Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer Lenkhandhabe, einer Kraftrückkopplungseinheit und einem feststehenden Träger.

Lenkvorrichtungen für Steer- by- Wire- Lenksysteme sind bekannt.

Im Unterschied zu klassischen Lenkvorrichtungen, bei denen die Lenkbewegung des Fahrers über eine Lenksäule an den mit den Rädern gekoppelten Lenksteller mechanisch übertragen wird, wird die Lenkbewegung bei Steer-by- Wi re- Lenksystem en signalübertragend übertragen. Die Kraftrückkopplungseinheit, auch Force-Feedback-Einheit genannt, ist hierbei dazu vorgesehen, dass durch den Wegfall der Lenksäule verloren gegangene Straßengefühl über die Lenkhandhabe entsprechend der Fahrverhältnisse an den Fahrer zu übermitteln.

Derartige Lenkvorrichtungen umfassen üblicherweise ein in der Lenkhandhabe bzw. dem Lenkrad untergebrachtes Gassackmodul, um den Fahrer zu schützen. Insbesondere bei unsymmetrischen, großflächigen Lenkrad-Gassäcken gibt es die Bestrebung, das Gassackmodul raumfest zu halten, auch wenn das Lenkrad gedreht wird. Dann kann der unsymmetrische Gassack immer seine raumfeste, ideale Position einnehmen, egal ob das Kraftfahrzeug sich in einer Kurvenfahrt befindet oder geradeaus fährt. Um eine solche Drehkompensation zu erhalten, wurde das Gassackmodul von der Drehbewegung der Lenkhandhabe passiv mittels eines Getriebes oder aktiv mittels eines Stellmotors entkoppelt.

Bekannte Lenkvorrichtungen haben den Nachteil, dass sie sehr voluminös sind und zudem viele Einzelteile umfassen, insbesondere wenn die Lenkvorrichtung zusätzlich ein Gassackmodul mit Drehkompensation aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lenkvorrichtung für ein Steer-by-Wire- Lenksystem bereitzustellen, das besonders kompakt und einfach gestaltet ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lenkvorrichtung für ein Steer-by-Wire- Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, mit einer Lenkhandhabe, einer Kraftrückkopp- lungseinheit, einem feststehenden Träger, der einen sich in axialer Richtung erstreckenden Aufnahmetopf für einen Gassack hat, und einer Lagereinheit, mittels der die Lenkhandhabe in Umfangsrichtung um die axiale Richtung drehbar am Aufnahmetopf gelagert ist. Die Lagereinheit hat eine Verzahnung und ist mit der Lenkhandhabe drehmomentübertragend gekoppelt. Ferner hat die Kraftrückkopplungseinheit einen Elektromotor und ein mit dem Elektromotor drehmomentübertragend gekoppeltes Ritzel, das mit der Verzahnung in verzahntem Eingriff steht, um über die Lagereinheit die Lenkhandhabe in Umfangsrichtung anzutreiben. Im Sinne der Erfindung wird unter dem Begriff „feststehend“ bzw. unter einem „feststehenden“ Träger ein Träger verstanden, der fahrzeugfest im Kraftfahrzeug angeordnet ist, insbesondere während der Fahrt. Der feststehende Träger kann jedoch mittels eines Verstellmechanismus verstellbar sein, um die Lenkhandhabe gegenüber dem Fahrer auszurichten und somit den Komfort zu erhöhen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem feststehenden Träger im Gegensatz zu einer klassischen Lenkvorrichtung nicht um eine in Umfangsrichtung drehbar gelagerte Lenksäule, auch wenn der feststehende Träger ähnlich zur Lenksäule höhen- und/ oder längsverstellbar sein kann, um den Komfort des Fahrers zu verbessern.

Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass die Lenkvorrichtung auf diese Weise mit wenigen Bauteilen sowie besonders raumsparend und somit kompakt gestaltet sein kann. Ferner hat diese Gestaltung den Vorteil, dass der Gassack im Aufnahmetopf feststehend im Kraftfahrzeug angeordnet ist und hierdurch asymmetrische und sogar beliebig gestaltbare Gassäcke vorgesehen sein können, die unabhängig von der Lenkstellung der Lenkhandhabe stets dieselbe Schutzwirkung bereitstellen können.

In einer Ausführungsform ist die Verzahnung eine Innenverzahnung, wodurch die Lenkvorrichtung noch kompakter gestaltet sein kann, insbesondere in radialer Richtung, da der Elektromotor zumindest abschnittsweise radial innerhalb der Lagereinheit, insbesondere radial innerhalb einer Außenschale der Lagereinheit angeordnet sein kann.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zumindest der Stator und der Rotor des Elektromotors in axialer Richtung außerhalb der Lagereinheit, vorzugsweise außerhalb einer Außenschale der Lagereinheit, angeordnet sind, insbesondere axial außerhalb der Lenkhandhabe. Auf diese Weise kann die Außenschale kompakter gestaltet sein, da kein Raum zur Aufnahme des Elektromotors in der Außenschale bereitgestellt werden muss. Da am Rotor ein Wellenzapfen befestigt ist, auf dem das Ritzel sitzt oder das Rätsel ausgearbeitet ist, ist dieser Wellenzapfen definitionsgemäß nicht Teil des Rotors. Das Ende des Wellenzapfens, auf dem das Ritzel befestigt ist, kann somit in den durch die Lenkhandhabe umschriebenen Raum, also ihr hohles Inneres, hineinragen.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Kraftrückkopplungseinheit einen Sekundärelektromotor auf, der ein mit dem Sekundärelektromotor drehmomentübertragend gekoppeltes zweites Ritzel hat, das mit der Verzahnung in verzahntem Eingriff steht, um über die Lagereinheit, insbesondere eine Außenschale der Lagereinheit, die Lenkhandhabe in Umfangsrichtung anzutreiben. Der Sekundärelektromotor ist hierbei analog zum primären Elektromotor gestaltet und kann insbesondere die gleichen Funktionen bereitstellen. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Elektromotoren jeweils kleiner ausgelegt sein können als bei Verwendung eines einzelnen Elektromotors, wodurch die Lenkvorrichtung kompakter gestaltet sein kann. Ferner kann die Lenkvorrichtung derart gestaltet sein, dass bei Ausfall eines der beiden Elektromotoren die Lenkvorrichtung mittels des anderen Elektromotors weiter sicher betrieben werden kann. Durch diese Redundanz wird eine besonders hohe Funktionssicherheit der Lenkvorrichtung und somit des Steer-by-Wire-Lenksystem gewährleistet.

Bevorzugt weist die Lagereinheit eine Innenschale, die drehfest am Träger befestigt ist, und eine Außenschale mit der Verzahnung auf, wobei die Außenschale an der Innenschale und drehbar am Aufnahmetopf gelagert ist und mit der Lenkhandhabe drehmomentübertragend gekoppelt ist, wobei das Ritzel mit der Verzahnung in verzahntem Eingriff steht, um über die Außenschale der Lagereinheit die Lenkhandhabe in Umfangsrichtung anzutreiben.

Mit Bezug auf den Sekundärelektromotor kann analog zum primären Elektromotor vorgesehen sein, dass zumindest der Stator und der Rotor des Sekundärelektromotors in axialer Richtung außerhalb der Außenschale angeordnet sind, insbesondere außerhalb der Lenkhandhabe. Auch hier gilt, dass das Ende des Wellenzapfens, auf dem das Ritzel befestigt ist, in den durch die Lenkhabe umschriebenen Raum, also ihr hohles Inneres, hineinragen kann, weil der Wellenzapfen zwar am Rotor befestigt, aber ihm nicht zugerechnet wird. Des Weiteren kann die Innenschale am Aufnahmetopf befestigt sein, um die Verbindung der Lagereinheit mit dem Träger besonders kompakt zu gestalten.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Außenschale mittels eines Lagers an der Innenschale drehbar gelagert. Das Lager ist dabei ein Nadellager, Kugellager und/oder Gleitlager, die besonders zuverlässig und kostengünstig sind und zudem sehr kompakt gestaltet sein können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Lenkvorrichtung einen Gasgenerator zum Aufblasen des Gassacks auf. Der Gasgenerator ist hierbei außerhalb des Aufnahmetopfs, insbesondere im Träger, angeordnet. Auf diese Weise kann der Aufnahmetopf kleiner gestaltet sein, da kein Bauraum für den Gasgenerator vorgehalten werden muss.

Ferner kann die Lenkvorrichtung eine Lenkwinkelsensoreinheit haben. Insbesondere bildet hierbei der Elektromotor und/oder der Sekundärelektromotor einen Sensor der Lenkwinkelsensoreinheit, wodurch der Elektromotor und/oder der Sekundärelektromotor mehrere Funktionen in sich vereinen und somit die Lenkvorrichtung aus weniger Bauteilen bestehen kann.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Lenkhandhabe mittels eines insbesondere werkzeugfrei bedienbaren Schnellverschlusses an der Außenschale befestigt ist. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass die Lenkhandhabe mit geringem Aufwand und in kurzer Zeit auswechselbar ist. Indem die Lenkhandhabe an der Außenschale befestigt ist, kann die Lenkvorrichtung ferner besonders kompakt gestaltet sein.

In einer Ausführungsform hat die Lenkvorrichtung ein der Lenkhandhabe zugeordnetes Funktionselement, das drehfest mit der Innenschale bzw. dem Träger verbunden ist. Das Funktionselement weist dabei ein Display und/oder ein oder mehrere Schalter auf, die auf diese Weise feststehend im Kraftfahrzeug angeordnet sind und somit unabhängig von der Stellung der Lenkhandhabe stets dieselbe Ausrichtung haben. Hierdurch ist der Anzeigeinhalt des Displays immer komfortabel zu erfassen und die Schalter sind immer an derselben Stelle angeordnet, wodurch eine Fehlbedienung vermieden wird.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen: - Figur 1 in einer schematischen Explosionsdarstellung eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung für ein Steer-by-Wire-Lenksystem, und

- Figur 2 in einer schematischen Darstellung die Lenkvorrichtung aus Figur 1.

In Figur 1 ist ein Lenkvorrichtung 10 für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit einem feststehenden Träger 12, eine Lagereinheit 14, einer Lenkhandhabe 16 und einer Kraftrückkopplungseinheit 18 gezeigt.

Ferner hat die Lenkvorrichtung 10 ein Gassackmodul 20 mit einem Gassack 22 und einem Gasgenerator 24, der zum Aufblasen des Gassacks 22 in einem Rückhaltefall eingerichtet ist.

Des Weiteren weist die Lenkvorrichtung 10 ein Funktionselement 26 auf, das der Lenkhandhabe 16 zugeordnet und somit zusammen mit der Lenkhandhabe 16 gegenüberliegend zu einem Fahrer im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Das Funktionselement 26 ist in Figur 2 nicht sichtbar bzw. nicht dargestellt.

Der Träger 12 hat einen Aufnahmetopf 28, der sich in axialer Richtung A erstreckt und an einem dem Fahrzeuginneren zugewandten axialen Ende 30 offen ist.

Im Aufnahmetopf 28 ist der Gassack 22 aufgenommen, während der Gasgenerator 24 außerhalb des Aufnahmetopfs 28 am Träger 12 angeordnet ist (siehe Figur 2).

In einer alternativen Ausführungsform kann der Gasgenerator 24 außerhalb des Aufnahmetopfs 28 in einer Ausnehmung im Träger 12 aufgenommen sein.

In diesem Zusammenhang ist der Gassack 22 ein Fahrergassack bzw. Frontgassack.

Die Lagereinheit 14 hat eine kreiszylinderförmige Innenschale 32 und eine kreiszylinderförmige Außenschale 34 sowie ein Lager 36, mittels dem die Außenschale 34 in Umfangsrichtung U um die axiale Richtung A drehbar auf der Innenschale 32 gelagert ist.

Das Lager 36 ist hierbei ein Nadellager, das besonders kompakt in radialer Richtung ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das Lager 36 ein beliebiges Lager sein, insbesondere ein Kugellager oder ein Gleitlager.

In der vorliegenden Ausführungsform ist die Innenschale 32 am Aufnahmetopf 28 angebracht.

Des Weiteren weist die Lagereinheit 14 eine Verzahnung 38 in Form einer Innenverzahnung auf, die in axialer Richtung A entgegengesetzt zum axialen Ende 30 angeordnet ist.

Die Außenschale 34 bildet hierbei eine Nabe für die Lenkhandhabe 16, auf der die Lenkhandhabe 16 mittels eines Schnellverschluss 40 drehfest befestigt ist.

Zu diesem Zweck weist die Lenkhandhabe 16 einen axialen Fortsatz 42 auf, der in eine komplementärgestaltete Ausnehmung 44 in der Außenschale 34 eingreift und hierdurch die Lenkhandhabe 16 mit der Außenschale 34 drehfest koppelt.

Hierbei sind der Aufnahmetopf 28, die Innenschale 32, die Außenschale 34 und die Lenkhandhabe 16 bzw. der Schnellverschluss 40 koaxial sowie in zumindest einem Abschnitt radial benachbart angeordnet.

Der Schnellverschluss 40 ist insbesondere werkzeugfrei bedienbar und hat hierzu beispielsweise ein Schnellspannelement (nicht dargestellt).

Das Funktionselement 26 ist in diesem Zusammenhang über ein entsprechend gestaltetes Trägerelement (nicht dargestellt) am Träger 12, beispielsweise am axialen Ende 30 der Innenschale 32, befestigt und somit von der Lenkhandhabe 16 entkoppelt, feststehend im Kraftfahrzeug angeordnet.

Das Funktionselement ist 26 weist der dargestellten Ausführungsform ein Display 46 sowie vier Tasten bzw. Schalter 48 auf.

Um das Aufblasen des Gassacks 22 im Rückhaltefall nicht zu behindern, kann das Funktionselement 26 in bekannter Weise aus dem Ausdehnungspfad des Gassacks 22 entfernbar befestigt sein, beispielsweise mittels einer Kappe, die weggeklappt oder abgesprengt werden kann. Die Kraftrückkopplungseinheit 18 hat einen primären Elektromotor 50 und einen Sekundärelektromotor 52 sowie eine Steuereinheit 54, die signalübertragend mit den Elektromotoren 50, 52 verbunden ist.

Der primäre Elektromotor 50 und der Sekundärelektromotor 52 sind hier identisch gestaltet.

Um die Elektromotoren 50, 52 mit der Lenkhandhabe 16 drehmomentübertragend zu koppeln, hat die Kraftrückkopplungseinheit 18 ein erstes Ritzel 56, das mit der Verzahnung 38 kämmt und drehmomentübertragend mit dem primären Elektromotor 50 verbunden ist, sowie ein zweites Ritzel 58, das mit der Verzahnung 38 kämmt und drehmomentübertragend mit dem Sekundärelektromotor 52 verbunden ist.

In diesem Zusammenhang sind die Elektromotoren 50, 52 relativ zum Aufnahmetopf 28 axial entgegengesetzt zum axialen Ende 30 angeordnet und zwar derart, dass zumindest der Stator und der Rotor (nicht dargestellt) jedes Elektromotors 50, 52 in axialer Richtung A außerhalb der Lagereinheit 14 und der Lenkhandhabe 16 angeordnet sind.

Ferner ist die Lenkvorrichtung 10 derart gestaltet, dass die Elektromotoren 50, 52 radial nicht über die Außenschale 34 hinausragen (siehe Figur 2).

Wie in Figur 2 dargestellt ist, sind die Elektromotoren 50, 52 in der vorliegenden Ausführungsform radial innerhalb der Außenschale 34 angeordnet, insbesondere vollständig.

Die Steuereinheit 54 kann Teil eines Bordcomputers des Kraftfahrzeugs sein bzw. durch diesen gebildet werden.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die Steuereinheit 54 und die Elektromotoren 50, 52 ferner Teil einer Lenkwinkelsensoreinheit 60 der Lenkvorrichtung 10, die dazu eingerichtet ist, die Lenkbewegung der Lenkhandhabe 16 zu erfassen.

Die Lenkbewegung der Lenkhandhabe 16 wird dabei mittels der Außenschale 34 über die Verzahnung 38 an die Elektromotoren 50, 52 übertragen und mittels der Steuereinheit 54 erfasst. Hierbei bilden die Elektromotoren 50, 52 jeweils einen Lenkwinkelsensor der Lenkwinkelsensoreinheit 60. In einer alternativen Ausführungsform kann die Lenkvorrichtung 10 eine Lenkwinkelsensoreinheit 60 mit einer separaten Steuereinheit und/oder zumindest einem separaten Lenkwinkelsensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, die Lenkbewegung der Lenkhandhabe 16 zu erfassen. Auf diese Weise ist eine Lenkvorrichtung 10 für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, die besonders kompakt gestaltet ist.

Ferner sind der Gassack 22 und das Funktionselement 26 feststehend und somit unabhängig von der Lenkbewegung bzw. Winkelstellung der Lenkhandhabe 16 in Umfangsrichtung U angeordnet. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsformen.