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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Handkraftaktuatorsystem für ein Steer-by-Wire System eines Fahrzeugs und ein Steer-by-Wire System für ein Fahrzeug mit einem solchen Handkraftaktuatorsystem.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf ein elektromechanisches Lenksystem, ein sogenanntes Steer-by-Wire Lenksystem für Kraftfahrzeuge, bei denen keine direkte mechanische Kopplung zwischen einem Lenkrad und gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs besteht. Stattdessen wird über eine geeignete Sensorik ein Lenkwinkel und gegebenenfalls auch eine Drehgeschwindigkeit des Lenkrads und/oder ein auf das Lenkrad aufgebrachtes Drehmoment erfasst und in Form eines elektrischen Stellwerts auf einen elektromechanischen Lenkaktuator übertragen, welcher das elektrisch vorgegebene Lenksignal in eine mechanische Verstellung des Lenkausschlags der Räder einer lenkbaren Fahrzeugachse umsetzt.
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Bei diesem Lenksystem entfällt somit eine unmittelbar mechanische Rückmeldung über den tatsächlich ausgeführten Lenkausschlag der Räder, welche bei mechanisch gekoppelten Systemen gewöhnlich in Form eines fahrgeschwindigkeitsabhängigen Rückstellmoments am Lenkrad mit überlagerten Vibrationen durch den Fahrer spürbar ist.
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Neben einem Normalbetrieb, in dem ein Handkraftaktuator ein Drehmoment im Bereich bis ca. 10 Nm als Rückmeldung für den Fahrer simuliert, kann z. B. ein Anschlag an einen Bordstein oder ein mechanischer Endanschlag eines Lenkrades simuliert werden. In diesen beiden Fällen beträgt ein zu simulierendes Drehmoment ca. 20 - 30 Nm. Es ist jedoch aufgrund von Bauraum- und Kostenanforderungen nicht sinnvoll einen Elektromotor für diese hohen Drehmomente in den Handkraftaktuator einzubauen.
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Des Weiteren kann eine übliche Bremseinheit aus Sicherheitsgründen nicht in einem Hankraftaktuator verbaut werden, da die übliche Bremseinheit beide Drehrichtungen des Lenkrads blockiert, und nicht nur eine Drehrichtung, wie es bei einer Simulation eines Endanschlags nötig ist. Werden beide Drehrichtungen des Lenkrads blockiert, kann das Lenkrad nicht mehr verdreht werden und es kann keine Lenkeingabe in die nicht zu blockierende Drehrichtung durch den Fahrer vorgenommen werden.
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DE 102018000621 A1 offenbart ein Steer-by-Wire Lenksystem eines Fahrzeuges, umfassend ein Lenkrad mit einer Lenksäule, deren Bewegung elektronisch an einen Lenkaktuator zur Einstellung einer Fahrtrichtung des Fahrzeuges übertragbar ist. Ein Lenkradaktuator ist in der Lenksäule angeordnet, welcher von einem Steuergerät zur Simulation einer Rückmeldungskraft am Lenkrad angesteuert wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Handkraftaktuatorsystem für ein Steer-by-Wire System eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches platz- und energiesparend hohe Drehmomente erzeugen kann, um zum Beispiel einen Endanschlag eines Lenkrades zu simulieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Handkraftaktuatorsystem für ein Steer-by-Wire System eines Fahrzeugs und ein Steer-by-Wire System für ein Fahrzeug nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Das Handkraftaktuatorsystem für ein Steer-by-Wire System eines Fahrzeugs umfasst einen Handkraftaktuator und eine Bremseinheit. Der Handkraftaktuator ist zur Betätigung eines Eingabemittels für einen Fahrer in eine erste Drehrichtung und in eine zweite, der ersten entgegengesetzten Drehrichtung eingerichtet. Die Bremseinheit ist geeignet, den Handkraftaktuator in entweder der ersten Drehrichtung oder der zweiten Drehrichtung mechanisch zu blockieren, sodass das Eingabemittel in die jeweils andere Drehrichtung beweglich bleibt. In diesem Zusammenhang kann die Drehrichtung mechanisch durch ein hydraulisches, pneumatisches oder mechanisches (kraftschlüssiges oder formschlüssiges) Wirkprinzip blockiert werden.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Handkraftaktuatorsystems besteht darin, dass das Handkraftaktuatorsystem über eine schaltbare Bremseinheit verfügt, welche ein Blockieren eines Lenkrads in der einen oder der anderen Drehrichtung ermöglicht. Die Bremseinheit ist dabei so ausgelegt, dass eine Drehrichtung blockiert sein kann, zugleich aber die entgegengesetzte Drehrichtung weiterhin betätigt werden kann. Da der Handkraftaktuator nicht für ein höheres Drehmoment für das Blockieren einer der Drehrichtungen ausgelegt werden muss, kann der Handkraftaktuator, und somit das Handkraftaktuatorsystem bauraumsparend und/oder energiesparend ins Fahrzeug integriert werden. Der Handkraftaktuator kann für einen Normalbetrieb der Rückmeldung für den Fahrer im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs ausgelegt sein, zum Beispiel für ein Drehmoment in einem Bereich bis ca. 10 Nm. Der Handkraftaktuator braucht nicht für höhere, doppelte oder dreifache Drehmomente zur Rückmeldung von zum Beispiel einem Anschlag an einen Bordstein an den Fahrer ausgelegt sein, zum Beispiel für Drehmomente im Bereich von 20 - 30 Nm.
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Der Handkraftaktuator kann beispielsweise ein Elektromotor sein, der an einer Lenkradwelle angeordnet ist und zum aktiven Stellen eines definierten Drehmoments eingerichtet ist. Der Handkraftaktuator kann die Drehrichtung in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel eines Rades des Fahrzeugs betätigen. Auf diese Weise kann eine mechanische Rückmeldung über die Lenkradwelle an den Fahrer weitergegeben werden, die auf Basis von einem aktuellen Lenk- und/oder Fahrzustand, beispielsweise einem Lenkwinkel eines Rades, durch den Handkraftaktuator erzeugt werden kann.
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Die Lenkradwelle kann im Wesentlichen länglich ausgebildet sein und so eingerichtet sein, dass sie an einem Endabschnitt mit einem Eingabemittel, wie z. B. einem Lenkrad mechanisch verbunden ist. Der mit der Lenkradwelle gekoppelte Handkraftaktuator kann das bekannte Lenkgefühl einer elektromechanischen Fahrzeuglenkung, wie z.B. eine mittelbare Rückmeldung aus dem Rad des Fahrzeugs, einen Drehwinkel, eine Torsion und/oder ein Drehmoment der Lenkradwelle simulieren. Auf diese Weise kann sich das mit der Lenkradwelle gekoppelte Lenkrad in die erste Drehrichtung oder in die zweite Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, drehen.
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Der Begriff „mechanisch“ kann so verstanden werden, dass die Blockierung der Drehrichtung durch eine Bewegung der Komponenten, wie z. B. eine strukturelle, mechanische Kopplung der Komponenten des Handkraftaktuatorsystems ermöglicht werden kann. In anderen Worten, die Komponenten können ohne zusätzliches Hilfsmittel beispielsweise ohne ein Hydrauliköl miteinander in Eingriff stehen, um die erste oder zweite Drehrichtung zu blockieren. Mechanisch kann im Unterschied zu hydraulisch, elektrischen und/oder pneumatisch verstanden werden.
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Bauelemente des Handkraftaktuatorsystems, beispielsweise der Handkraftaktuator, das Lenkrad oder die Bremseinheit, können über die Lenkradwelle zumindest mittelbar miteinander verbunden sein. Somit kann die Bremseinheit über die Lenkradwelle mit dem Lenkrad gekoppelt sein und das Drehen des Lenkrads in die erste Drehrichtung oder in die zweite Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, blockieren. Das Blockieren des Lenkrads in einer der beiden Drehrichtungen kann mechanisch, beispielsweise durch eine strukturelle Kopplung der Bauelemente erfolgen. Die Bremseinheit ermöglicht dem Lenkrad jedoch, dass es sich in der nicht blockierten Drehrichtung drehen kann. In anderen Worten, das Lenkrad kann in die jeweils entgegengesetzte Drehrichtung der blockierten Drehrichtung weiterhin betätigt werden.
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Die Blockierung der ersten und zweiten Drehrichtung kann unabhängig voneinander betätigbar sein. Der Begriff „unabhängig voneinander betätigbar“ kann so verstanden werden, dass wenn eine Drehrichtung blockiert ist, zugleich die entgegengesetzte Drehrichtung weiterhin freigängig ist. In anderen Worten, das Blockieren des Handkraftaktuators in die erste Drehrichtung behindert nicht das Drehen des Handkraftaktuators in die zweite, der ersten entgegengesetzten Drehrichtung. Auf diese Weise kann das Lenkrad im blockierten Zustand in die jeweils entgegengesetzte Drehrichtung der blockierten Drehrichtung weiterhin betätigt werden.
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In einer Ausführungsform weist die Bremseinheit eine Bremsscheibe, ein erstes und ein zweites Bremselement auf. Das erste Bremselement kann die Bremsscheibe in der ersten Drehrichtung blockieren, während die Bremsscheibe in die zweite Drehrichtung beweglich bleibt. Das zweite Bremselement kann die Bremsscheibe in der zweiten Drehrichtung blockieren, während die Bremsscheibe in die erste Drehrichtung beweglich bleibt.
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Die Bremsscheibe kann über die Lenkradwelle mit dem Handkraftaktuator bzw. Elektromotor und dem Lenkrad gekoppelt sein. Das erste und zweite Bremselement kann keilförmig geformt sein und an einem Gehäuse des Handkraftaktuatorsystems drehfest gelagert sein. Die Bremselemente können aber auch anders geformt sein. Das erste Bremselement und das zweite Bremselement können entlang eines Umfangs der Bremsscheibe einander entgegengesetzt sein, bei keilförmigen Bremselementen sind ihre Keilspitzen dann einander zugewandt. Vorzugsweise können sich die Bremselemente relativ zu einer Mittelachse der Bremsscheibe, die sich über einen Mittelpunkt der Bremsscheibe erstreckt, einander gegenüberliegen. Dabei kann eine Oberfläche jedes Bremselements dem Umfang der Bremsscheibe zugewandt sein, wobei eine Schrägfläche jedes Bremselements mit einem Lager geführt werden kann.
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Die Bremselemente können dafür ausgelegt sein, dass sie durch ein Steuerelement mit der Bremsscheibe tangential in Eingriff stehen. Aufgrund der keilförmigen Ausgestaltung der Bremselemente kann die Bremsscheibe bei einer Betätigung eines Bremselements eine Drehrichtung blockieren und eine entgegengesetzte Drehrichtung kann weiterhin frei betätigt werden. In anderen Worten, eine Betätigung des ersten Bremselements durch das Steuerelement kann die erste Drehrichtung blockieren und eine Betätigung des zweiten Bremselements durch das Steuerelement kann die zweite Drehrichtung blockieren. Aufgrund der Anordnung der Bremselemente kann die Bremsrichtung der Bremselemente jeweils entgegengesetzt sein. Die nicht blockierte Drehrichtung bleibt jedoch freigängig und beweglich, der Fahrer kann das Lenkrad also in die nicht blockierte Richtung drehen um z.B. von einem Hindernis wegzufahren.
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In einer Ausführungsform umfasst die Bremseinheit eine erste und eine zweite Freilaufkupplung, die jeweils ein Innenelement und ein Außenelement aufweist. Die Bremseinheit kann aus zwei einseitig wirkenden Freilaufkupplungen bestehen. Die Freilaufkupplung ist eine nur in einer Drehrichtung wirkende Kupplung. Jede Freilaufkupplung besteht aus einem Innenelement und einem Außenelement, wobei zwischen dem Innenelement und dem Außenelement ein Klemmelement angeordnet sein kann. Bei einer Drehmomentübertragung kann das Klemmelement zwischen dem Innenelement und dem Außenelement klemmen und eine kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen herstellen. Bei einer Drehrichtungsumkehr kann die Verbindung selbsttätig gelöst werden. Die erste Freilaufkupplung und die zweite Freilaufkupplung können an der Lenkradwelle voneinander beabstandet angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform sind die beiden Außenelemente drehfest mit einem Gehäuse des Handkraftaktuatorsystems verbunden. Ferner sind die beiden Innenelemente auf einer Lenkradwelle drehbar gelagert und über ein Kopplungselement mit der Lenkradwelle gekoppelt. Die Freilaufkupplung kann ein sogenannter Klemmkörperfreilauf sein, bei dem das ringförmige Außenelement am Gehäuse des Handkraftaktuatorsystems drehfest angeordnet werden kann. Im Gegensatz dazu kann das Innenelement drehbar an der Lenkradwelle angeordnet sein und mit einem Lager verbunden sein. Somit kann das Innenelement der Freilaufkupplung axial unverschieblich auf der Lenkradwelle gelagert sein. Zur Übertragung eines Drehmoments kann ein Kopplungselement die Lenkradwelle mit dem Innenelement der Freilaufkupplung drehfest verbinden. Auf diese Weise kann eine kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenelement und der Lenkradwelle hergestellt werden und das Drehen der Lenkradwelle blockiert werden.
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In einer Ausführungsform weist ein erstes und zweites Innenelement eine Vielzahl von Keilen entlang seines Umfangs auf. Die Keile bzw. Keilspitzen des ersten Innenelements sind in die erste Drehrichtung ausgerichtet und die Keile bzw. Keilspitzen des zweiten Innenelements sind in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung ausgerichtet. In anderen Worten, der Umfang des ersten und zweiten Innenelements kann eine Vielzahl von Spitzen in seiner Umfangsrichtung aufweisen bzw. das erste Innenelement und das zweite Innenelement können sternförmig geformt sein. Auf diese Weise können zwischen dem Außenelement und dem Innenelement Aussparungen entstehen, die als Aufnahmeräume des Klemmelements dienen. Bei einer Drehmomentübertragung kann radiale Kraft entstehen, so dass sich das Klemmelement in seinem Aufnahmeraum verkeilen kann und das Drehen des Innenelements blockiert werden kann.
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Die Keile bzw. Keilspitzen der Keile des Innenelements einer Freilaufkupplung können in gleicher Drehrichtung ausgerichtet sein. In anderen Worten, die Keile des ersten Innenelements der ersten Freilaufkupplung können in die erste Drehrichtung ausgerichtet sein und die Keile des zweiten Innenelements der zweiten Freilaufkupplung können in die zweite Drehrichtung ausgerichtet sein. Die Keile des ersten Innenelements der ersten Freilaufkupplung können aber auch in die zweite Drehrichtung ausgerichtet sein und die Keile des zweiten Innenelements der zweiten Freilaufkupplung können in die erste Drehrichtung ausgerichtet sein. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Blockierung der Drehung ermöglicht werden.
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In einer Ausführungsform sind die Keile des ersten Innenelements und die Keile des zweiten Innenelements in zueinander entgegengesetzter Umfangsrichtung ausgerichtet. Auf diese Weise kann das erste Innenelement, und somit die erste Freilaufkupplung nur die erste Drehrichtung blockieren, während die zweite Drehrichtung freigängig bleibt, und das zweite Innenelement, und somit die zweite Freilaufkupplung kann nur die zweite Drehrichtung blockieren, während die erste Drehrichtung weiterhin betätigt werden kann.
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In einer Ausführungsform umfasst die Bremseinheit weiterhin ein Steuerelement mit einem Anker, der zwischen der ersten Freilaufkupplung und der zweiten Freilaufkupplung angeordnet ist. Der Anker ist über ein Kopplungselement jeweils mit der ersten und zweiten Freilaufkupplung gekoppelt. Das Steuerelement kann beispielsweise ein elektromagnetisches Element, vorzugsweise ein Hubmagnet sein, und sich im unbestromten Zustand in einer Mittelposition zwischen der ersten Freilaufkupplung und der zweiten Freilaufkupplung befinden. Das Kopplungselement kann z.B. eine Lamellenkupplung sein, das jeweils am ersten Innenelement der ersten Freilaufkupplung und am zweiten Innenelement der zweiten Freilaufkupplung angeordnet ist. Der Anker kann sich im unbestromten Zustand zwischen der ersten und zweiten Lamellenkupplung befinden. Die Lamellenkupplungen können über den Anker durch den Hubmagnet betätigt werden.
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In einer Ausführungsform schließt der Anker in einem betätigten Zustand des Steuerelements über ein erstes Kopplungselement die erste Freilaufkupplung oder über ein zweites Kopplungselement die zweite Freilaufkupplung, sodass die geschlossene Freilaufkupplung mit der Lenkradwelle in Eingriff steht.
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Im betätigten Zustand des Hubmagnets kann der Anker je nach geforderter Bremsrichtung in Richtung der ersten oder zweiten Freilaufkupplung auslenken, sodass eine der beiden Freilaufkupplungen über die Lamellenkupplung geschlossen werden kann und mit der Lenkradwelle in Eingriff stehen kann. Auf diese Weise kann die Lenkradwelle über die entsprechende Freilaufkupplung gehalten werden und in die durch die Freilaufkupplung blockierte Drehrichtung nicht weiter verdreht werden. Gleichzeitig kann es sichergestellt werden, dass die Lenkradwelle in die entgegengesetzte, nicht blockierte Drehrichtung weiterhin verdreht werden kann. Des Weiteren ist eine Lenkwinkeleingabe durch den Fahrer weiterhin in die entgegengesetzte Drehrichtung möglich.
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Wenn der Anker, beispielsweise, durch den Hubmagnet in Richtung der ersten Freilaufkupplung gedrückt wird, kann die erste Freilaufkupplung über das erste Kopplungselement mit der Lenkradwelle in Eingriff stehen. Auf diese Weise kann die Lenkradwelle über die erste Freilaufkupplung gehalten werden und in die erste Drehrichtung nicht weiter verdreht werden. Gleichzeitig kann jedoch sichergestellt werden, dass die Lenkradwelle in die zweite Drehrichtung beweglich bleibt.
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In einer Ausführungsform umfasst das Handkraftaktuatorsystem weiterhin optionales ein Getriebe zur Übersetzung eines Drehmoments. Das Getriebe kann an einem Endabschnitt der Lenkradwelle angeordnet sein, der mit dem Lenkrad gekoppelt ist. Das Getriebe kann bei einer Übertragung einer mechanischen Leistung mit einer erforderlichen Übersetzung von Drehmoment, Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Steer-by-Wire System für ein Fahrzeug mit einem vorhergehend und nachfolgend beschriebenen Handkraftaktuatorsystem. Das Steer-by-Wire System weist ferner einen elektromechanischen Lenkaktuator zur mechanischen Verstellung einer lenkbaren Fahrzeugachse und gegebenenfalls eine elektronische Steuerung auf. Hierbei kann das Steer-by-Wire System von dem Handkraftaktuatorsystem eine Stellwertvorgabe erhalten, welche anschließend von der elektronischen Steuerung in Steuerbefehle für den Lenkaktuator, beispielsweise einen Elektromotor, umgesetzt wird. Dieser Lenkaktuator wiederum beeinflusst die Räder des Fahrzeugs derart, dass sich diese entsprechend der Stellwertvorgabe des Handkraftaktuatorsystems drehen. Somit kann eine lenkbare Fahrzeugachse erzeugt werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Figuren. Alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale können unabhängig von ihrer Darstellung in einzelnen Ansprüchen, Figuren, Sätzen oder Absätzen miteinander kombiniert werden. In den Figuren stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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Es zeigen:
- 1 ein Steer-by-Wire System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein Handkraftaktuatorsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein Handkraftaktuatorsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine Bremseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 5 eine Bremseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 6 Freilaufkupplungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Steer-by-Wire System 1, welches das nachfolgend beschriebene Handkraftaktuatorsystem 10 umfasst. Typischerweise ist das Steer-by-Wire System 1 in einem vorderen Bereich eines Fahrzeugs angeordnet und dazu eingerichtet, die Vorderräder des Fahrzeugs entsprechend des Fahrerwunsches zu drehen bzw. einzuschlagen. Alternativ oder zusätzlich kann das Steer-by-Wire System 1 auch auf die Hinterräder einwirken, z. B. bei einer aktiven Hinterradlenkung oder bei einem Gabelstapler. Das Handkraftaktuatorsystem 10 kann beispielsweise im Bereich eines Fahrersitzes unter einem Armaturenbrett in Richtung eines Motorraums angeordnet sein.
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Das Steer-by-Wire System 1 besteht im Wesentlichen aus einem Handkraftaktuatorsystem 10, in dessen zylindrischem Gehäuse 3 eine Lenkradwelle 6 drehbar gelagert ist. An einem Endabschnitt der Lenkradwelle 6 ist zumindest mittelbar ein Lenkrad 2 zur Bedienung durch den Fahrer angebracht. Ein Lenkaktuator 9 ist über eine Signalleitung 4 oder einen Fahrzeugbus mit dem Handkraftaktuatorsystem 10 verbunden und besteht zumindest aus einem Powerpack (Motor und Steuergerät) 91 und einer mehrteiligen Getriebeeinheit 92. Die Getriebeeinheit 92 wandelt eine rotierende Bewegung des Motors bevorzugt in eine lineare Verstellbewegung um, wodurch der an das Fahrwerk des Fahrzeugs gekoppelte Lenkaktuator 9 einen Lenkwinkel am Rad 5 des Fahrzeugs einstellt.
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2 und 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Handkraftaktuatorsystem 10 für ein Steer-by-Wire System 1 eines Fahrzeugs. Das Handkraftaktuatorsystem 10 ist im zylindrischen Gehäuse 3 angeordnet (siehe 5) und umfasst zumindest einen Handkraftaktuator 7 mit einem Elektromotor und eine Bremseinheit 20. Der Handkraftaktuator 7 und die Bremseinheit 20 sind an der Lenkradwelle 6 angeordnet, wobei ein Endabschnitt der Lenkradwelle 6 zumindest mittelbar mit dem Lenkrad 2 mechanisch verbunden ist. An diesem Endabschnitt kann wahlweise ein Getriebe 8 angeordnet sein, um eine mechanische Leistung auf einen vordefinierten Wert eines Drehmoments, einer Drehzahl oder einer Winkelgeschwindigkeit zu übersetzen. Im Handkraftaktuatorsystem 1 kann der Handkraftaktuator 7 zwischen dem Lenkrad 2 und der Bremseinheit 20 angeordnet sein (2) oder die Bremseinheit 20 kann zwischen dem Lenkrad 2 und dem Handkraftaktuator 7 angeordnet sein (3).
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4 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremseinheit 20. Die Bremseinheit 20 umfasst eine Bremsscheibe 21, ein erstes Bremselement 22a und ein zweites Bremselement 22b. Das erste und zweite Bremselement 22a, 22b ist gehäusefest angeordnet und durch ein Lager 26a, 26b geführt. Die Bremselemente 22a, 22b sind keilförmig geformt. Die Keilspitzen 23a, 23b der Bremselemente 22a, 22b sind um eine Mittelachse 27 der Bremsscheibe 21 einander entgegengesetzt und eine Oberfläche 24a, 24b jedes Bremselements 22a, 22b ist dem Umfang der Bremseinheit 20 zugewandt.
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Die Bremselemente 22a, 22b können jeweils durch ein Steuerelement 25a, 25b mit der Bremsscheibe 21 in tangentialer Richtung in Eingriff gebracht werden. Aufgrund der keilförmigen Ausgestaltung der Bremselemente 22a, 22b wird die Bremsscheibe 21 bei einer Betätigung eines Bremselements 22a, 22b in eine Drehrichtung blockiert und in die entgegengesetzte Drehrichtung weiterhin frei gedreht. Insbesondere kann eine Betätigung des ersten Bremselements 22a eine erste Drehrichtung X blockieren und eine Betätigung des zweiten Bremselements 22b kann eine zweite Drehrichtung Y blockieren. Aufgrund der Anordnung der Bremselemente ist die Klemmrichtung X, Y der Bremselemente 22a, 22b jeweils entgegengesetzt.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremseinheit 20. Die Bremseinheit 20 besteht aus zwei einseitig wirkenden Freilaufkupplungen 30a, 30b, welche über eine entgegengesetzte Klemmrichtung X, Y verfügen. Wie in 6 gezeigt, sind die Freilaufkupplungen 30a, 30b jeweils mit einem Außenelement 31a, 31b, das drehfest mit dem Gehäuse 3 des Handkraftaktuatorsystems 10 verbunden ist, und ein Innenelement 32a, 32b versehen. Das Innenelement 32a, 32b der Freilaufkupplungen 30a, 30b ist jeweils mit einem Lagerelement 36a, 36b gekoppelt und somit axial unverschieblich. Das Innenelement 32a, 32b ist jedoch nicht drehfest auf der Lenkradwelle 6 gelagert.
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Das Innenelement 32a, 32b weist eine Vielzahl von Keilen 34a, 34b entlang seines Umfangs auf. Alle Keile 34a des ersten Innenelements 32a sind in die erste Drehrichtung X ausgerichtet und alle Keile 34b des zweiten Innenelements 32b sind in die zweite Drehrichtung Y ausgerichtet. In anderen Worten, das erste Innenelement 32a und das zweite Innenelement 32b sind sternförmig geformt. Auf diese Weise entstehen zwischen dem Außenelement 31a, 31b und dem Innenelement 32a, 32b Aussparungen 35a, 35b, die als Aufnahmeräume des Klemmelements 33a, 33b dienen. Bei einer Drehmomentübertragung kann radiale Kraft entstehen, sodass sich die Klemmelemente 33a, 33b in ihren Aufnahmeräumen 35a, 35b verkeilen können und das Drehen des Innenelements 32a, 32b blockiert werden kann.
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Die Keile 34a des ersten Innenelements 32a und die Keile 34b des zweiten Innenelements 32b sind in zueinander entgegengesetzter Umfangsrichtung ausgerichtet, um entweder die erste X oder die zweite Drehrichtung Y zu blockieren. Auf diese Weise kann das erste Innenelement 32a nur die erste Drehrichtung X blockieren, während die zweite Drehrichtung Y freigängig bleibt, und das zweite Innenelement 32b kann nur die zweite Drehrichtung Y blockieren, während die erste Drehrichtung X weiterhin betätigt werden kann.
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Das Innenelement bzw. der Innenstern 32a, 32b der Freilaufkupplungen 30a, 30b kann jeweils über ein Kopplungselement 37a, 37b, beispielsweise eine Lamellenkupplung mit der Lenkradwelle 6 drehfest verbunden werden. Die beiden Lamellenkupplungen 37a, 37b können durch ein Steuerelement 38 wie z. B. einen Hubmagnet, betätigt werden. Der Hubmagnet 38 befindet sich im unbestromten Zustand in der Mittelposition, nämlich zwischen der ersten Freilaufkupplung 30a und der zweiten Freilaufkupplung 30b.
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Im betätigten Zustand des Hubmagnets 38 wird ein mit dem Hubmagnet 38 gekoppelter Anker 39 je nach geforderter Bremsrichtung in Richtung der ersten Freilaufkupplung 30a oder der zweiten Freilaufkupplung 30b ausgelenkt. Auf diese Weise wird eine der beiden Freilaufkupplungen 30a, 30b über die Lamellenkupplung 37a, 37b geschlossen und die Freilaufkupplung 30a, 30b steht mit der Lenkradwelle 6 in Eingriff. Insbesondere schließt der Anker 39 in einem betätigten Zustand des Steuerelements 38 über die erste Lamellenkupplung 37a die erste Freilaufkupplung 30a oder über die zweite Lamellenkupplung 37b die zweite Freilaufkupplung 30b, sodass die geschlossene Freilaufkupplung 30a, 30b mit der Lenkradwelle 6 in Eingriff steht. Folglich wird die Lenkradwelle 6 gehalten und die Lenkradwelle 6 kann in die blockierte Drehrichtung nicht weiter verdreht werden. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass die Lenkradwelle 6 in die entgegengesetzte Drehrichtung weiterhin verdreht werden kann und eine Lenkwinkeleingabe durch den Fahrer weiterhin in die entgegengesetzte Drehrichtung möglich ist.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steer-by-Wire System
- 2
- Eingabemittel
- 3
- Gehäuse des Handkraftaktuatorsystems
- 4
- Signalleitung
- 5
- Rad
- 51
- Fahrzeugachse
- 6
- Lenkradwelle
- 7
- Handkraftaktuator
- 8
- Getriebe
- 9
- Lenkaktuator
- 10
- Handkraftaktuatorsystem
- 20
- Bremseinheit
- 21
- Bremsscheibe
- 22a, 22b
- Bremselemente
- 23a, 23b
- Keilspitzen des Bremselements
- 24a, 24b
- Oberfläche des Bremselements
- 25a, 25b
- Steuerelement
- 26a, 26b
- Lager
- 27
- Mittelachse der Bremsscheibe
- 30a, 30b
- Freilaufkupplung
- 31a, 31b
- Außenelement
- 32a, 32b
- Innenelement
- 33a, 33b
- Klemmelement
- 34a, 34b
- Keil
- 35a, 35b
- Aussparung
- 36a, 36b
- Lagerelement
- 37a, 37b
- Kopplungselement
- 38
- Steuerelement
- 39
- Anker
- X
- erste Drehrichtung
- Y
- zweite Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018000621 A1 [0006]
