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Die Erfindung betrifft eine Lenkbegrenzungsvorrichtung für ein Steer-by-Wire-Lenksystem, aufweisend wenigstens eine Lenksäule. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einem Steer-by-Wire-Lenksystem.
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Herkömmliche Fahrzeuge sind mit Lenksystemen ausgestattet, die jeweils eine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und lenkbaren Laufrädern aufweisen. Ein solches Lenksystem kann beispielsweise eine elektrische Hilfskraftlenkung (Servolenkung) aufweisen oder rein mechanisch ausgelegt und dadurch rein manuell betätigbar sein. Aufgrund einer eingeschränkten Beweglichkeit einer Zahnstange eines solchen Lenksystems innerhalb eines Zahnstangengehäuses des Lenksystems ist die Anzahl von aufeinanderfolgend gleichsinnig durchgeführten Umdrehungen des Lenkrads mechanisch begrenzt.
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Ein Steer-by-Wire-Lenksystem benötig zur Funktionsweise nicht eine entsprechende mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Laufrädern. Stattdessen kann ein Steer-by-Wire-Lenksystem die lenkbaren Laufräder mechanisch unabhängig von dem Lenkrad betätigen und das Lenkrad mechanisch unabhängig von den lenkbaren Laufrädern betätigen. Hierzu weist ein Steer-by-Wire-Lenksystem einen mechanisch mit den lenkbaren Laufrädern verbundenen, elektromechanisch ausgebildeten Laufradlenkaktuator (Road Wheel Aktuator; RWA) und einen mechanisch mit dem Lenkrad verbundenen Feedback-Aktuator (FBA) auf. Der Feedback-Aktuator kann zeitweilig einen variablen Lenkwiderstand an dem Lenkrad erzeugen, um dem Fahrer über das Lenkrad eine Rückmeldung über die Betriebszustände der lenkbaren Laufräder geben zu können, die vergleichbar mit einer Rückmeldung ist, die ein Fahrer bei einem herkömmlichen Lenksystem mit mechanischer Verbindung zwischen Lenkrad und lenkbaren Laufrädern erhält. Der Laufradlenkaktuator kann zeitweilig ein variables Lenkmoment an den lenkbaren Laufrädern erzeugen, um einen gewünschten Lenkwinkel der Laufräder einzustellen. Der Laufradlenkaktuator greift in der Regel an einer Zahnstange eines Lenkgetriebes des Steer-by-Wire-Lenksystems an.
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Aufgrund der fehlenden mechanischen Verbindung zwischen einem Laufradaktuator und einem Feedback-Aktuator eines Steer-by-Wire-Lenksystems ist die Anzahl von Umdrehungen des Lenkrads innerhalb einer Feedback-Aktuator-Einheit nicht wie bei einem herkömmlichen Lenksystem durch die Zahnstangenbeweglichkeit mechanisch begrenzt. Jedoch muss die Anzahl von Umdrehungen eines Lenkrads eines Steer-by-Wire-Lenksystems begrenzt sein, um elektrische und mechanische Verbindungen von Komponenten, beispielsweise eine Drehfeder, an dem Lenkrad mit weiteren Komponenten des Fahrzeugs vor einer Beschädigung zu schützen und um dem Fahrer ein haptisches Feedback zu geben, dass die lenkbaren Laufräder nicht weiter eingeschlagen werden können.
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Durch die mechanische Unabhängigkeit des Lenkrads von den lenkbaren Laufrädern können mittels eines Steer-by-Wire-Lenksystems verschiedene virtuelle Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Änderung eines Lenkradwinkels und einer Änderung eines Lenkwinkels der lenkbaren Laufräder realisiert werden. Für die Realisierung verschiedener Übersetzungsverhältnisse ist in der Regel mehr als eine minimale Lenkbarkeit des Lenkrads von +/- 180° aus einer Geradefahrtlenkstellung des Lenkrads heraus erforderlich, um beispielsweise eine ausreichende Kontrollierbarkeit des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten. Ein einfacher und unveränderlicher mechanischer Endanschlag, der lediglich eine einzelne vollständige Umdrehung des Lenkrads erlaubt, ist für die Realisierung verschiedener Übersetzungsverhältnisse untauglich.
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Aufgrund der begrenzten Beweglichkeit der lenkbaren Laufräder muss dem Fahrer jedoch herkömmlich mittels des Feedback-Aktuators angezeigt werden, bei welchem Lenkradwinkel die lenkbaren Laufräder maximal eingelenkt sind bzw. ein maximaler Lenkwinkel vorliegt. Wegen der variierbaren Übersetzungsverhältnisse zwischen der Lenkradwinkeländerung und der Lenkwinkeländerung variiert der diesem maximalen Lenkwinkel zugeordnete Lenkradwinkel. Das Erreichen des Lenkradwinkels, bei dem die lenkbaren Laufräder maximal eingelenkt sind, kann dem Fahrer herkömmlich alternativ über ein anderes Mittel als den Feedback-Aktuator angezeigt werden, beispielsweise über eine an einer drehfest mit dem Lenkrad verbundenen Lenksäule angreifende Blockiereinrichtung oder Bremseinrichtung.
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Wird der Feedback-Aktuator zum Anzeigen des Lenkradwinkels, bei dem die lenkbaren Laufräder maximal eingelenkt sind, verwendet, muss der Feedback-Aktuator zur Erzeugen eines entsprechend hohen Lenkwiderstands ausgelegt werden, um zu verhindern, dass das Lenkrad weitergedreht wird, wenn die lenkbaren Laufräder maximal eingelenkt sind. Diese leistungsstarke Auslegung des Feedback-Aktuators beeinflusst erheblich die Größe und den Preis des Feedback-Aktuators sowie den für den Feedback-Aktuator vorgesehenen Bauraum und die Funktionssicherheit des Steer-by-Wire-Lenksystems.
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Die
US 9 878 732 B2 offenbart eine Drehbetriebsvorrichtung für eine Lenkbegrenzungsvorrichtung oder einen Drehschalter, aufweisend eine Drehwelle, die gedreht wird, wenn ein Betriebsbauteil gedreht wird, eine Halterung, die an der Drehwelle befestigt ist, eine Torsionsspiralfeder, die eine Spirale und zwei Vorsprünge aufweist, die an entgegengesetzten Enden der Spirale angeordnet sind, wobei die Drehwelle durch die Spirale eingesetzt ist, und ein Gehäuse, das die Halterung und die Torsionsspiralfeder aufnimmt. Die Halterung und das Gehäuse sind gestaltet, um die Spirale zu verdrehen, wenn die Drehwelle gedreht wird, indem eine Bewegung eines Vorsprungs der Vorsprünge mit dem Gehäuse verhindert wird und der andere Vorsprung der Vorsprünge in eine Drehrichtung der Drehwelle mit der Halterung gedrängt wird. Das Gehäuse weist eine erste Nut auf, die gestaltet ist, um den einen Vorsprung der Vorsprünge aufzunehmen. Die Halterung weist eine zweite Nut auf, die gestaltet ist, um den anderen Vorsprung der Vorsprünge aufzunehmen. Die zwei Vorsprünge sind in einer axialen Richtung der Drehwelle um einen Abstand voneinander beabstandet, der unveränderlich ist und durch eine fixierte Länge zwischen der ersten Nut des Gehäuses und der zweiten Nut der Halterung festgelegt ist. Die fixierte Länge ist mit einer Distanz festgelegt, die einen Spalt zwischen Wicklungen der Spirale erzeugt, wenn die Torsionsspiralfeder in einem lastfreien Zustand ist, wobei die zwei Vorsprünge durch die erste Nut und die zweite Nut gestützt sind.
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Die
US 6 896 089 B2 offenbart ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Fahrzeug mit einem Lenkrad, das durch eine Bedienungsperson drehbar ist, um lenkbare Laufräder des Fahrzeugs zu lenken, und einer Lenkantriebswelle, die mechanisch mit dem Lenkrad verbunden ist. Eine Gehäusestruktur ist nahe der Lenkeingangswelle angeordnet. Ein männliches Element ist an der Gehäusestruktur vorgesehen und eine weibliche Aufnahme ist in der Lenkeingangswelle ausgebildet, um das männliche Element passend aufzunehmen. Die weibliche Aufnahme umfasst ein Paar Stirnwände und zum Begrenzen des Drehwegs des Lenkrads. Das Lenksystem hat ferner einen Aktuator zum Einschlagen der Laufräder als Reaktion auf eine Drehung des Lenkrads.
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Die
US 6 799 654 B2 offenbart ein Handradstellglied zum Bereitstellen einer Kraftrückkopplung an einen Benutzer. Das Stellglied weist eine Lenkwelle, die an dem Handrad befestigt und durch Lager gehalten ist, so dass sie um ihre eigene Achse herum drehbar ist, einen Positionssensor, der eine Winkelverschiebung der Lenkwelle von einem gewählten Ursprung detektiert und ein Signal erzeugt, das bezeichnend für die Winkelverschiebung ist, einen Elektromotor, ein Getriebemittel, das eine Ausgangswelle des Elektromotors mit der Lenkwelle wirksam verbindet, und einen variablen Anschlag auf, der eine Drehung der Lenkwelle an einer beliebigen Position stoppt.
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Die
US 7 295 905 B2 offenbart ein Regelungssystem für ein kabelgestütztes Lenksystem mit einem Elektromotor zum Erzeugen eines Rückkopplungsdrehmoments in einem Lenkmechanismus. Das System weist eine zur Kompensation für ein passives Widerstandsdrehmoment des Motors mithilfe einer Drehmomentrückkopplungsschleife ausgelegte Regelungseinrichtung auf.
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Die
US 6 564 897 B2 offenbart ein Flurförderfahrzeug mit einem Steer-by-Wire-Lenksystem, das ein Lenkrad und gelenkten Laufräder aufweist, wobei eine virtuelle Kopplungskraft auf das Lenkrad ausgeübt wird, um die Laufräder mit dem Lenkrad zu synchronisieren. Ein Motor oder eine Bremse ist mit dem Lenkrad verbunden, und die Positionen des Lenkrads und der gelenkten Laufräder werden überwacht und zur Steuerung des Motors oder der Bremse verwendet, um die virtuelle Kopplungskraft auf das Lenkrad aufzubringen. Somit erhält ein Bediener des Fahrzeugs eine Rückmeldung, die ungefähr derjenigen entspricht, die in einem mechanisch gekoppelten Lenksystem auftritt, so dass die Synchronisation zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Laufrädern erhalten bleibt. Auf diese Weise wird, wenn der Bediener versucht, das die gelenkten Laufräder durch eine schnelle Drehung des Lenkrads zu übersteuern, eine zur Betätigung des Bedieners proportionale Kraft angelegt, um dieser Aktion entgegenzuwirken.
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Die
US 2017 / 0 029 085 A1 offenbart ein System zum Steuern eines Wasserfahrzeugs, aufweisend einen Drehmoment- und/oder Positionssensor zum Messen eines von einem Lenkrad des Wasserfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments und/oder einer Drehposition des Lenkrads und eine Verarbeitungsvorrichtung zum Empfangen einer Messung des Lenkrads und zum elektronischen Steuern eines Lenkmechanismus in einem Heckbereich des Schiffs. Die Verarbeitungsvorrichtung ist eingerichtet, einen Winkel des Lenkrads zu schätzen, einen entsprechenden Winkel, der an den Lenkmechanismus anzulegen ist, zu bestimmen und einen Lenkbefehl basierend auf dem entsprechenden Winkel an eine Betätigungsvorrichtung im Heckbereich zu übertragen.
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Die
DE 10 2014 201 450 A1 offenbart eine Lenkbegrenzungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit Lenkrad und Lenksäule, das ein den ganzen Kraftfluss der Lenksäule übertragendes erstes Drehmoment-Sensormodul mit linearer Auflösung zur Erfassung eines Lenkmoments innerhalb eines ersten vorgegebenen Bereichs um einen drehmomentfreien Zustand der Lenksäule herum aufweist. Die Lenkbegrenzungsvorrichtung weist ein in Reihe mit dem ersten Drehmoment-Sensormodul liegendes, ebenfalls den ganzen Kraftfluss der Lenksäule übertragendes zweites Drehmoment-Sensormodul mit linearer Auflösung zur Erfassung des Lenkmoments innerhalb eines zweiten vorgegebenen Bereichs um den drehmomentfreien Zustand der Lenksäule herum, wobei der zweite Bereich größere Werte als der erste Bereich aufweist und wobei die Auflösung des zweiten Drehmoment-Sensormoduls gröber als die Auflösung des ersten Drehmoment-Sensormoduls ist.
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Die
US 6 598 695 B2 offenbart ein Drive-by-Wire-Lenksystem mit einer Lenkwelle und einem Stoppmechanismus. Die Lenkwelle ist um eine erste Winkeldrehung um eine erste Achse drehbar. Die Lenkwelle weist einen ersten verzahnten Abschnitt und ein erstes Ende auf. Das erste Ende ist mit dem Lenkrad eines Fahrzeugs verbindbar. Der Stoppmechanismus weist einen Stoppabschnitt und einen zweiten verzahnten Abschnitt auf. Der Stoppabschnitt definiert eine erste Position und eine zweite Position. Der erste verzahnte Abschnitt und der zweite verzahnte Abschnitt sind operativ in Eingriff, so dass die Drehung der Lenkwelle dem Stoppmechanismus eine zweite Winkeldrehung um eine zweite Achse verleiht. Die erste Winkeldrehung ist begrenzt, wenn die zweite Winkeldrehung so ist, dass die Lenkwelle entweder in der ersten Position oder in der zweiten Position an dem Stoppabschnitt anliegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiger herstellbares Steer-by-Wire-Lenksystem bereitzustellen, mit dem eine Drehbarkeit eines Lenkrads des Lenksystems mechanisch auf einen Wert größer als eine einzelne volle Umdrehung eingeschränkt wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Lenkbegrenzungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das wenigstens ein mit der Lenksäule verbundenes Planetengetriebe mit wenigstens einem drehfest mit der Lenksäule verbundenen oder ortsfest anordbaren Sonnenrad, wenigstens einem bezüglich einer Längsmittelachse der Lenksäule in Umfangsrichtung verlagerbar angeordneten Planetenradträger und wenigstens einem ortsfest anordbaren oder drehfest mit der Lenksäule verbundenen Hohlrad, wenigstens ein von dem Planetenradträger abstehendes, an dem Planetenradträger befestigtes Anschlagelement, das bei einer Verlagerung des Planetenradträgers in Umfangsrichtung auf einer kreisförmigen Bewegungsbahn umläuft, und wenigstens ein ortsfest anordbares Stoppelement, das in die Bewegungsbahn des Anschlagelements eingreift, aufweist.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Bei der erfindungsgemäßen Lenkbegrenzungsvorrichtung ist die Drehbarkeit der Lenksäule und somit eines drehfest mit der Lenksäule verbundenen Lenkrads des Steer-by-Wire-Lenksystems mechanisch begrenzt. Hierdurch wird verhindert, dass das Lenkrad unbegrenzt in eine Drehrichtung gedreht werden kann, so dass die Erfindung elektrische und mechanische Verbindungen von an dem Lenkrad angeordneten Komponenten schützt. Dabei wird die Begrenzung der Drehbarkeit der Lenksäule durch eine Begrenzung der Drehbarkeit des Planetenräder tragenden Planetenradträgers bewirkt, wobei die Drehbarkeit des Planetenradträgers durch einen Kontakt zwischen dem Anschlagelement und dem Stoppelement begrenzt wird. Hierbei kommt das Anschlagelement je nach Drehrichtung der Lenksäule aus einer von zwei gegenläufigen Richtungen in Kontakt mit dem Stoppelement.
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Durch die mechanische Begrenzung der Drehbarkeit der Lenksäule wird dem Fahrer eines entsprechend ausgestatteten Fahrzeugs ein haptisches Feedback gegeben, dass ein maximaler Lenkwinkel der lenkbaren Laufräder erreicht ist. Zu dieser Begrenzung der Drehbarkeit des mit der Lenksäule verbundenen Lenkrads wird bei der Erfindung also kein Feedback-Aktuator eingesetzt, so dass dieser kleiner, leichtgewichtiger, bauraumsparender und somit kostengünstiger ausgelegt werden kann als bei herkömmlichen Systemen, da eine Simulation des Lenkeinschlagendstopps entfallen kann. Dadurch kann mit der Erfindung ein kostengünstiger herstellbares Steer-by-Wire-Lenksystem bereitgestellt werden. Zudem wird der Energieverbrauch gegenüber einem Steer-by-Wire-Lenksystem reduziert, bei dem der Feedback-Aktuator zum Simulieren eines maximalen Lenkeinschlagendstopps verwendet wird.
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Die erfindungsgemäße Lenkbegrenzungsvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Drehbarkeit der Lenksäule weniger begrenzt ist als die Drehbarkeit des Planetenradträgers. Beispielsweise kann die Drehbarkeit der Lenksäule derart sein, dass die Lenksäule zwischen zwei maximalen Drehstellungen, die jeweils durch einen Kontakt zwischen dem Anschlagelement und dem Stoppelement definiert sind, um einen Winkel größer als 360° gedreht werden kann. Hierdurch schränkt die erfindungsgemäße Lenkbegrenzungsvorrichtung die Drehbarkeit des Lenkrads nicht auf einen Wert kleiner oder gleich einer einzelnen vollen Umdrehung des Lenkrads ein, sondern stellt einen deutlich größeren maximalen Wert bereit, so dass mit der erfindungsgemäßen Lenkbegrenzungsvorrichtung beispielsweise verschiedene virtuelle Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Änderung eines Lenkradwinkels und einer Änderung eines Lenkwinkels der lenkbaren Laufräder realisiert werden können.
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Bei einer ersten erfindungsgemäßen Alternative ist das Sonnenrad drehfest mit der Lenksäule verbunden und ist das Hohlrad ortsfest anordbar bzw. angeordnet. Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Alternative ist das Sonnenrad ortsfest anordbar bzw. angeordnet und ist das Hohlrad drehfest mit der Lenksäule verbunden.
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Das Anschlagelement kann als separates Bauteil hergestellt und mechanisch, formschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Planetenradträger befestigt sein. Alternativ kann das Anschlagelement monolithisch an dem Planetenradträger ausgebildet sein. Das Anschlagelement steht beispielsweise in Form einer Nase, eines Bolzens oder dergleichen von dem Planetenradträger ab. Das Anschlagelement kann teilweise oder vollständig beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Die Lenkbegrenzungsvorrichtung kann auch zwei oder mehrere bezüglich der Längsmittelachse der Lenksäule axial in Reihe oder umfangsversetzt zueinander angeordnete Anschlagelemente aufweisen.
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Das Stoppelement kann als separates Bauteil hergestellt und mechanisch, formschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Hohlrad oder an einem Bauteil des Steer-by-Wire-Lenksystems, beispielsweise an einem Lenksäulengehäuse, oder Fahrzeugs befestigt sein. Alternativ kann das Stoppelement monolithisch an dem Hohlrad bzw. dem jeweiligen Bauteil ausgebildet sein. Das Stoppelement ragt beispielsweise in Form einer Nase, eines Bolzens oder dergleichen in die kreisförmige Bewegungsbahn des Anschlagelements hinein. Das Stoppelement kann teilweise oder vollständig beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Die Lenkbegrenzungsvorrichtung kann auch zwei oder mehrere bezüglich der Längsmittelachse der Lenksäule axial in Reihe oder umfangsversetzt zueinander angeordnete Stoppelemente aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung steht das Anschlagelement radial nach au-ßen oder radial nach innen oder bezüglich der Längsmittelachse der Lenksäule axial von dem Planetenträger ab und greift das Stoppelement radial oder axial in die Bewegungsbahn des Anschlagelements ein. Ist das Sonnenrad drehfest mit der Lenksäule verbunden und ist das Hohlrad ortsfest angeordnet, kann das Anschlagelement radial nach außen von dem Planetenträger abstehen. Ist das Hohlrad drehfest mit der Lenksäule verbunden und ist das Sonnenrad ortsfest angeordnet, kann das Anschlagelement radial nach innen von dem Planetenträger abstehen. In jeder der drei ausgestaltungsgemäßen Varianten kann das Stoppelement radial oder axial in die Bewegungsbahn des Anschlagelements eingreifen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Planetengetriebe derart ausgebildet, dass die Lenksäule um mehr als eine volle Umdrehung um ihre Längsmittelachse drehbar angeordnet ist. Beispielsweise kann hierdurch die Drehbarkeit eines Lenkrads des Steer-by-Wire-Lenksystems mechanisch auf einen Wert zwischen einer vollen Umdrehung und zwei vollen Umdrehungen oder mehr eingeschränkt werden. Die jeweilig gegebene Drehbarkeit der Lenksäule wird durch die jeweiligen Übersetzungsverhältnisse des Planetengetriebes definiert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Lenkbegrenzungsvorrichtung wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Stellmechanismus auf, mit dem das Stoppelement relativ zu dem Hohlrad oder dem Sonnenrad in Umfangsrichtung verlagerbar und in der jeweilig eingenommenen Stellung fixierbar ist. Hierdurch können verschiedene maximale Drehstellungen der Lenksäule realisiert werden, um mit einem mit der Lenkbegrenzungsvorrichtung ausgestatteten Steer-by-Wire-Lenksystem verschiedene virtuelle Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Änderung des Lenkradwinkels und einer Änderung des Lenkwinkels der lenkbaren Laufräder realisieren zu können. Das Fixieren des Stoppelements in der jeweilig eingenommenen Stellung kann beispielsweise mittels einer Selbsthemmung des Stellmechanismus, beispielsweise über ein Schneckengetriebe oder ein Flex-Spline, erzeugt werden, wenn das Stoppelement durch einen Kontakt mit dem Anschlagelement belastet wird. Ist das Hohlrad ortsfest angeordnet, ist das Stoppelement mittels des Stellmechanismus relativ zu dem Hohlrad verlagerbar. Ist das Sonnenrad ortsfest angeordnet, ist das Stoppelement mittels des Stellmechanismus relativ zu dem Sonnenrad verlagerbar.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lenkbegrenzungsvorrichtung wenigstens zwei umfangsversetzt zueinander angeordnete Stoppelemente und wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Stellmechanismus auf, mit dem die beiden Stoppelemente relativ zu dem Hohlrad oder dem Sonnenrad gleichläufig und/oder gegenläufig in Umfangsrichtung verlagerbar und in der jeweilig eingenommenen Stellung fixierbar sind. Die Stoppelemente können mittels des Stellmechanismus beispielsweise synchron verlagerbar sein. Die Lenkbegrenzungsvorrichtung kann auch für jedes Stoppelement einen eigenen Stellmechanismus aufweisen. Ist das Hohlrad ortsfest angeordnet, sind die Stoppelemente mittels des Stellmechanismus relativ zu dem Hohlrad verlagerbar. Ist das Sonnenrad ortsfest angeordnet, sind die Stoppelemente mittels des Stellmechanismus relativ zu dem Sonnenrad verlagerbar
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lenkbegrenzungsvorrichtung wenigstens einen Rückstellmechanismus auf, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er durch ein Drehen der Lenksäule über eine Lenkendstellung, die durch einen Kontakt zwischen dem Anschlagelement und dem Stoppelement definiert ist, hinaus unter Erzeugung einer Rückstellkraft elastisch verformt wird. Dreht ein Fahrer das Lenkrad und somit die Lenksäule über die Lenkendstellung hinaus, wird wenigstens ein Rückstellelement, beispielsweise ein Torsionsstab, des Rückstellmechanismus elastisch verformt, wodurch das Rückstellelement eine mit weitergehender Drehung der Lenksäule anwachsende Rückstellkraft erzeugt, die dem Fahrer anzeigt, dass ein maximaler Lenkeinschlag erreicht ist. Das Anwachsen der Rückstellkraft ist für den Fahrer deutlich angenehmer als ein abruptes mechanisches Anschlagen bei Erreichen des maximalen Lenkeinschlags.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Lenkbegrenzungsvorrichtung wenigstens einen Rückstellmechanismus auf, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er vor einem Erreichen einer Lenkendstellung, die durch einen Kontakt zwischen dem Anschlagelement und dem Stoppelement definiert ist, durch ein Drehen der Lenksäule in Richtung der Lenkendstellung unter Erzeugung einer Rückstellkraft elastisch verformt wird. Mittels des Rückstellmechanismus wird einem Fahrer kurz vor einem Erreichen der Lenkendstellung durch die anwachsende Rückstellkraft von wenigstens einem Rückstellelement, beispielsweise Federelement, des Rückstellmechanismus angezeigt, dass ein maximaler Lenkeinschlag in Kürze erreicht wird. Dieses Anwachsen der Rückstellkraft ist für den Fahrer deutlich angenehmer als ein abruptes mechanisches Anschlagen bei Erreichen des maximalen Lenkeinschlags.
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Die obige Aufgabe wird zudem durch ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst, das wenigstens eine Lenkbegrenzungsvorrichtung nach einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander aufweist.
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Mit dem Steer-by-Wire-Lenksystem sind die oben mit Bezug auf die Lenkbegrenzungsvorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Die obige Aufgabe wird ferner durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst, dessen Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen ausgebildet ist.
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Mit dem Fahrzeug sind die oben mit Bezug auf die Lenkbegrenzungsvorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Das Fahrzeug ist ein Landfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lenkbegrenzungsvorrichtung, und
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lenkbegrenzungsvorrichtung.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 für ein nicht gezeigtes Steer-by-Wire-Lenksystem eines nicht gezeigten Fahrzeugs.
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Die Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 weist eine mit einem nicht gezeigten Lenkrad verbindbare Lenksäule 2 auf, die um ihre Längsmittelachse 3 drehbar lagerbar ist.
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Zudem weist Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 ein mit der Lenksäule 2 verbundenes Planetengetriebe 4 auf, das ein drehfest mit der Lenksäule 2 verbundenes, durch die Lenksäule 2 gebildetes Sonnenrad 5, einen bezüglich der Längsmittelachse 3 der Lenksäule 2 in Umfangsrichtung verlagerbar angeordneten Planetenradträger 6 und ein über ein Verbindungselement 7 an einem Fahrzeugbauteil 8 fixiertes und somit ortsfest angeordnetes Hohlrad 9 aufweist. Der Planetenradträger 6 trägt drei Planetenräder 10. Das Planetengetriebe 4 ist derart ausgebildet, dass die Lenksäule 2 um mehr als eine volle Umdrehung um ihre Längsmittelachse 3 drehbar angeordnet ist.
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Des Weiteren weist die Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 ein radial nach außen von dem Planetenradträger 6 abstehendes, an dem Planetenradträger 6 befestigtes Anschlagelement 11 auf, das bei einer Verlagerung des Planetenradträgers 6 in Umfangsrichtung auf einer kreisförmigen Bewegungsbahn umläuft.
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Die Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 weist zudem ein durch das Verbindungselement 7 gebildetes, ortsfest angeordnetes Stoppelement auf, das radial in die Bewegungsbahn des Anschlagelements 11 eingreift.
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Zudem kann die Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 wenigstens einen nicht gezeigten, elektrisch ansteuerbaren Stellmechanismus aufweisen, mit dem das Stoppelement 7 relativ zu dem Hohlrad 9 in Umfangsrichtung verlagerbar und in der jeweilig eingenommenen Stellung fixierbar ist.
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Alternativ kann die Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 wenigstens zwei umfangsversetzt zueinander angeordnete, nicht gezeigte Stoppelemente und wenigstens einen nicht gezeigten, elektrisch ansteuerbaren Stellmechanismus aufweisen, mit dem die beiden Stoppelemente relativ zu dem Hohlrad 9 gleichläufig und/oder gegenläufig in Umfangsrichtung verlagerbar und in der jeweilig eingenommenen Stellung fixierbar sind.
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Des Weiteren kann die Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 wenigstens einen nicht gezeigten Rückstellmechanismus aufweisen, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er durch ein Drehen der Lenksäule 2 über eine Lenkendstellung, die durch einen Kontakt zwischen dem Anschlagelement 11 und dem Stoppelement 7 definiert ist, hinaus unter Erzeugung einer Rückstellkraft elastisch verformt wird.
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Alternativ kann die Lenkbegrenzungsvorrichtung 1 wenigstens einen nicht gezeigten Rückstellmechanismus aufweisen, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass er vor einem Erreichen einer Lenkendstellung, die durch einen Kontakt zwischen dem Anschlagelement 11 und dem Stoppelement 7 definiert ist, durch ein Drehen der Lenksäule 2 in Richtung der Lenkendstellung unter Erzeugung einer Rückstellkraft elastisch verformt wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lenkbegrenzungsvorrichtung 12 für ein nicht gezeigtes Steer-by-Wire-Lenksystem eines nicht gezeigten Fahrzeugs.
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Von der Lenkbegrenzungsvorrichtung 12 sind lediglich die Lenksäule 2 und ein damit verbundenes Lenkrad 13 gezeigt. Im Übrigen kann die Lenkbegrenzungsvorrichtung 12 gemäß 1 ausgebildet sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher im Übrigen auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen.
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In 2 ist die Drehbarkeit der Lenksäule 2 und somit des Lenkrads 13 durch eine Linie 14 angedeutet. Es ist zu sehen, dass das Lenkrad 13 annähernd um zwei volle Umdrehungen gedreht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkbegrenzungsvorrichtung
- 2
- Lenksäule
- 3
- Längsmittelachse von 2
- 4
- Planetengetriebe
- 5
- Sonnenrad
- 6
- Planetenradträger
- 7
- Verbindungselement (Stoppelement)
- 8
- Fahrzeugbauteil
- 9
- Hohlrad
- 10
- Planetenrad
- 11
- Anschlagelement
- 12
- Lenkbegrenzungsvorrichtung
- 13
- Lenkrad
- 14
- Linie (Drehbarkeit von 2, 13)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9878732 B2 [0008]
- US 6896089 B2 [0009]
- US 6799654 B2 [0010]
- US 7295905 B2 [0011]
- US 6564897 B2 [0012]
- US 20170029085 A1 [0013]
- DE 102014201450 A1 [0014]
- US 6598695 B2 [0015]
