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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Im Rahmen von Steer-by-Wire-Lenksystemen ist herkömmlicherweise die an einem ersten axialen Endabschnitt mit dem Lenkrad verbundene Lenkwelle an einem zweiten axialen Endabschnitt mit einem mit einer elektrischen Maschine gekoppelten Getriebe verbunden. Die elektrische Maschine ist dazu ausgebildet, ein fahrsituationsabhängiges Lenkmoment zu erzeugen.
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Die elektrische Maschine erzeugt daher ein auf die Lenkwelle wirkendes Drehmoment, welches zum einen die Aufgabe erfüllt, eine Drehgeschwindigkeit des Lenkrads durch ein entsprechendes Lenkmoment zu begrenzen bzw. zu dämpfen und des Weiteren ein Drehmoment zu erzeugen, welches ein Rückstellen der Lenkwelle in eine Mittenstellung bewirkt.
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DE 10 2017 214 530 A1 offenbart ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkungsgehäuse, einer abschnittsweise in das Lenkungsgehäuse eingefügten und in diesem drehbar gelagerte Lenkwelle und einem Elektromotor, wobei eine Motorwelle des Elektromotors mit der Lenkwelle gekoppelt ist, und wobei ein Rotor des Elektromotors konzentrisch zur Lenkwelle angeordnet ist, wobei die Motorwelle des Elektromotors zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildet ist.
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Es ist daher wünschenswert, im Falle eines Ausfalls der elektrischen Maschine eine Rückfallebene zur Erzeugung eines Lenkmoments zu haben.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe wird des Weiteren mit einem Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem an einem Servogetriebe befestigbaren Gehäuse, einem innerhalb des Gehäuses mit einer Anlagefläche einer Getriebeausgangswelle des Servogetriebes in Kontakt bringbaren Anpresselement, und einem mit dem Anpresselement in Wirkverbindung stehenden Stellelement, welches dazu ausgebildet ist, eine durch das Anpresselement auf die Anlagefläche der Getriebeausgangswelle des Servogetriebes wirkende Anpresskraft einzustellen.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine zum Erzeugen eines Lenkmoments, einem mit der elektrischen Maschine gekoppelten Servogetriebe, welches eine Getriebeausgangswelle und eine mit einer Lenkwelle verbundene Getriebeeingangswelle aufweist, und der mit der Getriebeausgangswelle gekoppelten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch Vorsehen der Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für das Steer-by-Wire-Lenksystem für das Kraftfahrzeug eine mechanische Rückfallebene für das Steer-by-Wire-Lenksystem bereitzustellen, die es ermöglicht, mit mechanischen Mitteln die Lenkwelle mit einem einstellbaren Lenkmoment zu beaufschlagen.
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Die durch das Anpresselement auf die Anlagefläche der Getriebeausgangswelle des Servogetriebes wirkende Anpresskraft bewirkt somit in vorteilhafter Weise auch in Abwesenheit eines durch die elektrische Maschine erzeugten Lenkmoments ein mechanisch erzeugtes Lenkmoment. Somit bleibt auch im Falle eines Ausfalls der elektrischen Maschine ein vorgegebenes durch das Anpresselement erzeugte mechanische Lenkmoment des Steer-by-Wire-Lenksystems erhalten.
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Des Weiteren kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Differenz zwischen einem statischen Lenkmoment und einem dynamischen Lenkmoment bei Ausfall einer durch die elektrische Maschine erzeugten Lenkkraftunterstützung in vorteilhafter Weise verringert werden.
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Das statische Lenkmoment ist das Lenkmoment, welches bei einem Anlenken aus einem statischen Zustand des Lenksystems heraus, d.h. im Bereich geringer Lenkwinkel, vom Fahrer aufgewendet werden muss. Das dynamische Lenkmoment ist das sich an das statische Lenkmoment bei größeren Lenkwinkeln anschließende verringerte Lenkmoment.
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Durch die Reduzierung der Differenz zwischen statischem und dynamischem Lenkmoment kann somit bei Ausfall der durch die elektrische Maschine erzeugten Lenkkraftunterstützung eine verbesserte Lenkbarkeit bzw. ein gleichmäßigeres Lenkmoment über den gesamten Lenkwinkelbereich ermöglicht werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und parallel und/oder konzentrisch zur Getriebeausgangswelle des Servogetriebes anordenbar ist. Somit kann in vorteilhafter Weise eine optimale Krafteinwirkung bzw. Einstellbarkeit der Anpresskraft durch das Anpresselement erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse an einem ersten axialen Endabschnitt eine erste Öffnung zur Aufnahme der Getriebeausgangswelle des Servogetriebes und Befestigungsmittel zur Befestigung am Servogetriebe aufweist, und wobei das Gehäuse an einem zweiten axialen Endabschnitt eine zweite Öffnung aufweist, welche im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist.
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Somit kann das Gehäuse in vorteilhafter Weise optimal am Servogetriebe angebracht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stellelement in einer Aufnahme des Gehäuses axial verschiebbar angeordnet ist, wobei das Stellelement dazu ausgebildet ist, durch axiale Verschiebung relativ zum Gehäuse die durch das Anpresselement auf die Anlagefläche der Getriebeausgangswelle des Servogetriebes wirkende Anpresskraft einzustellen. Somit kann in vorteilhafter Weise die durch das Anpresselement auf die Getriebeausgangswelle wirkende Anpresskraft individuell eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Anpresselement durch eine Tellerfeder ausgebildet ist, und wobei die Anlagefläche der Getriebeausgangswelle des Servogetriebes axial ausgerichtet ist. Aufgrund dieser Kombination kann somit die durch das Anpresselement auf die Getriebeausgangswelle wirkende Kraft optimal auf die Getriebeausgangswelle übertragen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stellelement durch eine Schraube ausgebildet ist, deren Außengewinde mit einem Innengewinde der Aufnahme des Gehäuses im Eingriff ist, wobei die Aufnahme des Gehäuses am zweiten axialen Endabschnitt des Gehäuses, insbesondere an einer axialen Wandfläche am zweiten axialen Endabschnitt des Gehäuses angeordnet ist. Somit kann die durch das Stellelement einstellbare Anpresskraft des Anpresselements in vorteilhafter Weise stufenlos eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stellelement innerhalb des Gehäuses angeordnet und durch die zweite Öffnung des Gehäuses betätigbar ist. Somit kann eine einfache Betätigbarkeit des Stellelements von außerhalb des Gehäuses gewährleistet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Anpresselement eine erste Anlagefläche zum Anpressen an die Anlagefläche der Getriebeausgangswelle des Servogetriebes, eine zweite Anlagefläche zum Anpressen an das Stellelement und einen zwischen der ersten Anlagefläche und der zweiten Anlagefläche angeordneten Verbindungsabschnitt aufweist. Somit weist das Anpresselement in vorteilhafter Weise eine sichere und stabile Auflage sowohl an der Anlagefläche der Getriebeausgangswelle als auch an der Anlagefläche des Stellelements auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Stellelement an einer zur Innenseite des Gehäuses zugewandten Innenseite eine Aussparung aufweist, in welche die zweite Anlagefläche des Anpresselements einfügbar ist. Somit weist das Anpresselement eine sichere Auflage in der Aussparung des Stellelements auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Anlagefläche des Anpresselements aus Kunststoff ausgebildet ist. Das Anpresselement ist somit in der Lage, durch Anpressen an die entsprechende Anlagefläche der Getriebeausgangswelle ein Lenkmoment zu erzeugen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite Öffnung benachbart zur Aufnahme des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Aufnahme des Gehäuses einen ersten Durchmesser und die zweite Öffnung einen zweiten Durchmesser aufweist, wobei der zweite Durchmesser geringer als der erste Durchmesser ist, und wobei das Gehäuse an einem Übergang zwischen der Aufnahme und der zweiten Öffnung eine Schulter aufweist, welche einen axialen Endanschlag des Stellelements in der Aufnahme bildet.
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Das Stellelement kann somit am ersten axialen Endabschnitt des Gehäuses in das Gehäuse eingefügt und in der benachbart zur zweiten Öffnung im Gehäuse angeordneten Aufnahme aufgenommen bzw. angeordnet werden. Die zweite Öffnung des Gehäuses, von welcher das Stellelement in vorteilhafter Weise zugänglich ist, ermöglicht somit eine einfache Bedienbarkeit des Stellelements von außerhalb des Gehäuses.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine vergrößerte Längsschnittansicht der Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 ein Diagramm eines Lenkmoments in Relation zu einem Lenkwinkel des Steer-by-Wire-Lenksystems des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Steer-by-Wire-Lenksystems eines Kraftfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 für das Kraftfahrzeug weist eine elektrische Maschine 2 zum Erzeugen eines Lenkmoments auf. Die elektrische Maschine 2 ist mit einem Steuergerät 3 zum Ansteuern der elektrischen Maschine 2 verbunden. Die elektrische Maschine 2 ist ferner mit einem Servogetriebe 4 gekoppelt. Bei dem Servogetriebe 4 handelt es sich um ein Schneckenradgetriebe, welches mit einer Getriebeausgangswelle 4a und einer Getriebeeingangswelle 4b wirkverbunden ist. Die Getriebeeingangswelle 4b weist des Weiteren eine Verbindung zur Lenkwelle 6 auf.
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Das Steer-by-Wire-Lenksystem 1 weist darüber hinaus eine Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines Lenkmoments auf, welche am Servogetriebe 4 mittels einer Schraubverbindung befestigt ist.
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2 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ein Gehäuse 12 der Vorrichtung 10 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet. Des Weiteren ist das Gehäuse 12 konzentrisch zur (in 2 nicht gezeigten) Getriebeausgangswelle des Servogetriebes anordenbar. Alternativ kann das Gehäuse 12 beispielsweise parallel und versetzt zu der Getriebeausgangswelle des Servogetriebes angeordnet und derart am (in 2 nicht gezeigten) Servogetriebe befestigt werden.
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Die Vorrichtung 10 weist ferner ein Anpresselement 14 und ein Stellelement 16 auf. Das Stellelement 16 ist an einem ersten axialen Endabschnitt 12a durch eine erste Öffnung 18 des Gehäuses 12 in das Gehäuse 12 einfügbar. Das Anpresselement 14 weist im Bereich einer zweiten Anlagefläche 14b, d.h. einer Anlagefläche, mit welcher das Anpresselement 14 in einem Montagezustand an dem Stellelement 16 anliegt, eine vorgegebene Form bzw. Aufnahme auf.
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Das Stellelement 16 weist einen vorgegebenen Vorsprung 16d im Bereich einer Seitenfläche 16b auf, welcher Vorsprung derart ausgebildet ist, dass dieser in die Aufnahme des Anpresselements formschlüssig einfügbar bzw. aufnehmbar ist.
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Das Anpresselement 14 ist somit mit dem Stellelement 16 im Montagezustand drehfest verbindbar.
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Das Gehäuse 12 weist ferner ein erstes Befestigungsmittel 20a und ein zweites Befestigungsmittel 20b auf. Das erste Befestigungsmittel 20a und das zweite Befestigungsmittel 20b sind an einem Außenumfang bzw. einer Außenoberfläche des Gehäuses 12 angeordnet und sind dazu ausgebildet, dass die Vorrichtung 10 am (in 2 nicht gezeigten) Servogetriebe befestigbar ist.
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3 zeigt eine vergrößerte Längsschnittansicht der Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für das Steer-by-Wire-Lenksystem des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Vorrichtung 10 weist das an dem Servogetriebe 4 befestigte Gehäuse 12 auf. Ferner weist die Vorrichtung 10 das innerhalb des Gehäuses 12 mit einer Anlagefläche 4a1 der Getriebeausgangswelle 4a des Servogetriebes 4 Kontakt bildende Anpresselement 14 auf.
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Darüber hinaus weist die Vorrichtung 10 das mit dem Anpresselement 14 in Wirkverbindung stehende Stellelement 16 auf. Das Stellelement 16 ist dazu ausgebildet, eine durch das Anpresselement 14 auf die Anlagefläche 4a1 der Getriebewelle 4a des Servogetriebes 4 wirkende Anpresskraft einzustellen.
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Die Getriebeausgangswelle 4a ist am ersten axialen Endabschnitt 12a des Gehäuses 12 durch die erste Öffnung 18 in das Gehäuse 12 eingefügt. Ferner weist das Gehäuse 12 am zweiten axialen Endabschnitt 12b die zweite Öffnung 22 auf, welche im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist.
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Das Stellelement 16 ist in einer Aufnahme 24 des Gehäuses 12 axial verschiebbar angeordnet. Das Stellelement 16 ist ferner dazu ausgebildet, durch axiale Verschiebung relativ zum Gehäuse 12 die durch das Anpresselement 14 auf die Anlagefläche 4a1 der Getriebeausgangswelle 4a des Getriebes wirkende Anpresskraft einzustellen.
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Das Anpresselement 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Tellerfeder ausgebildet. Alternativ kann das Anpresselement 14 beispielsweise durch ein anderes geeignetes Federelement ausgebildet sein. Die Anlagefläche 4a1 der Getriebeausgangswelle 4a des Servogetriebes 4 ist axial ausgerichtet.
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Das Stellelement 16 ist in der vorliegenden Ausführungsform durch eine Schraube bzw. Scheibe ausgebildet, deren Außengewinde 16a mit einem Innengewinde 24a der Aufnahme 24 des Gehäuses 12 im Eingriff ist.
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Die Aufnahme 24 des Gehäuses 12 ist am zweiten axialen Endabschnitt 12b des Gehäuses 12 an einer axialen Wandfläche 12b1 am zweiten axialen Endabschnitt 12b des Gehäuses 12 angeordnet.
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Das Stellelement 16 ist innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet und durch die zweite Öffnung 22 des Gehäuses 12 betätigbar. Das Anpresselement 14 weist eine erste Anlagefläche 14a zum Anpressen an die Anlagefläche 4a1 der Getriebeausgangswelle 4a des Servogetriebes 4 auf.
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Ferner weist das Anpresselement 14 eine zweite Anlagefläche 14b zum Anpressen an das Stellelement 16 auf. Darüber hinaus weist das Anpresselement 14 einen zwischen der ersten Anlagefläche 14a und der zweiten Anlagefläche 14b angeordneten Verbindungsabschnitt 14c auf.
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Das Stellelement 16 weist an einer zur Innenseite 12c des Gehäuses 12 zugewandten Innenseite 16b eine Aussparung 16c auf. Die zweite Anlagefläche 14b des Anpresselements 14 ist in diese Aussparung 16c des Stellelements 16 einfügbar.
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Die erste Anlagefläche 14a des Anpresselements 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform aus Kunststoff ausgebildet. Alternativ kann ein anderes geeignetes Material wie beispielsweise Graphit oder Kohlefaser ausgewählt werden.
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Die zweite Öffnung 22 ist benachbart zur Aufnahme 24 des Gehäuses 12 angeordnet. Die Aufnahme 24 des Gehäuses 12 weist einen ersten Durchmesser D1 auf. Ferner weist die zweite Öffnung 22 einen zweiten Durchmesser D2 auf. Der zweite Durchmesser D2 ist geringer als der erste Durchmesser D1.
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Das Gehäuse 12 weist an einem Übergang zwischen der Aufnahme 24 und der zweiten Öffnung 22 eine Schulter 26 auf. Die Schulter 26 bildet einen axialen Endanschlag 24b des Stellelements 16 in der Aufnahme 24.
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4 zeigt ein Diagramm eines Lenkmoments in Relation zu einem Lenkwinkel des Steer-by-Wire-Lenksystems des Kraftfahrzeugs gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Hochachse gibt ein Lenkmoment des Steer-by-Wire-Lenksystems und die Querachse einen Lenkwinkel α des Steer-by-Wire-Lenksystems des Kraftfahrzeugs an.
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Das Lenkmoment T1 der Kurve f2 bezeichnet das statische Lenkmoment, welches bei einem Anlenken aus einem statischen Zustand des Lenksystems heraus erzeugt wird bzw. beim Lenken überwunden werden muss. T2 bezeichnet ein dynamisches Lenkmoment der Kurve f2, welches sich nach Überwinden des statischen Lenkmoments bei zunehmendem Lenkwinkel an dieses anschließt und ein konstantes Niveau aufweist. ΔT bezeichnet eine Differenz zwischen dem statischen Lenkmoment und dem dynamischen Lenkmoment.
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Die Kurve f1 zeigt ein statisches Lenkmoment T1' und ein dynamisches Lenkmoment T2', wobei eine Differenz zwischen T1' und T2' durch den Wert ΔT' gebildet wird.
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Die Kurve f1 zeigt ein Steer-by-Wire-Lenksystem, bei welchem ein Lenkmoment ohne elektromotorische Unterstützung des Lenksystems dargestellt ist. Die Differenz ΔT' ist hierbei beträchtlich größer als die Differenz ΔT der Kurve f2. Die Kurve f2 zeigt bzw. repräsentiert einen Lenkmomentverlauf bei verschiedenen Lenkwinkeln unter Verwendung der Vorrichtung zum Erzeugen eines Lenkmoments für das Steer-by-Wire-Lenksystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Kurve f1 hingegen repräsentiert ein herkömmliches Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Erzeugen eines Lenkmoments. Aufgrund der deutlich geringeren Differenz ΔT der Kurve f2 besteht im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine deutlich verbesserte und gleichmäßigere Lenkbarkeit aufgrund des weniger starken Abfalls des Lenkmoments nach Erreichen des Spitzenwerts des statischen Lenkmoments.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017214530 A1 [0004]
