-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
-
Die vorliegende Offenbarung beansprucht die Priorität der vorläufigen Patentanmeldung Nr. 63/318,128 mit dem Titel „BALL NUT AND RACK ABSOLUTE POSITION SENSOR FOR VEHICLE STEERING SYSTEM“, die am 9. März 2022 eingereicht wurde und deren Inhalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit einbezogen ist.
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fahrzeuglenksysteme und insbesondere auf einen Absolutpositionssensor für eine Kugelmutter und Kugelgewindespindel für solche Lenksysteme.
-
HINTERGRUND
-
Es wurden verschiedene elektrische Servolenk- (EPS-) Systeme zur Unterstützung eines Bedieners bei der Fahrzeuglenkung entwickelt. Eine Art von EPS-System wird als ein elektrisches Zahnstangen-Servolenk- (REPS-) System bezeichnet. Ein REPS-System verwendet einen Elektromotor, der eine Kugelmutter und eine Zahnstange antreibt. Die Zähne der Zahnstange sind mit einem Ritzel in Eingriff. Das Ritzel ergänzt ein Antriebsmerkmal, das als Reaktion auf die Drehung eines Teils der Lenksäule durch einen Bediener gedreht wird, wobei das Antriebsmerkmal einen Lenkeingang für die Zahnstange bereitstellt. Das Antriebsmerkmal kann in die Lenksäule integriert sein (z. B. elektrisches Servolenksystem mit einem Ritzel) oder ein Antriebsritzel sein (z. B. elektrisches Servolenksystem mit zwei Ritzeln.
-
Die absolute Positionserfassung bei einem Lenksystem kann mit Hilfe eines Satzes von Zahnrädern und Sensoren erfolgen, die auf einem sich drehenden Ritzel oder der Eingangswelle des Fahrzeugs basieren. Diese Systeme verwenden in der Regel ein Zahnrad auf der Welle, das zwei zusätzliche Zahnräder antreibt, damit der Sensor die Position der Zahnstange oder der Lenkung beim Anfahren oder bei der Initialisierung des Fahrzeugs korrekt berechnen kann, bevor ein anderer Sensor wie die Motorposition verwendet wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
-
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst ein Absolutpositionssensor ein erstes Zahnrad mit einer Vielzahl von Zähnen, einen Drehpositionssensor, der funktional mit dem ersten Zahnrad gekoppelt ist und so konfiguriert ist, eine Drehposition des ersten Zahnrads zu erfassen, und ein zweites Zahnrad mit einem spiralförmigen Zahn, der mit der Vielzahl von Zähnen des ersten Zahnrads in Eingriff steht, um sich mit dem ersten Zahnrad zu drehen, und der ein erstes Ende mit einer ersten Distanz von einem Zentrum des zweiten Zahnrads und ein gegenüberliegendes zweites Ende mit einer zweiten Distanz von dem Zentrum des zweiten Zahnrads aufweist, wobei die zweite Distanz kleiner als die erste Distanz ist.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung umfasst ein elektrisches Servolenksystem eine Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe, die eine Kugelgewindespindel, eine Mutter und einen Motor umfasst, der funktional mit der Kugelgewindespindel oder der Mutter gekoppelt ist und so konfiguriert ist, die Kugelgewindespindel oder die Mutter zu drehen, und einen Absolutpositionssensor, der ein erstes Zahnrad mit einer Vielzahl von Zähnen, einen Drehpositionssensor, der funktional mit dem ersten Zahnrad gekoppelt ist und so konfiguriert ist, eine Drehposition des ersten Zahnrads zu erfassen, und ein zweites Zahnrad umfasst, das mit der Kugelgewindespindel oder der Mutter gekoppelt ist und einen spiralförmigen Zahn umfasst, der mit der Vielzahl von Zähnen des ersten Zahnrads in Eingriff steht, um sich mit dem ersten Zahnrad zu drehen, wobei der spiralförmige Zahn ein erstes Ende mit einer ersten Distanz von einem Zentrum des zweiten Zahnrads und ein gegenüberliegendes zweites Ende mit einer zweiten Distanz von dem Zentrum des zweiten Zahnrads aufweist, wobei die zweite Distanz geringer ist als die erste Distanz.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst ein elektrisches Servolenksystem eine Kugelgewindespindel, eine Mutter, die mit der Kugelgewindespindel in Eingriff steht, so dass eine Drehung der Mutter relativ zur Kugelgewindespindel die Kugelgewindespindel durch die Mutter bewegt, und einen Absolutpositionssensor, der ein erstes Zahnrad mit einer Vielzahl von Zähnen, einen Drehpositionssensor, der funktional mit dem ersten Zahnrad gekoppelt ist und so konfiguriert ist, um eine Drehposition des ersten Zahnrads zu erfassen, und ein zweites Zahnrad umfasst, das konzentrisch um die Kugelgewindespindel angeordnet ist, um sich mit der Kugelgewindespindel oder der Mutter zu drehen, wobei das zweite Zahnrad mit der Vielzahl von Zähnen des ersten Zahnrads in Eingriff steht und so konfiguriert ist, um sich mit dem ersten Zahnrad zu drehen.
-
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung genommen mit den Zeichnungen deutlicher.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, wird in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders herausgestellt und im Einzelnen beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich:
- 1 zeigt schematisch ein elektrisches Servolenksystem für ein Fahrzeug mit einer Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe gemäß einer oder mehreren hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen;
- 2 zeigt schematisch eine perspektivische Vorderansicht der Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe von 1 gemäß einer oder mehrerer hier gezeigter und beschriebener Ausführungsformen;
- 3 zeigt schematisch eine perspektivische Teilansicht von vorn der Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe von 2 mit einer Absolutpositionssensor-Baugruppe gemäß einer oder mehreren hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen;
- 4 zeigt schematisch eine Vorderansicht eines Zahnrads mit einem spiralförmigen Zahn der Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe aus 2 gemäß einer oder mehrerer hier gezeigter und beschriebener Ausführungsformen;
- 5 zeigt schematisch eine Teilfrontansicht der Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe und der Absolutpositionssensor-Baugruppe von 3 gemäß einer oder mehrerer hier gezeigter und beschriebener Ausführungsformen;
- 6 zeigt schematisch eine perspektivische Teilansicht von rückwärts der Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe und der Absolutpositionssensor-Baugruppe von 3 gemäß einer oder mehreren hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen; und
- 7 zeigt schematisch eine Teilansicht von oben auf die Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe und die Absolutpositionssensor-Baugruppe von 3 gemäß einer oder mehrerer hier gezeigter und beschriebener Ausführungsformen.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Die hier beschriebenen Ausführungsformen werden in Verbindung mit einer Lenkbaugruppe eines Fahrzeugs, wie z. B. eines Pkw, Lkw, Sport Utility Vehicle, Crossover, Mini-Van, Wasserfahrzeugs, Flugzeugs, Geländewagens, Freizeitfahrzeugs oder anderer geeigneter Fahrzeuge, einschließlich verschiedener Lenksysteme, verwendet.
-
Bezug nehmend auf 1 ist zunächst ein elektrisches Servolenksystem 20 mit einer Absolutpositionssensor-Baugruppe 50 allgemein dargestellt. Die Absolutpositionssensor-Baugruppe 50 ist so konfiguriert, dass sie eine absolute Position einer Lenkbaugruppe 40 erfasst und es ermöglicht, die Positionserfassung von der Eingangs-/Ritzelwelle auf die Kugelmutter-Lenkachse zu verlagern, wodurch diese Achse für jede Anwendung, die keine Eingangs-/Ritzelwelle erfordert, z. B. für Steer-by-Wire-Systeme, entfernt werden kann. Das Servolenksystem 20 kann als ein Lenksystem mit Fahrerschnittstelle, als autonomes Fahrsystem oder als System, das sowohl eine Fahrerschnittstelle als auch eine autonome Lenkung ermöglicht, konfiguriert werden. Das Lenksystem 20 kann eine Eingabevorrichtung 22, wie z. B. ein Lenkrad, wobei ein Fahrer durch Drehen des Lenkrads mechanisch eine Lenkeingabe bereitstellen kann, eine Airbagvorrichtung 24, die sich an oder in der Nähe der Eingabevorrichtung 22 befindet, und eine Lenksäule 26 umfassen, die sich entlang einer Achse von der Eingabevorrichtung 22 zu einer Ausgabebaugruppe 28 erstreckt. Die Lenksäule 26 kann mindestens zwei axial verstellbare Teile umfassen, z. B. einen ersten Abschnitt 30 und einen zweiten Abschnitt 32, die axial zueinander verstellbar sind, um die Eingabevorrichtung 22 näher oder weiter vom Fahrer weg zu bewegen. Der erste Abschnitt 30 und der zweite Abschnitt 32 können ein oberer Mantel und ein unterer Mantel sein, die relativ zueinander axial beweglich sind. Die hier offengelegten Ausführungsformen werden in elektrischen Lenksystemen verwendet, bei denen die Ausgangsbaugruppe 28 in funktionaler Verbindung mit einem Motor 56 einer Lenkbaugruppe 40 steht. Bei den Lenksystemen kann es sich um eine Steer-by-Wire-Konfiguration handeln, bei der die Ausgangsbaugruppe 28 mit dem Motor 56 kommunikativ verbunden ist, um den Betrieb des Motors 56 zu steuern. In dieser Konfiguration kann die Ausgangsbaugruppe 28 eine drahtgebundene Verbindung mit dem Motor 56 haben. Alternativ kann es sich bei den Lenksystemen um eine mechanische Konfiguration handeln, bei der die Ausgangsbaugruppe 28 über eine Welle 36, die mit der Lenksäule 26 verbunden ist, mit dem Motor 56 kommunikativ gekoppelt ist, um die physische Drehung von der Eingabevorrichtung 22 auf den Motor 56 zu übertragen.
-
Noch immer Bezug nehmend auf 1, kann die Lenkbaugruppe 40 eine Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe 42, ein Paar von Spurstangen 44, ein Paar von Achsschenkeln 46 und ein Paar von Rädern 48 umfassen, die funktional mit dem Paar von Achsschenkeln 46 gekoppelt sind, damit die Achsschenkel 46 die Räder 48 schwenken können. Die Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe 42 kann eine Kugelgewindespindel 52, eine Mutter 54, mindestens einen Motor 56 und die Absolutpositionssensor-Baugruppe 50 umfassen. Bei dem mindestens einen Motor 56 kann es sich um ein Paar von Motoren handeln, das mit der Kugelgewindespindel 52 oder der Mutter 54 funktional gekoppelt ist, um die Kugelgewindespindel 52 axial zu bewegen. Die Kugelgewindespindel 52 kann so konfiguriert sein, dass sie sich in Richtung der Fahrzeugbreite zu jedem Rad 48 hin und von ihm weg bewegt. Das Paar von Spurstangen 44 kann mit jedem Ende der Kugelgewindespindel 52 gekoppelt sein, um sich mit der Kugelgewindespindel 52 zu bewegen, und die Spurstangen 44 können funktional mit dem Paar von Achsschenkeln 46 gekoppelt sein, um das Paar von Achsschenkeln 46 und das Paar von Rädern 48 zu schwenken und dadurch das Fahrzeug zu lenken. Der Absolutpositionssensor 50 kann mit der Kugelgewindespindel 52 oder der Mutter 54 funktional verbunden sein, um eine absolute Position der Kugelgewindespindel 52 und damit eine absolute Position der Räder 48 zu erfassen.
-
In den 2 und 3 ist die Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe 42 abgebildet. Die Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe 42 kann eine Umhüllung 60 umfassen, das zumindest teilweise die Motoren 56, die Absolutpositionssensor-Baugruppe 50 und die an der Mutter 54 befestigte Kugelgewindespindel 52 umschließt. Die Mutter 54 ist drehbar mit der Kugelgewindespindel 52 gekoppelt und steht mit dieser in Eingriff, so dass eine Drehung der Mutter 54 relativ zur Kugelgewindespindel 52 die Kugelgewindespindel 52 durch die Mutter 54 in Richtung der Fahrzeugbreite bewegt. Alternativ kann sich die Kugelgewindespindel 52 drehen, während die Mutter 54 fixiert ist, um die Kugelgewindespindel 52 durch die Mutter 54 in Richtung der Fahrzeugbreite zu bewegen. Wie in 3 dargestellt, kann jeder Motor 56 einen Riemen 62 enthalten, der eine Drehung von einer Spindel 64 des Motors 56 auf die Mutter 54 überträgt. Bei Ausführungen, bei denen die Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe 42 zwei Motoren 56 umfasst, umfasst die Kugelgewindespindel-Mutter-Baugruppe 42 zwei Muttern 54, die jeweils mit einem der Motoren 56 funktional gekoppelt sind, um von dem jeweiligen Motor 56 angetrieben zu werden. Durch die Drehung der Mutter 54 wird die Kugelgewindespindel 52 durch die Mutter 54 über den Gewindeeingriff zwischen der Mutter 54 und der Kugelgewindespindel 52 bewegt. Die Kopplung der Kugelgewindespindel 52 mit den Spurstangen 44 und den Achsschenkeln 46 und den Rädern 48 über die Spurstangen 44 kann dazu führen, dass sich die Kugelgewindespindel 52 nicht mit der Mutter 54 dreht. Alternativ oder zusätzlich kann die Kugelgewindespindel 52 mit dem Gehäuse 60 in Gewindeeingriff stehen, so dass sich die Kugelgewindespindel 52 nicht drehen kann, wenn sich die Mutter 54 dreht. Während der Motor 56 mit der Mutter 54 gekoppelt gezeigt ist, ist es denkbar und möglich, dass der Motor 56 mit der Kugelgewindespindel 52 gekoppelt ist, um die Kugelgewindespindel 52 relativ zur Mutter 54 zu drehen. In solchen Ausführungsformen ist die Mutter 54 befestigt, z. B. an einer Fahrzeugstruktur oder einem Rahmen, um die Bewegung und Drehung der Mutter 54 einzuschränken. Außerdem kann die Kugelgewindespindel 52 drehbar mit den Spurstangen 44 gekoppelt sein, z. B. durch Lager, so dass sich die Kugelgewindespindel 52 relativ zu den Spurstangen 44 drehen kann.
-
Bezugnehmend auf 3 kann die absolute Positionssensorbaugruppe 50 ein Gehäuse 70, ein erstes Zahnrad 72, ein zweites Zahnrad 74, einen Drehpositionssensor 76, der so konfiguriert ist, dass er eine Drehposition des ersten Zahnrads 72 erfasst, und ein Vorspannelement 78 umfassen. Das erste Zahnrad 72 kann eine Vielzahl von Zähnen 80, die einen Körper 82 umschließen, sowie eine Nabe 84 umfassen, die sich von dem Körper 82 aus erstreckt. Bei dem ersten Zahnrad 72 kann es sich um ein beliebiges Zahnrad zur Übertragung der Drehbewegung vom zweiten Zahnrad auf den Drehpositionssensor 76 handeln, z. B. um ein geradverzahntes Stirnrad, ein schrägverzahntes Schrägzahnrad oder ein Zahnrad mit Evolventenprofil. Die Nabe 84 kann sich entlang einer Achse erstrecken, um die sich die Vielzahl der Zähne 80 dreht, und ein Ende 86 aufweisen, das vom Körper 82 des ersten Zahnrads 72 beabstandet ist. Die Achse kann quer zur Kugelgewindespindel 52 verlaufen, so dass das erste Zahnrad 72 in einer Schneckengetriebeanordnung mit dem zweiten Zahnrad 74 positioniert ist, um die Lenkposition oder die Position der Kugelgewindespindel anhand der Drehbewegung der Kugelgewindespindelachse des Lenksystems 20 zu überwachen. Mit anderen Worten: Das erste Zahnrad 72 kann sich um eine Achse drehen, die quer zu einer Drehachse des zweiten Zahnrads 74 liegt.
-
Wie dargestellt, kann das erste Zahnrad 72 an einem einzelnen Ende mit der Umhüllung der Kugelgewindemutter-Baugruppe 42 gekoppelt sein, um freitragend mit dem zweiten Zahnrad 74 in Kontakt zu kommen. Es ist jedoch denkbar und möglich, dass das erste Zahnrad 72 an beiden Enden gelagert ist, um mit dem zweiten Zahnrad 74 in Kontakt zu sein.
-
Der Drehpositionssensor 76 kann mit dem Ende der Nabe 84 des ersten Zahnrads 72 gekoppelt sein. Der Drehpositionssensor 76 kann ein Hall-Effekt-Sensor sein, der ein Paar von Magneten 90, eine Sensorplatine 92, die die Position der Magnete 90 erfasst, und ein Steuergerät 94 umfasst, das kommunikativ mit der Sensorplatine 92 verbunden ist, um Signale von der Sensorplatine 92 zu empfangen, die eine Position der Magnete 90 anzeigen. Das Paar von Magneten 90 kann mit der Achse oder dem Zentrum der Nabe 84 des ersten Zahnrads 72 gekoppelt und radial versetzt sein, um sich mit dem ersten Zahnrad 72 zu drehen. Die Sensorplatine 92 kann benachbart dem Ende 86 der Nabe 84 positioniert sein, so dass die Sensorplatine 92 eine Drehposition des ersten Zahnrads 72 bestimmen kann, wenn sich das Paar von Magneten 90 mit dem ersten Zahnrad 72 dreht. Die Sensorplatine 92 sendet Signale an das Steuergerät 94, die die Drehposition des ersten Zahnrads 72 auf der Grundlage der Position der Magnete 90 anzeigen, und das Steuergerät 94 bestimmt eine Position der Kugelgewindespindel 52 auf der Grundlage der Drehposition des ersten Zahnrads 72.
-
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 kann das zweite Zahnrad 74 einen Körper 100, der eine Öffnung 102 in dem Zentrum des Körpers 100 definiert, und einen spiralförmigen Zahn 104 umfassen, der sich um die Öffnung 102 herum erstreckt. Der Körper 100 kann mit der Mutter 54 oder der Kugelgewindespindel 52 verbunden sein, wobei sich die Kugelgewindespindel 52 durch die Öffnung 102 im Körper 100 erstreckt. Der Körper 100 ist funktional mit der Kugelgewindespindel 52 oder der Mutter 54 gekoppelt, die durch den Motor 56 gedreht wird, um sich mit der Kugelgewindespindel 52 oder der Mutter 54 zu drehen. In Ausführungsformen, in denen der Motor 56 die Mutter 54 antreibt oder dreht, ist beispielsweise das zweite Zahnrad 74 mit der Mutter 54 gekoppelt und dreht sich mit der Mutter 54. Alternativ ist bei Ausführungsformen, wenn der Motor 56 die Kugelgewindespindel 52 antreibt, das zweite Getriebe 74 mit der Kugelgewindespindel 52 gekoppelt. Die Kopplung zwischen dem zweiten Zahnrad 74 und der Kugelgewindespindel 52 bzw. der Mutter 54 ermöglicht es dem Drehpositionssensor 76, die Position der Kugelgewindespindel 52 über die Drehung des zweiten Zahnrads 74 zu erfassen. Das zweite Zahnrad 74 kann an der Kugelgewindespindel 52 befestigt werden, um sich um die Zentrallinie der Kugelgewindespindel 52 zu drehen, und kann ein Merkmal an einem vorhandenen Kugelgewindespindelmechanismus als sekundäres Bauteil, das an einem Kugelgewindespindelmechanismus befestigt ist, oder als separates, sich drehendes Bauteil im Gehäuse entlang der Kugelgewindespindelachse angebracht sein.
-
Bezugnehmend auf 4 umfasst der spiralförmige Zahn 104 ein erstes Ende 108 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 110, wobei sich der spiralförmige Zahn 104 zumindest teilweise um die Öffnung 102 zwischen dem ersten Ende 108 und dem gegenüberliegenden zweiten Ende 110 erstreckt. Der spiralförmige Zahn 104 kann sich teilweise, eine ganze Umdrehung oder mehr als eine ganze Umdrehung um das Zentrum oder die Öffnung 102 des zweiten Zahnrads 74 erstrecken. In Ausführungsformen, bei denen sich der spiralförmige Zahn 104 um eine einzige Umdrehung erstreckt, kann das erste Ende 108 des spiralförmigen Zahns 104 eine erste Distanz von dem Zentrum oder der Öffnung 102 haben, und das zweite Ende 110 des spiralförmigen Zahns 104 kann eine zweite Distanz von dem Zentrum oder der Öffnung 102 haben, wobei die zweite Distanz kleiner als die erste Distanz ist. Die Differenz zwischen der ersten Distanz und der zweiten Distanz kann entweder der Breite jedes Zahns 80 des ersten Zahnrads 72 oder der Distanz zwischen den Scheitelpunkten benachbarter Zähne 80 des ersten Zahnrads 72 entsprechen. Diese Anordnung ermöglicht es, mit einer einzigen Umdrehung des zweiten Zahnrads 74 das erste Zahnrad 72 zu drehen, um einen Zahn der Vielzahl von Zähnen 80 in eine Position eines benachbarten Zahns 80 der Vielzahl von Zähnen 80 zu bewegen. Es ist jedoch denkbar und möglich, dass eine einzige Umdrehung des zweiten Zahnrads 74 das erste Zahnrad 72 dreht, um den einen Zahn 80 mehr oder weniger als die Position des benachbarten Zahns 80 zu bewegen. In Ausführungsformen, bei denen sich der spiralförmige Zahn 104 mehr als eine volle Umdrehung um das Zentrum erstreckt, kann der spiralförmige Zahn 104 einen Abstand S zwischen jedem Durchgang der Spirale definieren, der eine Distanz d1 hat. Die Distanz d1 kann gleich der Breite jedes Zahns des ersten Zahnrads 72 oder der Distanz zwischen den Scheitelpunkten der benachbarten Zähne des ersten Zahnrads 72 sein.
-
Die Distanz d1 des durch den spiralförmigen Zahn 104 definierten Abstands S beeinflusst die Drehung des ersten Zahnrads 72 bei der Drehung des zweiten Zahnrads 74. Wenn beispielsweise die Distanz d1 des Abstands S vergrößert wird, verringert sich das Übersetzungsverhältnis zwischen dem zweiten Zahnrad 74 und dem ersten Zahnrad 72, so dass die Drehung des ersten Zahnrads 72 bei jeder Umdrehung des zweiten Zahnrads 74 erhöht wird. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Zahnrad 72 und dem zweiten Zahnrad 74 ermöglicht es, das erste Zahnrad 72 auf eine einzige Umdrehung über die gesamte Verfahrlänge der Kugelgewindespindel 52 zu beschränken. Beispielsweise kann der Motor 56 die Mutter 54 um 32 Umdrehungen drehen, um die Kugelgewindespindel 52 über die gesamte Länge des Verlaufs zu bewegen und so die Räder 48 von einer rechtsdrehenden Konfiguration in eine linksdrehende Konfiguration zu schwenken und umgekehrt. In diesem Beispiel wäre das Übersetzungsverhältnis des zweiten Zahnrads 74 zum ersten Zahnrad 72 gleich oder größer als 32:1, um die Drehung des ersten Zahnrads 72 auf eine einzige Umdrehung oder weniger zu beschränken, wobei eine einzige Drehposition des ersten Zahnrads 72 einer einzigen Position der Kugelgewindespindel 52 zugeordnet ist. Mit anderen Worten befinden sich die Magnete 90 am ersten Zahnrad 72 über die gesamte Verfahrlänge der Kugelgewindespindel 52 immer nur in einer Position, so dass eine einzige Position der Räder 48 einer einzigen Drehposition des ersten Zahnrads 72 zugeordnet ist. Daher kann der Drehpositionssensor 76 der Absolutpositionssensor-Baugruppe 50 die absolute Position der Kugelgewindespindel 52 ohne den Einsatz zusätzlicher Zahnräder erfassen. Bei der hier beschriebenen Schneckengetriebeanordnung kann das zweite Zahnrad 74 größer sein als das erste Zahnrad 72, z. B. indem die Zähne des ersten Zahnrads 72 einen kleineren Radius haben als der spiralförmige Zahn 104 des zweiten Zahnrads 74, um einen großen axialen Verlauf in eine kleine Drehbewegung auf einer senkrechten Achse umzuwandeln.
-
Unter Bezugnahme auf die 3 und 5 - 7 kann das Gehäuse 70 eine Sensorumhüllung 114, die die Nabe 84 des ersten Zahnrads 72 und den Drehpositionssensor 76 umschließt, sowie eine Vorspannstruktur 116 umfassen, die über ein bewegliches Scharnier 118 mit der Umhüllung 114 gekoppelt ist. Die Vorspannstruktur 116 erstreckt sich von der Sensorumhüllung 114 aus teilweise über die Vielzahl der Zähne 80 des ersten Zahnrads 72. Mit anderen Worten, die Vorspannstruktur 116 erstreckt sich über einen Teil des Umfangs der Vielzahl von Zähnen 80. Das Vorspannelement 78 steht mit der Vorspannstruktur 116 in Eingriff, um die Vorspannstruktur 116 in die Vielzahl der Zähne 80 des ersten Zahnrads 72 vorzuspannen. Die Vorspannstruktur 116 kann so geformt sein (z. B. konkav), dass sie komplementär zum Umfang des ersten Zahnrads 72 ist, um eine Überlagerung der Drehung des ersten Zahnrads 72 und der Bewegung der Vielzahl von Zähnen 80 zu begrenzen. Das Vorspannelement 78 kann mit der Sensorumhüllung 114 des Gehäuses 70 verbunden sein und sich bis zur Vorspannstruktur 116 erstrecken, um die Vorspannstruktur 116 in Kontakt mit dem ersten Zahnrad 72 vorzuspannen. Die Vorspannkraft von dem Vorspannelement 78 und der Vorspannstruktur 116 auf das erste Zahnrad 72 spannt das erste Zahnrad 72 in Richtung des zweiten Zahnrads 74 vor, damit das erste Zahnrad 72 und das zweite Zahnrad 74 miteinander kämmen, und um ein Spiel zwischen dem ersten Zahnrad 72 und dem zweiten Zahnrad 74 zu verhindern.
-
Unter Bezugnahme auf die 1 - 7 kann das Steuergerät 94 im Betrieb eine Anfangsposition der Kugelgewindespindel 52 und die zugehörige Position der Räder 48 bestimmen. Das Steuergerät 94 kann diese Position beim Starten des Fahrzeugs bestimmen. Ein Fahrer kann dann die Eingabevorrichtung 22 betätigen, um die Räder 48 des Fahrzeugs zu drehen, wobei die Ausgabebaugruppe 28 die Eingabe von der Eingabevorrichtung 22 erhält und ein Signal an den Motor 56 sendet, um die Lenkbaugruppe 40 zu betätigen. Nach Empfang des Signals von der Ausgangsbaugruppe 28 drehen die Motoren 56 die jeweiligen Spindeln und übertragen die Drehung über den Riemen 62 auf die jeweilige Mutter 54. Die Drehung der Mutter 54 bewirkt, dass sich die Kugelgewindespindel 52 durch die Mutter 54 in Richtung der Fahrzeugbreite bewegt und die Spurstangen 44 mit der Kugelgewindespindel 52 bewegt, wodurch die Achsschenkel 46 und die Räder 48 gedreht werden, um das Fahrzeug zu lenken. Während sich die Kugelgewindespindel 52 bewegt und sich das erste Zahnrad 72 dreht, bestimmt das Steuergerät 94 kontinuierlich die Position der Kugelgewindespindel 52 und der Räder 48 auf der Grundlage der augenblicklichen Position des ersten Zahnrads 72.
-
Die beschriebene Art der Sensormechanisierung ist eine Kernanforderung an Systeme, die keine Eingangswelle haben, da der Motorsensor derzeit keine exakte Lenkposition beim Anfahren liefert. Die Ausführungsformen sind so skaliert, dass die Drehung der senkrechten Welle bei oder unter einer Umdrehung für die erforderliche Länge des Verlaufs der Kugelgewindespindel liegt, wodurch die Verwendung eines einzigen Zahnradpaars im Gegensatz zu den derzeitigen drei Zahnradpaaren, die bei den derzeitigen Positionssensorkonstruktionen erforderlich sind, aufgrund der mehreren Eingangsumdrehungen ermöglicht wird, um diskrete Positionslösungen zu erhalten. Dies ist vorteilhaft für neue Konstruktionen von Steer-by-Wire-Systemen, bei denen der Bedienereingang nicht mehr erforderlich ist, und ermöglicht es, die senkrechten Komponenten der Ritzelachse aus einer Systemarchitektur zu entfernen, die weiterhin eine absolute Positionserfassung erfordert.
-
Obgleich die Erfindung ausführlich mit nur einer begrenzten Zahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Vielmehr kann die Erfindung abgewandelt werden, um jede Zahl von Veränderungen, Abänderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bislang nicht beschrieben wurden, die aber in den Gedanken und Umfang der Erfindung fallen, einzuschließen. Obgleich zusätzlich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist es zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.
