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Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung eines Lenken-per-Draht(steer-by-wire) (SBW)-Systems.
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Ein SBW-System ist ein Lenksystem, das keine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und den Antriebsrädern eines Fahrzeuges hat. Ein Drehsignal des Lenkrades wird an eine elektronische Steuereinrichtung (ECU) eingegeben, und ein Lenkmotor, der mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges verbunden ist, wird basierend auf dem eingegebenen Drehsignal betrieben, wodurch das Fahrzeug gelenkt wird.
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Das SBW-System hat Vorteile dadurch, dass die Freiheit der Anordnung basierend auf der Struktur des Lenksystems erhöht wird, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird, und eine Störung, die umgekehrt von den Antriebsrädern des Fahrzeuges eingegeben wird, beseitigt wird, da das SBW-System im Gegensatz zu einem herkömmlichen Lenksystem keine Struktur für die mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Antriebsrädern hat.
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Jedoch hat das SBW-System einen Nachteil dadurch, dass die gewünschte Lenkinformation aufgrund des Fehlens der mechanischen Verbindungsstruktur nicht ausreichend an einen Fahrer rückgekoppelt werden kann.
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Zum Beispiel ist es bei dem herkömmlichen Lenksystem wegen der mechanischen Verbindungsstruktur, die zum Beispiel ein Universalgelenk umfasst, nicht notwendig, eine Lenkreaktionskraft zu erzeugen. In dem SBW-System ist es jedoch erwünscht, eine Lenkreaktionskraft oder eine Rückstellreaktionskraft mittels eines Motors zu erzeugen, da das SBW-System keine mechanische Verbindungsstruktur hat.
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Darüber hinaus ist bei dem herkömmlichen Lenksystem die Reibungskraft des Systems 3Nm, welche relativ hoch ist. Im Gegensatz dazu ist das SBW-System ein System mit geringer Reibung, bei welchem die Reibungskraft des Systems 0,5Nm oder geringer ist. Wenn ein Fahrer das Lenkrad freigibt, kann daher aufgrund des Reaktionsdrehmoments eines Reaktionsmotors eine Vibration erzeugt werden.
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Außerdem kann, wenn die Reibungskraft des Systems gering ist, das Lenkrad mit sehr wenig Kraft in die Position betätigt werden, in welcher das Lenkrad neutral (in der Mitte) ist. Aus diesem Grunde ist ein vorbestimmtes Niveau der Reibungskraft für die Systemstabilisierung erwünscht.
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Indessen wird bei dem herkömmlichen Lenksystem, wenn einer der Reifen mit einem Bordstein kollidiert, wodurch der Reifen seine Drehgrenze erreicht und daher gar nicht weiter gedreht wird, das Lenkrad nicht gedreht. Bei dem SBW-System kann jedoch das Lenkrad weiter gedreht werden, selbst wenn einer der Reifen mit einem Bordstein kollidiert, da das SBW-System keine mechanische Verbindungsstruktur hat.
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Es wurde herausgefunden, dass das SBW-System durch eine Technologie, die geeignet ist, den Drehwinkel des Lenkrades regelmäßig zu begrenzen, verbessert werden kann.
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Mit der Erfindung wird eine Lenkvorrichtung eines SBW-Systems geschaffen, bei welcher eine Struktur zur Änderung der Reibungskraft des Systems und eine Struktur zur Begrenzung des Drehbereiches eines Lenkrades miteinander kombiniert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Lenkvorrichtung eines SBW(steer-by-wire / Lenken-per-Draht)-Systems vorgesehen, aufweisend eine Welle, die mit einem Lenkrad drehbar im Eingriff steht, ein Reibelement, das derart konfiguriert ist, dass es die Welle umschließt und die Welle kontaktiert, ein Reibungskraftbereitstellungsmittel zum Verengen und Aufweiten des Reibelements in der Radialrichtung der Welle, um die Reibungskraft des Reibelements, das die Welle kontaktiert, zu ändern, und ein Lenkbegrenzungsmittel zum Regeln (bzw. Regulieren) der Drehung der Welle mittels eines Anschlages, der an dem Reibelement vorgesehen ist, während der Drehung der Welle, um das Lenken des Lenkrades zu begrenzen.
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Das Reibungskraftbereitstellungsmittel kann ein Spannmittel aufweisen, das mit entgegengesetzten Enden des Reibelements verbunden ist, wobei ein Ende des Spannmittels in dem Zustand bewegt wird, in welchem das andere Ende des Spannmittels fixiert ist, um das Reibelement zu verengen und aufzuweiten, und einen Reibungsaktuator zum Bereitstellen einer Kraft, die erwünscht ist, um das eine Ende des Spannmittels zu bewegen.
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Das Spannmittel kann einen Kugelgewindemechanismus (bzw. einen Kugelgewindespindelmechanismus) aufweisen, der mit den entgegengesetzten Enden des Reibelements verbunden ist, und der Kugelgewindemechanismus weist eine Schraube (z.B. eine Gewindespindel), die derart konfiguriert ist, dass sie sich dreht, und eine Mutter (z.B. eine Gewindemutter) auf, die derart konfiguriert ist, dass sie sich in Reaktion auf die Drehung der Schraube linear bewegt. Eine Stütze des Kugelgewindemechanismus kann mit einem Ende des Reibelements verbunden sein, und die Mutter des Kugelgewindemechanismus kann mit dem anderen Ende des Reibelements verbunden sein, wodurch sich die Mutter in Reaktion auf die Drehung der Schraube linear bewegt, um die Reibungskraft des Reibelements, das die Welle kontaktiert, zu ändern.
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Der Reibungsaktuator kann ein erstes Solenoid aufweisen, das einen bewegbaren Eisenkern aufweist, welcher derart konfiguriert ist, dass er sich linear bewegt, wenn einer Spule des ersten Solenoids Strom zugeführt wird. Eine Zahnstange kann an dem Ende des bewegbaren Eisenkerns vorgesehen sein, und ein Ritzel (z.B. ein Antriebszahnrad) kann an dem Ende der Schraube ausgebildet sein, wobei die Zahnstange und das Ritzel derart miteinander im Eingriff stehen, dass sich die Schraube in Reaktion auf die Linearbewegung des bewegbaren Eisenkerns dreht.
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Das erste Solenoid kann einen feststehenden Eisenkern, der in der Mitte der Spule vorgesehen ist, und eine Rückstellfeder aufweisen, die zwischen dem feststehenden Eisenkern und dem bewegbaren Eisenkern vorgesehen ist, um eine federnde (z.B. elastische) Rückstellkraft auf den bewegbaren Eisenkern auszuüben, der in Richtung zu dem feststehenden Eisenkern bewegt wurde. Insbesondere bewegt sich der bewegbare Eisenkern linear in der Mitte des feststehenden Eisenkerns.
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Die Lenkvorrichtung kann ferner eine Steuereinrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie basierend auf einer Lenkwinkelinformation des Lenkrades und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die darin eingegeben sind, ermittelt (bzw. bestimmt), ob der Spule des ersten Solenoids Strom zuzuführen ist.
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Die Steuereinrichtung ist derart konfiguriert, dass sie dem ersten Solenoid Strom zuführt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich wie oder größer als eine erste Referenzfahrzeuggeschwindigkeit ist, und dem ersten Solenoid den Strom zuführt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine zweite Referenzfahrzeuggeschwindigkeit ist, welche kleiner als die erste Referenzfahrzeuggeschwindigkeit ist.
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Das Lenkbegrenzungsmittel kann ein Drehelement, das eine Mitte hat, die mit einem Ende der Welle axial derart gekuppelt ist, dass das Drehelement mit der Welle drehbar ist, wobei das Drehelement derart angeordnet ist, dass es dem Reibelement gegenüberliegt, einen ersten Anschlag, der von einer vorbestimmten radialen Position des Drehelements aus derart vorsteht, dass er um die Welle angeordnet ist, und einen zweiten Anschlag aufweisen, der von dem Reibelement aus in Richtung zu dem Drehelement vorsteht, wobei der zweite Anschlag in dem Bewegungspfad des ersten Anschlages angeordnet ist, um die Bewegung des ersten Anschlages zu begrenzen.
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Ein Antriebselement kann mit einer Säule gekuppelt sein, mit welcher das Lenkrad gekuppelt ist, und das Antriebselement und das Drehelement können im Zahneingriff miteinander stehen, um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis zu realisieren.
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Der Bewegungspfad des ersten Anschlages kann entlang dem Reibelement definiert sein, der zweite Anschlag kann in Richtung zu dem ersten Anschlag in dem Bewegungspfad des ersten Anschlages bewegbar sein, und die Lenkvorrichtung kann ferner einen Notstoppaktuator zum Bereitstellen einer Kraft aufweisen, die erwünscht ist, um den zweiten Anschlag zu bewegen.
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Der Notstoppaktuator kann ein zweites Solenoid aufweisen, das einen bewegbaren Eisenkern aufweist, welcher derart konfiguriert ist, dass er sich linear bewegt, wenn einer Spule des zweiten Solenoids Strom zugeführt wird. Ein feststehendes Verbindungsstück kann mit dem Ende des bewegbaren Eisenkerns des zweiten Solenoids verbunden sein, ein Ende eines drehbaren Verbindungsstücks kann über eine Gelenkstruktur mit dem Ende des feststehenden Verbindungsstücks verbunden sein, und das andere Ende des drehbaren Verbindungsstücks kann über eine Gelenkstruktur mit dem zweiten Anschlag derart verbunden sein, dass der zweite Anschlag in Reaktion auf die Linearbewegung des bewegbaren Eisenkerns des zweiten Solenoids bewegbar ist.
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Das zweite Solenoid kann einen feststehenden Eisenkern, der in der Mitte der Spule des zweiten Solenoids vorgesehen ist, und eine Rückstellfeder aufweisen, die zwischen dem feststehenden Eisenkern und dem bewegbaren Eisenkern vorgesehen ist, um eine federnde (z.B. elastische) Rückstellkraft auf den bewegbaren Eisenkern auszuüben, der in Richtung zu dem feststehenden Eisenkern bewegt wurde. Insbesondere bewegt sich der bewegbare Eisenkern linear in der Mitte des feststehenden Eisenkerns.
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Der Reibungsaktuator kann ein erstes Solenoid aufweisen, das einen bewegbaren Eisenkern aufweist, welcher derart konfiguriert ist, dass er sich linear bewegt, wenn einer Spule des ersten Solenoids Strom zugeführt wird, und die Lenkvorrichtung kann ferner einen bewegbaren Sensor, der in der Mitte des bewegbaren Eisenkerns des ersten Solenoids vorgesehen ist, einen feststehenden Sensor, der an der Innenseite der Spule des ersten Solenoids vorgesehen ist, und eine Steuereinrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie der Spule des zweiten Solenoids Strom zuführt, wenn die Differenz zwischen dem Lenkwinkel des Lenkrades und dem Lenkwinkel von Reifen gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, und wenn der feststehende Sensor infolge der Bewegung des bewegbaren Eisenkerns des ersten Solenoids den bewegbaren Sensor abtastet (bzw. erfasst).
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Ansicht der Struktur einer Lenkvorrichtung eines SBW-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Ansicht einer reibungsvariablen Struktur basierend auf einem Kugelgewindemechanismus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine Ansicht, die einen reibungsvariablen Betrieb mittels eines ersten Solenoids gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 4A und 4B Ansichten, die einen Lenkwinkelbegrenzungsbetrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellen;
- 5 eine Ansicht, die einen dringenden Lenkwinkelbegrenzungsbetrieb mittels des ersten Solenoids und eines zweiten Solenoids gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 6A und 6B Ansichten, welche die Bewegung eines zweiten Anschlages für den dringenden Lenkwinkelbegrenzungsbetrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellen; und
- 7A und 7B Ansichten, die den Betriebszustand eines ersten Anschlages und des zweiten Anschlages entsprechend dem dringenden Lenkwinkelbegrenzungsbetrieb in 6 darstellen.
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, Anmeldung oder Verwendungen zu begrenzen. Es versteht sich, dass durch die Zeichnungen hinweg korrespondierende Bezugszeichen gleiche oder korrespondierende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Eine Lenkvorrichtung eines SBW-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Welle 40, ein Reibelement 50 und ein Reibungskraftbereitstellungsmittel auf.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die 1 und 2 ausführlich beschrieben. Zuerst steht die Welle 40 mit einem Lenkrad 10 drehbar im Eingriff. Die Welle 40 kann mit einer Säule 11 drehbar im Eingriff stehen, welche in Reaktion auf die Drehung des Lenkrades 10 gedreht wird. Hier ist das Lenkrad 10 mit einem Ende der Säule 11 gekuppelt, und ein Reaktionsmotor M ist an dem anderen Ende der Säule 11 montiert, wodurch dem Lenkrad 10 eine Lenkreaktionskraft zugeführt wird.
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Das Reibelement 50 ist derart konfiguriert, dass es eine Form hat, welche die Welle 40 umschließt und die Welle 40 kontaktiert.
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Das Reibungskraftbereitstellungsmittel verengt und erweitert das Reibelement 50 in der Radialrichtung der Welle 40, um die Reibungskraft des Reibelements 50, das die Welle 40 kontaktiert, zu ändern.
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Ein Lenkbegrenzungsmittel regelt die Drehung der Welle 40 mittels eines Anschlages, der an dem Reibelement 50 vorgesehen ist, während der Drehung der Welle 40, um das Lenken des Lenkrades 10 zu begrenzen.
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Das heißt, gemäß der obigen Struktur wird die Reibungskraft, die auf die Welle 40 ausgeübt wird, welche mit dem Lenkrad 10 drehbar im Eingriff steht, in dem Zustand, in welchem die Welle 40 das Reibelement 50 kontaktiert, durch das Reibungskraftbereitstellungsmittel erhöht oder verringert. Unter bestimmten Fahrzeugantriebsbedingungen kann daher das Lenkgefühl des Lenkrades 10 derart eingestellt werden, dass es leicht oder schwer ist. Außerdem wird während der Drehung des Lenkrades 10 die Drehung der Welle 40 durch das Lenkbegrenzungsmittel geregelt. Unter bestimmten Fahrzeugantriebsbedingungen wird daher die Drehung des Lenkrades 10 geregelt.
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Gemäß der Erfindung können eine Struktur zum Bereitstellen einer variablen Reibungskraft für das Lenkrad 10 und eine Struktur zur Begrenzung des Drehbereichs des Lenkrades 10 miteinander kombiniert werden.
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Indessen weist das Reibungskraftbereitstellungsmittel ein Spannmittel und einen Reibungsaktuator auf.
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Mit Bezug auf 2 ist das Spannmittel mit entgegengesetzten Enden des Reibelements 50 verbunden. Ein Ende des Spannmittels wird in dem Zustand bewegt, in welchem das andere Ende des Spannmittels fixiert ist, um das Reibelement 50 zu verengen oder zu erweitern.
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Speziell weist das Spannmittel einen Kugelgewindemechanismus 60 auf, welcher mit entgegengesetzten Enden des Reibelements 50 verbunden ist und derart konfiguriert ist, dass sich eine Mutter 62 in Reaktion auf die Drehung einer Schraube 61 linear bewegt. Zur Bezugnahme hat der Kugelgewindemechanismus 60 eine Struktur, die derart robust gegen eine Axialkraft ist, dass die Linearbewegung der Mutter 62 stabil durchgeführt wird, wenn die Welle 40 gedreht wird.
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Zum Beispiel kann eine Stütze 63 des Kugelgewindemechanismus 60 mit einem Ende des Reibelements 50 verbunden sein, und die Mutter 62 des Kugelgewindemechanismus 60 kann mit dem anderen Ende des Reibelements 50 derart verbunden sein, dass sich die Mutter 62 linear bewegt, wenn die Welle 40 gedreht wird, um die Reibungskraft des Reibelements 50, das die Welle 40 kontaktiert, zu ändern.
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Mit anderen Worten kann sich die Schraube 61 durch die Stütze 63 hindurch erstrecken, und die Stütze 63 und die Schraube 61 können durch eine Lagerstruktur, die dazwischen angeordnet ist, abgestützt sein. Folglich wird die Stütze 63 nicht gedreht, selbst wenn die Schraube 61 gedreht wird, und daher kann das Reibelement 50 mit der Stütze 63 verbunden sein.
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Als nächstes dient mit Bezug auf die 2 und 3 der Reibungsaktuator dazu, eine Kraft bereitzustellen, die erwünscht ist, um das eine Ende des Spannmittels zu bewegen. Der Reibungsaktuator weist ein erstes Solenoid 70 auf, das derart konfiguriert ist, dass sich ein bewegbarer Eisenkern 74 linear bewegt, wenn einer Spule 71 Strom zugeführt wird.
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Zum Beispiel kann eine Zahnstange 75 an dem Ende des bewegbaren Eisenkerns 74 vorgesehen sein, und ein Ritzel 64 kann an dem Ende der Schraube 61 ausgebildet sein. Die Zahnstange 75 und das Ritzel 64 können derart miteinander im Eingriff stehen, dass sich die Schraube 61 in Reaktion auf die Linearbewegung des bewegbaren Eisenkerns 74 dreht.
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Das erste Solenoid 70 weist einen feststehenden Eisenkern 72, den bewegbaren Eisenkern 74 und eine Rückstellfeder 73 auf. Der feststehende Eisenkern 72 erstreckt sich durch die Mitte der Spule 71 hindurch. Eine Federöffnung 72a ist in der Mitte des feststehenden Eisenkerns 72 derart ausgebildet, dass sich der bewegbare Eisenkern 74 linear in die Federöffnung 72a hinein bewegen kann.
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Die Rückstellfeder 73 ist zwischen dem inneren Ende der Federöffnung 72a, die in dem feststehenden Eisenkern 72 ausgebildet ist, und dem bewegbaren Eisenkern 74 vorgesehen, um eine federnde Rückstellkraft auf den bewegbaren Eisenkern 74 auszuüben, welcher in den feststehenden Eisenkern 72 hinein bewegt wurde.
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Außerdem kann, wie in 3 gezeigt, die Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung ferner eine Steuereinrichtung C zum Steuern, ob der Spule 71 des ersten Solenoids 70 ein Strom zuzuführen ist, basierend auf einer Lenkwinkelinformation (z.B. einem Lenkwinkel und einer Lenkwinkelgeschwindigkeit) des Lenkrades 10 und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die darin eingegeben werden, aufweisen.
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Speziell kann die Steuereinrichtung C eine Steuerung derart durchführen, dass dem ersten Solenoid 70 ein Strom zugeführt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich wie oder größer als eine erste Referenzfahrzeuggeschwindigkeit ist.
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Außerdem kann die Steuereinrichtung C eine Steuerung derart durchführen, dass dem ersten Solenoid 70 ein Strom zugeführt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine zweite Referenzfahrzeuggeschwindigkeit ist, welche kleiner als die erste Referenzfahrzeuggeschwindigkeit ist.
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Das heißt, unter normalen Fahrbedingungen ist ein zusätzliches Reibelement des Kugelgewindemechanismus 60 nicht erforderlich, wodurch eine relativ geringe Reibungskraft von etwa 0,5 bis 0,7Nm erzeugt wird. In diesem Zustand ist die Außenumfangsfläche der Welle 40 einfach im engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Reibelements 50.
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Wenn mehr als ein vorbestimmtes Niveau der Reibungskraft für das Lenkrad 10 entsprechend den Fahrzeugantriebsbedingungen erwünscht ist, wird dem ersten Solenoid 70 ein Strom zugeführt. Infolgedessen bewegt sich der bewegbare Eisenkern 74 des ersten Solenoids 70, und der Hub der Mutter 62 wird in Reaktion auf den Hub des bewegbaren Eisenkerns 74 geändert, wodurch die Kraft des Reibelements, welche die Welle 40 festhält, erhöht wird. Folglich wird eine Reibungskraft auf das Lenkrad 10 ausgeübt.
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Indessen kann das Lenkbegrenzungsmittel gemäß der Erfindung ein Drehelement 30, einen ersten Anschlag 31 und einen zweiten Anschlag 51 aufweisen.
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Speziell ist mit Bezug auf die 1, 4A und 4B ein Ende der Welle 40 axial mit der Mitte des Drehelements 30 derart gekuppelt, dass das Drehelement 30 mit der Welle 40 drehbar ist. Das Drehelement 30 ist dem Reibelement 50 zugewandt.
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Der erste Anschlag 31 steht von einer vorbestimmten radialen Position des Drehelements 30 derart vor, dass er um die Welle 40 angeordnet ist, und der zweite Anschlag 51 steht von dem Reibelement 50 in Richtung zu dem Drehelement 30 vor.
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Der zweite Anschlag 51 ist in dem Bewegungspfad des ersten Anschlages 31 angeordnet, um die Bewegung des ersten Anschlages 31 zu begrenzen. Zwei zweite Anschläge 51 können vorgesehen sein, um den Lenkwinkel des Lenkrades 10 in einem vollständig nach links gedrehten Lenkzustand und einem vollständig nach rechts gedrehten Lenkzustand einzeln zu begrenzen.
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Außerdem ist, wie in 1 gezeigt, ein Antriebselement 20 mit der Mitte der Säule 11 gekuppelt, mit welcher das Lenkrad 10 gekuppelt ist, und das Antriebselement 20 und das Drehelement 30 können im Zahneingriff miteinander stehen, um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis zu realisieren.
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Das heißt, in dem Falle, in welchem das Lenkrad 10 von seiner neutralen Position in eine bestimmte Richtung vollständig gedreht wird, muss das Lenkrad 10 wenigstens 360 Grad gedreht werden. Wenn der erste Anschlag 31 an dem Drehelement 30 ausgebildet ist, kontaktiert der erste Anschlag 31 den zweiten Anschlag 51, bevor das Lenkrad 10 vollständig gedreht ist, da das Antriebselement 20 gedreht wird, indem es denselben Drehweg (bzw. Drehverlagerung oder Drehverstellung) wie die Säule 11 hat. Infolgedessen wird die Drehung des Lenkrades 10 begrenzt.
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Gemäß der Erfindung stehen das Antriebselement 20 und das Drehelement 30 im Zahneingriff miteinander, so dass sie ein geeignetes Untersetzungsverhältnis derart bilden, dass der Drehwinkel des Lenkrades 10 von seiner neutralen Position in seine vollständig gedrehte Position dem Drehweg zwischen dem ersten Anschlag 31 und dem zweiten Anschlag 51 entspricht. Wenn das Lenkrad 10 von seiner neutralen Position vollständig gedreht wird, kontaktiert daher der erste Anschlag 31 den zweiten Anschlag 51, wodurch die Drehung des Lenkrades 10 begrenzt wird.
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Außerdem kann, wie in den 6A und 6B gezeigt ist, der Bewegungspfad des ersten Anschlages 31 entlang dem Reibelement 50 definiert werden, und der zweite Anschlag 51 kann in Richtung zu dem ersten Anschlag 31 in dem Bewegungspfad des ersten Anschlages 31 bewegbar sein.
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Ein Notstoppaktuator kann einbezogen sein, um die Kraft bereitzustellen, die erwünscht ist, um den zweiten Anschlag 51 zu bewegen.
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Wie in 5 gezeigt, weist der Notstoppaktuator ein zweites Solenoid 80 auf, das derart konfiguriert ist, dass sich ein bewegbarer Eisenkern 84 linear bewegt, wenn einer Spule 81 ein Strom zugeführt wird.
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Zum Beispiel kann ein feststehendes Verbindungsstück 85 an dem Ende des bewegbaren Eisenkerns 84 vorgesehen sein. Ein Ende eines drehbaren Verbindungsstücks 86 kann über eine Gelenkstruktur 87 mit dem Ende des feststehenden Verbindungsstücks 85 verbunden sein, und das andere Ende des drehbaren Verbindungsstücks 86 kann über eine Gelenkstruktur 87 mit dem zweiten Anschlag 51 derart verbunden sein, dass der zweite Anschlag 51 in Reaktion auf die Linearbewegung des bewegbaren Eisenkerns 84 bewegbar ist.
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Das zweite Solenoid 80 weist einen feststehenden Eisenkern 82, den bewegbaren Eisenkern 84 und eine Rückstellfeder 83 auf. Der feststehende Eisenkern 82 erstreckt sich durch die Mitte der Spule 81 hindurch. Eine Federöffnung 82a ist in der Mitte des feststehenden Eisenkerns 82 derart ausgebildet, dass sich bewegbare Eisenkern 84 linear in die Federöffnung 82a hinein bewegen kann.
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Die Rückstellfeder 83 ist zwischen dem inneren Ende der Federöffnung 82a, die in dem feststehenden Eisenkern 82 ausgebildet ist, und dem bewegbaren Eisenkern 84 vorgesehen, um eine federnde Rückstellkraft auf den bewegbaren Eisenkern 84 auszuüben, welcher in den feststehenden Eisenkern 82 hinein bewegt wurde.
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Außerdem ist das zweite Solenoid 80 in Reaktion auf einen bestimmten Betrieb des ersten Solenoids 70 betreibbar. Zu diesem Zweck ist ein bewegbarer Sensor 77 in der Mitte des bewegbaren Eisenkerns 74 des ersten Solenoids 70 vorgesehen, und ein feststehender Sensor 76 ist an der Innenseite der Spule 71 des ersten Solenoids 70 vorgesehen. Der feststehende Sensor 76 kann an der Innenwand der Federöffnung 82a, die in der Mitte des feststehenden Eisenkerns 72 ausgebildet ist, fixiert sein.
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In dem Falle, in welchem die Differenz zwischen dem Lenkwinkel des Lenkrades 10 und dem Lenkwinkel der Reifen gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist und der feststehende Sensor 76 infolge der Bewegung des bewegbaren Eisenkerns 74 den bewegbaren Sensor 77 abtastet, kann die Steuereinrichtung C eine Steuerung derart durchführen, dass der Spule 81 des zweiten Solenoids 80 ein Strom zugeführt wird.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 3 der Reibungskraftbereitstellungsbetrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wenn die Steuereinrichtung C basierend auf einer Lenkwinkelinformation und einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die darin eingegeben werden, ermittelt, dass es erwünscht ist, eine Reibungskraft auf das Lenkrad 10 auszuüben, führt die Steuereinrichtung C eine Steuerung derart durch, dass dem ersten Solenoid 70 ein Strom zugeführt wird.
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Wenn der Spule 71 des ersten Solenoids 70 ein Strom zugeführt wird, bewegt sich der bewegbare Eisenkern 74 des ersten Solenoids 70 linear in die Spule 71 hinein, wodurch die Zahnstange 75, die an dem bewegbaren Eisenkern 74 ausgebildet ist, das Ritzel 64 dreht, das an der Schraube 61 des Kugelgewindemechanismus 60 ausgebildet ist, und daher wird die Schraube 61 gedreht.
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Infolgedessen bewegt sich die Mutter 62, welche mit der Schraube 61 gekuppelt ist, entlang der Schraube 61 um einen vorbestimmten Hub. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich die Mutter 62 in Richtung zu der Stütze 63, wodurch das Reibelement 50 verengt wird. Folglich wird die Innenfläche des Reibelements 50 gegen die Außenumfangsfläche der Welle 40 gedrückt, wodurch die Reibungskraft erhöht wird. Die erhöhte Reibungskraft kann auf das Lenkrad 10 ausgeübt werden.
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Danach wird unter Betriebsbedingungen, bei welchen es nicht notwendig ist, eine Reibungskraft auf das Lenkrad 10 auszuüben, die Zufuhr von Strom zu dem ersten Solenoid 70 unterbrochen. Infolgedessen bewegt sich der bewegbare Eisenkern 74 aufgrund der federnden Rückstellkraft der Rückstellfeder 73 in dem ersten Solenoid 70 von der Spule 71 weg, wodurch das Reibelement 50 ausgeweitet wird. Folglich wird die Reibungskraft reduziert, und daher gibt es eine geringe Reibung zwischen der Innenfläche des Reibelements 50 und der Außenumfangsfläche der Welle 40.
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Nachfolgend wird der Lenkwinkelbegrenzungsbetrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wenn das Lenkrad 10 in einer Richtung gedreht wird, wird die Säule 11, welche mit dem Lenkrad 10 gekuppelt ist, gedreht, und das Drehelement 30, welches mit dem Antriebselement 20 im Eingriff steht, wird zusammen mit dem Antriebselement 20, welches mit der Säule 11 gekuppelt ist, gedreht.
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Infolgedessen kann sich, wie in den 4A und 4B gezeigt, der erste Anschlag 31, der mit dem Drehelement 30 gekuppelt ist, bewegen. Da der zweite Anschlag 51 in dem Bewegungspfad des ersten Anschlages 31 angeordnet ist, wird der erste Anschlag 31 von dem zweiten Anschlag 51 in der Position, in welcher das Lenkrad 10 vollständig gedreht ist, aufgefangen, wodurch die Drehung des Lenkrades 10 mechanisch begrenzt wird.
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Indessen kann sich in dem Falle, in welchem einer von den Reifen mit einem Bordstein kollidiert, der Reifen nicht drehen, selbst wenn das Lenkrad 10 gedreht wird. In diesem Falle ist es erwünscht, die Drehung des Lenkrades 10 dringend zu begrenzen.
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Gemäß der Erfindung führt, wie in 5 gezeigt, in dem Falle, in welchem die Differenz zwischen dem Lenkwinkel des Lenkrades 10 und dem Lenkwinkel der Reifen während der Drehung des Lenkrades 10 gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist und der feststehende Sensor 76 infolge der Bewegung des bewegbaren Eisenkerns 74 des ersten Solenoids 70 den beweglichen Sensor 77 abtastet, die Steuereinrichtung C eine Steuerung derart durch, dass der Spule 81 des zweiten Solenoids 80 ein Strom zugeführt wird.
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Wenn der Spule 81 des zweiten Solenoids 80 ein Strom zugeführt wird, bewegt sich der bewegbare Eisenkern 84 des zweiten Solenoids 80 linear in die Spule 81 hinein, wodurch sich das drehbare Verbindungsstück 86 und der zweite Anschlag 51 zusammen mit dem feststehenden Verbindungsstück 85, welches mit dem bewegbaren Eisenkern 84 gekuppelt ist, bewegen.
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Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich, wie in den 6A und 6B gezeigt, das bewegbare Verbindungsstück 86, indem es sich um die Gelenkstruktur 87 dreht, da das drehbare Verbindungsstück 86 über die Gelenkstruktur 87 mit dem feststehenden Verbindungsstück 85 und dem zweiten Anschlag 51 dazwischen gekuppelt ist. Infolgedessen bewegt sich der zweite Anschlag 51 in Richtung zu dem ersten Anschlag 31, indem er entlang dem Reibelement 50 gleitet.
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Folglich wird die Entfernung zwischen dem ersten Anschlag 31 und dem zweiten Anschlag 51 erheblich reduziert, wodurch der erste Anschlag 31 von dem zweiten Anschlag 51 aufgefangen wird und dessen Bewegung beendet wurde, wie in den 7A und 7B gezeigt ist. Folglich wird die Drehung des Lenkrades 10 dringend begrenzt.
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Nachfolgend wird der Steuerungsbetrieb für jeden Fahrmodus mittels der Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben. Zuerst wird in dem Falle, in welchem ein Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, d.h. in dem Zustand, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich wie oder größer als ein vorbestimmtes Niveau ist, dem ersten Solenoid 70 ein Strom zugeführt, um die Reibungskraft des Systems zu erhöhen.
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Das heißt, unter Hochgeschwindigkeitsfahrbedingungen ist es wichtig, das Lenkrad 10 in dem Zustand, in welchem der Lenkwinkel neutral ist, schwer zu steuern. Folglich wird die mechanische Reibungskraft derart erhöht, dass das Lenkgefühl für einen Fahrer in dem Zustand, in welchem der Lenkwinkel neutral ist, schwer ist.
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Selbst in dem Falle, in welchem das Fahrzeug mit einer niedrigen Geschwindigkeit fährt, d.h. in dem Zustand, in welchem die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als das vorbestimmte Niveau ist, wird dem ersten Solenoid 70 Strom zugeführt, um die Reibungskraft des Systems zu erhöhen.
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Zum Beispiel kehrt unter der Annahme, dass das Lenkrad 10 in dem Zustand, in welchem ein mit einem herkömmlichen Lenksystem ausgestattetes Fahrzeug gestoppt ist, 360 Grad gedreht wird, das Lenkrad 10 infolge der Selbstausrichtung etwa 20 Grad zurück, wenn der Fahrer das Lenkrad 10 freigibt.
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Bei dem SBW-System kann jedoch, wenn der Fahrer das Lenkrad 10 freigibt, das Lenkrad 10 infolge des Reaktionsdrehmoments des Reaktionsmotors M in die Position zurückführen, in welcher der Lenkwinkel neutral ist, da die auf das Lenkrad 10 ausgeübte Reibungskraft gering ist.
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Gemäß der Erfindung wird dem ersten Solenoid 70 ein Strom zugeführt, um eine Reibungskraft zu schaffen, die der Reibungskraft der Reifen entspricht, wodurch unterdrückt oder verhindert wird, dass das Lenkrad 10 in die Position zurückkehrt, in welcher der Lenkwinkel neutral ist. Folglich wird ein Lenkverhalten wie das eines mit einem herkömmlichen Lenksystem ausgestatteten Fahrzeuges erzielt.
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, hat die Erfindung den Effekt des Bereitstellens einer Reibungskraft, die für ein Lenkrad für jede Fahrbedingung erwünscht ist, durch eine Struktur zur Änderung der Reibungskraft und zum Zuführen der geänderten Reibungskraft zu dem Lenkrad, wodurch das Lenkgefühl verbessert wird und das Verhalten wie das eines herkömmlichen Lenksystems nachgebildet wird.
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Außerdem hat die Erfindung den Effekt des dringenden Begrenzens der Drehung des Lenkrades unter bestimmten Antriebsbedingungen, zum Beispiel in dem Zustand, in welchem einer der Reifen mit einem Bordstein kollidiert, durch eine Struktur zum variablen Begrenzen des Drehbereichs des Lenkrades, und des Ermöglichens der umgekehrten Drehung des Lenkrades, um das Auftreten einer Umkehrblockierung des Lenkrades in dem Falle, in welchem die Drehung des Lenkrades begrenzt ist, zu unterdrücken oder zu verhindern, wodurch eine gefährliche Situation vermieden wird, in welcher das Lenken unmöglich ist.
