DE102020124573A1

DE102020124573A1 - Verriegelungsmechanismus für lenkunterstützungssystem

Info

Publication number: DE102020124573A1
Application number: DE102020124573.4A
Authority: DE
Inventors: Alan G. Turek; Jeffrey E. Beyerlein; Joel A. Bickel
Original assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Current assignee: Steering Solutions IP Holding Corp
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN112550441A; US20210094507A1

Abstract

Es wird ein Lenkunterstützungssystem einer Lenksäulenanordnung bereitgestellt. Das System umfasst eine durch einen Aktor drehbar angetriebene Schnecke. Das System umfasst auch ein Schneckenrad mit einem ersten Satz von Zähnen und einem zweiten Satz von Zähnen, wobei der erste Satz von Zähnen mit der Schnecke kämmend in Eingriff steht und das Schneckenrad funktional mit einer Lenkwelle gekoppelt ist. Das System umfasst ferner ein Verriegelungsmerkmal, das in einen und außer Eingriff mit dem zweiten Satz von Zähnen des Schneckenrads bewegbar ist, um einen verriegelten Zustand und einen nicht verriegelten Zustand des Schneckenrads zu definieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf Fahrzeuglenksysteme und insbesondere auf einen Verriegelungsmechanismus für ein Lenkunterstützungssystem .
HINTERGRUND
Lenksysteme umfassen für gewöhnlich ein Lenkunterstützungssystem, das den Aufwand reduziert, der durch einen Fahrer erforderlich ist, um die Räder eines Fahrzeugs manuell zu lenken. Solche Systeme können eine Verriegelung umfassen, die in der oberen Lenksäulenanordnung eingebaut ist. Einige Entwürfe können erfordern, dass der Verriegelungsmechanismus innerhalb eines Unterstützungsmechanismusgehäuses angeordnet ist.
Ein Beispiel des zuvor genannten Verriegelungsmechansimus umfasst eine innere Nabe, einen Verriegelungshülsenring, Schmiermittel und eine äußere Wellenverriegelungshülse. Der Verriegelungshülsenring ist zwischen der inneren Nabe und der äußeren Wellenverriegelungshülse komprimiert erfasst. Während des „verriegelten“ Zustands fällt eine solenoidaktivierte Welle in Eingriff mit den Nasen an dem Außendurchmesser der äußeren Wellenverriegelungshülse. Die Verriegelungshülse ist entworfen, um, wenn über die Hauptwelle, die mit der inneren Nabe in Eingriff steht, Drehmoment aufgebracht wird, diesem Drehmoment standzuhalten und eine Bewegung zu verhindern. Innerhalb eines vorbestimmten Drehmomentbereichs erreicht der Verriegelungshülsenring ein „Losbrech“-Drehmoment und kann er gleiten. Die Anordnung muss mehrere Drehmomentüberlastungen erfahren und sich erholen können, um einem Drehmoment bis zu dem unteren Drehmoment des vorbestimmten Drehmomentbereichs standzuhalten. Dieses Anordnungsbeispiel weist drei Präzisionskomponenten und Anwendungsschmiermittel auf und erfordert eine Montage, erfordert einen axialen Raum an der Abtriebswelle, erfordert eine Druckoperation für die Verriegelungsanordnung und eine weitere Druckoperation zum Einbau der Verriegelungsanordnung an der Wellenanordnung und weist eine erhebliche Masse auf. Ein Verbessern des Packungsraums und der Masse des Verriegelungsmechanismus würde von Fachleuten gut angenommen werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein Lenkunterstützungssystem einer Lenksäulenanordnung bereitgestellt. Das System umfasst eine durch einen Aktor drehbar angetriebene Schnecke. Das System umfasst auch ein Schneckenrad mit einem ersten Satz von Zähnen und einem zweiten Satz von Zähnen, wobei der erste Satz von Zähnen mit der Schnecke kämmend in Eingriff steht und das Schneckenrad funktional mit einer Lenkwelle gekoppelt ist. Das System umfasst ferner ein Verriegelungsmerkmal, das in einen und außer Eingriff mit dem zweiten Satz von Zähnen des Schneckenrads bewegbar ist, um einen verriegelten Zustand und einen nicht verriegelten Zustand des Schneckenrads zu definieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Verriegelungsmechanismus eines Lenkunterstützungssystems bereitgestellt. Der Verriegelungsmechanismus umfasst eine Gleitanordnung, die innerhalb eines Gehäuses des Lenkunterstützungssystems angeordnet ist. Der Verriegelungsmechanismus umfasst auch ein keilförmiges Verriegelungsmerkmal, das in einen und außer Eingriff mit einem Satz von Zähnen eines Schneckenrads bewegbar ist, um einen verriegelten Zustand und einen nicht verriegelten Zustand des Schneckenrads zu definieren.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung besonders klargemacht und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich, in denen:

1 eine Querschnittsansicht einer Lenksäulenanordnung mit einem Lenkunterstützungssystem ist;
2 ein Aufriss eines Verriegelungsmechanismus für das Lenkunterstützungssystem in einer nicht verriegelten Stellung ist;
3 ein Aufriss des Verriegelungsmechanismus in einer verriegelten Stellung ist;
4 eine perspektivische Ansicht des Lenkunterstützungssystems mit einem Verriegelungsmerkmal des Verriegelungsmechanismus gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist;
5 eine perspektivische Ansicht einer Verriegelung des Verriegelungsmerkmals von 4 ist;
6 eine perspektivische Ansicht des Lenkunterstützungssystems mit einem Verriegelungsmerkmal des Verriegelungsmechanismus gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist;
7 eine perspektivische Ansicht einer Verriegelung des Verriegelungsmerkmals von 6 ist;
8 ein Aufriss einer Schnittstelle zwischen dem Verriegelungsmechanismus und dem Lenkunterstützungssystem ist;
9 ein Aufriss des Verriegelungsmechanismus gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist; und
10 eine perspektivische Ansicht des Verriegelungsmechanismus von 9 ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun auf die Figuren Bezug nehmend, in denen die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wird, ohne diese einzuschränken, veranschaulicht 1 eine Fahrzeuglenksäulenanordnung 10, die für ein Lenken eines Fahrzeugs in eine gewünschte Richtung vorgesehen ist. Die Lenksäulenanordnung 10 umfasst ein oder mehrere Teile, die eine Lenkwelle 12 bilden, die gedreht wird, um das Fahrzeug zu lenken. Die Lenkwelle 12 ist, zumindest teilweise, innerhalb eines oder mehrerer Mäntel, wie beispielsweise des veranschaulichten oberen Mantels 14 und unteren Mantels 16, angeordnet.
Die Lenksäulenanordnung 10 umfasst ein Lenkunterstützungssystem 20, das einen Aktor (nicht gezeigt), wie beispielsweise einen Elektromotor, umfasst, der mit einer Schnecke 22 gekoppelt ist. Die Schnecke 22 steht mit einem ersten Satz von Zähnen 23 eines Schneckenrads 24 kämmend in Eingriff, wie es in 1, 4 und 6 gezeigt ist. Das Schneckenrad 24 ist mit der Lenkwelle 12 funktional verbunden, um ein Unterstützungsdrehmoment für einen manuellen Drehmomenteingang von einem Fahrer bereitzustellen. Unter bestimmten Bedingungen ist es erwünscht, einer Drehung des Schneckenrads 24 standzuhalten. Dies kann beispielsweise Teil einer Wegfahrsperre sein.
Nun auf 2 und 3 Bezug nehmend ist ein Verriegelungsmechanismus 30 für das Lenkunterstützungssystem 20 gezeigt. Der Verriegelungsmechanismus 30 ist Teil eines Verriegelungsmoduls (allgemein mit Bezugszeichen 32 bezeichnet), das in einem Lenkunterstützungssystemgehäuse 34 (1) integriert ist. Das Verriegelungsmodul 32 umfasst eine Gleitanordnung 35, die in Ansprechen auf den Betrieb eines Aktors verschiebbar ist. Bei einigen Ausführungsformen ist der Aktor ein Solenoid.
Ein Verriegelungsmerkmal 36 ist für eine Verschiebung zwischen einem nicht verriegelten Zustand (2) und einem verriegelten Zustand (3) des Lenkunterstützungssystems 20, und spezieller, des Schneckenrads 24, funktional mit der Gleitanordnung 34 gekoppelt. Das Verriegelungsmerkmal 36 ist vollständig oder teilweise mit einer keilförmigen Geometrie ausgebildet. Mit anderen Worten kann das Verriegelungsmerkmal 36 ein keilförmiges Merkmal sein oder kann es ein keilförmiges Merkmal umfassen, das Teil eines größeren Aufbaus ist. Bei einigen Ausführungsformen ist das Verriegelungsmerkmal 36 aus Kunststoff ausgebildet, wobei jedoch alternative Materialien, wie beispielsweise Metall, in Betracht gezogen werden.
Wie es in 3 gezeigt ist, ist das Verriegelungsmerkmal 36 innerhalb einer Aussparung 38 des Schneckenrads 24 angeordnet, die durch benachbarte Zähne definiert ist, welche Teil eines zweiten Satzes von Zähnen 40 des Schneckenrads 24 sind. Das Verriegelungsmerkmal 36 steht - wenn es angeordnet ist, um sich in dem verriegelten Zustand von 3 zu befinden - mit dem zweiten Satz von Zähnen 40 des Schneckenrads 24 in Eingriff, um Trennungskräften der Verzahnung standzuhalten, wenn Drehmoment auf das Schneckenrad 24 aufgebracht wird. Dieser Widerstand ist auf eine Federkraft zurückzuführen, die durch eine Feder 42 bereitgestellt wird, die zwischen dem Verriegelungsmodul 32 und einem Trägeraufbau 44 (z.B. einer Scheibe oder dergleichen) angeordnet ist. Die mit der Feder 42 auf das Verriegelungsmerkmal 36 aufgebrachte Vorspannkraft wäre an den Widerstand angepasst, der erforderlich ist, damit ein Gleiten stattfindet, nachdem eine Anforderung eines minimalen Drehmoments erfüllt wurde. Somit hält das Verriegelungsmerkmal 36 - wenn es sich in dem verriegelten Zustand befindet - einer Drehung des Schneckenrads 24 innerhalb eines vorbestimmten Drehmomentbereichs stand, ermöglicht jedoch, dass das Verriegelungsmerkmal 36 über einen Zahn des zweiten Satzes von Zähnen 40 zu einer benachbarten Aussparung des zweiten Satzes von Zähnen 40 gleitet, sobald ein Schwellenwertdrehmoment aufgebracht wird. Beispielsweise verhindert die Anordnung des Verriegelungsmerkmals 36 innerhalb der Aussparung 38 eine Bewegung zu etwa 200 N-m, führt jedoch ein größeres Drehmoment als dies zu einem Gleiten des Verriegelungsmerkmals 36 über einen Zahn des zweiten Satzes von Zähnen 40. Bei einem Gleiten zu einer benachbarten Aussparung kehrt das Verriegelungsmerkmal 36 zu einem Widerstand hinsichtlich einer Bewegung des Schneckenrads 24 zurück.
Bei den Ausführungsformen von 4-7 verschiebt sich das Verriegelungsmerkmal 36 in einen und außer Eingriff (d.h. verriegelter Zustand und nicht verriegelter Zustand) mit dem zweiten Satz von Zähnen 40, und zwar in einer radialen Richtung, die zu einer Längsachse A (1) der Lenksäulenanordnung 10 senkrecht ist. Bei den veranschaulichten Ausführungsformen erstreckt sich der zweite Satz von Zähnen 40 in Umfangsrichtung um das Schneckenrad 24.
In 4 und 5 erstreckt sich der zweite Satz von Zähnen 40 zu einem Außendurchmesser, der mit dem ersten Satz von Zähnen 23 gemeinsam ist. Bei den Ausführungsformen von 6 und 7 umfasst das Schneckenrad 24 einen ersten Außendurchmesser und einen zweiten Außendurchmesser, die durch eine sich radial erstreckende Stufe 48 verbunden sind. Der erste Satz von Zähnen 23 erstreckt sich um den ersten Außendurchmesser des Schneckenrads 24, und der zweite Satz von Zähnen 40 erstreckt sich um den zweiten Außendurchmesser des Schneckenrads 24, wobei sich der erste Außendurchmesser weiter radial nach außen erstreckt als der zweite Außendurchmesser.
9 und 10 veranschaulichen ein axial bewegbares Verriegelungsmerkmal 36. Im Speziellen ist der zweite Satz von Zähnen 40 an einer Seite 50 des Schneckenrads 24 ausgebildet, und kann sich das Verriegelungsmerkmal 36 in einer axialen Richtung parallel zu der Längsachse A der Lenksäulenanordnung 10 (1) in einen und außer Eingriff mit dem zweiten Satz von Zähnen 40 bewegen.
Nun auf 8 Bezug nehmend wird die abstimmbare oder spezifisch anpassbare Natur des Verriegelungsmechanismus 30 veranschaulicht. Im Speziellen kann die Feder 42 auf den Widerstand angepasst werden, der erforderlich ist, damit ein Gleiten auftritt, nachdem eine Anforderung eines minimalen Drehmoments erfüllt wurde. Wenn sich das Schneckenrad 24 dreht, bewegt sich das Verriegelungsmerkmal 36 an der Neigung der gegenüberliegenden Zähne nach oben. Diese Beziehung ermöglicht ein Einstellen des Betrags an Federkraft, der Höhe der Zähne 40 und/oder des Verriegelungsmerkmals 36 sowie des Neigungswinkels der Zähne 40 und/oder des Verriegelungsmerkmals 36, um den gewünschten Betrag an „Losbrechdrehmoment“ zu erreichen. Wenn ein Außereingrifftreten stattfindet, tritt das Verriegelungsmerkmal 36 aufgrund dessen, dass es federbelastet ist, mit der nächsten verfügbaren Aussparung des zweiten Satzes von Zähnen 40 wieder in Eingriff.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen stellen ein Verriegelungsmerkmal bereit, das ein „vergossenes“ Teil (d.h. keine zusätzliche Bearbeitung) sein kann und in der Gleitanordnung des Gehäuses mit einer begleitenden Feder 42 arbeitet, um als Kraftkomponente des Verriegelungsmechanismus 30 zu dienen. Der offenbarte Verriegelungsmechanismus 30 ist weniger komplex und führt zu reduzierten Kosten im Vergleich zu typischen Verriegelungsmechanismen für ähnliche Anwendungen. Eine Handmontage des Verriegelungsmechansimus 30 ist möglich, wodurch Montagemaschinen und ihre zugehörigen Kosten vermieden werden. Der Verriegelungsmechanismus 30 reduziert auch die axialen Packungsanforderungen im Vergleich zu typischen Verriegelungsmechanismen und reduziert das Gewicht.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen stellt der Verriegelungsmechanismus 30 Nutzen bereit, die mit Ereignissen in Verbindung stehen, welche hierin als Einstiegs-/Ausstiegsereignisse oder -lasten bezeichnet sind. Im Speziellen verwenden viele Fahrer ein Lenkrad, das an der Lenksäulenanordnung 10 angebracht ist, während des Einsteigens in das oder Aussteigens aus dem Fahrzeug als Griff. Frühere Steer-by-Wire-Systeme verwenden einen EPS-Motor, um einer solchen Last standzuhalten, und dies ist die höchste Drehmomentanforderung für Steer-by-Wire-Systeme. Der hierin beschriebene mechanische Verriegelungsmechanismus 30 hält jedoch den Einstiegs-/Ausstiegsereignissen stand, wodurch ein kleinerer Motor und/oder ein kleineres Gesamtsystem ermöglicht wird. Es kann eine erhebliche Reduzierung der Motorgröße bei Steer-by-Wire-Systemen erreicht werden, während immer noch ein angemessener Widerstand für Einstiegs-/Ausstiegslasten vorliegt. Der Verriegelungsmechanismus kann auf das geeignete Gleitdrehmoment eingestellt oder abgestimmt werden, um eine Beschädigung jeglicher der EPS-Komponenten zu vermeiden, während die geeignete Widerstandslast für ein Einsteigen/Aussteigen des Fahrers weiterhin aufrechterhalten wird.
Während die Erfindung in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurde, sollte leicht verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Substitutionen oder gleichwertigen Anordnungen beinhaltet, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber dem Geist und dem Umfang der Erfindung entsprechen. Obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist es zudem verständlich, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen beinhalten können. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung begrenzt anzusehen.

Claims

Lenkunterstützungssystem einer Lenksäulenanordnung, umfassend: eine durch einen Aktor drehbar angetriebene Schnecke; ein Schneckenrad mit einem ersten Satz von Zähnen und einem zweiten Satz von Zähnen, wobei der erste Satz von Zähnen mit der Schnecke kämmend in Eingriff steht und das Schneckenrad funktional mit einer Lenkwelle gekoppelt ist; und ein Verriegelungsmerkmal, das in einen und außer Eingriff mit dem zweiten Satz von Zähnen des Schneckenrads bewegbar ist, um einen verriegelten Zustand und einen nicht verriegelten Zustand des Schneckenrads zu definieren.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 1, wobei das Verriegelungsmerkmal keilförmig ist, um einer Geometrie einer Aussparung zwischen benachbarten Zähnen des zweiten Satzes von Zähnen des Schneckenrads zu entsprechen.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 2, wobei das Verriegelungsmerkmal in dem verriegelten Zustand innerhalb der Aussparung angeordnet ist, wobei das Verriegelungsmerkmal in dem verriegelten Zustand mit einer Feder belastet ist, um einer Drehung des Schneckenrads standzuhalten.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 3, wobei eine Federkraft der Feder und der Winkel des zweiten Satzes von Zähnen einem vorbestimmten Bereich von auf das Schneckenrad aufgebrachtem Drehmoment standhalten, wobei ein Drehmoment, das den vorbestimmten Drehmomentbereich überschreitet, dazu führt, dass sich das Verriegelungsmerkmal zu einer benachbarten Aussparung des zweiten Satzes von Zähnen bewegt.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 1, wobei das Verriegelungsmerkmal mit einem Aktor von dem nicht verriegelten Zustand in den verriegelten Zustand bewegt wird.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 5, wobei der Aktor ein Solenoid ist.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 1, wobei sich der zweite Satz von Zähnen an einer Seite des Schneckenrads befindet und das Verriegelungsmerkmal in einer axialen Richtung parallel zu einer Längsrichtung der Lenksäulenanordnung in einen und außer Eingriff mit dem zweiten Satz von Zähnen bewegbar ist.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 1, wobei sich der zweite Satz von Zähnen in Umfangsrichtung um das Schneckenrad erstreckt, wobei das Verriegelungsmerkmal in einer radialen Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Lenksäulenanordnung in einen und außer Eingriff mit dem zweiten Satz von Zähnen bewegbar ist.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 8, wobei sich der zweite Satz von Zähnen und der erste Satz von Zähnen zu einem gemeinsamen Außendurchmesser erstrecken.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 8, wobei das Schneckenrad einen ersten Außendurchmesser und einen zweiten Außendurchmesser umfasst, die durch eine sich radial erstreckende Stufe verbunden sind, wobei sich der erste Satz von Zähnen um den ersten Außendurchmesser des Schneckenrads erstreckt, wobei sich der zweite Satz von Zähnen um den zweiten Außendurchmesser des Schneckenrads erstreckt.
Lenkunterstützungssystem nach Anspruch 10, wobei sich der erste Außendurchmesser weiter radial erstreckt als der zweite Außendurchmesser.
Verriegelungsmechanismus eines Lenkunterstützungssystems, umfassend: eine Gleitanordnung, die innerhalb eines Gehäuses des Lenkunterstützungssystems angeordnet ist; und ein keilförmiges Verriegelungsmerkmal, das in einen und außer Eingriff mit einem Satz von Zähnen eines Schneckenrads bewegbar ist, um einen verriegelten Zustand und einen nicht verriegelten Zustand des Schneckenrads zu definieren.
Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 12, wobei das keilförmige Verriegelungsmerkmal in einer axialen Richtung in einen und außer Eingriff mit dem Satz von Zähnen bewegbar ist.
Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 12, wobei das keilförmige Verriegelungsmerkmal in einer radialen Richtung in einen und außer Eingriff mit dem Satz von Zähnen bewegbar ist.
Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 12, wobei das keilförmige Verriegelungsmerkmal aus Kunststoff ausgebildet ist.
Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 12, wobei das keilförmige Verriegelungsmerkmal zwischen benachbarten Zähnen des Satzes von Zähnen in dem verriegelten Zustand innerhalb einer Aussparung angeordnet ist, wobei das Verriegelungsmerkmal in dem verriegelten Zustand mit einer Feder belastet ist, um einer Drehung des Schneckenrads standzuhalten.
Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 16, wobei eine Federkraft der Feder und der Winkel des Satzes von Zähnen einem vorbestimmten Bereich von auf das Schneckenrad aufgebrachtem Drehmoment standhalten, wobei ein Drehmoment, das den vorbestimmten Drehmomentbereich überschreitet, dazu führt, dass sich das Verriegelungsmerkmal zu einer benachbarten Aussparung des Satzes von Zähnen bewegt.
Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 12, wobei das keilförmige Verriegelungsmerkmal mit einem Aktor von dem nicht verriegelten Zustand in den verriegelten Zustand bewegt wird.
Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 18, wobei der Aktor ein Solenoid ist.
Verriegelungsmechanismus nach Anspruch 12, wobei das Lenkunterstützungssystem Teil eines Steer-by-Wire-Systems ist.