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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung mit einem dynamischen Anschlag für ein Steer-by-wire Lenksystem.
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Lenkvorrichtungen für Steer-by-wire Lenksysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt.
DE 10 2015 213 303 A1 ,
DE 10 2009 017 054 A1 ,
DE 10 2008 036 730 A1 und
WO 2012 178 86 A1 beschreiben Lenkvorrichtungen, die mit einem Force-Feedback Aktuator ausgerüstet sind. Die vorstehenden Druckschriften offenbaren keine Einrichtung für die Simulation eines Lenkanschlags.
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DE 10 2013 014 121 A1 offenbart eine Lenkvorrichtung mit einem hydraulischen Lenkanschlag, wobei kein Force-Feedback Aktuator vorgesehen ist.
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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. 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 bzw. dem Lenkrad 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. Aus Bauraumgründen ist der Force-Feedback Aktuator jedoch zu klein, um ein ausreichend großes Drehmoment für die Simulation eines Anschlags zu erzeugen. Auch besteht die Gefahr, dass der Fahrer durch hohen Krafteinsatz am Lenkrad ein sehr großes Drehmoment in die Lenkwelle einbringt und den Force-Feedback Aktuator beschädigt. Im Weiteren muss der Anschlag variabel sein. Wenn beispielsweise die Reifen an einer Bordsteinkante stehen und der Fahrer trotzdem einlenken möchte, muss der Anschlag überwindbar sein.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Lenkvorrichtung mit dynamischem Anschlag für ein Steer-by-wire Lenksystem bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lenkvorrichtung, umfassend eine Lenkwelle, einen Force-Feedback Aktuator und ein mit der Lenkwelle gekoppeltes Hydrauliksystem.
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Die Erfindung ermöglicht eine variable, durch Fahrzeugzustände und äußere Krafteinwirkungen bewirkte Hemmung des Lenkrades, die dem Fahrer präzises Force-Feedback für die Fahrzeugsteuerung vermittelt. So kann z. B. der Kontakt eines Rades mit einer Bordsteinkante signalisiert werden. Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Simulation eines Anschlags, der überwindbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Lenkwelle mit dem Hydrauliksystem gekoppelt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Lenkwelle derart mit dem Hydrauliksystem gekoppelt, dass eine Drehung der Lenkwelle in eine Linearbewegung des Hydrauliksystems übersetzt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Hydrauliksystem dafür ausgebildet und eingerichtet, eine Drehung der Lenkwelle zu hemmen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Hydrauliksystem dafür ausgebildet und eingerichtet, elektrische Ausgabesignale eines Steer-by-wire Steuergeräts zu empfangen und abhängig von dem Ausgabesignal eine Hemmung der Lenkwelle zu bewirken.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das Hydrauliksystem einen Hydraulikzylinder, einen Ausgleichsbehälter und ein mit dem Hydraulikzylinder und dem Ausgleichsbehälter verbundenes Wegeventil.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Wegeventil derart ausgebildet und eingerichtet, dass in einer ersten Stellung des Wegeventils eine unidirektionale Fluidverbindung von dem Hydraulikzylinder zu dem Ausgleichsbehälter besteht, in einer zweiten Stellung des Wegeventils eine bidirektionale Fluidverbindung zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Ausgleichbehälter besteht und in einer dritten Stellung des Wegeventils eine unidirektionale Fluidverbindung von dem Ausgleichsbehälter zu dem Hydraulikzylinder besteht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Wegeventil als 3/2-Wegeventil ausgebildet und eingerichtet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das Wegeventil ein erstes und zweites Einwegventil, die in Bezug auf Fluidverbindungen des Wegeventils zu dem Hydraulikzylinder und dem Ausgleichsbehälter entgegengesetzte Durchlassrichtungen haben.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Wegeventil derart ausgebildet und eingerichtet, dass in einer ersten Stellung des Wegeventils das erste Einwegventil in Durchlassrichtung geöffnet und das zweite Einwegventil vollständig gesperrt ist, in einer zweiten Stellung des Wegeventils das erste und zweite Einwegventil jeweils in Durchlassrichtung geöffnet sind und in einer dritten Stellung des Wegeventils das zweite Einwegventil in Durchlassrichtung geöffnet und das erste Einwegventil vollständig gesperrt ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Wegeventil elektrisch stellbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das Wegeventil ein oder mehrere elektromagnetische Stellglieder.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das Wegeventil einen elektrischen Eingang für ein Ausgabesignal eines Steer-by-wire Steuergeräts.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Lenkwelle über eine Linearspindel mit dem Hydrauliksystem derart gekoppelt, dass eine Drehung der Lenkwelle in einen linearen Stellweg des Hydrauliksystems übersetzt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Lenkwelle kraftschlüssig mit einer Gewindespindel verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Lenkwelle mit einer Gewindespindel ausgerüstet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist der Hydraulikzylinder mit einer zu der Gewindespindel formschlüssig ausgebildeten Innengewindebuchse kraftschlüssig verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist der Hydraulikzylinder mit einer zu der Gewindespindel formschlüssig ausgebildeten Innengewindebuchse ausgerüstet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist der Hydraulikzylinder mit einer Gewindespindel kraftschlüssig verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist der Hydraulikzylinder mit einer Gewindespindel ausgerüstet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Lenkwelle mit einer zu der Gewindespindel formschlüssig ausgebildeten Innengewindebuchse kraftschlüssig verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist die Lenkwelle mit einer zu der Gewindespindel formschlüssig ausgebildeten Innengewindebuchse ausgerüstet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das Hydrauliksystem eine Linearführung für den Hydraulikzylinder.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das Hydrauliksystem eine als zylindrische Hülse ausgebildete Linearführung für den Hydraulikzylinder.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Hydrauliksystem mit einem Drucksensor ausgerüstet, der dafür ausgebildet und eingerichtet ist, den Druck in dem Hydraulikzylinder zu messen und ein elektrisches Messsignal für eine elektronische Schaltung oder ein Steer-by-wire Steuergerät auszugeben.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung umfasst das Hydrauliksystem eine den Hydraulikzylinder mit dem Ausgleichsbehälter verbindende Bypassleitung, wobei in der Bypassleitung ein Bypassventil angeordnet ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Bypassventil als Druckventil derart ausgebildet und eingerichtet, dass es sich bei Übersteigen eines vorgegebenen Grenzdrucks öffnet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Lenkvorrichtung ist das Bypassventil schaltbar und mit einem elektrischen Eingang für ein Ausgabesignal einer elektronischen Schaltung oder eines Steer-by-wire Steuergeräts ausgestattet.
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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 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 einem Hydrauliksystem.
- 2a-c Fließschemata des Hydrauliksystems.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer Lenkvorrichtung mit einer Lenkwelle 1, einem Force-Feedback-Aktuator 3 und einem Hydrauliksystem 10. Das Hydrauliksystem 10 umfasst einen Hydraulikzylinder 7, ein Wegeventil 8 und einen Ausgleichsbehälter 9. Das Wegeventil 8 ist über Leitungen mit dem Hydraulikzylinder 7 und dem Ausgleichsbehälter 9 verbunden. Der Hydraulikzylinder 7, das Wegeventil 8, der Ausgleichsbehälter 9 und die Leitungen sind mit einem Hydraulikfluid, vorzugsweise einem Hydrauliköl gefüllt und weitgehend gasfrei. Die Lenkwelle 1 ist über ein Verbindungselement 2 mit einer in 1 nicht gezeigten Lenkradwelle und einem Lenkrad kraftschlüssig verbunden. Der Force-Feedback Aktuator 3 ist dafür ausgebildet und eingerichtet, in die Lenkwelle 1 ein variables Drehmoment einzuprägen. Der Force-Feedback Aktuator 3 ist mit einem elektrischen Eingang für ein Ausgabesignal eines Steer-by-wire Steuergeräts ausgestattet. Die Lenkwelle 1 umfasst eine Gewindespindel 4, die mit einer formschlüssigen Innengewindehülse 5 in Eingriff steht. Die Innengewindehülse 5 ist auf einer Linearführung 6 geführt. Die Innengewindehülse 5 und die Linearführung 6 sind derart ausgebildet, dass die Innengewindehülse 5 nicht drehbar ist und eine Drehung der Lenkwelle 1 und der Gewindespindel 4 in eine Linearbewegung der Innengewindehülse 5 in Richtung einer Längsachse 11 übersetzt wird. Die Innengewindehülse 5 ist kraftschlüssig mit einem Kolben 7A des Hydraulikzylinders 7 verbunden. Der Kolben 7A ist fluiddicht in einer Zylinderkammer 7B des Hydraulikzylinders 7 geführt. Die Zylinderkammer 7B ist über eine Leitung mit dem Wegeventil 8 verbunden. Das Wegeventil 8 ist über eine weitere Leitung mit dem Ausgleichsbehälter 9 verbunden. Das Wegeventil 8 ist bevorzugt als 3/2-Wegeventil ausgebildet und umfasst zwei Einwegventile 8A und 8B. Das erste Einwegventil 8A ist derart eingerichtet, dass es eine Fluidströmung von dem Ausgleichsbehälter 9 in die Zylinderkammer 7B blockiert. Das zweite Einwegventil 8B ist derart eingerichtet, dass es eine Fluidströmung von der Zylinderkammer 7B in den Ausgleichsbehälter 9 blockiert.
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Die Funktionsweise und die Fluidverbindungen des Wegeventils 8 sind schematisch in den 2a, 2b, 2c dargestellt, wobei die Fließrichtungen des Hydraulikfluids durch Pfeile angezeigt sind. In 2a ist eine erste Stellung des Wegeventils 8 gezeigt, in der das erste Einwegventil 8A in Durchlassrichtung geöffnet und das zweite Einwegventil 8B vollständig gesperrt ist. Dementsprechend kann Hydraulikfluid von der Zylinderkammer 7B in den Ausgleichsbehälter 9 strömen, jedoch nicht umgekehrt. In 2b ist eine zweite Stellung des Wegeventils 8 dargestellt, in der das erste und zweite Einwegventil 8A und 8B jeweils in Durchlassrichtung geöffnet sind, so dass Hydraulikfluid von der Zylinderkammer 7B in den Ausgleichsbehälter 9 und von dem Ausgleichsbehälter 9 in die Zylinderkammer 7B strömen kann. 2c zeigt eine dritte Stellung des Wegeventils 8, in der das erste Einwegventil 8A vollständig gesperrt und das zweite Einwegventil 8B in Durchlassrichtung geöffnet ist, so dass Hydraulikfluid von dem Ausgleichsbehälter 9 in die Zylinderkammer 7B strömen kann, jedoch nicht umgekehrt.
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Eine Drehung der Lenkwelle 1 wird über die Gewindespindel 4 und die Innengewindehülse 5 in eine Linearbewegung des Kolbens 7A des Hydraulikzylinders 7 übersetzt. Je nach Drehsinn der Lenkwelle 1 wird der Hub bzw. die Verdrängung des Kolbens 7A in der Zylinderkammer 7B vergrößert oder vermindert. Nachfolgend wird eine Drehung der Lenkwelle 1, die Hydraulikfluid aus der Zylinderkammer 7B verdrängt als positive Drehung bezeichnet. Eine hierzu gegensinnige Drehung der Lenkwelle 1 wird dementsprechend als negative Drehung bezeichnet. In der dritten Stellung des Wegeventils 8 kann die Verdrängung des Kolbens 7A in der Zylinderkammer 7B nicht erhöht werden, so dass eine positive Drehung der Lenkwelle 1 gehemmt ist. In der ersten Stellung des Wegeventils 8 kann die Verdrängung des Kolbens 7A in der Zylinderkammer 7B nicht reduziert werden, so dass eine negative Drehung der Lenkwelle 1 gehemmt ist. In der zweiten Stellung des Wegeventils 8 ist die weder eine positive noch eine negative Drehung der Lenkwelle 1 gehemmt.
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Wie vorstehend erläutert ermöglicht die Erfindung die Simulation eines einseitigen Anschlags bzw. eine wahlweise Hemmung einer positiven oder negativen Drehung der Lenkwelle 1.
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In bestimmten Fahrsituationen ist es ggf. wünschenswert, dem Fahrer die Möglichkeit zu geben, die hydraulische Hemmung der Lenkwelle 1 zu überwinden. Dies ist beispielsweise zweckmäßig bei Parkvorgängen, wenn ein Reifen durch einen Bordstein blockiert ist. Daher ist die Lenkvorrichtung in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mit einer zusätzlichen, in den 1, 2a, 2b, 2c nicht gezeigten Bypassleitung ausgerüstet, die den Hydraulikzylinder mit dem Ausgleichsbehälter verbindet und in der ein Druckventil oder ein schaltbares Ventil angeordnet ist. Bei entsprechend großem Krafteinsatz des Fahrers übersteigt der Druck in der Bypassleitung einen vorgegebenen Grenzdruck, bei dem sich das Druckventil öffnet und die hydraulische Hemmung der Lenkwelle aufgehoben wird. Alternativ hierzu ist die Zylinderkammer des Hydraulikzylinders mit einem Drucksensor ausgerüstet, der mit einem Steer-by-wire Steuergerät verbunden ist. Wenn der von dem Drucksensor gemessene Wert einen vorgegebenen Grenzdruck überschreitet, öffnet das Steer-by-wire Steuergerät das schaltbares Ventil in der Bypassleitung, wodurch die hydraulische Hemmung aufgehoben wird.
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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
- Verbindungselement
- 3
- Force-Feedback Aktuator
- 4
- Gewindespindel
- 5
- Innengewindebuchse
- 6
- Linearführung
- 7
- Hydraulikzylinder
- 7A
- Kolben
- 7B
- Zylinderkammer
- 8
- Wegeventil
- 8A
- erstes Einwegventil
- 8B
- zweites Einwegventil
- 9
- Ausgleichsbehälter
- 10
- Hydrauliksystem
- 11
- 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]
- WO 201217886 A1 [0002]
- DE 102013014121 A1 [0003]
