DE102020101481A1 - Lenksystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Ein Lenksystem (10) für ein Kraftfahrzeug, das als ein Steer-by-wire-Lenksystem ausgebildet ist, umfasst eine Zahnstange (14), einen elektrischen Antrieb (16) zur Längsverschiebung der Zahnstange (14) und ein drehbar gelagertes Stützelement (20), das entlang einer Längsachse der Zahnstange (14) von dem elektrischen Antrieb (16) beabstandet ist, und wobei das drehbar gelagerte Stützelement (20) mit der Zahnstange (14) in verzahntem Eingriff steht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, das als ein Steer-by-wire-Lenksystem ausgebildet ist.
  • Lenksysteme umfassen üblicherweise eine Zahnstange, die zur Anpassung einer Radstellung linear verschiebbar gelagert ist. Ursprünglich ist eine derartige Zahnstange über eine Lenkstange mit dem Lenkrad gekoppelt, so dass über eine Drehung des Lenkrads eine lineare Verschiebung der Zahnstange erreicht wird.
  • Bei modernen Kraftfahrzeugen kann ein sogenanntes Steer-By-Wire Lenksystem (SbW-Lenksystem) zum Einsatz kommen, bei dem zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange keine mechanische Verbindung mehr vorliegt. Die Verschiebung der Zahnstange wird mittels eines elektrischen Antriebs erreicht. Dabei können Torsionskräfte auftreten, die auf die Zahnstange wirken und eine ungewünschte Rotation der Zahnstange verursachen.
  • Aufgrund der nicht mehr vorhandenen mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange sind die Lagerung und die Führung der Zahnstange bei einem Steer-By-Wire Lenksystem anders gegenüber herkömmlichen Lenksystemen.
  • Insbesondere verändern sich die Anforderungen an die Führung der Zahnstange, da durch den elektrischen Antrieb bei einem Steer-By-Wire Lenksystem hohe Schubkräfte auftreten können, beispielsweise höher als 13 kN, die bei der Führung der Zahnstange zu berücksichtigen sind.
  • Zudem wird durch den elektrischen Antrieb ein Drehmoment auf die Zahnstange übertragen. Dabei können Torsionskräfte auftreten, die auf die Zahnstange wirken und eine ungewünschte Rotation der Zahnstange verursachen. Zudem soll die Zahnstange grundsätzlich möglichst reibungsarm geführt werden, sodass die Zahnstange beim Lenken des Kraftfahrzeugs entsprechend leichtgängig durch das Lenksystem gleiten kann.
  • Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein robustes, reibungsarmes und kostengünstiges Lenksystem bereitzustellen, mit dem eine Zahnstange geführt werden kann, insbesondere in einem Steer-By-Wire Lenksystem.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, das als ein Steer-by-wire-Lenksystem ausgebildet ist. Das Lenksystem umfasst eine Zahnstange, einen elektrischen Antrieb zur Längsverschiebung der Zahnstange und ein drehbar gelagertes Stützelement, das entlang einer Längsachse der Zahnstange von dem elektrischen Antrieb beabstandet ist. Das drehbar gelagerte Stützelement steht mit der Zahnstange in verzahntem Eingriff.
  • Indem das drehbar gelagerte Stützelement mit der Zahnstange in verzahntem Eingriff steht, ist eine Längsverschiebung der Zahnstange durch das Stützelement nicht gehemmt oder blockiert. Vielmehr bewegt sich die Zahnstange relativ zum Stützelement in tranlsatorischer Weise, wodurch das Stützelement entsprechend gedreht wird. Die Zahnstange kann somit zur Übertragung einer Schubkraft dienen. Gleichzeitig blockiert das Stützelement eine Rotation der Zahnstange und kann somit einem auf die Zahnstange wirkenden Drehmoment entgegenwirken. Auf diese Weise ist die Zahnstange im Lenksystem besonders stabil gelagert.
  • Dadurch, dass das Stützelement von dem elektrischen Antrieb beabstandet ist, kann zusätzlich eine Durchbiegung der Zahnstange vermieden werden.
  • Das Stützelement ist beispielsweise ein Ritzel, das bei einer Längsverschiebung der Zahnstange rotiert.
  • Das Stützelement kann relativ zu einer Achse, die senkrecht zur Verschieberichtung der Zahnstange ist, geneigt sein. Der Neigungswinkel ist ein spitzer Winkel, insbesondere kleiner als 45°, beispielsweise zwischen 5° und 20°. Auf diese Weise ist eine Länge, entlang der die Zahnstange durch das Stützelement abgestützt ist, größer als bei einer senkrechten Ausrichtung des Stützelements relativ zur Zahnstange. Dies ermöglicht eine besonders gute Abstützung der Zahnstange.
  • Alternativ kann das Stützelement relativ zur Verschieberichtung der Zahnstange senkrecht angeordnet sein. Diese Anordnung ist hinsichtlich des benötigten Bauraums vorteilhafter als eine geneigte Anordnung.
  • Insbesondere ist ein Sensor vorgesehen, der zusammen mit einer Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Position der Zahnstange zu bestimmen. Somit kann mittels des Sensors ein aktueller Radeinschlag festgestellt und mit einem Lenkwunsch des Fahrers abgeglichen werden. Zudem kann mittels des Sensors überwacht werden, wann eine einem Lenkwunsch entsprechende Stellung der Zahnstange erreicht ist und der elektrische Antrieb abgeschaltet werden kann. Insofern kann der Sensor als Teil einer Regelstrecke ausgebildet sein bzw. als Teil einer Regelung fungieren.
  • Der Sensor ist beispielsweise ein Winkelsensor oder Drehgeber. Der Winkelsensor oder Drehgeber kann ausgebildet sein, eine Winkelposition des Stützelements zu messen, worüber auf die (relative) Position der Zahnstange geschlossen werden kann. Der Winkelsensor oder Drehgeber kann demnach ausgebildet sein, eine vollführte Relativdrehung und/oder die Anzahl der Umdrehungen des Stützelements zu messen. Insbesondere kann mittels des Winkelsensors bzw. des Drehgebers eine lineare Position der Zahnstange ermittelt werden.
  • Der Sensor ist insbesondere mehrteilig ausgebildet und umfasst ein Sensorrad und einen Abnehmer, der die Position des Sensorrads detektieren kann, insbesondere die Winkelposition des Sensorrads.
  • Der Sensor kann fest mit dem Stützelement verbunden sein, wobei der Sensor über das Stützelement an die Zahnstange angebunden ist. Genauer gesagt ist vorzugsweise das Sensorrad fest mit dem Stützelement verbunden. Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise erreicht. Zudem ist die Montage des Sensors besonders einfach. Der Sensor kann an dem Stützelement vormontiert sein, sodass bei der Endmontage nur noch das Stützelement eingebaut werden muss. Das Stützelement bildet insbesondere eine mechanische Verbindung zwischen der Zahnstange und dem Winkelsensor.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Sensor mit einer Steuereinheit signalübertragend verbunden, die den elektrischen Antrieb ansteuert. Der elektrische Antrieb kann somit in Abhängigkeit von einer detektierten Winkelposition bzw. einer detektierten Rotation des Stützelements elektronisch angesteuert werden.
  • Insbesondere ist die Steuereinheit Teil einer Regeleinheit, die die detektierte Winkelposition bzw. Rotation des Stützelements (Istwert) als Eingangsgröße erhält.
  • Der elektrische Antrieb umfasst beispielsweise einen Riemenantrieb. Mittels eines Riemenantriebs können ausreichend hohe Kräfte zur Verschiebung der Zahnstange auf die Zahnstange übertragen werden, insbesondere Kräfte im Bereich zwischen 10 kN und 15 kN. Zudem lässt sich ein Riemenantrieb auf einfache Weise mit der Zahnstange koppeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist ein Kugelumlaufgetriebe vorgesehen, das mit dem elektrischen Antrieb zusammenwirkt, insbesondere wobei das Kugelumlaufgetriebe mit dem Riemenantrieb verbunden ist. Die Verwendung eines Kugelumlaufgetriebes hat den Vorteil, dass durch die rollende Bewegung weniger Reibung entsteht als bei konventionellen Schraubgetrieben mit aufeinander gleitenden Flächen, sodass die Antriebsleistung bei einem Kugelumlaufgetriebe reduziert sein kann. Zudem ist die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht und der Verschleiß ist reduziert. Ferner ist das Losbrechmoment zu Beginn einer Verschiebung reduziert, das heißt, der sogenannte Slip-Stick-Effekt tritt nicht oder nur in sehr geringem Umfang auf.
  • Indem das Kugelumlaufgetriebe mit einem Riemenantrieb verbunden ist, kann der elektrische Antrieb von der Zahnstange beabstandet gelagert sein.
  • Das Lenksystem kann eine separat ausgebildete Lagerbuchse umfassen, die die Zahnstange umfangsseitig abstützt. Genauer gesagt kann die Lagerbuchse die Zahnstange führen und Stützkräfte an ein Gehäuse übertragen, insbesondere an das Gehäuse des Kugelumlaufgetriebes. Durch die Verwendung der Lagerbuchse wird ist die Zahnstange zudem besser gegen Biegebelastung abgestützt.
  • Vorzugsweise umfasst das Lenksystem zwei Lagerbuchsen, welche in Längsrichtung der Zahnstange voneinander beabstandet sind, wobei die Lagerbuchsen gemeinsam eine Zahnstangenführung bilden. Beispielsweise ist eine der Lagerbuchsen im Bereich des Kugelumlaufgetriebes angeordnet, insbesondere anschließend an das Kugelumlaufgetriebe, und die weitere Lagerbuchse im Bereich des Stützelements. Die Lagerbuchsen sorgen für einen zuverlässigen Eingriff zwischen Zahnstange und Stützelement. Die Lagerbuchsen ermöglichen zudem eine besonders reibungsarme Lagerung der Zahnstange. Optional können noch weitere Lagerbuchsen vorgesehen sein.
  • Des Weiteren kann das Lenksystem ein Druckstück umfassen, das im Bereich des Stützelements angeordnet ist und das die Zahnstange abstützt. Genauer gesagt drückt das Druckstück die Zahnstange gegen das Stützelement, um sicherzustellen, dass das Stützelement in verzahntem Eingriff mit der Zahnstange verbleibt, auch bei Durchbiegung der Zahnstange. Zu diesem Zweck ist das Druckstück beispielsweise mit einer Federkraft beaufschlagt. Das Druckstück kann somit eine der beiden vorgenannten Lagerbuchse ersetzen, insbesondere die Lagerbuchse im Bereich des Stützelements.
  • Das Druckstück kann aus einem Gleitmaterial gefertigt sein, beispielsweise aus einem Kunststoff, um ein Gleiten der Zahnstange am Druckstück in Längsrichtung der Zahnstange zu ermöglichen.
  • Das drehbar gelagerte Stützelement ist beispielsweise einem ersten Ende der Zahnstange zugeordnet, wobei der elektrische Antrieb einem zweiten, zum ersten Ende entgegengesetzten Ende der Zahnstange zugeordnet ist. Insbesondere das Kugelumlaufgetriebe und/oder die Lagerbuchse sind dem zweiten Ende zugeordnet. Das Druckstück und/oder der Sensor sind insbesondere dem ersten Ende zugeordnet. Die Zahnstange ist folglich beidseitig nahe ihren beiden Enden gelagert, wodurch die Zahnstange besonders stabil geführt und gelagert ist.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
    • - 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Lenksystem gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • - 2 einen Schnitt durch das Lenksystem entlang der Linie A-A in 1,
    • - 3 das Stützelement sowie eine Lagerung des Stützelements,
    • - 4 ein Lenksystem gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform,
    • - 5 einen Längsschnitt durch das Lenksystem aus 4 im Bereich des Stützelements,
    • - 6 einen weiteren Schnitt durch das Lenksystem aus 4 im Bereich des Stützelements,
    • - 7 eine teiltransparente perspektivische Ansicht des Lenksystems im Bereich des Stützelements,
    • - 8 eine weitere teiltransparente perspektivische Ansicht des Lenksystems im Bereich des Stützelements,
    • - 9 eine teiltransparente perspektivische Ansicht des Lenksystems im Bereich des Stützelements,
    • - 10 ein Lenksystem gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,
    • - 11 das Lenksystem aus 10 in einer Längsansicht,
    • - 12 das Lenksystem aus 10 in einer Draufsicht,
    • - 13 das Lenksystem aus 10 in einer Seitenansicht,
    • - 14 einen Querschnitt durch das Lenksystem aus den 10 bis 13 im Bereich des Stützelements,
    • - 15 eine Detailansicht eines Sensors des Lenksystems gemäß den 10 bis 14, und
    • - 16 einen Deckel für das Gehäuse des Stützelements mit einem Teil des Sensors.
  • 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Lenksystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Bei dem Lenksystem 10 handelt es sich um ein sogenanntes Steer-by-wire Lenksystem, bei dem keine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad 12, das von einem Fahrer betätigt werden kann, und den Rädern eines Kraftfahrzeuges zur Übertragung der Lenkbewegung vorliegt.
  • Das Lenksystem 10 umfasst eine Zahnstange 14 und einen elektrischen Antrieb 16. Der elektrische Antrieb 16 dient zur Längsverschiebung (translatorische Verschiebung) der Zahnstange 14, um eine Stellung der Räder eines Kraftfahrzeugs entsprechend einem Lenkwunsch des Fahrers einzustellen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der elektrische Antrieb 16 einen Elektromotor 17 und einen Riemenantrieb 18.
  • Zwischen dem Lenkrad 12 und der Zahnstange 14 besteht dabei nur eine elektronische Verbindung.
  • Des Weiteren umfasst das Lenksystem 10 ein drehbar gelagertes Stützelement 20, insbesondere ein Ritzel, welches mit der Zahnstange 14 in verzahntem Eingriff steht. Dabei ist das Stützelement 20 vom elektrischen Antrieb 16 beabstandet.
  • Das Stützelement 20 hat eine relativ hohe Überdeckung mit der Zahnstange 14 und kann so die auftretenden Momente zuverlässig abstützen.
  • Insbesondere ist das drehbar gelagerte Stützelement 20 einem ersten Ende 22 der Zahnstange 14 zugeordnet, während der elektrische Antrieb 16 einem zweiten, zum ersten Ende 22 entgegengesetzten Ende 24 der Zahnstange 14 zugeordnet ist. Somit ist die Zahnstange 14 im Bereich ihrer Enden 22, 24 stabil gelagert.
  • Wie in 1 zu sehen ist, ist eine Längsachse des Stützelements 20 geneigt zu einer Achse, die senkrecht zur Verschieberichtung der Zahnstange 14 ist.
  • Eine Verzahnung 26 der Zahnstange 14, mit welcher das Stützelement 20 in Eingriff steht, beginnt im Bereich des ersten Endes 22 und erstreckt sich von dort aus zur Mitte der Zahnstange 14 hin. Das heißt, die Verzahnung 26 erstreckt sich nicht über die gesamte Länge der Zahnstange 14, sondern nur über einen Teilabschnitt der Zahnstange 14. Die Länge des Teilabschnitts entspricht beispielsweise einem maximalen translatorischen Bewegungsbereich der Zahnstange 14 in Verschieberichtung.
  • Ausgehend vom zweiten Ende 24 erstreckt sich ein Gewinde 28 zur Mitte der Zahnstange 14 hin. Die Länge des Gewindes 28 in Längsrichtung der Zahnstange 14 entspricht beispielsweise der Länge der Verzahnung 26 in Längsrichtung der Zahnstange 14.
  • Des Weiteren ist ein Kugelumlaufgetriebe 30 vorgesehen, das mit dem elektrischen Antrieb 16 zusammenwirkt.
  • Das Kugelumlaufgetriebe 30 ist ein Schraubgetriebe, bei dem Kugeln, die in 1 nicht sichtbar sind, die Kraft zwischen einer Schraube (im vorliegenden Fall dem mit dem Gewinde 28 versehenden Abschnitt der Zahnstange 14) und einer Mutter 32 übertragen.
  • Sowohl das Gewinde 28 als auch die Mutter 32 haben je eine schraubenförmige Rille mit halbrunden Querschnitt, die gemeinsam eine mit Kugeln gefüllte schraubenförmige Röhre bilden.
  • Bei einer Drehbewegung zwischen der Zahnstange 14 und der Mutter 32 wird eine Längsverschiebung der Zahnstange 14 bewirkt. Das heißt, wenn die Mutter 32 rotiert, wird die Zahnstange 14 verschoben.
  • Um eine Verschiebung der Zahnstange 14, insbesondere eine Rotation der Mutter 32, zu ermöglichen, ist das Kugelumlaufgetriebe 30 mit dem Riemenantrieb 18 verbunden.
  • Um eine Position der Zahnstange 14 zu erfassen, ist ein Sensor 34 vorgesehen, insbesondere ein Winkelsensor oder ein Drehgeber. Genauer gesagt ist der Sensor 34 ausgebildet, eine Winkelposition des Stützelements 20 zu messen. Dies bedeutet, dass der Sensor 34 eine vollführte Relativdrehung und/oder die Anzahl der Umdrehungen des Stützelements 20 messen kann.
  • Der Sensor 34 ist mit dem Stützelement 20 gekoppelt, insbesondere an diesem befestigt. Das bedeutet, dass der Sensor 34 über das Stützelement 20 an die Zahnstange 14 angebunden ist.
  • Derartige Sensoren 34 zur Erfassung einer Winkelposition des Stützelements 20 sind in der Regel mehrteilig ausgebildet und umfassen ein Sensorrad 34a, das bei einer Rotation des Stützelements 20 ebenfalls rotiert, und einen Abnehmer 34b, der eine rotatorische Position des Sensorrads 34a erfassen kann.
  • Dabei ist das Sensorrad 34a an dem Stützelement 20 befestigt. Der Abnehmer 34b ist vorzugsweise fest im Lenksystem 10 fixiert, insbesondere an einem Gehäuse des Lenksystems 10.
  • Zur Bestimmung einer (relativen) Position der Zahnstange 14 ist zudem eine Auswerteeinheit 36 vorgesehen, wobei der Sensor 34 zusammen mit der Auswerteeinheit 36 ausgebildet ist die Position der Zahnstange 14 indirekt über die Winkelposition des Stützelements 20 zu bestimmen.
  • Das Lenksystem 10 umfasst des Weiteren eine Steuereinheit 38, die den elektrischen Antrieb 16 ansteuert. Mit dieser ist der Sensor 34 signalübertragend verbunden. Das heißt, der elektrische Antrieb 16 kann in Abhängigkeit von einer Winkelstellung des Stützelements 20 bzw. von einer Position der Zahnstange 14 angesteuert werden.
  • Die Steuereinheit 38 ist darüber hinaus eingerichtet, eine Stellung des Lenkrads 12 zu erfassen und diese mit der Position der Zahnstange 14 abzugleichen. Basierend auf diesem Vergleich kann die Steuereinheit 38 den elektrischen Antrieb 16 aktivieren oder nicht.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch das Lenksystem 10 entlang der Linie A-A in 1, insbesondere im Bereich des Stützelements 20.
  • In dieser Schnittdarstellung ist ein Druckstück 40 zu sehen, welches bei der in 1 gezeigten Ansicht durch die Zahnstange 14 verdeckt ist. Das Druckstück 40 ist im Bereich des Stützelements 20 angeordnet und dient unter anderem dazu, die Zahnstange 14 abzustützen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass auch bei einer Durchbiegung der Zahnstange 14 der verzahnte Eingriff zwischen dem Stützelement 20 und der Zahnstange 14 bestehen bleibt. Insbesondere stellt das Druckstück 40 eine wirksame Unterdrückung von Geräuschen sicher.
  • Um einem besonders stabilen Eingriff zu gewährleisten, kann das Lenksystem 10 ein Federelement 42 umfassen, wobei das Druckstück 40 durch das Federelement 42 mit einer Federkraft beaufschlagt ist, wie in 2 durch einen Pfeil veranschaulicht ist.
  • Eine Kontaktfläche 44 des Druckstücks 40 mit der Zahnstange 14 ist vorzugsweise an die Geometrie der Zahnstange 14 angepasst, insbesondere konkav ausgebildet.
  • Das Lenksystem 10 umfasst außerdem eine separat ausgebildete Lagerbuchse 46. Diese stützt die Zahnstange 14 umfangsseitig ab. Des Weiteren sorgt die Lagerbuchse 46 für eine verbesserte Führung der Zahnstange 14. Mit der Lagerbuchse 46 ist eine (sehr) reibungsarme Führung der Zahnstange 14 möglich, insbesondere im Vergleich zum Druckstück 40.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Lagerbuchse 46 im Bereich des zweiten Endes 24 vorgesehen.
  • In einer bevorzugten (nicht dargestellten) Ausführungsform ist eine, insbesondere bauähnliche, Lagerbuchse (auch) am ersten Ende 22 vorgesehen, um hierüber eine Führung der Zahnstange 14 zu gewährleisten, insbesondere im Bereich des ersten Endes 22. Diese Lagerbuchse kann alleine die Führung der Zahnstange 14 im Bereich des ersten Endes 22 gewährleisten. Alternativ kann diese Lagerbuchse zusätzlich zum Druckstück 40 die Führung der Zahnstange 14 sicherstellen, insbesondere im Bereich des ersten Endes 22.
  • Für gleiche Strukturen mit gleichen Funktionen, die von der obigen Ausführungsform bekannt sind, werden im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen, wobei nachfolgend auf die Unterschiede der jeweiligen Ausführungsformen eingegangen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
  • 3 zeigt eine Lagerung des Stützelements 20, wobei vorgesehen ist, dass das Stützelement 20 in einem Gehäuse beweglich, insbesondere rotierbar, gelagert werden kann.
  • Gemäß der Ausführungsform nach 3 sind zwei in Längsrichtung des Stützelements 20 voneinander beanstandete Lager 48, 50 vorgesehen.
  • Beispielsweise ist das erste Lager 48 ein Kugellager, wohingegen das weitere Lager 50 ein Nadellager ist.
  • Bezogen auf einen im Lenksystem 10 montierten Zustand des Stützelements 20 ist das erste Lager 48 oberhalb des zweiten Lagers 50 angeordnet.
  • Die beiden Lager 48, 50 liegen jeweils an einer im Stützelement 20 ausgebildeten Stufe 52 an, die auch als Schulterabschnitt bezeichnet werden kann. Hierdurch ist gewährleistet, dass die beiden Lager 48, 50 jeweils in einer definierten Position angeordnet sind.
  • Das erste Lager 48 steht dabei in radialer Richtung über das Stützelement 20 hinaus, während das zweite Lager 50 in radialer Richtung bündig mit dem Stützelement 20 abschließt.
  • Das erste Lager 48 ist durch einen Sicherungsring 54 an dem Stützelement 20 gehalten.
  • Ein weiterer Sicherungsring 56 ist vorgesehen, um das Stützelement 20 in einem in 3 nicht dargestellten Gehäuse zu befestigen.
  • Der Sensor 34, genauer gesagt das Sensorrad 34a des Sensors 34, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine geschlitzte Distanzhülse 58 mit dem Stützelement 20 verbunden, insbesondere formschlüssig verbunden.
  • Die in 3 dargestellte Baugruppe bildet eine Einheit, die vormontiert werden kann und als vormontierte Einheit in ein Gehäuse eines Lenksystems 10 eingesetzt werden kann.
  • 4 zeigt ein Lenksystem 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht.
  • In 4 sind ein Gehäuse 60 des Lenksystems 10 sowie ein Gehäuse 62 für den elektrischen Antrieb 16 dargestellt. Das Gehäuse 62 ist mit dem Gehäuse 60 verbunden, beispielsweise mittels Schrauben.
  • Die beiden Gehäuse 60, 62 können jeweils einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise sind die Gehäuse 60, 62 jeweils aus Aluminium gefertigt.
  • 5 zeigt einen Schnitt durch das Lenksystem 10 aus 4 im Bereich des Stützelements 20.
  • In dieser Schnittdarstellung ist die Lagerung des Stützelements 20 mittels der beiden Lager 48, 50 veranschaulicht. Die beiden Lager 48, 50 sind dabei auf unterschiedlichen Seiten in Bezug auf die Zahnstange 14 vorgesehen.
  • Insbesondere zeigt 5 die Anordnung einer vormontierten Einheit in dem Gehäuse 60 des Lenksystems 10, wie in 3 veranschaulicht. Die Lager 48, 50 stützen sich dabei am Gehäuse 60 ab.
  • Das Lenksystem 10 umfasst zudem eine Dämpfungseinheit 63, die einen Anschlag der Zahnstange 14 in einer axialen Endposition dämpfen kann.
  • Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform ist das Stützelement 20 im Unterschied zu der in 1 veranschaulichten Ausführungsform nicht geneigt zur Längsachse der Zahnstange 14, sondern senkrecht zur Längsachse der Zahnstange 14 angeordnet.
  • 6 zeigt einen weiteren Schnitt durch das Lenksystem 10 gemäß 4 im Bereich des Stützelements 20, insbesondere um 90° gedreht zur Schnittdarstellung nach 5. In der Schnittansicht nach 6 ist der Eingriff des Stützelements 20 in die Verzahnung 26 der Zahnstange 14 zu sehen.
  • Zudem ist aus 6 erkennbar, dass eine weitere Lagerbuchse 64 zusätzlich zu der in 1 veranschaulichten Lagerbuchse 46 vorgesehen ist, welche ebenfalls die Zahnstange 14 führt.
  • Die Lagerbuchse 64 ist nahe am Stützelement 20 angeordnet und somit ebenfalls für einen zuverlässigen Eingriff zwischen Zahnstange 14 und Stützelement 20.. Die Lagerbuchse 64 gewährleistet im Vergleich zu einem Druckstück 20 eine besonders reibungsarme Führung der Zahnstange 14. Insbesondere sorgt die Lagerbuchse 64 für eine verbesserte Biegesteifigkeit der Zahnstange 14 im montierten Zustand.
  • Die 7 bis 9 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht des Lenksystems 10 gemäß 4 im Bereich des Stützelements 20. Zur besseren Veranschaulichung ist das Gehäuse 60 in den 7 bis 9 teiltransparent dargestellt. Die 7 bis 9 veranschaulichen insbesondere den Eingriff des Stützelements 20 mit der Zahnstange 14 sowie die Abstützung der Zahnstange 14 durch die Lagerbuchse 64.
  • 10 zeigt ein Lenksystem 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • Die 11 bis 13 zeigen das Lenksystem 10 aus 10 in verschiedenen Ansichten, insbesondere in einer Längsansicht, einer Draufsicht und einer Seitenansicht. In 11 ist die Verbindung des Sensors 34 mit der in 11 nicht sichtbaren Steuereinheit 38 anhand einer Leitung 66 gut zu erkennen.
  • Das in 10 bis 13 veranschaulichte Lenksystem 10 gemäß der weiteren Ausführungsform unterscheidet sich von dem in den 4 bis 9 veranschaulichten Ausführungsform des Lenksystems 10 durch seinen Bauraumbedarf. Dies ist durch die Verwendung unterschiedlicher Komponenten begründet.
  • Insbesondere ist das Gehäuse 60 des Lenksystems gemäß den 10 bis 13 kleiner als das Gehäuse 60 des Lenksystems 10 gemäß den 4 bis 9, vor allem im Bereich des Stützelements 20.
  • 14 zeigt einen Querschnitt durch das Lenksystem 10 aus 10 im Bereich des Stützelements 20.
  • Wie in dem Querschnitt zu sehen ist, ist bei dem Lenksystem 10 ein Druckstück 40 anstatt der Lagerbuchse 64 vorgesehen.
  • Zudem ist in 14 zu sehen, dass sich der Sensor 34 von dem in 5 dargestellten Sensor 34 unterscheidet. Dies geht auch aus der 15 hervor, die eine Detailansicht des Sensors 34 im Gehäuse 60 zeigt.
  • Das Sensorrad 34a ist deutlich kleiner ausgebildet als das in 5 dargestellte Sensorrad 34a. Zudem ist das Sensorrad 34a bei der in 14 dargestellten Ausführungsform nicht über eine Distanzhülse 58 mit dem Stützelement 20 verbunden, sondern direkt am Stützelement 20 befestigt.
  • Der Abnehmer 34b ist nicht wie in den 5 und 9 zu sehen seitlich des Sensorrads 34a angeordnet, sondern oberhalb des Sensorrads 34a.
  • Insbesondere ist das Abnehmer 34b an einem Deckel 68 befestigt, der zum Verschließen des Gehäuses 60 nach der Montage des Stützelements 20 dient. Dies ist in 16 gezeigt. Der Deckel 68 ist vorzugsweise aus Kunststoff. Nachfolgend wird die Funktionsweise des Lenksystems 10 genauer beschrieben, die für alle vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen gilt.
  • Wenn ein Fahrer das Lenkrad 12 einschlägt, zum Beispiel ausgehend von der in 1 gezeigten Position, wird ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 38 gesendet.
  • Die Steuereinheit 38 steuert daraufhin den elektrischen Antrieb 16 an, wodurch der Riemenantrieb 18 die Mutter 32 des Kugelumlaufgetriebes 30 rotiert. Durch die Rotation erfolgt eine Verschiebung der Zahnstange 14 in Längsrichtung der Zahnstange 14. Insbesondere wandelt des Kugelumlaufgetriebes 30 ein Antriebsdrehmoment in eine lineare Antriebskraft um.
  • Bei Antrieb der Zahnstange 14 durch den elektrischen Antrieb 16 wird die Zahnstange 14 jedoch nicht nur mit einer Kraft in Verschieberichtung beaufschlagt, sondern auch mit einem Drehmoment.
  • Eine Rotation der Zahnstange 14 ist jedoch unerwünscht. Aufgrund des verzahnten Eingriffs des Stützelements 20 mit der Zahnstange 14 kann das Stützelement 20 jedoch eine Rotation der Zahnstange 14 blockieren.
  • Dem Stützelement 20 kommen somit zwei Funktionen zu, da es zur (indirekten) Bestimmung der Position der Zahnstange 14 sowie zur Blockade einer Rotation der Zahnstange 14 dient.
  • Gleichzeitig wird eine translatorische bzw. lineare Verschiebung der Zahnstange 14 durch das Stützelement 20 nicht erschwert, da das Stützelement 20 bei einer Verschiebung der Zahnstange 14 rotiert, und somit keine Kraft in Verschieberichtung auf die Zahnstange 14 bewirkt.
  • Anhand der Rotation des Stützelements 20 wird des Weiteren die Verschiebung bzw. die relative Position der Zahnstange 14 mittels des Sensors 34 und der Auswerteeinheit 36 erfasst. Eine Rotation des Stützelements 20 um einen definierten Winkel entspricht dabei einer definierten Längsverschiebung der Zahnstange 14.
  • Ist eine dem Lenkwunsch des Fahrers bzw. einer Stellung des Lenkrads 12 entsprechende Position der Zahnstange 14 erreicht, erfolgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 38, den elektrischen Antrieb 16 zu stoppen. Daraufhin erfolgt keine weitere Verschiebung der Zahnstange 14.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Lenksystem
    12
    Lenkrad
    14
    Zahnstange
    16
    elektrischer Antrieb
    17
    Elektromotor
    18
    Riemenantrieb
    20
    Stützelement
    22
    erstes Ende
    24
    zweites Ende
    26
    Verzahnung
    28
    Gewinde
    30
    Kugelumlaufgetriebe
    32
    Mutter
    34
    Sensor
    34a
    Sensorrad
    34b
    Abnehmer
    36
    Auswerteeinheit
    38
    Steuereinheit
    40
    Druckstück
    42
    Federelement
    44
    Kontaktfläche
    46
    Lagerbuchse
    48
    Lager
    50
    Lager
    52
    Stufe
    54
    Sicherungsring
    56
    Sicherungsring
    58
    Distanzhülse
    60
    Gehäuse
    62
    Gehäuse
    63
    Dämpfungseinheit
    64
    Lagerbuchse
    66
    Leitung
    68
    Deckel

Claims (11)

  1. Lenksystem (10) für ein Kraftfahrzeug, das als ein Steer-by-wire-Lenksystem ausgebildet ist, wobei das Lenksystem (10) eine Zahnstange (14), einen elektrischen Antrieb (16) zur Längsverschiebung der Zahnstange (14) und ein drehbar gelagertes Stützelement (20) umfasst, das entlang einer Längsachse der Zahnstange (14) von dem elektrischen Antrieb (16) beabstandet ist, und wobei das drehbar gelagerte Stützelement (20) mit der Zahnstange (14) in verzahntem Eingriff steht.
  2. Lenksystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (20) relativ zu einer Achse, die senkrecht zur Verschieberichtung der Zahnstange (14) ist, geneigt ist.
  3. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (34) vorgesehen ist, der zusammen mit einer Auswerteeinheit (36) ausgebildet ist, die Position der Zahnstange (14) zu bestimmen.
  4. Lenksystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (34) fest mit dem Stützelement (20) verbunden ist, wobei der Sensor (34) über das Stützelement (20) an die Zahnstange (14) angebunden ist.
  5. Lenksystem (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (34) mit einer Steuereinheit (38) signalübertragend verbunden ist, die den elektrischen Antrieb (16) ansteuert.
  6. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb (16) einen Riemenantrieb (18) umfasst.
  7. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kugelumlaufgetriebe (30) vorgesehen ist, das mit dem elektrischen Antrieb (16) zusammenwirkt, insbesondere wobei das Kugelumlaufgetriebe (30) mit einem Riemenantrieb (18) verbunden ist.
  8. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (10) eine separat ausgebildete Lagerbuchse (46, 64) umfasst, die die Zahnstange (14) umfangsseitig abstützt.
  9. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (10) zwei Lagerbuchsen (46, 64) umfasst, welche in Längsrichtung der Zahnstange (14) voneinander beabstandet sind, wobei die Lagerbuchsen (46, 64) gemeinsam eine Zahnstangenführung bilden.
  10. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (10) ein Druckstück (40) umfasst, das im Bereich des Stützelements (20) angeordnet ist und das die Zahnstange (14) abstützt.
  11. Lenksystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Stützelement (20) einem ersten Ende (22) der Zahnstange (14) zugeordnet ist, wobei der elektrische Antrieb (16) einem zweiten, zum ersten Ende (22) entgegengesetzten Ende (24) der Zahnstange (14) zugeordnet ist.
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