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Die Erfindung betrifft eine Lenkwinkelsperre für ein Kraftfahrzeug und eine Hilfskraftlenkung mit einer solchen Lenkwinkelsperre.
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Hilfskraftlenkungen, die auch als Servolenkungen bezeichnet werden, dienen dazu, eine Reduzierung der Kraft, die von dem Fahrer zum Lenken aufgebracht werden muss, zu erreichen. Bei einer EPS als Servolenkung wird in Abhängigkeit verschiedener Eingangsgrößen ein Motormoment berechnet, das dem von dem Fahrer aufgebrachten Handmoment als Zusatzmoment überlagert wird. Auch bei solchen Hilfskraftlenkungen werden zum Diebstahlschutz Lenkwinkelsperren eingesetzt.
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Die Lenkwinkelsperre dient als Sicherung vor unbefugter Benutzung eines Kraftfahrzeugs. Diese ist bspw. als sogenanntes Lenkradschloss ausgebildet. Hierzu wird regelmäßig ein mit einem Zündschloss kombinierter Bolzen in eine Nut in der Längssäule hineingeschoben, wenn der Schlüssel abgezogen wird. Dieser Bolzen rastet bei einer vorgebbaren Lenkradposition ein, so dass das Lenkrad blockiert wird. Erst beim Drehen des Schlüssels wird der Bolzen wieder herausgezogen und das Kraftfahrzeug damit wieder lenkbar.
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Derzeit wird somit ein Lenkradschloss durch eine mechanische Verriegelung der Lenksäule realisiert, wozu ein Schlüssel erforderlich ist. Im Rahmen der sogenannten Button-start- und Keyless-entry-Technik werden jedoch Schlüssel überflüssig. Daher wird eine schlüssellose Verriegelung auf Lenksystemebene gesucht.
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Es wird hierzu eine Hilfskraftlenkung für ein Kraftfahrzeug mit einer Zahnstange zur Übertragung einer Lenkbewegung eines Fahrers auf angelenkte Räder des Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei ein Servomotor zur Bereitstellung eines Zusatzmoments, das auf die Zahnstange über ein Übertragungselement zu übertragen ist, vorgesehen ist. Das vom Fahrer aufgebrachte Handmoment wird üblicherweise über eine Lenkhandhabe eingeleitet und über eine Lenkstange auf die Zahnstange übertragen. Dieses Handmoment wird zur Unterstützung des Fahrers von dem Zusatzmoment bzw. Motormoment überlagert. Die beschriebene Hilfskraftlenkung zeichnet sich nunmehr dadurch aus, dass ein Blockierelement vorgesehen ist, mit dem das Übertragungselement zu blockieren ist.
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Bei einem sogenannten achsparallelen Antrieb (APA) ist das Übertragungselement bspw. als Riemen ausgebildet. Bei einem sogenannte Doppelritzelantrieb (DP: Dual Pinion) wird als Übertragungselement eine Drehmomentkupplung eingesetzt. So dient bei diesen beiden beispielhaften Ausführungen entweder ein Riemen oder eine Drehmomentkupplung als Übertragungselement zur Übertragung des Motormoments auf die Zahnstange, so dass das Motormoment das vom Fahrer aufgebrachte Handmoment überlagert. Es sind als Übertragungselement aber auch andere Elemente, wie bspw. eine Welle, ein Ritzel oder auch andere geeignete Einrichtungen, denkbar.
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Durch Blockieren des Übertragungselements wird somit die Übertragung gehemmt bzw. blockiert, die Zahnstange ist somit nicht translatorisch zu bewegen, was wiederum zur Folge hat, dass die Lenkhandhabe, in der Regel das Lenkrad, ebenfalls blockiert ist, d. h. nicht gedreht werden kann. Auf diese Weise wird die Lenkwinkelsperre realisiert.
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Das Blockierelement kann dazu ausgebildet sein, mittels einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zu blockieren.
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Bei der vorgestellten Hilfskraftlenkung wird eine schlüssellose Verriegelung auf Lenksystemebene und damit ein schlüsselloses Lenkradschloss verwirklicht. Dabei wird durch eine bspw. form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Blockierelement und dem Übertragungselement das kraftübertragende Element, d. h. das Übertragungselement, innerhalb der Hilfskraftlenkung bzw. des Lenksystems blockiert. Hierfür wird ggf. ein sicherheitskonformer Aktuator benötigt.
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Daher ist in Ausgestaltung mindestens ein mono- oder multistabiles Element, bspw. ein bistabiles Element, vorgesehen, das mit dem Blockierelement zusammenwirkt. Das mindestens eine mono- oder multistabile Element kann als elektromechanischer Zuganker ausgebildet sein. Durch diesen wird bei Ansteuerung ein Weg zurückgelegt. Bedingungen für die Ansteuerung können ein sicheres Schalten bei Systemspannungsniveau an Unterspannungsgrenze und ein Schaltvorgang über ein moduliertes Signal (Arbeitsspannung + Schlüsselcode) sein. Auf diese Weise ist ein translatorischer Wegaktuator mit Codeschlüssel-Schaltkontakt zu realisieren. Es können aber auch mono- oder multistabile Elemente unterschiedlicher Funktionsweise eingesetzt werden.
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Es wird weiterhin eine Lenkwinkelsperre für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs vorgestellt, insbesondere für eine Hilfskraftlenkung der vorstehend beschriebenen Art. Diese Hilfskraftlenkung weist eine Zahnstange zur Übertragung einer Lenkbewegung eines Fahrers auf angelenkte Räder des Kraftfahrzeugs und einen Servomotor zur Bereitstellung eines Zusatzmoments, das auf die Zahnstange über ein Übertragungselement zu übertragen ist, auf. Die Lenkwinkelsperre umfasst ein Blockierelement, mit dem das Übertragungselement zu blockieren ist.
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Wie in Zusammenhang mit der Hilfskraftlenkung vorstehend erläutert, kann mindestens ein mono- oder multistabiles Element vorgesehen sein, das mit dem Blockierelement zusammenwirkt. Dabei können unterschiedliche Elemente, d. h. unterschiedlich arbeitende Elemente, eingesetzt sein. Auf diese Weise ist ein redundanter Aufbau mit erhöhter Sicherheit möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von beispielhaften Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform des vorgestellten Lenkradschlosses.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Lenkradschlosses.
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3 zeigt noch eine weitere Ausführung des Lenkradschlosses.
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4 zeigt eine Ausführung einer Einheit zur Herstellung eines bistabilen Zustands.
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In 1 ist eine mögliche Ausführung eines Lenkradschlosses, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen, dargestellt. Zu erkennen ist eine erste Riemenscheibe 12 auf der Antriebsseite und somit auf Seiten des Servomotors. Weiterhin ist auf Abtriebsseite eine zweite Riemenscheibe 14 dargestellt, die mit einer zu bewegenden Zahnstange in Verbindung steht. Zur Übertragung des Motormoments des Servomotors auf die zweite Riemenscheibe 14 ist ein Übertragungselement, in diesem Fall ein Riemen 16 vorgesehen. Über diesen Riemen 16 ist somit das Zusatzmoment zur Unterstützung des Fahrers einzubringen.
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Weiterhin zeigt die Darstellung ein Blockierelement 18, das in Richtung eines Pfeils 20 zu bewegen ist. Es sind zwei Positionen dieses als Halbschale ausgebildeten Blockierelements 18 gezeigt, nämlich das Blockierelement 18b in einer nicht blockierenden Stellung und das Blockierelement 18a in einer blockierenden Stellung, in der das Blockierelement 18a an dem Riemen 16 im Bereich der ersten Riemenscheibe 12 anliegt und den Riemen 16 festhält bzw. blockiert.
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Hierzu kann eine unebene, gezackte, vorzugsweise Verzahnung auf der Außenseite des Riemens 16 angebracht sein. Ein Gegenstück mit geeigneter Oberflächenstruktur, vorzugsweise einer Gegenverzahnung, an der Innenseite des Blockierelements 18 wird gegen den Riemen 16 gedrückt, wodurch ein Kraft- und Formschluss erreicht werden kann.
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Zu beachten ist, dass die Bewegung direkt oder indirekt über eine Hebelmechanik erfolgen kann.
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In 2 ist eine weitere Ausführung der Lenkwinkelsperre 30 dargestellt. Dabei ist das Übertragungselement 32 als Drehmomentkupplung ausgebildet. Weiterhin zeigt die Darstellung ein Blockierelement 34, das entlang einem Doppelpfeil 36 von einer Blockierstellung 34a in eine Ruhestellung 34b und zurück zu bewegen ist.
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Das Blockierelement 34 ist an das Übertragungselement 32, in diesem Fall der Drehmomentkupplung, angepasst, so dass diese mit dem Blockierelement 34b blockiert bzw. festgehalten werden kann. Die Kraftübertragung auf das Blockierelement 34 kann direkt (in Achse) oder über eine Hebelübersetzung erfolgen.
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Es ist somit auch hierbei zu beachten, dass die Bewegung direkt oder indirekt über eine Hebelmechanik erfolgen kann.
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3 zeigt eine weitere Ausführung der Lenkwinkelsperre 50 mit einer Drehmomentkupplung 52, die verdeutlicht, dass die Blockierung auch über eine Schlingmethode umgesetzt werden kann. Die Darstellung zeigt als Blockierelement 54 eine Schlinge 54, wobei auf der linken Seite der geöffnete Zustand und auf der rechten Seite der blockierte Zustand verdeutlicht ist. Die gezeigten Schlingungsradien sind nur exemplarisch. Durch verschiedenen Schlingungsradien sind unterschiedliche Laststufen zu erreichen.
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Auch bei dieser Ausführung ist zu beachten, dass die Bewegung direkt oder indirekt über eine Hebelmechanik erfolgen kann.
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In 4 ist eine Einheit 70 zur Herstellung eines bistabilen Zustands dargestellt, die redundant ausgeführt ist. Die Darstellung zeigt einen Anker 72, eine Spule 74, eine Anzahl von Federn 76, die jeweils eine Kugel 78 tragen, und eine Steuereinheit 80. Der Anker 72 weist Ausnehmungen 82 auf, die den Kugeln 78 angepasst sind.
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Die Steuereinheit 80 steuert nunmehr die Spule 74 derart an, dass der Anker 72 sich translatorisch bewegt. In bestimmten Positionen des Ankers 72 greifen die Kugeln 78 in korrespondierende Ausnehmungen 82, so dass dadurch bestimmte Positionen des Ankers festgelegt werden können, aus denen sich der Anker 72 nicht ohne weiteres bewegen lässt. Dies wird durch die Kraft der Federn 76 unterstützt. Somit kann der Anker 72 in diesem Fall zwei vorab festlegbare Positionen einnehmen und stellt daher zusammen mit den anderen Komponenten ein bistabiles Element dar.
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Als weiteres bistabiles Element 90 ist eine Tellerfeder vorgesehen, die über einen Steg 92 mit dem Anker 72 verbunden ist. Dieses bistabile Element 90 kann genau zwei Zustände einnehmen, die für die festgelegten Positionen des Ankers 72 ausgelegt sind. Auf diese Weise wird redundant sichergestellt, dass der Anker 72 und damit die Einheit 70 nur zwei Positionen einnehmen kann. Insbesondere ist sichergestellt, dass die Einheit 70 im Falle des Ausfalls der Versorgungsspannung in der eingenommenen Position verbleibt.
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Die Einheit 70, in der zwei bistabile Elemente verwirklicht sind, ist gemäß einer Ausführung des vorgestellten Lenkradschlosses mit dem Blockierelement gekoppelt und wirkt mit diesem zusammen, so dass gewährleistet ist, dass das Blockierelement nur die Position Blockieren und die Position Nicht-Blockieren einnehmen kann und in der gewählten Position auch sicher verbleibt.
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Es ist vorstehend ein bistabiles Element beschrieben. Es können in Zusammenhang mit der Erfindung auch mono-, tri- und mehrstabile Elemente verwendet werden. Grundsätzlich kann ein monostabiles oder ein multistabiles (bistabil, tristabil usw.) Element eingesetzt werden.