingebunden sowie im Fahrzeug wahlweise platzierbar ist, wobei der wenigstens eine Aktuator (14) zwei Bowdenzüge (4, 5) aufweist, die eine mit den Bowdenzügen (4, 5) Einheit (7), die an der Lenkspindel (6) befestigt ist, antreiben, sodass eine Zugbewegung des ersten Bowdenzuges (4) eine Drehbewegung der Lenkspindel (6) in eine erste Richtung und eine Zugbewegung des zweiten Bowdenzuges (5) eine Drehbewegung der Lenkspindel (6) in die entgegengesetzte Richtung bewirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Aktuator (15) zur Schaffung einer Kraftfahrzeug-Brake-by-Wire-Lenkeinrichtung im Gehäuse (3) eingebunden ist, der über einen dritten Bowdenzug (8) mit einem Bremspedal (9) des Kraftfahrzeuges verbunden ist, sodass eine Zugbewegung des dritten Bowdenzuges (8) eine Schwenkbewegung des Bremspedales (9) in Richtung einer Bremsdruckerhöhung zieht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator (14) ein erstes Antriebselement (16) umfasst, welches mit einer axial verschiebbaren Zahnstange (18) verbunden ist, die auf ein mit einer zweiten Einheit (20) verbundenes Zahnrad (19) wirkt, wobei die dem ersten Aktuator (14) zugewandten Enden (21, 22) der beiden Bowdenzüge (4, 5) mit der zweiten Einheit (20) verbunden sind oder alternativ ein Flaschenzug eingebunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Antriebselement (16) um einen Hydraulik-, Pneumatikzylinder oder um einen Elektromotor handelt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aktuator (15) ein Linearantriebselement umfasst, dessen mit dem dritten Bowdenzug (8) verbundene Kolbenstange (24) gegen den Druck eines Federelementes (25) von einer Ausgangsstellung in eine minimale Bremsstellung verschiebbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Einheit (7, 20) beispielsweise um eine Seiltrommel, ein oder mehrere Zahnräder, ein oder mehrere Kettenräder und dergleichen handelt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (2) optional auch noch weitere Aktuatoren umfassen kann, beispielsweise einen dritten Aktuator für die Verstellung eines Gaspedales (27) und einen vierten Aktuator für die Verstellung eines Gangwahlschalters (28).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (2) über eine Steuerleitung (10) mit einer Steuereinrichtung (11) verbunden ist, welche entsprechende Steuersignale, beispielsweise von einer Fernsteuereinrichtung empfängt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (2) über Versorgungsleitungen (12) mit einer Versorgungseinrichtung (13) verbunden ist, welche den Zweck hat, die Aktuatoreinheit (2) mit der benötigten Energie zu versorgen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (3) der Aktuatoreinheit (2) sowohl die für die hydraulische als auch die für die elektronische Steuerung der Antriebe erforderlichen Baueinheiten enthalten sind.

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