WO2017182502A1 - Steer-by-wire lenkvorrichtung für kraftfahrzeuge - Google Patents

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WO2017182502A1
WO2017182502A1 PCT/EP2017/059247 EP2017059247W WO2017182502A1 WO 2017182502 A1 WO2017182502 A1 WO 2017182502A1 EP 2017059247 W EP2017059247 W EP 2017059247W WO 2017182502 A1 WO2017182502 A1 WO 2017182502A1
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WO
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steering
shaft
detent
locking
star
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PCT/EP2017/059247
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Inventor
Kristof Polmans
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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Publication of WO2017182502A1 publication Critical patent/WO2017182502A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B62D5/006—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback power actuated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R25/00—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles
    • B60R25/01—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens
    • B60R25/02—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens operating on the steering mechanism
    • B60R25/021—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens operating on the steering mechanism restraining movement of the steering column or steering wheel hub, e.g. restraining means controlled by ignition switch
    • B60R25/0215—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens operating on the steering mechanism restraining movement of the steering column or steering wheel hub, e.g. restraining means controlled by ignition switch using electric means, e.g. electric motors or solenoids
    • B60R25/02153—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles operating on vehicle systems or fittings, e.g. on doors, seats or windscreens operating on the steering mechanism restraining movement of the steering column or steering wheel hub, e.g. restraining means controlled by ignition switch using electric means, e.g. electric motors or solenoids comprising a locking member radially and linearly moved towards the steering column

Definitions

  • the invention relates to a steer-by-wire steering device for
  • Steering wheel is connected and acting on an electric motor
  • Locking device for blocking the rotation of the steering shaft.
  • Steer-by-wire steering systems are characterized by the fact that there is no mechanical connection between the steering wheel and the steerable wheels.
  • feedback actuators are used. Such a feedback actuator, too
  • Called manual torque contributes to the steering shaft, which is connected to the steering wheel, a torque.
  • the feedback actuator to an electric motor which is coupled via a worm gear with the steering shaft.
  • the torque introduced into the steering shaft and the steering wheel by means of the feedback actuator gives the driver a driving experience that is familiar from purely mechanical steering systems. He receives feedback on the forces acting on the steered wheels.
  • Locking mechanisms for a manual torque controller which either a magnetorheological stop on the steering shaft, a
  • Pawl mechanism two gear segments interact with two pawls.
  • the two gear segments cause blocking of the steering shaft in each case only in one direction when the associated pawl is triggered.
  • a disadvantage of this solution is the complex and space-consuming construction.
  • a locking mechanism is also known from DE 10 2014 009 517 B3, in which two solenoid-actuated locking bolts act on two toothed wheels, each of which controls the rotation of the steering shaft only in one
  • the locking bolt are bevelled at their coming into engagement with the gear end and the gears have corresponding beveled teeth, so that blocking only in one direction is possible, while rotation of the steering shaft in the opposite direction leads to a pushing back of the locking bolt by the corresponding tooth of the gear.
  • Blocking device is complex and space-consuming.
  • the object of the invention is to provide a steer-by-wire steering device for motor vehicles with a feedback actuator, which has a simple design and compact locking device for the steering operation.
  • the solution according to the invention provides that the steering shaft or the motor shaft is connected to a detent star, which has distributed over its circumference arranged locking grooves, and that at one
  • a locking device which has a locking pin which can be latched by means of an actuator from the outside into a locking groove of the locking star in the steering operation.
  • the locking device according to the invention requires only a solenoid-actuated locking pin and a snap-in star and can thus block both directions of rotation. It is therefore simple and
  • the locking device with Raststern and
  • the actuator comprises the
  • Detent device a solenoid (solenoid), in which a magnetic detent pin is arranged to be longitudinally displaceable in the direction of the detent star, so that it engages with its star facing the detent star in a latching groove of the detent star with electrically energized solenoid.
  • the actuator is particularly simple in this embodiment.
  • Raststerns are aligned parallel to the axis of the locking bolt, resulting in the action of high steering forces on the steering wheel by the driver no force components that would push the locking pin out of the locking groove out. Therefore, the locking connection is maintained even under heavy use.
  • the invention is further improved by the measure that
  • Motor shaft is arranged an elastic body, which allows a small rotation of the steering shaft with latched locking pin, which builds up an increasing counter torque. This measure serves the purpose that the generated by blocking the steering shaft holding torque does not build up abruptly. Due to the elastic
  • the holding torque is built over a limited angle of rotation and thus generates a progressive torque increase on the steering wheel, which corresponds to the natural steering feel in a steering system with a mechanical connection.
  • the elastic body may consist in practice of an elastomeric ring or a torsion spring or a tolerance ring.
  • Figure 1 a schematic diagram of a steer-by-wire steering system with
  • Figure 3 a steering column as in Figures 1 and 2 in longitudinal section;
  • Figure 5 A locking device in a representation as in FIG.
  • Figure 6 the locking device of Figure 5 with engaged
  • Figure 7 the locking device of Figure 6 with slightly deformed
  • FIG. 9 shows a diagram of the generated steering torque (M) in FIG.
  • FIG. 10 a further embodiment of the invention, in which the
  • Locking device acts directly on the steering shaft
  • Figure 1 1 a partial sectional view of the embodiment of
  • FIG. 1 shows a steer-by-wire steering system for a motor vehicle with a steering wheel assembly 2 and a steering operation 42
  • Steering assembly 2 includes a steering shaft 51 which carries at one end a steering wheel 52 and at the other end a rotary encoder 7 for the electronic control of the electric steering operation 42nd
  • the steering assembly 2 is connected to the steering operation 42.
  • This comprises a steering housing 4 with a steering motor 41 which drives a pinion 43, which in turn is in engagement with a rack 44 which acts on two tie rods 45, with which the vehicle wheels 46 can be pivoted.
  • a steering housing 4 is not shown Drehmomentetzêt
  • the steering wheel assembly 2 also includes a
  • Torque generating unit 8 which has an electric motor 6, the motor shaft 9 acts on a gear shaft 10 with worm wheel.
  • the transmission shaft 10 is with its worm in engagement with a Gear 1 1, which is mounted on the steering shaft 51.
  • Gear 1 which is mounted on the steering shaft 51.
  • the electric motor 6 of the torque generating unit 8 is driven, which initiates via the transmission shaft 10 with worm wheel and the gear 1 1, a corresponding torque in the steering shaft 51.
  • the transmission shaft 10 which comprises a worm
  • the worm wheel designed as a large gear 1 1 as a reduction gear, which significantly boosts the torques generated by the electric motor 6.
  • strong torque which generates an end stop when full steering of the steering wheel or abutment of the vehicle wheels 46, for example on a curb in conventional mechanical steering systems, the strength of
  • a locking device 12 is provided, which is adjacent to
  • the locking pin 14 is supported via the solenoid 13 to a housing 19 of the locking device 12 so that it can support the strong torques of the motor shaft 9 and thus the walls of the steering shaft 51.
  • the solenoid 13 thus serves as an actuator for the locking pin 14.
  • Raststern 15 and the motor shaft 9 and the steering shaft 51 changed to the effect that a certain relative rotation of the detent star 15 relative to the motor shaft 9 and the steering shaft 51 is made possible. In this way, a slight rotation of the steering shaft 51 (and thus the motor shaft 9) is possible even with a latched locking device 12, with increasing rotational angle ⁇ ⁇ an increasing
  • the elastic body may be formed as an elastomeric ring 24. Also other elastic
  • a tolerance ring 25 as shown in Figures 3 and 4, or a torsion spring.
  • the tolerance ring allows, when a certain limit torque is exceeded in the locked state on the steering shaft 51 that a Relative rotation between detent star 15 and the motor shaft 9 and the steering shaft 51 can take place, so that an overload protection is created, which protects the system from destruction.
  • Figures 7 and 8 the situation is shown in which the elastomeric ring 24 is increasingly deformed by increasing torque of the motor shaft 9 with locked locking device 12 in the direction of rotation.
  • Steering shaft 51 gives the driver a feeling for the stop, either the Lenkradendanschlag or the stop of a vehicle wheel 46 on an obstacle, such as a curb, so that it does not exert an even higher torque on the steering wheel 42, which
  • Figure 10 shows another embodiment of the invention, in which the locking device 12 is mounted on a jacket tube 53 of the steering column and acts directly on the steering shaft 51.
  • Figure 1 1 can be seen the steering shaft 51 on which an elastomeric ring 24 is mounted rotatably.
  • a detent star 15 is attached, which is provided as well as in the other embodiments with locking grooves 16, in which the locking pin 14 engages when turning on the solenoid 13.
  • all the functions of this embodiment correspond to those of the previously described embodiments, and all variants of the prescribed embodiments are applicable here as well.
  • the invention thus provides a particularly simple and compact locking device 12 for the steering operation of a steer-by-wire steering system that reliably simulates steering stops in a realistic-looking manner. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

Eine Steer-by-Wire Lenkvorhchtung für Kraftfahrzeuge, mit einer Lenkwelle (51), die an einem Ende mit einem Lenkrad (52) verbunden ist und auf die ein Elektromotor (6), vorzugsweise über ein Untersetzungsgetriebe (10, 11), einwirkt und Lenkmomente erzeugt, die dem Fahrer eine Rückmeldung über die auf die gelenkten Fahrzeugräder (46) einwirkenden Kräfte gibt und mit einer an der Lenkwelle (51 ) oder der Motorwelle (9) des Elektromotors (6) angeordneten Verriegelungsvorrichtung (12) zum Blockieren der Rotation der Lenkwelle (51) wird hinsichtlich eines einfachen und kompakten Aufbaus der Verriegelungsvorrichtung (12) dadurch verbessert, dass die Lenkwelle (51 ) oder die Motorwelle (9) mit einem Raststern (15) verbunden ist, der über seinen Umfang verteilt angeordnete Rastnuten (16) aufweist, und dass an einem die Lenkwelle (51) oder die Motorwelle (9) lagernden Gehäuse (19) eine Rastvorrichtung angebracht ist, die einen Rastbolzen (14) aufweist, der mittels eines Aktuators (13) von außen in eine Rastnut (16) des Raststerns (15) einrastbar ist.

Description

Steer-by-Wire Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Steer-by-Wire Lenkvorrichtung für
Kraftfahrzeuge, mit einer Lenkwelle, die an einem Ende mit einem
Lenkrad verbunden ist und auf die ein Elektromotor einwirkt und
Lenkmomente erzeugt, die dem Fahrer eine Rückmeldung über die auf die gelenkten Fahrzeugräder einwirkenden Kräfte gibt, und mit einer an der Lenkwelle oder der Motorwelle des Elektromotors angeordneten
Verriegelungsvorrichtung zum Blockieren der Rotation der Lenkwelle.
Steer-by-Wire Lenksysteme zeichnen sich dadurch aus, dass keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den lenkbaren Rädern existiert. Um dem Fahrer jedoch eine Rückkopplung über den Zustand der Straße und weitere Umgebungseinflüsse, beispielsweise Wind, Witterung, Fahrbahnbedingungen etc. zu geben, werden Feedback- Aktuatoren verwendet. Ein solcher Feedback-Aktuator, auch
Handmomentsteller genannt, trägt in die Lenkwelle, die mit dem Lenkrad verbunden ist, ein Drehmoment ein. Üblicherweise weist der Feedback- Aktuator einen Elektromotor auf, der über ein Schneckenradgetriebe mit der Lenkwelle gekoppelt ist. Das mittels des Feedback-Aktuators in die Lenkwelle und das Lenkrad eingebrachte Drehmoment gibt dem Fahrer ein Fahrgefühl, wie er es von rein mechanischen Lenksystemen gewohnt ist. Er erhält damit eine Rückmeldung über die Kräfte, welche auf die gelenkten Räder einwirken.
Ein wichtiger Bestandteil des Lenkgefühls ist die Rückmeldung über ein stark ansteigendes Moment in bestimmten Lenksituation. Diese
Situationen treten insbesondere bei zwei Lenkmanövern auf. Wenn das gelenkte Rad am Randstein abgedrückt wird (curb push off), könnte eine Erhöhung des Lenkmomentes am Lenkrad zur mechanischen
Beschädigung des Lenksystems, beispielsweise des Handmomentenstellers, führen. Entsprechendes gilt, wenn das
Lenkgetriebe den maximalen Lenkeinschlag erreicht hat und am
mechanischen Endanschlag angelangt ist. In beiden Fällen benötigt der Fahrer das Gefühl eines starken Widerstandes, um eine weitere Drehung des Lenkrades in diese Richtung und damit eine mechanische
Beschädigung des Handmomentenstellers zu vermeiden. Beim Auftreten einer der genannten Situationen müsste folglich der Feedback-Aktuator ein sehr hohes Gegenmoment aufbringen. Dies ist nur mit sehr starken Elektromotoren möglich, was mit hohen Kosten verbunden wäre. Anstatt den Elektromotor besonders stark auszulegen, kann alternativ auch die Lenksäule blockiert bzw. verriegelt werden. Entsprechende Verriegelungsoder Blockiervorrichtungen sind bekannt.
Die DE 60 303 081 T2 offenbart mehrere verschiedene Arten von
Verriegelungsmechanismen für einen Handmomentsteller, die entweder einen magnetorheologischen Anschlag an der Lenkwelle, einen
mechanisch verstellbaren mechanischen Anschlag oder einen
Sperrklinkenmechanismus verwenden. Bei dem bekannten
Sperrklinkenmechanismus wirken zwei Zahnradsegmente mit zwei Sperrklinken zusammen. Die beiden Zahnradsegmente bewirken eine Blockierung der Lenkwelle jeweils nur in einer Richtung, wenn die zugehörige Sperrklinke ausgelöst wird. Nachteilig an dieser Lösung ist der komplexe und bauraumintensive Aufbau.
Auch aus der DE 10 2014 009 517 B3 ist ein Verriegelungsmechanismus bekannt, bei dem zwei Solenoid-betätigte Sperrriegel auf zwei Zahnräder einwirken, von denen jedes die Drehung der Lenkwelle nur in einer
Drehrichtung blockiert. Dabei sind die Sperrriegel an ihrem in Eingriff mit dem Zahnrad kommenden Ende abgeschrägt und auch die Zahnräder weisen entsprechend abgeschrägte Zähne auf, sodass ein Blockieren nur in eine Drehrichtung möglich ist, während eine Drehung der Lenkwelle in die entgegengesetzte Richtung zu einem Zurückschieben des Sperrriegels durch den entsprechenden Zahn des Zahnrades führt. Auch diese
Blockiervorrichtung ist komplex und bauraumintensiv aufgebaut.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steer-by-Wire Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Feedback-Aktuator anzugeben, die eine einfach aufgebaute und kompakte Verriegelungsvorrichtung für den Lenkbetrieb aufweist.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Lenkwelle oder die Motorwelle mit einem Raststern verbunden ist, der über seinen Umfang verteilt angeordneten Rastnuten aufweist, und dass an einem die
Lenkwelle oder die Motorwelle lagernden Gehäuse eine Rastvorrichtung angebracht ist, die einen Rastbolzen aufweist, der mittels eines Aktuators von außen in eine Rastnut des Raststerns im Lenkbetrieb einrastbar ist. Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung benötigt lediglich einen Solenoid-betätigten Rastbolzen und einen Raststern und kann damit beide Drehrichtungen blockieren. Sie ist daher einfach aufgebaut und
kostengünstig herstellbar.
Unter dem Lenkbetrieb ist jener Betriebszustand zu verstehen, in dem der Fahrzeugführer einen Lenkbefehl in Form eines Lenkmomentes in die Lenkwelle einträgt um eine Fahrtrichtungsänderung des Fahrzeuges einzuleiten. Dies findet im normalen und bestimmungsgemäßen Gebrauch des Fahrzeuges statt und nicht im geparkten bzw. abgestellten und abgesperrten Zustand des Fahrzeuges.
Vorzugsweise ist die Verriegelungsvorrichtung mit Raststern und
Rastbolzen an der Motorwelle des Elektromotors angeordnet. Hier treten wegen des Untersetzungsgetriebes geringere Drehmomente auf als direkt an der Lenkwelle, sodass die Verriegelungsvorrichtung schwächer und somit kompakter ausgelegt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktuator der
Rastvorrichtung einen Solenoid (Hubmagnet), in dem ein magnetischer Rastbolzen in Richtung auf den Raststern hin längs verschiebbar angeordnet ist, sodass er bei elektrisch eingeschaltetem Solenoid mit seinem dem Raststern zugewandten Ende in eine Rastnut des Raststerns einrastet. Der Aktuator ist bei dieser Ausführungsform besonders einfach ausgestaltet.
Wenn der Rastbolzen an seinem dem Raststern abgewandten Ende mit einem beweglichen Ende einer Feder, vorzugsweise einer Spiralfeder, verbunden ist, deren festes Ende an dem Solenoid abgestützt ist, sodass die Feder den Rastbolzen bei elektrisch abgeschaltetem Solenoid aus der Rastnut heraus zieht, braucht es keine anderen Maßnahmen zum Lösen der Verriegelungsvorrichtung wie etwa beim oben beschriebenen Stand der Technik. Durch die Maßnahme, dass die Seitenwände der Rastnuten des
Raststerns parallel zur Achse des Rastbolzens ausgerichtet sind, ergeben sich beim Einwirken hoher Lenkkräfte auf das Lenkrad durch den Fahrer keine Kraftkomponenten, die den Rastbolzen aus der Rastnut heraus drücken würden. Daher bleibt die Rastverbindung auch bei starker Beanspruchung erhalten.
Die Erfindung wird noch verbessert durch die Maßnahme, das
wirkungsmäßig zwischen dem Raststern und der Lenkwelle oder
Motorwelle ein elastischer Körper angeordnet ist, der bei eingerastetem Rastbolzen eine geringe Verdrehung der Lenkwelle ermöglicht, wobei sich ein zunehmendes Gegendrehmoment aufbaut. Diese Maßnahme dient dem Zweck, dass sich das durch die Blockierung der Lenkwelle generierte Haltemoment nicht abrupt aufbaut. Aufgrund der elastischen
Eigenschaften des elastischen Körpers baut sich das Haltemoment über einen begrenzten Drehwinkel auf und erzeugt damit einen progressiven Momentenanstieg am Lenkrad, welcher dem natürlichen Lenkgefühl in einem Lenksystem mit mechanischer Verbindung entspricht.
Der elastische Körper kann in der Praxis aus einem Elastomerring oder einer Drehfeder oder einem Toleranzring bestehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert und die Figuren zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : eine Prinzipdarstellung eines Steer-by-Wire Lenksystems mit
Feedback-Aktuator; Figur 2: eine teilweise geschnittene Darstellung des Antriebs des
Feedback-Aktuators mit erfindungsgemäßer
Verriegelungsvorrichtung;
Figur 3: eine Lenksäule wie in den Figuren 1 und 2 im Längsschnitt;
Figur 4: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Verriegelungsvorrichtung mit einem Toleranzring als elastischem Körper zwischen Motorwelle und Raststern;
Figur 5: Eine Verriegelungsvorrichtung in einer Darstellung wie in Figur
3, jedoch mit einem Elastomerring als elastischem Körper;
Figur 6: die Verriegelungsvorrichtung von Figur 5 mit eingerastetem
Rastbolzen;
Figur 7: die Verriegelungsvorrichtung von Figur 6 mit leicht verformtem
Elastomerring; Figur 8: die Verriegelungsvorrichtung von Figur 6 mit stark
verformtem Elastomerring infolge eines großen Lenkmoments;
Figur 9: ein Diagramm des erzeugten Lenkmoments (M) in
Abhängigkeit vom Drehwinkel (Δ Φ ) des Lenkrads
Figur 10: eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die
Verriegelungsvorrichtung direkt auf die Lenkwelle einwirkt;
Figur 1 1 : eine geschnittene Teilansicht der Ausführungsform von
Figur 10. In Figur 1 erkennt man ein Steer-by-Wire Lenksystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkradbaugruppe 2 und einer Lenkbetätigung 42. Die
Lenkbaugruppe 2 umfasst eine Lenkwelle 51 die an einem Ende ein Lenkrad 52 trägt und an deren anderem Ende ein Drehgeber 7 für die elektronische Ansteuerung der elektrischen Lenkbetätigung 42
vorgesehen ist. Über ein Verbindungskabel 3 ist die Lenkbaugruppe 2 mit der Lenkbetätigung 42 verbunden. Diese umfasst ein Lenkgehäuse 4 mit einem Lenkmotor 41 , der ein Ritzel 43 antreibt, welches seinerseits in Eingriff mit einer Zahnstange 44 steht, die auf zwei Spurstangen 45 einwirkt, mit denen die Fahrzeugräder 46 verschwenkt werden können. Im Lenkgehäuse 4 ist ein nicht gezeigter Drehmomentaufnehmer
untergebracht, der das für die Verschwenkung der Fahrzeugräder 46 erforderliche Drehmoment misst und an die Lenkradbaugruppe 2 weiterleitet.
Die Lenkradbaugruppe 2 umfasst außerdem eine
Drehmomenterzeugungseinheit 8, welche einen Elektromotor 6 aufweist, dessen Motorwelle 9 auf eine Getriebewelle 10 mit Schneckenrad einwirkt. Die Getriebewelle 10 ist mit ihrem Schneckenrad in Eingriff mit einem Zahnrad 1 1 , welches auf der Lenkwelle 51 angebracht ist. Je nach dem vom Drehmomentsensor der Lenkbetätigung 42 vorgegebenen
Drehmoment wird der Elektromotor 6 der Drehmomenterzeugungseinheit 8 angesteuert, wobei dieser über die Getriebewelle 10 mit Schneckenrad und das Zahnrad 1 1 ein entsprechendes Drehmoment in die Lenkwelle 51 einleitet. Dabei wirkt die Getriebewelle 10,die eine Schnecke umfasst, zusammen mit dem als Schneckenrad ausgebildeten großen Zahnrad 1 1 als Untersetzungsgetriebe, welches die vom Elektromotor 6 erzeugten Drehmomente erheblich verstärkt. Um einem durch den Fahrer über das Lenkrad 42 in die Lenkwelle 51 eingeleiteten starken Drehmoment entgegenzuwirken, welches bei herkömmlichen mechanischen Lenksystemen ein Endanschlag beim Volleinschlag des Lenkrads oder ein Anstoßen der Fahrzeugräder 46 beispielsweise an einem Bordstein erzeugt, ist die Stärke des
Elektromotors 6 nicht ausreichend. Für diesen Zweck ist daher eine Verriegelungsvorrichtung 12 vorgesehen, die ein benachbart zur
Motorwelle 9 angeordnetes Solenoid 13 aufweist, in dem ein magnetischer Rastbolzen 14 längs verschieblich angeordnet ist. Um die Motorwelle 9 herum ist ein Raststern 15 angeordnet, der im Wesentlichen drehfest (siehe aber weiter unten„elastischer Körper") mit der Motorwelle 9 verbunden ist. Wird der Solenoid 13 eingeschaltet, so drückt er den magnetischen Rastbolzen 14 in Richtung auf den Raststern 15 zu, bis der Rastbolzen 14 in eine Rastnut 16 des Raststerns 15 einrastet. Dies geschieht im Lenkbetrieb des Lenksystems. Der eingerastete Zustand ist beispielsweise in den Figuren 4 und 6 bis 8 dargestellt. Darin kann man erkennen, dass das dem Raststern 15 zugewandte Ende 17 des Rastbolzens 14 von der Rastnut 16
aufgenommen wird. Dabei sind die äußeren Wände des Endes 17 des Rastbolzens 14 und die Seitenwände 18 der Rastnut 16 parallel zueinander und zur Längsachse des Rastbolzens 14 ausgerichtet. Dies kann man am besten in den Figuren 7 und 8 erkennen. Durch die genannte Ausrichtung kann der Rastbolzen 14 nicht aus der Rastnut 16 heraus gedrückt werden, auch wenn auf die Lenkwelle 51 starke
Drehmomente einwirken. Der Rastbolzen 14 ist über den Solenoid 13 an einem Gehäuse 19 der Verriegelungsvorrichtung 12 abgestützt, sodass er die starken Drehmomente der Motorwelle 9 und damit die Wände der Lenkwelle 51 abstützen kann. Der Solenoid 13 dient somit als Aktuator für den Rastbolzen 14. Um den Rastbolzen 14 nach dem Abschalten des Solenoids 13 wieder aus der Rastnut 16 des Raststerns 15
herauszubewegen, ist eine Feder 20 vorgesehen, die mit ihrem
beweglichen Ende 21 mit dem dem Raststern 15 abgewandten Ende 22 des Rastbolzen 14 verbunden ist, während das feste Ende 23 der Feder 20 am Solenoid 13 abgestützt ist. Wie man in den Figuren 5 bis 8 und 1 1 erkennt, ist zwischen dem
Raststern 15 und der Motorwelle 9 bzw. der Lenkwelle 51 ein elastischer Körper 25 angeordnet, der die drehfeste Verbindung zwischen dem
Raststern 15 und der Motorwelle 9 bzw. der Lenkwelle 51 dahingehend verändert, dass eine gewisse Relativverdrehung des Raststern 15 gegenüber der Motorwelle 9 bzw. der Lenkwelle 51 ermöglicht ist. Auf diese Weise ist eine geringe Verdrehung der Lenkwelle 51 (und damit der Motorwelle 9) auch bei eingerasteter Verriegelungsvorrichtung 12 möglich, wobei sich mit zunehmendem Drehwinkel Δ ψ ein zunehmendes
Gegendrehmoment M aufbaut, welches einen progressiven Anstieg aufweist, wie dies aus Figur 9 ersichtlich ist. Der elastische Körper kann als ein Elastomerring 24 ausgebildet sein. Auch andere elastische
Elemente kommen infrage, beispielsweise eine Toleranzring 25, wie dieser in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, oder eine Drehfeder. Der Toleranzring ermöglicht ist, wenn ein gewisses Grenzdrehmoment in verriegelten Zustand an der Lenkwelle 51 überschritten wird, dass eine Relativverdrehung zwischen Raststern 15 und der Motorwelle 9 bzw. der Lenkwelle 51 stattfinden kann, so das ein Überlastschutz geschaffen ist, der das System vor Zerstörung schützt. In den Figuren 7 und 8 ist die Situation dargestellt, bei der der Elastomerring 24 durch zunehmendes Drehmoment der Motorwelle 9 bei verriegelter Verriegelungsvorrichtung 12 zunehmend in Drehrichtung verformt wird.
Das zunehmende Drehmoment M bei zunehmendem Lenkwinkel Δ ψ der
Lenkwelle 51 gibt dem Fahrer ein Gefühl für den Anschlag, entweder den Lenkradendanschlag oder den Anschlag eines Fahrzeugrades 46 an einem Hindernis, beispielsweise einen Bordstein, sodass er kein noch höheres Drehmoment auf das Lenkrad 42 ausübt, welches
möglicherweise zu einer Zerstörung oder Fehlfunktionen des Lenksystems führen könnte.
Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verriegelungsvorrichtung 12 an einem Mantelrohr 53 der Lenksäule angebracht ist und direkt auf die Lenkwelle 51 einwirkt. In Figur 1 1 erkennt man die Lenkwelle 51 , auf der ein Elastomerring 24 drehfest angebracht ist. Auf dem Elastomerring 24 wiederum ist ein Raststern 15 angebracht, der genauso wie bei den anderen Ausführungsbeispielen mit Rastnuten 16 versehen ist, in welche der Rastbolzen 14 beim Einschalten des Solenoids 13 einrastet. Im Übrigen entsprechen alle Funktionen dieser Ausführungsform denen der vorher beschriebenen Ausführungsformen, wobei alle Varianten der vorgeschriebenen Ausführungsformen auch hier anwendbar sind. Die Erfindung stellt somit eine besonders einfach und kompakt aufgebaute Verriegelungsvorrichtung 12 für den Lenkbetrieb eines Steer-by-Wire Lenksystems zur Verfügung, die zuverlässig Lenkanschläge auf realistisch wirkende Weise simuliert. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Steer-by-Wire Lenkvorrichtung
2 Lenkradbaugruppe
3 Verbindungskabel
4 Lenkgehäuse
5
6 Elektromotor
7 Drehgeber
8 Drehmomenterzeugungseinheit
9 Motorwelle
10 Getriebewelle mit Schneckenrad
1 1 Zahnrad
12 Verriegelungsvorrichtung
13 Solenoid
14 Rastbolzen
15 Raststern
16 Rastnut
17 Ende des Rastbolzen
18 Seitenwände
19 Gehäuse
20 Feder
21 bewegliches Ende der Feder
22 Ende des Rastbolzens
23 festes Ende der Feder
24 Elastomerring
25
26
27
28
29
Toleranzring Lenkmotor Lenkbetätigung Ritzel
Zahnstange Spurstange Fahrzeuggrad
Lenkwelle Lenkrad Mantelrohr

Claims

1
PATENTANSPRÜCHE
Steer-by-Wire Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer
Lenkwelle (51 ), die an einem Ende mit einem Lenkrad (52) verbunden ist und auf die ein Elektromotor (6) einwirkt und
Lenkmomente erzeugt, die dem Fahrer eine Rückmeldung über die auf die gelenkten Fahrzeugräder (46) einwirkenden Kräfte gibt, und mit einer an der Lenkwelle (51 ) oder der Motorwelle (9) des
Elektromotors (6) angeordneten Verriegelungsvorrichtung (12) zum Blockieren der Rotation der Lenkwelle (51 ), dadurch
gekennzeichnet, dass die Lenkwelle (51 ) oder die Motorwelle (9) mit einem Raststern (15) verbunden ist, der über seinen Umfang verteilt angeordnete Rastnuten (16) aufweist, und dass an einem die
Lenkwelle (51 ) oder die Motorwelle (9) lagernden Gehäuse (19) eine Rastvorrichtung angebracht ist, die einen Rastbolzen (14) aufweist, der mittels eines Aktuators (13) von außen in eine Rastnut (16) des Raststerns (15) im Lenkbetrieb einrastbar ist.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Raststern (15) und der Rastbolzen (14) an der Motorwelle (9) des Elektromotors (6) angeordnet sind.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator der Rastvorrichtung einen Solenoid (13) umfasst, in dem ein magnetischer Rastbolzen (14) in Richtung auf den
Raststern (15) hin längsverschiebbar angeordnet ist, sodass er bei elektrisch eingeschaltetem Solenoid (13) mit seinem dem Raststern (15) zugewandten Ende (17) in eine Rastnut (16) des Raststerns (15) einrastet.
4. Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastbolzen (15) an seinem dem Raststern abgewandten Ende 2
(22) mit einem beweglichen Ende (21 ) einer Feder (20) verbunden ist, deren festes Ende (23) an dem Solenoid (13) abgestützt ist, so dass die Feder (20) den Rastbolzen (14) bei elektrisch
abgeschalteten Solenoid (13) aus der Rastnut (16) heraus zieht. 5. Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (18) der Rastnuten (16) des Raststerns (15) parallel zur Achse des Rastbolzens (14) ausgerichtet sind.
6. Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wirkungsmäßig zwischen dem
Raststern (15) und der Lenkwelle (51 ) oder Motorwelle (9) ein elastischer Körper (24, 25) angeordnet ist, der bei eingerastetem Rastbolzen (14) eine geringe Verdrehung {A φ ) der Lenkwelle (51 ) ermöglicht, wobei sich ein zunehmendes Gegendrehmoment (M) aufbaut.
7. Lenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastischer Körper ein Elastomerring (24) ist.
8. Lenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastischer Körper eine Drehfeder ist. 9. Lenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastischer Körper ein Toleranzring (25) ist.
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