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Die
Erfindung betrifft ein aktives Lenkungssystem für ein Fahrzeug mit einer auf
einen Lenk-Getriebeeingang eines Überlagerungsgetriebes wirkenden
Lenkhandhabe, an der durch einen Bediener des Fahrzeugs ein Vorgabe-Lenkwinkel
einstellbar ist, wobei das Überlagerungsgetriebe
den Vorgabe-Lenkwinkel auf einen Lenk-Getriebeausgang zur Betätigung eines
Lenkgetriebes überträgt, um einen Einstell-Lenkwinkel
an Rädern
des Fahrzeugs entsprechend dem Vorgabe-Lenkwinkel einzustellen, und
mit einem Stellmotor an einem Stelleingang des Überlagerungsgetriebes zur Vorgabe
eines Zusatz-Lenkwinkels, der zusammen mit dem Vorgabe-Lenkwinkel
den Einstell-Lenkwinkel bildet, und/oder zur variablen Einstellung
eines Übersetzungsverhältnisses
zwischen dem Lenk-Getriebeeingang und dem Lenk-Getriebeausgang.
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Ein
derartiges Lenksystem ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 42 366 A1 bekannt.
Gemäß der jeweiligen
Fahrsituation, beispielsweise schnelle Fahrt, langsame Fahrt oder dergleichen,
ist mit Hilfe des Stellmotors das Übersetzungsverhältnis des Überlagerungsgetriebes
einstellbar. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist die Übersetzung
vorzugsweise niedrig, so dass beispielsweise beim Parken oder Rangieren
bereits kleinen bei an einem Lenkrad vorgege benen Vorgabe-Lenkwinkeln
verhältnismäßig große Einstell-Lenkwinkel der gelenkten
Räder des
Fahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens, bewirkt werden.
Andererseits ist bei hohen Geschwindigkeiten ein indirekteres Lenk-Verhalten
gewünscht,
um das Fahrzeug sicher lenken zu können. Es sind dann verhältnismäßig große Vorgabe-Lenkwinkel
erforderlich, um vergleichsweise kleine Einstell-Lenkwinkel an den
Rädern
zu bewirken.
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Durch
den Stellmotor wird jedoch ein zusätzliches Lenk-Drehmoment bewirkt,
dass sich am Lenk-Getriebeeingang auswirkt, so dass eine Momenten-Rückwirkung über eine
Lenkwelle bzw. Lenksäule
an der Lenkhandhabe entsteht. Der Fahrer des Fahrzeugs muss dann
an der Lenkhandhabe dieses Zusatz-Moment abstützen und sozusagen dagegenhalten.
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Um
dieses Problem zu lösen,
schlägt
die
DE 101 42 366
A1 die Verwendung eines zweiten Motors vor, der ein Gegenmoment
erzeugt, welches das von dem Stellmotor, der einen ersten Motor
bildet, erzeugte Gegenmoment zumindest teilweise kompensiert. Der
zweite Motor wirkt auf ein Lenkgetriebe des Fahrzeugs. Bei dem bekannten
Lenksystem ist demnach ein zweiter Motor erforderlich, um durch
den Stellmotor verursachte Rückwirkungen
auf die Lenkhandhabe bzw. das Lenkrad zu verringern.
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Eine
andere Fahrsituation ist beispielsweise bei automatischen Manövrier-Vorgängen des
Fahrzeuges gegeben. Damit das Fahrzeug sozusagen selbsttätig manövrierbar
bzw. rangierbar ist, sieht man einen zusätzlichen Motor vor, der beispielsweise an
der Lenksäule
Lenk-Betätigungen
bewirkt. Auch dann sind zwei Motoren bei dem aktiven Lenkungssystem
erforderlich.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aktives Lenkungssystem
für ein
Fahrzeug vorzuschlagen, bei dem Momenten-Rückwirkungen auf die Lenkhandhabe
bzw. das Lenkrad gering und/oder vorzugsweise im Wesentlichen vollständig kompensiert
sind.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist ein aktives Lenkungssystem der eingangs genannten
Art vorgesehen, das eine mittelbar oder unmittelbar auf den Lenk-Getriebeeingang
wirkende elektrodynamische Bremse mit einem fahrzeugfesten Stator
und einen Rotor aufweist, der durch eine auf den Lenk-Getriebeeingang
wirkende Antriebskraft antreibbar ist.
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Die
erfindungsgemäße elektrodynamische Bremse
ermöglicht
es beispielsweise, dass durch Betätigung des Stellmotors der
Lenk-Getriebeausgang zu einer Einstellung des Lenkwinkels der Räder antreibbar
ist. Die erfindungsgemäße elektrodynamische
Bremse bremst dazu den Lenk-Getriebeeingang ab oder blockiert diesen.
Ferner kann die elektrodynamische Bremse Rückwirkungen auf die Lenkhandhabe,
die durch Betätigung
des Stellmotors verursacht sind, sozusagen bremsen und somit minimieren.
Beispielsweise kann mit Hilfe des Stellmotors ein Zusatz-Lenkwinkel eingestellt
werden, um einen Seitenwindeinfluss oder den Einfluss einer in Fahrzeug-Querrichtung
schräg
verlaufenden Fahrbahn auf die Fahrstabilität des Fahrzeugs zu kompensieren.
Durch die elektro-dynamische Bremse sind auch automatische Einparkvorgänge oder
sonstige Manövriervorgänge mit
Hilfe des Stellmotors möglich,
bei denen die Bremse den Lenk-Getriebeeingang vorzugsweise abbremst,
oder aber arretiert oder blockiert.
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Im
Unterschied zu dem Lenksystem der
DE 101 42 366 A1 ist kein zweiter Motor,
sondern eine zweckmäßigerweise
aus schließlich
als Bremse wirkende elektrodynamische Bremse vorhanden. Diese Bremse
ist nicht als Antriebsmotor betreibbar. Ein weiterer Unterschied
zu dem bekannten Lenksystem besteht darin, dass die Bremse nicht
auf das Lenkgetriebe wirkt, so dass dort kein weiterer Stelleingang oder
ein Bremseingang erforderlich ist. Vielmehr wirkt die erfindungsgemäße elektrodynamische Bremse
am Lenk-Getriebeeingang bzw. an einer dieser zugeordneten Welle,
beispielsweise der Lenksäule
oder dergleichen. Somit ist unmittelbar an der Eingangsseite des Überlagerungsgetriebes
eine Bremsung realisiert, so dass Momenten-Rückwirkungen auf die Lenksäule bzw.
die Lenkhandhabe minimiert sind.
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Gegenüber einem
Antriebsmotor ist eine elektro-dynamische Bremse verhältnismäßig einfach bauend.
Sofern es sich um eine aktive elektro-dynamische Bremse handelt,
die bestrombar ist, ist beispielsweise eine einfache Leistungselektronik
ausreichend.
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Zweckmäßigerweise
ist die Bremswirkung der elektrodynamischen Bremse einstellbar,
z.B. durch Veränderung
der Bestromung. Dabei ist eine solche Bremswirkung zweckmäßigerweise
einstellbar, dass der Lenk-Getriebeeingang sozusagen arretiert ist.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht als elektro-dynamische Bremse eine Hysteresebremse
vor. Alternativ wäre auch
eine Wirbelstrombremse möglich.
Bei der Wirbelstrombremse ist eine Rückspeisung von Energie in das
Bordnetz des Fahrzeugs vorteilhaft. Auch eine Kombination aus Hysteresebremse
und Wirbelstrombremse ist prinzipiell möglich.
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Die
elektro-dynamische Bremse ist zweckmäßigerweise mit einer Lenkwelle
des Fahrzeugs drehgekoppelt, beispielsweise direkt oder über ein Übersetzungsgetriebe
gekoppelt an der Lenkwelle des Fahrzeugs angeordnet. Es ist aber
auch eine Bauart möglich,
bei der die elektro-dynamische Bremse in das Übersetzungsgetriebe integriert
ist.
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Zweckmäßigerweise
ist ein Übersetzungsgetriebe
zwischen dem Lenk-Getriebeeingang des Überlagerungsgetriebes und der
elektro-dynamischen Bremse vorgesehen, das das auf die Bremse wirkende
Moment verringert. Ein besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht
hierbei eine Stirnradstufe vor, die zweckmäßigerweise an der Lenkwelle
des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die Stirnradstufe beispielsweise
ein Übersetzungsverhältnis von
5:1 bis 10:1 aufweist. Größere und kleiner Übersetzungsverhältnisse
sind auch möglich, insbesondere
mittels mehrstufiger Getriebe. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Übersetzungsgetriebe
in das Überlagerungsgetriebe
zu integrieren, beispielsweise einen entsprechenden Getriebeausgang
für die
elektro-dynamische Bremse vorzusehen. Die elektro-dynamische Bremse
kann auch unmittelbar auf ein Getrieberad des Überlagerungsgetriebes wirken,
wobei die Umfangsgeschwindigkeit dieses Getrieberades zweckmäßigerweise
hoch ist, wohingegen das durch die Bremse zu bremsende Moment vergleichsweise
klein ist.
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Die
Hysteresebremse weist zweckmäßigerweise
eine erste und eine zweite Polanordnung mit ersten und zweiten Polen
auf. Die Polanordnungen sind beispielsweise durch entsprechende
Polzähne an
einem Spulenjoch gebildet und werden durch eine Spulenanordnung
magnetisiert, die eine oder mehrere elektromagnetische Spulen enthält. Die
ersten Pole und die zweiten Pole sind vorzugsweise magnetisch entgegengesetzt
magneti siert und bilden beispielsweise magnetische Südpole und
Nordpole oder umgekehrt. Die ersten und zweiten Pole sind radial und/oder
in Umfangsrichtung zueinander versetzt, so dass zwischen den ersten
und zweiten Polen jeweils magnetische Feldlinien verlaufen. Das
Feld durchdringt eines oder mehrere Hystereseteile des Rotors, d.h.
die Feldlinien durchlaufen mindestens ein Hystereseteil, so dass
das Hystereseteil magnetisiert bzw. bei Weiterdrehung des Rotors
ummagnetisiert wird. Das Hystereseteil enthält oder besteht aus magnetisch
halb-hartem Material und wird durch die abwechselnd verlaufenden
Feldlinien ummagnetisiert.
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Das
magnetisch halb-harte Material oder Hysteresematerial weist bei Änderungen
eines externen auf das Material wirkenden Magnetfeldes eine verzögerte Änderung
der magnetischen Flussdichte bzw. magnetischen Polarisation auf.
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Der
Stator besteht zweckmäßigerweise
aus zwei Bauteilen zwischen denen die Spulenanordnung, zweckmäßigerweise
eine einzige Spule, aufgenommen ist. Somit ist die Hysteresebremse
einfach montierbar.
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Für die Hysteresebremse
schlägt
die Erfindung prinzipiell zwei Bauformen auf. Eine kombinierte Mischform
beider Bauformen ist möglich.
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Bei
einer ersten Bauvariante der Hysteresebremse sind die ersten und
zweiten Polanordnungen radial außen bzw. innen angeordnet.
Das Hystereseteil enthält
einen tubularen Ring, der beispielsweise vor eine Rotor-Scheibe
oder ein Rotor-Rad vorsteht und der zwischen der ersten und zweiten
Polanordnung drehbar angeordnet ist. Die Feldlinien von den Polen
der ersten und zweiten Polordnung verlaufen durch den tubularen
Ring und magnetisieren diesen abwechselnd bzw. magnetisieren diesen
abwechselnd um.
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Bei
einer zweiten Bauform der Hysteresebremse sind die erste und zweiten
Polanordnung mit axialem Abstand bezüglich einer Welle des Motors zueinander
beabstandet. Das Hystereseteil besteht beispielsweise aus einer
Scheibe oder einem scheibenförmigen
Kreisring, der drehbar zwischen den Polen der vorgenannten Polanordnungen
angeordnet ist. Die Feldlinien verlaufen in diesem Fall axial in das
Hystereseteil hinein, werden in Umfangsrichtung durch das Hystereseteil
umgelenkt und gehen weiter in axialer Richtung in die zweite Polanordnung
hinein.
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Zweckmäßigerweise
ist die elektro-dynamische Bremse geregelt, das heißt, die
Bremswirkung der elektro-dynamische Bremse ist regelbar.
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Vorzugsweise
kompensiert die Regelung bzw. eine Regelungsanordnung eine durch
eine Betätigung
des Stellmotors hervorgerufene Rückwirkung
auf die Lenkhandhabe. Die gewünschte
Kompensations-Bremswirkung wird der Regelungsanordnung beispielsweise
durch eine überlagerte
Regelung vorgegeben.
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Die
Regelung kann beispielsweise zur Regelung anhand eines Soll-Bremsmoments
und/oder anhand einer Soll-Lenk-Winkellage und/oder anhand einer
Soll-Winkelgeschwindigkeit der Lenkhandhabe ausgelegt sein.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform
der Regelungsanordnung, die zur Beibehaltung oder Wiederherstellung
einer Korrelation zwischen einem an den Rädern eingestellten Lenkwinkel
und einer Lenk-Winkelstellung der Lenkhandhabe ausges taltet ist.
Beispielsweise beginnt ein automatisches Ein- oder Ausparken mittels
des Stellmotors bei einem Lenkwinkel von 0° am Lenk-Getriebeeingang und
einer Geradeaus-Stellung der gelenkten Räder, das heißt einem
Einstell-Lenkwinkel von ebenfalls 0°. Die vorgenannte bevorzugte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Regelungsanordnung
bewirkt nun, dass nach dem Einparkvorgang diese Korrelation wieder
besteht, das heißt,
dass sich das Lenkrad beispielsweise während des Einparkens in Korrelation
mit den gelenkten Rädern
mitdreht, um am Ende des Einparkvorganges wieder die gewünschte Korrelation
zu den gelenkten Rädern
zu haben. Wenn beispielsweise durch den Eingriff eines Fahrers,
der das Lenkrad festhält,
dies nicht möglich
ist, ist die Regelungsanordnung zweckmäßigerweise dazu ausgestaltet,
die ursprünglich
gewünschte
Korrelation zwischen gelenkten Rädern
und Lenkradstellung wieder herzustellen. Beispielsweise erhöht oder
verringert die Regelungsanordnung dann bei einer Betätigung des
Stellmotors die Bremswirkung bzw. das Bremsmoment der elektro-dynamischen
Bremse. Es ist auch möglich,
dass zur Wiederherstellung einer ursprünglichen Korrelation zwischen
Lenkwinkel an den Rädern
und Lenkwinkel an der Lenkhandhabe die Wirkung einer Lenkhilfeeinrichtung,
das heißt
beispielsweise einer Servopumpe, temporär reduziert wird.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung vorgestellt. Dabei zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes aktives
Lenkungssystem mit einer elektro-dynamischen Bremse in schematischer
Ansicht,
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer elektrodynamischen Bremse zur Anwendung bei dem System gemäß 1 im
Querschnitt, etwa entlang einer Linie A-A in 1,
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer elektrodynamischen Bremse zur Anwendung bei dem System gemäß 1 im
Querschnitt, entsprechend etwa dem Querschnitt gemäß 2,
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4 die
elektro-dynamische Bremse gemäß 2,
die über
ein Übersetzungsgetriebe
auf eine Lenkwelle des Lenksystems gemäß 1 wirkt in
perspektivischer Schräg-Ansicht,
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5 die
Anordnung gemäß 4 in
einer weiteren Schräg-Ansicht, und
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6 Feldlinienverläufe von
einer ersten zu einer zweiten Polanordnung eines Stators der Bremse
gemäß 2 durch
ein Hystereseteil eines Rotors hindurch, wobei der Stator und der
Rotor nur teilweise dargestellt sind.
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Bei
dem in 1 schematisch dargestellten Fahrzeug 10 handelt
es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen
oder dergleichen, zweckmäßigerweise
also um ein mehrspuriges Fahrzeug. Das Fahrzeug 10 ist
mit einem erfindungsgemäßen aktiven
Lenkungssystem 11 ausgestattet, mit dem gelenkte Räder 12, 13 einer Vorderachse 14 lenkbar
sind. Das Fahrzeug 10 wird durch einen Motor 15 angetrieben,
der beispielsweise Hinter-Räder 16, 17 einer
Hinterachse 18 antreibt.
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Ein
Fahrer 19 kann an einem Lenkrad 20, einem Steuerknüppel oder
dergleichen, die jeweils als Lenkhandhabe dienen, einen Vorgabe-Lenkwinkel δV vorgeben,
um die Räder 12, 13 zu
lenken. Eine Lenkwelle oder Lenksäule 21 überträgt den Vorgabe-Lenkwinkel δV auf einen
Lenk-Getriebeeingang 22 eines Überla gerungsgetriebes 23.
Das Überlagerungsgetriebe 23 überträgt den Vorgabe-Lenkwinkel δV mit einem
variabel einstellbaren Übersetzungsverhältnis auf
einen Lenkgetriebeausgang 24, der über eine Welle 25 ein
Lenkgetriebe 26 betätigt.
Das variable Übersetzungsverhältnis bewirkt
eine Übersetzung
des Vorgabe-Lenkwinkels δV in einen
Einstell-Lenkwinkel δE.
Das Lenkgetriebe lenkt die Räder 12, 13 gemäß dem Einstell-Lenkwinkel 6E,
beispielsweise durch Betätigung
von Spurstangen 27.
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Zur
Kraft-Unterstützung
des Lenkgetriebes 26 ist zweckmäßigerweise eine Servoeinrichtung 28 vorgesehen,
die beispielsweise eine Hydraulikpumpe, einen Elektromotor oder
dergleichen enthält.
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Das Übersetzungsverhältnis zwischen
dem Getriebeeingang 22 und dem Getriebeausgang 24 ist mittels
eines Stellmotors 29 veränderbar, der einen Stelleingang 30 des Überlagerungsgetriebes 23 betätigt. Das Überlagerungsgetriebe 23 ist
beispielsweise ein Planetengetriebe. In Abhängigkeit von dem Übersetzungsverhältnis wirkt
eine Lenk-Vorgabe am Lenkrad 20 direkter, zweckmäßigerweise
bei niedriger Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10, oder
indirekter, vorzugsweise bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10.
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Der
Stellmotor 29 ist zudem in der Lage, durch Betätigung des
Stelleingangs 30 einen Zusatz-Lenkwinkel δZ zu erzeugen,
der in Summe mit dem Vorgabe-Lenkwinkel δv den Einstell-Lenkwinkel δE bildet.
Beispielsweise ist es so möglich,
wenn der Fahrer 19 das Lenkrad 20 festhält und somit
der Vorgabe-Lenkwinkel δV zumindest
im wesentlichen konstant ist, dass der Stellmotor 29 durch
Veränderung des
Zusatz-Lenkwinkels δZ
den Einstell-Lenkwinkel δE
verändert
und somit die Vorderrä der 12, 13 lenkt. Auf
diesem Wege wäre
es prinzipiell möglich,
dass der Stellmotor 29 bei entsprechender Betätigung das Fahrzeug 10 in
eine gewünschte
Position manövriert, beispielsweise
in eine Parklücke
oder einen Parkplatz. Allerdings ist, wie erläutert, das Festhalten des Lenkrades 20 zu
diesem Manövriervorgang
erforderlich. Man kann das Überlagerungsgetriebe 23 somit auch
als Summiergetriebe bezeichnen.
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Ferner
entstehen Rückwirkungen
auf den Lenk-Getriebeeingang 22 und somit über die
als Antriebswelle dienende Lenksäule 21 auf
das Lenkrad 20, wenn der Stellmotor 29 beispielsweise
zum Ausgleich von Seitenwindeinflüssen, einer schräg verlaufenden
("hängenden") Fahrbahn oder dergleichen
einen Zusatz-Lenkwinkel δZ ungleich
Null einstellt, der dem Vorgabe-Lenkwinkel δV überlagert
bzw. hinzugerechnet wird.
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Diese
Momenteneinflüsse
auf das Lenkrad 20 sind jedoch für den Fahrer 19 unangenehm.
Bei einem Einparkvorgang oder einem sonstigen Manövriervorgang
sind zudem kritische Fahrsituationen, möglicherweise sogar Unfälle zu befürchten,
wenn der Fahrer 19 das Lenkrad 20 nicht in ausreichendem Maße festhält.
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Zur
Lösung
dieser Problematik ist eine elektro-dynamische Bremse 31 bei
dem Lenksystem 11 vorhanden, die einen fahrzeugfesten Stator 32 sowie einen
Rotor 33 umfasst, der mit dem Lenk-Getriebeeingang 22 dreh-gekoppelt
ist. Diese Drehkoppelung ist vorliegend durch ein Übersetzungsgetriebe 34 realisiert.
Das Übersetzungsgetriebe 34 ist
beispielsweise an der Lenksäule 21 angeordnet
und ermöglicht
eine Drehmomentübertragung
von der Lenksäule 21 und
somit vom Getriebeeingang 22 auf die Bremse 31,
so dass die Bremse 31 den Getriebeeingang 22 sozusagen
bremsen kann. Dabei ist ein kontinu ierlich einstellbares Bremsmoment
oder auch ein vollständiges
Blockieren, beispielsweise für
einen Einparkvorgang, zweckmäßig. Die
Bremse 31 kann beispielsweise eine durch den Stellmotor 29 verursachte
Drehmomentenrückwirkung
auf die Lenksäule 21,
wenn ein Zusatz-Lenkwinkel δZ
eingestellt wird, mindern oder vorzugsweise vollständig zu
kompensieren.
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Das Übersetzungsgetriebe 34 enthält beispielsweise
ein mit der Lenksäule 21 drehfest
verbundenes Zahnrad 35, das mit einem gegenüber dem
Zahnrad 35 kleineren Zahnrad 36 kämmt. Das Zahnrad 35 ist
beispielsweise von der Lenksäule 21 durchdrungen,
sitzt also auf der Lenksäule 21.
Die Zahnräder 35, 36 haben
z.B. ein Übersetzungsverhältnis von
8:1, 9:1 oder 10:0, so dass eine Drehmomentenherabsetzung bewirkt
ist. Das Zahnrad 36 ist drehfest mit dem Rotor 33 verbunden,
beispielsweise über
eine Welle 37. Beim Ausführungsbeispiel durchdringt
die Welle 37 den Stator 32 dreh-beweglich. Das
Zahnrad 36 und der Rotor 33 sind an entgegengesetzten
Seiten des Stators 32 angeordnet. Selbstverständlich können die
Positionen von Rotor und Stator bezüglich des Zahnrades 36 bei
einer alternativen Bauform der Bremse 31 auch umgekehrt
sein.
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Die
Bremse 31 ist vorliegend eine Hysteresebremse 38.
Der Rotor 33 ist als Hystereseteil ausgebildet und/oder
enthält
ein magnetisch halb-hartes Hystereseteil 39. Das magnetisch
halbharte Material ist mit einem vorbestimmten Energieaufwand magnetisierbar
oder ummagnetisierbar.
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Das
Hystereseteil 39 ist bei der in den 2, 4 und 5 dargestellten
Ausführungsform 38 der
Bremse 31 beispielsweise ein tubularer Ring 40, der
zwischen ersten und zweiten Polen 41, 42 einer ersten
und zweiten Polanordnung 43, 44 drehbar beweglich
ist. Die Polanordnungen 43, 44 werden durch den Stator 32 gebildet,
z.B. durch ein einteiliges oder zweiteiliges Spulenjoch 45,
an dem eine Spule 47 oder eine sonstige Spulenanordnung
angeordnet ist. Die erste Polanordnung 43 ist beispielsweise
radial außen
und die zweite Polanordnung 44 radial innen angeordnet,
wobei der tubulare Ring 40 zwischen den Polanordnungen 43, 44 drehbar
angeordnet ist.
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Durch
Bestromung der Spule 46, beispielsweise mittels einer Leistungs-Endstufe 47,
wird zwischen den Polen 41, 42 ein Magnetfeld 66 erzeugt. Weil
die Pole 41, 42 in Umfangsrichtung des Stators 32 seitlich
zueinander versetzt sind, verlaufen Feldlinien 48 des Magnetfeldes 66,
im wesentlichen in Umfangsrichtung durch das Hystereseteil 39,
siehe beispielsweise 6. Dadurch entsteht eine Folge
abwechselnd einander entgegengesetzt gepolter magnetischer Pole 70, 71 in
dem Ring 40, das heißt
bei Weiterdrehung des Ringes 40 müssen diese Pole wieder ummagnetisiert
werden, was einen Energieaufwand und somit eine Bremswirkung bedeutet. Durch
unterschiedlich starke Bestromung der Spule 46 ist eine
variable Bremswirkung der Bremse 31 einstellbar. Die Feldlinien 48 verlaufen
radial zwischen den ersten und zweiten Polen 41, 42,
werden aber in Umfangsrichtung durch das tubulare Hystereseteil 39 abgelenkt.
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Zweckmäßigerweise
ist der Stator 32, das heißt z.B. das Spulenjoch 45,
zweiteilig und enthält beispielsweise
eine topfartige Aufnahme 49, die an ihrer Zylinder-Innenwand
eine zahnkranzartige Innenstruktur 64 aufweist, deren Zähne die
erste Polanordnung 43 bilden. Als zweites Bauteil des Stators 32 dient
eine Art Scheibe, die in Umfangsrichtung eine Zahnstruktur 65 aufweist,
die mit der Zahnstruktur 64 der Aufnahme 49 korreliert
und die zweite Polanordnung 44 bildet. Zwischen der Aufnahme
und der Scheibe 50 ist die Spule 46 aufge nommen.
Die Spule 46 kann beispielsweise auf einen Zylinder-Vorsprung 67 der
Scheibe 50 aufgewickelt werden oder als separater Spulenkörper in
die Aufnahme 49 eingelegt werden, bevor die Scheibe 50 in
die Aufnahme 49 eingebracht wird und mit dieser fest verbunden wird.
Jedenfalls sind die Aufnahme 49 und die Scheibe 50 fahrzeugfest
an dem Fahrzeug 10, beispielsweise an einem Karosserieteil
oder dergleichen, befestigt.
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Die
Aufnahme 49 und die Scheibe 50 sind beispielsweise
von der Welle 36 durchdrungen. In eine Aufnahme 51 der
Welle 37 ist eine Rotorwelle 52 eingesteckt. An
der Rotorwelle 52 sitzt eine Scheibe 53 des Rotors 33,
die den tubularen Hysterese-Ring 40 trägt. Die Scheibe 53 und
der Hysterese-Ring 40 können
beispielsweise miteinander verlötet,
verschweißt
oder in sonstiger Weise miteinander verbunden sein. Prinzipiell
ist es auch möglich,
dass die Scheibe 53 und der Ring 40 einstückig sind,
das heißt,
dass der Rotor 33 insgesamt oder zumindest im Wesentlichen
aus magnetisch halb-hartem Material besteht.
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In 3 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel 54 einer
erfindungsgemäßen elektro-dynamische Bremse 31z.B.
für das
aktive Lenkungssystem 11 dargestellt. Die in 3 dargestellte
Hysteresebremse 54 enthält
teilweise gleiche oder gleichartige Komponenten wie die Hysteresebremse 38,
so dass insoweit gleiche Bezugszeichen verwendet sind bzw. bei der
Hysteresebremse 54 Bezugszeichen teilweise mit einem Index ' versehen sind. Erste
und zweite Pole 41', 42' sind in Achsrichtung
der Rotorwelle 52 zueinander beabstandet, so dass ein kreisringförmiges Hystereseteil 55 zwischen
den Polen 41', 42' drehbar anordenbar
ist. Die Pole 41', 42' sind in Umfangsrichtung
zueinander versetzt angeordnet, so dass ein Magnetfeld 66', das die Spule 46 erzeugt, durch
das Hystereseteil 55 in Umfangsrichtung abgelenkt wird
und somit an dem Hystereseteil 55 eine abwechselnd magnetisierte
Polstruktur entsteht. Das Hystereseteil 55 ist beispielsweise
der äußere Bereich
einer Scheibe 56, die insgesamt oder zumindest im Bereich
des kreisringförmigen
Hystereseteils 55 aus magnetisch halb-hartem Material bestehen kann.
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Die
Bremse 31 ist durch eine Regelungsanordnung 57 regelbar.
Die Regelungsanordnung 57 enthält vorzugsweise eine überlagerte
Regelung 58, die z.B. anhand von Sensoren 59,
z.B.
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Giersensoren,
Drehzahlsensoren an den Rädern 12, 13, 16, 17,
Querbeschleunigungssensoren oder dergleichen, den Stellmotor 29 zur
Einstellung eines Zusatz-Lenkwinkels δZ mit Hilfe eines Vorgabesignals 60 ansteuert.
Zusätzlich
ist es mit der Regelungsanordnung 56 möglich, das Fahrzeug 10 selbsttätig zu manövrieren,
beispielsweise zum Einparken in eine Parklücke oder dergleichen. Die Sensoren 59 enthalten
bei dieser Ausführungsform
zusätzlich
beispielsweise Ultraschallsensoren, optische Sensoren oder dergleichen,
die zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs 10 bzw. zur Abstandsbestimmung
zu Hindernissen ausgestaltet sind.
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Vorteilhafterweise
steuert die überlagerte Regelung 58 eine
Regelung 61 an, die die Bremse 31 regelt. Es versteht
sich, dass auch eine Ausführungsform
mit einer autarken Regelung 61 möglich ist, die keine Steuersignale
von einer überlagerten
Regelung erhält.
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Die
Regelung 61 und die Regelung 58 können beispielsweise
durch eine Software realisiert sein, die durch einen nicht dargestellten
Prozessor der Regelungsanordnung 57 ausführbar ist.
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Die
Regelung 61 regelt das Bremsmoment der Bremse 31 vorzugsweise
anhand einer Korrelation zwischen dem Einstell-Lenkwinkel δE und dem Vorgabe-Lenkwinkel δV, so dass
eine Korrelation zwischen dem an den Rädern 12, 13 eingestellten Lenkwinkel
und einer Winkelposition des Lenkrades 20 beibehalten wird.
Beispielsweise übermitteln
Winkel-Sensoren 62, 63 die Lenkwinkel δV und δE an die Regelung 61.
Die Regelung 61 steuert die Leistungsstufe 47 beispielsweise
derart an, dass eine Bremswirkung an der Bremse 31 erzeugt
wird, die ein "Mitlaufen" des Lenkrades 20 ermöglicht,
wenn das Fahrzeug 10 beispielsweise mittels des Stellmotors 29 manövriert wird.
Wenn der Fahrer 19 zusätzlich
eingreift, das heißt
ein zusätzliches
Bremsmoment an dem Lenkrad 20 erzeugt, regelt die Regelung 61 die Bremswirkung
der Bremse 31 zurück,
so dass das erwünschte
Mitlaufen des Lenkrades 20 möglich ist.
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Es
kann aber auch eine Situation entstehen, dass der Fahrer 19 das
Lenkrad 20 beispielsweise zu fest hält, so dass dieses vorgenannte
Mitlaufen nicht mehr möglich
ist. Dann ist es zweckmäßig, dass
die Regelung 61 sozusagen eine aktive Korrektur der Korrelation
zwischen Lenkwinkel der Räder 12, 13 und
Lenkwinkel des Lenkrades 20 erzeugt. Die Regelung 61 steuert
in einer solchen Situation beispielsweise die Servoeinrichtung 28 derart
an, dass ihre Unterstützungswirkung
auf das Lenkgetriebe 26 herabgesetzt wird. Dadurch wird
die Welle 25 schwerer beweglich bzw. drehbar, weil die
Räder 12, 13 auf
einem Untergrund, auf dem das Fahrzeug 10 steht oder fährt, eine
Reibung aufweisen. Sodann steuert die Regelung 61 den Stellmotor 29 an,
der – bei
gebremster oder stillstehender Welle 25 – eine Verstellung
der Lenkwelle bzw. -säule 21 bewirken
kann.
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Ferner
kann der Bremse 31 zusätzlich
eine Wirbelstrombremse 75 enthalten.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung auch bei einem Fahrzeug mit mehreren
gelenkten Rädern, beispielsweise
gelenkten Vorderrädern
und Hinterrädern,
anwendbar ist.