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Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Unter einem Steer-by-Wire Lenksystem versteht man ein System in der Kraftfahrzeugtechnik, bei dem ein Lenkbefehl von einem Sensor, insbesondere einem Lenkrad, über ein Steuergerät ausschließlich elektrisch zu einem elektromechanischen Aktor, der den Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet wird. Es besteht bei einem solchen System keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern.
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DE 199 12 169 A1 offenbart ein Steer-by-Wire Lenksystem, welches aus einem elektronisch geregelten elektromotorischen Lenksteller, der am Lenkgetriebe der Vorderachse oder auch an beiden Vorderrädern angebracht ist, einem elektronischen Lenkregler und einer Feedback-Aktuatoreinheit besteht. Der Fahrerlenkwunsch wird am Lenkrad durch einen Geber abgegriffen. Die elektronisch geregelten elektromotorischen Lenksteller setzen den Fahrerwunsch sodann in eine translatorische Bewegung des Lenksystems an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs um.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches eine verbesserte Redundanz ermöglicht um somit bei einem Ausfall von Komponenten des Steer-by-Wire Lenksystems dennoch die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten.
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Die Erfindung wird mit einem Steer-by-Wire Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenksensor zur Erfassung eines Lenkwinkels eines Lenkrads, zumindest einer Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Erfassungssignals des Lenksensors ein Steuersignal zu erzeugen, zumindest einem Lenksteller, welcher durch die Steuereinheit ansteuerbar ist, und einer ersten mechanischen Zahnstangenlenkung, welche durch den zumindest einen Lenksteller auslenkbar ist, sowie eine zweite mechanische Zahnstangenlenkung, welche durch den zumindest einen Lenksteller auslenkbar ist.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch Vorsehen der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung, welche durch den zumindest einen Lenksteller auslenkbar ist, sowie durch Vorsehen der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung, welche durch den zumindest einen Lenksteller auslenkbar ist, eine Redundanz des Steer-by-Wire Lenksystems zu schaffen, die es ermöglicht, bei einem Ausfall mechanischer Komponenten einer der Zahnstangenlenkungen weiterhin eine Lenkbarkeit des Steer-by-Wire Lenksystems beizubehalten.
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Als Folge muss die Lenkung, ausgehend von einer Konfiguration von zwei separaten Lenkungen, von welchen jede einen Lenksteller und eine mechanische Zahnstangenlenkung aufweist, bei parallelem Betrieb beider Lenksteller nur noch einen Teil der Kräfte aufbringen, die von einer herkömmlichen Lenkung mit nur einem Lenksteller aufgebracht werden muss, was die Nutzung kleinerer Lenksteller bzw. Elektromotoren mit geringerer Leistung bzw. Getriebe mit kleinerer Übersetzung erlaubt. Auf der anderen Seite verteilen sich reduzierte Kräfte über die Räder auf beide Lenkungen, sodass die Spurstangen bezüglich zulässiger Kräfte einfacher bzw. gewichtssparender ausgelegt werden können.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste mechanische Zahnstangenlenkung und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung in Längsrichtung des Lenksystems hintereinander angeordnet sind. Somit kann der zumindest eine Lenksteller in vorteilhafter Weise zwischen oder über der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung angeordnet werden, um die entsprechenden Verbindungsmittel auslenken zu können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste mechanische Zahnstangenlenkung und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung asynchron betreibbar sind, wobei zur Radstellung des Kraftfahrzeugs eine Zahnstange der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung in Querrichtung des Lenksystems entgegengesetzt einer Zahnstange der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung bewegbar ist.
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Ausgehend von einer Konfiguration von zwei separaten Lenkungen, von welchen jede einen Lenksteller und eine mechanische Zahnstangenlenkung aufweist, kann bei parallelem Betrieb beider Lenksteller in vorteilhafter Weise eine Kraft zur Auslenkung der Räder des Kraftfahrzeugs auf sowohl die erste mechanische Zahnstangenlenkung als auch die zweite mechanische Zahnstangenlenkung verteilt werden. Somit müssen die erste mechanische Zahnstangenlenkung und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung im Gegensatz zu einer herkömmlichen mechanischen Zahnstangenlenkung nur jeweils etwa 50 % der zur Auslenkung der Räder erforderlichen Kraft aufbringen, wohingegen die herkömmliche mechanische Zahnstangenlenkung 100 % der Kraft zur Auslenkung der Räder des Kraftfahrzeugs aufbringt.
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Lediglich im Falle eines Ausfalls einer der beiden mechanischen Zahnstangenlenkungen wird die Kraft zur Radstellung durch eine der mechanischen Zahnstangenlenkungen auf die Räder des Kraftfahrzeugs übertragen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste mechanische Zahnstangenlenkung und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung in Längsrichtung des Lenksystems übereinander angeordnet sind. Diese Anordnung bietet den Vorteil einer Platzersparnis in Längsrichtung des Lenksystems des Kraftfahrzeugs.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste mechanische Zahnstangenlenkung und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung synchron betreibbar sind, wobei zur Radstellung des Kraftfahrzeugs eine Zahnstange der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und eine Zahnstange der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung in Querrichtung des Lenksystems in dieselbe Richtung bewegbar sind. Aufgrund der synchronen Bewegung der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung kann in vorteilhafter Weise der zumindest eine Lenksteller bzw. ein mit diesem verbundenes Getriebe konstruktiv einfach ausgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass jeweilige, benachbart zueinander angeordnete Spurstangen der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung durch Verbindungsmittel miteinander verbunden sind. Somit kann eine Verstellung des Lenksystems je nach Konfiguration in vorteilhafter Weise sowohl bei synchroner Bewegung der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung als auch bei asynchroner Bewegung der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung gewährleistet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Zahnstange der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung mit einem ersten Ritzel des zumindest einen Lenkstellers im Eingriff ist, und wobei die Zahnstange der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung mit einem zweiten Ritzel des zumindest einen Lenkstellers im Eingriff ist. Der zumindest eine Lenksteller ist somit in vorteilhafter Weise in der Lage, durch Vorsehen von zwei Ritzeln sowohl die erste mechanische Zahnstangenlenkung als auch die zweite mechanische Zahnstangenlenkung anzutreiben.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Lenksteller über ein Getriebe die Zahnstange der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und die Zahnstange der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung antreibt. Das Getriebe des zumindest einen Lenkstellers ist hierbei in vorteilhafter Weise derart angepasst, dass es je nach Aufbau des Lenksystems entweder eine synchrone Auslenkung der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung oder eine asynchrone Auslenkung der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erster Lenksteller über ein erstes Getriebe die Zahnstange der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und die Zahnstange der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung antreibt und ein zweiter Lenksteller über ein zweites Getriebe die Zahnstange der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung und die Zahnstange der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung antreibt. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine größtmögliche Redundanz vorgesehen, da insgesamt zwei unabhängig voneinander betreibbare mechanische Zahnstangenlenkungen, zwei Lenksteller und zwei Getriebe vorgesehen sind, wobei jeder der beiden Lenksteller an ein Getriebe angebunden ist, welches wiederum beide mechanischen Zahnstangenlenkungen antreiben kann.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht eines Steer-by-Wire Lenksystems für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Frontansicht des in 1 gezeigten Steer-by-Wire Lenksystems für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine Frontansicht des Steer-by-Wire Lenksystems für das Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 eine Draufsicht des in 3 gezeigten Steer-by-Wire Lenksystems für das Kraftfahrzeug gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine Draufsicht eines Steer-by-Wire Lenksystems für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Steer-by-Wire Lenksystem 1 weist eine erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 und eine zweite mechanische Zahnstangenlenkung 20 auf. Die erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung 20 sind in Längsrichtung R1 des Lenksystems 1 hintereinander angeordnet.
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Die Längsrichtung R1 des Lenksystems 1 entspricht einer Längsrichtung des Kraftfahrzeuges. Ebenso entspricht eine Querrichtung R2 des Lenksystems 1 einer Querrichtung des Kraftfahrzeuges.
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Die erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 ist durch einen Lenksteller 14 auslenkbar. Der Lenksteller 14 ist mit einer Zahnstange 22 der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung 18 und einer Zahnstange 24 der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung 20 über ein Getriebe 34 verbunden. Das Getriebe 34 weist überdies ein erstes Ritzel 30 und ein zweites Ritzel 32 auf, wobei die erste Zahnstange 22 der ersten Zahnstangenlenkung 18 mittels des ersten Ritzels 30 antreibbar ist und die Zahnstange 24 der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung 20 mittels des zweiten Ritzels 32 antreibbar ist.
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Die erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 ist ferner mit den Rädern 2, 3 einer jeweiligen Achse des Kraftfahrzeugs durch die Spurstangen 18a, 18b verbunden. Ebenso ist die zweite mechanische Zahnstangenlenkung 20 mittels jeweiliger Spurstangen 20a, 20b mit den Rädern 2, 3 des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Spurstangen 18a, 18b der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung 18 und die Spurstangen 20a, 20b der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung 20 sind durch jeweilige Verbindungsmittel 26, 28 miteinander verbunden, wobei jeweils benachbart zueinander angeordnete Spurstangen 18a, 20a und 18b, 20b miteinander durch die entsprechenden Verbindungsmittel 26, 28 miteinander verbunden sind.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Frontansicht des in 1 gezeigten Steer-by-Wire Lenksystems für das Kraftfahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Steer-by-Wire Lenksystem 1 für das Kraftfahrzeug weist einen Lenksensor 10 zur Erfassung eines Lenkwinkels eines Lenkrads 11 auf. Des Weiteren weist das Lenksystem eine Steuereinheit 12 auf, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Erfassungssignals S1 des Lenksensors 10 ein Steuersignal S2 zu erzeugen. Alternativ können beispielsweise zwei unabhängig voneinander betreibbare Steuereinheiten vorgesehen sein.
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Ferner weist das Lenksystem einen Lenksteller 14 auf, welcher mit der Steuereinheit 12 verbunden ist und durch die Steuereinheit 12 ansteuerbar ist. Alternativ können beispielsweise zwei Lenksteller vorgesehen sein, wobei jeweils ein Lenksteller pro Zahnstangenlenkung vorgesehen ist.
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3 zeigt eine Frontansicht des Steer-by-Wire Lenksystems für das Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung 20 sind in der vorliegenden Ausführungsform in Längsrichtung des Lenksystems 1 übereinander angeordnet.
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Die erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung 20 sind hierbei synchron betreibbar. Zur Radstellung des Kraftfahrzeugs sind hierbei eine Zahnstange 22 der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung 18 und eine Zahnstange 24 der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung 20 in Querrichtung R2 des Lenksystems 1 in dieselbe Richtung bewegbar.
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Die erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 weist ferner jeweilige Spurstangen 18a, 18b auf. Die zweite mechanische Zahnstangenlenkung 20 weist jeweilige Spurstangen 20a, 20b auf. Die Spurstangen 18a, 18b, 20a, 20b der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung 18 und der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung 20 sind jeweils durch Verbindungsmittel 26, 28 miteinander verbunden, sodass von den Rädern 2, 3 auf das Lenksystem 1 induzierte Kräfte gleichmäßig auf beide mechanischen Zahnstangenlenkungen 18, 20 verteilbar sind und umgekehrt ebenfalls die von den Zahnstangenlenkungen 18, 20 auf die Räder 2, 3 aufgebrachten Kräfte gleichmäßig aufbringbar sind.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 mittels des ersten Lenkstellers 14 und die zweite mechanische Zahnstangenlenkung 20 mittels des zweiten Lenkstellers 16 angetrieben.
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Der erste Lenksteller 14 ist über ein erstes Getriebe 36 mit der Zahnstange 22 der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung 18 verbunden und der zweite Lenksteller 16 ist über ein zweites Getriebe 38 mit der Zahnstange 24 der zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung 20 verbunden.
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Alternativ kann beispielsweise nur ein Lenksteller sowie ein Getriebe vorgesehen sein, durch welches sowohl die erste mechanische Zahnstangenlenkung 18 als auch die zweite mechanische Zahnstangenlenkung 20 antreibbar sind.
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4 zeigt eine Draufsicht des in 3 gezeigten Steer-by-Wire Lenksystems für das Kraftfahrzeug gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In der vorliegenden Darstellung ist die kompakte Anordenbarkeit der ersten mechanischen Zahnstangenlenkung 18 und der in 4 aufgrund der Draufsicht nicht dargestellten zweiten mechanischen Zahnstangenlenkung ersichtlich.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise können eine Form, Abmessung und/oder eine Beschaffenheit der Komponenten des Steer-by-Wire Lenksystems abgeändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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