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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lenkungsaktuator für ein Fahrzeug, insbesondere für eine steer-by-wire Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs, sowie eine Verwendung eines solchen Lenkungsaktuator in einer steer-by-wire Lenkeinrichtung.
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Stand der Technik
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Lenkeinrichtungen für Fahrzeuge müssen für eine Straßenzulassung ausfallsicher sein, das heißt, im Falle eines Fehlers, bspw. ein Ausfall der Antriebseinheit des Lenkaktuators, muss die Lenkeinrichtung den zuletzt gestellten Lenkwinkel halten. Hierzu werden insbesondere Lenkaktuatoren mit einem selbsthemmenden Getriebe eingesetzt, dessen selbsthemmende Wirkung im Fehlerfall, den zuletzt gestellten Lenkwinkel hält. Da die Selbsthemmung auch im Normalbetrieb der Lenkeinrichtung wirksam ist, muss die Antriebseinheit des Lenkaktuators die Selbsthemmung überwinden, um einen normalen Lenkvorgang durchzuführen.
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Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, einen bekannten Lenkungsaktuator für eine Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs zu verbessern, insbesondere besteht ein weiterer Bedarf, einen Lenkungsaktuator bereitzustellen, der im Normalbetrieb eine reibungsarme Lenkung ermöglicht und im Fehlerfall ein Verstellen des Lenkwinkels unterbindet.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Lenkungsaktuator für eine Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs bereitzustellen, insbesondere einen Lenkungsaktuator für eine steer-by-wire-Lenkeinrichtung bereitzustellen, der im Normalbetrieb eine reibungsarme Lenkung ermöglicht und im Fehlerfall ein Verstellen des Lenkwinkels unterbindet.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Der erfindungsgemäße Lenkungsaktuator, insbesondere für eine steer-by-wire-Lenkeinrichtung, für ein Fahrzeug, weist eine Antriebseinheit, ein Getriebe und einen schaltbaren Freilauf auf. Die Antriebseinheit, bspw. einen E-Motor, ist dazu eingerichtet, ein vorbestimmtes Antriebslenkmoment bereitzustellen. Das Getriebe ist dazu eingerichtet, das Antriebslenkmoment auf ein für die Lenkung eines Rades eines Fahrzeugs erforderliches (Rad-) Lenkmoment zu übersetzen. Ferner ist das Getriebe dazu eingerichtet, mit einem Fahrwerk des Fahrzeugs drehmomentübertragend koppelbar zu sein, um das RadLenkmoment auf das Rad zu übertragen. Der schaltbare Freilauf ist zwischen dem Antrieb und dem Getriebe angeordnet und weist ein rotierbares Innenelement, einen feststehenden Außenring, zumindest ein Sperrelement und ein Schaltelement auf. Das rotierbare Innenelement ist mit einer Eingangswelle des Getriebes drehmomentübertragend gekoppelt. Ferner sind das Innenelement und der Außenring in einer Sperrstellung in zumindest eine Richtung, vorzugsweise in beide Richtungen gegen ein Verdrehen zueinander gesperrt, und in einer Öffnungsstellung in zumindest einer Richtung gegeneinander verdrehbar. Das zumindest eine Sperrelement ist zwischen dem Innenelement und dem Außenring angeordnet. In der Öffnungsstellung ist das Sperrelement außer Funktion, und in der Sperrstellung sperrt das Sperrelement ein Verdrehen des Innenelements gegenüber dem Außenring in zumindest eine Richtung. Das Schaltelement ist mit einer Ausgangswelle der Antriebeinheit drehmomentübertragend gekoppelt, und ist dazu eingerichtet, das zumindest eine Sperrelement in die Öffnungsstellung zu bewegen. Ferner ist das Schaltelement drehmomentübertragend mit dem Innenelement gekoppelt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass der Lenkungsaktuator in einem Normalbetrieb, also in einem aktiven Zustand der Antriebseinheit eine reibungsarme Lenkung ermöglicht, und im Fehlerfall eine Verstellung des Lenkwinkels zuverlässig unterbindet. Dadurch ist das von der Antriebseinheit zu erzeugende Lenkmoment reduziert werden, insbesondere im Vergleich zu Lenkungsaktuatoren mit einem selbsthemmenden Getriebe. Somit kann die Antriebseinheit kleiner ausgelegt werden, wodurch ein erforderlicher Bauraum für den Lenkungsaktuator reduziert ist. Dies ist insbesondere für Einzelrad-Lenkeinrichtungen von Vorteil, bei denen jedes Rad des Fahrzeugs über einen separaten Lenkungsaktuator gelenkt wird. Ferner eignet sich der Lenkungsaktuator insbesondere für Corner Module, bei denen häufig nur ein begrenzter Bauraum verfügbar ist, um einen möglichst großen Lenkwinkelbereich, insbesondere einen Lenkwinkelbereich von etwa 135° bis 180°, zu ermöglichen.
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Der schaltbare Freilauf ermöglicht in einem aktiven Zustand der Antriebseinheit ein im Wesentlichen reibungsarmes, insbesondere im Wesentlichen reibungsfreies, Einbringen des Antriebslenkmoments in das Getriebe, welches das Antriebslenkmoment auf das für eine Lenkung des Rads erforderliche Radlenkmoment übersetzt. In einem deaktivierten Zustand der Antriebseinheit, bspw. aufgrund eines Ausfalls, sperrt der schaltbare Freilauf, wodurch ein Einbringen eines vom Rad bzw. Fahrwerk kommenden Moments in die Antriebseinheit unterbunden wird. Dadurch kann ein Verstellen des Lenkwinkels im deaktivierten Zustand der Antriebseinheit unterbunden werden.
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Mit anderen Worten kann man sagen, dass der schaltbare Freilauf eine mechanische Sperre bildet, die durch die Antriebseinheit im aktiven Zustand entriegelt wird. Das bedeutet, dass die Antriebseinheit beim Einbringen des zum Stellen eines vorbestimmten Lenkwinkels erforderlichen Antriebslenkmoments zunächst den schaltbaren Freilauf in die Öffnungsstellung versetzt. Wenn die Sperre entriegelt ist, d.h., wenn der schaltbare Freilauf in der Öffnungsstellung ist, kann das Antriebslenkmoment an das Getriebe weitergegeben werden, das das Antriebslenkmoment auf das erforderliche Radlenkmoment übersetzt und dieses an ein Fahrwerk des Fahrzeugs weitergibt, um das Rad zu lenken. Ist die Antriebseinheit deaktiviert, wird der schaltbare Freilauf durch eine geringe Drehung in die der Stellrichtung entgegengesetzten Richtung in die Sperrstellung versetzt, und eine Übertragung eines Moments vom Getriebe zur Antriebseinheit wird unterbunden.
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Die Stellrichtung beschreibt hier die Drehrichtung des Antriebslenkmoments, das von der Antriebseinheit zur Lenkung eines Rads erzeugt wird.
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Die Öffnungsstellung beschreibt einen Zustand, in dem der schaltbare Freilauf offen ist, die mechanische Sperre also entriegelt ist. Das bedeutet, in der Öffnungsstellung überträgt der Freilauf das von der Antriebseinheit erzeugte Antriebslenkmoment mittels des Schaltelements auf das Innenelement, das wiederum mit der Eingangswelle des Getriebes gekoppelt ist. Das bedeutet, dass sich der Freilauf in der Öffnungsstellung in einem Zustand befindet, in dem das zumindest eine Sperrelement außer Funktion ist und einer Verdrehen des Innenelements relativ zum Außenring möglich ist.
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Die Sperrstellung beschreibt einen Zustand, in dem der schaltbare Freilauf gesperrt ist, die mechanische Sperre also aktiv ist. Das bedeutet, in der Sperrstellung verhindert der Freilauf eine Übertragung eines von dem Rad bzw. dem Fahrzeug kommenden Drehmoments an die Antriebseinheit. Das bedeutet, dass sich der Freilauf in der Sperrstellung in einem Zustand befindet, in dem das zumindest eine Sperrelement ein Drehen des Innenelements relativ zum Außenring in zumindest einer Richtung unterbindet. In diesem Zustand wird kein Moment von dem Getriebe zur Antriebseinheit übertragen, und der Freilauf verhindert, dass sich ein Lenkwinkel verstellt.
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Es ist auch denkbar, auf das Getriebe zu verzichten. In einem solchen Fall ist die Antriebseinheit dazu eingerichtet, das erforderliche Radlenkmoment bereitzustellen. Das heißt, dass in diesem Fall das Antriebslenkmoment dem erforderlichen Radlenkmoment im Wesentlichen entspricht. Die Antriebseinheit ist derart auszulegen, das erforderliche Radlenkmoment bereitstellen zu können. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Antriebseinheit entsprechend größer ausgelegt werden muss als die Antriebseinheit, die in Kombination mit einem Getriebe für den Lenkungsaktuator eingesetzt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das zumindest eine Sperrelement als ein Wälzkörperpaar ausgebildet, das dazu eingerichtet ist, ein Drehen des Innenelements gegenüber dem Außenring in der Sperrstellung in beide Richtungen zu sperren, wobei ferner ein Federelement zwischen den beiden Wälzkörpern des Wälzkörperpaars angeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, die Wälzkörper in einer Umfangsrichtung gegeneinander vorzuspannen. Die Vorspannung des Federelements bewirkt somit ein Auseinanderdrücken der beiden Wälzkörper in Umfangsrichtung. In der Sperrstellung drückt das Federelement die Wälzkörper auseinander und bewegt die Wälzkörper des Wälzkörperpaars dadurch jeweils in eine Klemmposition, in der sie ein Verdrehen des Innenelements relativ zum Außenring sperren, also unterbinden. Dadurch kann der schaltbare Freilauf in der Sperrstellung ein Übertragen eines Moments vom den Getriebe auf die Antriebseinheit unterbinden, und somit die Positionssicherung der Antriebseinheit gewährleisten. Dadurch kann ein Verdrehen bzw. ein Verstellen des Lenkwinkels verhindert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Innenelement an einer Außenumfangsfläche zumindest eine Klemmrampe auf, die dazu eingerichtet ist, eine Klemmposition für das zumindest eine Sperrelement in der Sperrstellung auszubilden. Gemäß einer Ausführungsform weist der Freilauf mehrere Sperrelemente auf, die vorzugsweise entlang der Umfangsrichtung im Wesentlichen gleichverteilt angeordnet sind. Dadurch wird in der Sperrstellung eine aus der Klemmposition der Sperrelemente resultierende Klemmkraft des Freilaufs erhöht. So kann eine Funktionssicherheit des Freilaufs verbessert werden und ein Risiko für ein unerwünschtes Durchrutschen des Freilaufs reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Schaltelement Vorsprünge auf, die zwischen den Sperrelementen angeordnet sind und dazu eingerichtet sind, die Sperrelemente in die Öffnungsstellung zu bewegen. Die Vorsprünge dienen dazu, die Bewegungsfreiheit der Sperrelemente in einer Umfangsrichtung, insbesondere in der Öffnungsstellung, zu begrenzen. Darüber hinaus sind Vorsprünge derart ausgebildet und eingerichtet, dass sie durch eine Drehbewegung des Schaltelements die Sperrelemente in die Öffnungsstellung bewegen, sozusagen schalten, und sie in dieser Stellung für die Dauer der Drehbewegung halten.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Schaltelement zumindest einen Mitnehmer, der drehmomentübertragend mit dem Innenelement in Eingriff ist. Der Mitnehmer greift vorzugsweise formschlüssig in entsprechend ausgebildete Gegengeometrien des Innenelements formschlüssig ein, und dient dazu, eine von der Antriebseinheit in das Schaltelement eingeleitete Drehbewegung auf das Innenelement zu übertragen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Mitnehmer als eine Nase ausgebildet, die mit einer Ausnehmung des Innenelements drehmomentübertragend in Eingriff ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Innenelement mehrere Ausnehmungen und mehrere Klemmrampen, die in Umfangsrichtung vorzugsweise im Wechsel zueinander angeordnet sind. Dadurch kann zum einen in der Öffnungsstellung eine Drehmomentübertragung von dem Schaltelement auf das Innenelement erhöht werden. Zum anderen kann die in der Klemmposition der Sperrelemente wirkende Klemmkraft erhöht werden. So kann eine Funktionssicherheit des Freilaufs verbessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Getriebe ein kombiniertes Stirnrad- und Schneckengetriebe. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Getriebe ein Planetengetriebe. Das kombinierte Stirnrad- und Schneckenradgetriebe ermöglicht es, den Bauraum für den Lenkungsaktuator in axialer Richtung zu reduzieren, und eignet sich daher insbesondere für Anwendungsbereiche, in denen der Bauraum für den Lenkungsaktuator in axialer Richtung nur begrenzt zur Verfügung steht. Das Planetengetriebe ermöglicht es, den Bauraum für den Lenkungsaktuator in einer Breitenrichtung bzw. in radialer Richtung des Lenkungsaktuators zu reduzieren. Daher eignet sich das Planetengetriebe insbesondere für Anwendungsbereiche, in denen der Bauraum für den Lenkungsaktuator in radialer Richtung nur begrenzt zur Verfügung steht.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines vorstehend und nachfolgend beschriebenen Lenkungsaktuators in einer steer-by-wire-Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs.
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Hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen des Lenkungsaktuators gelten obige Ausführungsformen.
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Figurenliste
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Lenkungsaktuators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2a eine schematische Darstellung eines Freilaufs eines Lenkungsaktuators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Sperrstellung;
- 2b eine schematische Darstellung eines Freilaufs eines Lenkungsaktuators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Öffnungsstellung;
- 3a eine schematische Darstellung eines Lenkungsaktuators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3b eine schematische Darstellung eines Lenkungsaktuators gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Ablaufroutine für eine Lenkung eines Rades eines Fahrzeugs.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und nicht maßstabsgetreu. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenkungsaktuators 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Lenkungsaktuator 1 weist eine Antriebseinheit 2, einen schaltbaren Freilauf 3 und ein Getriebe 4 auf. Die Antriebseinheit 2 ist dazu eingerichtet, ein Antriebslenkmoment zur Lenkung eines Rades eines Fahrzeugs mit einem vorbestimmten Lenkwinkel bereitzustellen. Das Getriebe 4 ist dazu eingerichtet, das von der Antriebeinheit 2 bereitgestellte Antriebslenkmoment auf ein für die Lenkung des Rades erforderliches Radlenkmoment zu übersetzen und das Radlenkmoment über eine Getriebeausgangswelle 5 an ein Fahrwerk (nicht dargestellt) des Fahrzeugs weiterzugeben.
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Der schaltbare Freilauf 3 ist zwischen der Antriebseinheit 2 und dem Getriebe 4 angeordnet und ist dazu eingerichtet, eine Momentenübertragung zwischen der Antriebseinheit 2 und dem Getriebe 4 wahlweise zuzulassen oder zu unterbinden. Insbesondere ist der schaltbare Freilauf 3 dazu eingerichtet, eine Momentenübertragung von der Antriebseinheit 2 zum Getriebe 4 zuzulassen, wenn die Antriebseinheit 2 aktiviert ist, und eine Momentenübertragung vom Getriebe 4 zur Antriebseinheit 3 zu unterbinden, wenn die Antriebseinheit 2 deaktiviert ist. Der schaltbare Freilauf 3 wird mit Bezug auf die 2a und 2b näher erläutert.
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In der hier gezeigten Anordnung des schaltbaren Freilaufs 3 zwischen der Antriebseinheit 2 und dem Getriebe 4, übersetzt das Getriebe 4 ein von dem Fahrwerk kommendes Moment zunächst nach unten, und erhöht die Drehzahl. Dadurch ist ein von dem Getriebe 4 an den Freilauf 3 weitergegebenes Moment kleiner als das von dem Fahrwerk kommende Moment. Somit ermöglicht diese Anordnung des schaltbaren Freilaufs 3 es, den schaltbaren Freilauf 3 möglichst klein auszulegen, da so die Momentenbelastung des schaltbaren Freilaufs 3 geringer ist als bei einer umgekehrten Anordnung des schaltbaren Freilaufs 3 und des Getriebes 4. Alternativ ist es dennoch denkbar, die Anordnung des Getriebes 4 und des Freilaufs 3 zu vertauschen, sodass das Getriebe 4 zwischen der Antriebseinheit 2 und dem schaltbaren Freilauf 3 angeordnet ist. In dieser Anordnung ist der schaltbare Freilauf 3 derart auszulegen, dass er ein von dem Fahrwerk kommendes Moment aufnehmen kann. Darüber hinaus ermöglicht es diese Anordnung, das Getriebe 4 kleiner auszulegen, da das Getriebe 4 nicht dazu ausgelegt sein muss, ein von dem Fahrwerk kommendes Moment aufnehmen und nach unten übersetzen zu müssen.
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2a zeigt den schaltbaren Freilauf 3 in einer Sperrstellung und 2b zeigt den schaltbaren Freilauf 3 in einer Öffnungsstellung. Der schaltbare Freilauf 3 weist ein rotierbares Innenelement 6, einen feststehenden Außenring 7, mehrere Sperrelemente 8 und ein Schaltelement 9 auf. Der feststehende Außenring 7 kann beispielsweise in einem Gehäuse (nicht dargestellt) des Lenkungsaktuators 1 drehfest aufgenommen sein. Das Innenelement 6 ist innerhalb des Außenrings 7 und im Wesentlichen konzentrisch zu diesem angeordnet. Darüber hinaus ist das Innenelement 7 mit einer Getriebeeingangswelle 15 des Getriebes 4 drehmomentübertragend gekoppelt.
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Die Sperrelemente 8 sind zwischen dem Außenring 7 und dem Innenelement 6 in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleichverteilt angeordnet. Die Sperrelemente 8 sind jeweils als ein Wälzkörperpaar 10 ausgebildet, das zwei Wälzkörper 11 aufweist. Ferner weisen die Sperrelemente 8 jeweils ein Federelement 12 auf, das zwischen den beiden Wälzkörpern 11 angeordnet ist, und diese in Umfangsrichtung auseinanderdrückt. Die Wälzkörper 11 sind derart angeordnet, dass sie an einer Innenumfangslauffläche des Außenrings 7 und an einer Außenumfangslauffläche des Innenelements 6 abrollen bzw. wälzen.
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Die Innenumfangslauffläche des Außenrings 7 ist im Wesentlichen glatt und in Umfangsrichtung eben ausgebildet. Die Außenumfangslauffläche des Innenelements 6 weist sogenannte Klemmrampen 13 auf, die in einer vorbestimmten Richtung eine vorbestimmte Steigung aufweisen, und dazu eingerichtet sind, eine Klemmposition für die Sperrelemente 8 bereitzustellen. In der Klemmposition „klemmen“ die Wälzkörper 11 zwischen dem Außenring 7 und dem Innenelement 6 und verhindern bzw. sperren ein Verdrehen des Innenelements 6 zum Außenring 7.
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Das Schaltelement 9 ist im Wesentlichen scheibenartig ausgebildet und ist mit einer Antriebseinheitsausgangswelle 14 (siehe 1) drehmomentübertragend gekoppelt. Darüber hinaus weist das Schaltelement hier beispielhaft sechs Vorsprünge 16 auf, die in axialer Richtung gesehen vorstehend ausgebildet sind. Die Vorsprünge 16 sind in Umfangsrichtung, vorzugsweise gleichverteilt, und zwischen dem Außenring 7 und dem Innenelement 6 jeweils zwischen zwei benachbarten Sperrelementen 8 angeordnet. Die Vorsprünge 16 sind dazu eingerichtet, die Sperrelemente 8 bei aktivierter Antriebseinheit 2 in die Öffnungsstellung zu schieben.
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Ferner besitzt das Schaltelement 9 mehrere Mitnehmer 17, die sich von den Vorsprüngen 16 aus nach radial innen erstrecken. Die Mitnehmer 17 ragen in Ausnehmungen 18 des Innenelements 7 hinein und sind dazu eingerichtet, mit den Ausnehmungen 18 einen kraftschlüssigen Eingriff auszubilden. Die Mitnehmer 17, die auch als Nasen bezeichnet werden können, sind in Umfangsrichtung betrachtet schmaler ausgebildet als die Ausnehmungen 18, sodass die Mitnehmer sich innerhalb der Ausnehmungen 18 in Umfangsrichtung bewegen können. Die Mitnehmer 17 sind dazu eingerichtet, ein von der Antriebseinheit 2 in das Schaltelement 9 eingebrachtes Drehmoment, insbesondere das Antriebslenkmoment, in einer Öffnungsstellung des schaltbaren Freilaufs 3 zu übertragen.
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2a zeigt den schaltbaren Freilauf 3 in der Sperrstellung. In der Sperrstellung sind die Sperrelemente 8 in der Klemmposition angeordnet, das heißt, das Federelement 12 drückt die Wälzkörper 11 in Umfangsrichtung auseinander und somit auf der jeweiligen Klemmrampe 13 am Innenelement 6 nach außen. Dadurch erzeugen die Wälzkörper 11 eine Klemmkraft zwischen dem Außenring 7 und dem Innenelement 6, sodass ein Verdrehen des Innenelements 6 relativ zum Außenring 7 in beide Drehrichtungen gesperrt ist. Insbesondere berühren die Vorsprünge 16 des Schaltelements 9 die Sperrelemente 6 nicht, und die Mitnehmer 17 sind im Wesentlichen mittig in den Ausnehmungen 18 des Innenelements angeordnet.
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Für den Fall, dass von dem Lenkungsaktuator 1 ein Lenkwinkel gestellt werden soll, bringt die Antriebseinheit 2 ein entsprechendes Antriebslenkmoment auf, das von der Antriebseinheitsausgangswelle 14 auf das Schaltelement 9 übertragen wird. Dadurch bewegt sich das Schaltelement 9 in Umfangsrichtung, kommt mit einem in Drehrichtung benachbarten Wälzkörper 11 in Kontakt und drückt diesen aus der Klemmposition. Ferner kommt der Mitnehmer 17 mit der Ausnehmung 18 in Eingriff, wodurch das Antriebslenkmoment von dem Schaltelement 9 auf das Innenelement 6 und von dort auf das Getriebe 4 weitergeleitet wird. Durch die Drehbewegung des Innenelements 6 wird der zweite Wälzkörper 11 des Wälzkörperpaars 10 aus der Klemmposition bewegt. Damit befindet sich der schaltbare Freilauf 3 in der Öffnungsstellung, wie sie beispielhaft in 2b gezeigt ist.
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Nachdem das Rad um den gewünschten Lenkwinkel bewegt wurde, der Lenkvorgang also abgeschlossen ist, dreht sich das Schaltelement 9 eine kurze Strecke entgegengesetzt zur Lenkdrehrichtung, sodass beide Wälzkörper 11 durch die Vorspannung des Federelements 12 wieder in die Klemmposition gebracht werden können.
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Das Getriebe 4 ist ein sogenanntes Übersetzungsgetriebe, das dazu eingerichtet ist, ein von der Antriebseinheit 2 bereitgestelltes Antriebslenkmoment in ein Radlenkmoment zu übersetzen. Somit kann das für eine gewünschte Lenkbewegung des Rades, also für eine gewünschte Verstellung des Lenkwinkels des Rades, erforderliche Antriebslenkmoment kleiner sein als das tatsächlich erforderliche Radlenkmoment. So kann die Antriebseinheit 2 kleiner ausgelegt werden, wodurch ein Bauraum für den Lenkungsaktuator 1 reduziert werden kann. Als Getriebe 4 kann beispielsweise ein kombiniertes Stirnrad- und Schneckenradgetriebe 19 eingesetzt werden (siehe 3a). Die aktivierte Antriebseinheit 2 treibt zunächst, wie mit Bezug auf 2a und 2b beschrieben, den schaltbaren Freilauf 3 an und entsperrt diesen. Der schaltbare Freilauf 3 überträgt das von der Antriebseinheit 2 bereitgestellte Antriebslenkmoment an das Getriebe 4, welches es auf den zur Lenkung des Rades erforderlichen Wert übersetzt und es anschließend an das Fahrwerk (nicht gezeigt) ausgibt.
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Alternativ kann als Getriebe 4 auch ein Planetengetriebe 20 (siehe 3b) verwendet werden, das das von der Antriebseinheit 2 bereitgestellte Antriebslenkmoment entsprechend übersetzt und anschließend an das Fahrwerk (nicht gezeigt) ausgibt.
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4 zeigt schematisch und beispielhaft eine Ablaufroutine 30, die zur Lenkung eines Rads durchgeführt werden kann. Die Ablaufroutine 30 kann bspw. von einem Fahrzeugsteuergerät des Fahrzeugs gestartet werden. In einem Schritt S1 wird ermittelt, ob der Lenkwinkel des Rads geändert werden soll. Wenn der Lenkwinkel nicht geändert werden soll (NEIN), wird der aktuelle Lenkwinkel von dem Lenkungsaktuator 1 gehalten (Schritt S2). Wenn der Lenkwinkel geändert werden soll (JA), beginnt die Antriebseinheit 2 in die gewünschte Richtung zu drehen (Schritt S3). Die von der Antriebseinheit 2 induzierte Drehbewegung deaktiviert die Sperrstellung des Freilaufs 3 und versetzt den Freilauf 3 in die Öffnungsstellung (Schritt S4). In der Öffnungsstellung überträgt der Freilauf 3 die Drehbewegung und das Moment der Antriebseinheit 2 auf das Getriebe 4 (Schritt S5). Das Getriebe 4 übersetzt das von der Antriebseinheit 2 bereitgestellte Moment, also das Antriebslenkmoment, auf einen für die Lenkwinkeländerung erforderlichen Wert, was auch als Radlenkmoment bezeichnet werden kann (Schritt S6). Das Radlenkmoment wird von dem Getriebe 4 an das Fahrwerk weitergeleitet, welches den Lenkwinkel am Reifen stellt (Schritt S7). In einem Schritt S8 dreht die Antriebseinheit 2 eine kurze Strecke in eine Drehrichtung, die der Drehrichtung zur Lenkwinkeländerung entgegengesetzt ist, und bleibt in dieser Position. Durch die Gegendrehung der Antriebseinheit 2 wird der Freilauf 3 in die Sperrstellung versetzt, in der die Sperrwirkung des Freilaufs 3 aktiviert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkungsaktuator
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- schaltbarer Freilauf
- 4
- Getriebe
- 5
- Getriebeausgangswelle
- 6
- Innenelement
- 7
- Außenring
- 8
- Sperrelement
- 9
- Schaltelement
- 10
- Wälzkörperpaar
- 11
- Wälzkörper
- 12
- Federelement
- 13
- Klemmrampe
- 14
- Antriebseinheitsausgangswelle
- 15
- Getriebeeingangswelle
- 16
- Vorsprung
- 17
- Mitnehmer
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Stirn- und Schneckenradgetriebe
- 20
- Planetengetriebe
- 30
- Ablaufroutine
