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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Steer-by-wire Lenksysteme mit erhöhter Betriebssicherheit.
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In Steer-by-wire Lenksystemen werden die Lenkbewegungen des Fahrers durch Sensoren erfasst, die mit Eingängen eines Steer-by-wire Steuergeräts verbunden sind.
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Da es keinen mechanischen Durchgriff der Lenkung zu den Rädern gibt, werden dem Fahrer Fahreinflüsse über ein mittelbar gesteuertes Rückstellmoment bzw. Force-Feedback an der Lenkwelle signalisiert. Dafür wird in die Lenksäule ein Force-Feedback Aktuator integriert, der dafür ausgelegt ist, ein für den Fahrer deutlich wahrnehmbares Drehmoment in die Lenkwelle zu koppeln. Grundsätzlich ist eine Lenkung ohne Force-Feedback Aktuator möglich. Falls der Force-Feedback Aktuator versagt bzw. blockiert, ist bei kraftschlüssiger Kopplung mit der Lenkwelle die Lenkung jedoch erheblich erschwert oder sogar gehemmt.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Lenkvorrichtung für ein Steer-by-wire Lenksystem bereitzustellen, die eine erhöhte Sicherheit bietet im Fall eines elektrischen oder mechanischen Ausfalls.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lenkvorrichtung, umfassend eine Lenkwelle, einen Force-Feedback Aktuator und eine zwischen der Lenkwelle und dem Force-Feedback Aktuator angeordnete Kupplung.
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Die Erfindung gewährleistet eine erhöhte Sicherheit im Fall eines elektrischen oder mechanischen Versagens des Force-Feedback Aktuators. Zudem schafft die Erfindung die Voraussetzung dafür, mittels eines Force-Feedback Aktuators, je nach Fahrsituation ein großes Drehmoment in die Lenkwelle zu koppeln und dem Fahrer ein realitätsnahes Fahrgefühl zu vermitteln.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Kupplung zwischen einer ersten und zweiten Stellung stellbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung sind in der ersten Stellung der Kupplung die Lenkwelle und der Force-Feedback Aktuator kraftschlüssig gekoppelt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung sind in der zweiten Stellung der Kupplung die Lenkwelle und der Force-Feedback Aktuator voneinander entkoppelt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist der Force-Feedback Aktuator dafür ausgebildet und eingerichtet, ein von einem Steer-by-wire Steuergerät eingespeistes elektrisches Signal in ein in die Lenkwelle gekoppeltes Drehmoment zu übersetzen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Kupplung als Zahnkupplung ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Kupplung als Zahnkupplung ausgebildet und umfasst eine erste und zweite Verzahnung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung sind die erste und zweite Verzahnung der Kupplung in Bezug auf eine zentrale Längsachse der Lenkwelle rotationssymmetrisch ausgebildet und eingerichtet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die erste Verzahnung der Kupplung kraftschlüssig mit der Lenkwelle verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die zweite Verzahnung der Kupplung kraftschlüssig mit dem Force-Feedback Aktuator gekoppelt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die zweite Verzahnung der Kupplung in Richtung einer zentralen Längsachse der Lenkwelle verschiebbar gelagert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die erste Verzahnung der Kupplung in Richtung einer zentralen Längsachse der Lenkwelle verschiebbar gelagert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elektromechanisches Stellglied, das dafür ausgebildet und eingerichtet ist, je nach Stellung die erste und zweite Verzahnung in Eingriff zu bringen oder voneinander zu trennen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elektromechanisches Stellglied, das dafür ausgebildet und eingerichtet ist, je nach Stellung die erste und zweite Verzahnung in Eingriff oder voneinander getrennt zu halten.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elektromechanisches Stellglied, das dafür ausgebildet und eingerichtet ist, die zweite Verzahnung mit der ersten Verzahnung in Eingriff zu stellen oder die zweite Verzahnung von der ersten Verzahnung zu trennen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elektromechanisches Stellglied, das dafür ausgebildet und eingerichtet ist, die erste Verzahnung mit der zweiten Verzahnung in Eingriff zu stellen oder die erste Verzahnung von der zweiten Verzahnung zu trennen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elektromechanisches Stellglied, das dafür ausgebildet und eingerichtet ist, in einem stromführenden Zustand die zweite Verzahnung mit der ersten Verzahnung in Eingriff zu stellen und in einem stromlosen Zustand die zweite Verzahnung von der ersten Verzahnung zu trennen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elektromechanisches Stellglied, das dafür ausgebildet und eingerichtet ist, in einem stromführenden Zustand die erste und zweite Verzahnung in Eingriff zu stellen und in einem stromlosen Zustand die erste und zweite Verzahnung voneinander zu trennen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elektromechanisches Stellglied, das dafür ausgebildet und eingerichtet ist, in einem stromführenden Zustand die erste Verzahnung mit der zweiten Verzahnung in Eingriff zu stellen und in einem stromlosen Zustand die erste Verzahnung von der zweiten Verzahnung zu trennen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das elektromechanische Stellglied einen Elektromagnet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das elektromechanische Stellglied eine oder mehrere elektrische Spulen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das elektromechanische Stellglied Schleifkontakte für die Zuführung elektrischer Energie.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das elektromechanische Stellglied eine Einrichtung für induktive Zuführung elektrischer Energie.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das elektromechanische Stellglied eine Feder, die dafür ausgebildet und eingerichtet ist, die zweite Verzahnung von der ersten Verzahnung zu trennen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das elektromechanische Stellglied eine Feder, die dafür ausgebildet und eingerichtet ist, die erste Verzahnung von der zweiten Verzahnung zu trennen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist ein elektromagnetisches Stellglied der Kupplung mit dem Force-Feedback Aktuator und einer Spannungsversorgung elektrisch in Reihe geschaltet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Lenkvorrichtung mit einer elektrischen Schaltung ausgerüstet, die dafür ausgebildet und eingerichtet ist, ein elektromechanisches Stellglied der Kupplung stromlos zu schalten, wenn ein elektrischer Widerstand des Force-Feedback Aktuators einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst der Force-Feedback Aktuator einen Elektromotor.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst der Force-Feedback Aktuator einen Elektromotor und ein Getriebe.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst der Force-Feedback Aktuator einen mit der zweiten Verzahnung kraftschlüssig gekoppelten Elektromotor.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst der Force-Feedback Aktuator einen Elektromotor mit einem Getriebe, das kraftschlüssig mit der zweiten Verzahnung gekoppelt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Getriebe derart ausgebildet und eingerichtet, dass eine Drehung einer Antriebswelle des Elektromotors des Force-Feedback Aktuators im Verhältnis 2:1 bis 200:1 auf die Lenkwelle untersetzt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung sind die erste und zweite Verzahnung jeweils als Stirnverzahnung ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung sind die erste und zweite Verzahnung jeweils als zylinderförmiger Körper ausgebildet, wobei eine zentrale Achse des zylinderförmigen Körpers parallel zu einer zentralen Achse der Lenkwelle orientiert ist und eine Stirnseite des zylinderförmigen Körpers mit Zähnen ausgestattet ist, derart, dass die Zähne der ersten Verzahnung gegenüberstehend zu den Zähnen der zweiten Verzahnung angeordnet sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die erste Verzahnung als Außenverzahnung ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die zweite Verzahnung als Innenverzahnung ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung sind die Zähne der ersten Verzahnung ballig ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung sind die Zähne der zweiten Verzahnung ballig ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die erste Verzahnung aus einem polymeren Werkstoff gefertigt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die zweite Verzahnung aus einem polymeren Werkstoff gefertigt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elastisches Kupplungselement, das dafür ausgebildet und eingerichtet ist, eine Fehlstellung zwischen der ersten und zweiten Verzahnung zu kompensieren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst die Kupplung ein elastisches Kupplungselement aus einem polymeren Werkstoff.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Lenkvorrichtung einen Drehgeber, der dafür ausgebildet und eingerichtet ist, einen Drehwinkel der Lenkwelle zu messen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Lenkvorrichtung einen elektronischen oder optoelektronischen Drehgeber, der dafür ausgebildet und eingerichtet ist, einen Drehwinkel der Lenkwelle zu messen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist der Drehgeber dafür ausgebildet und eingerichtet, den gemessenen Drehwinkel als elektrisches Signal auszugeben.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist der Drehgeber dafür ausgebildet und eingerichtet, den gemessenen Drehwinkel als elektrisches Signal für ein Steer-by-wire Steuergerät auszugeben.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Lenkvorrichtung mit einer Lenkwelle, einem Force-Feedback Aktuator und einer Kupplung.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer Lenkvorrichtung mit einer Lenkwelle 1, einem Force-Feedback-Aktuator und einer Kupplung 5, die zwischen der Lenkwelle 1 und dem Force-Feedback Aktuator angeordnet ist. Eine zentrale Achse der Lenkwelle 1 ist durch eine mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnete, strichpunktierte Linie angezeigt. Der Force-Feedback Aktuator umfasst einen Elektromotor 7 mit einer Antriebswelle 9 und ein Getriebe 6. Die Kupplung 5 ist als Zahnkupplung ausgebildet und umfasst eine erste und zweite Verzahnung 5A und respektive 5B. In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die erste und zweite Verzahnung (5A, 5B) jeweils als Stirnverzahnung konfiguriert. Alternativ hierzu können die erste und zweite Verzahnung als Innen- und Außenverzahnung gestaltet sein.
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Die erste Verzahnung 5A ist kraftschlüssig mit der Lenkwelle 1 verbunden. Die zweite Verzahnung 5B ist kraftschlüssig mit dem Getriebe 6 verbunden. Eine Drehung der Antriebswelle 9 des Elektromotors 7 wird durch das Getriebe 6 in eine Drehung der zweiten Verzahnung 5B untersetzt. Das Getriebe 6 hat ein Untersetzungsverhältnis von 2:1 bis 200:1, so dass die Drehzahl der zweiten Verzahnung um einen Faktor von 2 bis 200 kleiner ist als die Drehzahl der Antriebswelle 9 des Elektromotors 7.
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In einer ersten, in 1 nicht gezeigten Stellung der Kupplung 5 sind die erste und zweite Verzahnung 5A und 5B voneinander getrennt, so dass zwischen der Antriebswelle 9 des Elektromotors 7 und der Lenkwelle 1 kein Kraftschluss besteht. In der in 1 gezeigten zweiten Stellung der Kupplung 5 befinden sich die erste und zweite Verzahnung 5A und 5B in Eingriff, so die Antriebswelle 9 und die Lenkwelle 1 kraftschlüssig gekoppelt sind. Durch das Getriebe 6 wird ein Drehmoment der Antriebswelle 9 im Verhältnis 2:1 bis 200:1 auf die Lenkwelle 1 übersetzt.
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Zweckmäßig ist die erste Verzahnung 5A oder die zweite Verzahnung 5B in Richtung der zentralen Längsachse 10 verschiebbar gelagert. Je nach dem Abstand der ersten Verzahnung 5A von der zweiten Verzahnung 5B in Richtung der zentralen Längsachse 10 stehen die erste und zweite Verzahnung 5A und 5B in Eingriff oder sind voneinander getrennt. Um die erste oder zweite Verzahnung 5A oder 5B in Richtung der zentralen Längsachse 10 zu verschieben, ist die Kupplung 5 mit einem elektromechanischen Stellglied ausgerüstet. Das elektromechanische Stellglied ist beispielsweise ähnlich zu einem Relais ausgebildet und umfasst einen Elektromagnet und eine Feder. Wenn der Elektromagnet Strom führt, wird die erste oder zweite Verzahnung 5A oder 5B von dem Elektromagnet angezogen und mit der zweiten oder ersten Verzahnung 5B bzw. 5A in Eingriff gestellt. Wenn der Elektromagnet keinen Strom führt, wird durch die Rückstellkraft der Feder die erste oder zweite Verzahnung 15A oder 15B von der zweiten, respektive ersten Verzahnung 15B bzw. 15A getrennt.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist das elektromechanische Stellglied der Kupplung 5 elektrisch in Reihe mit dem Elektromotor 7 des Force-Feedback Aktuators und einer Stromquelle geschaltet, so dass bei einer Blockierung oder Stromunterbrechung des Elektromotors 7 durch das elektromechanische Stellglied kein bzw. ein geringer Strom fließt und die Verzahnungen 5A und 5B voneinander getrennt werden.
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In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist die Lenkvorrichtung mit einer elektrischen Schaltung ausgerüstet, die bei Auftreten eines elektrischen Störzustandes des Force-Feedback Aktuators die Stromzufuhr des elektromechanischen Stellgliedes unterbindet und die Kupplung 5 trennt.
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Im Weiteren zeigt 1 einen Drehgeber bzw. Winkelsensor 2, mit dem der Drehwinkel der Lenkwelle 1 erfasst und an ein Steer-by-wire Steuergerät ausgegeben wird.
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Zudem umfasst die Lenkvorrichtung als tragende Struktur eine Lenksäule mit einem Prallrohr 3 und einem Mantelrohr (4, 8).
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Die in der vorstehenden Beschreibung durch Ausführungsbeispiele näher illustrierte und erläuterte Erfindung ist durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt. Der Fachmann kann aus der Beschreibung eine Vielzahl zusätzlicher Variationen ableiten, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. In der Beschreibung beispielhaft offenbarte Ausführungsformen repräsentieren lediglich Beispiele, die in keiner Weise als Begrenzung des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die Beschreibung und die Figuren den Fachmann in die Lage, die Beispiele nachzuarbeiten. Hierbei kann der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen hinsichtlich Funktion, Gestaltung und Anordnung einzelner Elemente der Beispiele vornehmen, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren, in der Beschreibung offenbarten rechtlichen Entsprechungen, definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkwelle
- 2
- Drehgeber bzw. Winkelsensor
- 3
- Prallrohr
- 4
- Mantelrohr oben
- 5
- Kupplung
- 5A
- erste Verzahnung
- 5B
- zweite Verzahnung
- 6
- Getriebe
- 7
- Elektromotor
- 8
- Mantelrohr unten
- 9
- Antriebswelle
- 10
- zentrale Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015213303 A1 [0002]
- DE 102009017054 A1 [0002]
- DE 102008036730 A1 [0002]
- DE 199114383 A1 [0002]
