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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lenkaktuator für ein Steer-by-wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Elektromotor,der mit einem Lenkgetriebe gekoppelt ist, wobei das Lenkgetriebe eine Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung einer Lenkstange wandelt.
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Ein Steer-by-wire-Lenksystem überträgt in der Regel einen Lenkbefehl eines Lenksensors, wie insbesondere einem Lenkrad, über eine Steuereinrichtung ausschließlich elektrisch zu einem in der Regel elektromechanischen Aktor, der den Lenkbefehl ausführt, und üblicherweise die lenkbaren Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs aktuiert. Es besteht bei einem solchen Steer-By-Wire-Lenksystem üblicherweise keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Fahrzeugrädern.
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Im Falle einer Fahrzeugpanne, bei der das elektrische System komplett ausgefallen ist, ist eine manuelle Lenkung erforderlich.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Lenkaktuator für ein Steer-by-wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welcher eine einfache und effiziente manuelle Lenkung des Lenksystems im Falle eines Ausfalls der elektrischen Systeme im Kraftfahrzeug bereitstellen kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Lenkaktuator für ein Steer-by-wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Elektromotor,der mit einem Lenkgetriebe gekoppelt ist, wobei das Lenkgetriebe eine Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung einer Lenkstange wandelt,
wobei das Lenkgetriebe wenigstens ein erstes Kopplungselement aufweist, an welches ein Lenkwerkzeug lösbar koppelbar ist, wobei das Lenkgetriebe im mit dem Lenkwerkzeug gekoppelten Zustand derart aktuierbar ist, dass eine Drehung des Lenkwerkzeugs einen Lenkausschlag eines mit der Lenkstange gekoppelten Fahrzeugrads bewirkt.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine externe manuelle und mechanische Eingabe von Lenkbefehlen ermöglicht ist, ohne irgendeine Eigenschaft des Steer-by-Wire-Systems zu beeinträchtigen. Das Kopplungselement hat keinen Einfluss auf das drahtgebundene Lenksystem, kann aber im Falle eines Ausfalls des drahtgebundenen Lenksystems helfen, das defekte Kraftfahrzeug gezielt zu bewegen. Das Fahrzeug kann so beispielsweise im Falle eines Unfalls oder eines elektrischen Defekts von einem Mechaniker, einem Abschleppunternehmen oder dem Rettungsdienst von außerhalb des Fahrzeugs gelenkt werden.
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Im Normalbetrieb des Lenksystems ist das Fahrzeugrad mit dem drehmomentstarken als Achslenkmotor ausgebildeten Elektromotor verbunden, der sich in der Road Wheel Actuator (RWA) Einheit, die auch als Lenkaktuator bezeichnet wird, befindet.
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Mechanisch kann die Lenkstange bevorzugt durch zwei verschiedene Systemen manuell aktuiert werden, was nachstehend noch näher erläutert wird.
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Das Lenkgetriebe kann über das Kopplungselement mit Hilfe eines abnehmbaren langen Torsionsschlüssels, insbesondere mit einem Kugelsperrmechanismus zur Bedienersicherheit und Kindersicherung versehen, gedreht werden. Der Kopplungselement kann sich insbesondere bevorzugt unter dem Fahrzeug oder in dessen Front befinden.
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Unter einem Steer-By-Wire-Lenksystem im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Lenkungssystem für die Vorderachse zu verstehen, welches im Wesentlichen aus einem sogenannten Hand Wheel Aktuator (HWA), beispielsweise der Aktuatorik um das befehlsgebende Fahrzeug-Lenkrad herum, und einem Road Wheel Aktuator (RWA), also der auf die mit den Fahrzeugrädern verbundene Lenkmechanik wirkenden Aktuatorik, besteht. Per Leitung („by wire“) wird dabei das Lenksignal vom HWA zum RWA übertragen.
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Das Fahrzeugrad weist insbesondere einen Fahrzeugreifen auf, über den das an das Kraftfahrzeugrad übertragene oder auf das Kraftfahrzeugrad einwirkende Antriebsmoment auf einen Untergrund übertragen werden kann, um das Kraftfahrzeug zu bewegen. Der Fahrzeugreifen kann von einer Fahrzeugfelge gehalten werden, die mittelbar oder unmittelbar mit der Radnabe verbunden werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Lenkgetriebe eine mehrgängige Welle aufweist, wobei ein erster Gang der Welle über eine Kupplung mit dem Lenkgetriebe ein- und auskuppelbar ausgebildet ist, während ein zweiter Gang der Welle permanent mit dem Lenkgetriebe gekoppelt ist und das Kopplungselement mit dem zweiten Gang der Welle verbunden ist.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Lenkgetriebe ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und mit mehreren mit dem Sonnenrad getrieblich gekoppelten Planetenrädern,die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen und einem koaxial zum Sonnenrad angeordnetem Hohlrad in welchem die Planetenräder wälzen, wobei das Sonnenrad mit dem Kopplungselement und das Hohlrad mit dem Elektromotor gekoppelt ist, sowie die Planetenräder mit einem mit der Lenkstange getrieblich gekoppelten Ritzel gekoppelt sind.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Lenkgetriebe ein Ritzelgetriebe aufweist, wobei ein Ritzel derart getrieblich mit der Lenkstange gekoppelt ist, dass eine Drehung des Ritzels eine translatorische Verschiebung der Lenkstange bewirkt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Elektromotor über ein
Endloszugmittel,insbesondere eines Zahnriemens, mit dem Lenkgetriebe gekoppelt ist.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Kupplung ein separates, zweites Kopplungselement zur manuellen Betätigung der Kupplung aufweist.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das erste Kopplungselement und das zweite Kopplungselement im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Lenkwerkzeug hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch hilfskraftunterstützt oder hilfskraftbetrieben ausgeführt ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines Lenkaktuators in einer schematischen Blockschaltdarstellung, und
- 2 eine zweite Ausführungsform eines Lenkaktuators in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Lenkaktuators 1 für ein Steer-by-wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Elektromotor 2, der mit einem Lenkgetriebe 3 gekoppelt ist, wobei das Lenkgetriebe 3 eine Drehbewegung des Elektromotors 2 in eine translatorische Bewegung einer Lenkstange 4 wandelt.
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Das Lenkgetriebe 3 weist wenigstens ein erstes Kopplungselement 5 auf, an welches ein Lenkwerkzeug 6 lösbar koppelbar ist. Das Lenkgetriebe 3 ist im mit dem Lenkwerkzeug 6 gekoppelten Zustand derart aktuierbar ist, dass eine Drehung des Lenkwerkzeugs 6 einen Lenkausschlag eines mit der Lenkstange 4 gekoppelten Fahrzeugrads bewirkt.
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In der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform eines Lenkaktuators 1, weist das Lenkgetriebe 3 eine mehrgängige Welle 7 auf, wobei ein erster Gang der Welle 7 über eine Kupplung 8 mit dem Lenkgetriebe 3 ein- und auskuppelbar ausgebildet ist, während ein zweiter Gang der Welle 7 permanent mit dem Lenkgetriebe 3 gekoppelt ist. Das Kopplungselement 5 ist mit dem zweiten Gang der Welle 7 verbunden. Somit ist der zweite Gang der Welle 7 immer mit dem als Ritzelgetriebe ausgebildeten Lenkgetriebe 3 verbunden, so das mit einem Lenkwerkzeug 6 die Lenkung wie bei einem „normalen“ Lenkrad gedreht werden kann.
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Die Kupplung 8 besitzt ein separates, zweites Kopplungselement 15 zur manuellen Betätigung der Kupplung 8. Das erste Kopplungselement 5 und das zweite Kopplungselement 15 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet. Das Lenkwerkzeug 6 kann bevorzugt hydraulisch und/oder pneumatisch und/oder elektrisch hilfskraftunterstützt oder hilfskraftbetrieben ausgeführt sein.
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Alternativ hierzu ist in 2 eine zweite Ausführungsform eines Lenkaktuators dargestellt. Das Lenkgetriebe 3 besitzt hierbei ein Planetengetriebe 9 mit einem Sonnenrad 10 und mit mehreren mit dem Sonnenrad 10 getrieblich gekoppelten Planetenrädern 11, die sich rotatorisch um das Sonnenrad 10 bewegen und einem koaxial zum Sonnenrad 10 angeordnetem Hohlrad 12 in welchem die Planetenräder 11 wälzen. Das Sonnenrad 10 ist mit dem Kopplungselement 5 und das Hohlrad 12 mit dem Elektromotor 2 gekoppelt, sowie die Planetenräder 5 mit einem mit der Lenkstange 4 getrieblich gekoppelten Ritzel 13. Das Planetengetriebe verfügt über zwei Eingänge, nämlich das Hohlrad 12 (Eingang 1) und durch das Sonnenrad 10 (Eingang 2). Im Falle eines Systemfehlers, der zum Ausfall von Eingang 1 führt, kann der Eingang 2 manuell über das Lenkwerkzeug 6 gesteuert werden.
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Da das „Ring -R“-Getriebe des Planetensystems beispielsweise aufgrund eines elektrischen Ausfalls nicht gedreht werden kann, wird das „Sonne -S“-Getriebe über einem externen manuellen Eingang mittels des Kopplungselements 5 gespeist. Das „Planet -P“-Getriebe kann dieses durch die manuelle Eingabe gegebene Drehmoment auf das Ritzel übertragen.
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Wie in den 1-2 dargestellt, ist, weist das Lenkgetriebe 3 ein Ritzelgetriebe 16 auf, wobei ein Ritzel 17 derart getrieblich mit der Lenkstange 4 gekoppelt ist, dass eine Drehung des Ritzels 17 eine translatorische Verschiebung der Lenkstange 4 bewirkt. Der Elektromotor 2 ist in beiden gezeigten Ausführungsformen über ein Endloszugmittel 14, insbesondere einen Zahnriemen, mit dem Lenkgetriebe 3 gekoppelt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkaktuator
- 2
- Elektromotor
- 3
- Lenkgetriebe
- 4
- Lenkstange
- 5
- Kopplungselement
- 6
- Lenkwerkzeug
- 7
- Welle
- 8
- Kupplung
- 9
- Planetengetriebe
- 10
- Sonnenrad
- 11
- Planetenrädern
- 12
- Hohlrad
- 13
- Ritzel
- 14
- Endloszugmittel
- 15
- Kopplungselement
- 16
- Ritzelgetriebe
- 17
- Fahrzeugrad
