DE102020215277A1

DE102020215277A1 - Steering system with technically limited steering stroke

Info

Publication number: DE102020215277A1
Application number: DE102020215277.2A
Authority: DE
Inventors: Klaus Bundschu; Arthur Rupp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2022-06-09

Abstract

Lenksystem mit einer Lenkstange (1), die in einem Gehäuse (2) längsaxial verschiebbar gelagert ist, wobei die Verschiebbarkeit der Lenkstange (1) relativ zu dem Gehäuse (2) mittels Anschlägen, die jeweils durch einen Kontakt von jeweils mindestens einer Anschlagfläche (10, 11) des Gehäuses (2) und der Lenkstange (1) bewirkt sind, begrenzt ist, und mit einem Lenkmotor, der mit der Lenkstange (1) antriebsverbunden und mittels einer Steuerungsvorrichtung ansteuerbar ist, um durch die Erzeugung von Antriebsleistung ein Verschieben der Lenkstange (1) in einer ausgewählten Verschieberichtung zumindest zu unterstützen, wobei die Steuerungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass beim Unterschreiten eines definierten Abstands zwischen den Anschlagflächen (10, 11) des in der ausgewählten Verschieberichtung liegenden Anschlags der Lenkmotor derart ansteuert wird, dass die Erzeugung der Antriebsleistung reduziert oder beendet wird oder eine Gegenantriebsleistung erzeugt wird.Steering system with a steering rod (1) which is mounted in a housing (2) so that it can be displaced longitudinally and axially, the movability of the steering rod (1) relative to the housing (2) being controlled by means of stops which are each caused by contact of at least one stop surface (10 , 11) of the housing (2) and the handlebar (1), and with a steering motor which is drivingly connected to the handlebar (1) and can be controlled by means of a control device in order to shift the handlebar by generating drive power (1) in a selected direction of displacement, the control device being set up in such a way that when a defined distance between the stop surfaces (10, 11) of the stop in the selected direction of displacement is not reached, the steering motor is actuated in such a way that the drive power is generated is reduced or terminated or counter drive power is generated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem mit einer Lenkstange, die in einem Gehäuse (9) längsaxial verschiebbar gelagert ist, wobei die Verschiebbarkeit der Lenkstange relativ zu dem Gehäuse mittels Anschlägen, die jeweils durch einen Kontakt von jeweils mindestens einer Anschlagfläche des Gehäuses und der Lenkstange bewirkt sind, begrenzt ist, und mit einem Lenkmotor, der mit der Lenkstange antriebsverbunden und mittels einer Steuerungsvorrichtung ansteuerbar ist, um durch die Erzeugung von Antriebsleistung ein Verschieben der Lenkstange in einer ausgewählten Verschieberichtung zumindest zu unterstützen.The invention relates to a steering system with a steering rod which is mounted in a housing (9) so that it can be displaced longitudinally and axially, the displacement of the steering rod relative to the housing being effected by means of stops which are brought about by contact between at least one stop surface of the housing and the steering rod , Is limited, and with a steering motor, which is drivingly connected to the handlebar and can be controlled by a control device in order to at least support a displacement of the handlebar in a selected displacement direction by generating drive power.

Bei einem als Hilfskraftlenksystem ausgestalteten Lenksystem wird mittels eines auf eine Lenkstange wirkenden Lenkmotors beim Lenken, d.h. bei einem Verschieben der Lenkstange relativ zu dem Gehäuse, wodurch Räder eines Fahrzeugs, die über Radlenkhebel und Spurstangen mit den Enden der Lenkstange verbunden sind, verschwenkt werden, eine unterstützende Lenkleistung erzeugt, um die von einem Bediener auf eine Lenksäule aufzubringende Lenkleistung (ggf. temporär auch bis auf null) zu reduzieren. Bei einem motorisch betätigten Lenksystem wird dagegen die für ein Lenken erforderliche Lenkleistung stets vollständig von dem Lenkmotor bereitgestellt.In a steering system designed as a power steering system, a steering motor acting on a steering rod is used during steering, i.e. when the steering rod is displaced relative to the housing, whereby the wheels of a vehicle, which are connected to the ends of the steering rod via steering knuckles and tie rods, are pivoted supporting steering power generated in order to reduce the steering power to be applied by an operator to a steering column (possibly also temporarily to zero). In contrast, in a motor-actuated steering system, the steering power required for steering is always completely provided by the steering motor.

Bei solchen Lenksystemen werden in der Regel (End-)Anschläge integriert, durch die die Verschiebbarkeit der Lenkstange relativ zu dem Gehäuse und damit die Lenkhübe in den beiden Verschieberichtungen der Lenkstange mechanisch begrenzt sind. Dadurch wird gleichzeitig der mechanisch mögliche Lenkwinkel der von dem Lenksystem gelenkten Räder begrenzt.In such steering systems (end) stops are usually integrated, by which the displacement of the steering rod relative to the housing and thus the steering strokes in the two directions of displacement of the steering rod are mechanically limited. As a result, the mechanically possible steering angle of the wheels steered by the steering system is limited at the same time.

Die Anschläge werden üblicherweise jeweils mittels eines indirekten Kontakts von jeweils einer Anschlagfläche der Lenkstange und des Gehäuses realisiert, wobei zur Geräuschverringerung und zur Realisierung einer verringerten Stoßbelastung ein elastisches Dämpfungselement zwischen den die Anschlagflächen ausbildenden Elementen angeordnet ist (vgl. DE 10 2007 000 680 A1 , EP 1 777 138 B1 und EP 1 429 951 B1 ).The stops are usually implemented by means of indirect contact between a stop surface of the handlebar and the housing, with an elastic damping element being arranged between the elements forming the stop surfaces to reduce noise and to implement a reduced shock load (cf. DE 10 2007 000 680 A1 , EP 1 777 138 B1 and EP 1 429 951 B1 ).

Nachteilig an solchen Dämpfungselementen sind der für deren Integration in das Lenksystem erforderliche Bauraumbedarf sowie die damit verbundenen Kosten, die sowohl aus dem Aufwand für die Herstellung als auch für die Montage der Dämpfungselemente resultieren.Disadvantages of such damping elements are the installation space required for their integration into the steering system and the costs associated therewith, which result both from the effort involved in manufacturing and in assembling the damping elements.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem hinsichtlich dieser Nachteile zu verbessern.The object of the invention was to improve a steering system with regard to these disadvantages.

Diese Aufgabe ist bei einem Lenksystem gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lenksystems, ein Computerprogramm zum Ausführen eines solchen Verfahrens sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem solchen Computerprogramm sind Gegenstände der Patentansprüche 8 bis 10. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Lenksystems sowie bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und damit des Computerprogramms sowie des Speichermediums sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This problem is solved in a steering system according to patent claim 1 . A method for operating such a steering system, a computer program for executing such a method and a machine-readable storage medium with such a computer program are the subject of patent claims 8 to 10. Advantageous embodiments of the steering system and preferred embodiments of the method and thus the computer program and the storage medium are the subject of further patent claims and/or result from the following description of the invention.

Demnach ist ein Lenksystem mit einer Lenkstange, die in einem Gehäuse längsaxial verschiebbar gelagert ist, wobei die Verschiebbarkeit der Lenkstange relativ zu dem Gehäuse mittels Anschlägen, die jeweils durch einen Kontakt von jeweils mindestens einer Anschlagfläche des Gehäuses und der Lenkstange bewirkt sind, begrenzt ist, und mit einem Lenkmotor, der mit der Lenkstange antriebsverbunden und mittels einer Steuerungsvorrichtung ansteuerbar ist, um durch die Erzeugung von Antriebsleistung ein Verschieben der Lenkstange in einer ausgewählten Verschieberichtung zumindest zu unterstützen, vorgesehen. Dabei ist die Steuerungsvorrichtung derart eingerichtet, dass beim Unterschreiten eines definierten Abstands (der auch variabel sein kann) zwischen den Anschlagflächen des in der ausgewählten Verschieberichtung liegenden Anschlags der Lenkmotor derart ansteuert wird, dass die Erzeugung der Antriebsleistung reduziert oder beendet wird oder eine Gegenantriebsleistung, d.h. eine Antriebsleistung, die dem Verschieben der Lenkstange in der ausgewählten Verschieberichtung entgegenwirkt, erzeugt wird.Accordingly, a steering system with a steering rod, which is mounted in a housing so that it can be displaced longitudinally and axially, the displaceability of the steering rod relative to the housing being limited by means of stops, which are each caused by contact between at least one stop surface of the housing and the steering rod, and with a steering motor which is drivingly connected to the handlebar and can be controlled by a control device in order to at least support a displacement of the handlebar in a selected displacement direction by generating drive power. The control device is set up in such a way that when the distance falls below a defined distance (which can also be variable) between the stop surfaces of the stop in the selected displacement direction, the steering motor is actuated in such a way that the generation of drive power is reduced or ended, or a counter drive power, i.e. a drive power that counteracts the displacement of the handlebar in the selected direction of displacement is generated.

Es ist demnach vorgesehen, die Verschiebbarkeit der Lenkstange und damit die Lenkhübe, mit denen die Lenkstange in den verschiedenen Verschieberichtungen zumindest mit Unterstützung durch den Lenkmotor verschoben werden kann, um ein Lenken von mit der Lenkstange verbundenen Rädern eines Kraftfahrzeugs zu bewirken, steuerungstechnisch zu begrenzen.It is therefore provided that the displacement of the steering rod and thus the steering strokes with which the steering rod can be displaced in the various displacement directions, at least with the support of the steering motor, in order to steer the wheels of a motor vehicle that are connected to the steering rod, are to be limited by control technology.

Ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lenksystems sieht demnach vor, dass beim Unterschreiten des definierten Abstands zwischen den Anschlagflächen des in der ausgewählten Verschieberichtung liegenden Anschlags der Lenkmotor mittels der Steuerungsvorrichtung derart ansteuert wird, dass die Erzeugung der Antriebsleistung reduziert oder beendet wird oder eine Gegenantriebsleistung erzeugt wird.A method for operating such a steering system therefore provides that when the defined distance between the stop surfaces of the stop in the selected displacement direction is not reached, the steering motor is controlled by the control device in such a way that the generation of the drive power is reduced or ended or a counter drive power is generated .

Dadurch wird ermöglicht, Dämpfungselemente, die u.a. die Anschläge für die mechanische Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lenkstange ausbilden, relativ einfach und insbesondere auch relativ klein auszugestalten oder, bevorzugt, auf solche separaten Dämpfungselemente vollständig zu verzichten. Bei einem entsprechenden erfindungsgemäßen Lenksystem würden die Anschläge dann durch einen direkten Kontakt von Anschlagflächen der Lenkstange und des Gehäuses ausgebildet sein. Ein erfindungsgemäßes Lenksystem weist demnach Vorteile hinsichtlich des Bauraumaufwands, der für die Integration von separaten Dämpfungselementen bereitgestellt werden muss oder müsste, auf, wobei der dadurch gewonnene Bauraum für die Umsetzung weiterer Freiheitsgrade bei der konstruktiven Ausgestaltung des Lenksystems vorteilhaft genutzt werden kann. Hinzu kommen verringerte Herstellungskosten für ein erfindungsgemäßes Lenksystem aufgrund einer einfacheren Ausgestaltung separater Dämpfungselemente oder durch einen Verzicht auf solche Dämpfungselemente. Weiterhin können durch einen Verzicht auf Dämpfungselemente Toleranzen bezüglich der Lenkhübe verringert werden, da diese nicht mehr von Formtoleranzen der Dämpfungselemente beeinflusst sind. Und schließlich muss der mögliche Deformationsweg der Dämpfungselemente nicht bei der weiteren Auslegung des Lenksystems berücksichtigt werden, wenn auf diese verzichtet wird, wodurch beispielsweise eine Verzahnung der Lenkstange verkürzt werden kann.This makes it possible to use damping elements, which, among other things, are the stops for mechanically limiting the displacement of the steering rod form, to be relatively simple and in particular also relatively small in design or, preferably, to completely dispense with such separate damping elements. In a corresponding steering system according to the invention, the stops would then be formed by direct contact between the stop surfaces of the steering rod and the housing. A steering system according to the invention therefore has advantages with regard to the amount of space that must or would have to be provided for the integration of separate damping elements, the space gained thereby being able to be used advantageously for the implementation of further degrees of freedom in the design of the steering system. Added to this are reduced production costs for a steering system according to the invention due to a simpler configuration of separate damping elements or by dispensing with such damping elements. Furthermore, by dispensing with damping elements, tolerances with regard to the steering strokes can be reduced, since these are no longer influenced by shape tolerances of the damping elements. And finally, the possible deformation path of the damping elements does not have to be taken into account in the further design of the steering system if they are omitted, which means that, for example, a toothing of the steering rod can be shortened.

Das Lenksystem kann als motorisiertes Lenksystem ausgestaltet sein, bei dem die Lenkleistung ausschließlich von dem Lenkmotor bereitgestellt wird. Das Lenksystem kann auch als Hilfskraftlenksystem ausgestaltet sein, bei dem mittels des Lenkmotors lediglich eine unterstützende Lenkleistung erzeugt wird, um die von einem Bediener für ein Lenken manuell aufzubringende Lenkleistung zu reduzieren (ggf. temporär auch bis auf null).The steering system can be designed as a motorized steering system in which the steering power is provided exclusively by the steering motor. The steering system can also be designed as a power steering system, in which only a supporting steering power is generated by means of the steering motor in order to reduce the steering power that has to be applied manually by an operator for steering (possibly even temporarily to zero).

Das Lenksystem kann derart ausgestaltet sein, dass während eines aktiven Betriebs, d.h. bei einem Verschieben der Lenkstange aufgrund oder zumindest in Verbindung mit der Erzeugung von Antriebsleistung durch den Lenkmotor, ein Anschlagen der Lenkstange an dem Gehäuse und damit eine mechanische Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lenkstange stets vermieden werden kann. Dies gilt bei einem als Hilfskraftlenksystem ausgestalteten Lenksystem insbesondere dann, wenn die Steuerungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass beim Unterschreiten des definierten Abstands die Erzeugung der Antriebsleistung beendet wird oder eine Gegenantriebsleistung erzeugt wird. Dabei kann eine Erzeugung der Gegenantriebsleistung auch insbesondere bedarfsgerecht angepasst werden, so dass diese einer von dem Bediener des Lenksystems manuell aufgebrachten Lenkleistung derart entgegenwirkt, dass diese, soweit möglich, stets vollständig kompensiert wird.The steering system can be designed in such a way that during active operation, i.e. when the steering rod is displaced due to or at least in connection with the generation of drive power by the steering motor, the steering rod always strikes the housing and thus mechanically limits the displacement of the steering rod can be avoided. In the case of a steering system designed as a power steering system, this applies in particular if the control device is set up in such a way that when the distance falls below the defined distance, the generation of the drive power is terminated or a counter drive power is generated. Generating the counter drive power can also be adapted in particular as required, so that it counteracts a steering power applied manually by the operator of the steering system in such a way that it is always fully compensated for as far as possible.

Unabhängig davon kann es jedoch vorkommen, dass es zu einer mechanischen Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lenkstange kommt. Dies kann beispielsweise bei einem als Hilfskraftlenksystem ausgestalteten Lenksystem der Fall sein, bei dem eine manuell aufgebrachten Lenkleistung nicht kompensiert wird, so dass der Bediener ein Verschieben der Lenkstange auch über den steuerungstechnisch begrenzten Lenkhub hinaus bis zu der mechanischen Begrenzung mittels eines der Anschläge bewirken kann. Weiterhin kann eine solche mechanische Begrenzung auch durch externe Kräfte, die auf das Lenksystem und insbesondere auf mit der Lenkstange verbundene Räder wirken, bewirkt werden. Dies kann beispielsweise bei einer sogenannten Schleuderwende der Fall sein, bei der das Kraftfahrzeug, das ein solches Lenksystem umfasst, rückwärts gefahren wird und mit einem gezielten Lenkeingriff zum Schleudern gebracht wird, wobei sehr hohe Lenkstangengeschwindigkeiten im Bereich des eigentlich steuerungstechnisch begrenztem Lenkhubs erreicht werden, die gegebenenfalls nicht vollständig kompensiert werden können und damit eine mechanische Begrenzung der Verschiebbarkeit durch die Anschläge nicht sicher vermieden werden kann. Weiterhin kann es zu einer solchen mechanischen Begrenzung aufgrund von externen Kräften auch in einem Nichtbetrieb des Lenksystems beziehungsweise des dieses umfassenden Kraftfahrzeugs kommen, beispielsweise wenn bei dem mittels einer Hebebühne angehobenen Kraftfahrzeug Reparatur- und Wartungsarbeiten an dem Lenksystem oder den damit verbundenen Rädern (z.B. Räderwechsel) durchgeführt und die Räder dabei manuell eingeschlagen werden.Irrespective of this, however, it can happen that there is a mechanical limit to the displacement of the steering rod. This can be the case, for example, with a steering system designed as a power steering system, in which a manually applied steering power is not compensated, so that the operator can also move the steering rod beyond the steering stroke limited by the control system up to the mechanical limit by means of one of the stops. Furthermore, such a mechanical limitation can also be brought about by external forces which act on the steering system and in particular on the wheels connected to the steering rod. This can be the case, for example, with a so-called skid turn, in which the motor vehicle, which includes such a steering system, is driven backwards and is caused to skid with a targeted steering intervention, with very high steering rod speeds being achieved in the area of the steering stroke, which is actually limited by the control technology may not be fully compensated and thus a mechanical limitation of the displacement by the attacks can not be safely avoided. Furthermore, such a mechanical limitation due to external forces can also occur when the steering system or the motor vehicle containing it is not in operation, for example if repair and maintenance work is to be carried out on the steering system or the wheels connected to it (e.g. changing wheels) on the motor vehicle that has been raised by means of a lifting platform. carried out and the wheels turned in manually.

Vor diesem Hintergrund kann es vorteilhaft sein, ein zumindest relativ einfaches beziehungsweise einen relativ kleinen Dämpfungsweg bereitstellendes Dämpfungselement vorzusehen oder, bei der bevorzugt vorgesehenen Ausgestaltung ohne ein separates Dämpfungselement je Anschlag, das Lenksystem derart auszugestalten, dass zumindest eine der Anschlagflächen der Lenkstange oder des Gehäuses einen Deformationsvorsprung umfasst. Als Deformationsvorsprung wird dabei ein Abschnitt der entsprechenden Anschlagfläche verstanden, der sich von einer Grundfläche der Anschlagfläche in Richtung der jeweils zugeordneten anderen Anschlagfläche erstreckt, so dass bei einem Kontakt dieser Anschlagflächen ausschließlich oder zunächst eine Stirnseite des Deformationsvorsprungs kontaktiert wird, während die Grundfläche der jeweiligen Anschlagfläche gegebenenfalls erst nach einer definierten Deformation des Deformationsvorsprungs kontaktiert würde. Dadurch können reduzierte Stoßbelastungen (gegenüber einem Anschlag auf planer Fläche) bei einer solchen mechanischen Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lenkstange realisiert werden, wobei gleichzeitig die Integration des Deformationsvorsprungs relativ einfach und insbesondere auch kostenneutral realisierbar ist und zudem einen lediglich sehr kleinen Bauraum beansprucht. Eine möglichst kostengünstige Integration des Deformationsvorsprungs kann dadurch realisiert werden, dass die den Deformationsvorsprung umfassende Anschlagfläche beziehungsweise die Grundfläche und der Deformationsvorsprung (bzw. das diese ausbildende Bauteil oder zumindest der entsprechende Abschnitt davon) einstückig beziehungsweise materialeinheitlich ausgestaltet ist/sind. Kostenneutral kann eine solche Integration des Deformationsvorsprungs beispielsweise dann sein, wenn das Gehäuse oder zumindest ein den Deformationsvorsprung umfassendes Bauteil durch Urformen, beispielsweise als Druckgussbauteil, hergestellt wird. Vorzugsweise kann die Stirnseite oder, beispielsweise bei einer abgerundeten Ausgestaltung des Deformationsvorsprungs, die maximale Querschnittsfläche des Deformationsvorsprungs zwischen einerseits 0,1% oder 1 % oder 10% oder 20% und andererseits 40% oder 50% oder 60% der Anschlagfläche betragen.Against this background, it can be advantageous to provide a damping element that is at least relatively simple or provides a relatively small damping path, or, in the preferred configuration without a separate damping element for each stop, to design the steering system in such a way that at least one of the stop surfaces of the handlebar or of the housing has a Deformation projection includes. A deformation projection is understood to be a section of the corresponding stop surface that extends from a base surface of the stop surface in the direction of the respectively assigned other stop surface, so that when these stop surfaces come into contact, only or initially one end face of the deformation projection is contacted, while the base surface of the respective stop surface would possibly be contacted only after a defined deformation of the deformation projection. As a result, reduced shock loads (compared to a stop on a flat surface) can be realized with such a mechanical limitation of the displaceability of the steering rod, and at the same time the integration of the deformation projection is relatively simple and, in particular, can also be implemented in a cost-neutral manner and, moreover, only takes up a very small amount of space. The most cost-effective integration of the deformation projection can be realized in that the stop surface comprising the deformation projection or the base surface and the deformation projection (or the component forming this or at least the corresponding section thereof) is/are configured in one piece or from the same material. Such an integration of the deformation projection can be cost-neutral, for example, if the housing or at least one component comprising the deformation projection is produced by primary shaping, for example as a die-cast component. Preferably, the end face or, for example in the case of a rounded configuration of the deformation projection, the maximum cross-sectional area of the deformation projection can be between 0.1% or 1% or 10% or 20% on the one hand and 40% or 50% or 60% on the other hand of the stop surface.

Ein vorteilhaftes Deformationsverhalten des Deformationsvorsprungs bei einer durch diesen bewirkten mechanischen Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lenkstange kann dadurch realisiert werden, dass diese ringförmig ausgestaltet ist und dabei insbesondere die Lenkstange ringförmig umgibt.An advantageous deformation behavior of the deformation projection in the case of a mechanical limitation of the displaceability of the handlebar caused by this can be realized in that the latter is designed in the shape of a ring and thereby in particular surrounds the handlebar in a ring shape.

Ein vorteilhaftes Deformationsverhalten des Deformationsvorsprungs bei einer durch diesen bewirkten mechanischen Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lenkstange kann zudem dadurch realisiert werden, dass der Deformationsvorsprung eine (maximale) Höhe (d.h. Erstreckung entlang der Längs- beziehungsweise Bewegungsachse der Lenkstange) aufweist, die größer oder gleich im Vergleich zu der (maximalen) Breite (d.h. Erstreckung in radialer Richtung bezüglich der Längsbeziehungsweise Bewegungsachse der Lenkstange) ist.An advantageous deformation behavior of the deformation projection when the displacement of the handlebars is mechanically limited by this can also be realized in that the deformation projection has a (maximum) height (i.e. extension along the longitudinal or movement axis of the handlebars) that is greater than or equal in comparison to the (maximum) width (i.e. extension in the radial direction with respect to the longitudinal or movement axis of the handlebar).

Der Deformationsvorsprung eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann dafür ausgelegt sein, sich im Wesentlichen elastisch zu deformieren. Ebenso kann dieser für eine plastische Deformation ausgelegt sein, d.h. dieser ist derart ausgelegt, dass die Deformation des Deformationsvorsprungs bei einer durch diesen bewirkten mechanischen Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lenkstange auch plastisch und damit nicht-reversibel ist oder zumindest sein kann. Eine solche Ausgestaltung des Deformationsvorsprungs kann sich insbesondere aufgrund einer einstückigen Ausgestaltung der diesen umfassenden Anschlagfläche ergeben, die aus Gründen der Festigkeit insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium oder Stahl, ausgestaltet sein kann.The deformation projection of a steering system according to the invention can be designed to deform essentially elastically. It can also be designed for plastic deformation, i.e. it is designed in such a way that the deformation of the deformation projection is or at least can be plastic and thus non-reversible when the deformation projection is mechanically limited by it. Such a configuration of the deformation projection can result in particular from a one-piece configuration of the stop surface surrounding it, which can be configured in particular from metal, preferably from aluminum or steel, for reasons of strength.

Der Lenkmotor eines erfindungsgemäßen Lenksystems kann beispielsweise über einen Gewindetrieb auf die Lenkstange wirken, wozu die Lenkstange in zumindest einem Abschnitt ein Gewinde ausbildet, das mit einem von dem Lenkmotor antreibbaren Getriebeelement zusammenwirkt. Der Gewindetrieb kann bevorzugt als Kugelgewindetrieb ausgebildet sein, weil sich ein solcher durch eine relativ spielfreie und reibungsarme Übertragung der Antriebsbewegung des Lenkmotors auf die Lenkstange auszeichnen kann. Das Lenksystem kann jedoch auch anders ausgestaltet sein.The steering motor of a steering system according to the invention can, for example, act on the steering rod via a screw drive, for which purpose the steering rod forms a thread in at least one section, which interacts with a gear element that can be driven by the steering motor. The screw drive can preferably be designed as a ball screw drive because such a drive movement of the steering motor can be transmitted to the steering rod with relatively little play and with little friction. However, the steering system can also be configured differently.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist.The invention also relates to a computer program which is set up to carry out a method according to the invention, and a machine-readable storage medium on which such a computer program is stored.

Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen PKW oder einen LKW, mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem.The invention also relates to a motor vehicle, in particular a wheel-based and non-rail-bound motor vehicle, preferably a passenger car or a truck, with a steering system according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1: ein erfindungsgemäßes Lenksystem in einer Seitenansicht;
2: in einem Längsschnitt den in der 1 mit II gekennzeichneten Abschnitt des Lenksystems bei mechanisch bewirkter Begrenzung der Verschiebbarkeit einer Lenkstange des Lenksystems; und
3: in einem Längsschnitt den in der 1 mit III gekennzeichneten Abschnitt des Lenksystems bei mechanisch bewirkter Begrenzung der Verschiebbarkeit der Lenkstange .

The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the drawings. In the drawings shows:

1 : a steering system according to the invention in a side view;
2 : in a longitudinal section those in the 1 Section of the steering system marked with II when the displaceability of a steering rod of the steering system is limited mechanically; and
3 : in a longitudinal section those in the 1 Section of the steering system marked with III with a mechanically effected limitation of the displacement of the steering rod.

Das in der 1 dargestellte Lenksystem stellt ein Hilfskraftlenksystem für ein im Übrigen nicht dargestelltes Kraftfahrzeug dar. Das Lenksystem umfasst eine Lenkstange 1, die verschiebbar in einem Gehäuse 2 gelagert und in einem Abschnitt als Zahnstange ausgebildet ist (nicht sichtbar). Mit der Verzahnung der Lenkstange 1 kämmt ein Lenkritzel (nicht sichtbar), das drehfest mit einer Lenkspindel 3 verbunden ist. Die Lenkspindel 3 dient der drehfesten Verbindung mit einer nicht dargestellten Lenkwelle und einem damit verbundenen Lenkrad des Kraftfahrzeugs.That in the 1 The steering system shown represents a power steering system for a motor vehicle, otherwise not shown. The steering system comprises a steering rod 1, which is slidably mounted in a housing 2 and is designed in a section as a rack (not visible). A steering pinion (not visible), which is non-rotatably connected to a steering spindle 3, meshes with the teeth of the steering rod 1 . The steering spindle 3 is used for the non-rotatable connection with a steering shaft, not shown, and a steering wheel of the motor vehicle connected thereto.

Mit den beiden Enden der Lenkstange 1 sind Kugelköpfe von Spurstangen 4 verbunden, die zur Verbindung mit Radlenkhebeln (nicht dargestellt) vorgesehen sind. Mittels der Spurstangen 4 und der Radlenkhebel wird eine längsaxiale Bewegung der Lenkstange 1 in eine Schwenkbewegung von gelenkten Rädern (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs gewandelt.With the two ends of the steering rod 1 ball heads of tie rods 4 are connected, which are provided for connection to wheel control arms (not shown). By means of the tie rods 4 and the wheel control arm is a longitudinal axial movement of the Handlebar 1 converted into a pivoting movement of steered wheels (not shown) of the motor vehicle.

Das Lenksystem umfasst weiterhin noch einen auf einem elektrischen oder hydraulischen Lenkmotor 5 basierenden Lenkantrieb 6. In Abhängigkeit von der Lenkleistung, die ein Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Lenkrad und somit die Lenkwelle ausübt, erzeugt der Lenkmotor 5 des Lenkantriebs 6, gesteuert von einer Steuerungsvorrichtung 7, eine unterstützende Lenkleistung variabler Größe. Die Lenkleistung des Lenkmotors beziehungsweise die diese bewirkende Rotation eines Rotors (nicht sichtbar) des Lenkmotors 6 wird beispielsweise mittels eines Riemengetriebes (nicht sichtbar) und eines weiteren Getriebes, das beispielsweise in Form eines Kugelgewindetriebs ausgestaltet ist, auf die Lenkstange 1 untersetzt. Hierzu ist die Lenkstange 1 mit einer Spiralnut 8 versehen (vgl. 3), in die Kugeln einer als Abtriebsrad des Riemengetriebes dienenden oder mit einem solchen Abtriebsrad verbundenen Spindelmutter 9 des Kugelgewindetriebs (vgl. 3) eingreifen.The steering system also includes a steering drive 6 based on an electric or hydraulic steering motor 5. Depending on the steering power that a driver of the motor vehicle exerts on the steering wheel and thus the steering shaft, the steering motor 5 of the steering drive 6, controlled by a control device 7, generates , a variable-size assistive steering power. The steering power of the steering motor or the rotation of a rotor (not visible) of the steering motor 6 that causes it is geared down to the steering rod 1, for example by means of a belt drive (not visible) and another gear, which is designed, for example, in the form of a ball screw drive. For this purpose, the steering rod 1 is provided with a spiral groove 8 (cf. 3 ), into the balls of a spindle nut 9 of the ball screw drive that serves as the output gear of the belt drive or is connected to such an output gear (cf. 3 ) intervene.

Das Lenksystem weist zwei Anschläge auf, durch die die Verschiebbarkeit der Lenkstange 1 relativ zu einem Gehäuse 2 jeweils in einer der zwei Verschieberichtungen mechanisch begrenzt wird. Jeder der Anschläge wird von einem Kontakt einer Anschlagfläche 10 des Gehäuses 2 sowie einer Anschlagfläche 11 der Lenkstange 1 beziehungsweise konkret einer Kugelkopfaufnahme 1a der Lenkstange 1, die mit einem Grundkörper 1b der Lenkstange verschraubt ist, ausgebildet, wie dies in den 2 und 3 für die beiden Seiten des Lenksystems in Schnittdarstellungen dargestellt ist.The steering system has two stops that mechanically limit the displacement of the steering rod 1 relative to a housing 2 in one of the two displacement directions. Each of the stops is formed by a contact between a stop surface 10 of the housing 2 and a stop surface 11 of the handlebar 1 or specifically a ball head mount 1a of the handlebar 1, which is screwed to a base body 1b of the handlebar, as is shown in FIGS 2 and 3 is shown for the two sides of the steering system in sectional views.

Die Anschlagflächen 10, 11 sind jeweils kreisringförmig ausgestaltet und weisen jeweils eine senkrechte Ausrichtung bezüglich der Längsachse 12 beziehungsweise der Bewegungsachse der Lenkstange 1 auf. Die jeweilige Anschlagfläche 10 des Gehäuses 2 umfasst einen kreisringförmigen Deformationsvorsprung 13, so dass eine Grundfläche 10a dieser Anschlagfläche 10 in einer ersten, senkrecht zu der Längsachse der Lenkstange ausgerichteten Ebene und die Stirnfläche 13a des Deformationsvorsprungs in einer zweiten, ebenfalls senkrecht zu der Längsachse 12 der Lenkstange ausgerichteten Ebene angeordnet sind. Die Querschnittsflächen der Deformationsvorsprünge 13 sind in dem konkret gezeigten Ausgestaltungsbeispiel jeweils rechteckig und konkret quadratisch ausgestaltet, so dass die Höhen x zumindest im Wesentlichen den Breiten y der Deformationsvorsprünge entsprechen. Dabei bleiben die Querschnittsflächen der Deformationsvorsprünge über den jeweils (kreisringförmigen) Längsverläufen konstant. Grundsätzlich sind beliebige Geometrieformen der Deformationsvorsprünge 13 möglich (z.B. trapezförmig oder rechteckig). Vorteilhaft ist es, wenn diese Geometrieformen durch einen Gieß- und/oder Drehprozess einfach herstellbar sind.The stop surfaces 10, 11 are each designed in the shape of a circular ring and each have a vertical alignment with respect to the longitudinal axis 12 or the axis of movement of the handlebar 1. The respective stop surface 10 of the housing 2 comprises an annular deformation projection 13, so that a base surface 10a of this stop surface 10 lies in a first plane, which is perpendicular to the longitudinal axis of the handlebar, and the end face 13a of the deformation projection lies in a second plane, also perpendicular to the longitudinal axis 12 of the Handlebar aligned level are arranged. The cross-sectional areas of the deformation projections 13 are each rectangular and specifically square in the exemplary embodiment shown, so that the heights x correspond at least essentially to the widths y of the deformation projections. The cross-sectional areas of the deformation projections remain constant over the respective (annular) longitudinal courses. In principle, any geometric shape of the deformation projections 13 is possible (e.g. trapezoidal or rectangular). It is advantageous if these geometric shapes can be easily produced by a casting and/or turning process.

Das in den 2 und 3 dargestellte mechanisch wirksame Anschlagen, bei dem jeweils eine Anschlagfläche 11 der Lenkstange 1 eine zugeordnete Anschlagfläche 10 des Gehäuses 2 und insbesondere die Stirnfläche 13a des Deformationsvorsprungs 13 kontaktiert, wird während eines normalen aktiven Betriebs des Lenksystems, bei dem ein Verschieben der Lenkstange 1 unterstützend durch ein Aufbringen von Lenkleistung mittels des Lenkmotors 5 bewirkt wird, nicht erreicht, da aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung mittels der Steuerungsvorrichtung 7 eine Erzeugung von Antriebsleistung des Lenkmotors 5 in einer ausgewählten Verschieberichtung beendet wird und gegebenenfalls sogar eine Gegenantriebsleistung erzeugt wird, sobald ein definierter (minimaler) Abstand zwischen denjenigen Anschlagflächen 10, 11 (hinsichtlich der Anschlagfläche 10 des Gehäuses 2 auf die Stirnfläche 13a des entsprechenden Deformationsvorsprungs 13 bezogen), die sich bei der ausgewählten Verschieberichtung annähern, unterschritten wird. Die Beendigung der Unterstützung der entsprechenden Verschiebebewegung mittels des Lenkmotors 5 und eine gegebenenfalls erfolgende Kompensation einer weiterhin in der ausgewählten Verschieberichtung wirkenden Lenkleistung, die manuell mittels des Lenkrads aufgebracht wird, führt folglich zu einer steuerungstechnischen Begrenzung des Lenkhubs in der ausgewählten Verschieberichtung, wodurch ein Kontakt der Anschlagflächen 10, 11 und damit ein mechanisch wirksamer Anschlag üblicherweise verhindert werden kann. Dadurch ist es möglich, auf konstruktiv aufwändige und einen relativ großen Bauraum beanspruchende separate Dämpfungselemente, die ein solches mechanisches Anschlagen regelmäßig in einem ausreichenden Maße dämpfen würden, zu verzichten.That in the 2 and 3 The mechanically effective stops shown, in which a stop surface 11 of the handlebar 1 contacts an associated stop surface 10 of the housing 2 and in particular the end face 13a of the deformation projection 13, is activated during normal active operation of the steering system, in which a displacement of the handlebar 1 is assisted by a Application of steering power is effected by means of the steering motor 5 is not achieved, since a generation of drive power of the steering motor 5 in a selected displacement direction is terminated due to a corresponding activation by the control device 7 and, if necessary, even a counter-drive power is generated as soon as a defined (minimum) distance between those stop surfaces 10, 11 (with regard to the stop surface 10 of the housing 2 related to the end face 13a of the corresponding deformation projection 13), which approach in the selected direction of displacement, is not reached. The termination of the support of the corresponding displacement movement by means of the steering motor 5 and any compensation that may take place for a steering power that is still effective in the selected displacement direction, which is applied manually by means of the steering wheel, consequently leads to a control-related limitation of the steering stroke in the selected displacement direction, whereby contact of the Stop surfaces 10, 11 and thus a mechanically effective stop can usually be prevented. This makes it possible to dispense with separate damping elements that are complex in terms of design and require a relatively large amount of space, and which would regularly dampen such a mechanical impact to a sufficient extent.

Anstelle separater Dämpfungselemente umfassen die Anschläge lediglich die Deformationsvorsprünge 13 als Dämpfungsmittel, die in den seltenen Fällen, in denen die mechanische Anschläge wirksam werden, die Stoßbelastungen beim Anschlagen durch eine elastische und gegebenenfalls auch plastische Deformation reduzieren. Diese Fälle, in denen ein mechanischer Anschlag wirksam wird, beruhen auf vergleichsweise großen externen Kräften, die sowohl in einem aktiven Betrieb des Lenksystems, beispielsweise bei einer Schleuderwende des Kraftfahrzeugs, als auch in einem Nichtbetrieb des Lenksystems, beispielsweise bei Reparatur- und Wartungsarbeiten an dem Lenksystem, auftreten können und, im Fall eines aktiven Betriebs des Lenksystems, nicht oder nicht vollständig mittels des Lenkmotors 5 kompensiert werden können.Instead of separate damping elements, the stops only include the deformation projections 13 as damping means which, in the rare cases in which the mechanical stops become effective, reduce the shock loads when hitting by an elastic and possibly also plastic deformation. These cases, in which a mechanical stop becomes effective, are based on comparatively large external forces that occur both in active operation of the steering system, for example when the motor vehicle skids, and in non-operation of the steering system, for example during repair and maintenance work on the Steering system can occur and, in the case of an active operation of the steering system, not or not fully compensated by the steering motor 5 can.

Für ein Einlernen der Steuerungsvorrichtung 7 kann vorgesehen sein, dass die mechanisch mögliche Verschiebbarkeit ermittelt wird, indem die Endstellungen der Lenkstange 1, in denen die Anschläge wirksam sind, mittels des Lenkmotors 5 angefahren werden. Aus den ermittelten Endstellungen beziehungsweise aus den für ein Erreichen dieser Endstellungen notwendigen Lenkhüben aus einer Mittellage der Lenkstange 1 heraus werden mittels Software der Steuerungsvorrichtung 7 reduzierte Werte für die Lenkhübe abgeleitet und abgespeichert, die die Grundlage für den aktiv unterstützten Bereich der Lenkhübe sind.For a teaching of the control device 7 it can be provided that the mechanically possible displaceability is determined by the end positions of the steering rod 1, in which the stops are effective, being approached by means of the steering motor 5. From the determined end positions or from the steering strokes required to reach these end positions from a central position of the steering rod 1, reduced values for the steering strokes are derived and stored using the software of the control device 7, which are the basis for the actively supported range of steering strokes.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102007000680 A1 [0004]DE 102007000680 A1 [0004]
EP 1777138 B1 [0004]EP 1777138 B1 [0004]
EP 1429951 B1 [0004]EP 1429951 B1 [0004]

Claims

Lenksystem mit einer Lenkstange (1), die in einem Gehäuse (2) längsaxial verschiebbar gelagert ist, wobei die Verschiebbarkeit der Lenkstange (1) relativ zu dem Gehäuse (2) mittels Anschlägen, die jeweils durch einen Kontakt von jeweils mindestens einer Anschlagfläche (10, 11) des Gehäuses (2) und der Lenkstange (1) bewirkt sind, begrenzt ist, und mit einem Lenkmotor (5), der mit der Lenkstange (1) antriebsverbunden und mittels einer Steuerungsvorrichtung (7) ansteuerbar ist, um durch die Erzeugung von Antriebsleistung ein Verschieben der Lenkstange (1) in einer ausgewählten Verschieberichtung zumindest zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (7) derart eingerichtet ist, dass beim Unterschreiten eines definierten Abstands zwischen den Anschlagflächen (10, 11) des in der ausgewählten Verschieberichtung liegenden Anschlags der Lenkmotor (5) derart ansteuert wird, dass die Erzeugung der Antriebsleistung reduziert oder beendet wird oder eine Gegenantriebsleistung erzeugt wird.Steering system with a steering rod (1) which is mounted in a housing (2) so that it can be displaced longitudinally and axially, the movability of the steering rod (1) relative to the housing (2) being controlled by means of stops which are each caused by contact of at least one stop surface (10 , 11) of the housing (2) and the handlebar (1) are effected, is limited, and with a steering motor (5) which is drivingly connected to the handlebar (1) and can be controlled by means of a control device (7) in order to generate of drive power to at least support a displacement of the steering rod (1) in a selected displacement direction, characterized in that the control device (7) is set up in such a way that when the distance between the stop surfaces (10, 11) falls below a defined value in the selected displacement direction Stop the steering motor (5) is controlled in such a way that the generation of drive power is reduced or terminated or a counter-drive power is generated.

Lenksystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge durch einen direkten Kontakt von Anschlagflächen (10, 11) der Lenkstange (1) und des Gehäuses (2) bewirkt sind.steering system according to claim 1 , characterized in that the stops are effected by direct contact of stop surfaces (10, 11) of the handlebar (1) and the housing (2).

Lenksystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Anschlagflächen (10) einen Deformationsvorsprung (13) umfasst.steering system according to claim 2 , characterized in that at least one of the stop surfaces (10) comprises a deformation projection (13).

Lenksystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Deformationsvorsprung (13) umfassende Anschlagfläche (10) einstückig ausgestaltet ist.steering system according to claim 3 , characterized in that the stop surface (10) surrounding the deformation projection (13) is designed in one piece.

Lenksystem gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsvorsprung (13) ringförmig ausgestaltet ist.steering system according to claim 3 or 4 , characterized in that the deformation projection (13) is designed ring-shaped.

Lenksystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsvorsprung (13) für eine plastische Deformation ausgelegt ist.Steering system according to one of claims 3 until 5 , characterized in that the deformation projection (13) is designed for a plastic deformation.

Lenksystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsvorsprung (13) eine Höhe (x) aufweist, die größer oder gleich im Vergleich zu der Breite (y) ist.Steering system according to one of claims 3 until 6 , characterized in that the deformation projection (13) has a height (x) which is greater than or equal to the width (y).

Verfahren zum Betreiben eines Lenksystems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Unterschreiten des definierten Abstands zwischen den Anschlagflächen (10, 11) des in der ausgewählten Verschieberichtung liegenden Anschlags der Lenkmotor (5) mittels der Steuerungsvorrichtung (7) derart ansteuert wird, dass die Erzeugung der Antriebsleistung des Lenkmotors (5) reduziert oder beendet wird oder eine Gegenantriebsleistung erzeugt wird.Method for operating a steering system according to one of the preceding claims, characterized in that when the distance between the stop faces (10, 11) of the stop lying in the selected displacement direction falls below the defined distance, the steering motor (5) is activated by means of the control device (7) in such a way that the generation of the drive power of the steering motor (5) is reduced or terminated or a counter drive power is generated.

Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren gemäß Anspruch 8 auszuführen.Computer program which is set up according to the method claim 8 to execute.

Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß Anspruch 9 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program claim 9 is saved.