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Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
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Im Gegensatz zu konventionellen Lenksystemen ist bei by-wire-Lenksystemen die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkrad gekoppelt. Über einen Lenkradsensor wird ein Lenkwunsch eines Fahrers mittels eines entsprechenden Signals, welches auch modifiziert sein kann, an ein Lenkgetriebe oder einen Lenksteller im Allgemeinen übermittelt. Das Lenkgetriebe bzw. der Lenksteller regelt die Lenkung der Räder in Abhängigkeit der empfangenen Signale.
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Bei diesen auf eine zwischen einem Lenkrad und dem Lenkgetriebe angeordnete Mechanik verzichtenden Systemen kann sowohl der Fahrkomfort als auch die Fahrstabilität weiter gegenüber den konventionellen Systemen erhöht werden, indem eine Rückwirkung auf das Lenkrad induziert wird. Diese Rückwirkung soll dem Fahrer ein haptisches Gefühl am Lenkrad geben, wie beispielsweise die Fahrbahnbeschaffenheit ist. Eine solche Rückwirkung wird bekanntermaßen über einen sogenannte Feedback-Aktuator erzeugt, der in einem oberen Bereich der Lenkstange angeordnet ist. In dem Feedback-Aktuator werden unterschiedliche in einer entsprechenden Steuereinheit weiterverarbeitete Signale in haptische Impulse weiterverarbeitet. Der Feedback-Aktuator besteht in der Regel aus einem Elektromotor, der durch ein Getriebe auf die Lenksäule wirkt.
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Die by-wire-Lenkungen kommen aufgrund geforderter Fehlertoleranzen heutzutage noch nicht ohne eine Rückfallebene aus, die entweder mit einer mechanischen Verbindung zwischen Lenkstange und Lenkgetriebe oder aber mit einer hydraulischen Verbindung beider Bauteile erreicht wird. Die Rückfallebene erlaubt bei Ausfall der by-wire-Lenkung eine sichere Übertragung des Fahrerlenkwunsches und ermöglicht somit eine Lenkung des Fahrzeugs.
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Rückfallebene und Feedback-Aktuator können miteinander kombiniert werden, indem nämlich der Elektromotor des Feeback-Aktuators auf einen Hydraulikzylinder wirkt, der der Lenkstange zugeordnet ist. Der Elektromotor wirkt über ein endloses Zugmittel auf eine Kugelmutter eines Kugelgewindetriebs, wobei die Kugelmutter als Kolben des Hydraulikzylinders wirkt. Die Kugelmutter steht in Eingriff mit einer Gewindespindel, die im Wesentlichen zentrisch in dem Zylinder angeordnet ist und einer Kolbenstange entspricht. Durch den Elektromotor werden indes Kräfte auf die Gewindespindel durch die Kugelmutter übertragen, wodurch sich diese verformen kann, was nachteilig für die Präzision der Stellglieder ist.
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Ein Fahrzeug-Lenksystem der by-wire-Bauart mit einer hydraulischen Rückfallebene ist aus der
DE 10 2009 018 047 A1 bereits bekannt.
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Weiterhin offenbart die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 061 834 A1 ein Lenkgetriebe mit Überlagerungslenkung. In einer Ausführungsform wird mittels eines Elektromotors eine Spindel-Mutter in Drehbewegung um die Spindel-Längsachse versetzt, was eine translatorische Verlagerung der Getriebe-Spindel und letztendlich somit einen gewünschten Lenkeinschlag der lenkbaren Räder hervorruft. Hierfür ist die Getriebe-Spindel nur längsverschiebbar, nicht jedoch um ihre Längsachse verdrehbar im Gehäuse geführt und zwar über eine sogenannte Verdrehsicherungs-Nut. Eine einseitige Verdrehsicherungs-Nut hat den Nachteil, dass durch die Verdrehung der Getriebe-Spindel Hebelkräfte auftreten, die dazu führen, dass eine Torsion der Getriebe-Spindel nicht komplett verhindert werden kann. Weiterhin beschränkt eine Nut in der Getriebe-Spindel die Materialauswahl der Sicherung und somit die Belastung und Präzision. Weiterer Nachteil einer Verdrehsicherungs-Nut ist, dass durch die Länge der Nut der Verstellweg begrenzt ist.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Lenkeinrichtung weiter zu entwickeln und eine Lenkeinrichtung bereit zu stellen, die eine höhere Präzision der Stellgrößen erlaubt. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs genannten Hydraulikzylinder weiter zu entwickeln.
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Eine Lenkeinrichtung zur Lösung dieser Aufgabe weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 auf. Danach handelt es sich um eine Lenkeinrichtung der by-wire-Bauart für ein Fahrzeug, zumindest umfassend einen Rückwirkungen der Straße auf ein Lenkrad übertragenden Feedback-Aktuator und einer als hydraulischer Zylinder ausgebildeten Rückfallebene, wobei eine als Kolben ausgebildete Kugelmutter Teil eines eine Gewindespindel aufweisenden Kugelgewindetriebs ist, das von dem Feeback-Aktuator antreibbar ist, wobei die Gewindespindel eine Verdrehsicherung aufweist und wobei die Verdrehsicherung die Gewindespindel zumindest teilweise umgibt. Durch die Verdrehsicherung können in die Spindel eingeleitete Drehmomente besser als bislang abgestützt werden. Hierdurch können genauere Lenkmanöver gefahren werden, bei denen zudem mindestens in der Notfallebene ein bessere Rückwirkung auf das Lenkrad erreicht wird.
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Durch das Umgeben der Verdrehsicherung ist gewährleistet, dass die Verdrehsicherung vollständig auf der Gewindespindel aufliegt und eine Torsion der Gewindespindel verhindert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Verdrehsicherung wenigstens eine Hülse aufweisen, die die Gewindespindel umfangsseitig umgibt, wobei zwischen der Hülse und der Gewindespindel wenigstens ein Fixiermittel angeordnet ist. Durch die Fixiermittel wird die Verdrehsicherung auf der Gewindespindel befestigt, wobei insbesondere so eine Drehbewegung der Hülse auf der Gewindespindel vermieden wird.
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Weiterhin kann nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass auf der Hülse wenigstens zwei Vorsprünge, insbesondere Hebelarme angeordnet sind, die quer zu einer Längserstreckung der Kolbenstange von dieser weggerichtet sind. Durch die abstehenden Auskragungen in Form von Hebelarmen kann die Gewindespindel an einer Rotation gehindert werden, indem nämlich die Hebelarme in Eingriff mit einem Widerlager gebracht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Verdrehsicherung, insbesondere können die Hebelarme, zumindest teilweise in einer entsprechenden Schiene geführt sein. Die Schiene umschließt die Hebelarme, damit diese zumindest in einer Umfangsrichtung stabil gehalten werden.
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Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, wenn die Hülse mit den Hebelarmen und die Schiene innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Das Gehäuse ist entsprechend einer äußeren Kontur aus Hülse und Hebelarmen ausgebildet, wobei zusätzlich auch die Schienen aufgenommen sind. Hierfür sind entsprechende Ausnehmungen vorgesehen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Hülse beabstandet von einer Innenseite des Gehäuses angeordnet sein, insbesondere ein Zwischenraum zwischen der Hülse und der Innenseite des Gehäuses vorgesehen sein. Zur leichteren Montage des Hydraulikzylinders mit der Verdrehsicherung, ist die Verdrehsicherung etwas kleiner als das umschließende Gehäuse ausgebildet, damit die Verdrehsicherung leicht in das Gehäuse eingeschoben werden kann. Zudem kann auf diese Weise auch eine Hydraulikflüssigkeit zwischen den Zwischenräumen hindurchfließen, wenn die Verdrehsicherung in einer Kammer des Hydraulikzylinders vorgesehen ist.
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Nach einer anderen Ausführungsform, kann die Hülse, insbesondere können die Hebelarme, beabstandet von der Schiene angeordnet sein, insbesondere ein Spalt zwischen der Hülse bzw. den Hebelarmen und der Schiene vorgesehen sein. Der Abstand zur Schiene erlaubt eine bessere Handhabung eines Spielausgleichs. Durch den Abstand lässt sich auch die jeweilige Schiene leichter in das Gehäuse einführen.
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Ferner kann nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wenigstens ein Gleitlager zwischen der Hülse, vorzugsweise den Hebelarmen, und der korrespondierenden Schiene vorgesehen sein, wobei insbesondere das Gleitlager einen Gleitstein aufweist. Durch das Gleitlager kann die Verdrehsicherung in einer Längserstreckung der Schienen beweglich in diesen angeordnet werden. Damit ist die Verdrehsicherung unabhängig von dem umgebenden Gehäuse ist.
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Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Hebelarme im Bereich des Gleitlagers eine Ausnehmung aufweisen zur Aufnahme wenigstens eines Gleitsteines. Der Gleitstein ist etwas dicker als der Spalt zwischen der Hülse und der Schiene ausgebildet. Die Ausnehmung entspricht in etwa einer äußeren Kontur des Gleitsteins, wodurch der Gleitstein im Wesentlichen formschlüssig in der Ausnehmung aufgenommen wird. Der Gleitstein liegt auf einer Oberfläche der Schiene an, wodurch die Verdrehsicherung in der Schiene gelagert ist. Die Schiene selbst kann keine besondere Aufnahme für den Gleitstein aufweisen, es sind aber auch Ausführungsbeispiele denkbar, in denen die Schiene eine gesonderte Ausnehmung aufweist zur Aufnahme eines Teils eines Gleitsteins.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Schiene eine im Wesentlichen runde äußere und eine im Wesentlichen eckige innere Kontur aufweisen. Die innere eckige Kontur entspricht im Wesentlich einer äußeren Kontur des jeweiligen Hebelarms, der zusammen mit einem oder mehreren Gleitsteinen in der Schiene angeordnet ist. Die äußere runde Kontur entspricht einer inneren Oberflächengeometrie des Gehäuses. Das Gehäuse ist vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch ausgebildet, sondern weist je nach Anzahl der Hebelarme einen oder mehrere Vorsprünge auf, die in dem Gehäuse eine Ausnehmung für den oder die Hebelarme bilden. Diese Vorsprünge können als Widerlager für die Hebelarme dienen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Fixiermittel im Bereich der Hebelarme angeordnet ist, vorzugsweise radial zwischen den Hebelarmen und der Gewindespindel. Im Bereich der Hebelarme besteht eine größere Querschnittsfläche in der Hülse, weshalb dort größere Fixiermittel anordenbar sind und der Querschnitt nicht über die Maßen geschwächt wird. Kleinere Fixiermittel in Form von Einlegesteinen sind indes auch an anderen Stellen der Verdrehsicherung möglich.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In dieser zeigt:
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1 eine perspektivische Seitenansicht eines Kugelgewindetriebs mit einer Verdrehsicherung und einer innen liegenden Kolbenstange.
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Eine Verdrehsicherung 10 auf einer Gewindespindel 11 ist in 1 gezeigt als Teil eines Hydraulikzylinders einer Rückfallebene, wobei diese Bestandteil einer Lenkeinrichtung eines Fahrzeuges ist. In der Zeichnungsebene oberhalb der Gewindespindel 11 ist wenigstens ein Teil eines Feedback-Aktuators 12 dargestellt.
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Der Feedback-Aktuator 12 ist nach Art eines dem Fachmann bekannten Systems ausgebildet, nämlich in Form eines Elektromotors 13. Der Motor 13 ist über einen endlosen Zugmitteltrieb 17 mit einer Kugelmutter 14 der Gewindespindel 11 verbunden. Die Kugelmutter 14 ist auf der Gewindespindel 11 in axialer Richtung beweglich angeordnet, wobei durch Drehung der Kugelmutter 14, diese auf der Gewindespindel 11 in die eine oder andere Richtung verfahren werden kann.
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Zur Abstützung von durch die Kugelmutter 14 auf die Gewindespindel 11 eingebrachten Drehmomente weist die Gewindespindel die Verdrehsicherung 10 auf, die benachbart zu der Kugelmutter 14 des Kugelgewindetriebs angeordnet ist. In alternativen Ausführungsbeispielen ist die Verdrehsicherung 10 weiter beabstandet davon angeordnet. Die Verdrehsicherung 10 ist in einem Bereich der Gewindespindel 11 angeordnet, die kein Gewinde aufweist, vielmehr ist dieser Bereich im Wesentlich glatt ausgeführt, damit eine Hülse 15 der Verdrehsicherung 10 plan auf der Gewindespindel 11 aufliegen kann.
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Die Hülse 15 umgibt somit vorzugsweise in einer Dichtlage die Gewindespindel 11. Zur Befestigung der Hülse 15 auf der Gewindespindel 11 ist ein nicht dargestelltes Fixiermittel vorgesehen.
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Die Hülse 15 weist umfangsseitig, in einer radial nach außen gerichteten Richtung, drei Hebelarme 16 auf, von denen nur zwei in der 1 dargestellt sind. In alternativen Ausführungsformen der Lenkeinrichtung können auch weniger oder mehr Hebelarme 16 vorgesehen sein. Die Hebelarme 16 sind gleichmäßig über einen Umfang der Hülse 15 verteilt angeordnet. Die Hebelarme 16 sind im Wesentlich rechtwinkelig ausgebildet, wobei in jeweiligen Eckbereichen abgerundete Ecken vorgesehen sind.
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Der Feedback-Aktuator 12 zusammen mit der Gewindespindel ist Teil einer Lenkeinrichtung und in einem Bereich eines nicht dargestellten Lenkrads bzw. einer oberen Lenkstange vorgesehen. Der Feeback-Aktuator 12 überträgt eine von den Rädern eines Fahrzeugs erhaltene Rückwirkung auf das Lenkrad, wodurch ein Fahrer einen haptischen Kontakt zu einer Fahrbahn erfährt.
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Die Hülse 15 der Verdrehsicherung 10 weist innenseitig, benachbart zur Gewindespindel 11 Ausnehmungen auf, in denen das Fixiermittel angeordnet ist, wobei die Ausnehmungen mit weiteren Ausnehmungen in der Gewindespindel 11 korrespondieren, in die die Fixiermittel ebenfalls in Eingriff bringbar sind. Dadurch ist die Verdrehsicherung 10 in umfangsseitiger Richtung unbeweglich auf der Gewindespindel 11 angeordnet.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die Hebelarme 16 jeweils in einer Schiene 18 geführt sein, die sich in Längserstreckung der Gewindespindel 11 und somit auch der Verdrehsicherung 10 erstrecken. Es ist vorgesehen, pro Hebelarm 16 eine Schiene 18 bereit zustellen, wobei die beiden Bauteile korrespondierende Konturen aufweisen. Die Hebelarme 16 und die Schienen 18 stehen über Gleitlager miteinander in Eingriff, sind aber ansonsten beabstandet zueinander angeordnet. Das Gleitlager kann Nuten in entweder einem oder beiden Bauteilen aus Hebelarm und Schiene aufweisen, in denen jeweils ein Gleitstein angeordnet ist, wodurch sich eine Reibung zwischen der Schiene 18 und der Hülse 15 bzw. den Hebelarmen 16 reduziert. Zudem kann somit ein Spielausgleich erreicht werden.
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Die Hülse 15 ist somit längsbeweglich in den Schienen 18 über die Hebelarme 16 angeordnet, weshalb die Hülse 15, die fest mit der Gewindespindel 11 verbunden ist, in Axialrichtung der Gewindespindel 11 in der Verdrehsicherung 10 beweglich ist.
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Weiterhin kann die Hülse 15 zusammen mit den in den Schienen 18 geführten Hebelarmen 16 in einem Gehäuse positioniert sein. Das Gehäuse dient als Aufnahme für die Schienen 18, die wiederum die Hülse 15 führen. Eine Innenkontur des Gehäuses entspricht im Wesentlichen einer äußeren Kontur aus Hülse 15 und Schienen 18, wobei sich durch die gleichmäßige Verteilung der Hebelarme 16 eine dreigliedrige Kontur ergibt. Die Schienen 18 sind außenseitig rund ausgebildet und liegen formschlüssig an einer Innenseite des Gehäuses an. In einem Bereich zwischen jeweils zwei benachbarten Schienen 18 weist die Innenseite des Gehäuses eine im Wesentlichen korrespondierende Form zu einer Außenseite der Hülse 15 auf, wobei zwischen der Hülse 15 und der Gehäuseinnenseite ein Zwischenraum in Form eines Spalts gebildet ist. Die Schienen 18 sind als Einlegeteile ausgebildet, wodurch sich die Fertigung der Lenkeinrichtung zumindest im Bereich der Verdrehsicherung 10 vereinfacht. Die Schienen 18 sind demnach also lose in dem Gehäuse angeordnet.
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Das Gehäuse wird endseitig von einer Gehäusewand abgeschlossen, wobei die Gewindespindel 11 sich durch die Verdrehsicherung 10 hindurcherstreckt. Die Verdrehsicherung 10 überdeckt nur einen Teil der Gewindespindel 11, wobei auch mehr als nur eine Verdrehsicherung 10 auf der Gewindespindel 11 angeordnet sein kann, beispielsweise zu beiden Seiten des Kugelgewindetriebs.
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Die Verdrehsicherung 10 ist zusammen mit dem Gehäuse fest in die Lenkeinrichtung integriert, wodurch die Drehmomente, die durch den Kugelgewindetrieb in die Gewindespindel 11 eingebracht werden, abgestützt werden können.
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Das Gehäuse kann auch in einem anderen Ausführungsbeispiel als Lenkgetriebegehäuse ausgebildet sein, weshalb es dann nicht gesondert in der Lenkeinrichtung befestigt werden muss. In dem Lenkgetriebegehäuse ist die Gewindespindel 11 angeordnet sowie die Kugelmutter 14.
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Zusammenfassend betrifft somit die Erfindung eine Lenkeinrichtung der by-wire-Bauart mit elektromechanischer Unterstützung, wobei einem Kugelgewindetrieb ein Elektromotor zugeordnet ist. Zur Abstützung eines auf eine Gewindespindel eingetragenes Drehmoment weist die Lenkeinrichtung eine Verdrehsicherung auf, die auf der Gewindespindel positioniert ist.