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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe mit elektrischer Lenkunterstützung, umfassend eine in einem Lenkstangengehäuse axial beweglich geführte Lenkstange und eine Vorrichtung zur Begrenzung eines Lenkhubes, die mit einem Endanschlag in einer Wirkverbindung steht.
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Aus der
DE 10 2016 109 965 A1 ist ein Lenksystem für ein Fahrzeug bekannt, welches eine in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagerte Lenkstange aufweist, wobei ein Verschiebeweg der Lenkstange relativ zu dem Gehäuse mittels eines Anschlages begrenzt ist. Der Anschlag ist dabei durch ein Zusammenwirken eines dem Gehäuse zugeordneten Anschlagelementes mit einem mit der Lenkstange verschiebbaren zweiten Anschlagelement ausgebildet. Diese Anschlagelemente sind entweder in das Gehäuse bzw. die Lenkstange integriert oder an diesen als separate Bauelemente befestigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lenkgetriebe mit elektrischer Lenkunterstützung anzugeben, welches eine konstruktiv möglichst einfache, ohne Softwareänderungen anpassbare und effektive Lenkung ermöglicht.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei dem Eingangs erläuterten Lenkgetriebe ist die Begrenzungsvorrichtung durch mindestens einen Sensor gebildet, der in einer seitlichen Öffnung des Lenkstangengehäuses angebracht ist und mit den, den Endanschlag kennzeichnenden Merkmalen der Lenkstange zusammenwirkt, wobei der mit der elektrischen Lenkunterstützung in Kontakt stehende Sensor bei Erkennung des Endanschlages der Lenkstange die Lenkunterstützung stark reduziert und diese wieder in Gang setzt, wenn der Lenkhub sich wieder in vordefinierten Grenzen befindet. Durch die Änderung der Lenkhardware kann der Lenkhub an der Lenkung mechanisch sehr kostengünstig angepasst werden. Dadurch wird eine Softwareänderung zur Erfassung des Lenkhubes überflüssig, wodurch Entwicklungskosten und Serienkosten durch Skaleneffekte reduziert werden.
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Vorteilhafterweise ist der jeweilige Endanschlag durch eine Lücke, vorzugsweise eine Nut, in der Lenkstange gebildet. Dadurch kann auf separate Bauteile für den Endanschlag verzichtet werden und der Endanschlag ist verliersicher in der Lenkstange ausgebildet.
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In einer Ausgestaltung weist die den Endanschlag bildende Nut scharfkantige Ränder auf. Dies ermöglicht eine zuverlässige Erkennung des Endanschlages, insbesondere durch optische bzw. induktive Sensoren, da der scharfkantige Rand eine sprunghafte Änderung im Messsignal des Sensors erzeugt.
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In einer Variante ist der jeweilige Endanschlag durch eine farbige Markierung gebildet. Eine solche farbige Markierung ist einfach und somit kostengünstig ohne mechanische Einwirkung auf der Lenkstange aufbringbar und durch optische Sensoren detektierbar.
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In einer Ausführungsform ist der jeweilige Sensor durch eine Photodiode gebildet. Photodioden sind sehr preiswert, weshalb die Detektion des als farbige Markierung ausgebildeten Endanschlages sehr kostengünstig realisiert werden kann.
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Es ist von Vorteil, wenn der jeweilige Sensor induktiv arbeitet. Die Erfassung eines Endanschlages in der Lenkstange ist besonders materialreduziert, da die Lenkstange aus einem Metall besteht, welches in ein von dem Sensor aufgespanntes Magnetfeld eintaucht, welches durch Vorsprünge oder Kerben in der Lenkstange verändert wird, was durch den induktiven Sensor einfach zu erfassen ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Lenkstange zumindest einen Magnetstreifen auf, der den Endanschlag bildet. Die Lenkstange muss somit nicht zwingend aus Metall bestehen, sondern kann auch aus einer Keramik oder anderen Materialien hergestellt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in das Gehäuse ein Federelement integriert. Das Federelement verhindert einen harten Anschlag der Lenkstange bzw. des Kugelkopfes im Gehäuse, was zur Langlebigkeit der Lenkung beiträgt. Außerdem kann dadurch ein Kraftsprung als weitere Eingangsgröße detektiert und zur Anpassung der Lenkunterstützung verwendet werden.
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In einer weiteren Variante ist der Sensor mit der elektrischen Lenkunterstützung über eine elektrische Leitung verbunden. Die elektrische Lenkunterstützung kann somit in Echtzeit das Sensorsignal auswerten und den Lenkhub begrenzen.
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In einer Alternative kommuniziert der Sensor mit der elektrischen Lenkunterstützung drahtlos. Dadurch wird Bauraum im Fahrzeug eingespart, da keine elektrischen Leitungen verlegt werden müssen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes,
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes,
- 3 ein Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe gem. 2.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes dargestellt, wie es in Fahrzeugen mit elektrischer Lenkunterstützung Einsatz findet. Das Lenkgetriebe 1 umfasst eine Lenkstange 3, die in einem Lenkstangengehäuse 5 axial beweglich gelagert ist. Beide Enden 31 der Lenkstange 3 überragen das Lenkstangengehäuse 5 und greifen über jeweils ein Kugelgelenk 7 an einem Spurstangenkopf 9 einer Spurstange 11, die mit einem nicht weiter dargestellten Fahrzeugrad in einer Wirkverbindung steht, an. Jedes Ende 31 der Lenkstange 3 grenzt dabei durch ein Federelement, welches beispielhaft in dieser Darstellung als Tellerfederpaket 13 ausgebildet ist, an den Spurstangenkopf 9. Die axiale Bewegung der Lenkstange 3 erfolgt über einen Elektromotor 15, welcher Bestandteil einer elektrischen Lenkunterstützung 17 ist, in beide Richtungen. In einer seitlichen, radial durchgehenden Öffnung 19 ist auf dem Lenkstangengehäuse 5 ein Sensor 21 positioniert. An der Oberfläche der Lenkstange 3 sind, dem Sensor 21 zugewandt, zwei Nuten 23 so positioniert, dass der Sensor 21 in einem neutralen Zustand der Lenkstange 3 mittig zwischen beiden Nuten 23 angeordnet ist. Zwischen den Enden 31 der Lenkstange 3 und der Nut 23 weist die Oberfläche der Lenkstange 3 zahnförmige Vorsprünge 25 auf.
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Der Lenkhub an der Lenkung muss auch bei geringfügigen Kinematikänderungen angepasst werden, was durch die axiale Bewegung der Lenkstange 3 in die jeweilige Richtung infolge der Ansteuerung durch die elektrische Lenkunterstützung 17 erfolgt. Zur Begrenzung des Lenkhubes dienen die beiden Nuten 23. Wird jeweils eine der Nuten 23 durch den Sensor 21 erfasst, wird die Lenkunterstützung 1 stark, gegebenenfalls bis auf null reduziert. Erst wenn die Nut 23 den Sensorbereich verlassen hat, ist die Lenkunterstützung 17 wieder aktiv.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes ist in 2 gezeigt. Dieses Lenkgetriebe 27 unterscheidet sich vom Lenkgetriebe 1 in 1 dahingehend, dass ein induktiver Sensor 29 am Tellerfederpaket 13 angeordnet ist. Dieser induktive Sensor 29 detektiert die Position des Spurstangenkopfes 9, um festzustellen, ob der Endanschlag des Lenkhubes erreicht ist. Dazu werden von der elektrischen Lenkunterstützung 17 in den von dem Sensor 29 abgegebenen Sensorsignal die Sprünge detektiert, welche durch das Eintauchen und Wiederaustreten des Spurstangenkopfes 9 aus dem Sensorbereich bei der axialen Bewegung der Lenkstange 3 hervorgerufen werden. Auf der gegenüberliegenden Seite zum Sensor 29 muss ein zweiter Sensor vorhanden sein. Dieser zweite Sensor dient der Redundanzmessung.
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Alternativ können aber auch optische Erkennungen des Endanschlages realisiert werden, welche auf eine farbige Markierung reagieren.
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In 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Lenkgetriebes 27 gezeigt, wobei 3a einen Schnitt durch das Lenkgetriebe 27 in Neutralstellung und 3b einen Schnitt durch das Lenkgetriebe 27 nahe am Volleinschlag darstellt. In der Neutralstellung gemäß 3a ragt das Ende 31 der Lenkstange 3 mit mehreren zahnähnliche Vorsprüngen 25 über das mit einem Sprengring 33 gesicherte Tellerfederpaket 13 hinaus. Die Spurstange 11 und das hinausragende Ende 31 sind dabei von einer Manschette 35 umgeben. Gemäß 3b ist die Lenkstange 3 nach rechts verschoben und das an den Spurstangenkopf 9 angreifende Ende 31 der Lenkstange 3 in das Tellerfederpaket 13 geschoben. Der induktive Sensor 29 detektiert in diesem Fall keine sprunghaften Änderungen im Sensorsignal, wodurch die elektrische Lenkunterstützung 17 den Vollausschlag des Lenkhubes identifiziert und die Lenkunterstützung stark, ggf. auf null reduziert. Dieses Prinzip funktioniert auch, wenn kein Tellerfederpaket 13 verwendet wird. Der Sensor 29 kann dazu noch weiter in Richtung Mitte der Lenkstange 3 verschoben werden. Darüber hinaus kann beim Eintauchen in das Tellerfederpaket 13 ein Kraftanstieg der Lenkunterstützung 17 detektiert werden, welcher auch zum Reduzieren der Lenkunterstützung verwendet werden kann.
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Darüber hinaus kann beim Eintauchen in das Tellerfederpaket 13 ein Kraftanstieg der Lenkunterstützung 17 detektiert werden, welcher auch zum Abschalten der Lenkunterstützung 17 verwendet werden kann. Eine nach dem Stand der Technik bekannte Anordnung eines Lagesensors am Wellenstummel zur Anbindung der Lenkstange 3 bzw. dem Lenkrad, entfällt bei einer „Steer-by-wire“-Lenkung komplett, weil keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkung besteht. Deshalb kann bei diesen Systemen eine der beschriebenen Ausführungsformen ebenfalls eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016109965 A1 [0002]
