Lenkgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein elektrisches Lenksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Lenksystem mit dem Lenkgetriebe.

Es sind Lenksysteme für Fahrzeuge bekannt, welche eine Hilfskraftunterstützung für ein aufgebrachtes Betätigungsmoment mithilfe eines Drehmoments eines Servomotors umsetzen. Hierzu wird beispielsweise ein Schneckengetriebe, oder ein Kugelumlaufgetriebe als Lenkgetriebe eingesetzt, welches zur Übersetzung des Betätigungsmoments und des Drehmoments auf ein oder mehrere Fahrzeugräder dient. Das Verhältnis zwischen Lenkradwinkel und realem Radlenkwinkel der gelenkten Fahrzeugräder ist zum einen abhängig von dem Übertragungsweg der Lenkbewegung vom Lenkrad auf die Fahrzeugräder sowie zum anderen von der Anordnung der Sensoren innerhalb des Lenksystems.

Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 10 2004 006 835 A1 ein elektrohydraulisches Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einer Lenkspindel, die eine Lenkhandhabe an ihrem einen Ende mit einem Drehschieber oder Drehkolben eines Lenkventils über ein erstes Torsionselement verbindet, und mit einem hydraulischen Servomotor zur Betätigung eines Abtriebsgliedes eines Lenkgetriebes, wobei ein Druckmittelstrom in Arbeitsräume des hydraulischen Servomotors durch das Lenkventil gesteuert ist. Das Lenksystem weist zudem einen elektrischen Servomotor zur Betätigung des Abtriebsgliedes auf, wobei der elektrische Servomotor und die Lenkspindel auf ein gemeinsames Drehglied zwischen dem ersten Torsionselement und dem Drehschieber oder Drehkolben wirken. Der elektrische Servomotor ist dabei über eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung des Lenksystems oder des Fahrzeuges in Abhängigkeit von Signalen eines Drehwinkelsensors, welcher einen Drehwinkel und/oder ein Betätigungsmoment an der Lenkhandhabe erfasst, gesteuert. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich durch eine präzisere und robustere Erfassung des Radlenkwinkels auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und/oder der Beschreibung.

Gegenstand der Erfindung ist ein Lenkgetriebe, welches für ein elektrisches Lenksystem ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient das Lenkgetriebe zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein oder mehrere Fahrzeugräder eines Fahrzeugs.

Das Lenkgetriebe weist ein Getriebegehäuse auf, wobei in dem Getriebegehäuse eine Übertragungswelle sowie eine Abtriebswelle drehbar gelagert sind. Insbesondere sind die Übertragungswelle und die Abtriebswelle quer zueinander ausgerichtet. Anders formuliert, definiert die Übertragungswelle eine erste Drehachse und die Abtriebswelle eine zweite Drehachse, wobei sich die beiden Drehachsen in einer Draufsicht, insbesondere rechtwinklig, schneiden.

Die Übertragungswelle weist eine Eingangsschnittstelle auf, welche zur Übertragung einer von einem elektrischen Antriebsmotor erzeugten Lenkbewegung ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Eingangsschnittstelle kann dabei als ein endseitig aus dem Getriebegehäuse ragender Wellenzapfen ausgebildet sein, an welchem der Antriebsmotor antriebstechnisch, vorzugsweise zur Übertragung eines Drehmoments, angebunden ist. Prinzipiell kann die Lenkbewegung ausschließlich von dem elektrischen Antriebsmotor umgesetzt bzw. auf die Übertragungswelle übertragen werden. Optional kann die Eingangsschnittstelle mit einer Lenkspindel bzw. Lenksäule verbunden sein, um ein von einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkrad, aufgebrachtes Betätigungsmoment auf die Übertragungswelle zu übertragen. Der elektrische Antriebsmotor dient somit als elektrischer Servomotor zur Lenkkraftunterstützung. Die Abtriebswelle weist eine Ausgangsschnittstelle auf, welche zur Übertragung einer Lenkbewegung auf ein oder mehrere, vorzugsweise zwei, Fahrzeugräder ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Ausgangsschnittstelle kann dabei als ein weiterer endseitig aus dem Getriebegehäuse ragender Wellenzapfen ausgebildet sein, welcher über bekannte kinematische Verbindungen mit dem mindestens einen Fahrzeugrad verbunden ist, um bei einer Verdrehung der Abtriebswelle einen Radlenkwinkel an dem Fahrzeugrad zu verändern.

Das Lenkgetriebe weist ein drehfest mit der Abtriebswelle verbundenes Übertragungsrad auf, welches zur Übersetzung der Lenkbewegung von der Übertragungswelle auf die Abtriebswelle mit der Übertragungswelle in Eingriff steht. Insbesondere wird durch das Übertragungsrad eine Drehbewegung der Übertragungswelle um die erste Drehachse in eine Drehbewegung der Abtriebswelle um die zweite Drehachse umgesetzt. Das Lenkgetriebe kann dabei als ein Schneckengetriebe oder als ein Kugelumlaufgetriebe ausgebildet sein. Prinzipiell können die Abtriebswelle und das Übertragungsrad aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gebildet sein. Alternativ ist das Übertragungsrad separat zu der Abtriebswelle ausgebildet, wobei das Übertragungsrad zumindest in Umfangsrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Abtriebswelle verbunden ist.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Lenkgetriebe eine Positionssensorik mit mindestens oder genau einem Positionssensor aufweist, welcher zur berührungslosen Erfassung einer Position des Übertragungsrades ausgebildet und/oder geeignet ist, wobei ein Erfassungsbereich des Positionssensors innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist. Insbesondere ist das Übertragungsrad derart innerhalb des Erfassungsbereichs angeordnet, sodass eine Position des Übertragungsrades kontinuierlich über dessen gesamten Arbeitsweg durch den Positionssensor erfasst werden kann. Insbesondere ist der Erfassungsbereich als der Bereich zu verstehen, in welchem der Positionssensor eine Position des Übertragungsrades ohne Beeinträchtigung und/oder unmittelbar erfassen kann. Unter einer Position kann sowohl eine Absolutposition des Übertragungsrades als auch eine Positionsän- derung des Übertragungsrades verstanden werden. m Speziellen ist der Positionssensor ausgebildet, die erfasste Position des Übertragungsrades als eine Positionsinformation an ein Steuergerät zu übermitteln, welches ausgebildet ist, auf Basis der Positionsinformation einen Ist-Randlenkwinkel der Fahrzeugräder zu ermitteln und/oder die Positionsinformation bei einer Bestimmung eines Soll-Radlenkwinkels zu berücksichtigen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aufgrund von Spiel- und Hystereseeffekten des Lenksystems in Verbindung mit der Getriebeübersetzung des Lenkgetriebes die notwendige Bestimmung des Radlenkwinkels der Fahrzeugräder verschlechtert bzw. ungenau ist. Somit ist eine präzise Lenkung insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen, wie z.B. Steer-by-Wire oder autonomes Fahren, bei denen die genaue Position der gelenkten Räder bzw. der genaue Radlenkwinkel benötigt wird, nicht mehr gewährleistet.

Durch die direkte Erfassung der Position des Übertragungsrades kann eine präzise Positionserfassung an der Abtriebsseite des Lenkgetriebes und somit eine präzise Bestimmung des Radlenkwinkels der Fahrzeugräder sichergestellt werden. Durch die Erfassung der Position des Übertragungsrades auf der Abtriebsseite des Lenkgetriebes können somit die Spiel- und Hystereseeffekte bei der Bestimmung des Radlenkwinkels deutlich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass durch die Anordnung des Positionssensors bzw. des Erfassungsbereichs in dem Getriebegehäuse eine besonders robuste Sensorik vorgeschlagen werden kann, welche durch das Getriebegehäuse von äußeren Einflüssen, wie z.B. Feuchtigkeit, Schmutz, mechanische Einwirkungen, elektrische oder elektromagnetische Effekte etc., geschützt ist. Zudem kann ein besonders kompaktes Lenkgetriebe mit integrierter Positionssensorik realisiert werden.

In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Positionssensor als ein Winkellagegeber, insbesondere als ein Drehgeber, ausgebildet ist. Insbesondere dient der Positionssensor zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder einer Drehwinkeländerung des Übertragungsrades bei einer Verdrehung um die zweite Drehachse. Das Übertragungsrad wird hierzu relativ zu dem Positionssensor innerhalb des Erfassungsbereich verdreht, wobei der Positionssensor stationär verbleibt. Der Drehgeber kann wahlweise als ein Absolutwertgeber zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels oder ein Inkrementalgeber zur Erfassung eines relativen Drehwinkels ausgebildet sein. Es wird somit ein Positionssensor vorgeschlagen, welcher sich durch eine einfache und präzise Positionserfassung des Übertragungsrades auszeichnet.

In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Positionssensor als ein magnetischer und/oder induktiver und/oder kapazitiver und/oder akustischer und/oder optischer und/oder resistiver Positionssensor, insbesondere Drehgeber, ausgebildet ist. Insbesondere weist der magnetische Positionssensor ein magnetempfindliches Sensorelement auf, wobei das Übertragungsrad in Abhängigkeit des Drehwinkels eine Änderung eines Magnetfelds hervorruft, welche durch das Sensorelement detektierbar ist. Beispielsweise kann der magnetische Positionssensor als ein Hallsensor ausgebildet sein. Insbesondere weist der induktive Positionssensor mindestens eine elektrische Spule auf, wobei das Übertragungsrad in Abhängigkeit des Drehwinkels eine unterschiedliche Induktivität der wenigstens einen Spule hervorruft. Insbesondere weist der kapazitive Positionssensor ein drehfest mit dem Übertragungsrad verbundenes Rotorelement sowie mindestens ein ortsfestes, elektrisch leitendes Statorelement auf, wobei das Übertragungsrad in Abhängigkeit des Drehwinkels eine unterschiedliche Kapazität des wenigstens einen Statorelements hervorruft. Im Speziellen können die verschiedenen Sensorarten bzw. Messprinzipien auch miteinander kombiniert werden. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welcher sich durch eine besonders robuste und zuverlässige Positionserfassung auszeichnet.

In einer möglichen Umsetzung ist vorgesehen, dass der Positionssensor in Bezug auf die zweite Drehachse der Abtriebswelle in axialer Richtung beabstandet zu dem Übertragungsrad in dem Getriebegehäuse angeordnet ist. Insbesondere ist der Positionssensor an einer axialen Stirnseite des Übertragungsrades angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen dem Positionssensor und dem Übertragungsrad ein axialer Luftspalt gebildet. Es wird somit eine besonders einfache Integration bzw. Anordnung des Positionssensors in dem Getriebegehäuse ermöglicht. In einer alternativen Umsetzung ist vorgesehen, dass der Positionssensor in Bezug auf eine Drehachse der Abtriebswelle in radialer Richtung beabstandet zu dem Übertragungsrad in dem Getriebegehäuse angeordnet ist. Insbesondere ist der Positionssensor an einer radialen Außenseite des Übertragungsrades angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen dem Positionssensor und dem Übertragungsrad ein radialer Luftspalt gebildet. Es wird somit eine besonders kompakte und bauraumsparende Integration bzw. Anordnung des Positionssensors in dem Getriebegehäuse ermöglicht.

In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Positionssensorik ein an dem Übertragungsrad angeordnetes und/oder in dem Übertragungsrad integriertes Sensortarget zur berührungslosen Erfassung durch den Positionssensor aufweist. Das Sensortarget kann als ein magnetisches und/oder magnetisierbares Sensortarget ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Sensortarget als ein Permanentmagnet zur Erzeugung des Magnetfeldes ausgebildet. Alternativ ist das Sensortarget als eine Maßverkörperung ausgebildet. Die Maßverkörperung dient insbesondere zur Wiedergabe einer relativen oder absoluten Positionsinformation, welche durch den Positionssensor mittels Abtasten erfasst werden kann. Die Maßverkörperung kann dabei eine ein- oder mehrspurige inkrementale oder absolute Kodierung umfassen. Insbesondere ist die Maßverkörperung magnetisch und/oder optisch und/oder elektrisch und/oder akustisch abtastbar, wobei der Positionssensor entsprechend ausgebildet ist. Bei einer axialen Anordnung ist das Sensortarget vorzugsweise auf der axialen Stirnseite des Übertragungsrades angeordnet. Bei einer radialen Anordnung ist das Sensortarget vorzugsweise auf der radialen Außenseite des Übertragungsrades angeordnet. Das Sensortarget kann sich zumindest teilweise in Umfangsrichtung erstrecken. Bevorzugt ist das Sensortarget um die zweite Drehachse ringförmig oder zumindest teilringförmig ausgebildet. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welche sich durch eine sichere und zuverlässige Erfassung des Drehwinkels auszeichnet.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Übertragungsrad als ein Zahnrad mit einer Verzahnungsgeometrie ausgebildet ist, wobei der Positionssensor zur berührungslosen Erfassung der Verzahnungsgeometrie ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Verzahnungsgeometrie in Umfangsrichtung abschnittsweise ausgebildet, wobei die Verzahnungsgeometrie mit einer, insbesondere schraubenförmigen, Gegenverzahnung der Übertragungswelle über einen begrenzten Winkelbereich kämmend in Eingriff steht. Alternativ kann die Verzahnungsgeometrie jedoch auch in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet sein. Der Positionssensor ist zur Abtastung der Verzahnungsgeometrie wahlweise in axialer Richtung stirnseitig zu der Verzahnungsgeometrie oder in radialer Richtung kopfseitig zu der Verzahnungsgeometrie hin ausgerichtet. Beispielsweise kann der Positionssensor als ein Zahnradgeber ausgebildet sein. Somit kann eine besonders einfache und kostengünstige Erfassung der Übertragungsradposition realisiert werden.

In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Verzahnungsgeometrie als eine Segmentverzahnung ausgebildet ist. Insbesondere erstreckt sich die Verzahnungsgeometrie in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von mehr als 90 Grad, vorzugsweise mehr als 180. Das Sensortarget kann wahlweise in dem Winkelbereich der Verzahnungsgeometrie oder außerhalb des Winkelbereichs der Verzahnungsgeometrie, insbesondere einem verzahnungsfreien Abschnitt, des Übertragungsrades angeordnet sein. Im Speziellen können das Übertragungsrad und die Abtriebswelle gemeinsam als eine Segmentwelle ausgebildet sein. Alternativ kann das Übertragungsrad als ein Übertragungsradsegment ausgebildet sein, welches drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Es wird somit eine besonders kompakte und bauraumsparende Ausgestaltung des Lenkgetriebes vorgeschlagen.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass die Positionssensorik modular aufgebaut ist, wobei der Positionssensor in Abhängigkeit der Auflösung und/der Genauigkeit der Positionserfassung durch mindestens einen anderen Positionssensor austauschbar ist und/oder ausgetauscht wird. Der Positionssensor ist hierzu vorzugsweise austauschbar, insbesondere lösbar, an oder in dem Getriebegehäuse befestigt und/oder über eine Steckerverbindung mit einer Signalleitung verbunden. Insbesondere können der Positionssensor und der mindestens eine weitere Positionssensor bezüglich Sensorart und/oder Messgenauigkeit und/oder Messprinzip unterschiedlich ausgebildet sein. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache Implementierung unterschiedlicher Positionssensoren sowie ggf. eine einfache und bedarfsgerechte Nachrüstung des Lenkgetriebes mit einem für die Anwendung geeigneten Positionssensor auszeichnet.

In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass zumindest der Positionssensor von außen zugänglich in dem Getriebegehäuse montiert ist. Insbesondere kann der Positionssensor über eine in dem Getriebegehäuse ausgebildete, Sensorschnittstelle, z.B. eine Öffnung, derart montiert sein, dass zumindest der Erfassungsbereich des Positionssensors innerhalb des Gehäuses bzw. das Übertragungsrad innerhalb des Erfassungsbereichs angeordnet ist. Der Positionssensor kann beispielsweise über eine lösbare Befestigung formschlüssig und/oder kraftschlüssig, z.B. über eine Schraub-, Clip- oder Steckverbindung, etc., an dem Getriebegehäuse festgelegt sein. Bevorzugt ist der Positionssensor über eine Dichtung an dem Gehäuse, insbesondere der Sensorschnittstelle, dichtend, vorzugsweise fluiddicht, angeordnet. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welche im Falle einer Wartung in einfacher Weise zugänglich ist. Zudem kann der Positionssensor bei einer Beschädigung in einfacher Weise ausgetauscht werden.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Positionssensorik redundant aufgebaut ist. Insbesondere ist die Positionssensorik, insbesondere der Positionssensor derart ausgebildet, um die Anforderungen, insbesondere nach ASIL A, B, C oder D, gemäß ISO 26262 zu erfüllen. Im Speziellen kann die Positionssensorik mindestens einen weiteren Positionssensor aufweisen, welcher zur unabhängigen Positionserfassung des Übertragungsrades in dem Getriebegehäuse angeordnet ist. Es wird somit eine Positionssensorik vorgeschlagen, welche sich durch eine hohe Betriebssicherheit sowie für den Einsatz von sicherheitskritischen Anwendungen geeignet ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein elektrisches Lenksystem für ein Fahrzeug mit dem Lenkgetriebe, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere dient das elektrische Lenksystem dazu, einen durch eine Lenkhandhabe erzeugten Lenkbefehl elektrisch, insbesondere elektromechanisch, auf mindestens ein lenkbares Fahrzeugrad umzusetzen. Das Fahrzeug kann prinzipiell ein Personenkraftwagen (Pkw), eine Land- oder Baumaschine sein. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein Nutzfahrzeug (Nfz). In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das elektrische Lenksystem als ein elektrisches Servolenksystem (EPS) ausgebildet ist. Insbesondere weist das elektrische Servolenksystem einen elektrischen Servomotor zur Lenkunterstützung auf. Bei einem Lenkvorgang wird mittels der Lenkhandhabe ein Lenkwinkel als Maß für einen gewünschten Radlenkwinkel für das mindestens eine lenkbare Rad vorgegeben, wobei der elektrische Servomotor ein zusätzliches Drehmoment zur Lenkunterstützung bereitstellt. Insbesondere ist der elektrische Servomotor hierzu mit der Übertragungswelle, insbesondere der Eingangsschnittstelle, antriebstechnisch verbunden.

In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Abtriebswelle über einen Lenkstockhebel, auch als Pitman-Arm bezeichnet, mit einem Lenkgestänge verbunden ist, um einen Lenkwinkel von mindestens einem Fahrzeugrad bei einer Verdrehung der Abtriebswelle zu verändern. Insbesondere ist der Lenkstockhebel ausgebildet, eine Drehbewegung der Abtriebswelle in eine Linearbewegung des Lenkgestänges, insbesondere einer Lenkstange bzw. einer Spurstange, umzusetzen. Die Lenkstange bzw. Spurstange kann über Spurhebel mit dem jeweils zu lenkenden Fahrzeugrad verbunden sein.

In einer konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass das Lenksystem einen mit der Übertragungswelle antriebstechnisch verbundenen elektrischen Antriebsmotor, insbesondere der elektrische Servomotor, sowie ein Steuergerät (ECU) aufweist, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, auf Basis einer durch die Positionssensorik erfassten Position des Übertragungsrades den Antriebsmotor zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere ist der Positionssensor signaltechnisch mit dem Steuergerät verbunden. Prinzipiell ist der Positionssensor über ein BUS-System, z.B. LIN-Bus, mit dem Steuergerät, insbesondere einem Fahrzeugsteuergerät, verbunden. Alternativ kann der Positionssensor über eine Signalleitung mit dem Steuergerät, insbesondere ein Lenkungssteuergerät, direkt verbunden sein. Das Steuergerät weist vorzugsweise eine Auswerteeinheit auf, welche ausgebildet ist, eine von dem Positionssensor übertragene Positionsinformation des Übertragungsrades auszuwerten und/oder bei der Bestimmung des Radlenkwinkels zu berücksichtigen. Im Speziellen ist das Steuergerät ausgebildet, auf Basis der Positionsinformation sowie einer Lenkinformation, wie z.B. Betätigungsmoment, Lenkwinkel etc., der Lenkhandhabe den Ist-Radlenkwinkel und/oder Soll-Radlenkwinkel für das mindestens eine Fahrzeugrad zu bestimmen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Lenksystems als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 2 eine Schnittdarstellung eines Lenkgetriebes mit einer Positionssensorik für das Lenksystem aus Figur 1 ;

Figur 3 das Lenkgetriebe in gleicher Darstellung wie Figur 2 mit einer alternativen Ausführung der Positionssensorik;

Figur 4 das Lenkgetriebe in gleicher Darstellung wie Figur 2 mit einer weiteren alternativen Ausführung der Positionssensorik.

Figur 1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung ein elektrisches Lenksystem 1 für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug. Das elektrische Lenksystem 1 ist als ein elektrisches Servolenksystem ausgebildet.

Das Lenksystem 1 weist eine als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe 2 auf, welche über eine Lenksäule 3 mit einem Lenkgetriebe 4 verbunden ist. Das Lenkgetriebe 4 dient dazu, in Abhängigkeit einer Verdrehung der Lenksäule 3 einen Radlenkwinkel von mindestens einem lenkbaren Fahrzeugrad 5 des Fahrzeugs einzustellen. Hierzu ist eine Abtriebswelle 6 des Lenkgetriebes 4 über einen Lenkstockhebel 7 mit einer Lenkstange 8 verbunden, wobei eine Drehbewegung der Abtriebswelle 6 über den Lenkstockhebel 7 in eine Linearbewegung der Lenkstange 8 umgesetzt wird. Die Lenkstange 8 ist wiederum über einen Spurhebel 9 mit dem zu lenkenden Fahrzeugrad 5 verbunden, um den entsprechenden Radlenkwinkel an dem Fahrzeugrad 5 einzustellen.

Ferner weist das Lenksystem 1 einen elektrischen Antriebsmotor 10 sowie ein elektronisches Steuergerät 11 zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors 10 auf. Der elektrische Antriebsmotor 10 ist als ein elektrischer Servomotor ausgebildet, welcher zum Aufbringen eines zusätzlichen Drehmoments mit dem Lenkgetriebe 4 getriebetechnisch gekoppelt ist. Beispielsweise können der Antriebsmotor 10 und die Lenksäule 3 gemeinsam auf eine Eingangswelle, nicht dargestellt, des Lenkgetriebes 6 einwirken.

Das Lenksystem 1 weist eine antriebsseitige Lenksensorik 12 auf, welche zur Erkennung eines Lenkwunsches dem Steuergerät 11 entsprechende Sensordaten zuführt und in dem Steuergerät 11 ausgewertet werden. Die Lenksensorik 12 dient beispielsweise zur Erfassung eines Betätigungsmoments und/oder eines Lenkwinkels an der Lenksäule 3, welche als die Sensordaten an das Steuergerät 11 übermittelt werden.

Um einen exakten Radlenkwinkel des Fahrzeugrades 5 für spezielle Fahranwendungen, wie z.B. Steer-by-Wire oder autonomes Fahren, einstellen zu können, ist eine präzise Erfassung des Radlenkwinkels erforderlich. Dies ist durch die Anordnung der Lenksensorik 12 in der Nähe der Lenksäule 3 aufgrund von einem mechanischen Spiel sowie Hystereseeffekten von der Lenksäule 3 bis zu dem Fahrzeugrad 5 nicht gewährleistet.

Das Lenksystem 1 weist daher eine zusätzliche Positionssensorik 13 auf, welche abtriebsseitig an der Abtriebswelle 6 angeordnet ist, um eine Position der Abtriebswelle 6, insbesondere einen Drehwinkel, zu erfassen. Die Positionssensorik 13 ist ausgebildet, die erfasste Position als Positionsinformation dem Steuergerät 11 bereitzustellen, wobei das Steuergerät 11 ausgebildet ist, die Positionsinformation bei der Bestimmung des Radlenkwinkels zu berücksichtigen und/oder mit den Sensordaten der Lenksensorik 12 zu korrelieren. Der Aufbau der Positionssensorik 13 ist dabei abhän- gig von dem jeweiligen Sensorprinzip sowie der erforderlichen Genauigkeit und Auflösung, die erreicht werden muss. Die Positionssensorik 13 ist zudem als ein fehlertolerantes, redundantes System mit einer hohen ASIL-Klassifikation, z.B. ASIL-C oder ASIL-D, ausgebildet.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen jeweils das Lenkgetriebe 4 in einer Schnittdarstellung mit unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten der integrierten Positionssensorik 13. Das Lenkgetriebe 4 ist in dem jeweiligen Ausführungsbeispiel als ein Schneckengetriebe ausgebildet, wobei eine als die Eingangswelle ausgebildete Übertragungswelle 14 in Form einer Schneckenwelle über ein drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbundenes Übertragungsrad 15, welches als ein Schneckenrad ausgebildet ist, kämmend in Eingriff steht.

Das Lenkgetriebe 4 weist ein Getriebegehäuse 16 auf, wobei die Übertragungswelle 14 um eine erste Drehachse 100 und die Abtriebswelle 6 um eine zweite Drehachse 101 drehbar in dem Getriebegehäuse 16 gelagert sind. Hierzu ist die Übertragungswelle 14 über zwei Lagereinrichtungen 17 drehbar in dem Getriebegehäuse 16 abgestützt. In einer Draufsicht sind die erste und zweite Drehachse 100, 101 quer bzw. rechtwinklig zueinander ausgerichtet.

Die Übertragungswelle 14 weist eine aus dem Getriebegehäuse 16 geführte Eingangsschnittstelle 18 auf, welche zur mechanischen Anbindung des elektrischen Antriebsmotors 10 dient, um mittels des Antriebsmotors 10 das Drehmoment über die Übertragungswelle 14 auf das Übertragungsrad 15 und somit auf die Abtriebswelle 6 zu übertragen. Die Eingangsschnittstelle 18 ist beispielsweise durch einen Wellenzapfen gebildet, weicher eine Formschlusskontur, z.B. eine Steckverzahnung, trägt. Entsprechend weist die Abtriebswelle 6 eine Ausgangsschnittstelle 19, wie in Figur 1 gezeigt, auf, welche zur mechanischen Anbindung des Lenkstockhebels 7 dient, um das Drehmoment bzw. die Lenkbewegung von der Abtriebswelle 6 in den Lenkstrang zu Übertragen. Das Übertragungsrad 15 trägt umfangsseitig eine Verzahnungsgeometrie 20, welche sich über einen Winkelbereich von ca. 180 Grad erstreckt und mit einer entsprechenden Gegenverzahnung 21 der Übertragungswelle 14 in Eingriff steht. Beispielsweise ist das Übertragungsrad 15 als Übertragungsradsegment ausgestaltet. Bei einer Rotation der Übertragungswelle 14 um die erste Drehachse 100 wird somit das Übertragungsrad 15 und somit die Abtriebswelle 101 innerhalb des Winkelbereichs, um die zweite Drehachse 101 verdreht.

Die Positionssensorik 13 weist einen Positionssensor 22 sowie ein durch den Positionssensor 22 erfassbares Sensortarget 23 auf. Das Sensortarget 23 kann in das Übertragungsrad 15 integriert oder drehfest mit diesem verbunden sein, oder aus der äußerlichen Ausgestaltung des Übertragungsrades 15 abgeleitet sein. Der Positionssensor 22 ist dem Sensortarget 23 gegenüberliegend angeordnet und verbleibt bei einer Verdrehung des Übertragungsrades 15 stationär. Der Positionssensor 22 ist dabei derart in dem Getriebegehäuse 16 angeordnet, sodass ein Erfassungsbereich des Positionssensors innerhalb des Getriebegehäuses 16 angeordnet ist. Die Positionserfassung erfolgt somit innerhalb des Getriebegehäuses 16 im Bereich des Übertragungsrades 15, sodass der Erfassungsbereich vor äußeren Einflüssen, z.B. Verschmutzung, mechanischen Einwirkungen, elektromagnetischen Wellen etc., geschützt ist. Beispielsweise kann der Positionssensor 22 zur induktiven, kapazitiven oder magnetischen Erfassung des Sensortargets 23 ausgebildet sein, wobei das Sensortarget 23 hierzu entsprechend ausgeführt ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Sensortarget 23 beispielsweise durch einen um die zweite Drehachse 101 verlaufenden, teilringförmigen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes gebildet sein. In diesem Fall würde der Positionssensor 22 als ein Magnetfeldsensor, insbesondere ein Hall-Sensor, ausgebildet sein, welcher eine relative oder absolute Position des Übertragungsrades 15 bei einer Verdrehung um die zweite Drehachse 101 durch eine Änderung des Magnetfeldes detektiert. Das Sensortarget 23 erstreckt sich hierzu in Umfangsrichtung um die die zweite Drehachse 101 über einen Winkelbereich zwischen 100 Grad und 170 Grad. Der Positionssensor 22 erfasst somit direkt die Position des Übertragungs- rads 15 und umgeht dabei sämtlichen mechanischen Fehlereinflüssen des Lenkgetriebes 4, wodurch eine besonders präzise Erfassung des Radlenkwinkels möglich ist. Wie vorstehend erläutert kann an dieser Stelle erfindungsgemäß auch eine andere Art des Sensormessprinzips angewendet werden.

Wie in der Figur 2 dargestellt, ist das Sensortarget 23 an einer axialen Stirnseite des Übertragungsrades 15 im Winkelbereich der Verzahnungsgeometrie 20 angeordnet, wobei der Positionssensor 22 in axialer Richtung in Bezug auf die zweite Drehachse 101 versetzt bzw. beabstandet zu dem Sensortarget 23 angeordnet ist.

Wie in Figur 3 dargestellt, ist das Sensortarget 23 an der axialen Stirnseite des Übertragungsrades 15 außerhalb des Winkelbereichs der Verzahnungsgeometrie 20 bzw. in radialer Richtung gegenüberliegend der Verzahnungsgeometrie 20 angeordnet, wobei der Positionssensor 22 in axialer Richtung in Bezug auf die zweite Drehachse 101 versetzt bzw. beabstandet zu dem Sensortarget 23 angeordnet ist.

Wie in Figur 4 dargestellt, ist das das Sensortarget 23 an einer radialen Außenseite des Übertragungsrades 15 im Winkelbereich der Verzahnungsgeometrie 20 angeordnet, wobei der der Positionssensor 22 in radialer Richtung in Bezug auf die zweite Drehachse 101 versetzt bzw. beabstandet zu dem Sensortarget 23 angeordnet ist.

Beispielsweise können die Anordnungen des Positionssensors 22 und des Sensortargets 23 zur Bildung einer redundanten Positionssensorik 13 mit mindestens zwei unabhängig voneinander erfassten Positionen des Übertragungsrades 15 miteinander kombiniert werden. Beispielsweise ist es möglich zu der Anordnung des Positionssensors 22 und dem Sensortarget 23 gemäß Figur 2 einen zweiten, redundanten Positionssensor und/oder ein zweites, redundantes Sensortarget gemäß Figur 3 anzuordnen, wobei die Sensoren unterschiedliche Messverfahren verwenden und/oder an unterschiedlichen Orten positioniert werden können. Bezuqszeichen

Lenksystem

Lenkhandhabe

Lenksäule

Lenkgetriebe

Fahrzeugrad

Abtriebswelle

Lenkstockhebel

Lenkstange

Spurhebel

Antriebsmotor

Steuergerät

Lenksensorik

Positionssensor

Übertragungswelle

Übertragungsrad

Getriebegehäuse

Lagereinrichtung

Eingangsschnittstelle

Ausgangsschnittstelle

Verzahnungsgeometrie

Gegenverzahnung

Positionssensor

Sensortarget erste Drehachse zweite Drehachse