AT526930B1

AT526930B1 - Lenkeinrichtung

Info

Publication number: AT526930B1
Application number: ATA50367/2023A
Authority: AT
Inventors: Schubert Dipl -Ing Julian; Enis Ketan Bsc Emre
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2023-05-11
Filing date: 2023-05-11
Publication date: 2024-09-15
Also published as: DE102024112890A1; AT526930A4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung (1), insbesondere für ein Steer-by-Wire- Lenksystem, mit einer drehbar gelagerten Lenkwelle (2) und einem Feedback- Aktuator (4) mit einem eine Eingangswelle (6) und eine Ausgangswelle (7) aufweisenden Planetengetriebe (5) und einem Elektromotor (8), dessen Rotorwelle (9) mit der Eingangswelle (6) drehfest verbunden oder verbindbar ist, und wobei die Ausgangswelle (7) mit der Lenkwelle (2) drehfest verbunden oder verbindbar ist, wobei die Eingangswelle (6) mit einem ersten Getriebeelement - insbesondere einem Sonnenrad (9) - des Planetengetriebes (5) und die Ausgangswelle (7) mit einem zweiten Getriebeelement des Planetengetriebes (5) verbunden oder verbindbar ist. Um haptische Rückmeldungen an den Fahrer zu verbessern ist vorgesehen, dass ein drittes Getriebeelement über zumindest eine erste Kupplungsvorrichtung (20) mit einem Gehäuse (19) verbindbar ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung, insbesondere für Steer-by-Wire-Lenksysteme, mit einer drehbar gelagerten Lenkwelle und einem Feedback-Aktuator, welcher eine Aktuatoreinheit mit einem eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweisenden Planetengetriebe und einem Elektromotor aufweist, dessen Rotorwelle mit der Eingangswelle drehfest verbunden oder verbindbar ist, und wobei die Ausgangswelle mit der Lenkwelle drehfest verbunden oder verbindbar ist, wobei die Eingangswelle mit einem ersten Getriebeelement - insbesondere einem Sonnenrad - des Planetengetriebes und die Ausgangswelle mit einem zweiten Getriebeelement des Planetengetriebes verbunden ist, wobei ein drittes Getriebeelement über zumindest eine erste Kupplungsvorrichtung mit einem Gehäuse verbindbar ist.

[0002] Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Lenkeinrichtung.

[0003] Unter Steer-by-Wire versteht man ein System in der Fahrzeugtechnik, bei dem ein Lenkbefehl von einem Sensor - insbesondere dem Lenkrad - über eines oder mehrere Steuergeräte ausschließlich elektrisch zu einem elektromechanischen Lenksteller, der den Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet wird. Es besteht bei einem solchen System keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern.

[0004] Solche Steer-by-Wire-Lenksysteme nehmen manuelle Lenkbefehle des Fahrers wie konventionelle mechanische Lenkungen durch Drehung des Lenkrades durch den Fahrer entgegen, wodurch die Drehung einer Lenkwelle bewirkt wird, welche nicht mechanisch über ein Lenkgetriebe mit den zu lenkenden Rädern verbunden ist. Vielmehr werden über Drehwinkel und Drehmomentsensoren durch das Lenkrad eingebrachte Lenkbefehle erfasst und ein daraus bestimmtes Steuersignal an den Lenksteller abgegeben, der mittels eines elektrischen Stelltriebs einen entsprechenden Lenkeinschlag der Räder einstellt. Im Gegensatz zu konventionellen mechanisch gekoppelten Lenkungen erhält der Fahrer bei Steer-by-Wire-Lenksystemen keine unmittelbare haptische Rückmeldung von den gelenkten Rädern, was dem Fahrer erschwert, aktuelle Fahrsituationen sicher zu erfassen und angemessene Lenkmanöver durchzuführen. Dies kann die Fahrzeuglenkbarkeit und die Fahrsicherheit nachteilig beeinflussen.

[0005] Es ist bekannt, bei Steer-by-Wire-Lenksystemen von Kraftfahrzeugen Feedback-Aktuatoren einzusetzen, welche dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrsituation wie bei einer konventionellen Lenkung geben, um eine intuitive Reaktion zu erleichtern.

[0006] Aus der EP 3 322 632 B1 ist ein Feedback-Aktuator für eine Lenkeinrichtung mit einer ein Mantelrohr aufweisenden Manteleinheit bekannt, wobei das Mantelrohr einen kreisrunden Innenquerschnitt aufweist, in den ein Elektromotor und ein Planetengetriebe integriert ist, dessen Sonnenrad mit der Rotorwelle des Elektromotors und dessen Planetenträger mit der Lenkwelle der Lenkeinrichtung drehfest verbunden ist. Die Lenkwelle ist drehbar in der Manteleinheit gelagert. Das Hohlrad ist drehfest in dem Mantelrohr der Lenkeinrichtung befestigt. Bei Fehlfunktion oder Ausfall des Elektromotors gibt es keine haptische Rückmeldung an den Fahrer.

[0007] Weitere Lenkgetriebe mit Planetengetrieben und Feedback-Aktuatoren sind aus den Veröffentlichungen DE 2363646 A1, EP 1205372 A2, EP 2208661 A1, EP 3768575 A1, EP 916568 B1, JP 5165902 B2, JP S6223868 A, WO 2022/049249 A1 bekannt.

[0008] Aus dem Stand der Technik sind sogenannte Wolfrom-Planetengetriebe bekannt. Diese weisen ein erstes Hohlrad und ein zweites Hohlrad und Planetenräder mit einer ersten Verzahnung und einer zweiten Verzahnung auf. Bei einem einfachen Wolfrom-Getriebe ist das erste Hohlrad drehfest angeordnet. Das zweite Hohlrad ist drehbar gelagert und mit einer An- oder Abtriebswelle verbunden. Dabei kämmt die erste Verzahnung mit dem ersten Hohlrad und die zweite Verzahnung mit dem zweiten Hohlrad. Weiters kämmt die erste Verzahnung mit einem drehbar gelagerten Sonnenrad. Verschiedene Ausgestaltungen von Wolfrom-Getrieben sind beispielsweise aus der DE 42 24 850 A1, EP 0 676 560 A1, EP 0 678 688 A1, EP 2 146 112 A1 und EP 1244 880 B1 bekannt. Durch die Wahl der Zähnezahlen der verschiedenen Räder sind verschiedenste Übersetzungszahlen einstellbar. Im Stand der Technik besteht das Bedürfnis, ein

solches Getriebe schaltbar auszugestalten. Hierfür ist eine Lösung aus der DE 197 50 239 A1 bekannt. Dieses schaltbare Getriebe mit zwei Schaltstellungen umfasst eine erste Schaltstellung mit einem besonders hohen UÜbersetzungsverhältnis, welches nach dem Wolfrom-Prinzip arbeitet. In der zweiten Schaltstellung arbeitet das Getriebe als einfaches Planetengetriebe.

[0009] Es ist auch bekannt, Wolfrom-Planetengetriebe zur Erzeugung einer Lenkbewegung einzusetzen. Die WO 2019/115562 A1 offenbart ein Lenkgetriebe mit einem durch ein WolfromPlanetengetriebe gebildeten Servogetriebe zur Lenkunterstützung. Die WO 2008/068207 A1 beschreibt einen elektrischen Aktuator zur Erzeugung einer Drehstellbewegung, wobei ein als Wolfrom-Planetengetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe mit einer Rotorwelle eines Elektromotors in Verbindung steht.

[0010] Die US 2021/0054909 A1 offenbart eine Drehzahlreduzierkupplung mit einem zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle angeordneten Planetengetriebe, wobei mit einer als Reiblamellenkupplung ausgebildeten Bremse ein Getriebeelement des Planetengetriebes festgehalten werden kann.

[0011] Die KR 20180065067 A offenbart eine Lenkeinrichtung für ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit einer Lenkreaktionseinrichtung mit einem eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweisenden einfachen Planetengetriebe, wobei die Ausgangswelle mit einer Lenkwelle verbunden ist. Die Rotorwelle eines ersten Elektromotors ist mit der auf das Sonnenrad des Planetengetriebes wirkenden Eingangswelle verbunden. Ein zweiter Elektromotor ist über ein Schneckengetriebe mit dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden. Der Planetenträger des Planetengetriebes ist mit der Ausgangswelle verbunden. Das Sonnenrad kann über eine erste Bremse und das Hohlrad über eine zweite Bremse abwechselnd blockiert werden. Im Normalbetrieb ist dabei das Hohlrad eingebremst und der zweite Elektromotor deaktiviert. Bei Ausfall des ersten Motors wird das Sonnenrad eingebremst und der zweite Elektromotor aktiviert. Bei Ausfall des ersten Motors kann eine Lenkreaktion durch den zweiten Elektromotor bereitgestellt werden.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art die haptische Rückmeldungen an den Fahrer zu verbessern.

[0013] Erfindungsgemäß wird die Lösung der Aufgabe bei einer Lenkeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Planetengetriebe als Stufenplanetengetriebe ausgebildet ist, wobei das Stufenplanetengetriebe so ausgebildet ist, dass in zumindest einem Endanschlagsbetriebsbereich das Ubersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl der Ausgangswelle größer als das Ubersetzungsverhältnis in einem Normalbetriebsbereich ist.

[0014] Durch die erste Kupplungsvorrichtung kann das dritte Getriebeelement abgebremst und/ oder festgehalten werden.

[0015] Durch Abbremsen und/oder Festhalten des dritten Getriebeelementes steht nun neben dem Elektromotor ein zusätzliches Steuerungsmittel für die haptische Rückmeldung an den Fahrer zu Verfügung. Die erste Kupplungsvorrichtung erlaubt dabei - je nach Stellung - drei verschiedene Steuereingriffe.

[0016] Günstigerweise ist in zumindest einem Normalbetriebsbereich die erste Kupplungsvorrichtung in eine erste Schaltstellung geschaltet ist, in welcher das dritte Getriebeelement vom Gehäuse getrennt ist. Das dritte Getriebeelement ist somit frei drehbar. Dies erlaubt moderate UÜbersetzungsverhältnisse zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle des Planetengetriebes.

[0017] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass in zumindest einem Endanschlagbetriebsbereich die erste Kupplungsvorrichtung in eine zweite Schaltstellung geschaltet ist, In welcher das dritte Getriebeelement mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist. Das dritte Getriebeelement ist in dieser Stellung der ersten Kupplungsvorrichtung festgehalten. In dieser Stellung sind höhere Ubersetzungsverhältnisse zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle realisierbar als im Normalbetriebsbereich. Der Endanschlag für das Lenkrad kann in der zweiten Schaltstellung der ersten Kupplungsvorrichtung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durch den Feedback-Aktuator gebildet werden. Ein mechanischer und/oder elektrischer Anschlag

ist somit nicht mehr unbedingt erforderlich.

[0018] In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass in zumindest einem Schleifbetriebsbereich die erste Kupplungsvorrichtung in eine Zwischenstellung geschaltet ist, in welcher das zweite Hohlrad verzögert, also teilweise abgebremst wird. Dadurch kann die Ubersetzung des Planetengetriebes variabel zwischen der Übersetzung im Betriebsfall „zweistufiges Planetengetriebe“ und der Übersetzung im Betriebsfall „Wolfrom-Planeten-Getriebe“ verändert werden. Weiters können auch bei Ausfall des Elektromotors noch haptische Rückmeldungen an den Fahrer erzeugt werden.

[0019] In einer einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine Kupplungsvorrichtung durch eine Reiblamellenkupplung gebildet ist. Alternativ dazu kann zumindest eine erste Kupplungsvorrichtung auch durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung gebildet sein. Durch den Einsatz einer Flüssigkeitsreibungskupplung kann ein verschleiß- und wartungsarmer Betrieb gewährleistet werden.

[0020] Zur Erzielung hoher Übersetzungsverhältnisse zwischen der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl der Ausgangselle kann das Planetengetriebe als zweistufiges Stufenplanetengetriebe ausgebildet sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Planetengetriebe als Wolfrom-Getriebe ausgebildet ist bzw. als Wolfrom-Planetengetriebe betreibbar ist, wobei das Planetengetriebe zumindest zwei unabhängig voneinander drehbare Hohlräder und zumindest ein auf einem Planetenträger drehbar gelagertes Planetenradelement mit einer ersten Verzahnung und einer zweiten Verzahnung aufweist, wobei die erste Verzahnung mit der zweiten Verzahnung drehfest verbunden ist, und wobei die erste Verzahnung mit dem ersten Hohlrad und die zweite Verzahnung mit dem zweiten Hohlrad im Zahneingriff stehen, und wobei ein Hohlrad vorzugsweise das erste Hohlrad - mit dem ersten Getriebeelement im Zahneingriff steht. Günstigerweise steht die erste Verzahnung mit dem ersten Hohlrad und dem Sonnenrad im Zahneingriff. Die Anwendung eines Stufenplanetengetriebes, welches auch als Wolfram-Planetengetriebe betrieben werden kann, reduziert die Anforderungen an den Elektromotor hinsichtlich Leistung und Ausfallbetrieb.

[0021] Um insbesondere bei vom Gehäuse getrenntem dritten Getriebeelement ein genau definiertes Ubersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle zu ermöglichen ist es vorteilhaft, wenn der Planetenträger drehfest mit dem Gehäuse verbunden oder über eine zweite Kupplungseinrichtung drehfest verbindbar ist.

[0022] Vorzugsweise ist das Stufenplanetengetriebe so ausgebildet, dass im Normalbetriebsbereich ein Ubersetzungsverhältnis zwischen einer Drehzahl der Eingangswelle und einer Drehzahl der Ausgangswelle mindestens 3:1 und maximal 25:1 beträgt.

[0023] Insbesondere durch den Einsatz eines Wolfrom-Planetengetriebes sind besonders hohe UÜbersetzungsverhältnisse zwischen den Drehzahlen der Eingangswelle und der Ausgangswelle realisierbar. Das Stufenplanetengetriebe kann insbesondere durch die Bauweise als WolfromPlanetengetriebe so ausgebildet sein, dass in zumindest einem Endanschlagsbetriebsbereich des Lenkrades das Ubersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl der Ausgangswelle mindestens 25:1 beträgt. In einer Ausführungsvariante beträgt das Übersetzungsverhältnis beispielsweise 200:1. Prinzipiell kann das Übersetzungsverhältnis auch unendlich sein.

[0024] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das zweite Getriebeelement durch das zweite Hohlrad und/oder das dritte Getriebeelement durch das erste Hohlrad gebildet ist.

[0025] Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Steuerung dieser Lenkeinrichtung dadurch gelöst, dass in zumindest einem Betriebsbereich ein drittes Getriebeelement mit einem Gehäuse verbunden wird, wobei vorzugsweise in zumindest einem Normalbetriebsbereich die erste Kupplungsvorrichtung geöffnet wird. Im Normalbetriebsbereich wird das dritte Getriebeelement vom Gehäuse getrennt und die Lenkeinrichtung mittels des Stufengetriebes mit einem UÜbersetzungsverhältnis zwischen einer Drehzahl der Eingangswelle und einer fixen Drehzahl der Ausgangswelle von 3:1 bis 25:1 betrieben.

[0026] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass in zumindest einem Endanschlagbetriebsbereich des Lenkrades das dritte Getriebeelement mit dem Gehäuse drehfest verbunden wird. Damit wird das erste Hohlrad auf Block geschaltet und das Stufenplanetengetriebe als Wolfrom-Getriebe betrieben. Dadurch sind extrem hohe Ubersetzungsverhältnisse zwischen der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl der Ausgangswelle von mindestens etwa 25:1, vorzugsweise bis unendlich, und somit besonders hohe Drehmomente am Lenkrad im Bereich des definierten Endanschlages des Lenkrades realisierbar, wobei ein nur minimales Drehmoment am Elektromotor aufgebracht werden muss. Im Bereich des Endanschlages kann der Elektromotor somit mit geringer Stromaufnahme oder - bei sehr großem UÜbersetzungsverhältnis - sogar stromlos betrieben werden. Ein mechanischer Endanschlag der Lenkeinrichtung kann somit entfallen.

[0027] Besonders vorteilhaft ist es, wenn in zumindest einem Schleifbetriebsbereich das erste Hohlrad und/oder der Planetenträger verzögert wird, also die erste Kupplungsvorrichtung schleifend betrieben wird. Durch Schleifen lassen der ersten Kupplungsvorrichtung kann die UÜbersetzung variabel zwischen der Stufenplanetenübersetzung und der Wolfrom-Planetengetriebeübersetzung verändert werden. Dieser Betriebsfall gewährleistet auch bei ausgefallenem oder deaktivierten Elektromotor ein Lenkfeedback hinsichtlich des Lenkmomentes, insbesondere in konstanter Form, wobei das Feedbackmoment beispielsweise 3 Nm bis 5 Nm beträgt. Bei Ausfall des Elektromotors, welcher vorrangig für die Abbildung des Lenkgefühls und die Lenkmomente am Lenkrad verantwortlich ist, kann die erste Kupplungsvorrichtung durch teilweises Betätigen das abzubildende Lenkmoment aufrechterhalten.

[0028] Dabei kann auch im Normalbetrieb die Kupplung teilweise betätigt werden, um durch Reibung ein zusätzliches Drehmoment in das System zu bringen und um dadurch an der Ausgangswelle und dem Lenkrad ein realistischeres Lenkgefühl für den Fahrer abzubilden.

[0029] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren, welche nicht einschränkende Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, näher erläutert. Darin zeigen schematisch

[0030] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Lenkeinrichtung in einer ersten Ausführungsvariante, [0031] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Lenkeinrichtung in einer zweiten Ausführungsvariante, [0032] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Lenkeinrichtung in einer dritten Ausführungsvariante und [0033] Fig. 4 eine erfindungsgemäße Lenkeinrichtung in einer vierten Ausführungsvariante. [0034] Gleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0035] Die Figuren zeigen jeweils eine Lenkeinrichtung 1 für ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit einer drehbar gelagerten Lenkwelle 2, einem mit dieser drehfest verbundenen Lenkrad 3 und einem Feedback-Aktuator 4. Die Lenkwelle 2 kann höhenverstellbar ausgebildet sein. Der Feedback-Aktuator 4 weist ein Planetengetriebe 5 mit einer Eingangswelle 6 und einer Ausgangswelle 7 und einen Elektromotor 8 auf. Das Planetengetriebe 5 ist als Stufenplanetengetriebe, insbesondere als Wolfrom-Getriebe, ausgebildet und weist ein Sonnenrad 9, einen Planetenträger 10 mit Planetenradelementen 11 und Hohlrädern 12, 13 auf. Jedes Planetenradelement 11 weist eine erste Verzahnung 14 und eine zweite Verzahnung 15 auf, wobei die erste Verzahnung 14 und die zweite Verzahnung 15 drehfest miteinander verbunden sind. Jedes Planetenradelement 11 kann zwei axial nebeneinander angeordnete und über eine Planetenradwelle 16 drehfest miteinander verbundene Planetenräder 17, 18 aufweisen, wie schematisch in der Fig. gezeigt ist. Die erste Verzahnung 14 des ersten Planetenrades 17 überträgt das Drehmoment und die Drehzahl über die Planetenradwelle 16 an das zweite Planetenrad 18. Beide Planetenräder 17, 18 sind beispielsweise über jeweils eine geeignete - nicht weiter dargestellten - Welle-Nabe-Verbindung mit der Planetenradwelle 16 drehfest verbunden, wobei die Planetenradwelle 16 am Planetenträger 10 drehbar gelagert ist. Alternativ dazu sieht eine nicht weiter dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsvariante vor, dass jedes Planetenradelement 11 in kompakter Weise durch eine einstückig ausgebildete und am Planetenträger 10 drehbar gelagert angeordnete Planetenradeinheit mit zwei Verzahnungen 14, 15 gebildet ist.

[0036] Das Planetengetriebe 5 ist als zweistufiges Stufenplanetengetriebe ausgeführt und weist ein erstes Hohlrad 12 und ein zweites Hohlrad 13 auf. Die erste Verzahnung 14 steht mit dem ersten Hohlrad 12 und mit dem Sonnenrad 9 und die zweite Verzahnung 15 mit dem zweiten Hohlrad 13 im Zahneingriff. Das zweite Hohlrad 13 ist beispielsweise über eine - nicht weiter dargestellten - Welle-Nabe-Verbindung mit der Ausgangswelle 7 drehfest verbunden.

[0037] Die Rotorwelle 9 des Elektromotors 8 ist beispielsweise über eine geeignete - nicht weiter dargestellte - Welle-Nabe-Verbindung mit der Eingangswelle 6 des Planetengetriebes 5 drehfest verbunden. Die Ausgangswelle 7 ist mit der Lenkwelle 2 drehfest verbunden. Die Eingangswelle 6 ist kraftschlüssig über eine weitere nicht dargestellte Welle-Nabe-Verbindung mit einem - beispielsweise durch das Sonnenrad 9 gebildeten - ersten Getriebeelement des Planetengetriebes 5 und die Ausgangswelle 7 mit einem durch das zweite Hohlrad 13 gebildeten zweiten Getriebeelement des Planetengetriebes 5 verbunden. Ein durch das erste Hohlrad 12 gebildetes drittes Getriebeelement ist über eine erste Kupplungsvorrichtung 20 mit dem Gehäuse 19 verbindbar. Die erste Kupplungsvorrichtung 20 weist eine erste Schaltstellung auf, in welcher das erste Hohlrad 12 vom Gehäuse 19 getrennt ist, also frei drehen kann. In einer zweiten Schaltstellung wird das erste Hohlrad 12 mit dem Gehäuse 19 drehfest verbunden, also blockiert. In zumindest einer Zwischenstellung der ersten Kupplungsvorrichtung 20 wird das erste Hohlrad 12 verzögert, also teilweise abgebremst.

[0038] Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante der Erfindung, bei der der Planetenträger 10 drehbar - in der gezeigten Fig. 1 beispielsweise auf der Eingangswelle 6 - gelagert ist. Der Planetenträger 10 kann aber - je nach Ausführung - auch am Gehäuse 19 der Lenkeinrichtung 1 und/oder auf dem ersten Hohlrad 12 oder zweiten Hohlrad 13 gelagert sein.

[0039] Um bei vom Gehäuse 19 getrenntem erstem Hohlrad 12 ein genau definiertes Übersetzungsverhältnisse zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest in der zweiten Schaltstellung der ersten Kupplungsvorrichtung 20 der Planetenträger 10 drehfest mit dem Gehäuse 19 verbunden ist. Die in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsvarianten ermöglichen dies.

[0040] Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, bei der Planetenträger 10 fest - also ständig - mit dem Gehäuse 19 verbunden ist.

[0041] Gemäß der in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsvariante ist der Planetenträger 10 drehbar - beispielsweise auf der Eingangswelle 6 - gelagert und über eine zweite Kupplungseinrichtung 30 mit dem Gehäuse 19 drehfest verbindbar.

[0042] Die in Fig. 4 gezeigte vierte Ausführungsvariante der Erfindung unterscheidet sich von Fig. 3 dadurch, dass der Planetenträger 10 durch die erste Kupplungsvorrichtung 20 reziprok mitgeschalten wird, sodass das erste Hohlrad 12 und der Planetenträger 10 in umgekehrter Weise alternativ abgebremst bzw. festgehalten, also mit dem Gehäuse 19 verbunden werden. Somit wird in einer ersten Schaltstellung der ersten Kupplungsvorrichtung 20 der Planetenträger 10 festgehalten und das erste Hohlrad 12 frei gegeben und in der zweiten Schaltstellung der ersten Kupplungsvorrichtung 20 der Planetenträger 10 frei gegeben und das erste Hohlrad 12 festgehalten. In der Zwischenstellung der ersten Kupplungsvorrichtung 20 können das erste Hohlrad 12 und/oder der Planetenträger 10 verzögert, also teilweise abgebremst werden. Somit kann auf eine zweite Kupplungsvorrichtung 30 verzichtet werden.

[0043] Das erste Hohlrad 12 dreht in der ersten Schaltstellung, bei der die erste Kupplungsvorrichtung 20 in Bezug auf das erste Hohlrad 12 geöffnet ist, frei mit und überträgt somit kein Drehmoment. Der dem Normalbetriebsbereich zugeordnete Betriebsfall „zweistufiges Planetengetriebe“ stellt sich ein. Bei der in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsvariante ist in diesem Betriebsfall die zweite Kupplungsvorrichtung 30 geschlossen, also der Planetenträger 20 drehfest mit dem Gehäuse 19 verbunden. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung wird der Planetenträger 20 durch die erste Kupplungsvorrichtung 20 festgehalten. In diesem Betriebsfall errechnet sich das fixe Ubersetzungsverhältnis i+ zwischen der Drehzahl der Eingangswelle 6 und der Drehzahl der Ausgangswelle 7 über die Serienschaltung der einzelnen Getriebestufen und beträgt beispielsweise zwischen 3:1 und 25:1. Dieser Betriebsfall repräsentiert den normalen Fahrmodus.

Der Normalbetriebsbereich des Lenkrades 3 ist definiert zwischen den beiden Endanschlagsbereichen des Lenkrades 3.

[0044] Das Übersetzungsverhältnis i} im Betriebsfall „zweistufiges Planetengetriebe“ errechnet sich wie folgt:

. ZH2 Zp1ı = — — Zs Zp2 ZH2 444444 Zähnezahl des zweiten Hohlrades 13 720 Zähnezahl des Sonnenrades 9 ZP1 +..44- Zähnezahl der ersten Verzahnung 14 ZP2 0.4444 Zähnezahl der zweiten Verzahnung 15

[0045] Nachdem die erste Kupplungsvorrichtung 20 über einen geeigneten ersten Kupplungssteller 21 geschlossen wird, ist das erste Hohlrad 12 kraftschlüssig mit dem Gehäuse 19 verbunden und die Drehung des ersten Hohlrades 12 unterbunden, das erste Hohlrad 12 ist also „auf Block geschaltet“. Der zumindest einem Endanschlagsbereich des Lenkrades 3 zugeordnete Betriebsfall „Wolfrom- Planeten-Getriebe“ stellt sich ein.

[0046] Bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsvarianten wird zeitgleich mit dem Schalten der ersten Kupplungsvorrichtung 20 in die zweite Schaltstellung, bei der die erste Kupplungsvorrichtung 20 in Bezug auf das erste Hohlrad 12 geschlossen ist, der Planetenträger 10 durch die zweite Kupplungsvorrichtung 30 (Fig. 3) oder die erste Kupplungsvorrichtung 20 freigegeben, wodurch sich der Planetenträger 10 nun in Bezug auf das Gehäuse 19 frei drehen kann.

[0047] Die Zähnezahlen der Verzahnungen 14, 15 und Hohlräder 12, 13 werden so gewählt und aufeinander abgestimmt, dass im Betriebsfall „Wolfrom-Planetengetriebe“ das Übersetzungsverhältnis i2 zwischen der Drehzahl der Eingangswelle 6 und der Drehzahl der Ausgangswelle 7 sehr groß ist, also mindestens 25:1, beispielsweise etwa 200:1. Das Ubersetzungsverhältnis iz kann auch unendlich sein. Dieser Betriebsfall erfüllt die Funktion des Endanschlages des Lenkrades 3. Dadurch können mechanische Endanschläge des Lenkrades 3 entfallen.

[0048] Das Übersetzungsverhältnis iz im Betriebsfall „Wolfrom-Planetengetriebe“ errechnet sich wie folgt:

1 — Zaı . Zs 12 1 — Zuı" Zpz ZH2 ° Zp1 mit ZH1 4.4... Zähnezahl des ersten Hohlrades 12 ZH2 4.444. Zähnezahl des zweiten Hohlrades 13 Z Saas Zähnezahl des Sonnenrades 9 ZP1 +..44- Zähnezahl der ersten Verzahnung 14 ZP2 0.4444 Zähnezahl der zweiten Verzahnung 15

[0049] Das Übersetzungsverhältnis iz stellt sich je nach Betätigung der ersten Kupplungsvorrichtung 20 und/oder der zweiten Kupplungsvorrichtung 30 zwischen i+ und unendlich ein.

[0050] Durch Schleifen lassen der ersten Kupplungsvorrichtung 20, wobei die erste Kupplungsvorrichtung 20 teilweise geschlossen bzw. geöffnet ist - die erste Kupplungsvorrichtung 20 ist also weder vollständig geschlossen noch vollständig geöffnet - kann die Übersetzung i des Planetengetriebes 5 variabel zwischen der Übersetzung i+ im Betriebsfall „zweistufiges Planetengetriebe“ und der Übersetzung iz im Betriebsfall „Wolfrom-Planetengetriebe“ verändert werden. Dieser Betriebsfall gewährleistet auch bei einem ausgefallenen Elektromotor 8 ein Lenkfeedback für den Fahrer.

Claims

Patentansprüche

1. Lenkeinrichtung (1), insbesondere für ein Steer-by-Wire-Lenksystem, mit einer drehbar gelagerten Lenkwelle (2) und einem Feedback-Aktuator (4) mit einem eine Eingangswelle (6) und eine Ausgangswelle (7) aufweisenden Planetengetriebe (5) und einem Elektromotor (8), dessen Rotorwelle (9) mit der Eingangswelle (6) drehfest verbunden oder verbindbar ist, und wobei die Ausgangswelle (7) mit der Lenkwelle (2) drehfest verbunden oder verbindbar ist, wobei die Eingangswelle (6) mit einem ersten Getriebeelement - insbesondere einem Sonnenrad (9) - des Planetengetriebes (5) und die Ausgangswelle (7) mit einem zweiten Getriebeelement des Planetengetriebes (5) verbunden oder verbindbar ist, wobei ein drittes Getriebeelement über zumindest eine erste Kupplungsvorrichtung (20) mit einem Gehäuse (19) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) als Stufenplanetengetriebe ausgebildet ist, wobei das Stufenplanetengetriebe so ausgebildet ist, dass in zumindest einem Endanschlagsbetriebsbereich das UÜbersetzungsverhältnis (i2) zwischen der Drehzahl der Eingangswelle (6) und der Drehzahl der Ausgangswelle (7) größer als das Übersetzungsverhältnis (i1) in einem Normalbetriebsbereich ist.

2, Lenkeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Normalbetriebsbereich die erste Kupplungsvorrichtung (20) in eine erste Schaltstellung geschaltet ist, in welcher das dritte Getriebeelement vom Gehäuse (19) getrennt ist.

3. Lenkeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Endanschlagbetriebsbereich die erste Kupplungsvorrichtung (20) in eine zweite Schaltstellung geschaltet ist, in welcher das dritte Getriebeelement mit dem Gehäuse (19) drehfest verbunden ist.

4. Lenkeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Schleifbetriebsbereich die erste Kupplungsvorrichtung (20) in eine Zwischenstellung geschaltet ist, in welcher das dritte Getriebeelement verzögert ist.

5. Lenkeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) als zweistufiges Stufenplanetengetriebe ausgebildet ist.

6. Lenkeinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) als Wolfrom-Planetengetriebe ausgebildet ist oder als Wolfrom-Planetengetriebe betreibbar ist, wobei das Planetengetriebe (5) zumindest zwei unabhängig voneinander drehbare Hohlräder (12, 13) und zumindest ein auf einem Planetenträger (10) drehbar gelagertes Planetenradelement (11) mit einer ersten Verzahnung (14) und einer zweiten Verzahnung (15) aufweist, wobei die erste Verzahnung (14) mit der zweiten Verzahnung (15) drehfest verbunden ist, und wobei die erste Verzahnung (14) mit dem ersten Hohlrad (12) und die zweite Verzahnung (15) mit dem zweiten Hohlrad (13) im Zahneingriff stehen, und wobei ein Hohlrad (12, 13) - vorzugsweise das erste Hohlrad (12) - mit dem ersten Getriebeelement im Zahneingriff steht.

7. Lenkeinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Getriebeelement durch das zweite Hohlrad (13) gebildet ist.

8. Lenkeinrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Getriebeelement durch das erste Hohlrad (12) gebildet ist.

9. Lenkeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (10) drehfest mit dem Gehäuse (19) verbunden oder über zumindest eine Kupplungsvorrichtung (20, 30) drehfest mit dem Gehäuse (19) verbindbar ist.

10. Lenkeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stufenplanetengetriebe so ausgebildet ist, dass in zumindest einem Normalbetriebsbereich ein Übersetzungsverhältnis (i+) zwischen einer Drehzahl der Eingangswelle (6) und einer Drehzahl der Ausgangswelle (7) mindestens 3:1 und vorzugsweise maximal 25:1 beträgt.

11. Lenkeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stufenplanetengetriebe so ausgebildet ist, dass in zumindest einem Endanschlagsbe-

triebsbereich das Übersetzungsverhältnis (iz) zwischen der Drehzahl der Eingangswelle (6) und der Drehzahl der Ausgangswelle (7) mindestens 25:1 beträgt.

12. Lenkeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kupplungsvorrichtung (20, 30) durch eine Reiblamellenkupplung gebildet ist.

13. Lenkeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kupplungsvorrichtung (20, 30) durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung gebildet ist.

14. Verfahren zur Steuerung einer Lenkeinrichtung (1) mit einer drehbar gelagerten Lenkwelle (2) und einem Feedback-Aktuator (4) mit einem eine Eingangswelle (6) und eine Ausgangswelle (7) aufweisenden Planetengetriebe (5) und einem Elektromotor (8), dessen Rotorwelle (9) mit der Eingangswelle (6) drehfest verbunden oder verbindbar ist, und wobei die Ausgangswelle (7) mit der Lenkwelle (2) drehfest verbunden oder verbindbar ist, und wobei die Eingangswelle (6) mit einem ersten Getriebeelement -insbesondere einem Sonnenrad (9) des Planetengetriebes (5) und die Ausgangswelle (7) mit einem zweiten Getriebeelement des Planetengetriebes (5) verbunden ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebsbereich ein - vorzugsweise durch ein erstes Hohlrad (12) gebildetes - drittes Getriebeelement mit einem Gehäuse (19) verbunden wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Normalbetriebsbereich das dritte Getriebeelement vom Gehäuse (19) getrennt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Endanschlagbetriebsbereich das dritte Getriebeelement mit dem Gehäuse (19) drehfest verbunden wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 165, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Schleifbetriebsbereich das erste Hohlrad (12) und/oder der Planetenträger (10) verzögert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen