DE102021212670A1

DE102021212670A1 - Lenkvorrichtung mit einer Blockiereinrichtung zum Begrenzen eines Lenkdrehwinkels sowie Steer-by-Wire Lenksystem mit einer solchen Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102021212670A1
Application number: DE102021212670.7A
Authority: DE
Inventors: Richard Büker
Original assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2023-05-11
Also published as: CN116101362A; US11866103B2; US20230141259A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung (1, 22) mit einer Blockiereinrichtung (8, 23) zum Begrenzen eines Lenkdrehwinkels, wobei die Blockiereinrichtung (8, 23) ein Blockierelement (9, 24) aufweist, das zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar ist, und mit einer Welle (2), die um ihre Mittellängsachse (3) rotierbar gelagert ist, wobei das Blockierelement (9, 24) in der Verriegelungsposition zum Stoppen einer Drehbewegung der Welle (2) mit einer drehfest mit der Welle (2) verbundenen Sperrkontur (10, 25) zusammenwirkt, und die Blockiereinrichtung (8, 23) einen elektromagnetischen oder elektromechanischen Aktuator (13, 27) aufweist, wobei das Blockierelement (9, 24) mittels des Aktuators (13, 27) zum Zusammenwirken mit der Sperrkontur (10, 25) bewegbar ist. Um eine kompaktere und/oder kostengünstigere Bauweise realisieren zu können, ist die Lenkvorrichtung (1, 22) dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Blockierelementes (9, 24) der Lenkdrehwinkel in zwei voneinander abgewandt gerichtete Drehrichtungen begrenzbar ist, wobei mittels des Blockierelementes (9, 24) und in Zusammenwirkung mit der Sperrkontur (10, 25) sowohl eine erste Endanschlagposition in eine erste Drehrichtung als auch eine zweite Endanschlagposition in eine der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten zweiten Drehrichtung vorgebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung mit einer Blockiereinrichtung zum Begrenzen eines Lenkdrehwinkels, wobei die Blockiereinrichtung ein Blockierelement aufweist, das zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar ist, und mit einer Welle, die um ihre Mittellängsachse rotierbar gelagert ist, wobei das Blockierelement in der Verriegelungsposition zum Stoppen einer Drehbewegung der Welle mit einer drehfest mit der Welle verbundenen Sperrkontur zusammenwirkt, und die Blockiereinrichtung einen elektromagnetischen oder elektromechanischen Aktuator aufweist, wobei das Blockierelement mittels des Aktuators zum Zusammenwirken mit der Sperrkontur bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire Lenksystem mit einer solchen Lenkvorrichtung.
Insbesondere bei einem Steer-by-Wire Lenksystem gibt es keine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und einem Lenkgetriebe. Daher werden Lenkbefehle mittels eines Steuergeräts an einen elektrischen Motor übertragen, welcher über das Lenkgetriebe eine Zahnstange zum Lenken der Räder verschiebt bzw. bewegt. Hierbei kann die Zahnstange mittels Spurstangen einen Lenkwinkel an den Rädern einstellen. Vorzugsweise weist die Lenkvorrichtung einen Rückmeldungsmotor auf, welcher Lenkkräfte simuliert, um dem Fahrer eine Rückmeldung von den wirkenden Lenkkräften zu geben.
Bei einem konventionellen Lenksystem mit einer mechanischen Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Zahnstange ist der Lenkdrehwinkel eines Lenkrads aufgrund der vorgegebenen Mechanik begrenzt. Aufgrund der fehlenden mechanischen Verbindung zwischen der Lenkvorrichtung und dem Lenkgetriebe bei einem Steer-by-Wire Lenksystem wäre es dagegen möglich, das Lenkrad unendlich in eine Drehrichtung zu drehen. Hierdurch besteht jedoch die Gefahr einer Überlastung oder Beschädigung von Bestandteilen der Lenkvorrichtung. Zudem benötigt der Fahrer eine Rückmeldung über den maximal erreichbaren Lenkwinkel an den Rädern.
Daher umfasst die eingangs genannte Lenkvorrichtung eine Blockiereinrichtung zum Begrenzen des Lenkdrehwinkels. Insbesondere ist unter einer Begrenzung des Lenkdrehwinkels zu verstehen, dass sich die Welle der Lenkvorrichtung und/oder ein mit der Welle verbundenes Lenkrad nur innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs und zwischen zwei Endanschlagpositionen drehen lässt.
Eine eingangs genannte Lenkvorrichtung ist aus der DE 10 2013 004 056 B4 bekannt. Hierbei ist als Aktuator ein Solenoid eingesetzt, der ein Blockierelement in eine eingerückte Position entlang einer Führungsbohrung bewegt. In der eingerückten Verriegelungsposition greift das Blockierelement in ein Zahnrad ein, wobei das Zahnrad und das Blockierelement korrespondierend zueinander ausgebildete asymmetrische Verzahnungen aufweisen. Aufgrund der asymmetrischen Verzahnungen wird das Blockierelement bei einer aus einer blockierten Endanschlagposition weg gerichteten Drehbewegung mechanisch in die ausgerückte Position bewegt, wodurch die Blockierung gelöst wird. Um den Lenkdrehwinkel in zwei entgegen gesetzt zueinander gerichtete Drehrichtungen zu begrenzen, werden daher allerdings zwei Blockiereinrichtungen benötigt. Hierdurch ergibt sich ein erhöhter Bauraumbedarf, ein erhöhter Herstellungsaufwand sowie höhere Kosten aufgrund der Anzahl der notwendigen Komponenten.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Lenkvorrichtung und/oder ein Steer-by-Wire Lenksystem der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine kompaktere und/oder kostengünstigere Bauweise realisierbar ist. Insbesondere soll eine alternative Ausführungsform bereitgestellt werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einer Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 und mittels eines Steer-by-Wire Lenksystems nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung. Die Lenkvorrichtung kann ein Lenkrad aufweisen oder mit einem Lenkrad verbunden sein. Hierbei steht der Begriff Lenkrad als Synonym für eine Lenkhandhabe jeglicher Form und/oder Gestalt. Insbesondere ist die Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und/oder zum Lenken eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Lenkvorrichtung hat eine Blockiereinrichtung zum Begrenzen eines Lenkdrehwinkels. Die Blockiereinrichtung hat ein Blockierelement, das zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar ist. Insbesondere ist die Blockiereinrichtung und/oder das Blockierelement steuerbar. Zum Steuern der Blockiereinrichtung und/oder des Blockierelementes kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ein Bestandteil der Lenkvorrichtung. Insbesondere erfolgt das Steuern der Blockiereinrichtung und/oder des Blockierelementes mittels und/oder auf der Basis von Signalen eines Lenkdrehwinkelsensors.
Die Lenkvorrichtung hat eine Welle, die um ihre Mittellängsachse rotierbar gelagert ist. Insbesondere ist die Welle in zwei voneinander abgewandt gerichtete Drehrichtungen um die Mittellängsachse rotierbar. Hierbei ist der Lenkdrehwinkel und damit die Rotation der Welle um ihre Mittellängsachse in die beiden Drehrichtungen mittels der Blockiereinrichtung begrenzt oder begrenzbar. Vorzugsweise ermöglicht die Blockiereinrichtung eine Drehung der Welle und/oder des mit der Welle verbundenen Lenkrads nur innerhalb eines vorgegebenen Lenkdrehwinkelbereichs und zwischen zwei mittels der Blockiereinrichtung vorgegebenen oder vorgebbaren Endanschlagpositionen. Die Welle kann als eine Lenkwelle ausgebildet sein oder bezeichnet werden. Des Weiteren kann die Welle einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Die Lenkvorrichtung kann einen Rückmeldungsmotor aufweisen. Hierbei kann die Welle mittels des Rückmeldungsmotors in die Rotationsbewegung um die Mittellängsachse der Welle, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Getriebes, versetzt werden und/oder einen steuerbaren Drehmomentwiderstand bereitstellen. Hierdurch können dem Fahrer eines Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs mit einer solchen Lenkvorrichtung eine Rückmeldung von den an den Rädern wirkenden Lenkkräften gegeben werden. Insbesondere ist der Rückmeldungsmotor als ein elektrischer Motor ausgebildet.
Das Blockierelement wirkt in der Verriegelungsposition zum Stoppen einer Drehbewegung der Welle mit einer drehfest mit der Welle verbundenen Sperrkontur zusammen. Hierzu weist die Blockiereinrichtung einen elektromagnetischen oder elektromechanischen Aktuator auf, wobei das Blockierelement mittels des Aktuators zum Zusammenwirken mit der Sperrkontur bewegbar. Insbesondere greift das Blockierelement in der Verriegelungsposition in die Sperrkontur ein. Vorzugsweise ist die Blockiereinrichtung und/oder das Blockierelelement in Bezug zur Welle, beispielsweise an einem Gehäuse oder Gehäusedeckel, positionsfest und/oder unbeweglich angeordnet.
Mittels des Blockierelementes ist der Lenkdrehwinkel in zwei voneinander abgewandt gerichtete Drehrichtungen begrenzbar und/oder begrenzt, wobei mittels des Blockierelementes und in Zusammenwirkung mit der Sperrkontur sowohl eine erste Endanschlagposition in eine erste Drehrichtung als auch eine zweite Endanschlagposition in eine der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten zweiten Drehrichtung vorgebbar und/oder vorgegeben ist.
Hierbei ist von Vorteil, dass eine einzige Blockiereinrichtung und/oder ein einziges Blockierelement ausreicht, um die Rotation der Welle sowohl in die erste Drehrichtung als auch in die zu der ersten Drehrichtung entgegen gesetzte zweite Drehrichtung zu begrenzen bzw. zu blockieren. Somit kann sowohl die erste Endanschlagposition als auch die zweite Endanschlagposition mit einer einzigen Blockiereinrichtung und/oder einem einzigen Blockierelement realisiert werden. Hierdurch ist eine kompaktere und/oder kostengünstigere Bauweise ermöglicht. Es kann vermieden werden, dass zwei Blockiereinrichtungen vorgesehen sein müssen, um den Lenkdrehwinkel in beiden Drehrichtungen begrenzen zu können. Insbesondere sind alternative Ausführungsformen ermöglicht.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Blockiereinrichtung eine Rückstelleinrichtung zum Überführen des Blockierelementes aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition auf. Insbesondere ist hierbei die Rückstelleinrichtung als eine nicht-mechanische Rückstelleinrichtung ausgebildet. Mit der Rückstelleinrichtung wirkt eine auf das Bockierelement wirkende Kraft, die das Blockierelement aus der Sperrkontur zieht oder drückt.
Die Rückstelleinrichtung kann ein auf das Blockierelement wirkendes Rückstellelement aufweisen. Die Rückstelleinrichtung kann mittels einer Federkraft auf das Blockierelement zum Überführen des Blockierelementes aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition wirken. Ein entsprechendes Rückstellelement kann als eine Feder, beispielsweise als eine Druckfeder, Spiralfeder, Blattfeder oder Wellenfeder, ausgebildet sein. Insbesondere wirkt die Rückstelleinrichtung und/oder das Rückstellelement einer Bewegung des Blockierelementes zum Zusammenwirken mit der Sperrkontur entgegen. Bei einem aktivierten Aktuator wird diese Kraft der Rückstelleinrichtung und/oder des Rückstellelementes überwunden, so dass das Blockierelement entgegen der Kraft der Rückstelleinrichtung und/oder des Rückstellelementes in Richtung der Sperrkontur bewegt wird. Vorzugsweise ist das Blockierelement aus der Verriegelungsposition und aus einer Endanschlagposition mittels der Rückstelleinrichtung bei einer Umkehrung der Drehrichtung und/oder einem deaktivierten Aktuator in die Entriegelungsposition zurückführbar. Somit ist mittels der Rückstelleinrichtung und/oder des Rückstellelementes gewährleistbar, dass das Blockierelement zuverlässig aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition überführbar ist. Vorzugsweise ist das Blockierelement mittels der Rückstelleinrichtung und/oder des Rückstellelementes in der Entriegelungsposition gehalten. Hierdurch ist zuverlässig verhindert, dass das Blockierelement bei einem deaktivierten Aktuator und somit unbeabsichtigt aus der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition gelangt.
Die Rückstelleinrichtung kann mittels einer Magnetkraft auf das Blockierelement zum Überführen des Blockierelementes aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition wirken. Somit kann das Blockierelement mittels Magnetkraft aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition bewegt werden. Insbesondere weist die Rückstelleinrichtung einen Permanentmagneten zum Zusammenwirken mit einem Metallteil oder Eisenkern auf. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet an dem Blockierelement angeordnet oder befestigt. Das Metallteil oder der Eisenkern kann Bestandteil des Aktuators sein. Beispielsweise kann der Aktuator als ein Elektromagnet mit einem Eisenkern ausgebildet sein. Ist ein solcher Aktuator bzw. ein solcher Elektromagnet deaktiviert, wird der Permanentmagnet und damit das Blockierelement in Richtung des Eisenkerns gezogen. Bei einem aktivierten Aktuator bzw. einem aktivierten Elektromagnet wird die Magnetkraft zwischen dem Permanentmagnet des Blockierelementes und dem Eisenkern überwunden und es kommt stattdessen zu einer Abstoßung des Blockierelementes und des Permanentmagneten von dem Aktuator.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Blockierelement in einer Führung linear verschiebbar geführt. Die Führung kann als ein integraler oder einstückiger Bestandteil eines Gehäuses oder eines Gehäusedeckels ausgebildet sein. Insbesondere ist ein Führungskanal der Führung in einem Gehäuse oder Gehäusedeckel ausgebildet. Der Führungskanal kann sich parallel zur Mittellängsachse der Welle erstrecken. Vorzugsweise greift ein Führungsvorsprung des Blockierelementes gleitbeweglich in den Führungskanal ein.
Insbesondere ist das Blockierelement parallel zur Mittellängsachse der Welle verschiebbar in der Führung angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise der Lenkvorrichtung mit der Blockiereinrichtung. Dies ergibt sich insbesondere im Vergleich mit einer alternativen Ausführungsform, bei der die Führung und/oder ein Führungskanal radial oder rechtwinklig zur Mittellängsachse der Welle angeordnet ist und somit auch das Blockierelement radial oder rechtwinklig zur Mittellängsachse der Welle verschiebbar in der Führung angeordnet ist.
Das Blockierelement kann bolzenartig oder kolbenartig ausgebildet sein. Insbesondere ist ein mit der Sperrkontur zusammenwirkender Abschnitt des Blockierelementes bolzenartig oder kolbenartig ausgebildet. Die mit dem Blockierelement in der Verriegelungsposition des Blockierelementes zusammenwirkende Sperrkontur kann als eine, insbesondere sacklochartige oder nutartige oder ringabschnittsartige, Vertiefung ausgebildet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Aktuator als ein steuerbarer Elektromagnet, insbesondere mit einem Eisenkern, oder als eine Zylinderspule ausgebildet. Gemäß dem zuletzt genannten Ausführungsbeispiel des Aktuators kann der Aktuator somit als ein Solenoid ausgebildet sein. Insbesondere in der Ausbildung des Aktuators als Zylinderspule bzw. als Solenoid kann der Aktuator sowohl zum Überführen des Blockierelementes von der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition als auch zum Überführen des Blockierelementes von der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition aktiviert sein. Vorzugsweise ist jedoch der Aktuator, insbesondere in der Ausbildung des Aktuators als ein steuerbarer Elektromagnet, zum Überführen des Blockierelementes von der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition aktiviert und zum Überführen des Blockierelementes von der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition deaktiviert. Insbesondere erfolgt hierbei das Überführen des Blockierelementes von der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition bei deaktiviertem Aktuator mittels der Rückstelleinrichtung.
Gemäß einer Weiterbildung weist ein drehfest mit der Welle verbundener Ringkörper die Sperrkontur zum Zusammenwirken mit dem Blockierelement auf. Der Ringkörper ist somit positionsfest an der Welle und/oder um die Welle angeordnet bzw. an der Welle gehalten. Bei einer Rotation der Welle um ihre Mittellängsachse dreht sich somit der Ringkörper mit. Der Ringkörper weist mindestens eine Sperrkontur oder mehrere Sperrkonturen zum teilweisen Aufnehmen und Anschlagen des Blockierelementes in der Verriegelungsposition auf. Vorzugsweise hat die Sperrkontur zwei einander gegenüberliegende Anschlagsflächen zum Anschlagen des Blockierelementes in der ersten Endanschlagposition oder in der zweiten Endanschlagposition. Insbesondere wirkt die Anschlagfläche einer weiteren Drehbewegung der Welle in die auf das Blockierelement gerichtete Drehrichtung entgegen. Vorzugsweise ist die Anschlagfläche radial zur Mittellängsachse der Welle ausgerichtet. Insbesondere ist die Anschlagfläche sowohl radial als auch parallel zur Mittellängsachse der Welle ausgerichtet.
Der Ringkörper kann als ein Zahnrad ausgebildet sein. Hierbei kann das Zahnrad an seinem Außenumfang mehrere Sperrkonturen aufweisen. Alternativ kann der Ringkörper als ein Schneckenrad ausgebildet sein. Das Zahnrad oder das Schneckenrad kann, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Getriebes, mit dem Rückmeldungsmotor verbunden sein. Bei der Ausbildung des Ringkörpers als ein Schneckenrad kann mindestens eine Sperrkontur oder können mehrere Sperrkonturen in einem rechtwinklig zur Mittellängsachse ausgerichteten Ringabschnitt ausgebildet sein. Der Ringabschnitt ist insbesondere zwischen der Welle und einem Außenumfang des Schneckenrads ausgebildet.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Sperrkontur derart ausgebildet, so dass in der Verriegelungsposition des Blockierelementes eine Drehbewegung der Welle aus der ersten Endanschlagposition oder aus der zweiten Endanschlagposition in eine aus der jeweiligen Endanschlagposition weggerichtete Drehrichtung ermöglicht ist. Somit kann mit einer Drehbewegung, die in eine von der Anschlagfläche oder der jeweiligen Endanschlagposition weggerichteten Drehrichtung gerichtet ist, das Blockierelement von der Anschlagfläche bzw. die Sperrkontur von dem Blockierelement gelöst werden. Insbesondere ist die Länge der mindestens einen Sperrkontur in Drehrichtung der Welle größer als eine in die Sperrkontur eingreifende Breite des Blockierelementes in Drehrichtung der Welle. Somit ist nach Erreichen der jeweiligen Endanschlagposition eine Umkehrung der Drehrichtung bzw. der Drehbewegung auch mit dem Blockierelement in der Verriegelungsposition ermöglicht.
Vorzugsweise ist oder wird aufgrund einer Detektion einer Drehbewegung der Welle aus der ersten Endanschlagposition oder aus der zweiten Endanschlagposition in eine aus der jeweiligen Endanschlagposition weggerichtete Drehrichtung der Aktuator des Blockierelementes deaktiviert. Hierdurch kann das Blockierelement, insbesondere mittels der Rückstelleinrichtung, aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition überführt werden, so dass eine aus der jeweiligen Endanschlagposition weggerichtete kontinuierlich weitergehende Drehbewegung ermöglicht ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist oder sind die Blockiereinrichtung und/oder das Blockierelement und/oder der Aktuator zwischen zwei Lagern, insbesondere zwei Kugellagern, zum rotierbaren Lagern an der Welle angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise.
Von besonderem Vorteil ist ein Steer-by-Wire Lenksystem mit einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung. Vorzugsweise ist das Steer-by-Wire Lenksystem gemäß den im Zusammenhang mit der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet. Mittels der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung oder dem erfindungsgemäßen Steer-by-Wire Lenksystem ist eine variable Begrenzung des Lenkdrehwinkels in die zwei voneinander abgewandten Drehrichtungen um die Welle realisierbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente. Es zeigen:

1 einen Ausschnitt aus einer geschnittenen Seitenansicht einer ersten erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung, und
2 einen Ausschnitt aus einer geschnittenen Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung.

1 zeigt einen Ausschnitt aus einer geschnittenen Seitenansicht einer ersten erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 1. Die Lenkvorrichtung 1 ist Bestandteil eines hier nicht näher dargestellten Steer-by-Wire Lenksystems. Hier ist die Lenkvorrichtung 1 beispielhaft für ein Kraftfahrzeug vorgesehen bzw. ausgebildet. Die Lenkvorrichtung 1 hat eine Welle 2. Die Welle 2 ist um ihre Mittellängsachse 3 rotierbar bzw. rotierbar gelagert. Die Welle 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel aus mehreren Bestandteilen und somit mehrteilig ausgebildet. Des Weiteren ist die Welle 2 bei diesem Ausführungsbeispiel mit einem hier nicht näher dargestellten Lenkrad verbindbar oder verbunden. Die Welle 2 ist, insbesondere mittels des Lenkrads, in zwei voneinander abgewandt gerichtete Drehrichtungen um die Mittellängsachse 3 rotierbar.
An der Welle 2 ist ein Ringkörper 4 angeordnet. Der Ringkörper 4 ist drehfest bzw. positionsfest an der Welle 2 angeordnet. Somit dreht sich der Ringkörper 4 bei einer Rotation der Welle 2 um die Mittellängsachse 3 mit. Hierbei fällt eine Mittellängsachse des Ringkörpers 4 mit der Mittellängsachse 3 der Welle 2 zusammen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Ringkörper 4 als ein Schneckenrad ausgebildet. Der Ringkörper 4 ist mit einem hier nicht näher dargestellten Rückmeldungsmotor verbunden. Der Ringkörper 4 kann somit mittels des Rückmeldungsmotors angetrieben werden, wodurch die Welle 2 in eine Drehbewegung versetzt wird und/oder ein vorgegebenes oder einstellbares Drehmoment einer Rotation der Welle 2 entgegenwirkt. Hierdurch kann einem Fahrer eine Lenkrückmeldung simuliert werden.
Die Lenkvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 5 auf, in dem die Welle 2 mittels Lagern 6, 7 rotierbar gelagert ist. Die Lager 6, 7 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Kugellager ausgebildet. Hier ist nur ein Teil des Lagers 7 oberhalb der Mittellängsachse 3 gemäß 1 dargestellt.
Die Lenkvorrichtung 1 hat eine Blockiereinrichtung 8 zum Begrenzen eines Lenkdrehwinkels der Lenkvorrichtung 1. Mittels der Blockiereinrichtung 8 ist somit eine Drehbewegung der Welle 2 um die Mittellängsachse 3 in zwei voneinander abgewandte Drehrichtungen begrenzt bzw. variabel einstellbar begrenzbar. Die Blockiereinrichtung 8 weist ein Blockierelement 9 auf. Das Blockierelement 9 ist zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar. In der hier gezeigten Darstellung befindet sich das Blockierelement 9 in der Entriegelungsposition. In dieser Entriegelungsposition lässt sich die Welle 2 zusammen mit dem Ringkörper 4 in eine der beiden Drehrichtungen um die Mittellängsachse 3 drehen.
Zum Stoppen der Drehbewegung der Welle 2 wirkt das Blockierelement 9 in der Verriegelungsposition mit einer drehfest mit der Welle 2 verbundenen Sperrkontur 10 zusammen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Ringkörper 4 die Sperrkontur 10 auf. Hier ist die Sperrkontur 10 beispielhaft als eine sacklochartige Vertiefung ausgebildet. Insbesondere weist die Sperrkontur 10 eine um die Mittellängsachse 3 ausgerichtete ringabschnittsartige Gestalt auf.
Des Weiteren ist hier lediglich eine einzige Sperrkontur 10 erkennbar. Alternativ kann der Ringkörper 4 mehrere Sperrkonturen 10 aufweisen. Die Sperrkontur 10 ist hier in einem rechtwinklig zur Mittellängsachse 3 ausgerichteten Ringabschnitt 11 des Ringkörpers 4 ausgebildet. Der Ringabschnitt 11 ist somit ein Bestandteil des Ringkörpers 4 und ist zwischen der Welle 2 und einem Außenumfang des Ringkörpers 4 angeordnet. Des Weiteren befindet sich die Sperrkontur 10 auf einer dem Blockierelement 9 zugewandten Seite des Ringkörpers 4.
Das Blockierelement 9 weist einen bolzenartigen Abschnitt 12 auf, der der Sperrkontur 10 zugewandt ist. In der hier nicht näher dargestellten Verriegelungsposition greift der bolzenartige Abschnitt 12 in die Sperrkontur 10 ein.
Die Blockiereinrichtung 8 weist einen Aktuator 13 auf, der bei diesem Ausführungsbeispiel als ein elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist. Im Einzelnen ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Aktuator 13 als ein steuerbarer Elektromagnet realisiert. Dieser Elektromagnet weist gemäß diesem Beispiel einen Eisenkern 14 auf. Das Blockierelement 9 ist mittels des aktivierten Aktuators 13 zum Zusammenwirken mit der Sperrkontur 10 und zum Überführen aus der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition bewegbar.
Das Blockierelement 9 hat einen Permanentmagneten 15. Der Permanentmagnet 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf einer dem Aktuator 13 zugewandten Seite des Blockierelementes 9 angeordnet.
Des Weiteren ist das Blockierelement 9 in einer Führung 16 linear verschiebbar geführt. Hierbei ist das Blockierelement 9 parallel zur Mittellängsachse 3 der Welle 2 verschiebbar in der Führung 16 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Führung 16 einen Führungskanal 17 auf, der hier in einem Gehäusedeckel 18 ausgebildet ist. Der Gehäusedeckel 18 ist zum Verschließen des Gehäuses 5 mit geeigneten Befestigungsmitteln 19, beispielsweise Schrauben, an dem Gehäuse 5 befestigt.
Zum Überführen des Blockierelementes 9 aus der hier dargestellten Entriegelungsposition in eine Verriegelungsposition wird der Aktuator 13 aktiviert. Hierdurch wird das Blockierelement 9 mit dem Permanentmagnet 15 parallel zur Mittellängsachse 3 aufgrund einer wirkenden Magnetkraft von dem Aktuator 13 weg und entlang der Führung 16 in die Sperrkontur 10 hineingedrückt.
Zum Überführen des Blockierelementes 9 aus der Verriegelungsposition zurück in die Entriegelungsposition weist die Blockiereinrichtung 8 eine nicht-mechanisch wirkende Rückstelleinrichtung 20 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel wirkt mittels der Rückstelleinrichtung 20 eine Magnetkraft auf das Blockierelement 9 zum Überführen des Blockierelementes 9 aus der Verriegelungsposition in die hier dargestellte Entriegelungsposition. Hier sind der Permanentmagnet 15 und der Eisenkern 14 Bestandteil der Rückstelleinrichtung 20. Zum Überführen des Blockierelementes 9 von der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition wird bzw. ist der Aktuator 13 deaktiviert. Hierdurch wird der Permanentmagnet 15 und damit das Blockierelement 9 in Richtung des Eisenkerns und damit in Richtung des Aktuators 13 gezogen, so dass der bolzenartige Abschnitt 12 außer Eingriff zu der Sperrkontur 10 kommt.
Die Sperrkontur 10 hat zwei einander gegenüberliegende Anschlagsflächen 21 zum Anschlagen des Blockierelementes 9 in einer Endanschlagposition. Hier ist lediglich eine der beiden Anschlagflächen 21 erkennbar. Die Anschlagflächen 21 sind radial und parallel zur Mittellängsachse 3 der Welle 2 ausgerichtet. In der Verriegelungsposition schlägt das Blockierelement 9 bzw. der bolzenartige Abschnitt 12 des Blockierelementes 9 abhängig von der Drehrichtung an eine der beiden Anschlagflächen 21 an, wodurch eine weitere Drehbewegung der Welle 2 und des Ringkörpers 4 in die auf das Blockierelement 9 gerichtete Drehrichtung blockiert ist.
Die Sperrkontur 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, so dass in der Verriegelungsposition des Blockierelementes 9 eine Drehbewegung der Welle 2 aus der jeweiligen Endanschlagposition in eine aus der jeweiligen Endanschlagposition weggerichtete Drehrichtung ermöglicht ist. Hierzu weist bei diesem Ausführungsbeispiel die Sperrkontur 10 eine Länge in Drehrichtung der Welle 2 gesehen auf, die größer ist als eine in die Sperrkontur eingreifende Breite des Blockierelementes 9 in Drehrichtung der Welle 2 gesehen. Hierdurch ist eine Umkehrung der Drehbewegung aus der Endanschlagposition und mit einem Blockierelement 9 in der Verriegelungsposition ermöglicht.
Aufgrund einer Detektion der Drehbewegung der Welle 2 aus der Endanschlagposition ist oder wird der Aktuator 13 des Blockierelementes 9 deaktiviert. Hierdurch gelangt das Blockierelement 9, insbesondere mittels der Rückstelleinrichtung 20 aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition, bevor das Blockierelement 9 an der gegenüberliegenden Anschlagfläche 21 anstößt. Die Detektion der Drehbewegung, die Deaktivierung und/oder die Aktivierung des Aktuators 13 kann mittels einer hier nicht näher dargestellten Steuerungseinrichtung erfolgen. Insbesondere ist eine solche Steuerungseinrichtung mit dem Aktuator 13 verbunden.
Mittels des Blockierelementes 9 ist der Lenkdrehwinkel der Lenkvorrichtung 1 in zwei voneinander abgewandt gerichtete Drehrichtungen begrenzbar. Hierbei ist mittels des Blockierelementes 9 und in Zusammenwirkung mit der Sperrkontur 10 sowohl eine erste Endanschlagposition in eine erste Drehrichtung als auch eine zweite Endanschlagposition in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung vorgebbar.
2 zeigt einen Ausschnitt aus einer geschnittenen Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 22. Gleiche Merkmale tragen die gleichen Bezugszeichen wie zuvor. Insoweit wird zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Anstelle der Blockiereinrichtung 8 gemäß 1 weist die hier dargestellte Lenkvorrichtung 22 eine Blockiereinrichtung 23 auf. Die Blockiereinrichtung 23 ist ebenfalls zum Begrenzen eines Lenkdrehwinkels der Lenkvorrichtung 22 ausgebildet. Hierzu weist die Blockiereinrichtung 23 ein Blockierelement 24 auf. Das Blockierelement 24 ist zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar, wobei hier das Blockierelement 24 in der Entriegelungsposition dargestellt ist. Zum Stoppen der Drehbewegung der Welle 2 wirkt das Blockierelement 24 in der Verriegelungsposition mit einer drehfest mit der Welle 2 verbundenen Sperrkontur 25 zusammen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist ein weiterer Ringkörper 26 die Sperrkontur 25 auf. Der weitere Ringkörper 26 ist drehfest mit der Welle 2 verbunden, so dass sich dieser zusammen mit der Welle 2 um die Mittellängsachse 3 dreht. Des Weiteren ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Ringkörper 26 als ein Zahnrad ausgebildet, wobei mehrere Sperrkonturen 25 an einem Außenumfang des Ringkörpers 26 als Vertiefungen ausgebildet sind. Hierbei erstrecken sich die vertiefungsartigen Sperrkonturen 25 vom Außenumfang des Ringkörpers 26 radial zur Mittellängsachse 3 nach innen.
Die Blockiereinrichtung 23 hat einen Aktuator 27, der hier als ein elektromagnetischer Aktuator, nämlich als eine Zylinderspule bzw. als ein Solenoid ausgebildet ist. Das Blockierelement 24 ist in einer Führung 28 linear verschiebbar geführt. Die Führung 28 weist einen Führungskanal 29 für das Blockierelement 24 auf, wobei der Führungskanal 29 bei diesem Ausführungsbeispiel durch ein Zusammenwirken von Abschnitten des Gehäuses 5 und eines Gehäusedeckels 30 gebildet ist. Mittels der Führung 28 ist das Blockierelement 24 bei diesem Ausführungsbeispiel rechtwinklig zur Mittellängsachse 3 linear verschieblich geführt. Bei einem aktivierten Aktuator 27 wird das Blockierelement 24 soweit in Richtung der Sperrkontur 25 bewegt, bis der bolzenartige Abschnitt 12 des Blockierelementes 24 in die Sperrkontur 25 eingreift und an eine der beiden Anschlagflächen 21 anschlägt.
Hier ist lediglich eine der beiden Anschlagflächen 21 erkennbar. Die Anschlagflächen 21 sind radial und parallel zur Mittellängsachse 3 der Welle 2 ausgerichtet. In der Verriegelungsposition schlägt das Blockierelement 24 abhängig von der Drehrichtung an eine der beiden Anschlagflächen 21 an, wodurch eine weitere Drehbewegung der Welle 2 und des Ringkörpers 26 in die auf das Blockierelement 24 gerichtete Drehrichtung blockiert ist.
Die Sperrkontur 25 ist bei diesem Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, so dass in der Verriegelungsposition des Blockierelementes 24 eine Drehbewegung der Welle 2 aus der jeweiligen Endanschlagposition in eine aus der jeweiligen Endanschlagposition weggerichtete Drehrichtung ermöglicht ist. Hierzu weist bei diesem Ausführungsbeispiel die Sperrkontur 25 eine Länge in Umfangsrichtung des Ringkörpers 26 gesehen auf, die größer ist als eine in die Sperrkontur 25 eingreifende Breite des Blockierelementes 24 in Drehrichtung der Welle 2 gesehen. Hierdurch ist eine Umkehrung der Drehbewegung aus der Endanschlagposition und mit einem Blockierelement 24 in der Verriegelungsposition ermöglicht.
Aufgrund einer Detektion der Drehbewegung der Welle 2 aus der Endanschlagposition ist oder wird der Aktuator 27 des Blockierelementes 24 deaktiviert. Hierdurch gelangt das Blockierelement 24, insbesondere mittels einer Rückstelleinrichtung 31 aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition, bevor das Blockierelement 24 an der gegenüberliegenden Anschlagfläche 21 anstößt. Die Detektion der Drehbewegung, die Deaktivierung und/oder die Aktivierung des Aktuators 27 kann mittels einer hier nicht näher dargestellten Steuerungseinrichtung erfolgen.
Die Rückstelleinrichtung 31 weist bei diesem Ausführungsbeispiel ein auf das Blockierelement 24 wirkendes Rückstellelement 32 auf. Hier ist das Rückstellelement 32 als eine Schraubendruckfeder ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Lenkvorrichtung
2: Welle
3: Mittellängsachse
4: Ringkörper
5: Gehäuse
6: Lager
7: Lager
8: Blockiereinrichtung
9: Blockierelement
10: Sperrkontur
11: Ringabschnitt
12: bolzenartiger Abschnitt
13: Aktuator
14: Eisenkern
15: Permanentmagnet
16: Führung
17: Führungskanal
18: Gehäusedeckel
19: Befestigungsmittel
20: Rückstelleinrichtung
21: Anschlagfläche
22: Lenkvorrichtung
23: Blockiereinrichtung
24: Blockierelement
25: Sperrkontur
26: Ringkörper
27: Aktuator
28: Führung
29: Führungskanal
30: Gehäusedeckel
31: Rückstelleinrichtung
32: Rückstellelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013004056 B4 [0005]

Claims

Lenkvorrichtung mit einer Blockiereinrichtung (8, 23) zum Begrenzen eines Lenkdrehwinkels, wobei die Blockiereinrichtung (8, 23) ein Blockierelement (9, 24) aufweist, das zwischen einer Verriegelungsposition und einer Entriegelungsposition bewegbar ist, und mit einer Welle (2), die um ihre Mittellängsachse (3) rotierbar gelagert ist, wobei das Blockierelement (9, 24) in der Verriegelungsposition zum Stoppen einer Drehbewegung der Welle (2) mit einer drehfest mit der Welle (2) verbundenen Sperrkontur (10, 25) zusammenwirkt, und die Blockiereinrichtung (8, 23) einen elektromagnetischen oder elektromechanischen Aktuator (13, 27) aufweist, wobei das Blockierelement (9, 24) mittels des Aktuators (13, 27) zum Zusammenwirken mit der Sperrkontur (10, 25) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Blockierelementes (9, 24) der Lenkdrehwinkel in zwei voneinander abgewandt gerichtete Drehrichtungen begrenzbar ist, wobei mittels des Blockierelementes (9, 24) und in Zusammenwirkung mit der Sperrkontur (10, 25) sowohl eine erste Endanschlagposition in eine erste Drehrichtung als auch eine zweite Endanschlagposition in eine der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten zweiten Drehrichtung vorgebbar ist.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (8, 23) eine, insbesondere nicht-mechanische, Rückstelleinrichtung (20, 31) zum Überführen des Blockierelementes (9, 24) aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition aufweist, wobei mit der Rückstelleinrichtung (20, 31) eine auf das Blockierelement (9, 24) wirkende Kraft wirkt, die das Blockierelement (9, 24) aus der Sperrkontur (10, 25) zieht oder drückt, vorzugsweise ist das Blockierelement (9, 24) mittels der Rückstelleinrichtung (20, 31) in der Entriegelungsposition gehalten.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (20) mittels einer Magnetkraft auf das Blockierelement (9) zum Überführen des Blockierelementes (9) aus der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition wirkt, insbesondere weist die Rückstelleinrichtung (20) einen Permanentmagneten (15) zum Zusammenwirken mit einem Metallteil oder Eisenkern (14) auf, vorzugsweise ist der Permanentmagnet (15) an dem Blockierelement (9) angeordnet.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (9, 24) in einer Führung (16, 28) linear verschiebbar geführt ist, insbesondere ist ein Führungskanal (17, 29) der Führung (16, 28) in einem Gehäuse (5) oder Gehäusedeckel (18) ausgebildet, vorzugsweise greift ein Führungsvorsprung des Blockierelementes (9, 24) gleitbeweglich in den Führungskanal (17, 29) ein.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (9, 24) parallel zur Mittellängsachse (3) der Welle (2) verschiebbar in der Führung (16, 28) angeordnet ist, insbesondere ist das Blockierelement (9, 24) bolzenartig oder kolbenartig ausgebildet.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (13, 27) als ein steuerbarer Elektromagnet, insbesondere mit einem Eisenkern (14), oder als eine Zylinderspule ausgebildet ist, vorzugsweise ist der Aktuator (13, 27) zum Überführen des Blockierelementes (9, 24) von der Entriegelungsposition in die Verriegelungsposition aktiviert und zum Überführen des Blockierelementes (9, 24) von der Verriegelungsposition in die Entriegelungsposition deaktiviert.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehfest mit der Welle (2) verbundener Ringkörper (4, 26) die Sperrkontur (10, 25) zum Zusammenwirken mit dem Blockierelement (9, 24) aufweist, wobei der Ringkörper (4, 26) mindestens eine Sperrkontur (10, 25) oder mehrere Sperrkonturen (10, 25) zum teilweisen Aufnehmen und Anschlagen des Blockierelementes (9, 24) in der Verriegelungsposition aufweist, vorzugsweise hat die Sperrkontur (10, 25) zwei einander gegenüberliegende Anschlagsflächen (21) zum Anschlagen des Blockierelementes (9, 24) in der ersten Endanschlagposition oder in der zweiten Endanschlagposition, insbesondere ist der Ringkörper (26) ein Zahnrad mit am Außenumfang ausgebildeten mehreren Sperrkonturen (25) oder der Ringkörper (4) ist ein Schneckenrad mit mindestens einer oder mehreren in einem rechtwinklig zur Mittellängsachse (3) ausgerichteten Ringabschnitt (11) ausgebildeten Sperrkonturen (10).
Lenkvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sperrkontur (10, 25) ausgebildet ist, so dass in der Verriegelungsposition des Blockierelementes eine Drehbewegung der Welle (2) aus der ersten Endanschlagposition oder aus der zweiten Endanschlagposition in eine aus der jeweiligen Endanschlagposition weg gerichtete Drehrichtung ermöglicht ist, insbesondere ist die Länge der mindestens einen Sperrkontur (10, 25) in Drehrichtung der Welle (2) größer als eine in die Sperrkontur (10, 25) eingreifende Breite des Blockierelementes (9, 24) in Drehrichtung der Welle (2), vorzugsweise ist oder wird aufgrund einer Detektion einer Drehbewegung der Welle (2) aus der ersten Endanschlagposition oder aus der zweiten Endanschlagposition in eine aus der jeweiligen Endanschlagposition weg gerichtete Drehrichtung der Aktuator (13, 27) des Blockierelementes (9, 24) deaktiviert.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (8, 23) und/oder das Blockierelement (9, 24) und/oder der Aktuator (13, 27) zwischen zwei Lagern (6, 7), insbesondere zwei Kugellagern, zum rotierbaren Lagern der Welle (2) angeordnet ist oder sind.
Steer-by-Wire Lenksystem mit einer Lenkvorrichtung (1, 22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.