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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehmomentrückmeldungsanordnungen für eine Fahrzeuglenksäule und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf solche Anordnungen zur Verwendung mit einem Steer-by-Wire-Handradaktuator.
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Autonome Fahrzeuge sollen primär in einem autonomen Modus verwendet werden, in dem die Steuerung des Fahrzeugs ohne manuelles Eingreifen durchgeführt wird. Es ist jedoch wünschenswert, dass autonome Fahrzeuge manuell steuerbar sind, falls dies notwendig oder gewünscht wird, und aus diesem Grund müssen Fahrzeugsteuerungen, wie z. B. ein Lenkrad (in der Regel mit einem „Steer-by-Wire“-Betrieb) vorgesehen sein.
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Bei derartigen Steer-by-Wire-Aufbauformen ist ein Handrad (Lenkrad) mit einem Ende einer Welle verbunden, dessen Winkelverschiebung zur Erzeugung eines Signals gemessen wird, das zur Steuerung der Ausrichtung der lenkbaren Räder des Fahrzeugs verwendet wird. Die Aufbauform ist üblicherweise auch mit einem mit der Welle verbundenen Elektromotor zu Bereitstellung einer Straßengefühlwahrnehmung für den Fahrer versehen.
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Bei derartigen Aufbauformen treibt ein Elektromotor in der Regel eine Schnecke an, die mit einem Schneckenrad in Eingriff steht, das sich mit der Welle, mit der das Lenkrad verbunden ist, dreht. Es ist wünschenswert, Maßnahmen zum Vorspannen der Schneckenschraube in den Eingriff mit dem Schneckenrad zur Reduzierung von Getriebeklappern, was bei Umkehr des Drehmoments und der Richtung des Motors auftritt, zu ergreifen.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Lösung oder Reduzierung der mit den Aufbauformen des Stands der Technik in Zusammenhang stehenden Probleme.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Lenkmomentrückmeldungsanordnung für eine Fahrzeuglenksäule:
- ein Gehäuse;
- ein erstes Zahnrad, das in dem Gehäuse um eine erste drehbare Achse drehbar befestigt und dazu konfiguriert ist, sich mit einer Fahrzeuglenksäule zu drehen oder mit dieser verbunden zu sein;
- einen ersten und einen zweiten Elektromotor, die in dem Gehäuse befestigt sind, von denen jeder eine drehbare Ausgangswelle aufweist;
- ein zweites und ein drittes Zahnrad, die in dem Gehäuse drehbar befestigt sind und mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehen;
- ein erstes und ein zweites Untersetzungsgetriebe, die den Ausgang des ersten und des zweiten Motors und ein entsprechendes des zweiten und des dritten Zahnrads verbinden.
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Das Vorsehen von zwei Elektromotoren gestattet, dass die Motoren in einem ersten Betriebsmodus zum Anlegen eines Drehmoments in entgegengesetzten Richtungen an das Ausgangszahnrad gesteuert werden, wodurch die Notwendigkeit einer Steuerung von Spiel mit Präzisionskomponenten beseitigt wird. Darüber hinaus können die zwei Motoren in einem zweiten Betriebsmodus zum Anlegen von Drehmoment in derselben Richtung an das Ausgangszahnrad gesteuert werden, und es wird gestattet, dass die Motoren und die Getriebekomponenten für die Hälfte des Nennwerts des erforderlichen Gesamtsystemdrehmoments ausgelegt werden, wodurch die Größe und die Kosten der Anordnung reduziert werden.
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Das Untersetzungsgetriebe zwischen dem Ausgang jedes der Motoren und dem Ausgangszahnrad reduziert auch die Belastung an den Komponenten des Getriebezugs, wodurch gestattet wird, dass die Zahnräder aus Kunststoffmaterial anstatt aus Metall konstruiert werden, wodurch sowohl die Kosten als auch das Gewicht der Anordnung reduziert werden.
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Vorzugsweise sind die Ausgangswellen des ersten und des zweiten Elektromotors parallel zur Drehachse des ersten Zahnrads ausgerichtet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen das erste und das zweite Untersetzungsgetriebe einen Planetengetriebezug.
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Bei einer Ausführungsform sind die Ausgangswellen des ersten und des zweiten Motors dazu konfiguriert, ein Sonnenrad eines jeweiligen Planetengetriebezugs zu drehen.
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Das zweite und das dritte Zahnrad können mit einem Träger eines jeweiligen Planetengetriebezugs verbunden sein.
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Vorzugsweise umfasst das erste Zahnrad eine innere Keilnut.
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Eine innere Keilnut in dem ersten Zahnrad gestattet, dass eine Lenksäule mit dem Ausgangszahnrad verbunden wird und sich mit diesem dreht, während eine Längsbewegung der Lenksäule gestattet wird, wenn dies gewünscht wird.
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Vorzugsweise umfasst das erste Zahnrad einen länglichen Abschnitt, in dem die innere Keilnut vorgesehen ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Zahnrad einen mit einer inneren Keilverzahnung versehenen Abschnitt.
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Vorzugsweise umfasst das Gehäuse einen vertieften Abschnitt, der auf die innere Keilnut ausgerichtet ist.
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In dem in dem Gehäuse vorgesehenen vertieften Abschnitt wird das innere Ende einer Lenksäule aufgenommen, wenn sie nach innen in ihre eingeschobene verstaute Position verlagert wird.
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Der vertiefte Abschnitt umfasst vorzugsweise eine Aussparung in dem Gehäuse, und die Aussparung geht vorzugsweise durch das Gehäuse hindurch.
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Die vorliegende Erfindung umfasst des Weiteren eine Fahrzeuglenksäule, die eine Lenkmomentrückmeldungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die anhängigen Zeichnungen eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform der Lenkmomentrückmeldungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine perspektivische Rückansicht der Lenkmomentrückmeldungsanordnung von 1;
- 3 eine perspektivische Vorderansicht im vertikalen Querschnitt durch die Lenkmomentrückmeldungsanordnung von 1;
- 4 ein horizontaler Querschnitt durch die Lenkmomentrückmeldungsanordnung von 1 mit Blickrichtung gemäß den Pfeilen IV-IV; und
- 5 eine vertikale Querschnittsseitenansicht der Lenkmomentrückmeldungsanordnung von 1.
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Eine Lenkmomentrückmeldungsanordnung 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einem hinteren Abschnitt 14, der allgemein dreieckig mit abgerundeten Ecken ist. In dem Gehäuse sind zwei identische voneinander beabstandete Drehmomentrückmeldungselektromotoren 18, 20 befestigt, die jeweils eine entsprechende Ausgangswelle 22, 24, die zueinander parallel angeordnet sind, antreiben. Wie erläutert wird, sind die Elektromotoren 18, 20 dazu konfiguriert, Drehmoment an ein mit einer inneren Keilverzahnung versehenes längliches Ausgangszahnrad 26 anzulegen, das im Gebrauch mit einem entsprechend keilverzahnten Ende einer Steer-by-Wire-Lenksäule (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs verbunden ist. Ein Lenkrad ist mit dem gegenüberliegenden Ende der Lenksäule verbunden, und die Winkelverschiebung der Lenksäule wird gemessen, um ein Signal zu erzeugen, das zur Steuerung der Ausrichtung der Laufräder des Fahrzeugs verwendet wird.
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Durch Anlegen eines Drehmoments an das Ausgangszahnrad 26 durch einen Elektromotor 18, 20 kann für eine Straßengefühlwahrnehmung für den Fahrer durch die Lenksäule und das Lenkrad gesorgt werden. Das Vorsehen von zwei Elektromotoren gestattet, dass sie in einem ersten Betriebsmodus zum Anlegen eines Drehmoments in entgegengesetzten Richtungen an das Ausgangszahnrad 26 gesteuert werden, wodurch die Notwendigkeit einer Steuerung von Spiel mit Präzisionskomponenten beseitigt wird. Darüber hinaus können die zwei Motoren in einem zweiten Betriebsmodus zum Anlegen von Drehmoment in derselben Richtung an das Ausgangszahnrad 26 gesteuert werden, und es wird gestattet, dass die Motoren und die Getriebekomponenten für die Hälfte des Nennwerts des erforderlichen Gesamtsystemdrehmoments ausgelegt werden, wodurch die Größe und die Kosten der Anordnung reduziert werden.
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Die Ausgangswellen 22, 24 der Motoren 18, 20 sind über ein jeweiliges Planetenuntersetzungsgetriebe E1, E2 mit einem jeweiligen Stirnrad 30, 32 verbunden, die jeweils mit einem Stirnradabschnitt 34, der sich von der Außenseite des Ausgangszahnrads 26 erstreckt, in Eingriff stehen; wodurch jeder der Motoren 18, 20 ein Drehmoment an das Ausgangszahnrad 26 und somit an die Lenksäule, die normalerweise darauf beschränkt ist, sich mit dem Ausgangszahnrad 26 zu drehen, anlegen kann.
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Die Ausgangswelle 22, 24 jedes der Motoren 18, 20 wird auf einem jeweiligen an dem Gehäuse befestigten Hauptlager 36, 38 gestützt. Das hintere Ende jeder Motorausgangswelle 22, 24 ist auch in einem weiteren Lager 40, 42 aufgenommen, und das vordere Ende jeder Ausgangswelle 22, 24 wird durch ein Lager 44, 46, das in einem Träger C1, C2 des jeweiligen Planetenuntersetzungsgetriebes E1, E2 befestigt ist, gestützt. Zwischen dem jeweiligen Hauptlager 36, 38 und dem jeweiligen Lager 44, 46 in dem Träger C1, C2 des Planetengetriebes sind die Motorausgangswellen 22, 24 in ein Sonnenrad S1, S2 des jeweiligen Planetenuntersetzungsgetriebes E1, E2 ausgebildet. Jedes der Sonnenräder S1, S2 kämmt mit drei identischen Planetenrädern P1, P2, die auf einem jeweiligen der Träger C1, C2 drehbar befestigt sind, und jedes der Planetenräder P1, P2 kämmt auch mit einem jeweiligen stationären Hohlrad R1, R2, das in dem Gehäuse befestigt ist.
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Jeder der Träger C1, C2 ist mit einer jeweiligen Welle 50, 52, die durch beabstandete Lager 54, 56, 58, 60 in dem Gehäuse 12 drehbar befestigt ist, verbunden und jeder trägt ein jeweiliges der zwei Stirnräder 30, 32, die mit dem Stirnradabschnitt 34 des Ausgangszahnrads 26 in Eingriff stehen, wie zuvor erwähnt wird.
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Jedes der Planetenuntersetzungsgetriebe E1, E2 weist ein Untersetzungsverhältnis von 5:1 auf, und es gibt wiederum ein weiteres Untersetzungsverhältnis von 5:1 zwischen jedem der Stirnräder 30, 32 und dem Stirnradabschnitt 34 des Ausgangszahnrads 26, was zu einem Gesamtuntersetzungsverhältnis von 25:1 zwischen dem Ausgang jedes der Motoren 18, 20 und dem Ausgangszahnrad 26 führt.
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Wie am besten in 2-5 zu sehen ist, ist das Ausgangszahnrad 26 durch voneinander beabstandet Lager 66, 68 in dem Gehäuse befestigt und ragt durch eine Aussparung 70 am vorderen Ende des Gehäuses zum Teil aus dem Gehäuse vor. Das Ausgangszahnrad 26 umfasst einen länglichen Hauptkörperabschnitt 26a, der mit einer inneren Keilverzahnung versehen ist, wie bei 27 gezeigt wird, und der im Gebrauch einen komplementär keilverzahnten Endabschnitt einer Lenksäule (nicht gezeigt) aufnimmt. Durch Vorsehen einer Keilverzahnungsverbindung kann die Position der Lenksäule zwischen einer ausgezogenen Betriebsposition in einem Steer-by-Wire-Modus und einer eingezogenen Nicht-Betriebsposition in einem autonomen Modus eingestellt werden. Es wird auch angemerkt, dass der hintere Abschnitt des Gehäuses 12 einen Durchgang 72 umfasst, der auf den länglichen Körperabschnitt 26a des Ausgangszahnrads 26 ausgerichtet ist, um eine Bewegung der Lenksäule in ihre eingezogene Nicht-Betriebsposition zu gestatten.
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Wie zuvor erläutert wurde, ist die Außenfläche des länglichen Hauptkörperabschnitts 26a des Ausgangszahnrads 26 als ein Stirnrad 34 ausgebildet, das mit den zwei Stirnrädern 30, 32 in Eingriff steht.
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Im Gebrauch ist ein keilverzahnter Abschnitt an einem Ende einer Lenkwelle (nicht gezeigt) in dem komplementär keilverzahnten länglichen Körperabschnitt 26a des Ausgangszahnrads 26 positioniert, und ein Lenkrad (nicht gezeigt) ist mit dem gegenüberliegenden Ende der Lenksäule verbunden. In der ausgezogenen Betriebsposition der Lenksäule wird die Winkelverschiebung des Lenkrads gemessen, um ein Signal zu erzeugen, das zur Steuerung der Ausrichtung der Laufräder des Fahrzeugs verwendet wird. In diesem Modus können die Drehmomentrückmeldungsmotoren 18, 20 in einem ersten Betriebsmodus zum Anlegen eines Drehmoments in entgegengesetzten Richtungen an das Ausgangszahnrad 26 gesteuert werden, wodurch die Notwendigkeit einer Steuerung von Spiel mit Präzisionskomponenten beseitigt wird. Darüber hinaus können die zwei Motoren in einem zweiten Betriebsmodus zum Anlegen von Drehmoment in derselben Richtung an das Ausgangszahnrad 26 gesteuert werden, und es wird gestattet, dass die Motoren und die Getriebekomponenten für die Hälfte des Nennwerts des erforderlichen Gesamtsystemdrehmoments ausgelegt werden, wodurch die Größe und die Kosten der Anordnung reduziert werden.
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Wie zuvor erläutert wurde, gibt es ein Gesamtuntersetzungsverhältnis von 25:1 zwischen dem Ausgang jedes der Motoren 18, 20 und dem Ausgangszahnrad 26, wodurch gestattet wird, dass Drehmoment mit Genauigkeit und Reaktionsschnelligkeit an die Lenksäule (und an das Lenkrad, das an der Lenksäule angebracht ist) angelegt wird, um für eine Straßengefühlwahrnehmung für einen Fahrer zu sorgen und Spiel in der Anordnung beträchtlich zu reduzieren oder zu beseitigen. Das Gesamtuntersetzungsverhältnis von 25:1 zwischen dem Ausgang jedes der Motoren 18, 20 und dem Ausgangszahnrad 26 reduziert auch die Belastung an den Komponenten des Getriebezugs, wodurch gestattet wird, dass die Zahnräder aus Kunststoffmaterial anstatt aus Metall konstruiert werden, wodurch sowohl die Kosten als auch das Gewicht der Anordnung reduziert werden.
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In der eingezogenen verstauten Position der Lenksäule werden, wenn das Fahrzeug in einem autonomen Modus gefahren wird, die Motoren 18, 20 nicht aktiviert, da kein Bedarf daran besteht, für eine Straßengefühlwahrnehmung an dem Lenkrad zu sorgen. Der vorgesehene Durchgang 72, der auf den länglichen Abschnitt 26a des Ausgangszahnrads 26 ausgerichtet ist, nimmt jedoch das innere Ende der Lenksäule auf, wenn sie sich in dem eingezogenen verstauten Zustand befindet.
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Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden Ausführungsform beschränkt.
