WO2011066904A1 - Elektrisch verriegelbare fahrzeuglenkung - Google Patents

Elektrisch verriegelbare fahrzeuglenkung Download PDF

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WO2011066904A1
WO2011066904A1 PCT/EP2010/006945 EP2010006945W WO2011066904A1 WO 2011066904 A1 WO2011066904 A1 WO 2011066904A1 EP 2010006945 W EP2010006945 W EP 2010006945W WO 2011066904 A1 WO2011066904 A1 WO 2011066904A1
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WO
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electric motor
electrically
steering
engagement
locking device
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/006945
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Schumann
Thomas Schneider
Andreas Werner
Original Assignee
Volkswagen Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R25/00—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R25/00—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles
    • B60R25/01—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens
    • B60R25/02—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens operating on the steering mechanism
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • B62D5/0406—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box including housing for electronic control unit

Definitions

  • the invention relates to an electrically lockable vehicle steering system, comprising an electric motor for generating a steering torque, a steering control device and an electrically actuated locking device for locking the steering.
  • the electrically actuated locking device is arranged according to DE 103 92 909 T5 between the electric motor and the worm gear and mounted either on the motor or on the housing of the worm gear.
  • it comprises a gear ring arranged on the motor shaft ring with engagement openings, which is locked by means of an electrically actuated blocking member for locking the steering. Accordingly, the locking device for securing against unauthorized use must comply with the above-mentioned higher torque.
  • the steering control device provided for driving the electric motor is arranged far away from the engine.
  • the implementation of the electrically actuated locking device of the above-explained steering requires a lot of effort.
  • the object of the invention is to improve the arrangement structure of an electrically lockable vehicle steering system.
  • the steering system according to the invention comprises an electric motor for generating a steering torque, a steering control device and an electrically actuated
  • Locking device for locking the steering. It is particularly characterized in that the steering control device is arranged in a housing which is fixed to the electric motor and the electrically actuable locking device comprises an actuator which is arranged in the housing of the steering control device.
  • Locking device in this case results in a compact arrangement structure that can be very easily attached to the engine as a preassembled unit.
  • a usually available for the electrically actuated locking device own control unit and the related manufacturing and assembly costs can be omitted.
  • a monitoring of the electrically actuated locking device can be taken directly from the steering control unit.
  • Both the steering control unit and the electrical components of the electrically actuatable locking device are safety-relevant components and must therefore be particularly protected, so that to the respective housing structure in terms of
  • Electric motor arranged, whereas the housing of the steering control unit with the Actuator of the electrically actuated locking device is arranged on a first side opposite the second side of the electric motor. This allows a space-saving arrangement and avoids constructive restrictions in the connection area of the transmission to the electric motor.
  • the electric motor is arranged in or on a steering gear housing of the steering, through which extends the handlebar. Accordingly, the housing of the steering controller is in the range of
  • the electrically actuable locking device comprises a displaceable by means of the actuator engagement element and an engagement openings having engaging handle means.
  • the engaging means is coupled within the electric motor with a motor shaft thereof or formed thereon.
  • the engaging member is engageable with an engaging hole of the engaging means. Due to the arrangement of the electrically actuated locking device on the engine, the required holding moments due to the gear ratio to the handlebar are relatively low to withstand the above-mentioned, legally prescribed moments on the steering wheel. In comparison to a locking device which acts directly on the steering column, the mechanical components of the locking device can be dimensioned considerably smaller.
  • the displaceable engagement element can be designed as a rigid locking bolt which blocks the motor shaft.
  • the engagement member has a resilient pin which engages the electric motor upon engagement with one of the engagement holes, but does not block it, such that upon overcoming a moment caused by the latching spring pin jumps into another of the engagement openings. As a result, only the lesser moment must be supported to meet the security requirements.
  • the moment caused by the latching is smaller than a torque that can be provided by the motor. Does it come during the operation of the steering due to a Malfunctioning to an engagement between the resilient pin and the engaging holes, this can be detected by the steering and by a suitable control of the motor.
  • Electric motor to be compensated. As a result, the drivability of a vehicle equipped with the steering is maintained.
  • a malfunction can be done for example by detecting the position of the resilient pin. These can be in end positions, which a disengaged position and a
  • Lock position correspond limit switches or end position sensors are provided, the output signals are monitored continuously.
  • a locking position of the electrically actuable locking device by evaluating the engine torque and / or
  • Electric motor detected This is preferably done in the steering control unit, by using a steering blocking recognition existing there.
  • Locking device with respect to a disengaged position and a
  • Locking position can be checked by any movements of the electric motor in observations of the torque curve or motor current, any resistance is detected by a significant signal rise. If such a rise in signal occurs, this is interpreted to mean that the electrically operable locking device is in its locking position, otherwise a disengaged position is assumed.
  • At least one of the aforementioned limit switches or end position sensors can be dispensed with.
  • the electrically actuable locking device comprises a single end position sensor or limit switch, the one
  • Steering control unit is arranged. This can ensure that the
  • Engagement element is not only out of engagement with the Ei.ngriffs coupled, but is also located correctly in a predetermined disengaged position. This is particularly advantageous if the electrically actuated locking device after reaching the
  • Out of engagement position is switched to a de-energized state.
  • the actuator is designed as a magnetic actuator with locking in a locking position and a disengaged position of the engagement member.
  • This allows a Stromlosscados both in the disengaged position and in the locking position, wherein it is ensured that the engagement element remains in the respectively occupied position, even with external shocks and the like.
  • any malfunctions which could result from a current supply are prevented during the driving operation by the currentless switching. As a result, the safety of use of the steering is increased.
  • the actuator of the electrically actuatable locking device is energized to the engagement element thereof from the disengaged position into engagement with a
  • the reaching of the locking position is checked by the electric motor rotated at a defined speed and / or torque defined while the engine torque and / or the motor current are monitored for a significant increase.
  • the direction of rotation of the electric motor may be reversed as a control and in turn monitored for a significant increase in engine torque and / or motor current.
  • the engine is driven to a no-load condition. Thereafter, the electric motor and the electrically operated
  • Locking device switched off. Thus, it is reliably ensured that the steering is locked.
  • the actuator of the electrically actuatable locking device is energized in such a way at a start of the vehicle to move the engagement element thereof from the locking position to the disengaged position.
  • the reaching of the disengaged position is detected by means of a switch or sensor. Because of the high safety relevance can be applied to control the electric motor with a defined motion pulse. In this case, the engine torque and / or the motor current are monitored for a significant increase. In the absence of such a rise within a defined time interval and / or rotation angle range, the actuator of the electrically actuable locking device is de-energized.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an embodiment of an electrically lockable vehicle steering system
  • Figure 2 is a view of the steering gear housing with electric motor
  • FIG. 3 shows a sectional view of the housing for the steering control unit
  • FIG. 4 shows a detailed view of the engagement element and the engagement device of the electrically actuatable locking device.
  • the embodiment relates to an electromechanical steering 1 of a
  • the steering 1 comprises a steering gear housing 2 and a handlebar 3 extending through the steering gear housing 2. On the handlebar 3 engages a steering pinion to transmit a driver applied to a steering handle 4 steering command to the vehicle wheels 5. Furthermore, the steering to an electric motor 6 to
  • the electric motor 6 can, as shown, be arranged axially parallel to the handlebar 3. However, it is also possible to arrange the electric motor 6 coaxially with the handlebar 3 or elsewhere, for example on a steering column 7, which mechanically connects the steering handle 4 to the steering pinion. In a steer-by-wire system, the steering column 7 is replaced by an electrical signal path.
  • the drive torque of the electric motor 6 via a reduction gear 8 and a ball screw 9 is brought as an axial force on the handlebar 3 to action.
  • the reduction gear 8 is exemplified as a belt drive, wherein a first pulley on a motor shaft 10 of the electric motor 6 and a second pulley on a ball screw nut of the ball screw 9 is arranged.
  • a rotational drive torque of the electric motor 6 is translated into a translational motion component on the handlebar 3 to assist the driver while steering.
  • a steering controller 11 For controlling the electric motor 6 is a steering controller 11 which generates an actuating signal for the electric motor 6 and, among other things, applied by the driver
  • This steering torque can, for example, with a
  • Torque measuring unit 12 are measured on the steering column 7, which the
  • Steering handle 4 mechanically coupled to the handlebar 3.
  • the Steering controller 11 further vehicle parameters are transmitted, which allow, for example, to consider a vehicle standstill and the on state of the ignition.
  • the steering controller 11 is arranged in a housing 13, which in turn on
  • Electric motor 6 is attached and in addition to the actual control logic 14 and the associated power electronics receives. As shown in Figures 1 and 2, the housing 13 of the steering controller 11 is flanged to a reduction gear 8 opposite end face of the electric motor 6 and sealed to the outside.
  • the steering 1 comprises an electrically actuated Verriegeluhgseinnchtung 20, whose electrical components accommodated in the housing 13 of the steering control unit 11.
  • the housing 13 offers due to its massive design and its arrangement near the steering gear housing 2 good protection against willful interference.
  • the electrically actuatable locking device 20 comprises an actuator 21 which is arranged in the housing 13 and, depending on the energization, applies a force to an armature 22 in a first or an opposite direction in order to displace it.
  • the actuator 21 is a magnetic actuator with two electric coils 21 a and 21 b, which are arranged coaxially with the armature 22.
  • the armature 22 has an engagement element 23 which can be designed as a pin or pin and extends into the electric motor 6. As Figure 3 shows, the engagement member 23 is slidably mounted on an axial guide 24 and extends through a frontal
  • Locking be provided, in which a retention in the end positions preferably takes place by means of permanent magnets.
  • the electrically actuatable locking device 20 further comprises an engagement opening
  • Engagement means 30 may be formed directly on the motor shaft.
  • the disk 32 formed, which is rotatably coupled to the motor shaft 10.
  • the disk 32 is shown in more detail in FIG. It has on its outer periphery a plurality of successive engagement openings 31 in the form of radial recesses 33 or grooves. However, it is also possible to design the engagement openings 31 as hole openings.
  • Locking position with the engaging holes 31 are brought into engagement.
  • the armature 22 is in contact with the end stop 26 and is in this case locked with its recess 28 by the resilient pressure body 29. Since the engagement element 23 is supported in the direction of rotation of the disc 32 against the housing 13, a rotation of the motor shaft 10 is prevented in the locking position.
  • the engagement member 23 is formed as a resilient pin 34, which may be made for example of the spring wire.
  • the spring-loaded pin 34 is matched to the engagement openings 31, that in the locked position while a yielding or slipping is possible, the system, however, withstand continuously or intermittently a torque of at least 100 Nm on the steering handle 4. Because of the high
  • the engagement member 23 is also possible to form the engagement member 23 as a substantially rigid locking bolt, which locks the disc 32 in the locking position, so that jumping from one to the next engagement opening 31 is excluded.
  • the engagement member 23 and the corresponding engagement means 30 must be made more massive, since due to legal requirements in the armed position of the steering then under static conditions a higher torque of at least 300 Nm must be supported around the steering column axis in both directions.
  • the electrically actuatable locking device 20 further comprises a limit switch or sensor 36, with which it can be determined whether the armature 22 or the engagement member 23 has reached a defined disengaged position or is located in this.
  • Limit switch or sensor 36 may be configured for example as a Hall sensor. However, other detection principles are possible. Another limit switch or sensor may be provided for the locking position.
  • a second limit switch close proximity of the steering controller 11 within the associated housing 13 has been dispensed with in the illustrated embodiment, a second limit switch.
  • the locking position is instead detected by evaluating the engine torque and / or motor current of the electric motor 6 during a defined movement pulse of the electric motor 6, since it is in an engagement of the engagement element 23 in one of
  • Engagement openings 31 of the engagement device 30 comes to a significant signal rise. This signal increase replaces the signal of a limit switch or sensor for the
  • a safety check is first performed, which includes, among other things, to verify the vehicle standstill and the switching off of the ignition on the basis of significant vehicle parameters. For this purpose, for example, the current speed of the vehicle engine and the vehicle speed can be read. Furthermore, state parameters of the steering can be used. It is also possible to allow activation of the lock only if the state of the steering is recognized as unlocked.
  • the actuator 21 is first supplied with current in order to generate a force in the direction of the engagement device 30 on the armature 22 or engagement element 23.
  • the engagement member 23 releases from the latching of the disengaged position and moves in the direction of the engagement means 30.
  • the electric motor 6 is rotated at a defined low speed and / or defined low moment while the
  • Steering blocker detection detected and interpreted as reaching the locking position.
  • To control the electric motor 6 then rotates in the opposite direction to confirm a new torque or current increase that the engagement member 23 and the spring-loaded pin 34 is in the locked position. If such a verification is not possible, an error message is generated which can be displayed to the driver. If, however, the locking position is confirmed, the control logic 14 causes the
  • Electric motor 6 to drive in a no-load position.
  • the electrically actuable locking device 20, in particular its actuator 21 is de-energized.
  • the armature 22 and the engaging member 23 is due to the locking securely in the
  • the electric motor 6 is moved after a signal check until it can be moved substantially torque-free. This has the advantage that when returning the engagement element 23, no high frictional forces between the engagement element 23 and the engagement device 30 have to be overcome.
  • control logic 14 can subsequently be checked by means of the steering blockage recognition as to whether the electric motor can rotate freely. This can be done as explained above, characterized in that the electric motor 6 is acted upon by a defined motion pulse and thereby the
  • Engine torque and / or the motor current is monitored for a significant increase. In the absence of such a rise within a defined time interval and / or rotational angle range of the actuator 21 is de-energized.
  • the electrically operable Verriegeluhgs Rhein 20 is monitored by means of the limit switch or -sensor 36 continuously to see whether the engagement member 23 is in the disengaged position.
  • the actuator 21 remains switched off, so that no drive can take place in the direction of the locking position.
  • the latching mechanically or magnetically prevents the engagement element 23 from moving out of the disengaged position.
  • the cogging torque is compensated by a larger drive torque of the electric motor 6.
  • the steering remains operable for the driver.
  • an error signal is generated which is displayed to the driver so that he can initiate a troubleshooting.
  • the telescoping of the steering column remains unimpaired.
  • an arrangement of the electric motor 6 and the housing 13 of the Steering control unit 11 achieved in the region of the steering gear housing 2, a high occupant protection especially in the knee impact area.
  • the above-described configuration is characterized by a low manufacturing and Montageteetechhischen effort.
  • the electrically actuable locking device 20 is insensitive to tolerances. The accuracy requirements for the required components are therefore low.
  • only a housing 13 for the steering control unit 11 and the electrical components of the locking device 20 is required, which must be made very stable in view of the relevance of said components.
  • Engagement means 30, can be pre-assembled in the housing 13. The entire unit is then attached to and sealed to the electric motor 6. This allows a quick and easy installation. A functional test can be performed after a contact between the electric motor 6 and the steering controller 11. This particular possible before assembly of said components on the steering gear housing 2.
  • the electrically actuable locking device 20 is a separate module that can be omitted without any effort in configurations in which the above-mentioned safety device against unauthorized use is not or otherwise required.

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Abstract

Eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung umfasst einen Elektromotor (6) zur Erzeugung eines Lenkmoments, ein Lenkungssteuergerät (11), und eine elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) zur Verriegelung der Lenkung. Das Lenkungssteuergerät (11) ist in einem Gehäuse (13) angeordnet, das an dem Elektromotor (6) befestigt ist. Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) umfasst einen Aktuator (21), der in dem Gehäuse (13) des Lenkungssteuergeräts (11) angeordnet ist. Hierdurch wird eine in vielerlei Hinsicht vorteilhafte Anordnungsstruktur einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung geschaffen. Weiterhin werden Verfahren zur Aktivierung und Deaktivierung der Lenkungsverriegelung angegeben.

Description

Beschreibung
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung, umfassend einen Elektromotor zur Erzeugung eines Lenkmoments, ein Lenkungssteuergerät und eine elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung der Lenkung.
Aufgrund gesetzlicher Vorschriften müssen Kraftfahrzeuge in der Europäischen Union mit einer Sicherungseinrichtung gegen eine unbefugte Benutzung ausgestattet sein. In scharf geschalteter Stellung muss die Lenkung ohne eine die Sicherheit gefährdende Beschädigung unter statischen Bedingungen einem bestimmten Drehmoment um die Lenkwellenachse in beiden Richtungen standhalten können oder mit einem Mechanismus ausgestattet sein, der ein Nachgeben oder Abrutschen ermöglicht, so dass das System entweder kontinuierlich oder mit Unterbrechungen einem bestimmten Drehmoment standhält. Dabei muss das Drehmoment im erstgenannten Fall deutlich höher als im zweitgenannten Fall sein.
Aus der DE 103 92 909 T5 ist eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung der eingangs genannten Art bekannt, bei der der Elektromotor über ein Untersetzungsgetriebe in Form eines Schneckengetriebes an der Lenksäule angreift. Weiterhin wird in der DE 103 92 909 T5 ausgeführt; dass der Elektromotor und das Getriebe auch an einer anderen Stelle der Lenkung angeordnet sein können.
Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung ist gemäß der DE 103 92 909 T5 zwischen dem Elektromotor und dem Schneckengetriebe angeordnet und entweder am Motor oder am Gehäuse des Schneckengetriebes befestigt. Sie umfasst insbesondere einen getriebeseitig an der Motorwelle angeordneten Kranz mit Eingriffsöffnungen, der mittels eines elektrisch betätigbaren Blockierungsglieds zum Verriegeln der Lenkung arretiert wird. Dementsprechend muss die Verriegelungseinrichtung zur Sicherung gegen eine unbefugte Benutzung das oben genannte höhere Drehmoment einhalten.
Das zur Ansteuerung des Elektromotors vorgesehene Lenkungssteuergerät ist fernab des Motors angeordnet. Die Implementierung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung der vorstehend erläuterten Lenkung bedingt einen hohen Aufwand. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anordnungsstruktur einer elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung umfasst einen Elektromotor zur Erzeugung eines Lenkmoments, ein Lenkungssteuergerät und eine elektrisch betätigbare
Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung der Lenkung. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Lenkungssteuergerät in einem Gehäuse angeordnet ist, das an dem Elektromotor befestigt ist und die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung einen Aktuator umfasst, der in dem Gehäuse des Lenkungssteuergeräts angeordnet ist.
Durch die Unterbringung des Lenkungssteuergeräts einschließlich zugehöriger
Leistungselektronik in einem Gehäuse in unmittelbarer Nähe des Elektromotors sowie durch die Implementierung elektrischer Komponenten der elektrisch betätigbaren
Verriegelungseinrichtung in diesem Gehäuse ergibt sich eine kompakte Anordnungsstruktur, die sich als vormontierte Einheit sehr einfach am Motor anbringen lässt.
Ein für die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung üblicherweise vorhandenes eigenes Steuergerät und der diesbezügliche fertigungs- und Montageaufwand können entfallen. Eine Überwachung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung kann unmittelbar vom Lenkungssteuergerät übernommen werden.
Sowohl das Lenkungssteuergerät als auch die elektrischen Komponenten der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung sind sicherheitsrelevante Bauteile und müssen daher besonders geschützt werden, so dass an die jeweilige Gehäusestruktur hinsichtlich der
Stabilität hohe Anforderungen gestellt werden. Mit der Unterbringung in einem gemeinsamen Gehäuse wird der diesbezügliche Aufwand vermindert. Insbesondere werden auch Dichtigkeitsund Kontaktprobleme vermieden, welche durch externe Leitungs- und Steckerverbindungen entstehen können. Entsprechende Bauteile können eingespart werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Getriebe zur Übertragung eines Antriebsmoments des Elektromotors an eine Lenkstange an einer ersten Seite des
Elektromotors angeordnet, wohingegen das Gehäuse des Lenkungssteuergeräts mit dem Aktuator der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektromotors angeordnet ist. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung und vermeidet konstruktive Einschränkungen im Anschlussbereich des Getriebes an den Elektromotor.
Prinzipiell ist es möglich, den Elektromotor und das Gehäuse des Lenkungssteuergeräts wie in der DE 103 92 909 T5 im Bereich der Lenksäule anzuordnen. Zur Verbesserung der
Crashsicherheit werden der Elektromotor, das Gehäuse das Lenkungssteuergerät und ein etwaiges vorhandenes Untersetzungsgetriebe außerhalb des Knieaufprallbereichs angeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Elektromotor in oder an einem Lenkgetriebegehäuse der Lenkung angeordnet, durch welches sich die Lenkstange erstreckt. Dementsprechend befindet sich auch das Gehäuse des Lenkungssteuergeräts im Bereich des
Lenkgetriebegehäuses. Hierdurch ist dieses verhältnismäßig schwer zugänglich, was den Diebstahlschutz erhöht. Zudem bleibt die Teleskopierbarkeit der Lenksäule unbeeinträchtigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung ein mittels des Aktuators verlagerbares Eingriffselement sowie eine Eingriffsöffnungen aufweisende Eingriffsgriffseinrichtung. Die Eingriffseinrichtung ist innerhalb des Elektromotors mit einer Motorwelle desselben gekoppelt oder an dieser ausgebildet., Zur Verriegelung der Lenkung ist das Eingriffselement mit einer Eingriffsöffnung der Eingriffseinrichtung in Eingriff bringbar. Durch die Anordnung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung am Motor sind die erforderlichen Haltemomente aufgrund der Getriebeübersetzung zur Lenkstange verhältnismäßig gering, um den eingangs genannten, gesetzlich vorgeschriebenen Momenten am Lenkrad standzuhalten. Im Vergleich zu einer Verriegelungseinrichtung, die unmittelbar an der Lenksäule angreift, können die mechanischen Komponenten der Verriegelungseinrichtung erheblich kleiner dimensioniert werden.
Das verlagerbare Eingriffselement kann als starrer Verriegelungsbolzen ausgeführt sein, der die Motorwelle blockiert. Vorzugsweise weist das Eingriffselement jedoch einen federelastischen Stift auf, der bei Eingriff mit einer der Eingriffsöffnungen den Elektromotor verrastet, jedoch diesen nicht blockiert, derart, dass bei Überwindung eines durch die Verrastung bedingten Moments der Federstift in eine weitere der Eingriffsöffnungen springt. Hierdurch muss lediglich das geringere Moment zur Erfüllung der Sicherungserfordernisse abgestützt werden.
Vorzugsweise ist das durch die Verrastung bedingte Moment kleiner als ein durch den Motor bereitstellbares Moment. Kommt es während des Betriebs der Lenkung aufgrund einer Fehlfunktion zu einem Eingriff zwischen dem federelastischen Stift und den Eingriffsöffnungen, so kann dies durch die Lenkung erkannt und durch eine geeignete Ansteuerung des
Elektromotors kompensiert werden. Hierdurch wird die Fahrbarkeit eines mit der Lenkung ausgerüsteten Kraftfahrzeugs aufrechterhalten.
Eine Fehlfunktion kann beispielsweise über eine Erfassung der Position des federelastischen Stifts erfolgen. Dazu können in Endlagen, welche einer Außereingriffsstellung und einer
Verriegelungsstellung entsprechen, Endschalter oder Endlagesensoren vorgesehen werden, deren Ausgangssignale fortlaufend überwacht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Verriegelungsstellung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung durch Auswerten des Motormoments und/oder
Motorstroms des Elektromotors während eines definierten Bewegungsimpulses des
Elektromotors erfasst. Dies erfolgt bevorzugt im Lenkungssteuergerät, indem eine dort vorhandene Lenkungsblockiererkennung genutzt wird. Durch gezieltes Ansteuern des
Elektromotors bei Betätigung der Zündung kann die Stellung der elektrisch betätigbaren
Verriegelungseinrichtung hinsichtlich einer Außereingriffsstellung und einer
Verriegelungsstellung überprüft werden, indem durch kleine Bewegungen des Elektromotors bei Beobachtungen des Momentenverlaufs oder Motorstroms ein etwaiger Widerstand anhand eines signifikanten Signalanstiegs erkannt wird. Tritt ein solcher Signalanstieg auf, wird dies dahingehend interpretiert, dass sich die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung in ihrer Verriegelungsstellung befindet, andernfalls wird eine Außereingriffsstellung angenommen.
Hierdurch kann zumindest einer der vorgenannten Endschalter bzw. Endlagesensoren entfallen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung einen einzigen Endlagesensor oder Endschalter, der eine
Außereingriffsstellung des Eingriffselements erfasst und in dem Gehäuse des
Lenkungssteuergeräts angeordnet ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das
Eingriffselement nicht nur außer Eingriff mit der Ei.ngriffseinrichtung ist, sondern sich auch korrekt in einer vorgegebenen Außereingriffsstellung befindet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung nach Erreichen der
Außereingriffsstellung in einen stromlosen Zustand geschaltet wird.
Vorzugsweise ist der Aktuator als Magnetsteller mit Verrastungen in einer Verriegelungsstellung und einer Außereingriffsstellung des Eingriffselements ausgebildet. Dies ermöglicht eine Stromlosschaltung sowohl in der Außereingriffsstellung als auch in der Verriegelungsstellung, wobei gewährleistet ist, dass das Eingriffselement auch bei äußeren Stößen und dergleichen in der jeweils eingenommenen Position verbleibt. Zudem wird durch die Stromlosschaltung etwaigen Fehlfunktionen, welche aus einer Bestromung resultieren könnten, während des Fahrbetriebs vorgebeugt. Hierdurch wird die Gebrauchssicherheit der Lenkung erhöht.
Zur Aktivierung der Verriegelung kann eine Lenkung der vorstehend erläuterten Art
vorzugsweise wie folgt betrieben werden.
Zunächst wird der Aktuator der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung bestromt, um das Eingriffselement derselben aus der Außereingriffsstellung in Eingriff mit einer
Eingriffsöffnung des Elektromotors der Lenkung zu bringen. Anschließend wird das Erreichen der Verriegelungsstellung überprüft, indem der Elektromotor mit definierter Drehzahl und/oder definiertem Moment gedreht und dabei das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht werden. Bei Erfassen eines solchen Anstiegs kann zur Kontrolle die Drehrichtung des Elektromotors umgekehrt und dieser wiederum hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs in Bezug auf das Motormoment und/oder den Motorstrom überwacht werden. Bei Erfassen eines signifikanten Anstiegs wird der Motor in einen lastlosen Zustand gefahren. Danach werden der Elektromotor und die elektrisch betätigbare
Verriegelungseinrichtung stromlos geschaltet. Somit wird zuverlässig gewährleistet, dass die Lenkung verriegelt ist.
Zur Deaktivierung der Verriegelung wird bei einem Start des Fahrzeugs der Aktuator der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung derart bestromt, um das Eingriffselement derselben aus der Verriegelungsstellung in die Außereingriffsstellung zu verlagern. Das Erreichen der Außereingriffsstellung wird mittels eines Schalters oder Sensors erfasst. Wegen der hohen Sicherheitsrelevanz kann zur Kontrolle der Elektromotor mit einem definierten Bewegungsimpuls beaufschlagt werden. Dabei werden das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht. Bei Ausbleiben eines solchen Anstiegs innerhalb eines definierten Zeitintervalls und/oder Drehwinkelbereichs wird der Aktuator der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung stromlos geschaltet.
Nachfolgend wird der Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in: Figur 1 eine schematische Ansicht eines Aüsführungsbeispiels einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung,
Figur 2 eine Ansicht des Lenkgetriebegehäuses mit Elektromotor und
Lenkungssteuergerätgehäuse von außen,
Figur 3 eine Schnittansicht des Gehäuses für das Lenkungssteuergerät,
Figur 4 eine Detailansicht des Eingriffselements und der Eingriffseinrichtung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine elektromechänische Lenkung 1 eines
Kraftfahrzeugs. Die Lenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 2 und eine Lenkstange 3, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse 2 erstreckt. An der Lenkstange 3 greift ein Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrer an einer Lenkungshandhabe 4 aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 5 zu übertragen. Weiterhin weist die Lenkung einen Elektromotor 6 zur
Erzeugung eines Lenkmoments auf. Der Elektromotor 6 kann, wie dargestellt, achsparallel zur Lenkstange 3 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 6 koaxial zur Lenkstange 3 oder an anderer Stelle, beispielsweise an einer Lenksäule 7, anzuordnen, welche die Lenkungshandhabe 4 mit dem Lenkungsritzel mechanisch verbindet. In einem steer-by-wire System wird die Lenksäule 7 durch einen elektrischen Signalweg ersetzt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Antriebsmoment des Elektromotors 6 über ein Untersetzungsgetriebe 8 und einen Kugelgewindetrieb 9 als Axialkraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht. Das Untersetzungsgetriebe 8 ist beispielhaft als Riementrieb ausgebildet, wobei eine erste Riemenscheibe an einer Motorwelle 10 des Elektromotors 6 und eine zweite Riemenscheibe an einer Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs 9 angeordnet ist. Über den Kugelgewindetrieb 9 wird ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 6 in eine translatorische Bewegungskomponente an der Lenkstange 3 übersetzt, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.
Zur Ansteuerung des Elektromotors 6 dient ein Lenkungssteuergerät 11 , das ein Stellsignal für den Elektromotor 6 generiert und dazu unter anderem das vom Fahrer aufgebrachte
Lenkmoment berücksichtigt. Dieses Lenkmoment kann beispielsweise mit einer
Drehmomentmesseinheit 12 an der Lenksäule 7 gemessen werden, welche die
Lenkungshandhabe 4 mechanisch mit der Lenkstange 3 koppelt. Zudem können dem Lenkungssteuergerät 11 weitere Fahrzeugparameter übermittelt werden, welche beispielsweise erlauben, einen Fahrzeugstillstand und den Einschaltzustand der Zündung zu berücksichtigen.
Das Lenkungssteuergerät 11 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet, das seinerseits am
Elektromotor 6 befestigt ist und neben der eigentlichen Steuerungslogik 14 auch die zugehörige Leistungselektronik aufnimmt. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ist das Gehäuse 13 des Lenkungssteuergeräts 11 an einer dem Untersetzungsgetriebe 8 gegenüberliegenden Stirnseite des Elektromotors 6 angeflanscht und nach außen abgedichtet.
Weiterhin umfasst die Lenkung 1 eine elektrisch betätigbare Verriegeluhgseinnchtung 20, deren elektrische Komponenten im Gehäuse 13 des Lenkungssteuergeräts 11 untergebracht. Das Gehäuse 13 bietet aufgrund seiner massiven Ausführung sowie seiner Anordnung nahe des Lenkgetriebegehäuses 2 einen guten Schutz gegen mutwillige Eingriffe.
Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 umfasst einen in dem Gehäuse 13 angeordneten Aktuator 21 , der je nach Bestromung einen Anker 22 in einer ersten oder einer entgegengesetzten Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, um diesen zu verlagern.
Vorzugsweise ist der Aktuator 21 ein Magnetsteller mit zwei elektrischen Spulen 21a und 21 b, die koaxial zu dem Anker 22 angeordnet sind.
Der Anker 22 weist ein Eingriffselement 23 auf, das als Bolzen oder Stift ausgeführt werden kann und sich in den Elektromotor 6 hineinerstreckt. Wie Figur 3 zeigt, ist das Eingriffselement 23 an einer Axialführung 24 gleitgelagert und erstreckt sich durch ein stirnseitiges
Motorlagerschild 15 des Elektromotors 6 hindurch. Die Axialbewegung des Ankers 22 bzw. des Eingriffselements 23 ist durch Endanschläge 25 und 26 in beide Richtungen begrenzt, wobei der axiale Hub in der Größenordnung von etwa 4 mm liegt. Zudem kann der Anker 22 oder das Eingriffselement 23 in den durch die Endanschläge 25 und 26 definierten Endstellungen verrastet werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Eingriffselement 23 hierzu entsprechende Ausnehmungen 27 und 28 auf, in die ein federbelasteter Druckkörper 29, beispielsweise eine Kugel, eingreifen kann. Anstelle eines solchen Rastmechanismus können jedoch auch andere Sicherungsmittel vorgesehen sein, welche den Anker 22 und/oder das Eingriffselement 23 bei Stromlosschaltung des Aktuators 21 in der jeweiligen Entstellung halten. Anstelle einer mechanischen Verrastung kann beispielsweise auch eine magnetische
Verrastung vorgesehen sein, bei der ein Festhalten in den Endlagen vorzugsweise mittels Permanentmagneten erfolgt. Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 umfasst weiterhin eine Eingriffsöffnung
31 aufweisende Eingriffsgriffseinrichtung 30, die innerhalb des Elektromotors 6 angeordnet ist und zum Zweck der Verriegelung mit dem Eingriffselement 23 zusammenwirkt. Die
Eingriffseinrichtung 30 kann unmittelbar an der Motorwelle ausgebildet sein. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese jedoch als separates Bauteil in Form einer Scheibe
32 ausgebildet, das mit der Motorwelle 10 drehfest gekoppelt ist. Die Scheibe 32 ist in Figur 4 näher dargestellt. Sie weist an ihrem Außenumfang eine Vielzahl aufeinanderfolgender Eingriffsöffnungen 31 in Form von radialen Vertiefungen 33 oder Nuten auf. Es ist jedoch auch möglich, die Eingriffsöffnungen 31 als Lochöffnungen auszugestalten.
Wie Figur 4 weiter zeigt, kann das Eingriffselement 23 durch Verlagerung in eine
Verriegelungsposition mit den Eingriffsöffnungen 31 in Eingriff gebracht werden. In dieser Verriegelungsposition befindet sich der Anker 22 in Anlage an dem Endanschlag 26 und ist hierbei mit seiner Ausnehmung 28 durch den federelastischen Druckkörper 29 verrastet. Da das Eingriffselement 23 in Drehrichtung der Scheibe 32 gegen das Gehäuse 13 abgestützt ist, wird in der Verriegelungsposition ein Drehen der Motorwelle 10 verhindert.
Wird durch eine elektrische Betätigung des Aktuators 21 das Eingriffselement 23 dazu veranlasst, die Verriegelungsstellung zu verlassen und sich in eine Außereingriffsposition zu begeben, wie dies in Figur 3 durch die Anlage des Ankers 22 gegen den weiteren Anschlag 25 gezeigt ist," kann sich die Motorwelle 10 von der elektrisch betätigbaren
Verriegelungseinrichtung 20 ungehindert drehen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Eingriffselement 23 als ein federelastischer Stift 34 ausgebildet, der beispielsweise aus der Federdraht gefertigt sein kann. Bei einem Eingriff mit einer der Eingriffsöffnungen 31 wird durch den federelastischen Stift 34 der
Elektromotor 6 verrastet, jedoch nicht blockiert. Vielmehr springt der federelastischen Stift 34 bei Überwindung eines durch die Verrastung bedingten Moments in eine weitere der
Eingriffsöffnungen 31. Der federelastische Stift 34 ist dabei derart auf die Eingriffsöffnungen 31 abgestimmt, dass in der Verriegelungsstellung zwar ein Nachgeben oder Abrutschen möglich ist, das System jedoch kontinuierlich oder mit Unterbrechungen einem Drehmoment von mindestens 100 Nm an der Lenkungshandhabe 4 standhält. Aufgrund der hohen
Übersetzungen des Getriebes 8 ergibt sich ein erforderliches Rastmoment in der
Größenordnung von etwa 2 bis 10 Nm. Dieses lässt sich mit einem federelastischen Stift 34 mit einem Durchmesser von etwa 3 mm abstützen. Das Federungsvermögen des federelastischen Stifts 34 kann durch eine oder mehrere schraubenfederartige Wicklungen 35 an einem eingriffsseitigen Endabschnitt desselben zusätzlich beeinflusst werden. Aufgrund der vorgenannten Rastmomente und Abmessungen sind die bewegten Massen der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung 20 gering, so dass verhältnismäßig geringe
Antriebskräfte ausreichen, um das Eingriffselement 23 von der Außereingriffsstellung in die Verriegelungsstellung zu bewegen. Der Aktuator 21 baut daher sehr klein.
In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels ist es jedoch auch möglich, das Eingriffselement 23 als im Wesentlichen starren Verriegelungsbolzen auszubilden, der in der Verriegelungsstellung die Scheibe 32 arretiert, so dass ein Springen von einer zur nächsten Eingriffsöffnung 31 ausgeschlossen ist. In diesem Fall müssen jedoch das Eingriffselement 23 und die korrespondierende Eingriffseinrichtung 30 massiver ausgebildet werden, da aufgrund gesetzlicher Vorschriften in scharf geschalteter Stellung der Lenkung dann unter statischen Bedingungen ein höheres Drehmoment von mindestens 300 Nm um die Lenksäulenachse in beiden Richtungen abgestützt werden muss.
Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 umfasst ferner einen Endlagenschalter oder -sensor 36, mit dem festgestellt werden kann, ob der Anker 22 bzw. das Eingriffselement 23 eine definierte Außereingriffsstellung erreicht hat bzw. sich in dieser befindet. Der
Endlagenschalter oder -sensor 36 kann beispielsweise als Hallsensor ausgeführt sein. Jedoch sind auch andere Detektionsprinzipien möglich. Ein weiterer Endlagenschalter oder -sensor kann für die Verriegelungsstellung vorgesehen sein.
Aufgrund der Anordnung der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung 20 in
unmittelbarer Nähe des Lenkungssteuergeräts 11 innerhalb des zugehörigen Gehäuses 13 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen zweiten Endlagenschalter verzichtet worden. Die Verriegelungsstellung wird stattdessen durch Auswerten des Motormoments und/oder Motorstroms des Elektromotors 6 während eines definierten Bewegungsimpulses des Elektromotors 6 erfasst, da es bei einem Eingriff des Eingriffselements 23 in eine der
Eingriffsöffnungen 31 der Eingriffseinrichtung 30 zu einem signifikanten Signalanstieg kommt. Dieser Signalanstieg ersetzt das Signal eines Endlagenschalters oder -sensors für die
Verriegelungsstellung.
Nachfolgend soll die Betriebsweise der vorstehend erläuterten Lenkung beim Aktivieren und Deaktivieren der Verriegelung näher erläutert werden. Zur Aktivierung der Verriegelung wird zunächst eine Sicherheitsüberprüfung durchgeführt, welche unter anderem beinhaltet, den Fahrzeugstillstand sowie die Abschaltung der Zündung anhand hierfür signifikanter Fahrzeugparameter zu verifizieren. Hierzu kann beispielsweise die aktuelle Drehzahl des Fahrzeugmotors sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelesen werden. Ferner können Zustandsparameter der Lenkung herangezogen werden. Möglich ist ferner, eine Aktivierung der Verriegelung nur dann zuzulassen, wenn der Zustand der Lenkung als entriegelt erkannt wird.
Ist die Sicherheitsüberprüfung positiv, wird die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung
20 ausgelöst. Dazu wird zunächst der Aktuator 21 derart bestromt, um an dem Anker 22 bzw. Eingriffselement 23 eine Kraft in Richtung der Eingriffseinrichtung 30 zu erzeugen.
Infolgedessen löst sich das Eingriffselement 23 aus der Verrastung der Außereingriffsstellung und bewegt sich in Richtung der Eingriffseinrichtung 30. Hierbei wird der Elektromotor 6 mit definiert geringer Drehzahl und/oder definiert geringen Moment gedreht und dabei das
Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht. Gelangt das Eingriffselement 23 in Eingriff mit einer Eingriffsöffnung 31 , steigt bei einem
Weiterdrehen des Elektromotors 6 das Motormoment bzw. der Motorstrom deutlich an. Dies wird über eine in der Steuerungslogik 14 des Lenkungssteuergeräts 11 abgelegten
Lenkungsblockiererkennung erfasst und als Erreichen der Verriegelungsstellung interpretiert. Zur Kontrolle dreht der Elektromotor 6 anschließend in die Gegenrichtung, um über einen erneuten Momenten- oder Stromanstieg zu bestätigen, dass sich das Eingriffselement 23 bzw. der federelastische Stift 34 in der Verriegelungsstellung befindet. Ist eine solche Verifikation nicht möglich, wird eine Fehlermeldung generiert, die dem Fahrer angezeigt werden kann. Wird hingegen die Verriegelungsstellung bestätigt, so veranlasst die Steuerungslogik 14 den
Elektromotor 6 in eine lastlose Stellung zu fahren. Zudem wird die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20, insbesondere deren Aktuator 21 stromlos geschaltet. Der Anker 22 bzw. das Eingriffselement 23 wird aufgrund der Verrastung sicher in der
Verriegelungsstellung gehalten.
Zur Aufhebung der Verriegelung wird nach einer Signalüberprüfung der Elektromotor 6 verfahren, bis sich dieser im Wesentlichen momentenfrei bewegen lässt. Dies hat den Vorteil, dass beim Zurückfahren des Eingriffselements 23 keine hohen Reibkräfte zwischen dem Eingriffselement 23 und der Eingriffseinrichtung 30 überwunden werden müssen. Der Aktuator
21 wird bestromt, um den Anker 22 bzw. das Eingriffselement 23 aus der Verriegelungsstellung in die Außereingriffsstellung zu verlagern, bis die Verrastung greift. Über den Endlagenschalter bzw. -sensor 36 wird bei Erreichen der Endlage der Außereingriffsstellung signalisiert, dass die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 offen ist. Zu Kontrollzwecken kann anschließend mittels der Lenkungsblockiererkennung der Steuerungslogik 14 überprüft werden, ob sich der Elektromotor frei drehen kann. Dies kann wie oben erläutert dadurch erfolgen, dass der Elektromotor 6 mit einem definierten Bewegungsimpuls beaufschlagt und dabei das
Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht wird. Bei Ausbleiben eines solchen Anstiegs innerhalb eines definierten Zeitintervalls und/oder Drehwinkelbereichs wird der Aktuator 21 stromlos geschaltet.
Während des Betriebs der Lenkung wird die elektrisch betätigbare Verriegeluhgseinrichtung 20 mittels des Endlagenschalters bzw. -sensors 36 fortlaufend daraufhin überwacht, ob sich das Eingriffselement 23 in der Außereingriffsstellung befindet. Der Aktuator 21 bleibt hierbei ausgeschaltet, so dass kein Antrieb in Richtung der Verriegelungsstellung erfolgen kann. Bei einer Schockbelastung verhindert die Verrastung mechanisch oder magnetisch, dass sich das Eingriffselement 23 aus der Außereingriffsstellung heraus bewegen kann.
Kommt es, aus welchen Gründen auch immer, zu einer Fehlfunktion, infolge derer sich das Eingriffselement 23 in Richtung der Verriegelungsstellung bewegt, ist aufgrund der ständigen Bewegung der Eingriffseinrichtung 30 bzw. Scheibe 32 ein Einfädeln des federelastischen Stifts 34 in eine der Eingriffsöffnungen 31 nur sehr schwer möglich. Geschieht dies dennoch, wird dies mittels der Lenkungsblockiererkennung der Steuerungslogik 14 im Lenkungssteuergerät 1 erkannt. Da das Rastmoment des federelastischen Stifts 34 kleiner ist, als das durch den Elektromotor 6 bereitstellbare Antriebsmoment, kann in einer solchen Situation ein Blockieren der Lenkung verhindert werden, indem durch eine Modifikation des Stellsignals für den
Elektromotor 6 das Rastmoment durch ein größeres Antriebsmoment des Elektromotors 6 kompensiert wird. Hierdurch wird bleibt die Lenkung für den Fahrer bedienbar. Bei Auftreten einer solchen Fehlfunktion wird ein Fehlersignal generiert, das dem Fahrer angezeigt wird, so dass dieser eine Fehlerbehebung veranlassen kann.
Die vorstehend erläuterte Konfiguration einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung 1 ermöglicht eine sehr platzsparende Bauweise bei gleichzeitig hoher Sicherheit gegen eine Überwindung der Lenkungsverriegelung. So sind insbesondere die mechanischen
Komponenten der Verriegelungseinrichtung aufgrund der erschwerten Zugänglichkeit gegen Diebstahl geschützt. Ein gesonderter Überlastschutz an der Lenksäule ist nicht erforderlich.
Im Hinblick auf die Crashsicherheit bleibt die Teleskopierbarkeit der Lenksäule unbeeinträchtigt. Zudem wird bei einer Anordnung des Elektromotors 6 sowie des Gehäuses 13 des Lenkungssteuergeräts 11 im Bereich des Lenkgetriebegehäuses 2 ein hoher Insassenschutz insbesondere im Knieaufprallbereich erzielt.
Weiterhin wird gewährleistet, dass Fehlfunktionen der Lenkverriegelung die Fahrsicherheit nicht gefährden. So kann beispielsweise selbst bei einem Verklemmen des Eingriffselements 23 in der Verriegelungsstellung die Lenkung weiter betätigt werden.
Darüber hinaus zeichnet sich die vorstehend erläuterte Konfiguration durch einen geringen fertigungs- und montagetechhischen Aufwand aus. So ist insbesondere die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 toleranzunempfindlich. Die Genauigkeitsanforderungen an die benötigten Bauteile sind dadurch gering. Überdies wird lediglich ein Gehäuse 13 für das Lenkungssteuergerät 11 und die elektrischen Komponenten der Verriegelungseinrichtung 20 benötigt, das im Hinblick auf die Relevanz der genannten Komponenten sehr stabil ausgeführt werden muss.
Sämtliche Komponenten des Lenkungssteuergeräts 11 sowie der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung 20, mit Ausnahme der an der Motorwelle 10 angeordneten
Eingriffseinrichtung 30, können in dem Gehäuse 13 vormontiert werden. Die gesamte Einheit wird dann an dem Elektromotor 6 befestigt und diesem gegenüber abgedichtet. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Montage. Ein Funktionstest kann nach einer Kontaktierung zwischen dem Elektromotor 6 und dem Lenkungssteuergerät 11 vorgenommen werden. Dieses insbesondere auch vor einer Montage der genannten Komponenten am Lenkgetriebegehäuse 2 möglich.
Vorzugsweise stellt die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 20 ein eigenes Modul dar, das bei Konfigurationen, bei denen die eingangs genannte Sicherungseinrichtung gegen eine unbefugte Benutzung nicht oder in anderer Weise benötigt wird, ohne jeden Aufwand entfallen kann.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Bezugszeichenliste
Lenkung
Lenkgetriebegehäuse
Lenkstange
Lenkrad
Fahrzeugrad
Elektromotor
Lenksäule
Untersetzungsgetriebe
Kugelgewindetrieb
Motorwelle
Lenkungssteuergerät
Drehmomentmesseinheit
Gehäuse des Lenkungssteuergeräts
Steuerungslogik
Motorlagerschild
elektrisch betätigbare Verriegelungsseinrichtung Aktuator
a Spule
b Spule
Anker
Eingriffselement
Axialführung
Endanschlag
Endanschlag
Ausnehmung
Ausnehmung
federbelasteter Druckkörper
Eingriffseinrichtung
Eingriffsöffnung
Scheibe
radiale Ausnehmung federelastischer Stift schraubenförmige Wicklung Endlagenschalter bzw. -sensor

Claims

Patentansprüche
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung, umfassend:
einen Elektromotor (6) zur Erzeugung eines Lenkmoments,
ein Lenkungssteuergerät (11), und
eine elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) zur Verriegelung der Lenkung, dadurch gekennzeichnet, dass
das Lenkungssteuergerät (11) in einem Gehäuse (13) angeordnet ist, das an dem Elektromotor (6) befestigt ist, und
die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) einen Aktuator (21) umfasst, der in dem Gehäuse (13) des Lenkungssteuergeräts (11) angeordnet ist.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebe (8) zur Übertragung eines Antriebsmoments des Elektromotors (6) an eine Lenkstange (3) an einer ersten Seite des Elektromotors (6) angeordnet ist, und das Gehäuse (13) des Lenkungssteuergeräts (11) mit dem Aktuator (21) der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung (20) an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Elektromotors (6) angeordnet ist.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) ein mittels des Aktuators (21) verlagerbares Eingriffselement (23) sowie eine Eingriffsöffnungen (31) aufweisende Eingriffsgriffseinrichtung (30) umfasst, wobei die Eingriffseinrichtung (30) innerhalb des Elektromotors (6) mit einer Motorwelle (10) desselben gekoppelt oder an dieser ausgebildet ist und zur Verriegelung der Lenkung das Eingriffselement (23) mit einer Eingriffsöffnung (31) der Eingriffseinrichtung (30) in Eingriff bringbar ist.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffselement (23) einen federelastischen Stift (34) aufweist, der bei Eingriff mit einer der Eingriffsöffnungen (31) den Elektromotor (6) verrastet, jedoch diesen nicht blockiert, derart, dass bei Überwindung eines durch die Verrastung bedingten Moments der federelastische Stift (34) in eine weitere der Eingriffsöffnungen (31) springt.
5. Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Verrastung bedingte Moment kleiner ist, als ein durch den
Elektromotor (6) bereitstellbares Moment.
6. Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung (20) einen einzigen Endlageschalter oder -sensor (36) umfasst, der eine Außereingriffsstellung des Eingriffselements (23) erfasst und in dem Gehäuse (13) des Lenkungssteuergeräts (11) angeordnet ist.
7. Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verriegelungsstellung der elektrisch betätigbaren
Verriegelungseinrichtung (20) durch Auswerten des Motormoments und/oder Motorstroms des Elektromotors (6) während eines definierten Bewegungsimpulses des Elektromotors (6) erfasst wird.
8. Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (21) als Magnetsteller mit Verrastungen in einer Verriegelungsstellung und einer Außereingriffsstellung des Eingriffselements ausgebildet ist.
9. Verfahren zum Betrieb einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung, insbesondere einer Fahrzeuglenkung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem zur Aktivierung der Verriegelung
ein Aktuator (21) einer elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung (20) bestromt wird, um ein Eingriffselement (23) derselben aus einer Außereingriffsstellung in Eingriff mit einer Eingriffsöffnung (31) eines Elektromotors (6) der Lenkung zu bringen, der Elektromotor (6) mit definierter Drehzahl und/oder definiertem Moment gedreht und dabei das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht wird,
bei Erfassen eines solchen Anstiegs die Drehrichtung des Elektromotors (6) umgekehrt und hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht wird,
bei Erfassen eines solchen zweiten Anstiegs der Motor in einen lastlosen Zustand gefahren wird, und
hernach der Elektromotor (6) und die elektrisch betätigbäre Verriegelungseinrichtung (20) stromlos geschaltet werden. Verfahren zum Betrieb einer elektrisch verriegelbaren Fahrzeuglenkung, insbesondere einer Fahrzeuglenkung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem zur
Deaktivierung der Verriegelung
ein Aktuator (21) einer elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung (20) derart bestromt wird, um ein Eingriffselement (23) derselben aus einer Verriegelungsstellung in eine Außereingriffsstellung zu verlagern,
das Erreichen der Außereingriffsstellung mittels eines Schalters oder Sensors erfasst wird,
der Elektromotor (6) mit einem definierten Bewegungsimpuls beaufschlagt und dabei das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht wird, und
bei Ausbleiben eines solchen Anstiegs innerhalb eines definierten Zeitintervalls und/oder Drehwinkelbereichs der Aktuator (21) der elektrisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung (20) stromlos geschaltet wird.
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