WO2023217464A1 - Lenkvorrichtung für ein fahrzeug, fahrzeug und verfahren zum betreiben einer lenkvorrichtung - Google Patents

Lenkvorrichtung für ein fahrzeug, fahrzeug und verfahren zum betreiben einer lenkvorrichtung Download PDF

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WO2023217464A1
WO2023217464A1 PCT/EP2023/058892 EP2023058892W WO2023217464A1 WO 2023217464 A1 WO2023217464 A1 WO 2023217464A1 EP 2023058892 W EP2023058892 W EP 2023058892W WO 2023217464 A1 WO2023217464 A1 WO 2023217464A1
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WO
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steering
handlebar
steering device
vehicle
servo drive
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Application number
PCT/EP2023/058892
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English (en)
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Hüsnü KURTBOZ
Original Assignee
Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/04—Steering gears mechanical of worm type
    • B62D3/06—Steering gears mechanical of worm type with screw and nut
    • 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
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear

Definitions

  • the present approach relates to a steering device for a vehicle, a vehicle and a method for operating a steering device.
  • DE 101 42 599 A1 discloses a steering system for vehicles in which a steering movement introduced from a steering shaft to a steering gear is transmitted to a rack.
  • the object of the present approach is to create an improved steering device, an improved vehicle and an improved method for operating a steering device.
  • a steering device is created with a handlebar that can enable simple and flexible transmission of steering movements from different sources.
  • a steering device for a vehicle has a handlebar.
  • the handlebar has, at least partially on its outside, a rack structure which can be coupled or is coupled to a servo drive in order to transmit a steering movement from the servo drive to the handlebar.
  • the handlebar is at least partially designed as a spindle nut in order to transmit a steering movement carried out by a driver to the handlebar via a threaded rod guided in the spindle nut.
  • the steering device can be, for example, a device for changing an alignment of the wheels and thus for changing the direction of travel. For example, the direction of travel can be changed in response to a steering movement by the driver via a steering wheel.
  • the steering device can be understood, for example, as a device that can support the driver in steering the vehicle in the direction in which the driver wants to drive.
  • the servo drive can be understood as a drive that supports the driver in changing the direction of travel, so that the driver can change the direction of travel effortlessly or with little force.
  • the handlebar can be designed as an interface in order to transmit the steering movement caused by the driver and the steering movement caused by the servo drive to the handlebar. By designing the handlebar as a spindle nut, the driver's steering movement can be efficiently recorded and linked to the steering movement induced by the servo drive.
  • the approach presented here can be used in the area of motor-assisted manual inputs, especially in the area of vehicle technology when supporting a manual steering drive through a servo drive or a steer-by-wire system.
  • the approach presented here can also be understood as a linear electronic power steering system, or EPS for short, with external power steering.
  • the approach presented here can be understood as a steering system, preferably as an electromechanical steering system, or EPS for short, or alternatively as a steer-by-wire steering system.
  • the support can only be provided when necessary, which means that a power-on-demand system can be present or implemented.
  • the approach presented here can reduce the vehicle's CO2 emissions and traditional recirculating ball steering can be dispensed with.
  • the support force can be controlled specifically via a control unit, regardless of input from the driver. This can be used for safety-relevant systems such as a lane departure warning system, also known as a lane-keeping system.
  • Other measures, such as automatic counter-steering in the event of tire bursts, balancing crosswinds or similar, can also be implemented using a combination of additional vehicle sensors and targeted control of the vehicle Support motor is very easy to implement.
  • a special aspect of the design of this electronic power steering system is that the steering intervention of both the manual steering input and the servo-motor steering input is exerted directly on a push rod. This enables both cost savings and installation space optimization, as power transmission can be realized without the use of a pitman arm, also known as a Pitman arm, and a ball joint, also known as a ball joint.
  • the steering device can have an angular drive which is designed to transmit the steering movement from a steering wheel to the handlebar.
  • the angle drive can, for example, couple a handlebar and a steering column to one another.
  • the rack structure of the handlebar and additionally or alternatively a gear of the servo drive can have helical teeth.
  • a low-noise and force-reduced operation of the handlebar and/or the gear can be made possible by means of helical gearing.
  • the helical gearing can enable even transmission of torque.
  • the servo drive can be designed to carry out a steer-by-wire function and, additionally or alternatively, steering movement controlled by a driver assistance function. This also allows the advantages of the approach described here to be realized very efficiently
  • the spindle nut can have an internal thread, the length of which corresponds to a length of the rack structure within a tolerance range.
  • the internal thread can enable the threaded rod to be guided, which enables the spindle nut to function reliably. Due to the same length of the spindle nut and the spindle nut within the tolerance range of, for example, 10 percent Rack structure can ensure that the steering movements are linked over a very large steering angle range.
  • An embodiment of the approach presented here is also advantageous as a vehicle that has an embodiment of a steering device mentioned herein. This also allows the advantages of the approach described here to be realized very efficiently.
  • a method for operating an embodiment of a steering device mentioned herein which includes a step of driving a servo drive to move the handlebar using the rack structure. This also allows the advantages of the approach described here to be realized very efficiently.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.
  • the approach presented here also creates a control device that is designed to carry out, control or implement the step of a variant of a method presented here in a corresponding device.
  • This embodiment variant of the approach in the form of a control device can also solve the task on which the approach is based quickly and efficiently.
  • the control device can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one storage unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Have an actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data that is embedded in a communication protocol.
  • the computing unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, with the storage unit being a flash memory EPROM or a magnetic storage unit can be.
  • the communication interface can be designed to read or output data wirelessly and/or by wire, wherein a communication interface that can read or output wired data can, for example, read this data electrically or optically from a corresponding data transmission line or output it into a corresponding data transmission line.
  • a control device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and, depending on them, outputs control and/or data signals.
  • the control device can have an interface that can be designed in hardware and/or software.
  • the interfaces can, for example, be part of a so-called system ASIC, which contains a wide variety of functions of the control unit.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • control unit controls a steering device for a vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a steering device according to an exemplary embodiment with a servo drive, steering wheel and wheels connected to it;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a section of a steering device according to an exemplary embodiment
  • 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for operating a steering device
  • FIG. 4 is a block diagram of an exemplary embodiment of a control device for operating a steering device.
  • Fig. 5 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a vehicle with a steering device presented here.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a steering device 100 for a vehicle with a servo drive, steering wheel and wheels connected to it.
  • the vehicle is, for example, a motor vehicle, such as a passenger car, a motorcycle, a commercial vehicle or the like.
  • the steering device 100 is designed, for example, to enable a driver to steer the vehicle.
  • the steering device 100 can be operated manually by a driver of the vehicle, not shown in FIG. 1, for example by means of a steering wheel 105.
  • the steering device 100 has a handlebar 110, a servo drive 115 with, for example, a motor 120, an angular drive 125 and a push rod 130.
  • the push rod 130 is, for example, coupled to a vehicle tire 155 or wheels.
  • the angular drive 125 is designed to transmit the steering movement from the steering wheel 105 to the handlebar 110 with a change in the direction of action and is arranged between the handlebar 110 and the steering column 150.
  • the motor 120 is arranged on the servo drive 115, which can also be referred to as a servo gear.
  • the servo drive 115 has a gear 135 as an example.
  • the handlebar 110 partially has a rack structure 140 on its outside, which can also be referred to as a rack or piston.
  • the gear 135 is, for example, designed and arranged to engage the rack structure 140.
  • the servo drive 115 is coupled to the rack structure 140.
  • the rack structure 140 of the handlebar and/or the gear 135 of the servo drive 115 can also have helical teeth.
  • the handlebar 110 is thus designed to transmit a steering movement from the servo drive 115 to the handlebar 110.
  • the handlebar 110 is designed as a spindle nut in order to transmit a steering movement carried out by the driver to the handlebar 110 via a threaded rod 145 guided in the spindle nut. This means that an internal thread is provided in the handlebar 110, into which another component can engage.
  • the handlebar 110 is secured against rotation, so that on the one hand a reliable engagement between the servo drive 115 and the rack structure 140 is ensured and on the other hand the threaded rod 145, which engages in the internal thread designed as a spindle nut, can also cause a linear movement of the handlebar 110.
  • the handlebar 110 and the steering wheel 105 are coupled to one another via a steering column 150.
  • the servo drive 115 is designed to carry out a steer-by-wire function and/or steering movement controlled by a driver assistance function.
  • a connecting element 160 which can also be referred to as a connection, connects the push rod 130 and the handlebar 110 to one another.
  • the approach presented here is an electromechanical steering module, alternatively a steer-by-wire system
  • a steering movement entered by a driver via a steering wheel 105 is transmitted to this system and, on the other hand, a steering movement can be introduced into the same system via a servo drive 115.
  • the steering device 100 which can also be referred to as a steering module
  • the steering device 100 is partially designed as a handlebar 110, which can also be referred to as a rack or piston, in which a rack structure 140, which can also be referred to as a toothing, is applied to an outside, into which the servo drive 115 intervenes and transmits corresponding movements to this handlebar 110.
  • a threaded rod 145 which can also be referred to as a spindle drive, is provided in the interior of the handlebar 110, via which the movement introduced by the steering wheel 105 is transmitted to the handlebar 110.
  • the handlebar 110 thus serves as an interface to transmit the steering movement manually introduced by the driver with the steering movement introduced by the servo drive 115 to the steering system.
  • FIG. 2 shows a schematic section of a steering device 100 according to an exemplary embodiment. This can be an exemplary embodiment of the steering device described with reference to FIG. 1.
  • the handlebar 110 is partially designed as a spindle nut 200.
  • the threaded rod 145 is arranged within the spindle nut 200, which can also be referred to as a spindle.
  • the threaded rod 145 is guided in the spindle nut 200.
  • the spindle nut 200 is designed, for example, to transmit a steering movement carried out by the driver to the handlebar 110 via the threaded rod 145.
  • the spindle nut 200 has the rack structure 140 on its outer circumference.
  • the rack structure 140 is designed as a helical toothing and extends along the length of the spindle nut 200.
  • the spindle nut 200 has an internal thread 205, the length of which corresponds to a length of the rack structure 140.
  • the internal thread 205 is designed, for example, to guide the threaded rod 145.
  • 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method 300 for operating a steering device.
  • the steering device corresponds to or is similar to the steering device from one of the figures described herein.
  • the method 300 includes a step 305 of controlling a servo drive to move the handlebar using the rack structure.
  • FIG. 4 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a control device 400 for operating a steering device.
  • the control device 400 is designed to carry out the method from FIG. 3 or a similar method.
  • the control unit 400 has a unit 405 for controlling a servo drive to move the handlebar using the rack structure.
  • the control unit 405 is designed to carry out and/or control the control step.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a vehicle 500.
  • the vehicle 500 has the steering device 100 and the control unit 400.
  • the steering device 100 and the control device 400 correspond to or are similar to the steering device and the control device from one of the figures described herein.
  • the steering device 100 and the control unit 400 are connected to each other so that they can transmit signals.
  • an exemplary embodiment includes an “and/or” link between a first feature and a second feature, this should be read as meaning that the exemplary embodiment has both the first feature and the second feature according to one embodiment and either only that according to a further embodiment first feature or only the second feature.

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Abstract

Eine Lenkvorrichtung (100) für ein Fahrzeug umfasst eine Lenkstange (110). Die Lenkstange (110) weist zumindest teilweise an ihrer Außenseite eine Zahnstangenstruktur (140) auf, die mit einem Servoantrieb (115) koppelbar oder gekoppelt ist, um eine Lenkbewegung von dem Servoantrieb (115) auf die Lenkstange (110) zu übertragen. Die Lenkstange (110) ist zumindest teilweise als eine Spindelmutter ausgebildet, um eine von einem Fahrer ausgeführte Lenkbewegung über eine in der Spindelmutter geführte Gewindestange (145) auf die Lenkstange (110) zu übertragen.

Description

BESCHREIBUNG
Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung.
Es gibt Lenksysteme, die mittels eines permanenten aufrechterhaltenen Öl- Volumenstrom betrieben werden. Dieser Volumenstrom wird über eine Pumpe erzeugt, die über den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird. Die DE 101 42 599 A1 offenbart ein Lenksystem für Fahrzeuge, bei dem eine von einer Lenkwelle auf ein Lenkgetriebe eingebrachte Lenkbewegung auf eine Zahnstange übertragen wird.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes eine verbesserte Lenkvorrichtung, ein verbessertes Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Lenkvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkstange geschaffen wird, die eine einfache und flexible Übertragung von Lenkbewegungen aus unterschiedlichen Quellen ermöglichen kann.
Eine Lenkvorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz für ein Fahrzeug weist eine Lenkstange auf. Die Lenkstange weist zumindest teilweise an ihrer Außenseite eine Zahnstangenstruktur auf, die mit einem Servoantrieb koppelbar oder gekoppelt ist, um eine Lenkbewegung von dem Servoantrieb auf die Lenkstange zu übertragen. Die Lenkstange ist zumindest teilweise als eine Spindelmutter ausgebildet, um eine von einem Fahrer ausgeführte Lenkbewegung über eine in der Spindelmutter geführte Gewindestange auf die Lenkstange zu übertragen. Bei der Lenkvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung zum Ändern einer Ausrichtung der Räder und somit zum Ändern der Fahrtrichtung handeln. Beispielsweise kann die Fahrtrichtung ansprechend auf eine Lenkbewegung des Fahrers über ein Lenkrad geändert werden. Die Lenkvorrichtung kann beispielsweise als eine Vorrichtung verstanden werden, die den Fahrer unterstützen kann, das Fahrzeug in die Richtung zu lenken, in die der Fahrer fahren möchte. Der Servoantrieb kann als ein Antrieb verstanden werden, der den Fahrer bei der Änderung der Fahrtrichtung unterstützt, sodass der Fahrer die Fahrtrichtung mühelos bzw. kraftarm ändern kann. Die Lenkstange kann als eine Schnittstelle ausgebildet sein, um die von dem Fahrer bewirkte Lenkbewegung und die von dem Servoantrieb bewirkte Lenkbewegung auf die Lenkstange zu übertragen. Durch die Ausbildung der Lenkstange als Spindelmutter kann eine effiziente Aufnahme der Lenkbewegung von dem Fahrer erfolgen und mit der von dem Servoantrieb induzierten Lenkbewegung verknüpft werden. Der hier vorgestellte Ansatz kann im Bereich der motorisch unterstützten manuellen Eingaben verwendet werden, speziell im Bereich der Fahrzeugtechnik bei der Unterstützung eines manuellen Lenkantriebs durch einen Servoantrieb bzw. ein Steer-by-Wire-System.
Der hier vorgestellte Ansatz kann auch als eine lineare elektronische Hilfskraftlenkung, kurz EPS = Electronic Power Steering mit außen wirkender Hilfskraft verstanden werden. In anderen Worten ausgedrückt kann der hier vorgestellte Ansatz als ein Lenksystem, vorzugsweise als ein elektromechanisches Lenksystem, kurz EPS, alternativ auch als ein Steer-by-Wire-Lenksystem verstanden werden.
Vorteilhafterweise kann die Unterstützung nur bei Bedarf aufgebracht werden, wodurch ein Power-On-Demand System vorliegen bzw. realisiert werden kann. Ferner kann der hier vorgestellte Ansatz den CO2-Ausstoß des Fahrzeugs reduzieren und es kann auf eine herkömmliche Kugelumlauflenkung verzichtet werden. Zusätzlich kann die Unterstützungskraft gezielt über eine Steuereinheit, unabhängig der Eingabe durch den Fahrer, angesteuert werden. Dies kann für sicherheitsrelevante System wie beispielsweise einen Spurhalteassistenten, auch Lane-Keeping System genannt, genutzt werden. Auch weitere Maßnahmen, wie automatisches Gegenlenken bei Reifenplatzern, Seitenwind ausgleichen oder ähnliches sind über die Kombination von zusätzlicher Fahrzeugsensorik und einer gezielten Ansteuerung des Unterstützungsmotors sehr einfach möglich bzw. umsetzbar. Ein besonderer Aspekt am Aufbau dieser elektronischen Hilfskraftlenkung besteht darin, dass der Lenkeingriff sowohl der manuellen Lenkeingabe als auch der Servo-motorischen Lenkeingabe direkt auf eine Schubstange ausgeübt wird. Dies ermöglicht sowohl Kosteneinsparung als auch Bauraumoptimierung, da die Kraftübertragung ohne die Verwendung von Lenkstockhebel, auch Pitman-Arm genannt und Kugelgelenk, auch Ball-Joint genannt, realisiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Lenkvorrichtung einen Winkeltrieb aufweisen, der ausgebildet ist, um die Lenkbewegung von einem Lenkrad auf die Lenkstange zu übertragen. Der Winkeltrieb kann beispielsweise eine Lenkstange und eine Lenksäule miteinander koppeln. Durch den Einbau eines Winkeltriebs kann vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise bei geringem erforderlichem Bauraum ermöglicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Zahnstangenstruktur der Lenkstange und zusätzlich oder alternativ ein Zahnrad des Servoantriebs eine Schrägverzahnung aufweisen. Vorteilhafterweise kann mittels einer Schrägverzahnung ein geräuscharmer und kraftreduzierter Lauf der Lenkstange und/oder des Zahnrads ermöglicht werden. Zudem kann die Schrägverzahnung eine gleichmäßige Übertragung des Drehmoments ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Servoantrieb ausgebildet sein, um eine Steer-by-Wire-Funktion und zusätzlich oder alternativ von einer Fahrerassistenzfunktion angesteuerte Lenkbewegung auszuführen. Auch dadurch können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Spindelmutter ein Innengewinde aufweisen, dessen Länge innerhalb eines Toleranzbereichs einer Länge der Zahnstangenstruktur entspricht. Vorteilhafterweise kann das Innengewinde eine Führung der Gewindestange ermöglichen, wodurch eine zuverlässige Funktionsweise der Spindelmutter ermöglicht werden kann. Durch die innerhalb des Toleranzbereichs von beispielsweise 10 Prozent gleiche Länge der Spindelmutter und der Zahnstangenstruktur kann eine Verknüpfung der Lenkbewegungen über einen sehr großen Lenkwinkelbereich sichergestellt werden.
Günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes als Fahrzeug, das eine Ausführungsform einer hierin genannten Lenkvorrichtung aufweist. Auch dadurch können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform einer hierin genannten Lenkvorrichtung vorgestellt, das einen Schritt des Ansteuerns eines Servoantriebs aufweist, um die Lenkstange unter Verwendung der Zahnstangenstruktur zu bewegen. Auch dadurch können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um den Schritt einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in einer entsprechenden Einrichtung durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form eines Steuergeräts kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Ansteuerung einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit daran angeschlossenem Servoantrieb, Lenkrad und Rädern;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Lenkvorrichtung;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergeräts zum Betreiben einer Lenkvorrichtung; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs mit einer hier vorgestellten Lenkvorrichtung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lenkvorrichtung 100 für ein Fahrzeug mit daran angeschlossenem Servoantrieb, Lenkrad und Rädern. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, ein Kraftrad, ein Nutzfahrzeug oder dergleichen. Die Lenkvorrichtung 100 ist beispielsweise dazu ausgebildet, um eine Lenkbewegung des Fahrzeugs durch einen Fahrer zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Lenkvorrichtung 100 durch einen in der Fig. 1 nicht dargestellten Fahrer des Fahrzeugs manuell betätigt werden, zum Beispiel mittels eines Lenkrads 105.
Die Lenkvorrichtung 100 weist eine Lenkstange 110, einen Servoantrieb 115 mit beispielhaft einem Motor 120, einen Winkeltrieb 125 und eine Schubstange 130 auf. Die Schubstange 130 ist beispielhaft mit einem Fahrzeugreifen 155 bzw. Rädern gekoppelt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Winkeltrieb 125 ausgebildet, um die Lenkbewegung von dem Lenkrad 105 hier unter einer Wirkrichtungsänderung auf die Lenkstange 110 zu übertragen und ist zwischen der Lenkstange 110 und der Lenksäule 150 angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Motor 120 an dem Servoantrieb 115, der auch als Servo Gear bezeichnet werden kann, angeordnet. Der Servoantrieb 115 weist beispielhaft ein Zahnrad 135 auf. Die Lenkstange 110 weist teilweise an ihrer Außenseite eine Zahnstangenstruktur 140 auf, die auch als Zahnstange oder Kolben bezeichnet werden kann. Das Zahnrad 135 ist beispielsweise ausgebildet und angeordnet, um in die Zahnstangenstruktur 140 einzugreifen. Dadurch ist der Servoantrieb 115 mit der Zahnstangenstruktur 140 gekoppelt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können auch die Zahnstangenstruktur 140 der Lenkstange und/oder das Zahnrad 135 des Servoantriebs 115 eine Schrägverzahnung aufweisen. Die Lenkstange 110 ist somit ausgebildet, um eine Lenkbewegung von dem Servoantrieb 115 auf die Lenkstange 110 zu übertragen. Ferner ist die Lenkstange 110 als eine Spindelmutter ausgebildet, um eine von dem Fahrer ausgeführte Lenkbewegung über eine in der Spindelmutter geführte Gewindestange 145 auf die Lenkstange 110 zu übertragen. Dies bedeutet, dass in der Lenkstange 110 ein Innengewinde vorgesehen ist, in das eine weitere Komponente eingreifen kann. Zugleich ist die Lenkstange 110 gegen einer Rotationsdrehung gesichert, sodass einerseits ein zuverlässig wirkender Eingriff zwischen Servoantrieb 115 und Zahnstangenstruktur 140 sichergestellt ist und andererseits die Gewindestange 145, die in das als Spindelmutter ausgeführte Innengewinde eingreift, auch eine lineare Bewegung der Lenkstange 110 bewirken kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Lenkstange 110 und das Lenkrad 105 über eine Lenksäule 150 miteinander gekoppelt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Servoantrieb 115 ausgebildet, um eine Steer-by-Wire- Funktion und/oder von einer Fahrerassistenzfunktion angesteuerte Lenkbewegung auszuführen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel verbindet ein Verbindungselement 160, das auch als Verbindung bezeichnet werden kann, die Schubstange 130 und die Lenkstange 110 miteinander.
In anderen Worten ausgedrückt handelt es sich bei dem hier vorgestellten Ansatz um ein elektromechanisches Lenkmodul, alternativ ein Steer-by-Wire System, bei dem einerseits eine von einem Fahrer über ein Lenkrad 105 eingegebene Lenkbewegung auf dieses System übertragen wird und andererseits eine Lenkbewegung über einen Servoantrieb 115 in das gleiche System eingebracht werden kann. Hierzu ist die Lenkvorrichtung 100, die auch als Lenkmodul bezeichnet werden kann, teilweise als Lenkstange 110 ausgebildet, die auch als Zahnstange oder Kolben bezeichnet werden kann, bei der auf einer Außenseite eine Zahnstangenstruktur 140, die auch als Verzahnung bezeichnet werden kann, aufgebracht ist, in die der Servoantrieb 115 eingreift und entsprechende Bewegungen auf diese Lenkstange 110 überträgt. In einem Inneren der Lenkstange 110 ist eine Gewindestange 145, die auch als Spindelantrieb bezeichnet werden kann, vorgesehen, über den die von dem Lenkrad 105 eingebrachte Bewegung auf die Lenkstange 110 übertragen wird. Die Lenkstange 110 dient somit als Schnittstelle, um die vom Fahrer manuell eingebrachte Lenkbewegung mit der vom Servoantrieb 115 eingebrachten Lenkbewegung auf das Lenksystem zu übertragen.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer Lenkvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand von Fig. 1 beschriebenen Lenkvorrichtung handeln.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Lenkstange 110 teilweise als Spindelmutter 200 ausgebildet. Innerhalb der Spindelmutter 200, die auch als Spindel bezeichnet werden kann, ist die Gewindestange 145 angeordnet. In anderen Worten ausgedrückt ist die Gewindestange 145 in der Spindelmutter 200 geführt. Die Spindelmutter 200 ist beispielsweise ausgebildet, um eine von dem Fahrer ausgeführte Lenkbewegung über die Gewindestange 145 auf die Lenkstange 110 zu übertragen.
Die Spindelmutter 200 weist an ihrem Außenumfang die Zahnstangenstruktur 140 auf. Beispielhaft ist die Zahnstangenstruktur 140 als eine Schrägverzahnung ausgebildet und erstreckt sich entlang der Länge der Spindelmutter 200. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Spindelmutter 200 ein Innengewinde 205 auf, dessen Länge einer Länge der Zahnstangenstruktur 140 entspricht. Das Innengewinde 205 ist beispielsweise ausgebildet, um die Gewindestange 145 zu führen. Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Betreiben einer Lenkvorrichtung. Die Lenkvorrichtung entspricht oder ähnelt hierbei der Lenkvorrichtung aus einer der hierin beschriebenen Figuren. Das Verfahren 300 weist einen Schritt 305 des Ansteuerns eines Servoantriebs auf, um die Lenkstange unter Verwendung der Zahnstangenstruktur zu bewegen.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergeräts 400 zum Betreiben einer Lenkvorrichtung. Das Steuergerät 400 ist ausgebildet, um das Verfahren aus Fig. 3 oder ein ähnliches Verfahren auszuführen. Das Steuergerät 400 weist eine Einheit 405 zum Ansteuern eines Servoantriebs auf, um die Lenkstange unter Verwendung der Zahnstangenstruktur zu bewegen. Die Einheit 405 zum Ansteuern ist ausgebildet, um den Schritt des Ansteuerns auszuführen und/oder anzusteuern.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 500. Das Fahrzeug 500 weist die Lenkvorrichtung 100 und das Steuergerät 400 auf. Die Lenkvorrichtung 100 und das Steuergerät 400 entsprechen oder ähneln hierbei der Lenkvorrichtung und dem Steuergerät aus einer jeweiligen der hierin beschriebenen Figuren. Dabei sind die Lenkvorrichtung 100 und das Steuergerät 400 signalübertragungsfähig miteinander verbunden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. BEZUGSZEICHENLISTE
100 Lenkvorrichtung
105 Lenkrad
110 Lenkstange
115 Servoantrieb
120 Motor
125 Winkeltrieb
130 Schubstange
135 Zahnrad
140 Zahnstangenstruktur
145 Gewindestange
150 Lenksäule
155 Fahrzeugreifen
160 Verbindungselement
200 Spindelmutter
205 Innengewinde
300 Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung
305 Schritt des Ansteuerns
400 Steuergerät zum Betreiben einer Lenkvorrichtung
405 Einheit zum Ansteuern
500 Fahrzeug

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Lenkvorrichtung (100) für ein Fahrzeug (500), wobei die Lenkvorrichtung (100) eine Lenkstange (110) aufweist, wobei die Lenkstange (110) zumindest teilweise an ihrer Außenseite eine Zahnstangenstruktur (140) aufweist, die mit einem Servoantrieb (115) koppelbar oder gekoppelt ist, um eine Lenkbewegung von dem Servoantrieb (115) auf die Lenkstange (110) zu übertragen, und wobei die Lenkstange (110) zumindest teilweise als eine Spindelmutter (200) ausgebildet ist, um eine von einem Fahrer ausgeführte Lenkbewegung über eine in der Spindelmutter (200) geführte Gewindestange (145) auf die Lenkstange (110) zu übertragen.
2. Lenkvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Winkeltrieb (125), der ausgebildet ist, um die Lenkbewegung von einem Lenkrad (105) auf die Lenkstange (110) zu übertragen.
3. Lenkvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Zahnstangenstruktur (140) der Lenkstange (110) und/oder ein Zahnrad (135) des Servoantriebs (115) eine Schrägverzahnung aufweist.
4. Lenkvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Servoantrieb (115) ausgebildet ist, um eine Steer-by-Wire-Funktion und/oder von einer Fahrerassistenzfunktion angesteuerte Lenkbewegung auszuführen.
5. Lenkvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Spindelmutter (200) ein Innengewinde (205) aufweist, dessen Länge innerhalb eines Toleranzbereichs einer Länge der Zahnstangenstruktur (140) entspricht.
6. Fahrzeug (500) mit einer Lenkvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Verfahren (300) zum Betreiben einer Lenkvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (300) den folgenden Schritt aufweist: Ansteuern (305) eines Servoantriebs (115), um die Lenkstange (110) unter Verwendung der Zahnstangenstruktur (140) zu bewegen.
8. Steuergerät (400), das eingerichtet ist, um den Schritt (305) des Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in einer entsprechenden Einheit (405) auszuführen und/oder anzusteuern.
9. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5299649A (en) * 1991-07-24 1994-04-05 Koyo Seiko Co., Ltd. Steering device and speed reduction device
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