DE102010048684B4

DE102010048684B4 - Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102010048684B4
Application number: DE102010048684.1A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-10-16
Filing date: 2010-10-16
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2030-10-17
Also published as: DE102010048684A1

Abstract

Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung, umfassend:- ein erstes Eingriffselement (16), das an einer stationären Komponente der Fahrzeuglenkung angeordnet ist,- ein zweites Eingriffselement (17), das an einer durch eine Servoeinrichtung angetriebenen Komponente der Lenkung angeordnet ist, und- einen Aktuator (15) zur axialen Verlagerung des ersten Eingriffselements (16) relativ zu dem zweiten Eingriffselement (17) zwischen einer ersten Stellung, in der die Eingriffselemente (16, 17) außer Eingriff sind und einer zweiten Stellung, in der die Eingriffselemente (16, 17) miteinander in Eingriff stehen und die Lenkung verriegeln, dadurch gekennzeichnet, dass- der Aktuator (15) mindestens einen Dauermagneten (15b) zur Definition von zwei gegenüberliegenden Endlagen für das erste Eingriffselement (16) aufweist, um das erste Eingriffselement (16) durch die Magnetkraft in der ersten bzw. zweiten Stellung zu halten, wobei die Endlagen einen Bewegungshub (s) des ersten Eingriffselements (16) definieren,- der Aktuator (15) Mittel (15a) zur Beaufschlagung des ersten Eingriffselements (16) mit einer Axialkraft aufweist, welche größer ist, als die Magnetkraft des mindestens einen Dauermagneten (15b) in den Endlagen, und- während einer Bewegung des ersten Eingriffselements (16) aus der ersten Stellung bis zu einem ersten Ineingriffkommen der Eingriffselemente (16, 17) die auf das erste Eingriffselement (16) einwirkende resultierende Magnetkraft des mindestens einen Dauermagneten (15b) in Richtung der Endlage weist, welche der ersten Stellung entspricht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung, umfassend ein erstes Eingriffselement, das an einer stationären Komponente der Fahrzeuglenkung angeordnet ist, ein zweites Eingriffselement, das an einer durch eine Servoeinrichtung angetriebenen Komponente der Lenkung angeordnet ist, und einen Aktuator zur axialen Verlagerung des ersten Eingriffselements relativ zu dem zweiten Eingriffselement zwischen einer ersten Stellung, in der die Eingriffselemente außer Eingriff sind und einer zweiten Stellung, in der die Eingriffselemente miteinander in Eingriff stehen und die Lenkung verriegeln.
Aufgrund gesetzlicher Vorschriften müssen Kraftfahrzeuge in der Europäischen Union mit einer Sicherungseinrichtung gegen eine unbefugte Benutzung ausgestattet sein. In scharf geschalteter Stellung muss die Lenkung ohne eine die Sicherheit gefährdende Beschädigung unter statischen Bedingungen einem bestimmten Drehmoment um die Lenkwellenachse in beiden Richtungen standhalten können oder mit einem Mechanismus ausgestattet sein, der ein Nachgeben oder Abrutschen ermöglicht, so dass das System entweder kontinuierlich oder mit Unterbrechungen einem bestimmten Drehmoment standhält.
Aus dem Stand der Technik ist in diesem Zusammenhang eine Vielzahl mechanischer und elektronischer Systeme bekannt, mit denen eine Lenkung verriegelt werden kann.
Mechanische Lenkungsverriegelungen werden üblicherweise in ein Zündanlassschloss des Fahrzeugs integriert, welches im oberen Bereich einer Lenksäule angeordnet ist. Durch eine Drehung eines in das Zündanlassschloss eingesteckten, passenden Schlüssels wird die Lenkung entriegelt. Aus verschiedenen Gründen wird neuerdings angestrebt, das Zündanlassschloss von der Lenksäule wegzuverlagern, was jedoch eine mechanische Verriegelung der Lenksäule erschwert.
Bei Fahrzeugen, bei denen zur Inbetriebnahme kein mechanischer Schlüssel mehr erforderlich ist, das heißt zum Beispiel bei Fahrzeugen mit einem sogenannten Keyless-Go-System, kommt eine elektrische Sperrvorrichtung zur Lenkungsverriegelung zum Einsatz, bei der über einen elektrischen Aktuator eine bewegbare Komponente der Lenkung gegenüber einer stationären Komponente ver- und entriegelbar ist. In der DE 10 2006 056 042 A1 wird eine elektromechanische Lenkung beschrieben, bei der eine Sperrvorrichtung in einem Lenkgetriebegehäuse vorzugsweise zwischen einer Antriebswelle des Elektromotors und dem Lenkgetriebegehäuse angeordnet ist. Die Sperrvorrichtung ist so ausgelegt, dass diese im Fall einer Störung während des Fahrbetriebs eine offene, das heißt nicht verriegelte Stellung einnimmt.
Weiterhin ist aus der DE 103 92 909 T5 eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung der eingangs genannten Art bekannt, bei der der Elektromotor über ein Untersetzungsgetriebe in Form eines Schneckengetriebes an der Lenksäule angreift. Weiterhin wird in der DE 103 92 909 T5 ausgeführt, dass der Elektromotor und das Getriebe auch an einer anderen. Stelle der Lenkung angeordnet sein können. Die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung ist gemäß der DE 103 92 909 T5 zwischen dem Elektromotor und dem Schneckengetriebe angeordnet und entweder am Motor oder am Gehäuse des Schneckengetriebes befestigt. Sie umfasst insbesondere einen getriebeseitig an der Motorwelle angeordneten Kranz mit Eingriffsöffnungen, der mittels eines elektrisch betätigbaren Blockierungsglieds zum Verriegeln der Lenkung arretiert wird.
Weitere Verriegelungseinrichtungen sind aus DE 103 07 472 A1 , DE 602 01 242 T2 und DE 602 04 609 T2 bekannt.
Störungen der Verriegelungseinrichtung können die Fahrsicherheit gefährden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung zu schaffen, deren Verriegelungseinrichtung sich durch eine hohe Störungssicherheit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung umfasst ein erstes Eingriffselement, das an einer stationären Komponente der Fahrzeuglenkung angeordnet ist, ein zweites Eingriffselement, das an einer durch eine Servoeinrichtung angetriebenen Komponente der Lenkung angeordnet ist, und einen Aktuator zur axialen Verlagerung des ersten Eingriffselements relativ zu dem zweiten Eingriffselement zwischen einer ersten Stellung, in der die Eingriffselemente außer Eingriff sind und einer zweiten Stellung, in der die Eingriffselemente miteinander in Eingriff stehen und die Lenkung verriegeln. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der Aktuator mindestens einen Dauermagneten zur Definition von zwei gegenüberliegenden Endlagen für das erste Eingriffselement aufweist, um das erste Eingriffselement durch die Magnetkraft mindestens einen Dauermagneten in der ersten bzw. zweiten Stellung zu halten, wobei die Endlagen einen Bewegungshub des ersten Eingriffselements definieren. Ferner weist der Aktuator Mittel zur Beaufschlagung des ersten Eingriffselements mit einer Axialkraft aufweist, welche größer ist, als die Magnetkraft in den Endlagen. Dabei weist die auf das erste Eingriffselement einwirkende resultierende Magnetkraft des mindestens einen Dauermagneten während eines Bewegungshubs des ersten Eingriffselements aus der ersten Stellung bis zu einem ersten Ineingriffkommen der Eingriffselemente in Richtung der Endlage, welche der ersten Stellung entspricht.
Durch den mindestens einen Dauermagneten wird gewährleistet, dass das erste Eingriffselement im deaktivierten Zustand sicher in der einen oder anderen Endlage gehalten wird, um die Lenkung im freigegebenen Zustand oder verriegelten Zustand zu halten. Unkontrollierte Zwischenzustände der Verriegelungseinrichtung werden zuverlässig vermieden. Zwischen den einzelnen Zuständen kann durch Betätigung am Aktuator vorhandener Beaufschlagungsmittel hin und her geschaltet werden.
Kommt es während der Betätigung des Aktuators zu einer Störung, beispielsweise aufgrund eines nicht korrekt arbeitenden Fahrzeugbordnetzes, kann mit der erfindungsgemäßen Konfiguration verhindert werden, dass das erste Eingriffselement an dem zweiten Eingriffselement anliegt, ohne letztlich mit diesem in Eingriff zu gelangen. Bei einem Stromausfall wird das erste Eingriffselement in einer solchen Situation durch den mindestens einen Dauermagneten automatisch in eine der ersten Stellung entsprechenden Endlage zurückgezogen, da die in die entsprechende Richtung wirkende Magnetkraft überwiegt. Hierdurch wird das erste Eingriffselement selbsttätig in eine definierte Position verbracht, in der Störungen durch einen unkontrollierten Eingriff mit dem zweiten Eingriffselement ausgeschlossen sind.
Ist die in beiden Endlagen wirkende Magnetkraft gleich groß, wird der Bewegungshub des ersten Eingriffselements aus der der ersten Stellung entsprechenden Endlage bis zu einem ersten Ineingriffkommen der Eingriffselemente weniger als zur Hälfte ausgeschöpft ist. Solange die Mitte des Bewegungshubs noch nicht erreicht worden ist, fällt das erste Eingriffselement bei einer elektrischen Störung sofort in die erste Stellung zurück. Ist die Mitte bereits überschritten, fällt das erste Eingriffselement bei einer elektrischen Störung in die zweite, verriegelte Stellung.
Durch unterschiedlich starke Magnetkräfte in den Endlagen kann der Punkt, bei der die Richtung der selbsttätigen Rückstellwirkung von der einen Endlage zur anderen Endlage hin umschlägt, je nach Bedarf eingestellt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Eingriffselement als axial verlagerbarer Verriegelungsbolzen ausgebildet, der zur Verriegelung der Lenkung mit einer Ausnehmung des zweiten Eingriffselements in Eingriff bringbar ist. Ein solcher Verriegelungsbolzen kann als ohne Weiteres als Stößel oder Anker des Aktuators fungieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das zweite Eingriffselement an einer drehbaren Komponente der Lenkung angeordnet, wobei in Drehrichtung der drehbaren Komponente eine oder mehrere Ausnehmungen vorgesehen sind. Das zweite Eingriffselement kann in diesem Fall eine Scheibe oder ein Ring sein, wobei die Ausnehmung bzw. Ausnehmungen durch in Umfangsrichtung angeordnete, voneinander beabstandete Lochöffnungen und/oder Nuten gebildet werden. Ein solches Bauteil lässt sich platzsparend in einem Lenkgetriebe unterbringen. Dabei kann das zweite Eingriffselement entweder in ohnehin vorhandene, drehbare Komponenten der Lenkung integriert oder aber als separates Bauteil an einer solchen Komponente befestigt sein.
Es ist jedoch auch möglich, entsprechende Eingriffselemente an anderer Stelle anzuordnen, beispielsweise zwischen einem Lenkgetriebegehäuse und einer Lenk- bzw. Zahnstange, der Motorwelle oder einer Getriebewelle innerhalb des Lenkgetriebegehäuses.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist die Servoeinrichtung ein Elektromotor, das heißt die Fahrzeuglenkung ist als elektromechanische Lenkung ausgestaltet. Das zweite Eingriffselement wird in diesem Fall mit Vorteil an dem Elektromotor angeordnet, da dort bereits verhältnismäßig geringe Haltemomente ausreichen, um die Fahrzeuglenkung wirkungsvoll zu blockieren. Gleiches gilt selbstverständlich auch für die eingangsseitige Anordnung an einem Getriebe, welches zwischen dem Elektromotor und einer Lenk- bzw. Zahnstange der Lenkung angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Lenkungssteuergerät in einem Gehäuse angeordnet ist, das seinerseits an dem Elektromotor befestigt ist. Der Aktuator kann in diesem Fall mit Vorteil in dem Gehäuse des Lenkungssteuergeräts angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das erste Eingriffselement einen axial verlagerbaren Verriegelungsbolzen, der zur Verriegelung der Lenkung mit einer Ausnehmung des zweiten Eingriffselements in Eingriff bringbar ist, und das zweite Eingriffselement an einer quer zur Verlagerungsrichtung des Verriegelungsbolzens axial verlagerbaren Stange ausgebildet ist. Eine solche Konfiguration eignet sich beispielsweise zur Anordnung zwischen einem Lenkgetriebegehäuse als stationärer Komponente der Lenkung und einer Lenkstange als bewegbarer Komponente der Lenkung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung der Verriegelungsvorrichtung in der zweiten Stellung,
3 eine schematische Darstellung der Verriegelungsvorrichtung in der ersten Stellung,
4 eine erste Abwandlung der Verriegelungsvorrichtung,
5 eine zweite Abwandlung der Verriegelungsvorrichtung, und in
6 eine dritte Abwandlung der Verriegelungsvorrichtung.

Das erste Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung 1 eines Kraftfahrzeugs. Die Lenkung 1 umfasst ein Lenkgetriebegehäuse 2 und eine Lenkstange 3, die sich durch das Lenkgetriebegehäuse 2 erstreckt. An der Lenkstange 3 greift ein Lenkungsritzel an, um einen vom Fahrer an einer Lenkungshandhabe 4 aufgebrachten Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 5 zu übertragen. Weiterhin weist die Lenkung eine Servoeinrichtung in Form eines Elektromotors 6 zur Erzeugung einer Lenkunterstützung auf. Der Elektromotor 6 kann, wie dargestellt, achsparallel zur Lenkstange 3 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor 6 koaxial zur Lenkstange 3 oder an anderer Stelle, beispielsweise an einer Lenksäule 7, anzuordnen, welche die Lenkungshandhabe 4 mit dem Lenkungsritzel mechanisch verbindet.
Ist die Lenkung als steer-by-wire System ausgebildet, wird die Lenksäule 7 durch einen elektrischen Signalweg ersetzt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Antriebsmoment des Elektromotors 6 über ein Untersetzungsgetriebe 8 und einen Momentenwandler in Form eines Kugelgewindetriebs 9 als Axialkraft an der Lenkstange 3 zur Wirkung gebracht. Das Untersetzungsgetriebe 8 ist beispielhaft als Riementrieb ausgebildet, wobei eine erste Riemenscheibe an einer Motorwelle 10 des Elektromotors 6 und eine zweite Riemenscheibe an einer Kugelgewindemutter des Kugelgewindetriebs 9 angeordnet ist. Über den Kugelgewindetrieb 9 wird ein rotatorisches Antriebsmoment des Elektromotors 6 in eine translatorische Bewegungskomponente an der Lenkstange 3 übersetzt, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.
Zur Ansteuerung des Elektromotors 6 dient ein Lenkungssteuergerät 11, das ein Stellsignal für den Elektromotor 6 generiert und dazu unter anderem das vom Fahrer aufgebrachte Lenkmoment berücksichtigt. Dieses Lenkmoment kann beispielsweise mit einer Drehmomentmesseinheit 12 an der Lenksäule 7 gemessen werden, welche die Lenkungshandhabe 4 mechanisch mit der Lenkstange 3 koppelt. Zudem können dem Lenkungssteuergerät 11 weitere Fahrzeugparameter übermittelt werden, welche beispielsweise erlauben, einen Fahrzeugstillstand und den Einschaltzustand der Zündung zu berücksichtigen.
Das Lenkungssteuergerät 11 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel am Elektromotor 6 befestigt ist und neben der eigentlichen Steuerungslogik auch die zugehörige Leistungselektronik aufnimmt. Wie in 1 dargestellt, ist das Gehäuse 13 des Lenkungssteuergeräts 11 an einer dem Untersetzungsgetriebe 8 gegenüberliegenden Stirnseite des Elektromotors 6 angeflanscht und nach außen abgedichtet. Jedoch kann ein Lenkungssteuergerät 11 auch an anderer Stelle im Fahrzeug untergebracht sein.
Weiterhin umfasst die Lenkung 1 eine elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 14 mit einem ersten Eingriffselement 16, das an einer stationären Komponente der Fahrzeuglenkung, vorliegend dem Gehäuse 13 des Lenkungssteuergeräts 11 angeordnet ist, einem zweiten Eingriffselement 17, das an einer durch den Elektromotor 6 angetriebenen Komponente angeordnet ist, und einem Aktuator 15 zur axialen Verlagerung des ersten Eingriffselements 16 relativ zu dem zweiten Eingriffselement 17. Dabei existiert eine erste Stellung, in der die Eingriffselemente 16/17 außer Eingriff sind und eine zweite Stellung, in der die Eingriffselemente miteinander in Eingriff stehen und die Lenkung verriegeln.
Die elektrischen Komponenten der Verriegelungseinrichtung 14 werden beispielsweise im Gehäuse 13 des Lenkungssteuergeräts 11 untergebracht. Das Gehäuse 13 bietet aufgrund seiner massiven Ausführung sowie seiner Anordnung nahe des Lenkgetriebegehäuses 2 einen guten Schutz gegen mutwillige Eingriffe.
Zum Umschalten zwischen der ersten und zweiten Stellung weist der Aktuator 15 Mittel zur Beaufschlagung des ersten Eingriffselements 16 mit einer Axialkraft auf. In 2 und 3 sind diese beispielhaft durch eine elektrische Spule 15a angedeutet. Ferner weist der Aktuator 15 mindestens einen Dauermagneten 15b auf, durch den zwei definierte Endlagen für das erste Eingriffselement 16 vorgegeben werden. Anstelle eines Dauermagneten 15b können auch mehrere Dauermagneten vorgesehen sein, wobei beispielsweise jeder Endlage ein Dauermagnet zugeordnet ist. Durch die so erzeugte Magnetkraft wird das erste Eingriffselement 16 bei deaktivierter Spule 15a entweder in der ersten oder in der zweiten Endlage gehalten. Zwischen den Endlagen existiert keine stabile Zwischenlage. Im deaktivierten Zustand ist der Aktuator 15 bezüglich der Lage des ersten Eingriffselements 16 bi-stabil.
Dabei entspricht die erste Endlage des Aktuators 15 der ersten Stellung der Eingriffselemente 16/17 zueinander und die zweite Endlager des Aktuators 15 der zweiten, verriegelten Stellung der Eingriffselemente 16/17 zueinander. Durch eine Aktivierung der Spule 15a kann das erste Eingriffselement 16 aus der ersten Endlage in die zweite Endlage und umgekehrt verbracht werden. Hierzu ist die durch die Spule 15a erzeugte Kraft größer, als die Magnetkraft des mindestens einen Dauermagneten 15b in den Endlagen.
Die beiden Endlagen definieren einen Bewegungshub s für das erste Eingriffselement 16. 2 zeigt die Verriegelungseinrichtung in verriegeltem Zustand, in dem das erste Eingriffselement 16 mit dem zweiten Eingriffselement 17 verrastet ist, um die Lenkung zu hemmen. Das erste Eingriffselement 16 bzw. ein Abschnitt 16a desselben, welcher mit dem Dauermagneten 15b wechselwirkt, wird durch die Magnetkraft des Dauermagneten 15b in einer Anschlagposition gehalten, welche eine weitere Bewegung in Richtung des zweiten Eingriffselements 17 unterbindet.
Um das erste Eingriffselement 16 außer Eingriff mit dem zweiten Eingriffselement 17 zu bringen, wird die Spule 15a in einer Weise aktiviert, um an dem ersten Eingriffselement 16 eine Kraft in Richtung der gegenüberliegenden Endlage zu erzeugen. Diese Kraft ist mindestens so hoch, um die Magnetkraft in der erstgenannten Endlage zu überwinden. 3 zeigt das erste Eingriffselement 16 nach Überwindung des vollständigen Bewegungshub s in der Endlage, welche der ersten Stellung der Eingriffselemente 16/17 entspricht. In diesem Zustand ist die Lenkung entriegelt. Zudem sind die Eingriffselemente 16/17 hinreichend voneinander beabstandet um etwaige Funktionsstörungen auszuschließen. Nach Erreichen der Endlage kann die Spule 15a deaktiviert werden. Das Eingriffselement 16 wird durch den Dauermagneten 15b sicher in der Endlage gehalten.
Wie 3 zeigt, setzt sich der Bewegungshub s zwischen den Endlagen sowie zwischen der ersten und zweiten Stellung aus den Teilabschnitten s1, s2 und s3 zusammen. Der Teilabschnitt s1 entspricht dabei dem Weg des ersten Eingriffselements 16 aus der ersten Stellung bzw. der entsprechenden Endlage in einen Zustand, in dem das erste Eingriffselement 16 gerade in Eingriff mit dem zweiten Eingriffselement 17 gelangt. Der daran anschließende Teilabschnitt s2 entspricht der Dicke des zweiten Eingriffselements 17, bevor das erste Eingriffselement 16 nach Überwindung eines weiteren Teilabschnitts s3 die zweite Stellung bzw. die entsprechende Aktuator-Endlage erreicht. In der Praxis ist der mittlere Teilabschnitt s2 etwas größer als die benachbarten Teilabschnitte s1 und s3. Bei einem für eine Verriegelungseinrichtung 14 geeigneten Hubmagneten kann beispielsweise ein Bewegungsweg s von 6 mm vorgesehen werden. Bei einer Breite s2 des zweiten Eingriffselements 17 von 2 mm weisen die benachbarten Teilabschnitte s1 und s3jeweils eine Länge von 1,5 mm auf. Je nach Einsatzzweck kann von diesen Abmessungen abgewichen werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während eines Bewegungshub s des ersten Eingriffselements 16 aus der ersten Stellung bis zu einem ersten Ineingriffkommen der Eingriffselemente 16/17, das heißt zumindest bis zur Überwindung des Teilabschnitts s1 des Bewegungshubs s die auf das erste Eingriffselement 16 einwirkende resultierende Magnetkraft des mindestens einen Dauermagneten 15b in Richtung der Endlage weist, welche der ersten Stellung entspricht.
Kommt es während einer Betätigung des Aktuators 15 zu einer Störung, ist es beispielsweise denkbar, dass das erste Eingriffselement 16 direkt vor dem zweiten Eingriffselement 17 stehen bleibt. In dieser Stellung wirkt die Magnetkraft des Dauermagneten 15b dahingehend auf das erste Eingriffselement 16 ein, so dass dieses automatisch in die der ersten Stellung entsprechende Endlage zurückgezogen und damit in einen sicheren Zustand verbracht wird.
Ist die Magnetkraft in beiden Endlagen gleich, so ist zur Gewährleistung der vorstehend erläuterten Funktionen der Teilabschnitt s1 des Bewegungshubs s aus der ersten Stellung so gewählt, dass der Bewegungshub s bis zum Einrasten des ersten Eingriffselements 16 um weniger als die Hälfte ausgeschöpft ist.
Das vorstehend erläuterte Betriebskonzept der Verriegelungseinrichtung unter Verwendung eines elektrischen Aktuators 15 mit Dauermagneten 15b lässt sich bei Eingriffselementen 16/17 unterschiedlichster Bauart zum Einsatz bringen.
Bei dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das erste Eingriffselement 16 ein axial verlagerbarer Bolzen oder Stift, der sich in den Elektromotor 6 hineinerstreckt, um die Motorwelle 10 zu hemmen.
Das zweite Eingriffselement 17, das vorliegend innerhalb des Elektromotors 6 angeordnet ist und zum Zweck der Verriegelung mit dem ersten Eingriffselement 16 zusammenwirkt, kann unmittelbar an der Motorwelle 10 ausgebildet oder als separates Bauteil beispielsweise in Form einer Scheibe 22 ausgebildet sein, die drehfest mit der Motorwelle 10 des Elektromotors 6 gekoppelt ist. Die Scheibe 22 weist in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Ausnehmungen 20, beispielsweise in Form von Nuten an ihren Außenrand oder in Form von Lochöffnungen auf, in welche das bolzen- oder stiftförmige erste Eingriffselement 16 einrasten kann. Da das erste Eingriffselement 16 hierbei in Drehrichtung des zweiten Eingriffselements 17 gegen das Gehäuse 13 abgestützt ist, wird in der Verriegelungsposition ein Drehen der Motorwelle 10 verhindert. Die Lenkung befindet sich dann in einem verriegelten Zustand.
Wird durch eine elektrische Betätigung des Aktuators 15 das erste Eingriffselement 16 dazu veranlasst, die Verriegelungsstellung zu verlassen und sich in eine Außereingriffsposition zu begeben, kann sich die Motorwelle 10 von der Verriegelungseinrichtung 14 ungehindert drehen. Die Lenkung befindet sich dann in einem unverriegelten Zustand.
Zur Erfassung, ob sich das erste Eingriffselement 16 in der Verriegelungsposition befindet, kann ein Endlagenschalter oder -sensor 18 vorgesehen sein, der ein entsprechendes Signal an das Lenkungssteuergerät 11 übermittelt. Ein Verriegelungszustand der Lenkung kann auch durch Auswerten des Motormoments und/oder Motorstroms des Elektromotors 6 während eines definierten Bewegungsimpulses des Elektromotors 6 erfasst werden, da es bei einem Eingriff des ersten Eingriffselements 16 in eine der Ausnehmungen des zweiten Eingriffselements 17 zu einem signifikanten Signalanstieg kommt. Dieser Signalanstieg kann das Signal eines Endlagenschalters oder -sensors für die Verriegelungsstellung ersetzen oder zur Verifikation der Verriegelungsstellung herangezogen werden.
Bei einem Abstellen des Fahrzeugs wird die Verriegelungseinrichtung 14 automatisch aktiviert und damit die Lenkung verriegelt. Zur Aktivierung der Verriegelung wird zunächst eine Sicherheitsüberprüfung durchgeführt, welche unter anderem beinhaltet, den Fahrzeugstillstand sowie die Abschaltung der Zündung anhand hierfür signifikanter Fahrzeugparameter zu verifizieren. Hierzu können beispielsweise die aktuelle Drehzahl des Fahrzeugmotors sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelesen werden. Ferner können Zustandsparameter der Lenkung herangezogen werden. Möglich ist ferner, eine Aktivierung der Verriegelung nur dann zuzulassen, wenn der Zustand der Lenkung als entriegelt erkannt wird. Ist die Sicherheitsüberprüfung positiv, wird die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 14 ausgelöst. Dazu wird zunächst der Aktuator 15 derart bestromt, um das erste Eingriffselement 16 in Eingriff mit dem zweiten Eingriffselement 17 zu bringen. Dies kann beispielsweise mittels des Sensors 18 festgestellt werden. Ferner kann der Elektromotor 6 mit definiert geringer Drehzahl und/oder definiert geringem Moment gedreht und dabei das Motormoment und/oder der Motorstrom hinsichtlich eines signifikanten Anstiegs überwacht werden. Gelangt das erste Eingriffselement 16 in Eingriff mit einer Ausnehmung des zweiten Eingriffselements 17, steigt bei einem Weiterdrehen des Elektromotors 6 das Motormoment bzw. der Motorstrom deutlich an. Dies wird über eine in der Steuerungslogik des Lenkungssteuergeräts 11 abgelegte Lenkungsblockiererkennung erfasst und als Erreichen der Verriegelungsstellung interpretiert. Wird die Verriegelungsstellung bestätigt, so wird die elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung 14, insbesondere deren Aktuator 15 stromlos geschaltet.
Die vorstehend erläuterte Verriegelungseinrichtung 14 kann auch an anderer Stelle innerhalb der Lenkung, beispielsweise im Gehäuse des Elektromotors 6 oder im Lenkgetriebegehäuse 2 angeordnet sein. Vorzugsweise wirkt die Verriegelungseinrichtung 14 auf die Motorwelle 10 ein. Zusätzlich zu der Verriegelungseinrichtung 14 ist an dem Fahrzeug eine elektronische Wegfahrsperre 19 bekannter Bauart vorgesehen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind das erste und zweite Eingriffselement 16 und 17 der Verriegelungseinrichtung 14 an dem Elektromotor 6 angeordnet, wobei das erste Eingriffselement 16 in Form eines axial verlagerbaren Verriegelungsbolzens im Lenkungssteuergerät 11, alternativ am Motorgehäuse 21, angeordnet ist, während das zweite Eingriffselement 16 in Form einer Nutscheibe auf einer Motorwelle 10 des Elektromotors 6 befestigt ist.
Es ist jedoch auch möglich, einen Verriegelungsbolzen und eine Nutscheibe zwischen einer anderen drehenden Komponente der Lenkung und einer anderen stationären Komponente derselben anzuordnen.
Wie anhand einer ersten Abwandlung in 4 dargestellt ist, sind die Ausnehmungen 20 des zweiten Eingriffselements 17 am Außenumfang eines Rings oder einer Scheibe 22 ausgebildet, während das erste Eingriffselement 16 bzw. der Verriegelungsbolzen in diesem Fall nicht axial, sondern radial zu dem Ring bzw. der Scheibe 22 verlagerbar ist.
Ferner kann, wie in 5 gezeigt, im Sinne einer kinematischen Umkehr das erste Eingriffselement 16 an der stationären Komponente als Scheibe oder Ring 22 mit in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Ausnehmungen 20 ausgebildet werden, während das zweite Eingriffselement 17 an der drehbaren Komponente durch einen oder mehrere Verriegelungsvorsprünge gebildet wird. Die Scheibe bzw. der Ring 22 wird während des Betriebs der Lenkung durch eine Rückhalteeinrichtung von dem bzw. den Verriegelungsvorsprüngen 25 entfernt gehalten und bei der Verriegelung der Lenkung in Richtung auf die Vorsprünge 25 zu bewegt.
Darüber hinaus ist es möglich, die Verriegelungseinrichtung 14 beispielsweise zwischen dem Lenkungsgehäuse 2 und der Lenkstange 3 anzuordnen, wie dies in 6 in einer weiteren Abwandlung beispielhaft dargestellt ist. Das erste Eingriffselement 16 kann einen axial verlagerbaren Verriegelungsbolzen 27 umfassen, während das zweite Eingriffselement 17 mit entsprechenden Ausnehmungen 26 an der Lenkstange 3 angeordnet oder unmittelbar an dieser ausgebildet ist. Zur Verriegelung der Lenkung wird der Verriegelungsbolzen 27 quer zur Lenkstange 3 bewegt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie weiterer Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Lenkung
2: Lenkgetriebegehäuse
3: Lenkstange
4: Lenkrad
5: Fahrzeugrad
6: Elektromotor
7: Lenksäule
8: Untersetzungsgetriebe
9: Kugelgewindetrieb
10: Motorwelle
11: Lenkungssteuergerät
12: Drehmomentmesseinheit
13: Gehäuse des Lenkurigssteuergeräts
14: Verriegelungseinrichtung
15: Aktuator
15a: Mittel zur Axialkraftbeaufschlagung bzw. Spule
15b: Dauermagnet
16: erstes Eingriffselement
17: zweites Eingriffselement
18: Sensor
19: elektronische Wegfahrsperre
20: Ausnehmung
21: Motorgehäuse
22: Scheibe
25: Verriegelungsvorsprung
26: Ausnehmung
27: Verriegelungsbolzen

Claims

Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung, umfassend: - ein erstes Eingriffselement (16), das an einer stationären Komponente der Fahrzeuglenkung angeordnet ist, - ein zweites Eingriffselement (17), das an einer durch eine Servoeinrichtung angetriebenen Komponente der Lenkung angeordnet ist, und - einen Aktuator (15) zur axialen Verlagerung des ersten Eingriffselements (16) relativ zu dem zweiten Eingriffselement (17) zwischen einer ersten Stellung, in der die Eingriffselemente (16, 17) außer Eingriff sind und einer zweiten Stellung, in der die Eingriffselemente (16, 17) miteinander in Eingriff stehen und die Lenkung verriegeln, dadurch gekennzeichnet, dass - der Aktuator (15) mindestens einen Dauermagneten (15b) zur Definition von zwei gegenüberliegenden Endlagen für das erste Eingriffselement (16) aufweist, um das erste Eingriffselement (16) durch die Magnetkraft in der ersten bzw. zweiten Stellung zu halten, wobei die Endlagen einen Bewegungshub (s) des ersten Eingriffselements (16) definieren, - der Aktuator (15) Mittel (15a) zur Beaufschlagung des ersten Eingriffselements (16) mit einer Axialkraft aufweist, welche größer ist, als die Magnetkraft des mindestens einen Dauermagneten (15b) in den Endlagen, und - während einer Bewegung des ersten Eingriffselements (16) aus der ersten Stellung bis zu einem ersten Ineingriffkommen der Eingriffselemente (16, 17) die auf das erste Eingriffselement (16) einwirkende resultierende Magnetkraft des mindestens einen Dauermagneten (15b) in Richtung der Endlage weist, welche der ersten Stellung entspricht.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungshub (s) des ersten Eingriffselements (16) aus der der ersten Stellung entsprechenden Endlage bis zum ersten Ineingriffkommen der Eingriffselemente (16, 17) weniger als zur Hälfte ausgeschöpft ist.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Eingriffselement (16) als axial verlagerbarer Verriegelungsbolzen ausgebildet ist, der zur Verriegelung der Lenkung mit einer Ausnehmung (20) des zweiten Eingriffselements (17) in Eingriff bringbar ist.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Eingriffselement (17) an einer drehbaren Komponente der Lenkung angeordnet ist und in Drehrichtung der drehbaren Komponente eine oder mehrere Ausnehmungen (20) ausbildet.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Eingriffselement (17) eine Scheibe (22) oder ein Ring ist und die Ausnehmung (20) bzw. Ausnehmungen durch in Umfangsrichtung angeordnete, voneinander beabstandete Lochöffnungen und/oder Nuten gebildet werden.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Servoeinrichtung ein Elektromotor (6) ist und das zweite Eingriffselement (17) an dem Elektromotor (6) angeordnet sind.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkungssteuergerät (11) in einem Gehäuse (13) angeordnet ist, das an der Servoeinrichtung befestigt ist und der Aktuator (15) in dem Gehäuse (13) des Lenkungssteuergeräts (11) angeordnet ist.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Eingriffselement (16, 17) zwischen einem Lenkgetriebegehäuse (2) als stationärer Komponente der Lenkung und einer Lenkstange (3) als bewegbarer Komponente der Lenkung angeordnet sind.
Elektrisch verriegelbare Fahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Eingriffselement (16) einen axial verlagerbaren Verriegelungsbolzen umfasst, der zur Verriegelung der Lenkung mit einer Ausnehmung des zweiten Eingriffselements (17) in Eingriff bringbar ist, und das zweite Eingriffselement (16) an einer quer zur Verlagerungsrichtung des Verriegelungsbolzens axial verlagerbaren Stange ausgebildet ist.