BE1031011B1 - Lenksystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkhandhabe, einen mit der Lenkhandhabe gekuppelten elektrischen Feedback-Motor (2), der ausgebildet ist zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Feedback-Moments, und der an eine elektrische Steuereinheit (5) angeschlossen und von dieser ansteuerbar ist. Um einen erhöhten Bedienungskomfort im Ruhezustand des Fahrzeugs mit geringerem Aufwand zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass mit der Lenkhandhabe eine elektrische Bremseinrichtung (7) gekuppelt ist, die ausgebildet ist zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Bremsmoments, und dass der Feedback-Motor (2) in einen Generatorbetrieb bringbar ist, in dem er bei einer Betätigung der Lenkhandhabe einen Generatorstrom erzeugt, durch den die Bremseinrichtung (7) ansteuerbar ist.
Description
t BE2022/5895
Lenksystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine um eine Längs- achse drehbar gelagerte Lenkhandhabe, einen mit der Lenkhandhabe gekuppelten elektrischen
Feedback-Motor, der ausgebildet ist zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden
Feedback-Moments, und der an eine elektrische Steuereinheit angeschlossen und von dieser ansteuerbar ist, wobei mit der Lenkhandhabe eine elektrische Bremseinrichtung gekuppelt ist, die ausgebildet ist zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Bremsmoments, und dass der Feedback-Motor in einen Generatorbetrieb bringbar ist, in dem er bei einer Betätigung der Lenkhandhabe einen Generatorstrom erzeugt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Lenksystems.
Steer-by-Wire-Lenksysteme für Kraftfahrzeuge können manuelle Lenkbefehle des Fahrers wie konventionelle mechanische Lenkungen durch Drehung einer Lenkhandhabe, beispielsweise eines Lenkrades, entgegennehmen, welches am fahrerseitigen, hinteren Ende einer drehbar in der Lenksäule gelagerten Lenkspindel angebracht ist. Die Lenkhandhabe ist jedoch nicht wie bei einem konventionellen Lenksystem mechanisch über eine Lenkwelle und ein Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden, sondern wirkt mit Drehwinkel- bzw. Drehmoments- ensoren zusammen, die den eingebrachten Lenkbefehl erfassen und daraus ein elektrisches
Steuersignal erzeugen, und an einen elektromotorischen Lenksteller abgeben, der mittels eines elektrischen Stellantriebs einen dem Lenkbefehl entsprechenden Lenkeinschlag der Räder ein- stellt.
Durch die fehlende mechanische Kopplung erhält der Fahrer bei Steer-by-Wire-Systemen von den gelenkten Rädern keine unmittelbare physische Rückmeldung über den Lenkstrang, wel- che bei konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen als Reaktions- bzw. Rückstellmo- ment in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem ak- tuellen Lenkwinkel und weiterer Betriebszustände auf die Lenkhandhabe zurück übertragen wird.
Zur Erzeugung eines realistischen Fahrgefühls ist es im Stand der Technik bekannt, aus einer tatsächlichen momentanen Fahrsituation Parameter wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel,
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Lenkungs-Reaktionsmoment und dergleichen zu erfassen oder in einer Simulation zu berech- nen, und aus diesen ein Rückkopplungs-Signal zu bilden, welches in einen Feedback-Aktuator eingespeist wird. Der Feedback-Aktuator weist einen elektrischen Feedback-Motor auf, der ab- hängig vom Rückkopplungs-Signal ein dem realen Reaktionsmoment entsprechendes Rück- stellmoment oder Feedback-Moment in die Lenkhandhabe einkoppelt. Dadurch kann der Ein- druck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung erzeugt werden, was eine intuitive Reaktion erleichtert. Der Feedback-Motor kann eine mit der Lenkhandhabe ver- bundene, in der Lenksäule drehbar gelagerte Lenkwelle antreiben.
Bei einer konventionellen Lenkung wird die Lenkhandhabe beim Stillstand des Fahrzeugs durch die Haftreibung zwischen den gelenkten Rädern und der Fahrbahn in seiner Verstellposition ge- halten und gestützt, so dass sich eine Person beim Ein- und Aussteigen am Lenkrad abstützen und festhalten kann. Wenn der Feedback-Motor im Ruhezustand des Fahrzeugs abgeschaltet ist, liegt kein aktives Feedback-Moment an, und die Lenkhandhabe ist im Prinzip frei drehbar.
Dadurch kann das Problem auftreten, dass beim Versuch einer Person, sich wie gewohnt abzu- stützen oder festzuhalten, sich die Lenkhandhabe leicht wegdreht und keinen Halt bietet, was als unkomfortabel empfunden werden kann. Um den von konventionellen Lenkungen gewohn- ten Komfort dennoch zu ermöglichen, kann eine zusätzliche Bremsung oder Verriegelung der
Lenksäule durch eine elektrische Bremseinrichtung oder ein elektromechanisches Lenkrad- schloss vorgesehen sein, wodurch im Ruhezustand ein Bremsmoment auf die Lenkwelle aus- geübt werden kann. Derartige Anordnungen, die beispielsweise in der EP 3 106 356 A1 be- schrieben sind, erfordern jedoch zusätzlichen Aufwand. Außerdem ist zur Aktivierung der be- kannten elektrischen Bremsenrichtungen eine elektrische Stromversorgung erforderlich.
Eine Lenksäule der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 10 2019 101 811 A1, der DE 100 51 187 A1, oder der DE 10 2017 201 207 A1 bekannt.
Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Er- findung, einen erhöhten Bedienungskomfort im Ruhezustand des Fahrzeugs mit geringerem
Aufwand zu ermöglichen.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Lenksystem mit den Merkmalen des An- spruchs 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
9 BE2022/5895
Bei einem Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine um eine Längsachse drehbar ge- lagerte Lenkhandhabe, einen mit der Lenkhandhabe gekuppelten elektrischen Feedback-Motor, der ausgebildet ist zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Feedback-Moments, und der an eine elektrische Steuereinheit angeschlossen und von dieser ansteuerbar ist, wobei mit der Lenkhandhabe eine elektrische Bremseinrichtung gekuppelt ist, die ausgebildet ist zur
Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Bremsmoments, und wobei der Feedback-
Motor in einen Generatorbetrieb bringbar ist, in dem er bei einer Betätigung der Lenkhandhabe einen Generatorstrom erzeugt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bremseinrichtung durch den Generatorstrom ansteuerbar ist, um die Drehung der Lenkhandhabe zu blockieren.
Im normalen Fahrbetrieb befindet sich der Feedback-Motor in einem Aktuatorbetrieb, bei dem er von der Steuereinheit über seine Versorgungsleitungen mit elektrischem Strom beaufschlagt wird und entsprechend ein aktives Feedback-Moment erzeugt und an die Lenkhandhabe abgibt.
Im Ruhezustand wird der Feedback-Motor abgeschaltet, d.h. von der Stromversorgung ge- trennt, so dass er kein aktives Feedback-Moment erzeugt.
Gemäß der Erfindung kann der Feedback-Motor aus dem Aktiv-Betriebsmodus im Aktuatorbe- trieb in einen Generatorbetrieb umgeschaltet werden, in dem er von der Steuereinheit nicht mehr mit Strom versorgt wird und kein Feedbackmoment mehr erzeugen kann, so dass ein
Passiv-Betriebsmodus realisiert ist.
Als Feedback-Motor wird bevorzugt ein elektrischer Motortyp eingesetzt, der mit geringem Auf- wand durch mechanisch angetriebene Drehung der Motorwelle zur Stromerzeugung betrieben werden kann, beispielsweise ein permanenterregter DC- oder Dreiphasenmotor. Im erfindungs- gemäßen Generatorbetrieb wird dieser als Generator betrieben, beispielsweise als permanent- erregter Dreiphasen-Generator. Dadurch erzeugt er aus einem mechanisch in die Lenkhand- habe manuell eingegebenen Drehmoment, einem sogenannten Handmoment, in seinen Versor- gungsleitungen einen elektrischen Strom, nämlich den Generatorstrom.
Der Generatorstrom wird beispielsweise durch Ausübung eines Drehmoments auf das Lenkrad erzeugt, wenn sich eine Person beim Ein- oder Aussteigen am Lenkrad festhält.
Gemäß der Erfindung ist eine elektrische Bremseinrichtung vorgesehen, die bei einer Beauf- schlagung mit elektrischem Strom ein Bremsmoment auf die Lenkhandhabe ausübt, welches so
* BE2022/5895 groß ist, dass die Drehung der Lenkhandhabe gegen ein üblicherweise auftretendes Handmo- ment blockiert ist. Der von dem Feedback-Motor im Generatorbetrieb erzeugte Generatorstrom wird erfindungsgemäß zur Aktivierung dieser Bremseinrichtung genutzt. Durch das Zusammen- wirken des Feedback-Motors im Generatorbetrieb mit der elektrischen Bremseinrichtung kann in vorteilhafter Weise eine Art Selbsthemmung der Lenkhandhabe realisiert werden, die ohne externe Energieversorgung aktiviert werden kann. Dadurch kann ein Wegdrehen des Lenkrads wirksam verhindert werden, wenn ein Abstützen oder Festhalten beim Ein- oder Aussteigen er- folgt. Entsprechend wird der Fahr- und Bedienungskomfort erhöht.
Dadurch, dass der ohnehin vorhandene Feedback-Motor zur Erzeugung der Energie genutzt werden kann, die zur Betätigung der Bremsung oder Blockierung der Lenkhandhabe erforder- lich ist, kann die Erfindung mit geringem Aufwand realisiert werden. Darüber hinaus ist es vor- teilhaft, dass die Bremswirkung ohne externe Energiezufuhr realisiert werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Bremseinrichtung ausgestaltet, um die Drehung der Lenkhandhabe zu blockieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Bremsmoment größer ist als ein übli- cherweise auf die Lenkhandhabe ausgeübtes Handmoment.
Es kann vorgesehen sein, dass die Bremseinrichtung an die elektrische Steuereinheit ange- schlossen und von dieser ansteuerbar ist. Die Steuereinheit steuert im normalen Fahrbetrieb den Aktuatorbetrieb des Feedback-Motors, wobei dieser über seine Versorgungsleitungen defi- niert mit Strom beaufschlagt wird, um ein entsprechendes Feedback-Moment zu erzeugen.
Wird das Fahrzeug in den Ruhezustand versetzt, kann die Steuereinheit des Feedback-Motor stromlos schalten, bevorzugt durch Trennung von der Stromversorgung durch das Fahrzeug-
Bordnetz. Die Steuereinheit kann den Feedback-Motor aus dem Aktuatorbetrieb in den Genera- torbetrieb umschalten, und für eine elektrische Verbindung zur Ansteuerung der Bremseinrich- tung sorgen.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Feedback-Motor direkt mit der Bremseinrichtung verbindbar ist. Dabei kann der Feedback-Motor im Generatorbetrieb über seine Versorgungsleitungen elektrisch derart mit der Bremseinrichtung verbunden sein, dass allein durch Einspeisung des
Generatorstroms in die Bremseinrichtung eine ausreichende Bremswirkung ohne extern zuge- führte elektrische Energie ermöglicht wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine autonome
Selbsthemmung der Lenkhandhabe realisiert, die unabhängig von einer externen Stromversor- gung ist.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein elektrischer Energiespeicher mit der Brems- einrichtung verbindbar ist. Ein elektrischer Energiespeicher kann beispielsweise einen Akkumu- lator, Kondensator oder dergleichen aufweisen, der im normalen Fahrbetrieb, d.h. im Aktuator- betrieb aufgeladen werden kann. Im Generatorbetrieb kann der Energiespeicher über eine ent- sprechende Steuerung, die bevorzugt in die Steuereinheit integriert sein kann, durch einen von dem Feedback-Motor abgegebenen elektrischen Impuls mit der Bremseinrichtung verbunden werden und diese aktivieren. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass ohne einen nennenswer- ten Generatorstrom eine quasi stromlose Aktivierung der Bremseinrichtung erfolgen kann, so dass eine Bremsung oder Blockierung ohne wesentliche Drehung der Lenkhandhabe realisier- bar ist.
Eine vorteilhafte Ausführung ist, dass die Bremseinrichtung einen magneto-rheologischen
Dämpfer aufweist. Dieser Dämpfer, der gleichbedeutend auch als Magnetdämpfer bezeichnet wird, weist ein mit einem magneto-rheologischen Fluid gefülltes Dämpfergehäuse auf, in dem ein mit der Lenkhandhabe gekuppelter Rotor angeordnet ist. Mittels eines an eine Steuereinheit angeschlossenen elektrischen Magnetfeldgenerators kann fahrsituationsabhängig ein das
Dämpfergehäuse durchsetzendes Magnetfeld erzeugt werden, welches eine Erhöhung der Vis- kosität des magneto-rheologischen Fluids bewirkt, wodurch die Drehung des Rotors relativ zum
Dämpfergehäuse gebremst oder blockiert wird. Das hat den Vorteil, dass für die Erzeugung des
Bremsmoments keine mechanischen Teile bewegt werden müssen, und praktisch kein Ver- schleiß auftritt. Außerdem ist für die Aktivierung des Magnetdämpfers eine relativ geringe Ener- gie erforderlich, so dass bereits der Generatorstrom zur Blockierung ausreichen kann.
Es ist möglich, dass der Dämpfer ein Dämpfergehäuse aufweist, in dem ein mit der Lenkhand- habe verbundener Rotor drehbar angeordnet ist und in dem ein fließfähiges, magnetisierbare
Partikel aufweisendes Magnetmedium eingeschlossen ist, wobei der Dämpfer einen Magnet- feldgenerator aufweist, der ansteuerbar ist zur Erzeugung eines Magnetfelds in dem Dämpfer- gehäuse.
Zur praktischen Realisierung ist es möglich, dass das Lenksystem eine Lenksäule aufweist, die eine relativ zu einer Trageinheit um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkwelle aufweist, die mit einem Dämpfer zusammenwirkt, der ein an der Trageinheit festgelegtes Dämpfergehäuse aufweist, in dem ein mit der Lenkwelle verbundener Rotor drehbar angeordnet ist und in dem ein fließfähiges, magnetisierbare Partikel aufweisendes Magnetmedium eingeschlossen ist, wo- beider Dämpfer einen Magnetfeldgenerator aufweist, der ansteuerbar ist zur Erzeugung eines
Magnetfelds in dem Dämpfergehäuse.
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Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Magnetmedium ein trockenes Pulver ist. Dabei wird das Magnetmedium durch ein trockenes Pulver gebildet, welches gleichbedeutend als
Magnetpulver bezeichnet wird, welches gebildet durch magnetische oder magnetisierbare Parti- kel oder Körner, die Magnetpartikel darstellen. Das Magnetmedium weist keine flüssige Kompo- nente auf. Mit anderen Worten weist es keine Trägerflüssigkeit auf. Darin besteht ein wesentli- cher Unterschied zum Stand der Technik, bei dem das Magnetmedium in einer Trägerflüssigkeit suspendierte Magnetpartikel aufweist. Die aus Feststoff gebildeten Partikel sind als schûtt- bzw. fleBfähiges, innomogenes Feststoff-Gas-Gemenge in dem Innenraum des Dämpfergehäuses zwischen dem Rotor und der Innenwandung des Dämpfergehäuses angeordnet, wobei das Gas die atmosphärische Luft sein kann.
Ein Vorteil ist, dass im Magnetmedium keine flüssige Phase vorhanden ist, so dass die allge- mein als problematisch angesehene Verwendung von Flüssigkeit im Kraftfahrzeug vermieden werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Abdichtung der drehbar aus dem Dämpferge- häuse herausgeführten Rotorwelle, beispielsweise die Lenkwelle, lediglich partikel- oder pulver- dicht ausgestaltet sein muss, um das Magnetmedium sicher im Innenraum des Dämpfergehäu- ses zurückzuhalten. Dadurch kann die Dichtanordnung einfacher gestaltet sein als eine flüssig- keitsdichte Dichtung. Dadurch wird ein einfacherer Aufbau ermöglicht. Zudem kann dadurch eine höhere Betriebssicherheit erreicht werden, dass eine Degradation durch einen eventuellen
Austritt von Trägerflüssigkeit praktisch vermieden werden kann.
Durch den erfindungsgemäßen Wegfall der Trägerflüssigkeit wird zudem die im Stand der
Technik nachteilige Temperaturabhängigkeit der Dämpfungswirkung beseitigt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Dämpfungswirkung im Wesentlichen unabhängig oder zumin- dest weniger stark abhängig von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors ist.
Das Dämpfergehäuse weist als Innenraum eine geschlossene Kammer auf, in welcher der Ro- tor drehbar angeordnet ist, wobei das Pulver zwischen dem Rotor und der Innenwandung ein- geschlossen ist. Der Füllgrad ist so gewählt, dass ohne ein zur Aktivierung der Dämpfung ange- legtes, den Innenraum durchsetzendes Magnetfeld die Partikel relativ zueinander bewegbar sind.
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Zur Erzeugung eines Brems- oder Dämpfungsmoments wird durch den Magnetfeldgenerator, der bevorzugt eine elektrisch bestrombare Magnetspulenanordnung aufweist, ein den Innen- raum des Dämpfergehäuses durchsetzendes Magnetfeld erzeugt. Dieses bewirkt, dass abhän- gig von der Stärke des erzeugten magnetischen Flusses die Partikel magnetisch zusammenhaf- ten, was eine Erhöhung der Reibungskraft zwischen Rotor und Dämpfergehäuse bewirkt, um ein manuell in die Lenkwelle eingegebenes Lenkmoment abzubremsen. Auf diese Weise kann die Dämpfungswirkung durch Steuerung des Magnetfelds betriebssituationsabhängig eingestellt werden, wie dies bei magneto-rheologischen Dämpfern im Prinzip bekannt ist.
Die Trageinheit ist ausgebildet, um an der Fahrzeugkarosserie festgelegt zu werden, und weist entsprechend geeignete Befestigungsmittel auf, beispielsweise Befestigungsbohrungen oder dergleichen. Das Dämpfergehäuse kann direkt oder mittelbar an der Trageinheit fixiert sein, bei- spielsweise an einer von der Trageinheit gehaltenen Manteleinheit, in der die Lenkwelle drehbar gelagert ist. Es kann allgemein auch ein von der Trageinheit gehaltenes Lenksäulengehäuse vorgesehen sein.
Es ist vorteilhaft, dass die Partikel ferromagnetisch ausgebildet sind. Dies kann dadurch reali- siert werden, dass sie ein eisenhaltiges Material aufweisen, beispielsweise Ferrit oder derglei- chen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Partikel ein Metall aufweisen. Dies kann beispielsweise ein ferromagnetisches Metall wie Eisen, Kobalt oder Nickel sein, oder eine ferromagnetische Legie- rung.
Es kann vorgesehen sein, dass die Partikel einen Kunststoff aufweisen. Als Kunststoff kann ein
Polymermaterial eingesetzt werde, beispielsweise ein thermoplastisches Polymer. Ein Vorteil dabei ist, dass die Reibung zwischen Kunststoffoberflächen ohne zusätzliche Schmiermittel ge- ring ausgestaltet sein kann, und entsprechend die Reibung zwischen den Partikeln verringert werden kann. Es ist möglich, dass ein magnetisches Material, beispielsweise metallische Parti- kel, in der Polymermatrix verteilt eingebettet sind, so dass eine Art magnetischer Kunststoff ge- bildet wird. Alternativ kann ein Kunststoff eine Art Umhüllung oder Beschichtung der Partikel bil- den.
Eine vorteilhafte Ausführung kann vorsehen, dass die Partikel einen Kern aus einem Kernmate- rial aufweisen, der eine Beschichtung aus einem zum Kernmaterial unterschiedlichen Beschich- tungsmaterial aufweist. Beispielsweise kann ein Kern aus metallischem Material mit einer
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Kunststoffbeschichtung beschichtet sein. Ein Vorteil ist, dass die magnetischen Eigenschaften des Kerns unabhängig von dem Beschichtungsmaterial vorgegeben werden können, welches beispielsweise bezüglich guter Gleiteigenschaften optimiert sein kann.
Esist mit Vorteil möglich, dass die Partikel reibungsmindernd ausgestaltet sind. Dadurch, dass die Partikel eine reibungsarme Oberfläche aufweisen, beispielsweise durch eine physische und/oder chemische Oberflächenstrukturierung, und/oder eine reibungsmindernde Beschich- tung oder dergleichen, kann die Fließfähigkeit des Pulvers optimiert werden. Dies kommt einem großen Dämpfungsbereich zugute. Beispielsweise kann eine Beschichtung einen gut gleitfähi- gen Kunststoff wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder dergleichen vorgesehen sein, oder eine
Hartstoff- oder Graphitbeschichtung, eine Oberflächenmodifikation oder dergleichen.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Pulver Partikel mit einer definierten Partikelgrößen- verteilung aufweist. Dadurch, dass die Partikel als Körner mit einer definierten Partikelgröße und Korngrößenverteilung gemäß einer definierten Sieblinie ausgebildet sind, kann in vorteilhaf- ter Weise das FlieBverhalten und die Packungsdichte des Pulvers vorgegeben werden. Auf diese Weise kann eine Optimierung des Dämpfungsverhaltens realisiert werden.
Es ist vorteilhaft, dass der Rotor an einer Rotorwelle angebracht ist, die durch mindestens eine pulverdicht ausgestaltete Drehdurchführung durch das Dämpfergehäuse drehbar durchgeführt ist. Die Drehdurchführung bildet ein Lager in der Wandung des Dämpfergehäuses, durch das die Rotorwelle drehbar aus dem Innenraum des Dämpfergehäuses nach außen geführt ist, wo sie direkt oder mittelbar mit der Lenkwelle gekuppelt ist.
Die vorgenannte Ausführung kann dadurch realisiert sein, dass die Drehdurchführung einen La- gerspalt aufweist, der kleiner ist die kleinsten Partikel des Pulvers. Der Lagerspalt zwischen Ro- torwelle und Wandung des Dämpfergehäuses, die den Innenraum umschließt, muss bei der Er- findung nur partikeldicht, aber nicht wie im Stand der Technik flüssigkeitsdicht sein. Dies ermög- licht eine vereinfachte Bauweise.
Es ist möglich, dass der Rotor auf der Lenkwelle fixiert ist. Dabei kann die Rotorwelle durch ei- nen Abschnitt der Lenkwelle gebildet sein, auf dem in dem Dämpfergehäuse der Rotor fixiert ist.
Das Dämpfergehäuse kann die Lenkwelle koaxial zur Längsachse der Lenkwelle umschlieBen.
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Eine mögliche Ausführungsform ist, dass der Drehdämpfer an einer Manteleinheit fixiert ist, die von der Trageinheit gehalten ist. Die Manteleinheit kann beispielsweise einen von der Tragein- heit gehaltenen Führungskasten, ein Mantelrohr oder dergleichen aufweisen. Darin ist die Lenk- welle drehbar gelagert.
Der den Rotor und der diesen umschlieBende Innenraum des Dämpfergehäuses können rotati- onssymmetrisch ausgebildet sein, beispielsweise zylindrisch, bevorzugt koaxial zur Rotations- bzw. Längsachse. Es ist ebenfalls möglich, dass der Rotor asymmetrisch angeordnet oder aus- gebildet ist, beispielsweise einen oder mehrere radial abstehende Flügel oder dergleichen auf- weisend.
Bevorzugt kann die Manteleinheit relativ zur Trageinheit verstellbar sein. An dem bezüglich der
Fahrtrichtung hinteren, der Fahrerposition zugewandten Endbereich, kann an der Lenkwelle eine Lenkhandhabe zur manuellen Lenkeingabe fixiert sein, beispielsweise ein Lenkrad.
Dadurch, dass die Manteleinheit in Längsrichtung der Längsachse und/oder quer dazu in Hö- henrichtung relativ zur Trageinheit verstellbar und lösbar fixierbar ist, kann eine Längs- und/o- der Höhenverstellung der Lenkradposition zur Anpassung an die Fahrerposition erfolgen.
Es ist vorteilhaft, dass das Lenksystem als Steer-by-Wire-Lenksystem ausgebildet ist. In einer
Steer-by-Wire-Lenksäule weist die Lenkhandhabe keine mechanische Verbindung mit den zu lenkenden Rädern auf. Eine manuelle Lenkeingabe wird mittels elektrischer Drehsensoren er- fasst, die Drehwinkel- und/oder Drehmomentsensoren umfassen können, die über eine elektri- sche Steuereinheit elektrische Lenkaktuatoren zur Erzeugung eines Lenkeinschlags der zu len- kenden Räder ansteuern.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems, umfassend eine um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkhandhabe, einen mit der Lenkhandhabe gekuppel- ten elektrischen Feedback-Motor, der in einen Aktuatorbetrieb angesteuert wird zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Feedback-Moments, und eine mit der Lenkhandhabe gekuppelte elektrische Bremseinrichtung, die ausgebildet ist zur Erzeugung eines auf die Lenk- handhabe wirkenden Bremsmoments, wobei der Feedback-Motor und die Bremseinrichtung an eine elektrische Steuereinheit angeschlossen und von dieser ansteuerbar sind, wobei der Feed- back-Motor aus dem Aktuatorbetrieb in einen Generatorbetrieb umgeschaltet wird, in dem er ei- nen Generatorstrom erzeugt, der erfindungsgemäß die Bremseinrichtung zur Erzeugung eines
Bremsmoments ansteuert, um die Drehung der Lenkhandhabe zu blockieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ausdrücklich sämtliche Merkmale aufweisen, die voran- gehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem ausdrücklich oder implizit genannt sind.
Die Vorteile eines geringen Aufwands und eines zuverlässigen Betriebs ergeben sich aus der
Nutzung des Feedback-Motors als Generator, der die Bremseinrichtung passiv ansteuern kann, d.h. insbesondere in einem abgeschalteten Ruhezustand, in dem der Feedback-Motor nicht mit einer externen Stromversorgung verbunden ist.
Wie oben beschrieben, kann der Generatorstrom direkt in die Bremseinrichtung geleitet werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Generatorstrom einen Energiespeicher an- steuert, um elektrischen Strom zur Ansteuerung der Bremseinrichtung abzugeben.
Besonders vorteilhaft ist es, das die Bremseinrichtung einen magento-rheologischen Dämpfer aufweist. Bevorzugt kann das Magnetmedium ein trockenes Pulver sein.
Beschreibung der Zeichnungen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigt
Figur 1 eine schematische Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen Lenksystems.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch die funktionalen Elemente eines erfindungsgemäßen Lenksystems 1.
Das Lenksystem 1 weist einen elektrischen Feedback-Motor 2 auf, beispielsweise einen perma- nenterregten 3-Phasen-Motor. Dessen Motorwelle ist mit einer nicht dargestellten Lenkhand- habe gekuppelt, beispielsweise über eine drehbar gelagerte Lenkspindel mit einem Lenkrad.
Der Feedback-Motor 2 ist über Versorgungsleitungen 21 mit einer Schalteinheit 3 verbunden.
Die Schalteinheit 3 ist an das elektrische Kraftfahrzeug-Bordnetz 4 angeschlossen.
Eine Steuereinheit 5, beispielsweise eine Mikrocontroller-Steuerung, kann die Schalteinheit 4 über eine Treiberstufe 6 ansteuern. Die Steuereinheit 5 und die Treiberstufe 6 sind an das
Bordnetz 4 angeschlossen.
Eine Bremseinrichtung umfasst einen magneto-rheologischen Dämpfer 7, der an einen Brems-
Treiber 71 angeschlossen ist. Dieser ist über Versorgungsleitungen 72 mit der Schalteinheit 4 verbunden.
Der Dämpfer 7 ist wie der Feedback-Motor 2 mit der Lenkhandhabe gekuppelt. Durch Beauf- schlagung mit Strom über die Versorgungsleitungen 72 kann der Dämpfer 7 aktiviert werden, um die Drehung der Lenkhandhabe zu blockieren.
Über eine optionale Steuerleitung 73 kann der Brems-Treiber 71 an die Steuereinheit 5 ange- schlossen sein.
Im normalen Aktuatorbetrieb steuert die Steuereinheit 5 über die Treiberstufe 6 und die Schalt- einheit 3 den Feedback-Motor 2 aktiv an, so dass dieser ein Feedback-Moment an die Lenk- handhabe abgibt.
Im Ruhezustand kann das Bordnetz 4 abgeschaltet sein, so dass keine externe Stromversor- gung der Steuereinheit 5, der Treiberstufe 6 und der Schalteinheit 3 erfolgt.
Der Schaltzustand der Schalteinheit 3 im Ruhezustand ist anhand der Pfeile an den Versor- gungsleitungen 21 und den Versorgungsleitungen 72 angedeutet. Dabei ist der vom Bordnetz 4 getrennte Feedback-Motor 2 im Generatorbetrieb geschaltet.
Im Generatorbetrieb erzeugt der Feedback-Motor 2 bei einer Drehung der Lenkhandhabe einen
Generatorstrom, der über die Versorgungsleitungen 21 in Pfeilrichtung in die Schalteinheit 3 ge- leitet wird, und von dort über die Versorgungsleitungen 72 und den Brems-Treiber 71 zum
Dämpfer 7. Dadurch wird dieser aktiviert und übt ein Bremsmoment auf die Lenkhandhabe aus, die entsprechend blockiert wird. Dadurch kann sich eine Person beim Ein- und Aussteigen be- quem an der Lenkhandhabe abstützen oder festhalten, ohne dass diese ausweicht oder sich wegdreht.
Bezugszeichenliste 1 Lenksystem 2 Feedback-Motor 21 Versorgungsleitungen
3 Schalteinheit 4 Bordnetz 5 Steuereinheit 6 Treiberstufe
7 Dämpfer 71 Brems-Treiber 72 Versorgungsleitungen 73 Steuerleitung
Claims (10)
1. Lenksystem (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine um eine Längsachse drehbar ge- lagerte Lenkhandhabe, einen mit der Lenkhandhabe gekuppelten elektrischen Feed- back-Motor (2), der ausgebildet ist zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirken- den Feedback-Moments, und der an eine elektrische Steuereinheit (5) angeschlossen und von dieser ansteuerbar ist, wobei mit der Lenkhandhabe eine elektrische Bremseinrichtung (7) gekuppelt ist, die ausgebildet ist zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Bremsmoments, und wobei der Feedback-Motor (2) in einen Generatorbetrieb bringbar ist, in dem er bei einer Betätigung der Lenkhandhabe einen Generatorstrom erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (7) durch den Generatorstrom ansteuerbar ist, und die Brem- seinrichtung (7) ausgestaltet ist, um die Drehung der Lenkhandhabe zu blockieren.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (7) an die elektrische Steuereinheit (5) angeschlossen und von dieser ansteuerbar ist.
3. Lenksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feedback-Motor (2) direkt mit der Bremseinrichtung (7) verbindbar ist.
4. Lenksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Energiespeicher mit der Bremseinrichtung (7) verbindbar ist.
5. Lenksäule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (7) einen magneto-rheologischen Dämpfer (7) aufweist.
6. Lenksäule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer (7) ein Dämpfergehäuse aufweist, in dem ein mit der Lenkhandhabe verbundener Rotor dreh- bar angeordnet ist und in dem ein fließfähiges, magnetisierbare Partikel aufweisendes Magnetmedium eingeschlossen ist, wobei der Dämpfer (7) einen Magnetfeldgenerator aufweist, der ansteuerbar ist zur Erzeugung eines Magnetfelds in dem Dämpfergehäuse.
7. Lenksäule nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mag- netmedium ein trockenes Pulver ist.
8. Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems (1), umfassend eine um eine Längsachse drehbar gelagerte Lenkhandhabe, einen mit der Lenkhandhabe gekuppelten elektri- schen Feedback-Motor (2), der in einen Aktuatorbetrieb angesteuert wird zur Erzeugung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Feedback-Moments, und eine mit der Lenk- handhabe gekuppelte elektrische Bremseinrichtung (7), die ausgebildet ist zur Erzeu- gung eines auf die Lenkhandhabe wirkenden Bremsmoments, wobei der Feedback-Mo- tor (2) und die Bremseinrichtung (7) an eine elektrische Steuereinheit (5) angeschlossen und von dieser ansteuerbar sind, wobei der Feedback-Motor (2) aus dem Aktuatorbetrieb in einen Generatorbetrieb um- geschaltet wird, in dem er einen erzeugt, gekennzeichnet dadurch, dass der Generatorstrom die Bremseinrichtung (7) zur Erzeugung eines Bremsmoments ansteuert, um die Drehung der Lenkhandhabe zu blockieren.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Generatorstrom direkt in die Bremseinrichtung (7) geleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Generatorstrom einen Energiespeicher ansteuert, um elektrischen Strom zur Ansteuerung der Bremsein- richtung (7) abzugeben.
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