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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstelleinheit einer Lenksäule bzw. eines Lenkelements eines Fahrzeugs und ein steer-by-wire Lenksystem mit einer solchen Verstelleinheit.
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Stand der Technik
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Bei den heutigen Lenksystemen ist ein Lenkrad durch eine Verstelleinheit in der Höhe und in der Länge verstellbar angeordnet. Bei solchen Verstelleinheiten weist die Lenksäule bzw. die Lenkwelle mehrere Lenksäulengehäuseteile bzw. Lenkwellengehäuseteile, die durch die Verstelleinheit zueinander verschoben werden können. Dies wird durch eine teleskopierbare Anordnung der Lenkwellengehäuseteile zueinander realisiert. Hierdurch kann das Lenkrad in eine für den Fahrer des Fahrzeugs passende Position gebracht werden.
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Ferner sind auch steer-by-wire Lenksystem bekannt, bei denen auf die mechanische Verbindung des Lenkrads und der zu lenkenden Achse über die Lenksäule verzichtet wird und die Lenkung der Räder über entsprechende Signale gesteuert wird. Bei den steer-by-wire Lenksystemen können insbesondere zwei Typen unterschieden werden: steer-by-wire Lenksysteme mit einem lenkradfernen Force-Feedback-Aktuator und steer-by-wire Lenksysteme mit einem lenkradnahen Force-Feedback-Aktuator.
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Zur Umsetzung der Funktion des Force-Feedback-Aktuators sind verschiedene Motor-Getriebe-Kombinationen möglich. So offenbart z.B., die
DE 10 2018 101 528 B4 einen Motor mit Schneckentrieb, welcher an einem lenkradfernen Ende der Lenksäule angeordnet ist. Die Schneckentriebe ermöglichen hohe Übersetzungen und damit hohe Momente, jedoch erfordert dieses Getriebe, insbesondere durch die abgewinkelte Bauform, einen hohen Bauraumbedarf. Darüber hinaus ist für die Einstellung der Reibung sowie der Gleichmäßigkeit der Reibung hohe Präzision erforderlich, wodurch die Kosten für Herstellung und Montage einer solchen Kombination vergleichsweise hoch sind.
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Ferner ist es bekannt, den Motor des Force-Feedback-Aktuators mit einem Planetengetriebe zu kombinieren und ebenfalls am lenkradfernen Ende der Lenksäule anzuordnen, wie z.B., aus der
CN 215706606 U bekannt. Darüber hinaus können auch Direktantriebe, wie bspw. in der
CN 112644580 B , der
DE 10 2018 101 528 B4 oder der
EP 3 960 583 A1 offenbart, zu diesem Zweck eingesetzt werden.
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Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine bekannte Verstelleinheit und/oder ein bekanntes steer-by-wire Lenksystem eines Fahrzeugs zu verbessern. Insbesondere besteht ein weiterer Bedarf ein Verstellsystem und/oder ein steer-by-wire Lenksystem mit einem lenkradnahen Force-Feedback-Aktuator bereitzustellen, die es ermöglichen, bei einer vorgegebenen Kräfte- und/oder Momentenaufnahme einen Bauraumbedarf und/oder ein Gewicht der Verstelleinheit und/oder des steer-by-wire Lenksystems zu reduzieren.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Verstelleinheit und/oder ein verbessertes steer-by-wire Lenksystem bereitzustellen, die insbesondere ermöglichen, bei einer vorgegebenen Kräfte- und/oder Momentaufnahme einen Bauraumbedarf und/oder ein Gewicht der Verstelleinheit und/oder des steer-by-wire Lenksystems zu reduzieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Verstelleinheit für ein Lenksystem, insbesondere ein steer-by-wire Lenksystem, eines Fahrzeugs weist eine Auszugeinheit zur axialen Längenverstellung/- einstellung des Lenksystems, und eine Lenkelementaufnahmeeinheit zur Aufnahme eines um eine Rotationsachse drehbaren Lenkelements auf. Die Auszugeinheit weist einen Auszugträger und ein Auszugelement auf, wobei der Auszuträger dazu eingerichtet ist, axialfest, insbesondere dabei jedoch neigungsverstellbar, mit einer Karosserie des Fahrzeugs gekoppelt zu sein, und das Auszugelement zumindest teilweise in dem Auszugträger und zu diesem entlang einer Auszugachse axial relativ verschieblich angeordnet ist. Die Lenkelementaufnahmeeinheit weist ein Gehäuse, einen Force-Feedback-Aktuator, ein Getriebe und ein Lenkelementaufnahmeelement auf, wobei der Force-Feedback-Aktuator mit einer Antriebsseite des Getriebes drehmomentübertragend gekoppelt ist, und das Lenkelementaufnahmeelement mit einer Abtriebsseite des Getriebes drehmomentübertragend und axialfest gekoppelt ist. Dabei sind die Abtriebsseite des Getriebes und das Lenkradaufnahmeelement über eine gemeinsame Lagerung drehbar und kippsteif in dem Gehäuse der Lenkelementaufnahmeeinheit angeordnet.
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Das Getriebe ist insbesondere ein hochübersetzendes Getriebe, was es ermöglicht, dass der Force-Feedback-Aktuator nur ein kleines Moment, insbesondere etwa 1-5 Nm, aufbringen muss, wodurch der Force-Feedback-Aktuator klein und kompakt ausgeführt sein kann. Durch die Anordnung am Lenkelement ist es möglich, auf eine teleskopierbare Lenkwelle zu verzichten. Dadurch wird Bauraum, insbesondere innerhalb der Auszugeinheit, frei, der anderweitig genutzt werden kann, z.B., für Elektronik und/oder Kabelkomponenten.
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Insbesondere kann die Abtriebsseite des Getriebes über eine Welle-Nabe-Verbindung mit dem Lenkelementaufnahmeelement dreh- und axialfest gekoppelt sein, oder die Abtriebsseite des Getriebes und das Lenkelementaufnahmeelement können integral einstückig ausgebildet sein.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass das Lenkelementaufnahmeelement direkt am Getriebe montiert werden kann, und somit auf eine weitere Welle bzw. Wellenverbindung verzichtet werden kann. Somit ist die Verbindung zwischen dem Lenkelementaufnahmeelement und dem Getriebe spielfrei und steif, insbesondere gegenüber Vertikalkräften, wie bspw. beim Lenken des Lenkelement mit nur einer Hand oder durch ein Aufstützen beim Ein- und/oder Aussteigen, und/oder Längskräften, wie sie insbesondere bei einem Aufprall (Crash) auftreten können. Somit kann bei gegebener Momentenaufnahme ein erforderlicher Bauraum für die Verstelleinheit reduziert werden. Darüber hinaus kann auch das Gewicht der Verstelleinheit reduziert werden, wodurch ferner in Crash-Situationen auftretende Beschleunigungskräfte reduziert werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Getriebe eine Übersetzung zwischen 5 und 40, insbesondere zwischen 10 und 30 auf. Damit ist das Getriebe als ein hochübersetzendes Getriebe ausgebildet und ermöglicht es den Force-Feedback-Aktuator klein und kompakt auszulegen, da dieser lediglich ein kleines Moment, bspw. 1 bis 5 Nm, bereitstellen muss, um am Lenkelement die erforderliche Momentenaufnahme erfüllen zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Getriebe als ein Wellgetriebe oder als ein Planetengetriebe ausgebildet. Beide Getriebearten weisen die Möglichkeit einer hohen Übersetzung und einer Ringform mit mittiger Durchgangsöffnung auf. Das Wellgetriebe weist ein flexibles Verzahnungsbauteil, das auch als Flexhülse bezeichnet werden kann, ein Unrund-Lager und ein Hohlrad auf, das eine Innenverzahnung aufweist, welche zur Drehmomentübertragung mit der Außenverzahnung der Flexhülse in Eingriff ist. Hierbei kann die Flexhülse feststehend angeordnet sein und das Hohlrad gelagert und mit dem Lenkelementaufnahmeelement drehbar angeordnet sein. Alternativ ist es auch denkbar, das Hohlrad stehend anzuordnen und die Flexhülse mit dem gelagerten Lenkradelement zu verbinden. Insbesondere bei der Verbindung des Hohlrads mit dem Lenkelementaufnahmeelement kann eine hohe Steifigkeit der Verbindung erzielt werden, da das Hohlrad eine höhere Eigensteifigkeit aufweist als die Flexhülse. Das Wellgetriebe ist insbesondere kompakt und kleinbauend, wodurch zusätzlicher Bauraum eingespart werden kann. Das Planetengetriebe besitzt in der Regel ein Sonnenrad, das über sogenannte Planeten mit einem Hohlrad drehmomentübertragend in Eingriff ist. In der Konfiguration als hochübersetzendes Planetengetriebe wird ein Planetenträger oder das Hohlrad als Abtriebsseite des Getriebes mit dem Lenkelement drehmomentübertragend gekoppelt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die gemeinsame Lagerung als ein Wälzlager ausgebildet. Ferner, gemäß einer Ausführungsform ist das Wälzlager ein 4-Punkt-Lager oder ein doppelreihiges Kugel- oder Rollenlager oder ein Kreuzrollenlager. Diese Lagerarten sind kompakt und kleinbauend, wobei sie gleichzeitig steif sind und somit ermöglichen, Kräfte und Momente in alle Richtungen abzustützen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Lagersitz oder eine Lagerlaufbahn der gemeinsamen Lagerung integral einstückig mit der Abtriebsseite des Getriebes ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Lenkelementaufnahmeeinheit noch kompakter zu gestalten. Ferner können dadurch Kosten reduziert werden. Die Integration eines Lagersitzes oder einer Lagerlaufbahn ist insbesondere beim Hohlrad möglich, da dieses aufgrund der Ringform, sowie der Materialdicke bzw. Massivheit und der Herstellungstechnologie, insbesondere gehärtet oder gesintert, eine hohe Steifigkeit aufweist, die eine Integration eines Lagersitzes oder eine Lagerlaufbahn erlaubt.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Auszugeinheit und die Lenkelementaufnahmeeinheit separat voneinander ausgebildet, wobei die Auszugeinheit dreh- und axialfest an dem Gehäuse der Lenkelementaufnahmeeinheit angeordnet bzw. befestigt ist. Dabei ermöglicht das Wegfallen einer Lenkwelle eine einfache Integration eines Versatzes zwischen der Auszugachse der Auszugeinheit und der Rotationsachse des Lenkelements.
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So ist es denkbar, die Auszugachse und die Rotationsachse parallel zueinander anzuordnen, wobei die Auszugachse insbesondere unterhalb der Rotationsachse angeordnet sein kann. Dadurch kann Bauraum für weitere Funktionen, wie bspw. ein Head-up-Display etc. oberhalb der Auszugachse bereitgestellt werden. Ferner ist es auch denkbar, die Auszugachse und die Rotationsachse schräg zueinander anzuordnen, wodurch eine Verkippung erzeugt wird. Dabei kann entweder die Auszugachse schräg verlaufend angeordnet sein, oder die Rotationsachse verläuft schräg, wobei die Verkippung insbesondere durch eine schräge Anordnung der Force-Feedback-Aktuators, des Getriebes und des Lenkelementaufnahmeelements in dem Gehäuse der Lenkelementaufnahmeeinheit umgesetzt ist. Es ist jedoch auch denkbar, das Gehäuse der Lenkelementaufnahmeeinheit und den Auszugträger einteilig auszuführen. Dies eignet sich insbesondere bei Gusskonstruktionen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Verstelleinheit ferner eine Endanschlageinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Drehwinkel des Lenkelements zu begrenzen. Der Endanschlag kann dabei axial oder radial ausgeführt sein. So ist es denkbar, außen oder innen am Gehäuse der Lenkelementaufnahmeeinheit ein axial verschiebliches Endanschlagbauteil vorgesehen sein, welche in einem Gewindesegment einer Innengewindehülse, die bspw. an dem Lenkelementaufnahmeelement angeordnet sein kann, geführt ist. Alternativ kann ein radial verschiebliches Endanschlagbauteil in einer Spirale geführt sein, welche die Bewegung des Endanschlagbauteils und somit des Lenkelementaufnahmeelements begrenzt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Force-Feedback-Aktuator als ein Motor, insbesondere als ein Hohlwellenmotor oder als ein Außenläufermotor mit Öffnung im Stator, ausgebildet. Insbesondere ist der Motor als ein Innenläufer auf einer Hohlwelle, oder alternativ als ein Außenläufer mit einem Hohlstator ausgebildet. Dadurch ist eine Kabelführung zum Lenkelement hin, bspw. für Sensoren, Schalter, Airbag etc., möglich und einfach umsetzbar.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Verstelleinheit ferner eine Rückstelleinrichtung zur Rückstellung des Lenkelementaufnahmeelements in eine Ausgansposition/neutrale Position auf. Die Ausgangsposition bzw. die neutrale Position entspricht hierbei eine Position des Lenkelement mit einem Drehwinkel von etwa 0°. Das bedeutet, dass die zu lenkenden Räder des Fahrzeugs gerade ausgerichtet sind, also einen Einschlagwinkel oder einen Lenkwinkel von etwa 0° aufweisen. Die Rückstelleinrichtung kann als eine Federeinheit ausgebildet sein, die sowohl an der Abtriebsseite des Getriebes als auch an dem Gehäuse der Lenkelementaufnahmeeinheit, insbesondere spielfrei angeordnet ist. Durch eine Rotation des Lenkelements wird die Abtriebsseite des Getriebes zusammen mit dem Lenkelement gedreht, wodurch die Federeinheit gespannt wird. Wird eine Drehrichtung des Lenkelements umgekehrt, unterstützt die Rückstelleinrichtung das Drehen des Lenkelements in die jetzt andere Drehrichtung. Die Federeinheit kann insbesondere als eine Spiralfeder ausgebildet sein, da diese kompakter und kurzbauender als andere Federeinheiten, wie bspw. eine Schraubenfeder, ist, und somit eine kompakte und kleine Bauweise der Lenkelementaufnahmeeinheit ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Verstelleinheit ferner eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder einer Umdrehungszahl des Lenkelements auf. Die Sensoreinrichtung kann bspw. in das Hohlrad des Getriebes integriert sein. Ferner, gemäß einer Ausführungsform ist eine Führungskulisse für ein Sensortarget zur Erfassung des Drehwinkels derart angeordnet, dass der Drehwinkel und die Umdrehungszahl des Lenkelements von einer Sensorplatine erfasst werden.
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Insbesondere kann die Sensoreinrichtung zusammen mit der Endstoppeinrichtung ausgebildet sein, wobei das in dem Gewindesegment oder einem Spiralsegment der Spirale geführte Endanschlagbauteil als ein Target ausgebildet ist, das von einem entsprechend angeordneten Sensor erfasst wird, wodurch ein Drehwinkel, und/oder eine Anzahl Umdrehungen des Lenkelements ermittelt werden können.
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Der Drehwinkel des Lenkelements wird an einer kreisförmigen oder ringförmigen Stirnfläche, z.B. des Hohlrads, über einen ringförmige Sensorplatine, die auch als Ringsensor bezeichnet werden kann, erfasst. Zur Erfassung der Umdrehungszahl, also einer Anzahl von Umdrehungen des Lenkelements, kann die Sensoreinrichtung eine Führungskulisse für das Target aufweisen, die entweder schraubenförmig oder spiralförmig ausgebildet ist.
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Die schraubenförmige Führungskulisse ist dabei - analog zu einem Gewinde oder Gewindesegment - auf einem ringförmigen Bauteil, wie bspw. das Hohlrad des Getriebes ausgeführt, wodurch das Target axial verschoben wird und sich somit für den Sensor eine Fläche mit axialer Erstreckung ergibt. Die sich axial erstreckende Fläche ist insbesondere senkrecht zu einer Ebene, in der der Ringsensor liegt, angeordnet. Dadurch ist bei der schraubenförmigen Kulisse eine zweite Sensorplatine, erforderlich, um sowohl den Drehwinkel als auch die Umdrehungszahl des Lenkelements zu erfassen.
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Die spiralförmige Führungskulisse ist dabei auf einer kreisförmigen oder ringförmigen Fläche angeordnet, wodurch das Target radial verschoben wird und sich somit für den Sensor eine Fläche mit radialer Erstreckung ergibt. Die sich radial erstreckende Fläche ist insbesondere in derselben Ebene angeordnet, in der auch der Ringsensor liegt. Dadurch ist es bei der spiralförmigen Führungskulisse möglich, mit nur einer Sensorplatine sowohl den Drehwinkel (mittels Ringsensor) als auch die Umdrehungszahl (über die radiale Spiralposition) zu erfassen.
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Ferner ist es auch denkbar, dass die Sensoreinrichtung zusammen mit der Endstoppeinrichtung ausgebildet ist, wobei das in dem Gewindesegment oder einem Spiralsegment der Spirale geführte Endanschlagbauteil als das Target ausgebildet ist, das von einem entsprechend angeordneten Sensor erfasst wird, wodurch ein Drehwinkel, und/oder eine Anzahl Umdrehungen des Lenkelements ermittelt werden können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein steer-by-wire Lenksystem eines Fahrzeugs. Das Lenksystem weist ein Lenkelement, z.B., ein Lenkrad, und eine vorstehend und nachfolgend beschriebene, insbesondere erfindungsgemäße Verstelleinheit auf, wobei das Lenkelement axialfest und drehmomentübertragend mit dem Lenkelementaufnahmeelement gekoppelt ist.
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Das Lenkelementaufnahmeelement kann direkt am Getriebe montiert werden, weshalb auf eine weitere Welle bzw. Wellenverbindung verzichtet werden kann. Dadurch kann ein axialer Bauraum des steer-by-wire Lenksystems reduziert werden. Ferner ist die Verbindung zwischen dem Lenkelementaufnahmeelement und dem Getriebe spielfrei und steif, insbesondere gegenüber Vertikalkräften, wie bspw. beim Lenken des Lenkelement mit nur einer Hand oder durch ein Aufstützen beim Ein- und/oder Aussteigen, und/oder Längskräften, wie sie insbesondere bei einem Aufprall (Crash) auftreten können. Somit kann bei gegebener Momentenaufnahme ein erforderlicher Bauraum für das Lenksystem weiter reduziert werden. Darüber hinaus kann so auch das Gewicht des Lenksystems reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das steer-by-wire Lenksystem ferner eine Höhenverstelleinheit zur Höhenverstellung des Lenkelements auf. Die Höhenverstellung ist dazu eingerichtet, die Höhenposition des Lenkelements relativ zum Fahrer individuell anzupassen. Die Höhenverstelleinheit ist insbesondere an der Auszugeinrichtung angeordnet, sodass die Höhenverstelleinheit zur Einstellung einer Höhenposition des Lenkelements die Auszugeinrichtung relativ zur Karosserie des Fahrzeugs verkippt.
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Detailbeschreibung anhand Zeichnung
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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- 1 eine schematische Darstellung eines steer-by-wire Lenksystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine schematische Teilansicht einer Lenkelemenaufnahmeeinheit einer Verstelleinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 3 eine schematische Teilansicht einer Lenkelementaufnahmeeinheit einer Verstelleinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 4 eine schematische Darstellung einer Verstelleinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 eine schematische Darstellung eines Force-Feedbackaktuators und eines Getriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Explosionsansicht,
- 6 schematische Darstellungen einer Verstelleinheit gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung,
- 7 schematische, funktionale Darstellungen der Lenkelementaufnahmeeinheit gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen.
- 8 eine schematische Darstellung einer integriert ausgeführten Endstopp- und Sensoreinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 9 eine schematische Darstellung einer Endstoppeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittansicht, und
- 10 eine schematische Teildarstellung der Endstoppeinrichtung aus 9 in einer perspektivischen Ansicht.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Grundaufbau eines steer-by-wire Lenksystems 1 gemäß eine Ausführungsform der Erfindung. Das Lenksystem 1 weist eine Verstelleinheit 2, eine Höhenverstelleinheit 3 und ein Lenkelement 4 auf. Die Verstelleinheit 2 besitzt eine Auszugeinheit 5 zur axialen Längenverstellung des Lenksystems 2 entlang einer Auszugachse 6 und eine Lenkelementaufnahmeeinheit 7 zur Aufnahme des um eine Rotationsachse 8 drehbaren Lenkelements 4.
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Die Auszugeinheit 5 weist einen Auszugträger 9 und ein Auszugelement 10 auf, wobei der Auszugträger 9 axialfest mit einer Karosserie des Fahrzeugs verbunden ist, und das Auszugelement 10 axial verschieblich innerhalb des Auszugträgers 9 angeordnet ist.
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Die Lenkelementaufnahmeeinheit 7 umfasst eine Force-Feedback-Aktuator-Einheit 11, die einen Force-Feedback-Aktuator 12 und ein Getriebe 13 (siehe z.B. 2 und 3) umfasst, und ein Lenkelementaufnahmeelement 14 (siehe 2 und 3), zur Aufnahme bzw. Anbindung des Lenkelements 4.
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Mit Bezug zu den 2 und 3 wird der Aufbau der Lenkelementaufnahmeeinheit 7 genauer beschrieben. Die Lenkelementaufnahmeeinheit 7 weist ferner ein Gehäuse 15 auf, in dem der Force-Feedback-Aktuator 12, das Getriebe 13 sowie zumindest teilweise das Lenkelementaufnahmeelement 14 aufgenommen sind. Der Force-Feedback-Aktuator 12 ist beispielhaft als ein Hohlwellenmotor mit einem stehenden Rotorträger 16 ausgeführt, der zur Kabeldurchführung dienen kann. Auf dem Rotorträger ist ein Rotor 17 über eine Rotorlagerung 18 drehbar gelagert. Ein Stator 19 ist radial außerhalb des Rotors 17 gehäusefest angeordnet.
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Das Getriebe 13 ist beispielhaft als ein Wellgetriebe 20 (siehe auch 5) ausgebildet, wobei eine Antriebsseite 21 (siehe 5) des Wellgetriebes 20 drehmomentübertragend mit dem Force-Feedback-Aktuator 12 gekoppelt ist und eine Abtriebsseite 22 (siehe 5) des Wellgetriebes 20 drehmomentübertragend mit dem Lenkelementaufnahmeelement 14 gekoppelt ist. Mit Bezug auf 5 ist die Antriebsseite 21 als eine Flexhülse 23 mit einer Außenverzahnung 24 ausgebildet und die Abtriebsseite 22 ist als ein Hohlrad 25 mit einer Innenverzahnung 26 ausgebildet, die mit der Außenverzahnung der Flexhülse 23 drehmomentübertragend in Eingriff ist.
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Mit Bezug zurück auf 2 und 3 sind das Hohlrad 25 und das Lenkelementaufnahmeelement 14 über eine Welle-Nabe-Verbindung dreh- und axialfest miteinander verbunden und über eine gemeinsame Lagerung 27 drehbar in dem Gehäuse 15 angeordnet. Die direkte Verbindung des Hohlrads 25 und des Lenkelementaufnahmeelement 14 ist im Wesentlichen spielfrei. Die gemeinsame Lagerung 27 ist in 2 als ein zweireihiges oderdoppelreihiges Kugellager 28 ausgeführt, wohingegen 3 die gemeinsame Lagerung 27 als ein 4-Punkt.Lager 29 ausgeführt abbildet. Die gemeinsame Lagerung 27 hat einen großen Durchmesser und ist als eine Lagerung ausgeführt, die Kräfte in alle Richtungen abstützen kann. Somit ist die gemeinsame Lagerung 27 kippsteif ausgeführt, und kann eine Lagerung durch zwei zueinander beabstandet angeordneter Lager ersetzen. Somit ermöglicht die gemeinsame Lagerung 27 eine Reduzierung der erforderlichen Teileanzahl sowie eine Reduzierung des erforderlichen Bauraums, insbesondere in axialer Richtung der Lenkelementaufnahmeeinheit 7.
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Weitere Beispiele für die gemeinsame Lagerung 27 sind in 7(a) bis (e) gezeigt, wobei die Darstellungen (a) bis (d) alle die Lenkelementaufnahmeeinheit 7 in funktionaler Darstellung mit dem Wellgetriebe 20 zeigen, und Darstellung (e) eine Ausführungsform der Lenkelementaufnahmeeinheit 7 mit einem Planetengetriebeanordnung 30 zeigt, wobei die gemeinsame Lagerung 27 als ein doppelreihiges Kugellager 28 ausgeführt ist. 7 (a) und (b) zeigen zwei Varianten des Wellgetriebes 20, bei denen die Flexhülse 23 stehend angeordnet ist und das Hohlrad 25 zusammen mit dem Lenkelementaufnahmeelement 14 über die gemeinsame Lagerung 27 drehbar gelagert ist, wobei die gemeinsame Lagerung 27 in Abbildung (a) als ein 4-Punkt-Lager 29 und in Abbildung (b) als ein doppelreihiges Kugellager 28 ausgeführt ist. 7 (c) und (d) zeigen zwei Varianten des Wellgetriebes 20, bei denen das Hohlrad 25 feststehend angeordnet ist und die Flexhülse 23 zusammen mit dem Lenkelementaufnahmeelement 14 über die gemeinsame Lagerung 27 drehbar gelagert ist, wobei die gemeinsame Lagerung 27 in Abbildung (c) als ein 4-Punkt-Lager 29 ausgeführt ist und in Abbildung (d) als ein doppelreihiges Kugellager 28 ausgeführt ist.
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Wie in 4 erkennbar ist die Auszugeinheit 5 separat von der Lenkelementaufnahmeeinheit 7 ausgebildet und an dem Gehäuse 15 der Lenkelementaufnahmeeinheit 7 befestigt. Es ist auch denkbar, die Auszugeinheit 5 und das Gehäuse 15 einteilig auszuführen, was hier in den Figuren jedoch nicht gezeigt ist. Die Befestigung der Auszugeinheit 5, wie bspw. über Schraubverbindungen 31 (siehe 4) ermöglicht es, die Anordnung der Auszugeinheit 5 relativ zur Lenkelementaufnahmeeinheit 7, insbesondere die Anordnung der Auszugsachse 6 relativ zur Rotationsachse 8 zu variieren. In 6 (a) bis (c) sind verschiedene beispielhafte Variationen der Anordnung der Achsen 6, 8 zueinander gezeigt. In 6 (a) sind die Auszugachse 6 und die Rotationsachse 8 parallel und somit versetzt zueinander angeordnet, wodurch Bauraum oberhalb der Auszugeinheit 5 verfügbar wird. In Abbildung (b) und (c) sind die Auszugsachse 6 und die Rotationsachse 8 verkippt zueinander angeordnet, wobei in Abbildung (b) die Verkippung in der Auszugeinheit 5 umgesetzt ist. In Abbildung (c) wird die Verkippung in der Lenkelementaufnahmeeinheit 7 umgesetzt ist.
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8 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform für eine integriert ausgeführte Endstopp- 32 und Sensoreinrichtung 33. Steer-by-wire Lenksysteme, wie das Lenksystem 1 erfordern ein präzises und meist multi-turn-fähiges Drehwinkelsignal. Hier ist die Sensoreinrichtung 33 und die Endstoppeinrichtung 32 zusammen in das Hohlrad 25 des Wellgetriebes 20 integriert, wodurch eine kurze Baulänger erreicht werden kann. Die integrierte Ausführung der Einrichtungen 32, 33 kann ein (oder mehrere) Winkelsegment 34 aufweisen, das erhaben axial oder radial aus dem Hohlrad 25 hervorsteht. Das Winkelsegment überlappt je nach Drehstellung unterschiedlich stark mit einem Winkelsegment der feststehenden Sensorplatine 37, so dass durch elektromagnetische bzw. induktive Wechselwirkung die Drehstellung erfasst werden kann. Ferner kann eine Spirale 35 in dem Hohlrad 25 ausgebildet sein, in der ein Sensortarget 36 geführt ist, und durch Umdrehungen des Lenkelements 14 (und somit des damit drehfest gekoppelten Hohlrads 25) innerhalb dieser Spirale 35 radial verlagert. Die Verlagerung des Sensortargets 36 wird von einer radialen Zone des Sensors 37, der hier beispielhaft als PCB dem Sensortarget 36 gegenüberliegend ringförmig und linear ausgebildet ist, erfasst, wodurch der Drehwinkel präzise bestimmt werden kann.
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9 und 10 zeigen eine Ausführungsform für eine Endstoppeinrichtung 32 ohne Integration der Sensoreinrichtung 33. Dabei wird ein Endanschlagelement 38 auf einer Gehäuserippe 39 des Gehäuses 15 axial geführt. Ferner ist an dem Lenkelementaufnahmeelement 14 eine Innengewindehülse 40, hier beispielhaft mit drei Gewindegängen, angeordnet, in denen das Endanschlagelement 38 durch die Rotation des Lenkelements 4 (und damit des Lenkelementaufnahmeelements 14) geführt wird, bis es an in den äußeren Gewindegängen angeordneten Endanschlägen anstößt und dadurch eine weitere Rotation des Lenkelements 4 begrenzt. Die Innengewindehülse 40 mit den drei Gewindegängen ermöglicht drei Umdrehungen des Lenkelements 4 und somit ausgehend von der neutralen Position 1,5 Umdrehungen in jede Drehrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Verstelleinheit
- 3
- Höhenverstelleinheit
- 4
- Lenkelement
- 5
- Auszugeinheit
- 6
- Auszugsachse
- 7
- Lenkelementaufnahmeeinheit
- 8
- Rotationsachse
- 9
- Auszugträger
- 10
- Auszugelement
- 11
- Force-Feedback-Aktuator-Einheit
- 12
- Force-Feedback-Aktuator
- 13
- Getriebe
- 14
- Lenkelementaufnahmeelement
- 15
- Gehäuse
- 16
- Rotorträger
- 17
- Rotor
- 18
- Rotorlagerung
- 19
- Stator
- 20
- Wellgetriebe
- 21
- Antriebsseite
- 22
- Abtriebsseite
- 23
- Flexhülse
- 24
- Außenverzahnung
- 25
- Hohlrad
- 26
- Innenverzahnung
- 27
- gemeinsame Lagerung
- 28
- doppelreihiges Kugellager
- 29
- 4-Punkt-Lager
- 30
- Planetengetriebeanordnung
- 31
- Schraubverbindung
- 32
- Endstoppeinrichtung
- 33
- Sensoreinrichtung
- 34
- Winkelsegment
- 35
- Spirale
- 36
- Sensortarget
- 37
- Sensor
- 38
- Endanschlagelement
- 39
- Gehäuserippe
- 40
- Innengewindehülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018101528 B4 [0004, 0005]
- CN 215706606 U [0005]
- CN 112644580 B [0005]
- EP 3960583 A1 [0005]
