Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung

Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung.

Es gibt Lenksysteme, die mittels eines permanenten aufrechterhaltenen Öl- Volumenstrom betrieben werden. Dieser Volumenstrom wird über eine Pumpe erzeugt, die über den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird. Die DE 101 42 599 A1 offenbart ein Lenksystem für Fahrzeuge, bei dem eine von einer Lenkwelle auf ein Lenkgetriebe eingebrachte Lenkbewegung auf eine Zahnstange übertragen wird.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe des vorliegenden Ansatzes eine verbesserte Lenkvorrichtung, ein verbessertes Fahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Lenkvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkstange geschaffen wird, die eine einfache und flexible Übertragung von Lenkbewegungen aus unterschiedlichen Quellen ermöglichen kann.

Eine Lenkvorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz für ein Fahrzeug weist eine Lenkstange auf. Die Lenkstange weist zumindest teilweise an ihrer Außenseite eine Zahnstangenstruktur auf, die mit einem Servoantrieb koppelbar oder gekoppelt ist, um eine Lenkbewegung von dem Servoantrieb auf die Lenkstange zu übertragen. Die Lenkstange ist zumindest teilweise als eine Spindelmutter ausgebildet, um eine von einem Fahrer ausgeführte Lenkbewegung über eine in der Spindelmutter geführte Gewindestange auf die Lenkstange zu übertragen. Bei der Lenkvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung zum Ändern einer Ausrichtung der Räder und somit zum Ändern der Fahrtrichtung handeln. Beispielsweise kann die Fahrtrichtung ansprechend auf eine Lenkbewegung des Fahrers über ein Lenkrad geändert werden. Die Lenkvorrichtung kann beispielsweise als eine Vorrichtung verstanden werden, die den Fahrer unterstützen kann, das Fahrzeug in die Richtung zu lenken, in die der Fahrer fahren möchte. Der Servoantrieb kann als ein Antrieb verstanden werden, der den Fahrer bei der Änderung der Fahrtrichtung unterstützt, sodass der Fahrer die Fahrtrichtung mühelos bzw. kraftarm ändern kann. Die Lenkstange kann als eine Schnittstelle ausgebildet sein, um die von dem Fahrer bewirkte Lenkbewegung und die von dem Servoantrieb bewirkte Lenkbewegung auf die Lenkstange zu übertragen. Durch die Ausbildung der Lenkstange als Spindelmutter kann eine effiziente Aufnahme der Lenkbewegung von dem Fahrer erfolgen und mit der von dem Servoantrieb induzierten Lenkbewegung verknüpft werden. Der hier vorgestellte Ansatz kann im Bereich der motorisch unterstützten manuellen Eingaben verwendet werden, speziell im Bereich der Fahrzeugtechnik bei der Unterstützung eines manuellen Lenkantriebs durch einen Servoantrieb bzw. ein Steer-by-Wire-System.

Der hier vorgestellte Ansatz kann auch als eine lineare elektronische Hilfskraftlenkung, kurz EPS = Electronic Power Steering mit außen wirkender Hilfskraft verstanden werden. In anderen Worten ausgedrückt kann der hier vorgestellte Ansatz als ein Lenksystem, vorzugsweise als ein elektromechanisches Lenksystem, kurz EPS, alternativ auch als ein Steer-by-Wire-Lenksystem verstanden werden.

Vorteilhafterweise kann die Unterstützung nur bei Bedarf aufgebracht werden, wodurch ein Power-On-Demand System vorliegen bzw. realisiert werden kann. Ferner kann der hier vorgestellte Ansatz den CO2-Ausstoß des Fahrzeugs reduzieren und es kann auf eine herkömmliche Kugelumlauflenkung verzichtet werden. Zusätzlich kann die Unterstützungskraft gezielt über eine Steuereinheit, unabhängig der Eingabe durch den Fahrer, angesteuert werden. Dies kann für sicherheitsrelevante System wie beispielsweise einen Spurhalteassistenten, auch Lane-Keeping System genannt, genutzt werden. Auch weitere Maßnahmen, wie automatisches Gegenlenken bei Reifenplatzern, Seitenwind ausgleichen oder ähnliches sind über die Kombination von zusätzlicher Fahrzeugsensorik und einer gezielten Ansteuerung des Unterstützungsmotors sehr einfach möglich bzw. umsetzbar. Ein besonderer Aspekt am Aufbau dieser elektronischen Hilfskraftlenkung besteht darin, dass der Lenkeingriff sowohl der manuellen Lenkeingabe als auch der Servo-motorischen Lenkeingabe direkt auf eine Schubstange ausgeübt wird. Dies ermöglicht sowohl Kosteneinsparung als auch Bauraumoptimierung, da die Kraftübertragung ohne die Verwendung von Lenkstockhebel, auch Pitman-Arm genannt und Kugelgelenk, auch Ball-Joint genannt, realisiert werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Lenkvorrichtung einen Winkeltrieb aufweisen, der ausgebildet ist, um die Lenkbewegung von einem Lenkrad auf die Lenkstange zu übertragen. Der Winkeltrieb kann beispielsweise eine Lenkstange und eine Lenksäule miteinander koppeln. Durch den Einbau eines Winkeltriebs kann vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise bei geringem erforderlichem Bauraum ermöglicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Zahnstangenstruktur der Lenkstange und zusätzlich oder alternativ ein Zahnrad des Servoantriebs eine Schrägverzahnung aufweisen. Vorteilhafterweise kann mittels einer Schrägverzahnung ein geräuscharmer und kraftreduzierter Lauf der Lenkstange und/oder des Zahnrads ermöglicht werden. Zudem kann die Schrägverzahnung eine gleichmäßige Übertragung des Drehmoments ermöglichen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Servoantrieb ausgebildet sein, um eine Steer-by-Wire-Funktion und zusätzlich oder alternativ von einer Fahrerassistenzfunktion angesteuerte Lenkbewegung auszuführen. Auch dadurch können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Spindelmutter ein Innengewinde aufweisen, dessen Länge innerhalb eines Toleranzbereichs einer Länge der Zahnstangenstruktur entspricht. Vorteilhafterweise kann das Innengewinde eine Führung der Gewindestange ermöglichen, wodurch eine zuverlässige Funktionsweise der Spindelmutter ermöglicht werden kann. Durch die innerhalb des Toleranzbereichs von beispielsweise 10 Prozent gleiche Länge der Spindelmutter und der Zahnstangenstruktur kann eine Verknüpfung der Lenkbewegungen über einen sehr großen Lenkwinkelbereich sichergestellt werden.

Günstig ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes als Fahrzeug, das eine Ausführungsform einer hierin genannten Lenkvorrichtung aufweist. Auch dadurch können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes wird ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform einer hierin genannten Lenkvorrichtung vorgestellt, das einen Schritt des Ansteuerns eines Servoantriebs aufweist, um die Lenkstange unter Verwendung der Zahnstangenstruktur zu bewegen. Auch dadurch können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um den Schritt einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in einer entsprechenden Einrichtung durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form eines Steuergeräts kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Ansteuerung einer Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes werden in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit daran angeschlossenem Servoantrieb, Lenkrad und Rädern;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Lenkvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Lenkvorrichtung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergeräts zum Betreiben einer Lenkvorrichtung; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs mit einer hier vorgestellten Lenkvorrichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lenkvorrichtung 100 für ein Fahrzeug mit daran angeschlossenem Servoantrieb, Lenkrad und Rädern. Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einen Personenkraftwagen, ein Kraftrad, ein Nutzfahrzeug oder dergleichen. Die Lenkvorrichtung 100 ist beispielsweise dazu ausgebildet, um eine Lenkbewegung des Fahrzeugs durch einen Fahrer zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Lenkvorrichtung 100 durch einen in der Fig. 1 nicht dargestellten Fahrer des Fahrzeugs manuell betätigt werden, zum Beispiel mittels eines Lenkrads 105.

Die Lenkvorrichtung 100 weist eine Lenkstange 110, einen Servoantrieb 115 mit beispielhaft einem Motor 120, einen Winkeltrieb 125 und eine Schubstange 130 auf. Die Schubstange 130 ist beispielhaft mit einem Fahrzeugreifen 155 bzw. Rädern gekoppelt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Winkeltrieb 125 ausgebildet, um die Lenkbewegung von dem Lenkrad 105 hier unter einer Wirkrichtungsänderung auf die Lenkstange 110 zu übertragen und ist zwischen der Lenkstange 110 und der Lenksäule 150 angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Motor 120 an dem Servoantrieb 115, der auch als Servo Gear bezeichnet werden kann, angeordnet. Der Servoantrieb 115 weist beispielhaft ein Zahnrad 135 auf. Die Lenkstange 110 weist teilweise an ihrer Außenseite eine Zahnstangenstruktur 140 auf, die auch als Zahnstange oder Kolben bezeichnet werden kann. Das Zahnrad 135 ist beispielsweise ausgebildet und angeordnet, um in die Zahnstangenstruktur 140 einzugreifen. Dadurch ist der Servoantrieb 115 mit der Zahnstangenstruktur 140 gekoppelt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können auch die Zahnstangenstruktur 140 der Lenkstange und/oder das Zahnrad 135 des Servoantriebs 115 eine Schrägverzahnung aufweisen. Die Lenkstange 110 ist somit ausgebildet, um eine Lenkbewegung von dem Servoantrieb 115 auf die Lenkstange 110 zu übertragen. Ferner ist die Lenkstange 110 als eine Spindelmutter ausgebildet, um eine von dem Fahrer ausgeführte Lenkbewegung über eine in der Spindelmutter geführte Gewindestange 145 auf die Lenkstange 110 zu übertragen. Dies bedeutet, dass in der Lenkstange 110 ein Innengewinde vorgesehen ist, in das eine weitere Komponente eingreifen kann. Zugleich ist die Lenkstange 110 gegen einer Rotationsdrehung gesichert, sodass einerseits ein zuverlässig wirkender Eingriff zwischen Servoantrieb 115 und Zahnstangenstruktur 140 sichergestellt ist und andererseits die Gewindestange 145, die in das als Spindelmutter ausgeführte Innengewinde eingreift, auch eine lineare Bewegung der Lenkstange 110 bewirken kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Lenkstange 110 und das Lenkrad 105 über eine Lenksäule 150 miteinander gekoppelt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Servoantrieb 115 ausgebildet, um eine Steer-by-Wire- Funktion und/oder von einer Fahrerassistenzfunktion angesteuerte Lenkbewegung auszuführen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel verbindet ein Verbindungselement 160, das auch als Verbindung bezeichnet werden kann, die Schubstange 130 und die Lenkstange 110 miteinander.

In anderen Worten ausgedrückt handelt es sich bei dem hier vorgestellten Ansatz um ein elektromechanisches Lenkmodul, alternativ ein Steer-by-Wire System, bei dem einerseits eine von einem Fahrer über ein Lenkrad 105 eingegebene Lenkbewegung auf dieses System übertragen wird und andererseits eine Lenkbewegung über einen Servoantrieb 115 in das gleiche System eingebracht werden kann. Hierzu ist die Lenkvorrichtung 100, die auch als Lenkmodul bezeichnet werden kann, teilweise als Lenkstange 110 ausgebildet, die auch als Zahnstange oder Kolben bezeichnet werden kann, bei der auf einer Außenseite eine Zahnstangenstruktur 140, die auch als Verzahnung bezeichnet werden kann, aufgebracht ist, in die der Servoantrieb 115 eingreift und entsprechende Bewegungen auf diese Lenkstange 110 überträgt. In einem Inneren der Lenkstange 110 ist eine Gewindestange 145, die auch als Spindelantrieb bezeichnet werden kann, vorgesehen, über den die von dem Lenkrad 105 eingebrachte Bewegung auf die Lenkstange 110 übertragen wird. Die Lenkstange 110 dient somit als Schnittstelle, um die vom Fahrer manuell eingebrachte Lenkbewegung mit der vom Servoantrieb 115 eingebrachten Lenkbewegung auf das Lenksystem zu übertragen.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer Lenkvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand von Fig. 1 beschriebenen Lenkvorrichtung handeln.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Lenkstange 110 teilweise als Spindelmutter 200 ausgebildet. Innerhalb der Spindelmutter 200, die auch als Spindel bezeichnet werden kann, ist die Gewindestange 145 angeordnet. In anderen Worten ausgedrückt ist die Gewindestange 145 in der Spindelmutter 200 geführt. Die Spindelmutter 200 ist beispielsweise ausgebildet, um eine von dem Fahrer ausgeführte Lenkbewegung über die Gewindestange 145 auf die Lenkstange 110 zu übertragen.

Die Spindelmutter 200 weist an ihrem Außenumfang die Zahnstangenstruktur 140 auf. Beispielhaft ist die Zahnstangenstruktur 140 als eine Schrägverzahnung ausgebildet und erstreckt sich entlang der Länge der Spindelmutter 200. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Spindelmutter 200 ein Innengewinde 205 auf, dessen Länge einer Länge der Zahnstangenstruktur 140 entspricht. Das Innengewinde 205 ist beispielsweise ausgebildet, um die Gewindestange 145 zu führen. Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Betreiben einer Lenkvorrichtung. Die Lenkvorrichtung entspricht oder ähnelt hierbei der Lenkvorrichtung aus einer der hierin beschriebenen Figuren. Das Verfahren 300 weist einen Schritt 305 des Ansteuerns eines Servoantriebs auf, um die Lenkstange unter Verwendung der Zahnstangenstruktur zu bewegen.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Steuergeräts 400 zum Betreiben einer Lenkvorrichtung. Das Steuergerät 400 ist ausgebildet, um das Verfahren aus Fig. 3 oder ein ähnliches Verfahren auszuführen. Das Steuergerät 400 weist eine Einheit 405 zum Ansteuern eines Servoantriebs auf, um die Lenkstange unter Verwendung der Zahnstangenstruktur zu bewegen. Die Einheit 405 zum Ansteuern ist ausgebildet, um den Schritt des Ansteuerns auszuführen und/oder anzusteuern.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 500. Das Fahrzeug 500 weist die Lenkvorrichtung 100 und das Steuergerät 400 auf. Die Lenkvorrichtung 100 und das Steuergerät 400 entsprechen oder ähneln hierbei der Lenkvorrichtung und dem Steuergerät aus einer jeweiligen der hierin beschriebenen Figuren. Dabei sind die Lenkvorrichtung 100 und das Steuergerät 400 signalübertragungsfähig miteinander verbunden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. BEZUGSZEICHENLISTE

100 Lenkvorrichtung

105 Lenkrad

110 Lenkstange

115 Servoantrieb

120 Motor

125 Winkeltrieb

130 Schubstange

135 Zahnrad

140 Zahnstangenstruktur

145 Gewindestange

150 Lenksäule

155 Fahrzeugreifen

160 Verbindungselement

200 Spindelmutter

205 Innengewinde

300 Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung

305 Schritt des Ansteuerns

400 Steuergerät zum Betreiben einer Lenkvorrichtung

405 Einheit zum Ansteuern

500 Fahrzeug