DE102020129080A1

DE102020129080A1 - Steer-by-Wire-Lenksystem

Info

Publication number: DE102020129080A1
Application number: DE102020129080.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Werdin
Original assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Current assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-03-31
Also published as: DE102021202509A1; US20220097753A1; CN114248828A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-Lenksystem (100) mit, einer Lenkhandhabe (102), die um eine Drehachse (D) drehbar ist, und mit einer der Lenkhandhabe (102) zugeordneten Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) zum Erzeugen eines Drehmoments, das einer Drehung der Lenkhandhabe (102) um die Drehachse (D) entgegen gerichtet ist. Das Steer-by-Wire-Lenksystem (100) umfasst ferner mindestens ein elastisches Element (120), über welches sich die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (120) an einem fahrzeugfesten Stützelement (200) abstützt. Das Steer-by-Wire-Lenksystem (100) zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine elastische Element (120) in einer ersten Richtung (R1) parallel zur Drehachse (D) eine höhere Steifigkeit aufweist als in einer zweiten Richtung (R2), die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (D) und insbesondere tangential zu einem gedachten Rotationskörper, dessen Rotationsachse mit der Drehachse (D) zusammenfällt, verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Lenksystem umfasst eine Lenkhandhabe, die um eine Drehachse drehbar ist. Über die Lenkhandhabe kann ein Fahrzeugführer einen gewünschten Lenkwinkel eingeben. Jedoch sind bei einem Steer-by-wire-Lenksystem die Fahrzeugräder mechanisch von der Lenkhandhabe entkoppelt. Daher dient eine Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung dazu, ein Rückstellmoment zu erzeugen beziehungsweise einzustellen, das einem durch den Fahrzeugführer über die Lenkhandhabe erzeugten Drehmoment entgegenwirkt. Der über die Lenkhandhabe vom Fahrzeugführer eingegebene Lenkwinkel wird bei einem Steer-by-Wire-Lenksystem ausschließlich auf elektrischem Weg an Stellaggregate beziehungsweise Aktuatoren zur Lenkung der Fahrzeugräder übermittelt. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, das Drehmoment der Lenkhandhabe zu erfassen.
Zu diesem Zweck ist bekannt, mittels einer Torsionsfeder mit bekannter Torsionssteifigkeit, über die sich die Lenkhandhabe beziehungsweise die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung an einer Fahrzeugstruktur abstützt, das Drehmoment der Lenkhandhabe in einen Winkel zu wandeln, der gemessen werden kann. Durch Reibung kann es dabei zu Drehmomentstörungen kommen. Um diese zu vermeiden, kann die Torsionsfeder über Gleit- oder Wälzlager gelagert werden. Jedoch neigen Wälzlager bei kleinen oszillierenden Drehbewegungen zu raschem Verschleiß und können bei darauffolgenden größeren Bewegungen große Momente erzeugen, während Gleitlager regelmäßig Losbrechmomente haben.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht in der Schaffung einer Abstützung einer Lenkhandhabe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem, welche die erwähnten Nachteile vermeidet und eine Erfassung der beim Betrieb des Steer-by-wire-Lenksystems wirkenden Drehmomente ermöglicht.
Dieses Problem wird durch die Bereitstellung des Steer-by-wire-Lenksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem zunächst eine Lenkhandhabe, die um eine Drehachse drehbar ist. Die Lenkhandhabe kann beispielsweise als Lenkrad ausgebildet sein. Ferner umfasst das Steer-by-wire-Lenksystem eine der Lenkhandhabe zugeordnete Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Drehmoments, das einer Drehung der Lenkhandhabe um die Drehachse entgegen gerichtet ist. Die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung kann ein Gehäuse, einen Antrieb, der in dem Gehäuse ortsfest angeordnet ist, ein mit dem Antrieb in Eingriff stehendes Getriebe, und eine Welle, die in dem Gehäuse gelagert und mit einer Komponente des Getriebes drehfest verbunden ist, umfassen. Die Welle ist ebenfalls um eine Drehachse drehbar, wobei die Drehachse der Welle insbesondere mit der Drehachse der Lenkhandhabe zusammenfällt. Bei der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung kann es sich insbesondere um eine der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtungen, die in der WO 2020/127204 A1 beschrieben sind, handeln.
Darüber hinaus umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem mindestens ein elastisches Element, über welches sich die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung an einem fahrzeugfesten Stützelement abstützt. Insbesondere stützt sich die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung über das mindestens eine elastische Element an dem fahrzeugfesten Stützelement entgegen einer Drehung um die Drehachse der Lenkhandhabe ab. Dabei kann die Abstützung in Bezug auf das fahrzeugfeste Stützelement insbesondere über das Gehäuse oder die Welle der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung erfolgen. Aufgrund der Elastizität des mindestens einen elastischen Elements ist die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung bewegbar gegenüber dem fahrzeugfesten Stützelement, während sie sich an dem fahrzeugfesten Stützelement abstützt.
Das Steer-by-Wire-Lenksystem zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine elastische Element entlang einer ersten Richtung parallel zur Drehachse der Welle beziehungsweise der Lenkhandhabe eine höhere Steifigkeit aufweist als entlang einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu dieser Drehachse und zur ersten Richtung verläuft. Die zweite Richtung verläuft zudem insbesondere tangential zu einem gedachten Rotationskörper, dessen Rotationsachse mit der Drehachse zusammenfällt.
Unter dem Begriff Steifigkeit ist der Widerstand zu verstehen, den das mindestens eine elastische Element seiner elastischen Verformung bei Einleitung einer Kraft beziehungsweise eines Moments in das mindestens eine elastische Element entgegensetzt. Entlang der ersten Richtung wird die Kraft vorwiegend durch den Fahrzeugführer (durch eine Kippbewegung der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung um eine Achse, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse verläuft) in das mindestens eine elastische Element eingeleitet. Entlang der zweiten Richtung wird die Kraft durch eine Drehbewegung der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung um die Drehachse in das mindestens eine elastische Element eingeleitet, das heißt einerseits durch den Fahrzeugführer (bei Betätigung der Lenkhandhabe) und andererseits durch die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung.
Aufgrund der richtungsabhängigen Steifigkeit des mindestens einen elastischen Elements entsteht eine definierte Elastizität des mindestens einen elastischen Elements in Drehrichtung um die Drehachse (zweite Richtung) bei gleichzeitig sehr hoher Steifigkeit des mindestens einen elastischen Elements (und somit des Lenksystems) in Kipprichtung (erste Richtung) um eine Achse, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse gerichtet ist. Daher kann zudem vorgesehen sein, dass die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung allein über das mindestens eine elastische Element mit dem fahrzeugfesten Stützelement verbunden ist, während die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung insbesondere keine Verbindung zu einem anderen fahrzeugfesten Element aufweist
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung ein Gehäuse, einen Antrieb, der in dem Gehäuse beziehungsweise bezüglich des Gehäuses ortsfest angeordnet ist, ein mit dem Antrieb in Eingriff stehendes Getriebe, und eine Welle, die in dem Gehäuse gelagert und mit einer Komponente des Getriebes drehfest verbunden ist. Die Welle oder das Gehäuse ist dabei zu einer drehfesten Verbindung mit der Lenkhandhabe ausgebildet. Demgegenüber sind dabei das Gehäuse, das Getriebe und die Welle für eine (in Bezug auf das fahrzeugfeste Stützelement (Kraftfahrzeug) und um eine Drehachse der Welle) drehbare Lagerung ausgebildet. Insbesondere kann das mindestens eine elastische Element einerseits an dem fahrzeugfesten Stützelement und andererseits an der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung befestigt sein. Für den Fall, dass das Gehäuse zu einer drehfesten Verbindung mit der Lenkhandhabe ausgebildet ist, kann das mindestens eine elastische Element mit einem ersten Ende drehfest mit der Welle, insbesondere mit einem der Lenkhandhabe abgewandten Ende der Welle, verbunden sein und mit einem zweiten Ende an dem fahrzeugfesten Stützelement befestigt sein. Für den Fall, dass die Welle zu einer drehfesten Verbindung mit der Lenkhandhabe ausgebildet ist, kann das mindestens eine elastische Element mit seinem ersten Ende drehfest mit dem Gehäuse verbunden sein und mit seinem zweiten Ende an dem fahrzeugfesten Stützelement befestigt sein. Im unbelasteten Zustand des mindestens einen elastischen Elements, das heißt ohne Einwirkung einer äußeren Kraft, können das erste und das zweite Ende des mindestens einen elastischen Elements auf einer Achse liegen, die sich entlang einer dritten Richtung erstreckt, wobei die dritte Richtung jeweils senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung gerichtet ist. Die dritte Richtung verläuft demnach im Wesentlichen senkrecht und radial zur Drehachse.
Ferner ist denkbar, dass mehrere elastische Elemente vorgesehen sind. Die elastischen Elemente können identisch in Form und Größe sein. Die elastischen Elemente können auf verschiedene Weisen angeordnet sein.
So können die elastischen Elemente so angeordnet sein, dass sie eine Ebene aufspannen, die sich senkrecht zur Drehachse erstreckt. Das heißt, dass die elastischen Elemente bezogen auf die Drehachse auf gleicher Höhe angeordnet sind. Dabei können die elastischen Elemente auch eine Ausdehnung entlang der Drehachse (entlang der ersten Richtung) haben. Zwei benachbarte elastische Elemente können in der Ebene (die sie aufspannen) einen Winkel einschließen. Die elastischen Elemente können gleichmäßig um die Drehachse verteilt sein, so dass der Winkel zwischen zwei benachbarten elastischen Elementen jeweils gleich groß ist. Beispielsweise kann die Anzahl der elastischen Elemente vier und der Winkel zwischen zwei benachbarten elastischen Elementen 90° betragen. Die Anzahl von elastischen Elementen in einer Ebene kann den Anforderungen entsprechend gewählt werden, sollte jedoch mindestens drei betragen.
Alternativ können die elastischen Elemente entlang der Drehachse versetzt angeordnet sein und sich jeweils in einer Ebene erstrecken, die senkrecht zu der Drehachse steht. Die Ebenen sind parallel zueinander. Dabei können die elastischen Elemente in einer Projektionsfläche senkrecht zur Drehachse ebenfalls gegeneinander versetzt sein, so dass in der Projektionsfläche jedes elastische Element beispielsweise eine andere Orientierung (radiale Ausrichtung) bezüglich der Drehachse aufweist.
Gemäß einer weiteren Alternative können die elastischen Elemente in mehreren Ebenen angeordnet sein, die sich jeweils senkrecht zur Drehachse erstrecken, wobei in mindestens einer der mehreren Ebenen mehrere elastische Elemente angeordnet sind. Auch hier können die elastischen Elemente, die nicht in derselben Ebene (die sich senkrecht zur Drehachse erstreckt) angeordnet sind, unterschiedliche radiale Ausrichtungen bezüglich der Drehachse haben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform haben die elastischen Elemente unterschiedliche Abmessungen. Dabei können sich die elastischen Elemente insbesondere in Bezug auf ihre radiale Ausdehnung gegenüber der Drehachse voneinander unterscheiden.
Weiterhin ist denkbar, dass das mindestens eine elastische Element ein flächiges Element umfasst, das sich in einer Ebene erstreckt. Dabei kann das mindestens eine elastische Element derart angeordnet sein, dass die Drehachse der Lenkhandhabe beziehungsweise der Welle der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung in der Ebene des elastischen Elementes liegt. Beispielsweise kann das mindestens eine elastische Element als Blattfeder ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist das mindestens eine elastische Element entlang der ersten Richtung (in der Richtung parallel zur Drehachse) eine größere Ausdehnung auf als entlang der zweiten Richtung (in der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse und insbesondere tangential zu dem gedachten Rotationskörper, dessen Rotationsachse mit der Drehachse zusammenfällt, verläuft). Ferner kann (im unbelasteten Zustand des mindestens einen elastischen Elements) die Ausdehnung des mindestens einen elastischen Elements entlang der dritten Richtung (in der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht und radial zur Drehachse verläuft) größer sein als entlang der zweiten Richtung. Dabei kann die Ausdehnung des mindestens einen elastischen Elements entlang der dritten Richtung größer sein als entlang der ersten Richtung.
Das Lenksystem kann mindestens einen Sensor umfassen, der zum Erfassen einer Kraft und/oder zum Erfassen eines Winkels der Drehung um die Drehachse der Welle ausgebildet ist. Das Lenksystem kann insbesondere mehrere Sensoren umfassen, von denen mindestens ein erster Sensor zum Erfassen einer Kraft und mindestens ein zweiter Sensor zum Erfassen eines Winkels der Drehung um die Drehachse der Welle ausgebildet ist. Die Abstützung der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung an dem fahrzeugfesten Stützelement (entgegen einer Drehung um die Drehachse der Welle) kann unter Zwischenschaltung des mindestens einen Sensors erfolgen. Das mindestens eine elastische Element kann dabei in dem mindestens einen Sensor zum Erfassen der Kraft integriert sein.
Weiterhin ist es denkbar, das mindestens eine elastische Element hinsichtlich des Deformationsverhaltens nichtlinear zu gestalten, so dass die Messgenauigkeit des mindestens einen Sensors bereichsabhängig ist. So könnte der Bereich um die Nulllage (unbelasteter Zustand des mindestens einen elastischen Elements) genauer ausgelegt sein, während mit zunehmendem Drehwinkel die Genauigkeit abnimmt. So kann der Messbereich erweitert werden.
Auch ist es möglich, dass sich die elastischen Elemente einer Ebene beziehungsweise in den Ebenen untereinander in ihrem Deformationsverhalten und ihren Abmessungen unterscheiden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß einer Ausführungsform mit einer Anordnung von elastischen Elementen gemäß einer Ausführungsform;
2 eine Draufsicht auf die Anordnung von elastischen Elementen des Steer-by-Wire-Lenksystems aus 1 im unbelasteten Zustand;
3 eine Draufsicht auf die Anordnung von elastischen Elementen des Steer-by-Wire-Lenksystems aus 1 in einem belasteten Zustand;
4 eine Anordnung von elastischen Elementen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 eine Anordnung von elastischen Elementen gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
6 ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß einer weiteren Ausführungsform.

1 zeigt schematisch und exemplarisch ein Steer-by-Wire-Lenksystem 100 gemäß einer Ausführungsform zusammen mit einem fahrzeugfesten Stützelement 200, an dem das Steer-by-Wire-Lenksystem 100 montiert ist.
Das Steer-by-Wire-Lenksystem 100 umfasst eine Lenkhandhabe 102. In dem gezeigten Beispiel ist die Lenkhandhabe 102 als Lenkrad ausgebildet. Das Steer-by-Wire-Lenksystem 100 umfasst ferner eine Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110. Die Lenkhandhabe 102 ist mit einem Gehäuse 112 drehfest verbunden, das wiederum Teil der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 der Lenkvorrichtung 100 ist.
Die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 umfasst außerdem eine Welle 111, die in dem Gehäuse 112 drehbar gelagert ist. In dem Gehäuse 112 ist zudem ein Antrieb 113 vorgesehen, der in Bezug auf das Gehäuse 112 ortsfest angeordnet ist. Zwischen dem Antrieb 113 und der Welle 111 ist ferner ein Getriebe 114 vorgesehen, das mit dem Antrieb 113 in Eingriff steht und eine von dem Antrieb 113 erzeugte Kraft als ein Drehmoment auf die Welle 111 überträgt. In 1 ist das Getriebe 114 beispielhaft als Schneckengetriebe ausgebildet, das antriebsseitig eine Schneckenwelle 1141 und abtriebsseitig ein Schneckenrad 1142 umfasst. Das Schneckenrad 1142 ist drehfest mit der Welle 111 verbunden.
Eine beispielsweise von einem Fahrer auf die Lenkhandhabe 102 ausgeübte Lenkbewegung (Drehung der Lenkhandhabe 102 um die Drehachse D) wird dabei über das Gehäuse 112, den Antrieb 113 und das Getriebe 114 auf die Welle 111 übertragen. Ein von dem Antrieb 113 erzeugtes Drehmoment wirkt aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen dem Gehäuse 112 und der Lenkhandhabe 102 über das Gehäuse 112 auf die Lenkhandhabe 102.
Die Welle 111 (und mit ihr die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110) ist gegenüber dem fahrzeugfesten Stützelement 200 drehbar gelagert, wobei sie sich über vier elastische Elemente 120 an dem fahrzeugfesten Stützelement 200 abstützt. Mindestens eins der vier elastischen Elemente 120 kann Teil eines Kraftsensors sein, der zum Erfassen einer auf die Welle 111 ausgeübten Kraft (und damit eines Drehwinkels der Welle 111 um ihre Drehachse D) ausgebildet ist. So kann ein von einem Fahrer auf die Lenkhandhabe 102 ausgeübtes Lenkmoment ermittelt werden und auf der Grundlage des ermittelten Lenkmoments der Antrieb 113 derart angesteuert werden, dass ein geeignetes Rückstellmoment erzeugt wird, das dem Lenkmoment entgegenwirkt.
Die elastischen Elemente 120 sind identisch in Form und Größe. Die elastischen Elemente 120 sind an einem ersten Ende der Welle 111 angeordnet und drehfest mit der Welle 111 verbunden. Das erste Ende der Welle 111 liegt einem zweiten Ende der Welle 111 gegenüber, an dem das Gehäuse 112 und die Lenkhandhabe 102 angeordnet ist. Dabei sind die elastischen Elemente 120 bezogen auf die Drehachse D der Welle 111 im Wesentlichen auf gleicher Höhe und zudem in gleichmäßigen Abständen um die Welle 111 herum verteilt angeordnet. Dabei schließen zwei benachbarte elastische Element 120 in einer Ebene senkrecht zur Drehachse D jeweils einen Winkel von 90° ein. Die Haupterstreckungsrichtung der elastischen Elemente 120 ist im unbelasteten Zustand der elastischen Elemente 120 (ohne Einwirkung einer äußeren Kraft) jeweils radial quer zur Drehachse D der Welle 111 (2) gerichtet. In dieser Anordnung weist jedes elastische Element 120 entlang einer ersten Richtung R₁ (parallel zur Drehachse D der Welle 111) eine höhere Steifigkeit auf als entlang einer zweiten Richtung R₂ (senkrecht zur Drehachse D und im Verbindungsbereich zwischen Welle 111 und elastischem Element 120 tangential zur Mantelfläche der Welle 111). Dabei ist die zweite Richtung R₂ von der Orientierung des jeweiligen elastischen Elements 120 in einer Ebene senkrecht zur Drehachse D abhängig.
Die richtungsabhängige Steifigkeit der elastischen Elemente 120 ist auf ihre Form und relative Anordnung zu der Welle 111 zurückzuführen. So ist im unbelasteten Zustand die Ausdehnung jedes elastischen Elements 120 entlang der ersten Richtung R₁ größer als entlang der jeweiligen zweiten Richtung R₂. Ferner ist die Ausdehnung jedes elastischen Elements 120 entlang einer dritten Richtung R₃ (senkrecht und radial zur Drehachse D der Welle 111) größer als entlang der ersten Richtung R₁ und der jeweiligen zweiten Richtung R₂. Auch die dritte Richtung R₃ ist von der Orientierung des jeweiligen elastischen Elements 120 in einer Ebene senkrecht zur Drehachse D abhängig. Durch die beschriebene richtungsabhängige Steifigkeit der elastischen Elemente 120 entsteht eine definierte Elastizität der elastischen Elemente 120 in Drehrichtung um die Drehachse D bei gleichzeitig sehr hoher Steifigkeit des Lenksystems 100 in Kipprichtung um eine Achse, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse D gerichtet ist. Durch die hohe Steifigkeit in Kipprichtung kann auf eine zusätzliche Wellenlagerung verzichtet werden.
Die elastischen Elemente 120 weisen eine flächige Ausdehnung (entlang der ersten Richtung R₁ und der dritten Richtung R₃) auf und sind insbesondere jeweils als Blattfeder ausgebildet.
Mit einem ersten Ende 121 ist jedes elastische Element 120 drehfest an der Welle 111 befestigt. Mit einem zweiten Ende 122, das dem ersten Ende 121 gegenüberliegt, ist jedes elastische Element 120 über eine entsprechende Fixierung 130 an dem fahrzeugfesten Stützelement 200 befestigt. Die Welle 111 weist keine direkte Verbindung zu dem fahrzeugfesten Stützelement 200 oder einem anderen fahrzeugfesten Stützelement auf. Zusätzliche Lager sind nicht vorhanden. Die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 wird allein durch die elastischen Elemente 120 gegenüber der Fahrzeugstruktur abgestützt.
3 zeigt die Anordnung von elastischen Elementen 120 aus 2 in einem belasteten Zustand, der beispielsweise durch ein über die Welle 111 entgegen dem Uhrzeigersinn in die elastischen Elemente 120 eingeleitetes Drehmoment herbeigeführt wird. Der resultierende Verdrehwinkel α (Winkel zwischen einem Schenkel, auf dem das erste Ende 121 eines elastischen Elements 120 liegt, und einem Schenkel, auf dem das zweite Ende 122 des elastischen Elements 120 liegt, mit der Drehachse D als Winkelscheitel) ist in 3 zwecks Veranschaulichung übertrieben groß dargestellt. Tatsächlich liegt der Verdrehwinkel α in einem Bereich zwischen -5° und +5° gegenüber der Ausgangslage im unbelasteten Zustand. Zur Begrenzung des Verdrehwinkels α können Anschläge vorgesehen sein. Aus dem Drehwinkel α und über die Biegesteifigkeit der elastischen Elemente 120 in Drehrichtung (um die Drehachse D) kann das Drehmoment der Lenkhandhabe 102 bestimmt werden.
4 zeigt eine Anordnung von elastischen Elementen 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die für das Steer-by-Wire-Lenksystem 100 aus 1 anstelle der dort dargestellten elastischen Elemente 120 vorgesehen sein kann. Die Anordnung von elastischen Elementen 120 aus 4 umfasst zwei Anordnungen von elastischen Elementen 120 aus 1, wobei die zwei Anordnungen aus 1 entlang der Drehachse D hintereinander angeordnet sind. Die Anordnung aus 4 umfasst demnach acht elastische Elemente 120, die in Bezug auf die Drehachse D der Welle 111 auf zwei verschiedenen Höhen beziehungsweise in zwei parallel zueinander und jeweils senkrecht zu der Drehachse D der Welle 111 ausgerichteten Ebenen angeordnet sind. Dabei ist die Anzahl (hier vier) von elastischen Elementen 120 in beiden Ebenen identisch. Neben der Anzahl ist auch die radiale Ausrichtung der elastischen Elemente 120 in den beiden Ebenen identisch, so dass entlang der Drehachse D betrachtet immer zwei elastische Elemente 120 hintereinander angeordnet sind. Dabei sind die zwei hintereinander angeordneten elastischen Elemente 120 jeweils über dieselbe Fixierung 130 an dem fahrzeugfesten Stützelement 200 befestigt. Zwischen zwei hintereinander angeordneten elastischen Elementen 120 ist entlang der Drehachse D jeweils ein Abstand vorgesehen. Mittels der Beabstandung (entlang der Drehachse D) der elastischen Elemente 120 in mehreren Ebenen (senkrecht zur Drehachse D) kann die Abstützung der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 gegenüber dem fahrzeugfesten Stützelement 200 unter gleichzeitiger Reduzierung der Ausdehnung der elastischen Elemente 120 entlang der ersten Richtung R₁ verbessert werden. Die Anordnung von elastischen Elementen 120 in mehreren (hier zwei) Ebenen dient der Verbesserung der Steifigkeit des Lenksystems 100 in Kipprichtung um eine Achse, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse D gerichtet ist. In 4 sind die Abmessungen der elastischen Elemente 120 identisch. Jedoch können die Abmessungen auch unterschiedlich sein. Auch können die Anzahl und die Ausrichtung der elastischen Elemente 120 in den Ebenen unterschiedlich sein.
5 zeigt eine Anordnung von elastischen Elementen 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die für das Steer-by-Wire-Lenksystem 100 aus 1 anstelle der dort dargestellten elastischen Elemente 120 vorgesehen sein kann. Die Anordnung aus 5 unterscheidet sich von jener in 1 insbesondere darin, dass nicht vier, sondern drei elastische Elemente 120 vorgesehen sind. Die drei elastischen Elemente 120 sind in Bezug auf die Drehachse D der Welle 111 auf der gleichen Höhe angeordnet. Dabei schließen zwei benachbarte elastische Element 120 jeweils einen Winkel von 120° ein. Ansonsten gilt auch für diese Anordnung von elastischen Elementen 120 das in Bezug auf die Anordnung von elastischen Elementen 120 Gesagte entsprechend. In Analogie zu 4 kann auch die Anordnung von elastischen Elementen 120 aus 5 verdoppelt werden, wobei die zwei Anordnungen aus 5 dann entlang der Drehachse D hintereinander angeordnet sein können.
6 zeigt ein Steer-by-Wire-Lenksystem 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Soweit sich aus dem Nachfolgenden nichts anderes ergibt, gilt auch für dieses Steer-by-Wire-Lenksystem 100 das in Bezug auf das Steer-by-Wire-System 100 aus 1 Gesagte entsprechend. Die Ausführungsform aus 6 unterscheidet sich von jener aus 1 insbesondere darin, dass eine Abstützung der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 gegenüber dem fahrzeugfesten Stützelement 200 (gegenüber einer Drehung um die Drehachse D) nicht über die Welle 111, sondern über das Gehäuse 112 erfolgt. Ferner ist die Lenkhandhabe 102 drehfest mit der Welle 111 verbunden. Dieser Aufbau gestattet, ein von dem Antrieb 113 und dem Getriebe 114 erzeugtes Drehmoment auf die Welle 111 zu übertragen, so dass sich die Welle 111 gegenüber dem Gehäuse 112 und um ihre Drehachse D dreht. Durch die drehfeste Verbindung der Lenkhandhabe 102 mit der Welle 111 wird ein solches Drehmoment zudem auf die Lenkhandhabe 102 übertragen. Demgegenüber wird eine beispielsweise von einem Fahrer auf die Lenkhandhabe 102 ausgeübte Lenkbewegung über die Welle 111, das Getriebe 114 und den Antrieb 113 auf das Gehäuse 112 übertragen.
Die elastischen Elemente 120 sind jeweils an ihren ersten Ende 121 drehfest mit dem Gehäuse 112 verbunden, insbesondere mit einem Wellenstumpf 1121, der drehfest an dem Gehäuse 112 befestigt ist. Mit ihrem zweiten Ende 122 sind die elastischen Elemente 120 über die Fixierungen 130 an dem fahrzeugfesten Stützelement 200 befestigt. Die Anordnung der elastischen Elemente 120 entspricht jener aus 1. Die in Bezug auf das Steer-by-Wire-Lenksystem 100 aus 1 beschriebenen alternativen Anordnungen von elastischen Elementen 120 (4 und 5) sind entsprechend auch auf das Steer-by-Wire-Lenksystem 100 aus 6 anwendbar.
Das Gehäuse 112 weist keine direkte Verbindung zu dem fahrzeugfesten Stützelement 200 oder einem anderen fahrzeugfesten Stützelement auf. Zusätzliche Lager sind nicht vorhanden. Die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 wird allein durch die elastischen Elemente 120 gegenüber der Fahrzeugstruktur abgestützt.
Die bisherige Beschreibung der Erfindung erfolgte anhand von mehreren radial angeordneten elastischen Elementen, die auf eine oder mehrere Ebene(n) verteilt sind. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Funktionalitäten und das Deformationsverhalten der elastischen Elemente einer Ebene in einem einzigen elastischen Element abgebildet sind. Wesentlich für die Erfindung ist, dass im Fahrbetrieb vorwiegend nur ein eingeleitetes Drehmoment zu einer Deformation des elastischen Elements führt und dieses gegenüber anderen Belastungen weitestgehend formstabil ist.
Beschrieben wurden Steer-by-wire-Lenksysteme 100, in denen die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 zum Erzeugen eines Drehmoments dient, das einer Drehung der Lenkhandhabe 102 eines Kraftfahrzeugs entgegen gerichtet ist. Denkbar sind aber auch Anwendungen, bei denen ein Drehmoment erzeugt wird, welches die Drehung der Lenkhandhabe eines Kraftfahrzeugs unterstützt, oder bei denen ein Drehmoment ohne Einwirkung des Fahrzeugführers erzeugt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2020/127204 A1 [0006]

Claims

Steer-by-Wire-Lenksystem (100) mit, - einer Lenkhandhabe (102), die um eine Drehachse (D) drehbar ist, - einer der Lenkhandhabe (102) zugeordneten Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) zum Erzeugen eines Drehmoments, das einer Drehung der Lenkhandhabe (102) um die Drehachse (D) entgegen gerichtet ist, und - mindestens einem elastischen Element (120), über welches sich die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (120) an einem fahrzeugfesten Stützelement (200) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Element (120) in einer ersten Richtung (R₁) parallel zur Drehachse (D) eine höhere Steifigkeit aufweist als in einer zweiten Richtung (R₂), die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (D) und insbesondere tangential zu einem gedachten Rotationskörper, dessen Rotationsachse mit der Drehachse (D) zusammenfällt, verläuft.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) allein über das mindestens eine elastische Element (120) mit dem fahrzeugfesten Stützelement (200) verbunden ist und insbesondere dass die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) keine Verbindung zu einem anderen fahrzeugfesten Element aufweist.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) über das mindestens eine elastische Element (120) an dem fahrzeugfesten Stützelement (200) entgegen einer Drehung um die Drehachse (D) der Lenkhandhabe (102) abstützt.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) umfasst: - ein Gehäuse (112), - einen Antrieb (113), der in dem Gehäuse (112) ortsfest angeordnet ist, - ein mit dem Antrieb (113) in Eingriff stehendes Getriebe (114), und - eine Welle (111), die in dem Gehäuse (112) gelagert und mit einer Komponente (1142) des Getriebes (114) drehfest verbunden ist, wobei die Welle (111) oder das Gehäuse (112) zu einer drehfesten Verbindung mit der Lenkhandhabe (102) ausgebildet ist, und das Gehäuse (112), das Getriebe (114) und die Welle (111) für eine, in Bezug auf das Kraftfahrzeug und um eine Drehachse (D) der Welle (111), drehbare Lagerung ausgebildet sind.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (112) zu einer drehfesten Verbindung mit der Lenkhandhabe (102) ausgebildet ist und dass das mindestens eine elastische Element (120) mit einem ersten Ende (121) drehfest mit der Welle (111), insbesondere mit einem der Lenkhandhabe (102) abgewandten ersten Ende der Welle (111), verbunden ist und mit einem zweiten Ende (122) an dem fahrzeugfesten Stützelement (200) befestigt ist.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (111) zu einer drehfesten Verbindung mit der Lenkhandhabe (102) ausgebildet ist und dass das mindestens eine elastische Element (120) mit einem ersten Ende (121) drehfest mit dem Gehäuse (112) verbunden ist und mit einem zweiten Ende (122) an dem fahrzeugfesten Stützelement (200) befestigt ist.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elastische Elemente (120) vorgesehen sind.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (120) - in einer Ebene angeordnet sind, die sich senkrecht zur Drehachse (D) erstreckt, oder - in mehreren Ebenen angeordnet sind, die sich jeweils senkrecht zur Drehachse (D) erstrecken, wobei in mindestens einer der mehreren Ebenen mehrere elastische Elemente (120) angeordnet sind.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (120) entlang der Drehachse (D) nacheinander angeordnet sind.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (120), die nicht in einer Ebene, die sich senkrecht zur Drehachse (120) erstreckt, angeordnet sind, unterschiedliche radiale Ausrichtungen haben.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (120) unterschiedliche Abmessungen haben.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Element (120) als Blattfeder ausgebildet ist.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Element (120) in der ersten Richtung (R₁) parallel zur Drehachse (D) eine größere Ausdehnung aufweist als in der zweiten Richtung (R₂), die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (D) und insbesondere tangential zu dem gedachten Rotationskörper, dessen Rotationsachse mit der Drehachse (D) zusammenfällt, verläuft.