Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Steer-by-Wire- Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Steer-by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 16.

Bei Steer-by-Wire-Lenksystemen ist die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkeingabemittel, beispielsweise einem Lenkrad, gekoppelt. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern über elektrische Signale. Der Fahrerlenkwunsch wird von einem Lenkwinkel- sensor abgegriffen, und in Abhängigkeit von dem Fahrerlenkwunsch wird über einen Lenksteller die Stellung der gelenkten Räder geregelt.

In elektromechanischen Lenkgetrieben ist eine Verdrehsicherung und

Lagerung einer Zahnstange eines Zahnstangenlenkgetriebes durch das Zusammenspiel mit einem Druckstück, das die Zahnstange an ein Ritzel drückt, gegeben. Eine solche Verdrehsicherung ist beispielsweise in der Patentschrift DE 198 05 015 CI offenbart.

Durch den Entfall des Zahnstangenlenkgetriebes in Steer-by-Wire-Lenkungen muss eine neue Lösung für eine Verdrehsicherung einer Koppelstange entwickelt werden. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkgetriebe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges anzugeben, dessen

Koppelstange auf einfache Weise verdrehgesichert ist.

Diese Aufgabe wird von einem Lenkgetriebe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Steer- by-Wire-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung genannt.

Demnach ist ein Lenkgetriebe für ein Steer-by-Wire-Lenksystem eines

Kraftfahrzeuges aufweisend eine in einem Lenkgetriebegehäuse gelagerte Koppelstange, auf der eine Gewindespindel ausgebildet ist, die von einer Spindelmutter umgeben ist, die Teil eines Schraubgetriebes sind, vorgesehen, wobei die Koppelstange mittels des Schraubgetriebes entlang der Längsachse verschiebbar ist, und wobei die Koppelstange in dem Lenkgetriebegehäuse mittels eines Gleitlagers verschiebbar entlang der Längsachse gelagert ist, wobei das Gleitlager dazu eingerichtet ist, Wärmeausdehnungen zwischen dem Lenkgetriebegehäuse und der Spindelmutter zu kompensieren. Mittels des Gleitlagers kann das Spiel zwischen Koppelstange und Gleitlager so eingestellt werden, so dass eine optimale tribologische und akustische Performance des Lenkgetriebes erzielt werden kann. Vorzugsweise ist das Gleitlager dazu eingerichtet, das Spiel zwischen der Koppelstange und dem Lenkgetriebe- gehäuse über einen Betriebstemperaturbereich innerhalb definierter

Grenzwerte einzustellen. Insbesondere ist die Gleitlagerbuchse bevorzugt aus einem Kunststoff, POM, PA, PEEK, PTFE oder mit einer Kunststoffbeschichtung, besonders bevorzugt aus PA66GF30 (Polyamid 66 mit Glasfaserverstärkung mit 30% Volumenanteil) gebildet.

Das Gleitlager kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Es kann mittels integrierter oder zusätzlicher elastischer Elemente an die Koppelstange und/oder das Lenkgetriebegehäuse angebunden sein. Die Geometrie der Koppelstange im Funktionsbereich der Lagerung kann je nach Fertigungs- konzept für eine umformende oder spanende Fertigung optimiert sein. Ferner kann eine Notlauffunktion bei großem Verschleiß oder Beschädigung des Gleitlagers vorgesehen werden, bspw. über direkten Kontakt zwischen Koppelstange und Lenkgetriebegehäuse ab einer bestimmten Verdrehung.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schraubradgetriebe um einen

Kugelgewindetrieb.

Das Gleitlager ist bevorzugt formschlüssig mit dem Lenkgetriebegehäuse verbunden und die Gleitflächen, in denen das Gleitlager in Anlage mit der Koppelstange steht, sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Gleitlager in Zusammenspiel mit der Koppelstange eine Verdrehsicherung ausbildet.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gleitlager eine Gleitlager- buchse, die die Koppelstange umgibt. Eine solche Gleitlagerbuchse ist besonders platzsparend, da sie wenig Bauraumbedarf hat.

Vorzugsweise sind die Koppelstange aus Stahl und das Lenkgetriebegehäuse aus Aluminium gefertigt.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die Gleitlagerbuchse aus einem Werkstoff gebildet, der einen Wärmelängenausdehnungskoeffizienten in einem Bereich von 2 · io ⁵ : ¹ bis 5 - \Q K ¹ , vorzugsweise größer und insbesondere zwischen und 4 · io k ⁱ aufweist.

Die Gleitlagerbuchse ist vorzugsweise im Wesentlichen zylinderartig

ausgeformt und weist eine mittig angeordnete und im Querschnitt von der Kreisform abweichende Öffnung auf, in die ein korrespondierender unrunder Abschnitt der Koppelstange im montierten Zustand zur Ausbildung einer Verdrehsicherung aufgenommen ist, wodurch einerseits ein Formschluss in Umfangsrichtung und andererseits eine hinreichende Zentrierung zwischen Gleitlagerbuchse und Koppelstange erreicht wird. Das Wort„zylindrisch" ist im mathematischen Sinn zu verstehen und bezeichnet eine Form mit zwei kongruenten Grundflächen, die über eine Mantelfläche miteinander verbunden sind. Der Begriff„unrund" bedeutet bei dieser Definition, dass die Grund- flächen keine Kreise sind. Die Öffnung beziehungsweise die Koppelstange im Eingriffsbereich mit der Gleitlagerbuchse kann als regelmäßiges oder unregelmäßiges Vieleck bzw. als Polygon oder als Polygonprofile ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Gleitlagerbuchse von einer ersten Stirnseite ausgehende, in die Mantelfläche ragende und sich parallel zur Längsrichtung erstreckende Einschnitte aufweist, mittels welchen das

Ausdehnungsverhalten der Gleitlagerbuchse beeinflusst werden kann. Es können bevorzugt auf der Außenseite in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Federarme vorgesehen sein, die im eingebauten Zustand der Gleitlagerbuchse an dem Lenkgetriebegehäuse anliegen und eine

Schwingungsdämpfung ermöglichen und der axialen Sicherung der

Gleitlagerbuchse. Vorzugsweise sind mindestens zwei Federarme vorgesehen, besonders bevorzugt sind drei Federarme vorgesehen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Federarme zwischen oder in Ausnehmungen der Gleitlagerbuchse auf der Außenseite angeordnet sind und sich parallel zur Längsrichtung erstrecken und, radial gesehen, im Bereich der kreisförmigen Einhüllenden, auch als Hüllkreis bezeichnet, der Gleitlagerbuchse liegen. Vorzugsweise weisen die Federarme an ihren freien Enden Vorsprünge auf, die nach außen aus der Einhüllenden hervorragen und somit im eingebauten Zustand mit ihrer

Außenseite vollflächig am Lenkgetriebegehäuse anliegen. In einer vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich die Federarme in etwa von der Mitte der Mantelhöhe der Gleitlagerbuchse bis zu einem zweiten Ende der Gleitlager- buchse, wobei das zweite Ende entlang der Längsachse auf einer

gegenüberliegenden Seite von der einem ersten Ende zugewiesen ersten Stirnseite liegt.

Vorzugsweise ist ein Sitz in dem Lenkgetriebegehäuse für die Gleitlagerbuchse im Querschnitt im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist sich in Längsrichtung erstreckende Nuten auf, in die auf der Außenseite der

Gleitlagerbuchse befindliche korrespondierende Stege zur Ausbildung der Verdrehsicherung eingreifen.

Weiterhin ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem für ein Kraftfahrzeug umfassend :

- ein auf die gelenkten Räder wirkendes Lenkgetriebe,

- eine Ansteuereinheit,

- einen Feedback-Aktuator, der über ein Lenkeingabemittel von einem Fahrer mit einem Fahrerwunsch für einen Lenkwinkel beaufschlagt werden kann und ein Feedback-Signal an das Lenkeingabemittel als Reaktion auf den Fahrerwunsch und einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ausgibt,

- eine Einrichtung zur Signalübertragung, die den Fahrerwunsch an die

Ansteuereinheit übermittelt, vorgesehen, wobei die Ansteuereinheit das Lenkgetriebe ansteuert, um den Fahrerwunsch in eine Auslenkung der gelenkten Räder zu transformieren und wobei das Lenkgetriebe, wie zuvor beschrieben, ausgebildet ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Koppelstange zur Lenkung der Räder des Kraftfahrzeuges mit Spurstangen verbunden ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es

zeigen :

Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Steer-by-Wire-Lenksystems,

Figur 2: einen Längsschnitt durch ein Lenkgetriebe mit Kugelgewindetrieb und Koppelstange,

Figur 3: eine Draufsicht auf ein Ende der Koppelstange,

Figur 4: eine räumliche Ansicht der Koppelstange,

Figur 5A,B,C: drei Darstellungen einer Gleitlagerbuchse der Koppelstange,

Figur 6: einen Querschnitt durch die Gleitlagerbuchse und die

Koppelstange gemäß einer weiteren Ausführungsform, sowie

Figur 6A: eine Detailansicht der Figur 6.

In der Figur 1 ist ein Steer-by-Wire-Lenksystem 1 gezeigt. An einer Lenkwelle 2 ist ein nicht dargestellter Drehwinkelsensor angebracht, welcher das durch Drehen eines Lenkeingabemittels 3, welches im Beispiel als Lenkrad

ausgebildet ist, aufgebrachten Fahrerlenkwinkel erfasst. Es kann aber zusätzlich auch ein Lenkmoment erfasst werden. Als Lenkeingabemittel kann ein Joy-Stick dienen. Des Weiteren ist an der Lenkwelle 2 ein Feedback- Aktuator 4 angebracht, welcher dazu dient, die Rückwirkungen von der Fahrbahn 60 auf das Lenkrad 3 zu simulieren und somit dem Fahrer eine Rückmeldung über das Lenk- und Fahrverhalten des Fahrzeugs zu geben. Der Fahrerlenkwunsch wird über den vom Drehwinkelsensor gemessenen

Drehwinkel der Lenkwelle 2 an eine nicht dargestellte Feedback-Aktuator- Monitoreinheit übertragen. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit überträgt den Fahrerlenkwunsch an eine Ansteuereinheit. Die Feedback-Aktuator- Monitoreinheit übernimmt bevorzugt auch die Ansteuerung des Feedback- Aktuators 4. Die Feedback-Aktuator-Monitoreinheit kann auch integral mit der Ansteuereinheit ausgebildet sein. Die Ansteuereinheit steuert in Abhängigkeit von dem Signal des Drehwinkelsensors sowie weiteren Eingangsgrößen einen elektrischen Lenkaktuator 5 an, welcher die Stellung der gelenkten Räder 6 steuert. Der Lenkaktuator 5 ist Teil eines Lenkgetriebes 7 aufweisend eine in einem Lenkgetriebegehäuse 8 verschieblich gelagerte Koppelstange. Die Koppelstange wirkt über Spurstangen 9 und anderen Bauteilen mittelbar auf die gelenkten Räder 6.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe 7 mit einem antreibbaren Kugelgewindetrieb 10. Eine Kugelmutter 11 ist koaxial zur Längsachse 100 des Lenkgetriebes 7 angeordnet und wird von einer auf einer Koppelstange 16 ausgebildeten Kugelgewindespindel 12 koaxial zur Längsachse 100 durchsetzt. Ein Drehmoment kann von der Kugelmutter 11 über Kugeln 13 zur Kugelgewindespindel 12 übertragen werden. Die Kugel- mutter 11 ist mittels zweier Kugellager 14 in dem Lenkgetriebegehäuse 8 drehbar gelagert. Eine Drehbewegung der Kugelmutter 11 wird in eine translatorische Bewegung der Kugelgewindespindel 12 entlang der Längsachse 100 überführt. Figur 3 zeigt das Lenkgetriebe 7 in Draufsicht auf das kugelgewindeferne Ende der Koppelstange 16. In diesem Bereich weist die Koppelstange 16 im Querschnitt ein unrundes Profil auf.

Wie in Figur 4 dargestellt, ist auf einem ersten Endbereich 15 der Koppel- stange 16 die Kugelgewindespindel 12 ausgebildet. Die Koppelstange 16 ist ein einem, dem ersten Endbereich entlang der Längsachse 100 gegenüber- liegenden zweiten Endbereich 18 mittels einer Gleitlagerbuchse 19 in dem nicht dargestellten Lenkgetriebegehäuse verschieblich gelagert. In dem zweiten Endbereich 18 weist die Koppelstange 16 im Querschnitt ein unrundes Profil auf, das im Zusammenspiel mit der Gleitlagerbuchse 19 eine

Verdrehsicherung ausbildet. Insbesondere ist dabei die Außenumfangsfläche der Koppelstange im Endbereich 18 unrund und stellt ein Fünfeck dar beziehungsweise die dazu korrespondierende Innenfläche der Gleitlagerbuchse 19.

Wie in den Figuren 5A bis 5C dargestellt, ist die Gleitlagerbuchse 19 im

Wesentlichen zylinderartig ausgeformt. Sie weist eine mittige im Querschnitt von der Kreisform abweichende Öffnung 20 auf, in die der korrespondierende unrunde Abschnitt der Koppelstange 16 im montierten Zustand zur Ausbildung einer Verdrehsicherung aufgenommen ist. Die Geometrie der Schnittstellen Koppelstange- Gleitlagerbuchse (Gleitfläche) und Gleitlagerbuchse - Lenkgetriebegehäuse ist so ausgeführt, dass das Drehmoment von der

Koppelstange auf das Lenkgetriebegehäuse übertragen werden kann und ein definiertes Verdrehspiel sowie eine definierte Verdrehsteifigkeit eingestellt werden können. Die Gleitlagerbuchse 19 weist von einer ersten Stirnseite 21 ausgehende, in die Mantelfläche ragende und sich parallel zur Längsrichtung 100 erstreckende Einschnitte 22 auf, mittels denen das Ausdehnungsverhalten der Gleitlagerbuchse 19 beeinflusst werden kann. Zudem sind auf der

Außenseite der Gleitlagerbuchse 19 in Umfangsrichtung gleichmäßig

beabstandete Federarme 23 vorgesehen, die im eingebauten Zustand an dem Lenkgetriebegehäuse 8 anliegen und eine Schwingungsdämpfung ermöglichen. Die Federarme 23 sind zwischen Ausnehmungen 24 der Gleitlagerbuchse 24 auf der Außenseite angeordnet. Die Federarme 23 erstrecken sich dabei parallel zur Längsrichtung 100 und liegen radial gesehen im Bereich der kreisförmigen Einhüllenden 290 der Gleitlagerbuchse 19. An ihren freien Enden haben die Federarme 23 Vorsprünge 25 die aus der Einhüllenden 290 hervorragen und somit im eingebauten Zustand mit ihrer Außenseite 26 vollflächig am Lenkgetriebegehäuse 8 anliegen. Die Federarme 23 erstrecken sich in etwa von der Mitte der Mantelhöhe der Gleitlagerbuchse bis zu einem zweiten Ende der Gleitlagerbuchse 26, wobei das zweite Ende 30 entlang der Längsachse auf einer gegenüberliegenden Seite von der einem ersten Ende zugewiesen ersten Stirnseite 21 liegt. Wie in Figur 4 dargestellt, ist im eingebauten Zustand das zweite Ende 30 zum Kugelgewindetrieb zeigend orientiert.

Die Figuren 6 und 6A zeigen die in dem Lenkgetriebegehäuse 8 eingebaute Gleitlagerbuchse 19 und die von der Gleitlagerbuchse 19 umschlossene Koppelstange 16 entsprechend einer weiteren Ausführungsform. Die

Gleitlagerbuchse 19 ist formschlüssig mit dem Lenkgetriebegehäuse 8 verbunden. Der Sitz 27 in dem Lenkgetriebegehäuse 8 ist im Wesentlichen im Querschnitt zylindrisch ausgebildet und weist sich in Längsrichtung 100 erstreckende Nuten 28 auf, in die auf der Außenseite der Gleitlagerbuchse 19 befindliche korrespondierende Stege 29 zur Ausbildung der Verdrehsicherung eingreifen. Die Stege 29 sind über den Umfang gleichmäßig beabstandet. Das Ausführungsbeispiel zeigt drei Stege 29. Die Stege 29 erstrecken sich, wie die Federarme nur über einen Teil der Mantelhöhe der Gleitlagerbuchse 19 (siehe Figuren 5A-5C), bevorzugt in etwa über die Hälfte. Sie sind demselben Ende 26 wie die Federarme 23 zugewiesen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Koppelstange 16 eine Dreiecksform auf. Die Erfindung ist nicht auf diese Form der Koppelstange beschränkt. Es sind auch andere Formen denkbar, die ebenfalls eine unrunde Geometrie haben und zur Gleitlagerung und Verdrehsicherung geeignet sind.

Die Koppelstange 16 und das Lenkgetriebegehäuse 8 sind aus unterschied- lichen Materialien gebildet. Die Koppelstange 16 ist insbesondere aus Stahl und das Lenkgetriebegehäuse 8 aus Aluminium gefertigt. Die beiden

Komponenten weisen daher unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Die Gleitlagerbuchse 19 ist dazu eingerichtet, das Spiel d zwischen der Koppelstange 16 und dem Lenkgetriebegehäuse 8 über einen Betriebs- temperaturbereich T _min bis T _max innerhalb definierter Grenzwerte 5 _min ± E _max einzustellen. Die Gleitlagerbuchse 19 kompensiert somit die Wärmeaus- dehnungen der Koppelstange 16 und der Gleitlagerbuchse 19. Die Gleitlager- buchse 19 wird bevorzugt aus einem Werkstoff gebildet, der eine größere Wärmeausdehnung als Aluminium und Stahl besitzt. Insbesondere ist die Gleitlagerbuchse 19 bevorzugt aus einem Kunststoff, POM, PA, PEEK, PTFE oder mit einer Kunststoffbeschichtung, besonders bevorzugt aus PA66GF30 (Polyamid 66 mit Glasfaserverstärkung mit 30% Volumenanteil) gebildet.

Verursacht zum Beispiel die Wärmeausdehnung der Koppelstange 16 über den gesamten Temperaturbereich eine Änderung des Spielwerts Ddΐ und die Wärmeausdehnung des Lenkgetriebegehäuses 8 eine Änderung Dd3, so muss die Gleitlagerbuchse eine Spieländerung Dd = -Dd1-Dd3 bewirken, um eine Kompensation innerhalb der genannten Grenzen zu erreichen.

Figur 6A zeigt den zweidimensionalen Fall bei dem die Wärmeausdehnung nur von den Radien, den Wandstärken in Radialrichtung und den Wärmeaus- dehnungskoeffizienten der drei Komponenten Koppelstange 16, Gleitlager- buchse 19 und Lenkgetriebegehäuse 8 abhängt. In diesem Fall (und mit vereinfachter rotationssymmetrischer Geometrie) beträgt die von der

Gleitlagerbuchse zu kompensierende Spieländerung AS über ein

Temperaturintervall AT :

« _j Wärmeausdehnungskoeffizient der Koppelstange 16, a ₂ Wärmeausdehnungskoeffizient der Gleitlagerbuchse 19, a ₃ Wärmeausdehnungskoeffizient des Lenkgetriebegehäuses 8,

R ₁ Außenradius der Koppelstange 16,

R ₃ Innenradius des Lenkgetriebegehäuses 8 im Bereich der Nuten 28 bezogen auf die Mitte der Gehäusewanddicke, t ₂ Wandstärke der Gleitlagerbuchse 19 in Radialrichtung in einem Bereich außerhalb der Stege 29, sowie t ₃ Wandstärke des Lenkgetriebegehäuses 8 in Radialrichtung in einem Bereich außerhalb der Nuten 28.

Aus der Formel ergibt sich die optimale Dimensionierung der Gleitlagerbuchse hinsichtlich Wärmeausdehnungskoeffizient a ₂ und Wandstärke t ₂ .

Im realen Fall wird die Wärmeausdehnung der Gleitlagerbuchse 19 zusätzlich durch die Randbedingungen der dreidimensionalen Geometrie wie die

Lenkgetriebegehäuseanbindung und insbesondere die Anzahl, Länge und Breite der Ausschnitte/Schlitze der Gleitlagerbuchse beeinflusst, sodass der optimale Wärmeausdehnungskoeffizient und die optimale Geometrie der Buchse numerisch zu bestimmen sind.

Für einen gegebenen Bereich geometrischer Parameter (Radien, Wandstärken) ergibt sich somit ein Wertebereich für den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Gleitlagerbuchse a ₂ (Längenausdehnungskoeffizient) von

2 - io ⁵ r ¹ bis 5 · io ^A k ^{~ i} .