DE102021202509A1

DE102021202509A1 - Steer-by-Wire-Lenksystem

Info

Publication number: DE102021202509A1
Application number: DE102021202509.9A
Authority: DE
Inventors: Philipp Werdin; Dieter Markfort
Original assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Current assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-03-31
Also published as: DE102020129080A1; 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.
Die Steifigkeit des mindestens einen elastischen Elements kann dabei entlang der ersten Richtung auch so hoch sein, dass eine elastische Verformung des mindestens einen elastischen Elements entlang der ersten Richtung unterhalb eines definierten Kraftniveaus nahezu beziehungsweise vollständig unmöglich ist. Dabei kann die Steifigkeit entlang der ersten Richtung deutlich höher sein als entlang der zweiten Richtung.
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.
Gemäß einer Ausführungsform weist das mindestens eine elastische Element (in seinem unbelasteten Zustand) entlang der ersten Richtung (in der Richtung parallel zur Drehachse) eine größere Ausdehnung auf als entlang der dritten Richtung (in der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht und radial zur Drehachse verläuft). Gleichzeitig kann die Ausdehnung des mindestens einen elastischen Elements (in seinem unbelasteten Zustand) entlang der ersten Richtung größer sein 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).
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass radial zur Drehachse betrachtet das mindestens eine elastische Element zwischen einem sich parallel zur Drehachse erstreckenden Abschnitt der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung einerseits und einem sich parallel zur Drehachse erstreckenden Abschnitt des fahrzeugfesten Stützelements oder eines Elements, das fest mit dem fahrzeugfesten Stützelement verbunden ist, andererseits angeordnet ist. Der Abschnitt der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung kann beispielsweise ein Abschnitt der Welle sein, während der Abschnitt des fahrzeugfesten Stützelements beziehungsweise des mit diesem fest verbundenen Elements durch einen Abschnitt einer Lagerbuchse gebildet wird, die der Lagerung der Welle dient. Die Welle kann dabei zumindest abschnittsweise innerhalb der Lagerbuchse angeordnet sein, so dass in radialer Richtung zur Drehachse betrachtet die Lagerbuchse außen und die Welle innen angeordnet ist. Insbesondere kann die Lagerbuchse als separates Element ausgebildet sein, das fest mit dem fahrzeugfesten Stützelement verbunden ist und daher eine Einheit mit diesem bildet. Alternativ kann der Abschnitt der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung durch einen Abschnitt der Welle ausgebildet sein, die als Hohlwelle ausgebildet ist, während der Abschnitt des fahrzeugfesten Stützelements beziehungsweise des mit diesem fest verbundenen Elements durch einen Abschnitt einer Lagerachse gebildet wird, die in der Hohlwelle gelagert ist. In radialer Richtung zur Drehachse betrachtet ist die Hohlwelle also außen und die Lagerachse innen angeordnet. Auch die Lagerachse kann als separates Element ausgebildet sein, das fest mit dem fahrzeugfesten Stützelement verbunden ist und daher eine Einheit mit diesem bildet.
Zur Halterung des mindestens einen elastischen Elements zwischen den erwähnten Abschnitten können die Abschnitte Aufnahmen aufweisen. So kann der Abschnitt der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung mindestens eine erste Aufnahme aufweisen und der Abschnitt des fahrzeugfesten Stützelements beziehungsweise des mit diesem fest verbundenen Elements mindestens eine zweite Aufnahme. Die Aufnahmen können durch Ausnehmungen in den Abschnitten ausgebildet sein. Dabei können die Aufnahmen zumindest abschnittsweise eine zu der Form des mindestens einen elastischen Elements komplementäre Form aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Steer-by-Wire-Lenksystem mehrere elastische Elemente, die vorzugsweise gleichmäßig um die Drehachse herum angeordnet sind. Die elastischen Elemente können dabei hinsichtlich ihrer Form, Größe und elastischen Eigenschaften identisch sein. Jedes der mehreren elastischen Elemente kann dabei eine Federrolle umfassen. Die Federrolle weist insbesondere eine längliche Röhrenform auf, die sich entlang der Drehachse erstreckt. Die Federrolle weist ferner einen (durchgehenden) Schlitz auf, der sich entlang der Drehachse erstreckt. Unter einem durchgehenden Schlitz ist ein Schlitz zu verstehen, der sich über die gesamte Ausdehnung der Federrolle entlang ihrer Längsachse erstreckt. Alternativ kann sich der Schlitz nur über einen Abschnitt der Federrolle erstrecken, wobei jedoch bevorzugt nur dieser Abschnitt der Federrolle zwischen dem Abschnitt der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung und dem Abschnitt des fahrzeugfesten Stützelements beziehungsweise des mit diesem fest verbundenen Elements angeordnet ist. Die Federrolle kann durch Aufrollen eines (beispielsweise metallischen) Materialabschnitts hergestellt werden. Über die Materialstärke des Materialabschnitts und die Schlitzbreite (jeweils in Relation zu dem vorgesehenen Durchmesser der Federrolle) kann das Deformationsverhalten der Federrolle festgelegt werden.
Die Anzahl der ersten Aufnahmen und die Anzahl der zweiten Aufnahmen können identisch sein und insbesondere der Anzahl der elastischen Elemente entsprechen. So kann jeweils eine erste Aufnahme einer zweiten Aufnahme zugeordnet sein, so dass diese zusammen ein elastisches Element aufnehmen können. Die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme können dabei in Bezug auf die Drehachse radial angeordnet sein.
Die Federrollen begrenzen einen Hohlraum. Dieser Hohlraum kann der Aufnahme eines Füllelements dienen. Das Füllelement kann beispielsweise stabförmig und aus einem elastischen Material wie beispielsweise Gummi gefertigt sein. In die Oberfläche des Füllelements kann mindestens eine Nut gearbeitet sein, die sich entlang der Längsachse des Füllelements (und damit entlang der Drehachse) erstreckt, um über die Form des Füllelements dessen elastische Eigenschaften über die dem Material inhärenten elastischen Eigenschaften hinaus zu steigern. Es kann vorgesehen sein, dass nur einige oder alle Federrollen mit dem Füllelement gefüllt sind. Auch kann das Füllelement anstelle der Federrollen vorgesehen sein und eigenständig ein elastisches Element bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist nur ein elastisches Element vorgesehen. Das elastische Element kann eine Multifeder umfassen, die sich in Umfangsrichtung nahezu vollständig um die Drehachse erstreckt und einen (durchgehenden) Schlitz aufweist, der sich entlang der Drehachse erstreckt. Die obigen Ausführungen zu dem Schlitz der Federrolle gelten entsprechend für den Schlitz der Multifeder. Insbesondere ist die Multifeder so geformt ist, dass ihr Abstand zur Drehachse in radialer Richtung abwechselnd zu- und abnimmt. So kann sich die Multifeder in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse betrachtet in erster Näherung entlang einer Kreisbahn (deren Zentrum die Drehachse ist) erstrecken, wobei die Kreisbahn von einer periodischen Funktion überlagert wird. So kann die Multifeder beispielsweise ein Wellen- oder Zickzackprofil ausbilden, das der Kreisbahn folgt. Die Anzahl der Perioden kann beliebig (größer eins) gewählt werden und beispielsweise sechs betragen.
Auch im Zusammenhang mit der Multifeder können die Anzahl der ersten Aufnahmen und die Anzahl der zweiten Aufnahmen identisch sein. Insbesondere kann die Anzahl der ersten beziehungsweise zweiten Aufnahmen der Anzahl der Perioden der Multifeder entsprechen. Dabei können die ersten und zweiten Aufnahmen in Umfangsrichtung versetzt zueinander und abwechselnd um die Drehachse herum angeordnet sein. Zwischen (in Umfangsrichtung betrachtet) benachbarten ersten Aufnahmen kann der Abschnitt der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung jeweils einen ersten Vorsprung aufweisen, der in Bezug auf die Drehachse einer zweiten Aufnahme (ausgebildet in dem Abschnitt des fahrzeugfesten Stützelements beziehungsweise des mit diesem fest verbundenen Elements) radial gegenüberliegt. Ebenso kann der Abschnitt des fahrzeugfesten Stützelements beziehungsweise des mit diesem fest verbundenen Elements zwischen (in Umfangsrichtung betrachtet) benachbarten zweiten Aufnahmen jeweils einen zweiten Vorsprung aufweisen, der in Bezug auf die Drehachse einer ersten Aufnahme radial gegenüberliegt.
Die Form der ersten Aufnahmen kann komplementär zu der Form jener Abschnitte der Multifeder sein, die von den ersten Aufnahmen aufgenommen werden. Ebenso kann die Form der zweiten Aufnahmen komplementär zu der Form jener Abschnitte der Multifeder sein, die von den zweiten Aufnahmen aufgenommen werden. Jedoch ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Form einer ersten (zweiten) Aufnahme und des darin aufgenommenen Abschnitts der Multifeder zumindest teilweise nicht komplementär zu der Form des ihr in radialer Richtung der Drehachse gegenüberliegenden zweiten (ersten) Vorsprungs ist. Dadurch können zwischen der Multifeder und den ersten und/oder zweiten Vorsprüngen periodisch Zwischenräume entstehen. Die Zwischenräume zwischen der Multifeder und den ersten Vorsprüngen und die Zwischenräume zwischen der Multifeder und den zweiten Vorsprüngen können sich dabei in ihrer Form voneinander unterscheiden.
Einige oder alle dieser Zwischenräume können mit einem Füllelement befüllt sein. Das Füllelement kann wie im Zusammenhang mit der Federrolle beschrieben beispielsweise stabförmig und aus einem elastischen Material gefertigt sein. Das Füllelement kann die Eigenschaften des im Zusammenhang mit der Federrolle beschriebenen Füllelements aufweisen.
Eine weitere Ausführungsform des Steer-by-Wire-Lenksystems sieht vor, dass das mindestens eine elastische Element integraler Bestandteil der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung und/oder des fahrzeugfesten Stützelements ist. Ein Teil der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung beziehungsweise des fahrzeugfesten Stützelements selbst bildet also das mindestens eine elastische Element.
Dabei kann die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung eine Welle und das fahrzeugfeste Stützelement eine Lagerbuchse umfassen, wobei die Lagerbuchse zur Lagerung der Welle vorgesehen und ausgebildet ist. So kann ein Abschnitt der Welle und/oder ein Abschnitt der Lagerbuchse das mindestens eine elastische Element bilden.
Um dem Abschnitt der Welle beziehungsweise der Lagerbuchse die erforderlichen elastischen Eigenschaften zu verleihen, bestehen mehrere Möglichkeiten. So kann der Abschnitt der Welle, der das mindestens eine elastische Element bildet, als Hohlwelle ausgebildet sein, die eine spezifische Querschnittsform quer zur Drehachse aufweist. So kann die Querschnittsform von einer (in Bezug auf die Drehachse) rotationssymmetrischen Form abweichen, so dass die Querschnittsform bei Aufbringen eines Drehmoments auf die Welle eine elastische Verformung des Abschnitts der Welle zulässt. Die Querschnittsform kann beispielsweise quer zur Drehachse gerichtete Einbuchtungen aufweisen. Die Lagerbuchse ist aufgrund ihrer Funktion bereits als Hohlkörper ausgebildet. Auch die Lagerbuchse kann die im Zusammenhang mit der Hohlwelle beschriebene Querschnittsform quer zur Drehachse aufweisen.
Eine weitere Möglichkeit, den Abschnitt der Welle beziehungsweise der Lagerbuchse entsprechend elastisch zu gestalten, kann durch einen oder mehrere Bereiche mit verminderter Materialstärke erzielt werden. So kann der Abschnitt der Welle beziehungsweise der Abschnitt der Lagerbuchse, der das mindestens eine elastische Element bildet, mindestens einen solchen Bereich aufweisen. Unter dem Ausdruck „verminderte Materialstärke“ ist eine lokale Verringerung der Materialstärke zu verstehen, wobei die Materialstärke auch bis auf null (kein Material) verringert sein kann, der Abschnitt der Welle beziehungsweise der Lagerbuchse also partiell mit Durchbrüchen versehen ist.
Die Welle und die Lagerbuchse können miteinander verbunden sein. Die Verbindung kann als Rastverbindung ausgebildet sein. Dies gestattet einen einfachen Einbau des vormontierten Steer-by-Wire-Lenksystems in ein Fahrzeug.
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;
6 ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer Anordnung von elastischen Elementen gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8 eine Schnittdarstellung durch das Steer-by-Wire-Lenksystem aus 7 entlang der Drehachse D im Bereich der elastischen Elemente;
9 eine Explosionsdarstellung des Steer-by-Wire-Lenksystem aus 7 im Bereich der elastischen Elemente;
10 eine schematische Darstellung eines elastischen Elements in Form einer Federrolle, die in der Ausführungsform der 7 bis 9 und 11 verwendet wird;
11 eine Schnittdarstellung durch das Steer-by-Wire-Lenksystem aus 7 senkrecht zur Drehachse D im Bereich der elastischen Elemente;
12-14 Schnittdarstellungen durch ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß weiterer Ausführungsformen senkrecht zur Drehachse D im Bereich der elastischen Elemente;
15 eine schematische Darstellung eines elastischen Elements in Form einer Multifeder, die in der Ausführungsform der 13 verwendet wird;
16 eine Detailansicht der Schnittdarstellung aus 13;
17 ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
18 eine Explosionsdarstellung des Steer-by-Wire-Lenksystem aus 17 im Bereich der elastischen Elemente;
19 eine Schnittdarstellung durch das Steer-by-Wire-Lenksystem aus 17 senkrecht zur Drehachse D im Bereich der elastischen Elemente,
20 eine Welle und eine Lagerbuchse für ein Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
21 die Lagerbuchse der Ausführungsform aus 20; und
22 eine Welle und eine Lagerbuchse für 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.
7 zeigt ein Steer-by-Wire-Lenksystem 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Wie in der Ausführungsform aus 1 weist auch hier die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 ein Gehäuse 112, welches drehfest mit der Lenkhandhabe 102 verbunden ist, und eine Welle 111, die sich über elastische Elemente 120 an dem fahrzeugfesten Stützelement 200 abstützt, auf. 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 7 unterscheidet sich von jener aus 1 insbesondere in der Ausgestaltung und der Anordnung der elastischen Elemente 120. So sind die elastischen Elemente 120 zwischen der Welle 111 und einem Abschnitt 210 des fahrzeugfesten Stützelements 200 angeordnet, welcher sich parallel zur Drehachse D erstreckt und die Welle 111 umgibt. Die Welle 111 bildet dabei einen Abschnitt der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110, der sich ebenfalls parallel zur Drehachse D erstreckt. Der Abschnitt 210 des fahrzeugfesten Stützelements 200, der sich parallel zur Drehachse D erstreckt, wird in dieser Ausführungsform durch eine Lagerbuchse 210 gebildet, die der Aufnahme der Welle 111 dient, wie in 8 dargestellt ist. Die Lagerbuchse 210 weist einen Flansch 2111 auf, der sich an einem Träger 230 des fahrzeugfesten Stützelements 200 abstützt und mit diesem fest verbunden ist. Somit ist die Lagerbuchse 210 Teil des fahrzeugfesten Stützelements 200. Vorliegend übernimmt die Lagerbuchse 210 die Funktion der in der Ausführungsform der 1 vorgesehenen Fixierungen 130.
Zwischen dem Gehäuse 112 der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung 110 und dem fahrzeugfesten Stützelement 200 ist ein weiteres, die Welle 111 umgebendes, Gehäuse 141 angeordnet. Dieses Gehäuse 141 beherbergt eine Baugruppe 140 zur Erfassung einer Lenkbewegung bzw. einer Drehung der Welle 111. Die Baugruppe 140 ist insbesondere zum Erfassen eines Drehwinkels oder eines Drehmoments der Welle 111 ausgebildet. Bei der Baugruppe 140 kann es sich insbesondere um einen der in der WO 2020/127204 A1 (auf die ausdrücklich Bezug genommen wird) beschriebenen Sensoren zum Erfassen einer Kraft und/oder zum Erfassen eines Winkels der Drehung um die Drehachse der Welle handein. Das Gehäuse 141 kann weitere Baugruppen enthalten, die beispielsweise für die elektrische bzw. signaltechnische Verbindung zwischen Lenkvorrichtung 100 und fahrzeugfesten Komponenten vorgesehen sind. Auch kann das Gehäuse 141 elektronische Steuergeräte (ECU) zur Steuerung von Funktionen der Lenkvorrichtung 100 enthalten.
In 8 ist ein Schnitt durch das Steer-by-Wire Lenksystem 100 der 7 entlang der Drehachse D im Bereich der Lagerbusche 210 und der elastischen Elemente 120 dargestellt. Die Lagerbuchse 210 umfasst einen ersten Teil 211 und einen zweiten Teil 212, die mittels Befestigungselementen 213, die gleichmäßig um die Drehachse D herum vorgesehen sind, miteinander verbunden sind. In 9, die die Anordnung aus 8 in einer Explosionsdarstellung zeigt, sind die Befestigungselemente 213 beispielhaft als Schrauben ausgebildet. Der erste Teil 211 und der zweite Teil 212 der Lagerbuchse 210 erstrecken sich entlang der Drehachse D betrachtet hintereinander. Der Flansch 2111, der der Befestigung der Lagerbuchse 210 an dem Träger 230 des fahrzeugfesten Stützelements 200 dient, ist dem ersten Teil 211 zugeordnet. Der Flansch 2111 weist eine Durchführöffnung für die Welle 111 auf.
Die elastischen Elemente 120 sind als Federrollen ausgebildet. Eine Federrolle ist beispielhaft in 10 perspektivisch dargestellt. Bei einer Federrolle 120 handelt es sich um einen aufgerollten Materialabschnitt (insbesondere Blechabschnitt) definierter Materialstärke, der eine zwischen den axialen Enden offene Zylinderform ausbildet. Dabei ist die Mantelfläche des Zylinders durch einen Schlitz 123 unterbrochen, welcher parallel zur Längserstreckung der Federrolle 120 und zur Drehachse D verläuft. Der Schlitz 123 erstreckt sich hier über die gesamte Ausdehnung der Federrolle 120 zwischen ihrem ersten Ende 121, das dem ersten Teil 211 der Lagerbuchse 210 zugewandt ist, und ihrem zweiten Ende 122, das dem zweiten Teil 212 der Lagerbuchse 210 zugewandt ist. In 10 ist der Schlitz 123 geradlinig geformt und parallel zur Drehachse gerichtet. Der Schlitz kann abweichend von der Darstellung in 10 auch in einem Winkel zur Drehachse D verlaufen, wobei jedoch eine überwiegende Richtungskomponente parallel zur Drehachse D ist, so dass die Federrolle die gewünschten elastischen Eigenschaften bei Einwirkung einer quer zur Drehachse D gerichteten Kraft hat.
Die Federrollen 120 erstrecken sich jeweils längs, parallel zur Drehachse D (ersten Richtung R₁) und sind gleichmäßig um die Drehachse D herum verteilt. Sie weisen in der ersten Richtung R₁ eine wesentlich höhere Steifigkeit auf als in einer Richtung senkrecht dazu (zweite und dritte Richtung R₂ und R₃). Dies ist auf die Lagerung und die größere Ausdehnung der Federrollen 120 entlang der ersten Richtung R₁ und den (überwiegend) entlang dieser Richtung gerichteten Schlitz 123 zurückzuführen.
Die Federrollen 120 sind mit der Lagerbuchse 210 und der Welle 111 nicht fest verbunden. Die Federrollen 120 sind lediglich in einem ringförmigen Spalt zwischen der Lagerbuchse 210 und der Welle 111 gelagert. Insbesondere sind die Federrollen 120 entlang eines Abschnitts einer äußeren Mantelfläche 1112 der Welle 111 und eines Abschnitts einer inneren Mantelfläche 214 der Lagerbuchse 210 verteilt angeordnet. Dabei liegen die Federrollen 120 an Berührungspunkten beziehungsweise entlang Berührungslinien mit einer bestimmten Vorspannung bereits im unbelasteten Zustand an der Lagerbuchse 210 beziehungsweise der Welle 111 an.
Wie in 9 dargestellt, weist die Welle 111 in ihrer äußeren Mantelfläche1112 für die Federrollen 120 erste Aufnahmen 1114 bildende, parallel zur Drehachse D verlaufende nutenförmige Ausnehmungen auf und weist der erste Teil 211 der Lagerbuchse 210 in seiner inneren Mantelfläche 214 für die Federrollen 120 zweite Aufnahmen 215 bildende, ebenfalls parallel zur Drehachse D verlaufende nutenförmige Ausnehmungen auf. Zweite Aufnahmen 215 weist ebenfalls das zweite Teil 212 der Lagerbuchse 210 auf, die im zusammengebauten Zustand mit den Aufnahmen 215 des ersten Teils 211 in einer Flucht liegen. Die nutenförmigen Ausnehmungen der Welle 111 verlaufen bis in einen (weiter unten beschriebenen) Gewindeansatz 1111 der Welle 111. In radialer Richtung ausgehend von der Drehachse D liegen die ersten Aufnahmen 1114 und die zweiten Aufnahmen 215 jeweils einander gegenüber. Die Federrollen 120 sind in den nutenförmigen Ausnehmungen der äußeren Mantelfläche1112 der Welle 111 positioniert und greifen in die entsprechenden nutenförmigen Ausnehmungen der inneren Mantelfläche 214 des ersten Teils 211 der Lagerbuchse 210 ein. Die Federrollen 120 sind so vor einer Linearbewegung quer zur Drehachse D gesichert.
Axial sind die Federrollen 120 gegenüber der Lagerbuchse 210 durch einen Abschnitt des Flansches 2111 der Lagerbuchse 210 (erstes Ende 121 der Federrollen 120) und durch einen am freien axialen Ende 2121 des zweiten Teils 212 der Lagerbuchse 210 quer zur Drehachse D gerichteten Ansatz 2122 (zweites Ende 122 der Federrollen 120) gesichert.
Die Welle 111 weist eine (für das erste Ende 121 der Federrollen 120 einen Anschlag 1113 bildende) sprunghafte Änderung des Durchmessers auf. Dieser Anschlag 1113 behindert zusammen mit den Federrollen 120 eine Bewegung der Welle 111 gegenüber der Lagerbuchse 210 entlang der Drehachse D von der Lenkhandhabe 102 weg. An ihrem äußeren der Lenkhandhabe 102 abgewandten Ende ist die Welle 111 mit dem bereits erwähnten Gewindeansatz 1111 versehen. Dieser ragt teilweise über das freie axiale Ende 2121 der Lagerbuchse 210 hinaus. Über eine mit dem Gewindeansatz 1111 in Eingriff stehende Mutter 300, die sich radial über die Welle 111 hinaus erstreckt und so eine mögliche Anlagefläche für das freie axiale Ende 2121 des zweiten Teils 212 der Lagerbuchse 210 und/oder für die elastischen Elemente 120 bildet, wird bei Überschreitung einer Grenzbelastung eine Bewegung der Welle 111 gegenüber der Lagerbuchse 210 entlang der Drehachse D in Richtung der Lenkhandhabe 102 unterbunden. Über die als Federrollen ausgebildeten elastischen Elemente 120 ist die Lagerbuchse 210 mit der Welle 111 derart verbunden, dass die Welle 111 drehbar bezüglich der Lagerbuchse 210 ist, eine Bewegung in Richtung der Drehachse D aber weitestgehend unterbunden wird.
Die Anordnung von elastischen Elementen 120 umfasst vorliegend sechs Federrollen ( 9 und 11). Die Anzahl kann jedoch entsprechend des gewünschten Deformationsverhaltens angepasst werden, wobei die Verteilung in Umfangsrichtung der Welle 111 bevorzugt gleichmäßig erfolgt. Bei der Verwendung von beispielsweise drei Federrollen bleibt der Platz (in den ersten und zweiten Aufnahmen 1114, 215) zwischen jeweils benachbarten Federrollen frei. Auch kann die Anzahl der Aufnahmen an die Anzahl der Federrollen angepasst werden.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform des Steer-by-Wire-Lenksystems 100. Dabei ist eine Darstellung entsprechend 11 gewählt. Die Ausführungsform der 12 unterscheidet sich von jener der 7 bis 11 insbesondere in Bezug auf die elastischen Elemente. So weisen die elastischen Elemente Federrollen 120 auf, in denen jeweils ein Füllelement 120' angeordnet ist. (Zur besseren Darstellung sind in 12 die Füllelemente 120' aus den Federrollen 120 herausgezogen gezeigt.) Das Füllelement 120' ist aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, gefertigt und weist eine Stabform auf. Die Form des Füllelements ist insbesondere komplementär zu der der Federrolle. In der Ausführungsform der 12 sind alle Federrollen 120 mit einem Füllelement 120' versehen. Jedoch können auch nur einige der Federrollen 120 mit einem Füllelement versehen sein. Dabei sollte die Anzahl von Federrollen mit und ohne Füllelement so gewählt sein, dass eine symmetrische Anordnung möglich ist.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform des Steer-by-Wire-Lenksystems 100, die sich von den Ausführungsform der 7 bis 11 insbesondere in Bezug auf die elastischen Elemente unterscheidet. So ist hier nur ein elastisches Element 120 vorgesehen, das als Multifeder ausgebildet ist. Die Multifeder vereint in sich das Deformationsverhalten der im Zusammenhang mit den 7 bis 11 beschriebenen Anordnung von Federrollen.
Die Multifeder 120 ist im Detail in 15 dargestellt. Die Multifeder 120 ist aus einem Materialabschnitt, insbesondere Blechabschnitt, mit definierter Materialstärke gefertigt, der mäanderartig geformt ist und dabei einer Kreisbahn folgt. Die Multifeder 120 weist einen Schlitz 123 auf, der parallel zur Längserstreckung der Multifeder 120 und zur Drehachse D verläuft. Der Schlitz 123 erstreckt sich hier über die gesamte Ausdehnung der Multifeder 120 zwischen ihrem ersten Ende 121, das dem ersten Teil 211 der Lagerbuchse 210 zugewandt ist, und ihrem zweiten Ende 122, das dem zweiten Teil 212 der Lagerbuchse 210 zugewandt ist. Hinsichtlich des Schlitzes wird zudem auf die Ausführungen zu dem Schlitz der Federrolle verwiesen.
Auch bei der Multifeder erfolgt die Verbindung zur Welle 111 beziehungsweise zur Lagerbuchse 210 über den Eingriff der Multifeder 120 in nutenförmige Ausnehmungen, die die ersten beziehungsweise zweiten Aufnahmen 1114, 215 bilden. Dabei sind die ersten und zweiten Aufnahmen 1114, 215 in radialer Richtung zur Drehachse D versetzt. Insbesondere liegen die ersten Aufnahmen 1114 weiter innen als die zweiten Aufnahmen 215. In Umfangsrichtung sind die ersten und zweiten Aufnahmen 1114, 215 versetzt und abwechselnd angeordnet.
Zwischen den ersten Aufnahmen 1114 der Welle 111 liegen (in Umfangsrichtung) sogenannte erste Vorsprünge 1115 der Welle 111. Ebenso liegen zwischen den zweiten Aufnahmen 215 der Lagerbuchse 210 (in Umfangsrichtung) sogenannte zweite Vorsprünge 216 der Lagerbuchse 210. In radialer Richtung liegen sich jeweils eine erste Aufnahme 1114 der Welle 111 und ein zweiter Vorsprung 216 der Lagerbuchse 210, sowie eine zweite Aufnahme 215 der Lagerbuchse 210 und ein erster Vorsprung 1115 der Welle 111 gegenüber. Dabei greifen die ersten Vorsprünge 1115 der Welle 111 nicht vollständig, sondern nur bis zu einer bestimmten Tiefe, in die zweiten Aufnahmen 215 der Lagerbuchse 210 (und somit in die Abschnitte der Multifeder 120, die in den zweiten Aufnahmen 215 angeordnet sind) ein. Durch diesen Eingriff ist der größte Außendurchmesser der Welle 111 größer als der kleinste Innendurchmesser der Lagerbuchse 210. Da der Eingriff nur bis zu einer bestimmten Tiefe erfolgt, entstehen in radialer Richtung betrachtet zwischen den ersten Vorsprüngen 1115 der Welle 111 und den zweiten Aufnahmen 215 der Lagerbuchse 210 (beziehungsweise den Abschnitten der Multifeder 120, die in den zweiten Aufnahmen 215 angeordnet sind) Zwischenräume 400.
16 zeigt in vergrößerter Darstellung eine teilweise Schnittansicht der Lagerbuchse 210 und der Welle 111 mit der Multifeder 120 aus 13. Zusätzlich ist eine Symmetrielinie S dargestellt, die sich von der Drehachse D ausgehend radial und mittig durch eine (bezüglich der Symmetrielinie S symmetrische) erste Aufnahme 1114 der Welle 111 und den entsprechenden (bezüglich der Symmetrielinie S ebenfalls symmetrischen) zweiten Vorsprung 216 der Lagerbuchse 210 erstreckt. Der zweite Vorsprung 216 der Lagerbuchse 210 ragt nahezu vollständig in die erste Aufnahme 1114 der Welle 111 (und in den Abschnitt der Multifeder 120, der in der ersten Aufnahme 1114 der Welle 111 angeordnet ist). Dadurch entsteht (im Vergleich zu den zuvor erwähnten Zwischenräumen 400) ein verhältnismäßig kleiner und schmaler Spalt 500 zwischen dem zweiten Vorsprung 216 der Lagerbuchse 210 und dem Abschnitt der Multifeder 120, der in der ersten Aufnahme 1114 der Welle 111 angeordnet ist. Die Anordnung ist in 16 in einem unbelasteten Zustand dargestellt, in dem kein Drehmoment auf die Welle 111 ausgeübt wird. In diesem Zustand ist der Spalt 500 im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Symmetrielinie S und gestattet eine Drehung der in einer Mittelstellung dargestellten Welle 111 sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn. Bei Einleitung eines Drehmomentes in die Welle 111 verdreht sich die Welle 111 bezüglich der Lagerbuchse 210 unter gleichzeitiger Deformation der Multifeder 120 und Veränderung des Spalts 500. Insbesondere wird der Spalt 500 auf der in Drehrichtung gelegenen Seite der Symmetrielinie S schmaler und verliert der Spalt 500 so seine im Wesentlichen symmetrische Form. Erreicht das Drehmoment einen definierten Grenzwert, so ist kein Spalt mehr vorhanden. Der zweite Vorsprung 216 der Lagerbuchse 216 bildet so bereichsweise einen Anschlag, der den Drehwinkel der Welle 111 begrenzt.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform des Steer-by-Wire-Lenksystems 100. Die Ausführungsform der 14 unterscheidet sich von jener der 13 insbesondere in Bezug auf das elastische Element. So weist das elastische Element eine Multifeder 120 und (hier beispielhaft) drei Füllelemente 120' auf, die in den Zwischenräumen 400 angeordnet sind. (Zur besseren Darstellung sind in 14 die Füllelemente 120' aus den Zwischenräumen 400 herausgezogen gezeigt.) Das Füllelement 120' ist (wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 12 erwähnt) aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, gefertigt und weist eine Stabform auf. In der Ausführungsform der 14 sind drei von sechs Zwischenräume 400 mit jeweils einem Füllelement 120' versehen. Jedoch können auch sämtliche Zwischenräume mit einem Füllelement versehen sein.
Die Form der Füllelemente 120' ist insbesondere komplementär zu der Form der Zwischenräume 400.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform des Steer-by-Wire-Lenksystems 100. Die Ausführungsform der 17 unterscheidet sich von jenen der 7 bis 16 insbesondere darin, dass die Welle 111 als Hohlwelle ausgebildet ist und dass anstelle einer Lagerbuchse eine Lagerachse 220 vorgesehen ist. Die Lagerachse 220 ist zumindest abschnittsweise in der Hohlwelle 111 gelagert. Die Lagerachse 220 weist einen Flansch 221 auf, der sich an einem Träger 230 des fahrzeugfesten Stützelements 200 abstützt und mit diesem fest verbunden ist. Somit ist die Lagerachse 220 Teil des fahrzeugfesten Stützelements 200 und bildet insbesondere einen Abschnitt des fahrzeugfesten Stützelements 200, der sich parallel zur Drehachse D erstreckt. Die Welle 111 bildet einen sich ebenfalls parallel zur Drehachse D erstreckenden Abschnitt der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung.
Die elastischen Elemente 120, die hier beispielhaft als Federrollen ausgebildet sind, sind wie in der Explosionsdarstellung in 18 und der Schnittdarstellung in 19 gezeigt zwischen der Lagerachse 220 einerseits und einer inneren Mantelfläche der Hohlwelle 111 andererseits, also im Innern der Hohlwelle 111 angeordnet. Dabei sind die Federrollen 120 mit der Lagerachse 220 und der Welle 111 nicht fest verbunden, sondern lediglich zwischen der Lagerachse 220 und der Welle 111 gelagert. Insbesondere sind die Federrollen 120 entlang eines Abschnitts einer inneren Mantelfläche der Welle 111 und eines Abschnitts einer äußeren Mantelfläche der Lagerachse 220 verteilt angeordnet.
Die Federrollen 120 erstrecken sich jeweils längs, parallel zur Drehachse D (ersten Richtung R₁) und sind gleichmäßig um die Drehachse D herum verteilt. Sie weisen in der ersten Richtung R₁ eine wesentlich höhere Steifigkeit auf als in einer Richtung senkrecht dazu (zweite und dritte Richtung R₂ und R₃). Beispielhaft sind in dieser Ausführungsform drei Federrollen 120 vorgesehen. Die Anzahl der Federrollen kann davon jedoch abweichen.
Wie in 19 dargestellt, weist die Welle 111 in ihrer inneren Mantelfläche für die Federrollen 120 erste Aufnahmen 1114 bildende, parallel zur Drehachse D verlaufende nutenförmige Ausnehmungen auf und weist die Lagerachse 220 in ihrer äußeren Mantelfläche für die Federrollen 120 zweite Aufnahmen 222 bildende, ebenfalls parallel zur Drehachse D verlaufende nutenförmige Ausnehmungen auf. In radialer Richtung ausgehend von der Drehachse D liegen die ersten Aufnahmen 1114 und die zweiten Aufnahmen 222 jeweils einander gegenüber. Die Federrollen 120 sind in den nutenförmigen Ausnehmungen der inneren Mantelfläche der Welle 111 positioniert und greifen in die entsprechenden nutenförmigen Ausnehmungen der äußeren Mantelfläche der Lagerachse 220 ein. Die Federrollen 120 sind so vor einer Linearbewegung quer zur Drehachse D gesichert.
Die zweiten Aufnahmen 222 der Lagerachse 220 erstrecken sich hier beispielhaft nicht bis zum Flansch 221 der Lagerachse 220. So wird eine axiale Bewegung der Federrollen 120 gegenüber der Lagerachse 220 in die eine Richtung (von der Lenkhandhabe 102 weg) weitestgehend unterbunden. Alternativ kann ein auf der Lagerachse 220 angeordneter Sicherungsring oder der Flansch 221 diese Funktion übernehmen. Um eine axiale Bewegung der Federrollen 120 gegenüber der Lagerachse 220 in die andere Richtung (auf die Lenkhandhabe 102 zu) zu unterbinden, können im Inneren der Welle geeignete Anschläge, beispielsweise Vorsprünge (Querschnittsverengungen) oder zusätzliche Mittel in Form von Sicherungsringen, vorgesehen sein.
Über die als Federrollen ausgebildeten elastischen Elemente 120 ist die Lagerachse 220 mit der Welle 111 derart verbunden, dass die Welle 111 drehbar bezüglich der Lagerachse 220 ist, eine Bewegung in Richtung der Drehachse D aber weitestgehend unterbunden wird.
Hinsichtlich der Beeinflussung des Deformationsverhaltens der Federrollen 120 und Detaillierungen wird auf die Beschreibung funktionsgleicher Elemente der Ausführungsformen der 7 bis 16 verwiesen. In der Ausführungsform der 17 bis 19 sind die elastischen Elemente als Federrollen ausgeführt. Zusätzlich können die Federrollen (entsprechend der Ausführungsform aus 12) mit Füllelementen versehen sein. Auch kann anstelle der Federrollen eine Multifeder gemäß der Ausführungsformen der 13 bis 16 (mit oder ohne Füllelemente) vorgesehen sein.
Im Unterschied zu den Ausführungsformen der 1 bis 19 wird bei den Ausführungsformen der 20 bis 22 das mindestens eine elastische Element durch einen Teil der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung und/oder des fahrzeugfesten Stützelements gebildet
20 zeigt nur einen Bestandteil eines Steer-by-wire-Lenksystems. Die übrigen, hier nicht dargestellten Bestandteile sind im Zusammenhang mit 7 beschrieben. Konkret sind in 20 eine Welle 111, die Teil einer Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung ist, und eine Lagerbuchse 240, die zur Befestigung an einem nicht weiter dargestellten Träger eines fahrzeugfesten Stützelements vorgesehen ist, dargestellt. Die Lagerbuchse 240 weist einen Aufnahmeabschnitt 241 und einen Flansch 242 auf und ist hier beispielhaft einteilig ausgeführt. Der Aufnahmeabschnitt 241 erstreckt sich entlang der Drehachse D und dient der Aufnahme der Welle 111. Der Flansch 242 schließt sich (entlang der Drehachse D betrachtet) an den Aufnahmeabschnitt 241 an und dient der Befestigung an dem Träger des fahrzeugfesten Stützelements.
Die Welle 111 ist zumindest in ihrem der Lenkhandhabe abgewandten Endbereich 1118 als Hohlwelle ausgebildet. Durch Umformung wurde der Hohlwelle 1118 ein Querschnitt (quer zur Drehachse D) eingeprägt, der bezüglich der Drehachse D nicht rotationssymmetrisch ist, so dass beim Aufbringen eines Drehmoments auf die Welle 111 eine elastische Verformung des als Hohlwelle gestalteten Endbereichs 1118 der Welle 111 möglich ist. Vorliegend weist die Wandung der Hohlwelle 1118 hier beispielhaft zwei einander gegenüberliegende Einbuchtungen 1116 auf. Vorliegend wird der Querschnitt der Hohlwelle 1118 im Endbereich der Welle 111 durch Umformen eines ursprünglichen Hohlzylinders mit einem kreisringförmigen Querschnitt erzeugt.
Der Endbereich 1118 der Welle 111 ist in dem Aufnahmeabschnitt 241 der Lagerbuchse 240 gelagert. Der Aufnahmeabschnitt 241 weist eine dem Endbereich 1118 der Welle 111 komplementäre Form auf.
Die Wandung der Hohlwelle 1118 ist auf ihrer dem Aufnahmeabschnitt 241 zugewandten Außenseite bereichsweise mit nach außen ragenden Vorsprüngen 1117 versehen. Die Vorsprünge 1117 sind vorgesehen, um die dem Flansch 242 abgewandte Stirnseite des Aufnahmeabschnitts 241 der Lagerbuchse 240 zu hintergreifen. Die Vorsprünge 1117 bilden somit Rastelemente für die Verbindung von Welle 111 und Lagerbuchse 240.
In der Ausführungsform aus 20 wird das elastische Element 120 nur durch den Endbereich 1118 der Welle 111 gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann das elastische Element auch durch die den Endbereich 1118 aufnehmende Lagerbuchse 240, insbesondere den Aufnahmeabschnitt 241 der Lagerbuchse 240 gebildet werden
21 zeigt die Lagerbuchse 240 aus 20 aus einer anderen Perspektive. Der Aufnahmeabschnitt 241 der Lagerbuchse 240 weist gemäß 21 auf seiner der Hohlwelle 1118 zugewandten Innenseite Vorsprünge 2411 aufweist, die nach innen in Richtung der Hohlwelle 1118 gerichtet und zum Eingriff in entsprechende Vertiefungen vorgesehen sind, die auf der dem Aufnahmeabschnitt 241 zugewandten Au ßenseite der Hohlwelle 1118 ausgebildet sind. Anstelle der Vertiefungen können auch Durchtrittsöffnungen vorgesehen sein. Dabei sind die Vorsprünge 2411 in einem Bereich des Aufnahmeabschnitts 241 ausgebildet, der den Einbuchtungen 1116 der Hohlwelle 1118 zugeordnet ist. Die Vorsprünge 2411 bilden weitere Rastelemente für die Verbindung von Welle 111 und Lagerbuchse 240. So können einerseits die Welle 111 mit den Vorsprüngen 1117 und andererseits der Aufnahmeabschnitt 241 der Lagerbuchse 240 mit den Vorsprüngen 2411 ausgebildet sein. Alternativ kann nur der Aufnahmeabschnitt 241 der Lagerbuchse 240 mit den Vorsprüngen 2411 oder nur die Welle 111 mit den Vorsprüngen 1117 ausgebildet sein.
In der Ausführungsform der 22 sind Rastelemente bildende Vorsprünge 2411, die in Richtung der Hohlwelle gerichtet sind, an dem Aufnahmeabschnitt 241 der Lagerbuchse 240 vorgesehen. Ferner weist der Aufnahmeabschnitt 241 schlitzförmige Bereiche 2412 auf, in denen die Wandung des Aufnahmeabschnitts 241 zwecks Materialschwächung unterbrochen ist. Vorliegend verlaufen die schlitzförmigen Bereiche 2412 quer zur Drehachse D, ein Verlauf parallel zur Drehachse D ist jedoch auch möglich. Durch diese Bereiche 2412 kann das Deformationsverhalten des Aufnahmeabschnitts 241 der Lagerbuchse 240 (bei Aufbringen eines Drehmoments auf die Welle) beeinflusst werden, so dass der Aufnahmeabschnitt 241 ein elastisches Element 120 bildet. Auch der Endbereich 1118 der Welle 111 bildet in dieser Ausführungsform aufgrund seiner Formgebung ein elastisches Element 120.
Die im Zusammenhang mit den 20 bis 22 beschriebenen Querschnittsverformungen von Welle und Lagerbuchse sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Andere Formgebungen, die bezüglich der Drehachse D nicht rotationssymmetrisch sind, sind möglich.
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, 0056]

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.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Element (120) in der ersten Richtung (R₁) parallel zur Drehachse (D) eine größere Ausdehnung aufweist als in einer dritten Richtung (R₃), die im Wesentlichen radial zur Drehachse (D) verläuft.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass radial zur Drehachse (D) betrachtet das mindestens eine elastische Element (120) zwischen einem sich parallel zur Drehachse (D) erstreckenden Abschnitt (111) der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) einerseits und einem sich parallel zur Drehachse (D) erstreckenden Abschnitt (210, 220) des fahrzeugfesten Stützelements (200) oder eines fest mit dem fahrzeugfesten Stützelement (200) verbundenen Elements andererseits angeordnet ist.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Halterung des mindestens einen elastischen Elements (120) der Abschnitt (111) der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) mindestens eine erste Aufnahme (1114) aufweist und der Abschnitt (210, 220) des fahrzeugfesten Stützelements (200) beziehungsweise des mit diesem verbundenen Elements mindestens eine zweite Aufnahme (215, 222) aufweist.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elastische Elemente (120) vorgesehen sind, die jeweils eine Federrolle umfassen, die insbesondere rohrförmig ist und einen insbesondere durchgehenden Schlitz (123) aufweist, der sich entlang der Drehachse (D) erstreckt.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Aufnahme (1114) und die mindestens eine zweite Aufnahme (215, 222), die einem der mehreren elastischen Elemente (120) zugeordnet sind, in Bezug auf die Drehachse (D) radial angeordnet sind.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Element (120) eine Multifeder umfasst, die sich in Umfangsrichtung nahezu vollständig um die Drehachse (D) erstreckt und einen insbesondere durchgehenden Schlitz (123) aufweist, der sich entlang der Drehachse (D) erstreckt, wobei die Multifeder so geformt ist, dass ihr radialer Abstand zur Drehachse (D) in Umfangsrichtung abwechselnd zu- und abnimmt.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 16 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Aufnahme (1114) und die mindestens eine zweite Aufnahme (215, 222) in Umfangsrichtung versetzt zueinander und abwechselnd um die Drehachse (D) herum angeordnet sind.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Element (120) integraler Bestandteil der Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) und/oder des fahrzeugfesten Stützelements (200) ist.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellmomenterzeugungsvorrichtung (110) eine Welle (111) und das fahrzeugfeste Stützelement (200) eine Lagerbuchse (240) umfasst, wobei die Lagerbuchse (240) zur Lagerung der Welle (111) vorgesehen und ausgebildet ist, und wobei das mindestens eine elastische Element (120) durch einen Abschnitt der Welle (111) und/oder durch einen Abschnitt der Lagerbuchse (240) gebildet wird.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der Welle (111), der das mindestens eine elastische Element (120) bildet, als Hohlwelle ausgebildet ist, deren Querschnittsform quer zur Drehachse (D) dergestalt ist, dass sie bei Aufbringen eines Drehmoments auf die Welle (111) eine elastische Verformung des Abschnitts der Welle (111) zulässt und/oder dass der Abschnitt der Lagerbuchse (240), der das mindestens eine elastische Element (120) bildet, eine Querschnittsform quer zur Drehachse (D) aufweist, die bei Aufbringen eines Drehmoments auf die Welle (111) eine elastische Verformung des Abschnitts der Lagerbuchse (240) zulässt.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der Welle (111) beziehungsweise der Abschnitt der Lagerbuchse (240), der das mindestens eine elastische Element (120) bildet, mindestens einen Bereich mit verminderter Materialstärke aufweist.
Steer-by-Wire-Lenksystem (100) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (111) und die Lagerbuchse (240) miteinander verbunden sind, insbesondere durch eine Rastverbindung.