DE102004059461A1

DE102004059461A1 - Lenkung

Info

Publication number: DE102004059461A1
Application number: DE102004059461A
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Wolfgang Dr. Reuter
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-14
Also published as: EP1819574A1; JP2008522890A; US20080023257A1; CN101065285A; ATE399696T1; WO2006061298A1; DE502005004593D1; EP1819574B1; ES2309811T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (10) zur Lenkkraftunterstützung und einer Lenksäule (11). Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lenkraftunterstützung überträgt der Elektromotor zusammen mit einem Getriebe ein Drehmoment auf die Lenksäule, wobei der Elektromotor senkrecht zur Lenksäule angeordnet ist. Diese Anordnung erfordert relativ viel Bauraum. Die Erfindung hat die Aufgabe zukünftig Bauraum einzusparen. Deshalb sind die Lenksäule (11) und der Elektromotor (10) erfindungsgemäß parallel oder koaxial zueinander angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor zur Lenkkraftunterstützung und einer Lenksäule.

Wie allgemein aus dem Stand der Technik bekannt ist, überträgt bei einer in der Lenksäule integrierten Servoeinheit ein Elektromotor eine Unterstützungskraft mittels eines Getriebes auf die Lenksäule. Durch die Getriebeuntersetzung wird das vom Elektromotor auf die Lenksäule wirkende Drehmoment vergrößert, sodass die gewünschte Unterstützungskraft auf die Zahnstange übertragen wird. Bei einer so genannten Elektrolenkung werden fast ausschließlich Schneckengetriebe verwendet, mit denen eine Untersetzung von ungefähr 1:16 bis 1:30 möglich ist. Schneckengetriebe haben jedoch den großen Nachteil, dass sie relativ teuer, über das Fahrzeugleben nicht spielfrei sind, und einen schlechten Wirkungsgrad aufweisen. Außerdem benötigen sie relativ viel Bauraum, weil der Elektromotor rechtwinklig zur Lenksäule angeordnet ist.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Lenkung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der erforderliche Bauraum deutlich reduziert werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Lenkung der eingangs genannten Art, bei der erfindungsgemäß die Lenksäule und der Elektromotor parallel oder koaxial zueinander angeord net sind. Durch diese Anordnung kann zukünftig deutlich an Bauraum eingespart werden. Außerdem ist durch diese Anordnung die Gefahr reduziert, dass bei einem Unfall der Elektromotor in den Fahrgastinnenraum geschoben wird. Somit trägt die erfindungsgemäße Anordnung auch zum Schutz der Fahrzeuginsassen bei einem Unfall bei.

Eine Motorwelle des Elektromotors und die Lenksäule können durch mindestens einen Riemen, insbesondere durch mindestens einen Zahnriemen, miteinander verbunden sein. Durch die Verwendung von einem oder mehreren Riemen kann zukünftig das relativ teure und platzraubende Schneckengetriebe entfallen. in Riemengetriebe haben im Vergleich zu Schneckengetrieben einen günstigeren Wirkungsgrad. Die Verwendung von Riemen spart somit Kosten und Einbauraum. Außerdem trägt die Verwendung von Riemen auch zum Schutz der Fahrzeuginsassen bei einem Unfall bei, da das Schneckengetriebe bei einem Unfall nicht mehr in den Fahrzeuginnenraum gedrückt werden kann. Die Verwendung von Zahnriemen ermöglicht eine sichere Drehmomentenübertragung. Außerdem sind Zahnriemen über das gesamte Fahrzeugleben spiel- und geräuschfrei.

Um auch bei Verwendung von Riemen ein möglichst hohes Untersetzungsverhältnis zu realisieren, kann zwischen der Motorwelle und der Lenksäule mindestens eine weitere Welle parallel angeordnet sein, wobei die mindestens eine weitere Welle durch jeweils mindestens einen Riemen mit jeder zu ihr benachbarten Welle verbunden ist. Auf diese Weise kann ein mehrstufiges Riemengetriebe verwirklicht werden.

Bei einem mehrstufigen Riemengetriebe kann der mit dem Elektromotor verbundene Riemen ein Zahnriemen mit einem kleinen Mo dul und der mit der Lenksäule verbundene Riemen ein Zahnriemen mit einem großen Modul sein. Bei Verwendung eines Riemens mit einem kleinen Modul können geringe Drehmomente bei hohen Drehzahlen übertragen werden, wobei das Geräuschniveau niedrig ist. Wird ein Riemen mit einem großen Modul eingesetzt, so können hohe Drehmomente bei niedriger Drehzahl übertragen werden, wobei das Geräuschniveau und die Gefahr eines Überspringens von Zähnen des Zahnriemens über Zähne der Riemenscheibe niedrig ist.

Damit eine Untersetzung sichergestellt werden kann, kann eine auf der Motorwelle angeordnete Riemenscheibe einen kleineren Durchmesser aufweisen als die auf der zur Motorwelle benachbarten Welle angeordnete Riemenscheibe.

Ebenfalls, um eine Untersetzung zu erreichen, kann eine auf der Lenksäule angeordnete Riemenscheibe einen größeren Durchmesser aufweisen als die auf der zur Lenksäule benachbarten Welle angeordnete Riemenscheibe.

In einer weiteren Ausführungsform können der Elektromotor und die Lenksäule mit einem Zahnriemengetriebe miteinander verbunden sein, wobei der Zahnriemen beidseitig verzahnt ist und die beiden Seiten des Zahnriemens eine unterschiedliche Zähnezahl aufweisen. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Bauraum deutlich reduziert werden, wobei gleichzeitig extrem hohe Untersetzungen realisiert werden können.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform kann der Elektromotor eine hohle Motorwelle aufweisen, welche die Lenksäule aufnimmt. Diese Ausführungsform benötigt besonders wenig Einbauraum.

Um eine möglichst hohe Untersetzung zu erreichen, kann bei dieser Ausführungsform parallel zur Motorwelle und zur Lenksäule eine weitere Welle angeordnet sein, auf der eine große und eine kleine Riemenscheibe angeordnet ist, wobei die große Riemenscheibe mit einer kleineren Riemenscheibe auf der Motorwelle und die kleine Riemenscheibe mit einer größeren Riemenscheibe auf der Lenksäule verbunden ist.

Besonders elegant ist es, wenn ein Drehmomentsensor in einer großen auf der Lenksäule angeordneten Riemenscheibe integriert ist. Der Drehmomentsensor kann dann das zum Lenken erforderliche Drehmoment detektieren, damit der Elektromotor abhängig vom ermittelten Drehmoment die erforderliche Lenkkraftunterstützung erzeugen kann.

Zweckmäßigerweise ist die Lenksäule in einem Lenksäulengehäuse gelagert.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lenkung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine Seitenansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel;
2 eine Seitenansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel;
3 eine Draufsicht auf ein Zahnriemengetriebe mit einem beidseitig verzahnten Zahnriemen eines dritten Ausführungsbeispiels;
4. eine Schnittansicht durch das Zahnriemengetriebe aus 3;
5 eine Seitenansicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel.
1 zeigt einen Elektromotor 10, der parallel zu einer Lenksäule 11 angeordnet ist. Auf einer Motorwelle 12 ist eine kleine Riemenscheibe 13 und auf der Lenksäule 11 ist eine große Riemenscheibe 14 montiert. Die kleine Riemenscheibe 13 und die große Riemenscheibe 14 sind mit einem Zahnriemen 15 miteinander verbunden. Durch die Anordnung der kleinen Riemenscheibe 13 auf der Motorwelle 12 und der großen Riemenscheibe 14 auf der Lenksäule 11 wird eine Untersetzung der Drehzahl des Elektromotors 10 erreicht.
2 zeigt den Elektromotor 10 und die Lenksäule 11, wobei parallel zur Motorwelle 12 und der Lenksäule 11 eine weitere Welle 20 angeordnet ist. Auf der weiteren Welle 20 sind eine größere Riemenscheibe 21 und eine kleine Riemenscheibe 22 montiert. Die Riemenscheibe 13 und die größere Riemenscheibe 21 sind mit einem Zahnriemen 23 und die kleinere Riemenscheibe 22 und die Riemenscheibe 14 mit einem Zahnriemen 24 verbunden. Durch die weitere Welle 20 wird ein zweistufiges Riemengetriebe verwirklicht, wobei die Durchmesser der Riemenscheiben 13, 21, 22 und 14 so gewählt sind, dass möglichst eine große Untersetzung der Drehzahl des Elektromotors 10 erreicht wird. Selbstverständlich können außer der Welle 20 auch noch weitere Wellen vorgesehen werden, um höherstufige Riemengetriebe zu bauen, und dadurch noch größere Untersetzungen der Drehzahl des Elektromotors 10 zu erreichen.
3 zeigt ein Zahnriemengetriebe 30 mit einem auf beiden Seiten verzahnten Zahnriemen 31, der auf beiden Seiten eine unterschiedliche Zähnezahl aufweist. Mit dem Zahnriemengetriebe 30 können auf engstem Bauraum sehr hohe Untersetzungsverhältnisse erreicht werden.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Zahnrad 40 mit dem hier nicht näher gezeigten Elektromotor verbunden. Das Drehmoment des Elektromotors wird vom Zahnrad 40 auf ein Zahnrad 41 übertragen. Das Zahnrad 41 sitzt mit einer darunter angeordneten Riemenscheiben 42 auf einer gemeinsamen Welle 43, wobei das Zahnrad 41 und die Riemenscheibe 42 fest mit der Welle 43 verbunden sind. Folglich wird das Drehmoment durch die Welle 43 von dem Zahnrad 41 auf die Riemenscheibe 42 übertragen. Der Zahnriemen 31 überträgt mit seiner Innenverzahnung das Drehmoment von der Riemenscheibe 42 auf die Riemenscheiben 44, 32 und 33 (siehe 3 und 4). Der Zahnriemen 31 umschlingt mit seiner Außenverzahnung eine mit einem Gehäuse 45 fest verbundene Riemenscheibe 46. Durch die unterschiedliche Zähnezahl der Innenverzahnung und der Außenverzahnung des Zahnriemens 31 wird eine Scheibe 47, die mit der hier ebenfalls nicht gezeigten Lenksäule verbunden ist, in eine Drehbewegung versetzt, wobei die Drehzahl der Scheibe 47 deutlich niedriger ist als die des Zahnrades 40. Folglich wird durch das Zahnriemengetriebe 30 die Drehzahl des Elektromotors reduziert.
5 zeigt einen Elektromotor 50 der eine hohle Motorwelle 51 aufweist. In der hohlen Motorwelle 51 ist eine Lenksäule 52 eingeführt, weshalb diese Ausführungsform besonders wenig Bauraum erfordert. Parallel zur Motorwelle 51 und zur Lenksäule 52 ist eine weitere Welle 53 angeordnet, auf der eine große Riemenscheibe 56 und eine kleine Riemenscheibe 57 angeordnet ist, wobei die große Riemenscheibe 56 mit einer kleineren Riemenscheibe 54 auf der Motorwelle 51 und die kleine Riemenscheibe 57 mit einer größeren Riemenscheibe 55 auf der Lenksäule 52 verbunden ist.
Durch die gewählte Anordnung der Riemenscheiben 54, 55, 56 und 57 kann ein hohes Untersetzungsverhältnis erzielt werden.
Die Riemenscheiben 55 und 57 sind auf den Wellen 52 und 53 rechts von den Riemenscheiben 56 und 58 angeordnet. Durch diese Anordnung kann ein hier nicht näher dargestellter Drehmomentsensor in der Lenksäule 52 im Bereich des Elektromotors 50 integriert werden.

10: Elektromotor
11: Lenksäule
12: Motorwelle
13: Riemenscheibe
14: Riemenscheibe
15: Zahnriemen
20: weitere Welle
21: Riemenscheibe
22: Riemenscheibe
23: Zahnriemen
24: Zahnriemen
30: Zahnriemengetriebe
31: Zahnriemen
32: Riemenscheibe
33: Riemenscheibe
40: Zahnrad
41: Zahnrad
42: Riemenscheibe
43: Welle
44: in Riemenscheibe
45: Gehäuse
46: Riemenscheibe
47: Scheibe
50: Elektromotor
51: Motorwelle
52: Lenksäule
53: weitere Welle
54: Riemenscheibe
55: Riemenscheibe
56: Riemenscheibe
57: Riemenscheibe
58: Zahnriemen
59: Zahnriemen

Claims

Lenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (10, 50) zur Lenkkraftunterstützung und einer Lenksäule (11, 52), dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule (11, 52) und der Elektromotor (10, 50) parallel oder koaxial zueinander angeordnet sind.
Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Motorwelle (12, 51) des Elektromotors (10, 50) und die Lenksäule (11, 52) durch mindestens einen Riemen, insbesondere durch mindestens einen Zahnriemen (15, 23, 24, 31, 58, 59), miteinander verbunden sind.
Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Motorwelle (12, 51) und der Lenksäule (11, 52) mindestens eine weitere Welle (20, 53) parallel angeordnet ist, wobei die mindestens eine weitere Welle (20, 53) durch jeweils mindestens einen Riemen mit jeder zu ihr benachbarten Welle (11, 12, 53, 52) verbunden ist.
Lenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Elektromotor (10, 50) verbundene Riemen ein Zahnriemen (23, 58) mit einem kleinen Modul und der mit der Lenksäule (11, 52) verbundene Riemen ein Zahnriemen (24, 59) mit einem großen Modul ist.
Lenkung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf der Motorwelle (12) angeordnete Riemenscheibe (13) einen kleineren Durchmesser aufweist als die auf der zur Motorwelle (12) benachbarten Welle (20) angeordnete Riemenscheibe (23).
Lenkung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf der Lenksäule (11) angeordnete Riemenscheibe (14) einen größeren Durchmesser aufweist als die auf der zur Lenksäule (11) benachbarten Welle (20) angeordnete Riemenscheibe (22).
Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor und die Lenksäule mit einem Zahnriemengetriebe (30) miteinander verbunden sind, wobei der Zahnriemen (31) beidseitig verzahnt ist und die beiden Seiten des Zahnriemens (31) eine unterschiedliche Zähnezahl aufweisen.
Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (50) eine hohle Motorwelle (51) aufweist, welche die Lenksäule (52) aufnimmt.
Lenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Motorwelle (51) und zur Lenksäule (52) eine weitere Welle (53) angeordnet ist, auf der eine große Riemenscheibe (56) und eine kleine Riemenscheibe (57) angeordnet ist, wobei die große Riemenscheibe (56) mit einer kleineren Riemenscheibe (54) auf der Motorwelle (51) und die kleine Riemenscheibe (57) mit einer größeren Riemenscheibe (55) auf der Lenksäule (52) verbunden ist.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmomentsensor in einer großen auf der Lenksäule (11, 52) angeordneten Riemenscheibe (14, 55) integriert ist.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule (11, 52) in einem Lenksäulengehäuse gelagert ist.