DE102018218484A1

DE102018218484A1 - Endanschlag in einem Lenksystem

Info

Publication number: DE102018218484A1
Application number: DE102018218484.4A
Authority: DE
Inventors: Joerg Steinhuebl; Juergen Hoersch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-04-30

Abstract

Steer-by-wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug,mit einem Lenkgetriebe zur Verstellung der Fahrzeugräder,mit einem Lenkeingabevorrichtung, umfassend eine Lenkhandhabe, ein Gehäuse (7), einer Sensorik zur Messung des Drehwinkels und einem Endanschlag zur Begrenzung der Drehbewegungen der Lenkhandhabe,wobei der Endanschlag eine an einer Lenkspindel drehfest verbundene Scheibe (6) mit einem Anschlag/Mitnahmenase und das Gehäuse (7) einen in beide Drehrichtungen wirkenden Gegenanschlag aufweist,wobei zwischen der festen Scheibe (6) und dem Gegenanschlag mindestens eine lose Scheibe (1) mit einer ersten Gruppe Mitnahmenasen (4) angeordnet ist, welche entweder eine benachbarte lose Scheibe (1) über die Mitnahmenase (4) aktiviert oder am Gegenanschlag drehwinkelbegrenzend anschlägt, wobei die erste Gruppe Mitnahmenasen (4) mindestens eine Mitnahmenase umfasst,wobei die feste Scheibe (6) und die losen Scheiben (1) jeweils eine zweite Gruppe Mitnahmenasen (5) aufweisen, welche eine benachbarte lose Scheibe (1) über die Mitnahmenase (5) aktiviert, wobei die zweite Gruppe Mitnahmenasen (5) mindestens eine Mitnahmenase umfasst, wobei die zweite Gruppe Mitnahmenasen (5) einen kleineren Drehwinkelbereich aufweisen als die Mitnehmernasen (4) der ersten Gruppe, wodurch die zweiten Mitnahmenasen (5) vor Anschlagen der ersten Mitnahmenasen (4) in Kontakt kommen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Endanschlag.
Stand der Technik
Bei einer elektrischen Hilfskraftlenkung nach dem Steer-by-wire Prinzip gibt es keine mechanische Verbindung mehr zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe. Der Steering Rack Actuator ist eine Baugruppe zur Verstellung der Räder eines Fahrzeuges. Lenkbefehle von einem Steuergerät werden an einen elektrischen Motor übertragen, welcher über ein Lenkgetriebe die Zahnstange verschiebt. Die Zahnstange stellt in üblicherweise über die Spurstangen den Lenkwinkel an den Rädern ein.
Der Steering Wheel Actuator ist die obere Baugruppe in einem Steer-by-wire Lenksystem und umfasst das Lenkrad, eine Sensorik zur Messung des Drehwinkels und einen Force Feedback Motor, welcher Lenkkräfte simuliert um den Fahrer eine Rückmeldung von den Lenkkräften zu geben. Die ermittelten Daten zum Drehmoment und Drehwinkel werden an ein Steuergerät übermittelt, welches dann den Steering Rack Actuator ansteuert.
Die Lenkraddrehungen waren bei konventionellen Lenksystemen durch die Hubbewegung der Zahnstange begrenzt. Durch die fehlende mechanische Verbindung zwischen den beiden Baugruppen bei einem Steer-by-wire System wäre es möglich, das Lenkrad unendlich in eine Richtung zu drehen. Dadurch würde aber die Wickelfeder an der Lenkspindel beschädigt werden. Zudem benötigt der Fahrer eine Rückmeldung über den maximal erreichten Lenkwinkel.
Daher umfasst der Steering Wheel Actuator noch mechanische Endanschläge in beide Lenkrichtungen.
Die DE 100 17 049 A1 offenbart in einer ersten Ausführungsform einen Endanschlag, welcher aus mehreren Scheiben besteht, welche Mitnahmenasen aufweisen. Eine an der Lenkspindel fest angeordnete Scheibe stößt nach einer Umdrehung an die Mitnahmenase der benachbarten Scheibe, welche wiederrum gedreht wird und dann ggf. eine weitere Scheibe aktiviert. Die Drehung der letzten Scheibe wird durch einen Anschlag am Gehäuse begrenzt. Durch die Anzahl der Scheiben kann jeder in Drehrichtung benötigte Lenkwinkel begrenzt werden.
Da die Scheiben aus Metall hergestellt sind, kommt es beim Aufeinandertreffen der Anschläge bzw. Mitnahmenasen zu störenden Klackgeräuschen. Die DE 100 17 049 A1 schlägt daher vor, flexible Materialien zur Dämpfung an den Anschlägen anzubringen.
Aufgrund von neuen Bauraumanforderungen müssen die Scheiben sehr dünn sein. Sie werden deshalb durch Stanzen hergestellt und sind nur wenige Milimeter dick. Durch die auftretende Scherung und geforderte Flächenpressung würde allerdings die Dämpfung zerstört werden. Daher ist es nicht mehr möglich, elastische Materialien, wie z.B. eine Gummierung, an den Anschlägen vorzusehen.
Es ist damit die Aufgabe der Erfindung, die beschriebenen Probleme zu überwinden und einen Endanschlag bereitzustellen, welcher entsprechend den Bauraumanforderungen kompakt ist und keine störenden Geräusche erzeugt.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Anspruch 1 gelöst, indem an den drehbaren Scheiben des Endanschlags eine zweite Gruppe Mitnahmenasen aus einem elastischen Material mit einem geringeren Drehwinkelbereich in beide Richtungen angeordnet sind, welche vor den ersten Mitnahmenasen anschlagen. Dadurch, dass bei kleinen Drehmomenten die ersten metallischen Mitnahmenasen nicht in Kontakt kommen sondern nur die zweite Gruppe Mitnahmenasen aus einem elastischen Material, werden die störenden Geräusche vermieden.
Die Mitnahmenasen der zweiten Gruppe haben vorzugsweise einen 1° bis 2° kleineren Winkelbereich bis zum Anschlag als die Mitnahmenasen der ersten Gruppe. Damit werden die Drehbewegungen mit geringen Momenten nur durch die zweite Gruppe Mitnahmenasen übertragen. Erst wenn der Drehweg kurz vor der endgültigen mechanischen Begrenzung steht, werden die aufgestauten zweiten Mitnahmenasen durchgedrückt und es entsteht bei Momenten größer als 1 Nm ein metallischer Kontakt indem sich die ersten Mitnahmenasen berühren. Da in solchen Lenksystemen meist ein Softwareendanschlag vorgesehen ist, kommt es nur in seltenen Fällen vor, dass sich die Mitnahmenasen der ersten Gruppe berühren.
Die Mitnahmenasen der zweiten Gruppe sind dazu etwas elastisch. Die benötigte Elastizität kann durch die Nasen selbst, durch eine elastische Aufhängung der Nasen, durch die Elastizität des Verbindungsteils der Nasen mit der Metallscheibe oder der Aufhängung an der Metallscheibe selbst bestehen.
In bevorzugten Ausführungen können die Mitnahmenasen der zweiten Gruppe an ein oder zwei Kunststoffringen angeordnet sein. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel könnten die Mitnahmenasen an einem ringförmigen Metalldraht ausgebildet sein, welcher mit der drehbaren metallischen Scheibe verbunden ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Endanschlag
2 eine erfindungsgemäße lose Scheibe des Endanschlags
3 eine andere Perspektive auf die erfindungsgemäße lose Scheibe
4 ein Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Endanschlag

1 zeigt den Endanschlag zur Begrenzung der Drehbewegungen eines Lenkrads in einem Längsschnitt. An einer Lenkspindel ist eine Scheibe 6 drehfest verbunden, welche eine Mitnahmenase aufweist. Zudem weist das Gehäuse 7 einen in beide Drehrichtungen wirkenden Anschlag auf. Zwischen Gehäuseanschlag und drehfester Scheibe 6 sind mehrere lose Scheiben 1 angeordnet.
Nach Drehung der Scheibe 6 stößt sie mit ihrer Mitnahmenase auf die Mitnahmenase einer losen Scheibe 1, so dass diese aktiviert wird und sich auch dreht. Nachdem sich die lose Scheibe 1 um einen bestimmten Winkel gedreht hat, stößt sie wiederum mit ihrer Mitnahmenase an die Mitnahmenase der benachbarten losen Scheibe 1 und aktiviert diese. Die letzte lose Scheibe 1 stößt mit ihrer Mitnahmenase an den Gehäuseanschlag, womit der maximale Drehwinkel des Lenkrads erreicht ist.
In den 2 und 3 ist eine lose Scheibe 1 in unterschiedlichen Perspektiven zu sehen. Die lose Scheibe 1 aus Metall hat zunächst, wie aus dem Stand der Technik bekannt, erste Mitnahmenasen 4, welche in beide Richtungen der Scheibe ragen. Dadurch kann die Scheibe mit den Mitnahmenasen der beiden benachbarten Scheiben in Kontakt kommen.
Die erfindungsgemäße lose Scheibe 1 weist nun zudem eine zweite Gruppe Mitnahmenasen 5 auf, welche ebenfalls in beide Richtungen der Scheibe 1 ragen und mit den zweiten Mitnahmenasen 5 von benachbarten Scheiben in Kontakt kommen können.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Mitnahmenasen 5 der zweiten Gruppe an einem inneren Kunststoffring 2 und an einem äußeren Kunststoffring 3 ausgebildet, welche mit der metallischen Scheibe 1 verbunden sind. Der innere Kunststoffring 2 dient hierbei gleichzeitig als Gleitlager für die lose Scheibe 1.
In der 4 wird in einem Querschnitt die Funktionsweise deutlich. Zu sehen ist eine lose Scheibe 1 mit ihrem inneren Kunststoffring 2. Darüber hinaus ist der äußere Kunststoffring 3 der nächsten losen Scheibe (ausgeblendet) zu sehen. Die zweiten Mitnahmenasen 5 der beiden losen Scheiben 1 berühren sich bereits nach einem Verdrehwinkel von 74° und übertragen so die Drehbewegung. Die ersten Mitnahmenasen 4 zweier benachbarter Scheiben 1 haben einen möglichen Verdrehwinkel von 75° und sind kurz vor einer Berührung, aber es gibt keinen metallischen Kontakt. Nur bei höheren Drehmomenten wird der Kunststoff der Kunststoffringe 2, 3 eingefedert und es kommt zu einem Kontakt der ersten Mitnahmenasen 4.
Nachdem alle losen Scheiben 1 die gewünschte Drehung durchgeführt haben, stößt die letzte lose Scheibe 1 an einen am Gehäuse 7 in beide Drehrichtungen wirkenden Anschlag. Damit es auch hier nicht zu einem metallischen Klackgeräusch kommt, ist am Gehäuse ebenfalls ein zweiter Anschlag aus Kunststoff vorgesehen. Der Kunststoffanschlag kann direkt am Gehäuse befestigt sein. Bevorzugt kann zur Verwendung gleicher Teile eine Scheibe 1 drehfest am Gehäuse fixiert werden. Diese drehfeste Scheibe 1 weist dann nur noch den äußere Kunststoffring 3 auf und bildet den Gehäuseanschlag.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10017049 A1 [0006, 0007]

Claims

Steer-by-wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkgetriebe zur Verstellung der Fahrzeugräder, mit einem Lenkeingabevorrichtung, umfassend eine Lenkhandhabe, ein Gehäuse (7), einer Sensorik zur Messung des Drehwinkels und einem Endanschlag zur Begrenzung der Drehbewegungen der Lenkhandhabe, wobei der Endanschlag eine an einer Lenkspindel drehfest verbundene Scheibe (6) mit einem Anschlag/Mitnahmenase und das Gehäuse (7) einen in beide Drehrichtungen wirkenden Gegenanschlag aufweist, wobei zwischen der festen Scheibe (6) und dem Gegenanschlag mindestens eine lose Scheibe (1) mit einer ersten Gruppe Mitnahmenasen (4) angeordnet ist, welche entweder eine benachbarte lose Scheibe (1) über die Mitnahmenase (4) aktiviert oder am Gegenanschlag drehwinkelbegrenzend anschlägt, wobei die erste Gruppe Mitnahmenasen (4) mindestens eine Mitnahmenase umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfeste Scheibe (6) und die losen Scheiben (1) jeweils eine zweite Gruppe Mitnahmenasen (5) aufweisen, welche eine benachbarte lose Scheibe (1) über die Mitnahmenase (5) aktiviert, wobei die zweite Gruppe Mitnahmenasen (5) mindestens eine Mitnahmenase umfasst, wobei die zweiten Gruppe Mitnahmenasen (5) einen kleineren Drehwinkelbereich als die Mitnahmenasen (4) der ersten Gruppe aufweisen, wodurch die zweiten Gruppe Mitnahmenasen (5) vor Anschlagen der ersten Mitnahmenasen (4) in Kontakt kommen.
Steer-by-wire Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Gruppe Mitnahmenasen (5) aus einem Kunststoff und/oder aus einer Elastomer bestehen.
Steer-by-wire Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe Mitnehmernasen (5) aus Kunststoff und/oder aus einem elastischen Metalldraht bestehen.
Steer-by-wire Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe Mitnahmenasen (5) einen um 1° - 5° kleineren Drehwinkelbereich aufweisen als die erste Gruppe Mitnehmernasen (4).
Steer-by-wire Lenksystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe Mitnahmenasen (5) an zwei Kunststoffringen (2, 3) ausgebildet sind, welche an den losen Scheiben (1) integriert sind.
Steer-by-wire Lenksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe Mitnahmenasen (5) an einem elastischen Metalldrahtring angebracht sind oder integral mit diesem ausgeführt sind, wobei der Metalldrahtring an der losen Scheibe (1) aufgehängt ist.
Steer-by-wire Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Kunststoffringe (2) als Gleitlager der losen Scheibe (1) ausgebildet ist.