WO2021110195A1

WO2021110195A1 - Energieeffizientes rückstellsystem für eine lenksachse eines steer-by-wire-lenksystems

Info

Publication number: WO2021110195A1
Application number: PCT/DE2020/100917
Authority: WO
Inventors: Ruediger BERNDT; Johannes Reinschke
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-06-10
Also published as: DE102019132760A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rückstellsystem (10) für eine um eine Drehachse (D) drehbare Lenkwelle (12) eines Steer-by-wire-Lenksystems (14), wobei das Rückstellsystem (10) eine mechanische, federbasierte Rückstelleinrichtung (16a, 16b) aufweist, die derart eingerichtet ist, dass ein Rückkopplungsmoment an der Lenkwelle (12) durch die Rückstelleinrichtung (16a, 16b) aufprägbar ist, wobei die Rückstelleinrichtung (16a, 16b) so ausgebildet ist, dass das Rückkopplungsmoment außerhalb eines definierten Lenkwinkels um eine Nulllage der Rückstelleinrichtung (16a, 16b) im Wesentlichen konstant ist. Die Erfindung ermöglicht somit insbesondere ein Rückstellsystem (10) für eine um eine Drehachse (D) drehbare Lenkwelle (12) eines Steer-by-wire-Lenksystems (14), und ein Steer-by-wire-Lenksystem (14), um Rückkopplungsmomente zum Einstellen einer ausgelenkten Lenkwelle (12) in ihre Nulllage zuverlässig und ohne hohe elektrische Energiezufuhr, vorzugsweise ohne elektrische Energiezufuhr, zur Verfügung zu stellen.

Description

Enerqieeffizientes Rückstellsystem für eine Lenksachse eines Steer-bv-wire-

Lenksvstems

Die Erfindung betrifft ein energieeffizientes Rückstellsystem für eine Lenksachse eines Steer-by-wire-Lenksystems.

Steer-by-wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers wie konventionelle mechanische Lenkungen durch Drehung eines Lenkrades einer Eingabeeinheit entgegen. Dadurch wird die Drehung einer Lenkwelle bewirkt, die jedoch nicht mechanisch über das Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist, sondern mit Drehwinkel- bzw. Drehmomentsensoren zusammenwirkt, die den eingebrachten Lenkbefehl erfassen und ein daraus bestimmtes elektrisches Steuersignal an einen Lenksteller abgeben, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt.

Bei Steer-by-wire-Systemen erhält der Fahrer von den gelenkten Rädern keine unmittelbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, welche bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückkopplungsmoment in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände zum Lenkrad zurückgemeldet werden. Die fehlende haptische Rückmeldung erschwert dem Fahrer, aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen, wodurch die Fahrzeuglenkbarkeit und damit die Fahrsicherheit beeinträchtigt werden.

Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel, Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen zu erfassen oder in einer Simulation zu berechnen, und aus diesen ein Rückkopplungs-Signal zu bilden, welches in einen Feedback-Aktuator eingespeist wird. Der Feedback-Aktuator ist in die Eingabeeinheit integriert und weist eine Aktuatoreinheit auf, die einen als Handmoment- oder Lenkradsteller dienenden Stellantrieb umfasst, und die abhängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rückkopplungsmoment (Feedbackmoment) über die Lenkwelle in das Lenkrad einkoppelt. Derartige „Force-feedback“-Systeme geben dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung, was eine intuitive Reaktion erleichtert.

Aus der DE 102008036730 A1 ist ein Steer-by-wire-Lenksystem mit einer Eingabeeinheit bekannt, die eine von einem Elektromotor angetriebene Aktuatoreinheit aufweist. Der Elektromotor kann von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert werden, die in Abhängigkeit von Messwerten, welche die jeweilige Fahrsituation charakterisieren, den Motorstrom einstellt. Die Motorwelle ist direkt mit der Lenkwelle gekuppelt, somit ist das Motordrehmoment identisch mit dem in die Lenkwelle eingekoppelten Handmoment. Dabei ist der Elektromotor bezüglich der Längsachse axial an die Manteleinheit angeflanscht und die Motorwelle über eine Kupplung mit der in der Manteleinheit gelagerten Lenkwelle verbunden. Eine gleichartig aufgebaute Aktuatoreinheit ist in der EP 2414211 B1 dargestellt. In der darin beschriebenen Ausführung bildet die Lenkwelle selbst die Motorwelle des Elektromotors, sodass ein kompakterer Aufbau realisiert werden kann.

Alternativ kann das Rückkopplungsmoment des Feedback-Aktuators über ein Getriebe in die Lenkwelle eingeprägt werden. Das Getriebe hat dabei bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis zwischen Motordrehzahl und Lenkwellendrehzahl größer 1 , und kleiner 100. Durch eine geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses passt die maximale Lenkwellendrehzahl, üblicherweise < 200 rpm, zur der Motornenndrehzahl, üblicherweise >= 1000 rpm, beziehungsweise zur Motorkennlinie des maximalen Drehmoments über der Drehzahl.

Zur Beaufschlagung eines definierten Rückkopplungsmoments im Lenkrad muss bei den vorangehend beschriebenen bekannten Ausführungen das Motordrehmoment wegen der direkten Kupplung der Motorwelle mit der Lenkwelle entsprechend genau vorgegeben werden, was eine aufwendige, schnelle und präzise Regelung des Motorstroms in der Steuereinheit erfordert. Hinzu kommt, dass zur Realisierung größerer Rückkopplungsmomente relativ hohe Steuerströme bereitgestellt werden müssen. Dabei ist das im zeitlichen Mittel vom Feedback-Aktuator aufzubringende Rückkopplungsmoment zu verringern beziehungsweise zu minimieren. Dabei soll bei Kurvenfahrt im Falle eines Ausfalls des Feedback-Aktuators das von einem Fahrer wahrgenommene Rückkopplungsmoment nicht plötzlich auf Null abfallen, da dies zu einem Überreißen des Lenkrads und damit zu einem Unfall führen kann.

Insbesondere sind Feedback-Aktuatoren redundant in das Steer-by-wire-Lenksystem zu integrieren, um eine Rückfallposition beim Ausfall eines Feedback-Aktuators anzubieten. Dies ist eine mit Mehrgewicht behaftete sowie energie- und kostenintensive Lösung.

Ein Reiblager an der Lenkwelle erhöhen den Energieverbrauch des Steer-by-wire- Lenksystems. Ferner dämpft ein Reiblager zwar im Fall des Ausfalls des Feedback- Aktuators ein mögliches Überreißen des Lenkrads durch den Fahrer, ein lenkwinkelabhängiges Rückkopplungsmoment kann ein Reiblager jedoch nicht nachbilden. Ein Problem ist insbesondere, dass die derzeit aufgeprägten Rückkopplungsmomente aus Systemen mit einem hohen elektrischen Energiebedarf resultieren.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Rückstellsystem für eine um eine Drehachse drehbare Lenkwelle eines Steer-by-wire-Lenksystems zu entwickeln, das Rückkopplungsmomente zum Einstellen einer ausgelenkten Lenkwelle in ihre Nulllage zuverlässig und ohne hohe elektrische Energiezufuhr, vorzugsweise ohne elektrische Energiezufuhr, zur Verfügung stellt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Rückstellsystem für eine um eine Drehachse drehbare Lenkwelle eines Steer-by-wire-Lenksystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Steer-by-wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Die Erfindung betrifft somit ein Rückstellsystem für eine um eine Drehachse drehbare Lenkwelle eines Steer-by-wire-Lenksystems, wobei das Rückstellsystem eine mechanische, federbasierte Rückstelleinrichtung aufweist, die derart eingerichtet ist, dass ein Rückkopplungsmoment an der Lenkwelle durch die Rückstelleinrichtung aufprägbar ist, wobei die Rückstelleinrichtung so ausgebildet ist, dass das Rückkopplungsmoment außerhalb eines definierten Lenkwinkels um eine Nulllage der Rückstelleinrichtung im Wesentlichen konstant ist.

Im Wesentlichen konstant bedeutet hierbei bevorzugt, dass der definierte Lenkwinkel um die Nulllage plus/minus einschließlich 20 Grad, besonders bevorzugt plus/minus einschließlich 10 Grad, um die Drehachse beträgt. Insbesondere und ganz besonders bevorzugt ist als Nulllage zu verstehen, dass kein Lenkwinkel vorliegt.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Rückstellsystem derart eingerichtet ist, dass ein Rückkopplungsmoment an der Lenkwelle durch eine mechanische, federbasierte Rückstelleinrichtung und einen Feedback-Aktuator realisiert wird. Die Kombination mit dem Feedback-Aktuator ermöglicht ein vorteilhaft eingestelltes Rückkopplungsmoment.

Grundidee der Erfindung ist somit beispielhaft ein Rückstellsystem für eine um eine Drehachse drehbare Lenkwelle eines Steer-by-wire-Lenksystems mit vorzugsweise mindestens zwei Federn. Eine derart mechanische Rückstelllösung ermöglicht ein energieeffizientes und zuverlässiges Rückstellen der Lenkwelle und somit eines eingelenkten Lenkrads bis zu einer Nulllage. Als Nulllage gilt der Lenkwinkel, beziehungsweise die Drehung der Lenkwelle von null Grad. In Sonderfällen kann die Nulllage der Lenkwelle von der der Rückstelleinrichtung abweichen. Die mindestens beiden Federn sind insbesondere gleich ausgelegt und wirken vorzugsweise entgegengesetzt. Ein Kopplungssystem sorgt dafür, dass bei einer Drehung der Lenkwelle mit einem Lenkwinkel von null Grad keine der beiden Federn oder beide Federn, in entgegengesetzter Richtung und damit sich gegenseitig kompensierend, an der Lenkradachse wirken. Bei einer Drehung der Lenkwelle mit einem positiven Lenkwinkel wirkt nur die, vom Lenkrad aus gesehen, linke Feder an der Lenkwelle; bei einer Drehung der Lenkwelle mit einem negativen Lenkwinkel wirkt nur die, vom Lenkrad aus gesehen, rechte Feder. Eine mögliche Anordnung der beiden Federn an der Lenkwelle kann derart ausgebildet sein, dass bei einer Drehung der Lenkwelle mit einem Lenkwinkel von null Grad beide Federn insbesondere anschlagsbegrenzt und/oder vorzugsweise vorgespannt sind. Durch die Vorspannung wird erreicht, dass kraftloses Spiel um den Nullwinkel relativ klein und bei Änderung des Lenkwinkels über null Grad heraus ein konstantes Rückkopplungsmoment schnell erreicht wird.

Das Kopplungssystem sorgt für die Übertragung des Kraftschlusses zwischen den beiden Federn bei einer Drehung der Lenkwelle mit einem Lenkwinkel von null Grad.

Bei der bevorzugten Ausführungsform mit Federn ist die Federrückstellkraft weitgehend unabhängig von der Auslenkung der Federn.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rückstellsystem aufweist mindestens zwei Federn als Rückstelleinrichtung, die jeweils aufweisen einen um eine Rotationsachse drehbaren Einwickelabschnitt und einen Abwickelabschnitt mit einem Federende; ein Kopplungssystem, das zur Verbindung mit einer jeweiligen Feder ein Kopplungswiderlager aufweist; wobei gemäß einer Drehachsenqueransicht die mindestens beiden Abwickelabschnitte derart jeweils zwischen einem Einwickelabschnitt und einem Kopplungswiderlager angeordnet sind und zur Wechselwirkung mit der Lenkwelle ausgebildet sind, dass bei einer Drehung der Lenkwelle um die Drehachse, mindestens ein Abwickelabschnitt ein zur Drehung gegenwirkendes Rückkopplungsmoment auf die Lenkwelle aufprägt. Es hat sich herausgestellt, dass dies eine besonders vorteilhafte Ausführungsform zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe darstellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens beiden Einwickelabschnitte um die jeweilige Rotationsachse zueinander entgegensetzte Wicklungsrichtungen aufweisen. Somit wirken die Federn bei Kontakt mit einer Lenkwelle entgegengesetzt. Insbesondere sind die Federn auch gleich dimensioniert beziehungsweise konstruiert. Es hat sich herausgestellt, dass hierdurch ein zuverlässiges und Rückkopplungsmoment ermöglicht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einwickelabschnitte von dem jeweiligen Abwickelabschnitt ausgehend zur Drehachse gerichtet angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die bauchige Ausgestaltung der Einwickelabschnitte im Montagezustand in Richtung der Lenkwelle weist. Dies ermöglicht einerseits eine platzsparende Montage und andererseits eine Montage mit reduziertem Schadensrisiko, da Stöße mit nur reduziertem Risiko auf die Einwickelabschnitte einwirken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federenden jeweils gewinkelt zum Abwickelabschnitt angeordnet sind, und dass die Kopplungswiderlager ausgebildet sind, die Abwickelabschnitte abhängig von der Drehung der Lenkwelle zu führen oder widerzulagern. Dies bedeutet, dass die Abwickelabschnitte beispielsweise durch die Kopplungswiderlager hindurchgeführt werden können bis sie durch ihre gewinkelte Ausgestaltung, beispielsweise im Wesentlichen oder genau 90 Grad zur Längsachse der Abwickelabschnitte, widerlagernd anschlagen. Hierdurch wird das Rückstellsystem stabilisiert und gleichzeitig wird dessen Zuverlässigkeit erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kopplungswiderlager jeweils über einen Schwenkmechanismus schwenkbar sind und über einen Koppelsteg derart miteinander verbunden und ausgebildet sind, dass bei einer Drehung der Lenkwelle nur Abwickelabschnitte von Federn mit Einwickelabschnitten einer Wicklungsrichtung ausgebildet sind, um mit der Lenkwelle wechselzuwirken. Dies reduziert die mit der Lenkwelle wechselwirkenden Komponenten, sodass der Betrag von Kraft und Reibung aus Rückstellsystemkomponenten beim Einbringen des Rückkopplungsmoments gering ausfällt. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und reduziert die jeweils von den Federn benötigte Federkraft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Koppelsteg mit der Lenkwelle verbindbar ist, wobei der Koppelsteg insbesondere ein Reibelement aufweist, das mit der Lenkwelle verbindbar ist. Hierdurch kann die Nulllage der Lenkwelle stabilisiert werden. Das Reibelement hat zudem den Vorteil, dass es eine Rückstellgeschwindigkeit der Lenkwelle bei kleinen Lenkausschlägen reduziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens beiden Einwickelabschnitte ausgebildet sind, um mit einer korrelierend ausgebildeten Lenkwelle kraftschlüssig beziehungsweise reibschlüssig wechselzuwirken. Kraftschlüssige Verbindungen setzen eine Normal-Kraft auf die miteinander zu verbindenden Flächen voraus. Ihre gegenseitige Verschiebung ist verhindert, solange die durch die Haftreibung bewirkte Gegen-Kraft nicht überschritten wird. Der Kraft- beziehungsweise Reibschluss ist verloren und die Flächen rutschen aufeinander, wenn die tangential wirkende Last-Kraft größer als die Haftreibungs-Kraft ist. Somit besteht ein Reibschluss mindestens entlang der Längsachse des jeweiligen Abwickelabschnitts, sodass das jeweilige zur Drehung gegenwirkende Rückkopplungsmoment von der Feder auf die Lenkwelle aufgeprägt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nulllage der Rückstelleinrichtung gegenüber der Nulllage der Lenkwelle aktuatorisch veränderbar ist. Dies hat den Vorteil, dass etwaiger Versatz ausgeglichen, oder im Bedarfsfall, ausgleichend eingebracht werden kann. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Nulllage der Rückstelleinrichtung gemessen an einem gemeinsamen Referenzwert nicht im Einklang mit der Nulllage der Lenkwelle ist. Umgekehrt kann bei bestimmten Manövern vorteilhaft sein, etwa beim Parken, einen gewissen Versatz aktuatorisch einzubinden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens beiden Einwickelabschnitte ausgebildet sind, um mit einer korrelierend ausgebildeten Lenkwelle formschlüssig wechselzuwirken, wobei vorzugsweise die mindestens beiden Abwickelabschnitte und/oder die Lenkwelle zum formschlüssigen Wechselwirken Mitführzähne aufweisen, die bevorzugt nur in eine Richtung, entgegen dem Rückkopplungsmoment wirkend formschlüssig ausgebildet sind. Formschlüssige Verbindungen entstehen durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Dadurch können sich die Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Anders ausgedrückt ist bei einer formschlüssigen Verbindung der eine Verbindungspartner dem anderen im Weg. Bei Betriebsbelastung wirken Druckkräfte normal, das heißt rechtwinklig zu den Flächen der Verbindungspartner. Solche Sperrungen kommen in mindestens einer Richtung vor. Eine solche Sperrung kann beispielsweise über Mitführzähne erzeugt werden, die umfangsgemäß an der Lenkwelle oder entlang der Abwickelabschnitte zur Lenkwelle angeordnet sein können. Die mit einem jeweiligen Mitführzahn korrelierende Kontur kann eine Ausnehmung oder eine Gegenkontur sein. Somit besteht ein Formschluss mindestens entlang der Längsachse des jeweiligen Abwickelabschnitts, sodass das jeweilige zur Drehung gegenwirkende Rückkopplungsmoment von der Feder auf die Lenkwelle aufgeprägt werden kann.

Es ist auch möglich, dass Reib- und Formschluss miteinander kombiniert werden, um die Zuverlässigkeit weiter zu erhöhen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abwickelabschnitte von zwei oder mehreren Federn voneinander entlang der Drehachse beabstandet auf der Lenkwelle wechselwirkend angeordnet sind. Dies bedeutet anders formuliert, dass die Abwickelabschnitte nicht auf einer Projektionsebene angeordnet sind, sondern dass sie entlang der Drehachse aufeinanderfolgend, beispielsweise parallel, angeordnet sind. Dies vereinfacht die Bauweise des Rückstellsystems, sodass dieses durch die geringere Komplexität zuverlässig funktioniert.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steer-by-wire-Lenksystem mit einem Rückstellsystem nach mindestens einem der vorgenannten Merkmale und eine Lenkwelle nach mindestens einem der vorgenannten Merkmale.

Die Erfindung ermöglicht somit insbesondere ein Rückstellsystem für eine um eine Drehachse drehbare Lenkwelle eines Steer-by-wire-Lenksystems, und ein Steer-by- wire-Lenksystem, um Rückkopplungsmomente zum Einstellen einer ausgelenkten Lenkwelle in ihre Nulllage zuverlässig und ohne hohe elektrische Energiezufuhr, vorzugsweise ohne elektrische Energiezufuhr, zur Verfügung zu stellen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:

Fig. 1: eine schematische Draufsicht auf eine Lenkeinrichtung mit einer Lenksäule nach Stand der Technik;

Fig. 2: eine schematische Draufsicht auf eine Steer-by-wire-Lenkeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3: eine perspektivische Ansicht eines Rückstellsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer Lenkwelle und einem Feedback-Aktuator;

Fig. 4: eine perspektivische Ansicht einer Feder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5: eine schematische Ansicht einer Federrückstellkraft einer Feder gemäß Figur 4 an einem Lenkrad als Funktion einer Drehung des Lenkrad um einen Lenkwinkel;

Fig. 6: eine schematische Drehachsenqueransicht des Rückstellsystems gemäß Figur

2;

Fig. 7: eine schematische Drehachsenqueransicht des Rückstellsystems gemäß Figur 6 mit einem geschwenkten Kopplungswiderlager; und

Fig. 8: eine schematische Drehachsenqueransicht des Rückstellsystems gemäß Figur 6 mit zwei Kopplungswiderlagern in Ruheposition und einer Lenkwelle in Nulllage.

Die Figur 1 zeigt ein Lenksystem nach Stand der Technik. Dabei ist ein Lenkrad 36 über eine Lenkwelle 12, auch bekannt als Lenksäule, mit einem Lenkgetriebe 38 verbunden. Somit wird eine Lenkbewegung physisch unmittelbar weitergegeben, wodurch wegen der Komponentenreibung eine von einem Kraftfahrzeugfahrer wahrnehmbare Grundreibung vorhanden ist, die beim Kraftfahrzeugfahrer vorteilhafterweise ein sicheres Fahrgefühl erzeugt. Weiterhin wird durch die Fahrsituation selbst, beispielsweise in Kurvensitationen, ein Rückkopplungsmoment am Lenkrad 36 generiert.

Die Figur 2 zeigt ein Steer-by-wire-Lenksystem 14 mit einem Feedback-Aktuator 40. Dabei ist ein Lenkrad 36 über eine Verbindungsleitung 42 mit einem Lenkgetriebe 38 verbunden. Das Signal zur Lenkung wird dem Lenkgetriebe 38 somit nur digital übermittelt. Der Feedback-Aktuator 40 simuliert dem Kraftfahrzeugfahrer eine Grundreibung, sodass er ein realistisches Fahrgefühl hat. Weiterhin weist das Steer- by-wire-Lenksystem 14 ein Rückstellsystem 10 auf, das jedoch in der Figur 3 weiter dargestellt ist. Dieses Rückstellsystem 10 ermöglicht auf zuverlässige Weise ein Rückkopplungsmoment für ein eingelenktes Lenkrad 36.

Die Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, jedoch ohne Kopplungssystem 24, und Figur 6 in einer schematischen Drehachsenqueransicht mit Kopplungssystem 24, ein Rückstellsystem 10 für eine um eine Drehachse D drehbare Lenkwelle 12 eines Steer-by-wire-Lenksystems 14, beispielsweise nach Figur 2, aufweisend beispielhaft zwei Federn 16a, 16b als Rückstelleinrichtung, die jeweils aufweisen einen um eine Rotationsachse Ra, Rb drehbaren Einwickelabschnitt 18a, 18b und einen Abwickelabschnitt 20a, 20b mit einem Federende 22a, 22b; ein Kopplungssystem 24, das zur Verbindung mit einer jeweiligen Feder 16a, 16b ein Kopplungswiderlager 26a, 26b aufweist; wobei gemäß einer Drehachsenqueransicht die beispielhaften beiden Abwickelabschnitte 20a, 20b derart jeweils zwischen einem Einwickelabschnitt 18a, 18b und einem Kopplungswiderlager 26a, 26b angeordnet sind und zur Wechselwirkung mit der Lenkwelle 12 ausgebildet sind, dass bei einer Drehung der Lenkwelle 12 um die Drehachse D, ein Abwickelabschnitt 20a, 20b ein zur Drehung gegenwirkendes Rückkopplungsmoment auf die Lenkwelle 12 aufprägt.

Da gemäß den Zeichnungen nur Federn als Rückstelleinrichtung verwendet werden, teilen diese sich die Bezugszeichen 16a, 16b.

Gegenwirkendes Rückkopplungsmoment bedeutet am Beispiel von Figur 6, dass bei einer Lenkung der Lenkwelle nach rechts, also bei einem positiven Lenkwinkel a, der linke Abwickelabschnitt 20a der Feder 16a am rechten Kopplungswiderlager 26a widerlagert und derart gespannt ist, dass ein Rückkopplungsmoment entgegen dem positiven Lenkwinkel a auf die Lenkwelle 12 wirkt. Der rechte Abwickelabschnitt 20b der Feder 16b ist am linken Kopplungswiderlager 26b widergelagert. Allerdings ist das linke Kopplungswiderlager 26b geschwenkt, sodass der rechte Abwickelabschnitt 20b nicht auf der Lenkwelle 12 aufliegt und diese mit keinem Rückkopplungsmoment belastet. Beispielhaft ist hierzu ein Koppelsteg 30 vorgesehen, der die beiden Kopplungswiderlager 26a, 26b miteinander koordiniert.

Weiterhin ist in den Figuren 3 und 6 dargestellt, dass die Einwickelabschnitte 18a, 18b von dem jeweiligen Abwickelabschnitt 20a, 20b ausgehend zur Drehachse D gerichtet angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Abwickelabschnitte 20a, 20b mit ihrer bauchigen Seite nicht zum Kopplungssystem 24 gerichtet sind.

Gemäß Figur 3 ist symbolisch dargestellt, dass die mindestens beiden Einwickelabschnitte 18a, 18b der Federn 16a, 16b um die jeweilige Rotationsachse Ra, Rb zueinander entgegensetzte Wicklungsrichtungen aufweisen. Somit ist sichergestellt, dass eine Drehung der Lenkwelle 12 in eine Richtung ein Rückkopplungsmoment durch den ersten Einwickelabschnitt 18a hervorruft und dass eine Drehung der Lenkwelle 12 in die andere Richtung ein Rückkopplungsmoment durch den zweiten Einwickelabschnitt 18b hervorruft.

Figur 4 offenbart eine symbolische Feder 16a, 16b, die aufweist einen um eine Rotationsachse Ra, Rb drehbaren Einwickelabschnitt 18a, 18b und einen Abwickelabschnitt 20a, 20b mit einem Federende 22a, 22b.

In den Figuren 3, 4 und 6 ist offenbart, dass die Federenden 22a, 22b jeweils gewinkelt zum Abwickelabschnitt 20a, 20b angeordnet sind, und dass die Kopplungswiderlager 26a, 26b ausgebildet sind, die Abwickelabschnitte 20a, 20b abhängig von der Drehung der Lenkwelle 12 zu führen oder widerzulagern. Das Führen der Abwickelabschnitte 20a, 20b

Die Figuren 6, 7 und 8 offenbaren, dass die Kopplungswiderlager 26a, 26b jeweils über einen Schwenkmechanismus 28a, 28b schwenkbar sind und über einen Koppelsteg 30 derart miteinander verbunden und ausgebildet sind, dass bei einer Drehung der Lenkwelle 12 nur Abwickelabschnitte 20a, 20b von Federn 16a, 16b mit Einwickelabschnitten 18a, 18b einer Wicklungsrichtung ausgebildet sind, um mit der Lenkwelle 12 wechselzuwirken. Dabei ist der Koppelsteg 30 bevorzugt mit der Lenkwelle 12 verbindbar, wobei der Koppelsteg 30 besonders bevorzugt ein Reibelement 32 aufweist, das mit der Lenkwelle 12 verbindbar ist. Somit sind die Kopplungswiderlager 26a, 26b über den Koppelsteg 30 mittelbar miteinander verbunden. Sofern ein Kopplungswiderlager 26a ausgeschwenkt ist, kann das weitere Kopplungswiderlager 26b nicht ausgeschwenkt sein. Somit kann gewährleistet werden, dass nicht zwei wechselwirkende Abwickelabschnitte 20a, 20b gleichzeitig auf der Lenkwelle 12 aufliegen und die Wirkung somit gegenseitig aufheben.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die mindestens beiden Einwickelabschnitte 18a, 18b ausgebildet sind, um mit einer korrelierend ausgebildeten Lenkwelle 12 reibschlüssig wechselzuwirken. Beispielsweise können die Einwickelabschnitte 18a, 18b und/oder die Lenkwelle 12 entsprechend behandelte Oberflächen mit Rauheiten aufweisen.

Gemäß Figur 6 ist offenbart, dass die mindestens beiden Einwickelabschnitte 18a,

18b ausgebildet sind, um mit einer korrelierend ausgebildeten Lenkwelle 12 formschlüssig wechselzuwirken, wobei vorzugsweise die mindestens beiden Abwickelabschnitte 20a, 20b und/oder die Lenkwelle 12 zum formschlüssigen Wechselwirken Mitführzähne 34 aufweisen, die bevorzugt nur in eine Richtung, entgegen dem Rückkopplungsmoment wirkend formschlüssig ausgebildet sind. Hierzu können die Mitführzähne 34 beispielsweise dreieckförmig ausgebildet sein, wobei die dreieckige Form sich in Umfangsrichtung der Lenkwelle 12 erstreckt. Weiterführend ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mitführzähne 34 der Lenkwelle 12 für den ersten Abwickelabschnitt 20a in die umgekehrte Richtung ausgeprägt sind als die Mitführzähne 34 der Lenkwelle 12 für den zweiten Abwickelabschnitt 20b.

Dabei ist gemäß Figur 3 bevorzugt vorgesehen, dass die Abwickelabschnitte 20a, 20b von beispielhaft zwei Federn 16a, 16b voneinander entlang der Drehachse D beabstandet auf der Lenkwelle 12 wechselwirkend angeordnet sind. Figur 5 offenbart eine schematische Ansicht einer Federrückstellkraft, zusammenhängend mit einem Rückkopplungsmoment, einer Feder 16a, 16b gemäß Figur 4 an einem Lenkrad 36 als Funktion einer Drehung des Lenkrad 36 um einen Lenkwinkel a. In ebendiesem Spektrum funktioniert das Rückstellsystem 10 zuverlässig und über die Federn 16a, 16b auf mechanische Weise ohne diesbezügliche Stromzufuhr. Insbesondere ist in Figur 5 offenbart, dass das Rückkopplungsmoment außerhalb des definierten Lenkwinkels um die Nulllage der Rückstelleinrichtung 16a, 16b im Wesentlichen konstant ist. Exemplarisch betrifft dies den in Figur 5 im Wesentlichen horizontalen Kurvenverlauf.

Bezuqszeichenliste

10 Rückstellsystem

12 Lenkwelle

14 Steer-by-wire-Lenksystem

16a Rückstelleinrichtung, Erste Feder

16b Rückstelleinrichtung, Zweite Feder

18a Erster Einwickelabschnitt

18b Zweiter Einwickelabschnitt

20a Erster Abwickelabschnitt

20b Zweiter Abwickelabschnitt

22a Erstes Federende

22b Zweites Federende

24 Kopplungssystem

26a Erstes Kopplungswiderlager

26b Zweites Kopplungswiderlager

28a Erster Schwenkmechanismus

28b Zweiter Schwenkmechanismus

30 Koppelsteg

32 Reibelement

34 Mitführzähne

36 Lenkrad

38 Lenkgetriebe

40 Feedback-Aktuator

42 Verbindungsleitung

D Drehachse

Ra Erste Rotationsachse

Rb Zweite Rotationsachse a (Alpha), Lenkwinkel

Claims

Patentansprüche

1. Rückstellsystem (10) für eine um eine Drehachse (D) drehbare Lenkwelle (12) eines Steer-by-wire-Lenksystems (14), wobei das Rückstellsystem (10) eine mechanische, federbasierte Rückstelleinrichtung (16a, 16b) aufweist, die derart eingerichtet ist, dass ein Rückkopplungsmoment an der Lenkwelle (12) durch die Rückstelleinrichtung (16a, 16b) aufprägbar ist, und dass das Rückkopplungsmoment außerhalb eines definierten Lenkwinkels um eine Nulllage der Rückstelleinrichtung (16a, 16b) im Wesentlichen konstant ist.

2. Rückstellsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellsystem (10) aufweist mindestens zwei Federn als Rückstelleinrichtung (16a, 16b), die jeweils aufweisen einen um eine Rotationsachse (Ra, Rb) drehbaren Einwickelabschnitt (18a, 18b) und einen Abwickelabschnitt (20a, 20b) mit einem Federende (22a, 22b); ein Kopplungssystem (24), das zur Verbindung mit einer jeweiligen Feder (16a, 16b) ein Kopplungswiderlager (26a, 26b) aufweist; wobei gemäß einer Drehachsenqueransicht die mindestens beiden Abwickelabschnitte (20a, 20b) derart jeweils zwischen einem Einwickelabschnitt (18a, 18b) und einem Kopplungswiderlager (26a, 26b) angeordnet sind und zur Wechselwirkung mit der Lenkwelle (12) ausgebildet sind, dass bei einer Drehung der Lenkwelle (12) um die Drehachse (D), mindestens ein Abwickelabschnitt (20a, 20b) ein zur Drehung gegenwirkendes Rückkopplungsmoment auf die Lenkwelle (12) aufprägt.

3. Rückstellsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens beiden Einwickelabschnitte (18a, 18b) um die jeweilige Rotationsachse (Ra, Rb) zueinander entgegensetzte Wicklungsrichtungen aufweisen.

4. Rückstellsystem (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwickelabschnitte (18a, 18b) von dem jeweiligen Abwickelabschnitt (20a, 20b) ausgehend zur Drehachse (D) gerichtet angeordnet sind.

5. Rückstellsystem (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federenden (22a, 22b) jeweils gewinkelt zum Abwickelabschnitt (20a, 20b) angeordnet sind, und dass die Kopplungswiderlager (26a, 26b) ausgebildet sind, die Abwickelabschnitte (20a, 20b) abhängig von der Drehung der Lenkwelle (12) zu führen oder widerzulagern.

6. Rückstellsystem (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungswiderlager (26a, 26b) jeweils über einen Schwenkmechanismus (28a, 28b) schwenkbar sind und über einen Koppelsteg (30) derart miteinander verbunden und ausgebildet sind, dass bei einer Drehung der Lenkwelle (12) nur Abwickelabschnitte (20a, 20b) von Federn als Rückstelleinrichtung (16a, 16b) mit Einwickelabschnitten (18a, 18b) einer Wicklungsrichtung ausgebildet sind, um mit der Lenkwelle (12) wechselzuwirken.

7. Rückstellsystem (10) nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelsteg (30) mit der Lenkwelle (12) verbindbar ist, wobei der Koppelsteg (30) insbesondere ein Reibelement (32) aufweist, das mit der Lenkwelle (12) verbindbar ist.

8. Rückstellsystem (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nulllage der Rückstelleinrichtung (16a, 16b) gegenüber der Nulllage der Lenkwelle (12) aktuatorisch veränderbar ist.

9. Rückstellsystem (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens beiden Einwickelabschnitte (18a, 18b) ausgebildet sind, um mit einer korrelierend ausgebildeten Lenkwelle (12) formschlüssig wechselzuwirken, wobei vorzugsweise die mindestens beiden Abwickelabschnitte (20a, 20b) und/oder die Lenkwelle (12) zum formschlüssigen Wechselwirken Mitführzähne (34) aufweisen, die bevorzugt nur in eine Richtung, entgegen dem Rückkopplungsmoment wirkend formschlüssig ausgebildet sind.

10. Steer-by-wire-Lenksystem (14) mit einem Rückstellsystem (10) nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche und einer Lenkwelle (12) nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch die Merkmale des Rückstellsystems (14) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, und durch die Merkmale der Lenkwelle (12) nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche.