DE102004009522A1

DE102004009522A1 - Überlagerungslenkung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004009522A1
Application number: DE102004009522A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Rohlfs
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-02-28
Also published as: DE102004009522B4

Abstract

Eine Überlagerungslenkung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein zwischen einem Lenkrad und einem Lenkgetriebe eingegliedertes Umlaufgetriebe (6) sowie einen an dem Umlaufgetriebe (6) angreifenden Hilfsantrieb (7), mit dem einem fahrerseitig eingebrachten Lenkwinkel ein weiterer Lenkwinkel überlagerbar ist. Zudem ist eine Sperreinrichtung (20) vorgesehen, die das Umlaufgetriebe (6) zwischen dessen lenkradseitigem Eingang und dessen lenkgetriebeseitigem Ausgang blockiert, so dass dieses ein Lenkmoment als starre Einheit überträgt. In der blockierten Stellung ist mittels des Hilfsantriebs (7) über das Umlaufgetriebe ein Moment zur Unterstützung der Lenkung einbringbar. Durch die Sperreinrichtung (20) wird die Funktionalität einer konventionellen Überlagerungslenkung erhöht. Insbesondere lässt sich hierdurch bei einer Überlagerungslenkung gleichzeitig die Funktionalität einer elektromechanischen Lenkung darstellen. Dies schafft Raum für unterschiedliche Anwendungen wie Assistenzsysteme, bei denen ein Zusatzwinkel allein nicht ausreichend ist, sondern vielmehr ein hohes Zusatzlenkmoment benötigt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlagerungslenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein zwischen einem Lenkrad und einem Lenkgetriebe eingegliedertes Umlaufgetriebe sowie einen an dem Umlaufgetriebe angreifenden Hilfsantrieb, mit dem einem fahrerseitig eingebrachten Lenkwinkel ein weiterer Lenkwinkel überlagerbar ist.

Eine derartige Überlagerungslenkung ist beispielsweise aus der WO 03/099630 A1 bekannt. Im Unterschied zu klassischen Lenksystemen mit Servounterstützung und herkömmlichen elektromechanischen Lenkungen weisen Überlagerungslenkungen durch das zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe eingekoppelte Umlaufgetriebe einen zusätzlichen Freiheitsgrad auf. Dadurch lässt sich mit dem Hilfsantrieb der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel durch einen Zusatzlenkwinkel beeinflussen.

Bei der aus der WO 03/099630 A1 bekannten Überlagerungslenkung weist das Umlaufgetriebe bzw. Planetengetriebe zwei Sonnenräder and der Eingangs- und Ausgangsseite sowie drei Doppelplanetenräder auf, die an einem Träger oder Käfig gelagert sind. Die Übersetzung der Fahrzeuglenkung setzt sich aus den Übersetzungen des Umlaufgetriebes und des Lenkgetriebes zusammen. Um die Übersetzung der Lenkung zu verändern, wird ein Bauteil des Umlaufgetriebes, nämlich der Träger über einen Elektromotor zusätzlich angetrieben. Die Anbindung des Elektromotors an das Umlaufgetriebe erfolgt mit einem selbsthemmenden Getriebe, z.B. einem Schnecken- oder Schraubgetriebe oder einem nicht-selbsthemmenden Getriebe, wie beispielsweise einem Zugmittel- oder Zahnradgetriebe.

Über die Ansteuerung des Elektromotors lässt sich das Lenkverhalten eines Kraftfahrzeugs beeinflussen. Dies wird beispielsweise in der EP 1 253 062 A2 beschrieben.

In Betriebszuständen, in denen der Elektromotor ausgeschaltet ist, wird durch Fixierung des Trägers gegenüber dem Fahrzeugaufbau die Standübersetzung des Umlaufgetriebes realisiert. Dadurch wird sichergestellt, dass das Fahrzeug auch bei einem Stromausfall am Elektromotor lenkbar bleibt.

Die Erfindung geht von einer Überlagerungslenkung der eingangs genannten Art aus und zielt darauf ab, diese im Hinblick auf die Implementierung von Querassistenzsystemen wie z.B. einer Einparkassistenz zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Überlagerungslenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Überlagerungslenkung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, die das Umlaufgetriebe zwischen dessen lenkradseitigem Eingang und dessen lenkgetriebeseitigem Ausgang blockiert, so dass dieses ein Lenkmoment als starre Einheit überträgt, und dass in der blockierten Stellung mittels des Hilfsantriebs über das Umlaufgetriebe ein Moment zur Unterstützung der Lenkung einbringbar ist.

Auf diese Weise kann der bei einer Überlagerungslenkung vorhandene Hilfsantrieb wie bei einer herkömmlichen elektromechanischen Lenkung eingesetzt werden, um ein zusätzliches Lenkmoment aufzubringen, ohne dass sich dies auf den vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel auswirkt. Durch die Blockierung des Umlaufgetriebes wirkt dieses zwischen seinem Eingang und seinem Ausgang als starrer Körper.

Damit lassen sich insbesondere bei schweren Fahrzeugen, bei denen aufgrund des Leistungsbedarfs keine elektromechanische Lenkung vorgesehen werden kann, dennoch Funktionalitäten wie Querassistenzsysteme realisieren, für die eine Leistungseinkopplung des Hilfsantriebs über das Umlaufgetriebe im Verbund mit einem Zusatzlenkwinkel nicht ausreichend wäre.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Gemäß einer ersten, vorteilhaften Ausgestaltung wird das Umlaufgetriebe mit einem eingangsseitigen Rad und einem ausgangseitigen Rad ausgeführt, die über eine an einem Träger gelagerte Planetenradstufe miteinander gekoppelt sind. In diesem Fall greift der Hilfsantrieb an dem Träger des Umlaufgetriebes an. Die Getrieberäder können wie im obengenannten Stand der Technik WO 03/099630 A1 konfiguriert sein. Jedoch ist die Erfindung nicht auf ein derartig konfiguriertes Umlauf- bzw. Differenzialgetriebe beschränkt. Vielmehr können auch andere Getriebetypen zum Einsatz kommen, deren Laufgrad 2 beträgt.

Das Blockieren des Getriebes kann in beliebiger Art und Weise erfolgen, solange eine Drehmomentübertragung vom Lenkrad zum Lenkgetriebe gewährleistet bleibt. Dies lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass die Sperreinrichtung mindestens ein Getrieberad des Umlaufgetriebes gegenüber dem Träger festlegt.

In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung kann die Sperreinrichtung eine Kupplung und/oder eine Sperrklinke umfassen, mit der die Planetenradstufe gegenüber dem Träger arretierbar ist.

Dazu kann die Sperrklinke so ausgeführt werden, dass diese bei einer Betätigung radial mit einem Planetenrad in Eingriff gelangt.

Es ist jedoch auch möglich, eine Kupplung bzw. Bremse vorzusehen, mit der eine Planetenradwelle an dem Träger arretiert wird.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Sperreinrichtung auch eine an der Eingangsseite des Umlaufgetriebes angeordnete Kupplung umfassen, mit der sich eine Eingangswelle gegenüber dem Umlaufgetriebe, insbesondere dem Träger oder dem Ausgangsrad, bremsen oder festlegen lässt.

Eine entsprechende Kupplung kann auch an der Ausgangsseite des Umlaufgetriebes angeordnete werden, um eine Ausgangswelle gegenüber dem Umlaufgetriebe, insbesondere dem Träger oder dem Eingangsrad, zu arretieren.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Träger als ein die Getrieberäder umgebendes Gehäuse ausgebildet, in das die Sperreinrichtung, insbesondere eine Sperrklinke oder Kupplung, integriert ist.

Um die Lenkbarkeit des Fahrzeugs auch bei einem Ausfall des Hilfsantriebs oder der Sperreinrichtung zu gewährleisten, wird vorgesehen, dass die Sperreinrichtung im stromlosen Zustand offen ist. Hierdurch steht in einem solchen Fall die Standübersetzungen des Umlaufgetriebes zur Verfügung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Schnittansicht eines Umlaufgetriebes mit einem Hilfsantrieb einer Überlagerungslenkung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Schnittansicht eines Umlaufgetriebes und Hilfsantriebs einer Überlagerungslenkung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Schnittansicht eines Umlaufgetriebes und Hilfsantriebs einer Überlagerungslenkung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und in
4 eine schematische Darstellung einer Überlagerungslenkung nach der Erfindung.
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Überlagerungslenkung für ein Personenkraftfahrzeug, wie sie in 4 schematisch dargestellt ist. Diese umfasst Lenkrad 1, das mit einem Lenkgetriebe 2 über eine Lenksäule 3 verbunden ist. Ein vom Fahrer am Lenkrad 1 eingebrachter Lenkbefehl wird über die Lenksäule 3 und das Lenkgetriebe 2, das hier beispielhaft als Zahnstangenlenkung ausgeführt ist, über Spurstangen 4 an die Fahrzeugräder 5 übertragen.
Weiterhin ist in die Lenksäule 3 ein Umlaufgetriebe 6 eingegliedert, das den fahrerseitig eingebrachten Lenkbefehl überträgt. An dem Umlaufgetriebe 6 greift ein Hilfsantrieb 7 an, mit dem dem fahrerseitig eingebrachten Lenkwinkel unter Maßgabe einer nicht näher dargestellten Ansteuerung ein weiterer Lenkwinkel überlagert werden kann. Das zugehörige Moment wird entsprechend der Übersetzung des Umlaufgetriebes 6 vom Fahrer am Lenkrad 1 abgestützt.
Das Umlaufgetriebe 6 sowie der Hilfsantrieb 7 sind in den 1 bis 3 in unterschiedlichen Ausgestaltungen näher dargestellt. In jedem Fall ist eine Sperreinrichtung vorgesehen, die das Umlaufgetriebe 6 zwischen dessen lenkradseitigen Eingang und dessen lenkgetriebeseitigen Ausgang blockiert. Im derart blockierten Zustand bildet das Umlaufgetriebe 6 eine starre Einheit, die ein Lenkmoment vom Lenkrad 1 zum Lenkgetriebe 2 direkt überträgt. Mittels des Hilfsantriebs 7 kann hierbei über das Umlaufgetriebe 6 zusätzlich ein Moment zur Unterstützung des Fahrers eingebracht werden. Damit lässt sich in diesem Zustand das Verhalten einer klassischen elektromechanischen Lenkung realisieren, die das Überlagern eines zusätzlichen Hilfslenkmoments erlaubt. Hierdurch werden am Fahrzeug Querassistenzsysteme wie z.B. eine Einparkassistenz darstellbar.
Vorzugsweise ist die Sperreinrichtung so gestaltet, dass diese im stromlosen Zustand offen ist. Dies gewährleistet, dass bei einem Ausfall derselben oder des Hilfsantriebs 7 das Umlaufgetriebe 6 mit seiner vorgesehenen Übersetzung arbeitet, so dass sich für den Fahrer kein überraschendes Lenkverhalten oder gar eine vollständige Blockierung der Lenkung einstellt.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, in dem die in vom Lenkrad 1 in das Umlaufgetriebe 6 führende Eingangswelle mit dem Bezugszeichen 8 und die von dem Umlaufgetriebe 6 zu dem Lenkgetriebe 2 führende Ausgangswelle mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet ist.
Das Umlaufgetriebe 6 umfasst ein mit der Eingangswelle 8 verbundenes Eingangrad 10 sowie ein mit der Ausgangswelle 9 verbundenes Ausgangsrad 11. Diese beiden Sonnenräder 10 und 11 sind über eine Planetenstufe 12 mit einander gekoppelt. Dabei kämmt ein erstes Planetenrad 13 mit dem Eingangsrad 10 und ein zweites Planetenrad 14 mit dem Ausgangsrad 9. Beide Planetenräder 13 und 14 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 15. Diese Welle 15 ist wiederum an einem Träger 16 drehbar gelagert.
Der Träger 16 ist hier gleichzeitig als Gehäuse ausgeführt, das die Getrieberäder 10, 11, 13 und 14 umgibt. Solange der Träger 16 gegenüber dem Fahrzeugaufbau feststeht, stellt sich zwischen der Eingangswelle 8 und der Ausgangswelle 9 die Standübersetzung des Umlaufgetriebes 6 ein.
Im Betrieb der Überlagerungslenkung wird jedoch im Zusammenhang mit einem Lenkbefehl des Fahrers und/oder eines automatischen Lenkeingriffs mittels des Hilfsantriebs 7 der Träger 16 gegenüber dem Fahrzeugaufbau verdreht, d. h. ein zusätzlicher Lenkwinkel in den Träger 16 eingebracht und damit dem vom Fahrer aufgebrachten Lenkwinkel überlagert. Aufgrund der Kinematik des Umlaufgetriebes 6 werden diese Lenkwinkel summiert.
Der Hilfsantrieb 7 kann beispielsweise wie in der WO 03/099630 A1 ausgebildet werden. Im vorliegenden Falle ist beispielhaft ein Elektromotor 17 mit einem Schneckengetriebe 18 dargestellt, wobei letzteres mit einer Außenverzahnung 19 an dem Träger 16 kämmt.
Zur Bewerkstelligung der Blockierung des Umlaufgetriebes 6 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel als Sperreinrichtung eine Sperrklinke 20 vorgesehen, mit der sich eines der Planetenräder 13 bzw. 14 gegenüber dem Träger 16 arretieren lässt. Wie 1 beispielhaft zeigt, ist die Sperrklinke 20 an dem Träger 16 gelagert und durch eine nicht näher dargestellte Betätigungseinrichtung radial verschiebbar, so dass die Sperrklinke 20 in Eingriff mit den Zähnen eines Planetenrads 13 bzw. 14 gebracht werden kann. Wird so ein Laufgrad des Umlaufgetriebes 6 aufgehoben, so sind die Eingangswelle 8 und die Ausgangswelle 9 mechanisch kurzgeschlossen. Mit dem Hilfsantrieb 7 ist in diesem Fall eine Lenkmomentunterstützung möglich. Das Überlagerungsprinzip ist hierbei ausgeschaltet. Vielmehr arbeitet die Lenkung in diesem Fall in einem Modus, der einer elektromechnischen Lenkung entspricht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel zur Bewerkstelligung der Blockierung des Umlaufgetriebes 6 ist in 2 gezeigt. Das in 2 dargestellte Getriebe entspricht in bezug auf die Überlagerungsfunktion dem Umlaufgetriebe 6 nach 1. Anstelle einer Arretierung der Planetenträger 13 und 14 mittels einer Sperrklinke 20 wird nunmehr die Planetenradwelle 15 mittels einer Kupplung 21 gebremst oder auch vollständig gesperrt. Die Kupplung 21 ist dabei in das von dem Träger 16 gebildete Gehäuse integriert.
Prinzipiell kann die Blockierung des Umlaufgetriebes 6 jedoch durch Arretierung eines beliebigen Getrieberads 10, 11, 13, 14 gegenüber dem Träger 16, oder, noch allgemeiner ausgedrückt, durch eine Verringerung des Laufgrades des Getriebes erfolgen, wobei die aus Getriebe 6 sowie Eingangs- und Ausgangswelle 8 und 9 gebildete Einheit gegenüber dem Fahrzeugaufbau drehbar bleibt.
Eine weitere Möglichkeit zum Blockieren des Umlaufgetriebes 6 ist in 3 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen lediglich durch die Sperreinrichtung.
Letztere umfasst bei dem dritten Ausführungsbeispiel eine an der Eingangsseite des Umlaufgetriebes 6 angeordnete Kupplung 22, mit der die Eingangswelle 8 gegenüber dem Umlaufgetriebe 6, d. h. hier dem Träger 16 arretierbar ist. Alternativ oder ergänzend kann in gleicher Art und Weise auch die Ausgangswelle 9 gegenüber dem Träger 16 mittels einer Kupplung 23 arretiert werden.
Die Kupplungen 22 bzw. 23 lassen sich auch mit Sperreinrichtungen nach den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen kombinieren.
In sämtlichen Fällen wird mittels der Sperreinrichtung die Funktionalität einer konventionellen Überlagerungslenkung erhöht. Insbesondere lässt sich hierdurch bei einer Überlagerungslenkung gleichzeitig die Funktionalität einer elektromechanischen Lenkung darstellen. Dies schafft Raum für unterschiedliche Anwendungen wie Assistenzsysteme, bei denen ein Zusatzwinkel allein nicht ausreichend ist, sondern vielmehr ein hohes Zusatzlenkmoment benötigt wird.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst vielmehr alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Lenkrad
2: Lenkgetriebe
3: Lenksäule
4: Spurstange
5: Rad
6: Umlaufgetriebe
7: Hilfsantrieb
8: Eingangswelle
9: Ausgangwelle
10: Eingangsrad
11: Ausgangsrad
12: Planetenstufe
13: Planetenrad
14: Planetenrad
15: Planetenradwelle
16: Träger
17: Elektromotor
18: Schnecke
19: Außenverzahnung
20: Sperrklinke
21: Kupplung
22: Kupplung
23: Kupplung

Claims

Überlagerungslenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein zwischen einem Lenkrad und einem Lenkgetriebe eingegliedertes Umlaufgetriebe (6) sowie einen an dem Umlaufgetriebe (6) angreifenden Hilfsantrieb (7), mit dem einem fahrerseitig eingebrachten Lenkwinkel ein weiterer Lenkwinkel überlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, die das Umlaufgetriebe (6) zwischen dessen lenkradseitigem Eingang und dessen lenkgetriebeseitigem Ausgang blockiert, so dass dieses ein Lenkmoment als starre Einheit überträgt, und dass in der blockierten Stellung mittels des Hilfsantriebs (7) über das Umlaufgetriebe ein Moment zur Unterstützung der Lenkung einbringbar ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgetriebe (6) ein eingangsseitiges Rad (10) und ein ausgangsseitiges Rad (11) aufweist, die über eine an einem Träger (16) gelagerte Planetenradstufe (12) miteinander gekoppelt sind, und dass der Hilfsantrieb (7) an dem Träger (16) angreift.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung mindestens ein Getrieberad (10, 11, 13, 14) des Umlaufgetriebes (6) gegenüber dem Träger (16) festlegt.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung eine Kupplung (21) und/oder eine Sperrklinke (20) umfasst, mit der die Planetenradstufe (12) gegenüber dem Träger (16) arretierbar ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklinke (20) radial mit einem Planetenrad (13, 14) in Eingriff bringbar ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (21) vorgesehen ist, mit der eine Planetenradwelle (15) an dem Träger (16) arretierbar ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung eine an der Eingangsseite des Umlaufgetriebes (6) angeordnete Kupplung (22) umfasst, mit der eine Eingangswelle (8) gegenüber dem Umlaufgetriebe (6), insbesondere dem Träger (16) oder dem Ausgangsrad (11), arretierbar ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 2, 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung eine an der Ausgangsseite des Umlaufgetriebes (6) angeordnete Kupplung (23) umfasst, mit der eine Ausgangswelle (9) gegenüber dem Umlaufgetriebe (6), insbesondere dem Träger (16) oder dem Eingangsrad (10), arretierbar ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (16) als ein die Getrieberäder (10, 11, 13, 14) umgebendes Gehäuse ausgebildet ist, in das die Sperreinrichtung, insbesondere eine Sperrklinke (20) oder Kupplung (21, 22, 23), integriert ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung im stromlosen Zustand offen ist.