DE102019215477A1 - Rückmeldemomentsimulator und Kraftfahrzeug - Google Patents

Rückmeldemomentsimulator und Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Ein erfindungsgemäßer Rückmeldemomentsimulator für ein an einem Ende einer Lenkradwelle angeordnetes Lenkrad eines Fahrzeugs, wobei der Rückmeldemomentsimulator einen elektrischen Aktuator, eine Sensorik, eine Regelelektronik und ein elastisches Mittel, das ein von dem elektrischen Aktuator auf das Lenkrad ausgeübtes Drehmoment modifiziert, aufweist, zeichnet sich aus durch ein Getriebe, das als selbsthemmendes Getriebe ausgestaltet ist, welches das Drehmoment von dem elektrischen Aktuator auf die Lenkradwelle überträgt. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug zeichnet sich aus durch einen solchen Rückmeldemomentsimulator.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rückmeldemomentsimulator für ein an einem Ende einer Lenkradwelle angeordnetes Lenkrad eines Fahrzeugs, wobei der Rückmeldemomentsimulator einen elektrischen Aktuator, eine Sensorik, eine Regelelektronik und ein elastisches Mittel, das ein von dem elektrischen Aktuator auf das Lenkrad ausgeübtes Drehmoment modifiziert, aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einem solchen Rückmeldemomentsimulator.
  • Solche Rückmeldemomentsimulatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in der Regel eingesetzt, um in einem Fahrzeug, in dem das Lenkrad die Lenkeinheit bzw. die zu lenkenden Räder ausschließlich durch die elektrischen Signale ansteuert, dem Fahrer gleichzeitig ein möglichst natürliches Fahrerlebnis zu ermöglichen. In solchen Fahrzeugen besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den zu lenkenden Rädern, so dass der Fahrer ohne zusätzliche Hilfsmittel keinerlei Rückmeldung über die Fahrsituation, den Zustand der Straße etc. erhält, wie es bei herkömmlichen Fahrzeugen der Fall ist. Solche Fahrzeuge werden auch als Steer-By-Wire-Fahrzeuge bezeichnet.
  • Der Rückmeldemomentsimulator macht aus dem herkömmlichen Lenkrad, welches lediglich als Eingabemittel zum Einstellen des gewünschten Lenkwinkels dient, ein sogenanntes Force-Feedback-Lenkrad. Dieses kann dem Fahrer über den elektrischen Aktuator, der ein Drehmoment auf das Lenkrad ausüben kann, eine Rückmeldung des aktuellen Fahrzustandes geben. Hierzu können verschiedene Sensoren genutzt werden, die beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, auf die Räder wirkende Kräfte oder den aktuellen Einschlagwinkel der Räder erfassen.
  • Als Aktuator wird ein Elektromotor verwendet, der im Normalfall ein Drehmoment im Bereich von etwa zehn Newtonmeter erzeugen kann. Getriebelose Aktuatoren weisen zwar eine ausgezeichnete Dynamik mit geringer Reibung und Trägheit auf, beanspruchen jedoch beim Nenndrehmoment von 10 Nm einen relativ großen Bauraum und sind außerdem verhältnismäßig schwer und teuer. Mittels eines Getriebes kann der Aktuator kompakter und günstiger ausgelegt werden. Die haptische Rückmeldung an den Fahrer leidet dabei aber meistens an störender Reibung und Trägheit des Getriebemotors. Außerdem muss das Getriebe eine höhere Ausfallsicherheit und Lebensdauer aufweisen, um das Blockieren des Lenkrades auszuschließen, sonst ist ein Steer-by-Wire-Fahrzeug nicht lenkbar. Bei einem Motorausfall in einem konventionellem Force-Feedback-Lenkrad, darf der Motor nicht blockieren, da er starr mit dem Lenkrad bzw. der Lenkradwelle verbunden ist und dementsprechend in diesem Fall mit sehr großem Kraftaufwand mitgedreht werden muss.
  • Es sind aus dem Stand der Technik verschiedene Rückmeldemomentsimulatoren bekannt. Aus der DE 101 14 600 A1 ist eine Fahrzeuglenkung bekannt, die einen ersten, passiven Betätigungskraftsimulator und einem zweiten, elektromechanischen Betätigungskraftsimulator aufweist. Es ist ein Motor vorhanden, der über ein Getriebe ein Drehmoment auf eine mit dem Lenkrad verbundene Achse ausübt. Ebenfalls mit dieser Achse ist ein passiver Betätigungskraftsimulator, beispielsweise in Form einer Torsionsfeder, verbunden. Diese übt ein Rückstellmoment auf das Lenkrad aus. Sowohl das von dem Motor ausgeübte Rückmeldemoment als auch das von dem passiven Betätigungskraftsimulator ausgeübt Rückstellmoment überlagern sich. Fällt der Motor aus, muss er vom Leistungsstellglied getrennt werden, um sein freies Drehen zu ermöglichen. Außerdem darf kein Getriebe mit höhen Übersetzungen verwendet werden. Sonst ist auch hier das Lenkrad nicht mehr oder nur noch mit großem Kraftaufwand drehbar.
  • Die DE 102 35 396 A1 beschreibt ein Lenksystem mit einer Lenkmoment-Simulationseinrichtung, bei dem ein passives Kraftelement, beispielsweise in Form eines Reibelements, ein Stellmotor und optional ein Federelement in Reihe geschaltet sind, sodass auch hier sich ein von der Feder ausgeübtes Rückstellmoment und ein von dem Stellmotor ausgeübtes Rückmeldemoment überlagern. Fällt der Motor aus, bleibt das Lenkrad dennoch drehbar, da das Reibelement derart ausgestaltet ist, dass es bei einem einer typischen Handkraft entsprechenden Drehmoment eine Drehung des Lenkrads ermöglicht. Erreicht das Lenkmoment den Wert des Reibmomentes des passiven Kraftelements, wird der Elektromotor für die weitere Lenkbewegung mitbewegt. Der Elektromotor muss dabei ebenfalls vom Leistungsstellglied getrennt und frei mitgedreht werden. Das schließt ebenfalls ein Getriebe mit höhen Übersetzungen aus.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Rückmeldemomentsimulator der eingangs genannten Art anzugeben, der kompakt und kostengünstig aufgebaut ist und gleichzeitig eine Bedienbarkeit des Fahrzeugs auch bei Ausfall des elektrischen Aktuators sicherstellt. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Rückmeldemomentsimulator der zuvor beschriebenen Art, bei dem ein Getriebe, das als selbsthemmendes Getriebe ausgestaltet ist, das das Drehmoment von dem elektrischen Aktuator auf die Lenkradwelle überträgt. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug mit einem solchen Rückmeldemomentsimulator.
  • Durch das elastische Mittel, das zwischen dem Getriebe und der Lenkradwelle angeordnet ist, wird, insbesondere wenn das elastische Mittel relativ weich ausgelegt ist, eine Entkopplung des Lenkrads vom Aktuator bzw. vom Getriebe erzielt. Das Getriebe an sich bewirkt, dass der Aktuator an sich, im Regelfall also ein Elektromotor, kleiner und somit günstiger ausgeführt werden kann, als ohne Getriebe.
  • Weiterhin kann die Steifigkeit der Drehmomentübertragung zwischen dem Aktuator und dem Lenkrad durch die Regelelektronik variiert werden. Innerhalb der Bandbreite der Regelung kann eine Steifigkeit der Drehmomentübertragung realisiert werden, die sogar höher als die mechanische Steifigkeit des elastischen Mittels ist. Damit vereinigt ein solcher Rückmeldemomensimulator die Vorteile eines Direktantriebes ohne Getriebe mit den Vorteilen eines Getriebemotors.
  • Ein weiterer ganz erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es, dass das Fahrzeug auch bei einem Ausfall und in der Folge bei einem Blockieren des Elektromotors und/oder des Getriebes weiterhin sicher gelenkt werden kann, da sich das Lenkrad noch drehen lässt und nicht blockiert ist. In der kinematischen Kette zwischen dem Lenkrad und dem Aktuator bzw. dem Getriebe ist das elastische Mittel derart angeordnet, dass das gesamte Drehmoment von dem Lenkrad bzw. der Lenkradwelle direkt auf das elastische Mittel übertragen wird. Dieses ist vorzugsweise so weich ausgelegt, dass eine Verformung des elastischen Mittels durch Aufbringen eines relativ geringen Drehmoments, wie es in normalen Fahrsituationen vom Fahrer aufgebracht wird, möglich ist. Entsprechend ist es für den Fahrer jederzeit möglich, dass Lenkrad zu drehen und somit ein Signal für die Steer-by-Wire-Lenkung zu erzeugen, welches dann für eine Lenkbewegung der Räder genutzt werden kann.
  • Anders als bei bekannten Konstruktionen wird durch das selbsthemmende Getriebe erreicht, dass weder das Getriebe, noch der Aktuator bzw. Rückstellmotor mitgedreht wird, wenn das Lenkrad gedreht wird.
  • Unter einem selbsthemmenden Getriebe wird dabei insbesondere ein Getriebe verstanden, das getriebeausgangsseitig ein sehr hohes Drehmoment erfordert, um in Bewegung gesetzt zu werden. Mit anderen Worten kann die Ausgangswelle des Getriebes sich nur dann drehen, wenn die Eingangswelle des Getriebes gedreht wird. Eine kinematische Umkehr ist nicht möglich. Ein einfaches selbsthemmendes Getriebe ist ein beliebiges, ggf. mehrstufiges Getriebe mit hoher oder sehr hoher Getriebeübersetzung. Es kann auch ein Schneckengetriebe oder ein sogenanntes Harmonic-Drive-Getriebe, beispielsweise ein Spannungswellengetriebe, ein Wellgetriebe oder ein Gleitkeilgetriebe zum Einsatz kommen.
  • Gemäß einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Rückmeldemomensimulators weist dieser einen Verdrehwinkelsensor auf, der einen Winkel, der als Maß für eine Spannung des elastischen Mittels verwendet werden kann, misst. Aufgrund der weichen Auslegung des elastischen Mittels sind dabei relativ große Winkel zu detektieren, weswegen die Messung leicht und rauscharm anhand von einem Winkelsensor oder mehreren Winkelsensoren erfolgen kann. Die gemessenen Winkel können dann zur Berechnung des am Lenkrad anliegenden Rückmeldemoments verwendet werden und in die Regelung des elektrischen Aktuators einfließen. Besonders vorteilhaft ist es, dass der gemessene Verdrehwinkel als einzige Eingangsgröße bei der Berechnung des am Lenkrad anliegenden Rückstellmoments verwendet werden kann, so dass diese Berechnung besonders einfach wird.
  • Wenn der Aktuator ausfällt, dürfen die Motorklemmen, anders als bei bekannten Konstruktionen, durch die Leistungsschalter des Leistungsstellgliedes relativ einfach kurzgeschlossen werden. Der Motor wird dadurch künstlich blockiert. Durch das blockierte Getriebe und/oder den Motor wird die aktuelle Nullpunktslage des Lenkrads fest definiert und bleibt in der Folge unverändert. Unter der Nullpunktslage oder Null-Stellung wird dabei diejenige physische Position des Lenkrads verstanden, in der das Fahrzeug geradeaus fährt, die gelenkten Räder also nicht eingeschlagen sind. Wird die Nullpunktslage des Lenkrads durch das blockierte Getriebe und/oder den Aktuator verändert, kann dies beim Fahrer für Verwirrung und folglich Unsicherheiten bei der Beherrschung des Fahrzeugs führen. Erfindungsgemäß ist die neue Nullpunktslage aber durch die Rückstellkraft des elastischen Mittels einfach zu finden und ändert sich danach auch während der weiteren Fahrt nicht.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Lenkrad eine Mehrzahl von Anzeigeelementen aufweist, die eine aktuelle Null-Stellung des Lenkrads indizieren können. Die Anzeigeelemente können insbesondere optische Anzeigeelemente, beispielsweise LEDs oder andere Lichtquellen sein. Die Anzeigeelemente können dabei beispielsweise in einem Winkelbereich von 90°, 180°, 270° oder 360° des Umfangs des Lenkrads verteilt sein. Eine äquidistante Verteilung, beispielsweise mit einem Abstand von weniger als 20° oder weniger als 10° zwischen zwei Anzeigeelementen, ist dabei zweckmäßig. Es kann auch ein einzelnes, durchgehendes Anzeigeelement vorgesehen sein, dass segmentiert ist. Die Anzeigeelemente können sich auch im Inneren des Lenkrades befinden und das Lenkrad aus einem teilweise durchsichtigen Material hergestellt sein. In jedem Fall ist das Anzeigeelement in der Lage, einen Punkt entlang des Umfangs des Lenkrads zu markieren, sodass für den Fahrer ersichtlich ist, dass die aktuelle Null-Stellung des Lenkrads dann erreicht ist, wenn die Markierung, beispielsweise also das leuchtende Anzeigeelement oder das leuchtende Segment des gesamten Anzeigeelements, sich in einer Position mittig oben oder mittig unten am Lenkrad befindet. Dem Fahrer wird es auf diese Art und Weise erleichtert, das Fahrzeug so zu lenken, dass es geradeaus fährt, wenn beispielsweise der Aktuator oder das Getriebe ausgefallen sind, da dies auch in einer Situation passieren kann, in der sich der Aktuator in einer ausgelenkten Stellung befindet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das elastische Mittel eine Torsionsfeder. Eine solche Torsionsfeder ist mechanisch einfach aufgebaut, robust und kostengünstig herstellbar. Sie eignet sich gut zum Übertragen eines Drehmoments und kann hinsichtlich ihrer Federsteifigkeit einfach und exakt an die Anforderungen eingestellt werden.
  • Um die bevorzugte weiche Auslegung der Charakteristik des elastischen Mittels zu erreichen, kann das elastische Mittel eine Torsionsfeder mit einer Federsteifigkeit im Bereich zwischen 0,03 Nm/° und 0,2 Nm/° sein. Bevorzugt ist das elastische Mittel eine Torsionsfeder mit einer Federsteifigkeit im Bereich zwischen 0,04 Nm/° und 0,1 Nm/° ist. Eine besonders weiche Abstimmung wird durch eine Torsionsfeder mit einer Federsteifigkeit im Bereich zwischen 0,04 Nm/° und 0,6 Nm/° erzielt.
  • Eine zweckmäßige Ausgestaltung ergibt sich, wenn ein erstes Ende des elastischen Mittels mit einer Ausgangswelle des elektrischen Aktuators oder des Getriebes verbunden ist, und das ein zweites Ende des elastischen Mittels mit der Lenkradwelle verbunden ist. Es ergibt sich dann eine Kette der einzelnen Komponenten, bei der das gesamte Drehmoment jeweils von einer Komponente auf die nächste übertragen wird. Die Verbindung zwischen dem elastischen Mittel und der Lenkradwelle sowie dem elektrischen Aktuator oder dem Getriebe kann direkt oder über fest mit der Lenkradwelle bzw. dem elektrischen Aktuator oder dem Getriebe verbundene Halter oder sonstige Verbindungselemente realisiert werden.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann das elastische Mittel einen Seilantrieb mit einem mit dem elektrischen Aktuator verbundenen Antriebsrad, einem mit der Lenkradwelle verbundenen Abtriebsrad und zumindest zwei vorgespannten Federn aufweisen. Eine solche Ausgestaltung ist ebenfalls mechanisch robust und kann relativ große Lenkwinkel und Kräfte bzw. Drehmomente erzeugen.
  • Entsprechend zeichnet sich eine Weiterbildung dieser Variante dadurch aus, dass der Rückmeldemomentsimulator zwei vorgespannte, auf unterschiedlichen Seiten des Anstriebsrads angeordnete Federn aufweist. Diese können in einer speziellen Ausführung symmetrisch zu dem Antriebsrad des elektrischen Aktuators angeordnet sein. Die Federn können dann in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel ausgelenkt werden. Die beiden Federn erfahren dabei bei einer Drehung des Lenkrads gegenläufige Längenänderungen. Mit anderen Worten wird bei einer Drehung des Lenkrads beispielsweise mit dem Uhrzeigersinn die erste Feder gestaucht, während die zweite Feder gedehnt wird, wohingegen bei einer Drehung des Lenkrads gegen den Uhrzeigersinn die erste Feder gedehnt und die zweite Feder gestaucht wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1: eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rückmeldemomensimulators, und
    • 2: eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rückmeldemomensimulators.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rückmeldemomensimulators 2. Der Rückmeldemomensimulator 2 übt ein Drehmoment auf die Lenkradwelle 16 und somit auf das Lenkrad 10 aus. Hierzu ist ein Rückmeldemotor 4 vorhanden, der ein Getriebe 6, dessen Getriebeausgangswelle 18 mit einem getriebeseitigen Ende der Torsionsfeder 8 verbunden ist, antreibt. Das lenkradseitige Ende der Torsionsfeder 8 ist mit der Lenkradwelle 16 verbunden. Die Lenkradwelle 16 selbst ist aus Stabilitätsgründen über den Verbindungspunkt zwischen der Lenkradwelle 16 und der Torsionsfeder 8 hinaus verlängert und wird von einem Lenkradwellenlager 24 gestützt.
  • Die Torsionsfeder 8 ist an ihrem lenkradseitigen Ende über den oberen Federhalter 20 mit der Lenkradwelle 16 verbunden. Der obere Federhalter 20 ist dabei starr mit der Lenkradwelle 16 verbunden und kann tellerförmig ausgestaltet sein. An dem getriebeseitigen Ende der Torsionsfeder 8 ist diese über einen unteren Federhalter 22 mit der Getriebeausgangswelle 18 verbunden. Auch hier ist der untere Federhalter 22 starr mit der Getriebeausgangswelle 18 verbunden. Der obere Federhalter 20 und der untere Federhalter 22 sind optional und können auch entfallen, bieten in der dargestellten Konfiguration aber den Vorteil, dass die Torsionsfeder flächig mit dem jeweiligen Federhalter 20, 22 verbunden werden kann, anstatt nur punktuell mit der jeweiligen Welle 16, 18 verbunden zu werden. Dies bietet Vorteile hinsichtlich der Kraftübertragung und der Robustheit des Systems.
  • Der Rückmeldemomensimulator 2 weist darüber hinaus eine Sensorik in Form des Rotorlagewinkelgebers 12 und des Lenkradwinkelgebers 14 auf. Der Lenkradwinkelgeber 14 misst den am Lenkrad 10 anliegenden Lenkwinkel. Mit anderen Worten wird von dem Lenkradwinkelgeber 14 der Richtungswunsch des Fahrers aufgenommen. Alternativ kann selbstverständlich die aktuelle Winkelkoordinate des oberen Federhalters 20 gemessen werden. Da dieser ebenso wie das Lenkrad 10 starr mit der Lenkradwelle 16 verbunden ist, ist die erhaltene Information identisch. Der Rotorlagewinkelgeber 12 misst die aktuelle Winkelkoordinate des Rückmeldemotors 4. Aus dieser kann die Winkelkoordinate des unteren Federhalters 22 bzw. des getriebeseitigen Endes der Torsionsfeder 8 berechnet werden. Aus der Differenz der von dem Rotorlagewinkelgeber 12 und dem Lenkradwinkelgeber 14 gemessenen Werte kann die Spannung der Torsionsfeder 8 und somit das an die Lenkradwelle 16 anliegende Drehmoment berechnet werden.
  • Um gegen Funktionsstörungen abgesichert zu sein, können sowohl der Rotorlagewinkelgeber 12 als auch der Lenkradwinkelgeber 14 redundant ausgestaltet sein.
  • In Abhängigkeit der Winkelkoordinate des Lenkrads 10 übt die Torsionsfeder 8 ein Rückstellmoment auf die Lenkradwelle 16 aus. Dieses wird durch die Beeinflussung der Winkellage des unteren Endes der Torsionsfeder 8 durch den Rückmeldemotor 4 und das Getriebe 6 modifiziert. Der Rückmeldemotor 4 wird dabei über eine nicht dargestellte Regelelektronik gesteuert, die wiederum sowohl die Informationen, die von dem Rotorlagewinkelgeber 12 und dem Lenkradwinkelgeber 14 geliefert werden, als auch weitere Informationen über die Fahrsituation, beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Einschlag der gelenkten Räder sowie sonstige auf die Räder wirkende Kräfte, verarbeitet.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rückmeldemomensimulators 2. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind das Lenkrad 10, die Lenkradwelle 16, der Lenkradwinkelgeber 14, die Ausgangswelle des Getriebes 18, das Getriebe 6, der Rückmeldemotor 4 sowie der Rotorlagewinkelgeber 12 in identischer Funktion und Ausgestaltung wie im ersten Ausführungsbeispiel vorhanden. Die Lenkradwelle 16 kann von einem Lenkradwellenlager gestützt ausgeführt sein.
  • Anstelle eines aus der Torsionsfeder und den beiden Federhaltern bestehenden elastischen Mittels ist im zweiten Ausführungsbeispiel ein elastisches Mittel vorhanden, das mittels eines Seilzuges und zweier Federn 26 die auf die Lenkradwelle 16 wirkenden Drehmomente erzeugt bzw. überträgt.
  • Das elastische Mittel des Rückmeldemomensimulators 2 weist ein an der Getriebeausgangswelle 18 befestigtes Antriebsrad 38 auf, welches über ein Seil 36 ein Drehmoment auf das mit der Lenkradwelle 16 starr verbundene Abtriebsrad 40 überträgt. Das Seil 36 wird dabei mehrfach umgelenkt. Hierzu sind zum einen zwei ortsfeste Umlenkrollen 34 und zum anderen eine bewegliche Umlenkrolle 32 vorhanden. Das gesamte elastische Mittel ist symmetrisch ausgestaltet, sodass alle Bauteile, die in der Figur in der rechten Hälfte vorhanden sind, auch in der linken Hälfte vorhanden sind.
  • Es sind zwei vorgespannte Federn 26 vorhanden, deren eines Ende jeweils über den ortsfesten Federhalter 28 festgelegt und somit nicht beweglich sind, und deren zweites Ende jeweils an dem beweglichen Federhalter 30 befestigt ist, welcher wiederum mit der beweglichen Umlenkrolle 32 verbunden ist. Durch eine translatorische Bewegung einer der beweglichen Umlenkrollen 32 kann somit die zugehörige Feder 26 gespannt oder entspannt werden.
  • Zunächst soll eine Situation betrachtet werden, in der der Rückmeldemotor 4 blockiert ist oder festgehalten wird. Wenn nun ein Fahrer das Lenkrad 10 dreht, so werden die Lenkradwelle 16 und das Abtriebsrad 40 ebenfalls gedreht. Da das Antriebsrad 38 in dieser Situation fixiert ist, führt die Drehung des Abtriebsrads 40 zu einer Asymmetrie hinsichtlich der auf jeweils einer Seite zwischen dem Antriebsrad 38 und dem Abtriebsrad 40 vorhandenen Seillänge. Durch die Drehung wird auf der einen Seite die Länge des dortigen Seilabschnitts verkürzt, wohingegen auf der anderen Seite die Länge des dortigen Seilabschnitts entsprechend verlängert wird. Die Spannung in dem gesamten Seilsystem wird dabei durch die beiden Federn 26 aufrechterhalten, wobei die beweglichen Umlenkrollen 32 es ermöglichen, dass die Federn 26 ihre Ausdehnung ändern. Die Feder 26, auf deren Seite die Seillänge verkürzt wurde, wird also ausgedehnt, wodurch sie eine Rückstellkraft aufbringt, die über das Seil 36 und die Umlenkrollen 32, 34 in ein auf das Abtriebsrad 40 wirkendes Rückstellmoment umgewandelt wird.
  • Es wird also deutlich, dass auch bei einem Ausfall des Rückmeldemotors 4 bei einer Drehung des Lenkrads 10 durch den Fahrer ein der Bewegung entsprechendes Rückstellmoment erzeugt wird. Über den Rückmeldemotor 4, das Getriebe 6 und die zuvor beschriebene Sensorik und Regelelektronik kann dieses Rückstellmoment zusätzlich wie bereits weiter oben beschrieben modifiziert und somit derart ausgestaltet werden, dass ein möglichst realistisches Fahrgefühl für den Fahrer im Normalbetrieb entsteht.
  • Alternativ zu dem Seilzug 36 kann, bei angepasster Anordnung des Antriebsrads 38 und des Abtriebsrads 40 auch ein Riemen verwendet werden. Dies ist möglich, wenn das Antriebsrad 38 und das Abtriebsrad 40 in einer Ebene angeordnet sind. Wenn der verwendete Riemen oder das verwendete Seil elastisch und von sich sehr weich (gummiartig) ist, kann auf die vorgespannten Federn verzichtet werden, da das Seil oder der Riemen hier gleichzeitig die Funktion des elastischen Mittels übernehmen und selbst eine Kraft bzw. ein Drehmoment zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad ausüben können.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Rückmeldemomensimulator
    4
    Rückmeldemotor
    6
    Getriebe
    8
    Torsionsfeder
    10
    Lenkrad
    12
    Rotorlagewinkelgeber
    14
    Lenkradwinkelgeber
    16
    Lenkradwelle
    18
    Getriebeausgangswelle
    20
    oberer Federhalter
    22
    unterer Federhalter
    24
    Lenkradwellenhalter
    26
    Feder
    28
    ortsfester Federhalter
    30
    beweglicher Federhalter
    32
    bewegliche Umlenkrolle
    34
    ortsfeste Umlenkrolle
    36
    Seil
    38
    Antriebsrad
    40
    Abtriebsrad
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10114600 A1 [0005]
    • DE 10235396 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Rückmeldemomentsimulator (2) für ein an einem Ende einer Lenkradwelle (16) angeordnetes Lenkrad (10) eines Fahrzeugs, wobei der Rückmeldemomentsimulator (2) einen elektrischen Aktuator (4), eine Sensorik (12, 14), eine Regelelektronik und ein elastisches Mittel (8, 26), das ein von dem elektrischen Aktuator (4) auf das Lenkrad (10) ausgeübtes Drehmoment modifiziert, aufweist, gekennzeichnet durch ein Getriebe (6), das als selbsthemmendes Getriebe (6) ausgestaltet ist, welches das Drehmoment von dem elektrischen Aktuator (4) auf die Lenkradwelle (16) überträgt.
  2. Rückmeldemomentsimulator (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Verdrehwinkelsensor (12, 14), der einen Winkel, der als Maß für eine Spannung des elastischen Mittels (8, 26) verwendet werden kann, misst.
  3. Rückmeldemomentsimulator (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (10) eine Mehrzahl von Anzeigeelementen aufweist, die eine aktuelle Null-Stellung des Lenkrads (10) indizieren können.
  4. Rückmeldemomentsimulator (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel (8) eine Torsionsfeder (8) ist.
  5. Rückmeldemomentsimulator (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine elastische Mittel (8) eine Torsionsfeder (8) mit einer Federsteifigkeit im Bereich zwischen 0,04 Nm/° und 0,1 Nm/° ist.
  6. Rückmeldemomentsimulator (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine elastische Mittel (8) eine Torsionsfeder (8) mit einer Federsteifigkeit im Bereich zwischen 0,03 Nm/° und 0,2 Nm/° ist.
  7. Rückmeldemomentsimulator (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende des elastischen Mittels (8) mit einer Ausgangswelle (18) des elektrischen Aktuators (4) oder des Getriebes (6) verbunden ist, und das ein zweites Ende des elastischen Mittels (8) mit der Lenkradwelle (16) verbunden ist.
  8. Rückmeldemomentsimulator (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Mittel einen Seilzug (36) mit einem mit dem elektrischen Aktuator (4) verbundenen Antriebsrad (38), einem mit der Lenkradwelle (16) verbundenen Abtriebsrad (40) und zumindest zwei vorgespannte Federn (26) aufweist.
  9. Rückmeldemomentsimulator (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückmeldemomentsimulator (2) zwei auf unterschiedlichen Seiten des Antriebsrads (38) des elektrischen Aktuators (4) angeordnete, vorgespannte Federn (26) aufweist, die in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Lenkrads (10) ausgelenkt werden.
  10. Kraftfahrzeug mit einem Rückmeldemomentsimulator (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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