DE102005005427A1

DE102005005427A1 - Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung sowie Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE102005005427A1
Application number: DE200510005427
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Gregor; Rainer Dr. Kaufmann; Jens Dipl.-Ing. Meintschel; Alexander von Dipl.-Ing. Gaisber-Helfenberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-02-05
Filing date: 2005-02-05
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung für eine Lenkung eines Fahrzeugs mit einer Verstelleinheit (20), umfasend ein Verstellgetriebe (15) und einen Stellantrieb (16), zum Verstellen eines Einschlagwinkels von lenkbaren Fahrzeugrädern (12, 13). Ein hohes Maß an Sicherheit ist gegeben, wenn ein Rotor (24) des Stellantriebs (16) betriebsparameterabhängig an dessen Stator (25) drehfest festlegbar oder vom Stator (25) lösbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Eine variable Übersetzung zwischen Lenkrad und Vorderrädern kann die Agilität und den Bedienkomfort steigern. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sollte die Übersetzung möglichst niedrig sein, damit beispielsweise beim Parken und Rangieren der Lenkwinkel so gering ist, dass kein Umgreifen erforderlich ist. Bei hohen Geschwindigkeiten muss die Übersetzung höher sein, um ein sicheres Fahrverhalten zu gewährleisten. Es ist bekannt, hierzu ein Getriebe mit einem Stellantrieb einzusetzen. Bei Ausfall des Stellantriebs ist es notwendig, die volle Kontrolle des Einschlagwinkels durch den Fahrer über dessen Lenkhandhabe sicherzustellen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 102 14 655 A1 ist ein Notlaufsystem bei einer Servolenkung bekannt, bei der bei Ausfall oder Inaktivität des Servomotors eine Sperreinrichtung aktiviert wird, die ein Getriebe zwischen der Lenkhandhabe und dem Lenkgetriebe so blockiert, dass ein Durchgriff von der Lenkhandhabe zum Lenkgetriebe möglich ist. Bei intaktem bzw. aktiviertem Servomotor hält ein Haltemagnet einen Stift, der bei defektem bzw. inaktivem Servomotor in eine von mehreren stirnseitigen Vertiefungen eines Schneckenantriebs abgesenkt wird und dort Bewegungs blockierend eingreift. Der Haltemagnet muss jeweils bestromt werden bzw. einen Abschaltimpuls erhalten zum Absenken des Stifts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung anzugeben, das ein hohes Maß an Sicherheit gewährleistet, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung ist vorgesehen, dass ein Rotor des Stellantriebs betriebsparameterabhängig an dessen Stator drehfest festlegbar oder vom Stator lösbar ist. Die Getriebeeinrichtung baut kompakt und kann rein passiv betrieben werden. Eine separate Ansteuerung der Notlaufeinrichtung kann entfallen. Durch die Festlegung des Rotors am Stator in Betriebszuständen, in denen der Stellantrieb nicht aktiv ist, braucht der Stellantrieb keine aktiven Haltekräfte aufzubringen. Dadurch und durch gleichzeitige Verwendung des Stellantriebs zur Festlegung, insbesondere Verriegelung und zur Verstellung des Verstellgetriebes werden die Teilevielfalt und die Kosten reduziert. Gleichzeitig ergibt sich eine geringe Baugröße, da gleiche Teile für verschiedene Funktionen genutzt werden. Bei Geradeausfahrt und bei nicht festgelegtem System ist die elektrische Leistungsaufnahme vorteilhaft verringert.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Rotor mit einem Stelleingang des Verstellgetriebes verbunden ist. Vorzugsweise ist das Verstellgetriebe ein Planetengetriebe.

Bei fahrzeugfestem Stellantrieb kann eine Stelleingangsdrehzahl auf Null setzbar sein, wenn der Rotor am Stator festgelegt ist. Der Stellantrieb dreht hierbei nicht mit der Lenkhandhabe mit. Es ist sichergestellt, dass eine Verdrehbewegung der Lenkhandhabe direkt an das Lenkgetriebe durchgeleitet wird.

Bei einer alternativen Anordnung mit einem lenksäulenfestem Stellantrieb ist vorteilhafterweise eine Stelleingangsdrehzahl einer Lenkhandhabungsdrehzahl so angleichbar, dass ein Kupplungsfall zwischen der Lenkhandhabe und einer Eingangswelle des Lenkgetriebes hergestellt ist, wenn der Rotor am Stator festgelegt ist. Zweckmäßigerweise ist der Stator mit der Lenksäule drehfest verbunden. Der Stellantrieb dreht in diesem Fall mit der Lenksäule mit; der Stator ist mit der Lenksäule drehfest verbunden.

Ist zur Festlegung des Rotors am Stator eine Verbindung zwischen Rotor und Stator formschlüssig ausgebildet, kann eine Festlegung des Rotors am Stator durch eine mechanisch robuste Verriegelungsvorrichtung bewerkstelligt werden, die beispielsweise durch eine geeignete Verrastung oder dergleichen gebildet sein kann.

Ist zur Festlegung des Rotors am Stator eine Verbindung zwischen Rotor und Stator kraftschlüssig ausgebildet, kann eine Verriegelung des Rotors gegenüber dem Stator in jeder belie bigen Position erreicht werden. Dazu können beispielsweise geeignete Reibbeläge statorseitig und/oder rotorseitig vorgesehen sein.

Ist der Rotor gegenüber dem Stator zwischen einer gelösten und einer festgelegten Stellung axial beweglich ausgebildet, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Stellantriebs. Vorteilhaft ist, wenn bei bestromtem Stellantrieb der Rotor durch seine Magnetkraft gegen eine Federkraft einer Feder in seiner gelösten Stellung gehalten ist. Zweckmäßigerweise kann dazu am Rotor zur Erhöhung seiner Magnetkraft ein permanentmagnetische Element angeordnet sein. Damit kann die Feder stark genug ausgelegt werden, um den Rotor im nicht bestromten Zustand des Rotors in seine festgelegte Position zu zwingen und zu halten, was wiederum die Sicherheit des Systems erhöht, insbesondere in einem Notlauffall. Die Feder kann als Druckfeder zum Herausdrücken des Rotors aus dem Stator, als Zugfeder zum Herausziehen des Rotors aus dem Stator, als Blattfeder, als Tellerfederpaket oder in einer anders gearteten Weise ausgebildet sein, die der Fachmann entsprechend den gewünschten Eigenschaften auswählen kann.

Vorteilhafterweise ist das Verstellgetriebe als Summiergetriebe ausgebildet, vorzugsweise mit einem Stellwelle, einer Getriebeeingangswelle, die der Lenkhandhabe zugeordnet und einer Getriebeausgangswelle, die einer Eingangswelle des Lenkgetriebes zugeordnet ist.

Eine vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn der Stellantrieb als Elektromotor ausgebildet ist. Der Stelleingang kann vom Rotor des Elektromotors beschleunigt werden, wenn dieser bestromt wird. Alternativ kann der Stellantrieb auch als elektrischer Bremse, insbesondere als Hysteresebremse, ausgebildet sein. Hier kann der Stelleingang bei bestromtem Stel lantrieb abgebremst werden. In beiden Fällen kann der Rotor in den Stator durch Wirkung der Magnetkraft beim Bestromen seiner Statorspule hineingezogen werden. Wird die Statorspule nicht mehr bestromt, wirkt keine Magnetkraft mehr, und der Rotor kann axial aus dem Stator herausgedrückt werden. Die Magnetkraft kann verstärkt werden, wenn am Rotor ein permanentmagnetisches Element angeordnet ist. Dies ist zweckmäßigerweise in geeigneter Weise im Bereich des Luftspalts zwischen Stator und Rotor platziert, wo die Magnetfeldlinienverteilung besonders konzentriert ist. Der Elektromotor kann in beide Drehrichtungen drehbar sein. Vorzugsweise ist der Elektromotor abhängig von Betriebsparametern des Fahrzeugs ansteuerbar, beispielsweise von Fahrgeschwindigkeit, Lenkgeschwindigkeit, Beschleunigung, Geargeschwindigkeit, Beladungszustand, Brennkraftmaschinendrehzahl, ESP-Signal, ABS-Signal, Lenkwinkel, fahrerindividuellen Einstellungen und dergleichen.

Eine erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung mit einer an einer Lenksäule angeordneten Lenkhandhabe und mit einem Lenkgetriebe zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern weist eine erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung auf, die in wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung wird ein Rotor des Stellantriebs betriebsparameterabhängig an dessen Stator drehfest festgelegt oder vom Stator gelöst.

Vorzugsweise wird der Rotor beim Bestromen des Rotors durch seine Magnetkraft aus seiner festgelegten Stellung gelöst. Vorteilhaft ist auch, wenn der Rotor bei nichtbestromtem Ro tor durch Wirkung einer Federkraft einer Feder am Stator festgelegt wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.

Dabei zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine bevorzugte Getriebeeinrichtung mit einem Summiergetriebe und einem Stellantrieb mit einem am Stator festgelegten Rotor,
2 die bevorzugte Getriebeeinrichtung mit einem Summiergetriebe und einem Stellantrieb nach 1 mit einem vom Stator gelösten Rotor, und
3 eine Anordnung mit fahrzeugfestem Stellantrieb.
In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen gleich bleibende Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Aus den 1 und 2 ist eine bevorzugte Getriebeeinrichtung für eine Fahrzeuglenkung in eingebautem Zustand in eine bevorzugte Lenkeinrichtung ersichtlich. An einer Lenksäule 10 ist eine Lenkhandhabe 11 angeordnet sowie ein lenkbaren Fahrzeugrädern 12, 13 zugeordnetes Lenkgetriebe 14. Die bevorzugte Getriebeeinrichtung umfasst eine als Überlagerungsgetriebe wirkende Verstelleinheit 20 mit einem Verstellgetriebe 15 und einen diesem zugeordneten Stellantrieb 16 zum Verstellen eines Einschlagwinkels der Fahrzeugräder 12, 13. Der Stellantrieb 16 ist in diesem Beispiel als Elektromotor ausgebildet, dessen Stator 25 einen Rotor 24 koaxial umgibt.
Der Rotor 24 des Stellantriebs 16 ist betriebsparameterabhängig an dem Stator 25 drehfest festlegbar oder vom Stator 25 lösbar. Dazu ist der Rotor 24 axial gegenüber dem Stator 25 beweglich, wobei ein geringer Hub von wenigen Millimetern völlig ausreichend ist. In 1 befindet sich der Rotor 24 in seiner festgelegten Stellung 30 und ist am Stator 25 kraftschlüssig und/oder formschlüssig festgelegt. Hier ist der Stellantrieb 16 bzw. dessen Stator 25 nicht bestromt. Dies kann in einem Fehlerfall auftreten oder generell dann, wenn keine Lenkbewegung erfolgt, wie etwa bei Geradeausfahrt, oder bei solchen Lenkvorgängen, bei denen keine Unterstützung durch den Stellantrieb notwendig ist. In 2 ist der Rotor 24 in seiner vom Stator 25 gelösten Stellung 31 vom Stator 25 abgehoben. Hier ist der Verstellantrieb 16 bestromt. Es zeigt sich, dass der Rotor 24 bei bestromtem Verstellantrieb 16 etwas in den Stator 25 hineingezogen wird.
Der als Elektromotor ausgebildete Stellantrieb 16 ist in der Lenksäule 10 angeordnet. Der Stator 25 liegt drehfest an einer Eingangswelle 22 des Verstellgetriebes 15 und der Rotor 24 an einer Stellwelle 21. Gleichzeitig liegt der Stator 25 drehfest an der Lenksäule 10. An einer Ausgangswelle 23 des Verstellgetriebes 15 liegt eine nicht näher bezeichnete Eingangswelle des Lenkgetriebes 14.
Das Verstellgetriebe 15 ist vorzugsweise als Summiergetriebe ausgebildet.
Am Rotor 24 ist stirnseitig ein Festlegungselement 28 angeordnet, das bei nicht bestromtem Verstellantrieb 16 durch Wirkung einer in den Figuren durch einen Pfeil angedeuteten Federkraft einer axial wirkenden, als Druckfeder ausgebildeten Feder 26 an einem Anschlagselement 19 des Stators 25 zur Anlage kommt. Die Feder 26 ist an einer dem Festlegungselement 28 gegenüberliegenden Seite des Rotors 24 angeordnet. Das Anschlagselement 19 ist als Verlängerung des Stators 25 ausgebildet und weist einen nach innen gerichteten Absatz 29 auf, auf dem das Festlegungselement 28 zur Anlage kommt und beispielsweise verriegelt wird oder reibschlüssig haftet, wozu gegebenenfalls ein nicht näher ausgeführter Verriegelungsmechanismus bzw. ein entsprechender Reibbelag vorgesehen ist.
Das Festlegungselement 28 ist als Scheibe ausgebildet, die axial unterhalb des Stators 25 angeordnet ist. Dazu ist der Rotor 24 entsprechend verlängert. Der Durchmesser des Anschlagselements 28 ist so bemessen, dass die Scheibe wenigstens in den Bereich des Luftspalts 17 zwischen Stator 25 und Rotor 24 hineinragt, vorzugsweise ist der Durchmesser so groß, dass der Luftspalt 17 innerhalb des Durchmessers des Anschlagselements 28 liegt, wie in den 1 und 2 ausgeführt ist. In diesem Bereich kann am Festlegungselement 28 ein magnetisches Element, beispielsweise ein Ring, angeordnet sein, um eine Magnetkraft zu verstärken, die bei Bestromung des Stellantriebs 16 wirkt. Ebenso kann das magnetische Element direkt in das Festlegungselement 28 integriert sein, bzw. dieser selbst wenigstens im Bereich des Luftspalts 17 magnetisch sein.
Bei dem abgebildeten lenksäulenfesten Stellantrieb 16 ist im unbestromten Zustand des Stellantriebs 16 eine Stelleingangsdrehzahl einer Lenkhandhabungsdrehzahl so angleichbar, dass ein Kupplungsfall zwischen der mit der Lenkhandhabe 11 gekoppelten Eingangswelle 22 und der mit dem Lenkgetriebe 14 gekoppelten Ausgangswelle 23 hergestellt ist. Damit kann eine Drehbewegung der Lenkhandhabe 11 zuverlässig an das Lenkgetriebe 14 durchgeleitet werden (1).
Da der Rotor 24 gegenüber dem Stator 25 zwischen der festgelegten Stellung 30 und einer gelösten Stellung 31 axial beweglich ist, wird dieser bei bestromtem Stellantrieb 16 durch Wirkung einer Magnetkraft, die im Rotor 24 als Pfeil angedeutet ist, gegen die Wirkung der Federkraft der Feder 26 ein Stück in den Stator 25 hineingezogen, wodurch sich die Verbindung 27 löst und der Rotor 24 gegenüber dem Stator 25 drehen kann. Bei bestromtem Stellantrieb 16 wird der Rotor 24 durch die Magnetkraft in seiner gelösten Stellung 31 gehalten.
3 zeigt eine bevorzugte Anordnung bei fahrzeugfestem Stellantrieb 16. Die Anordnung wie auch die Komponenten entsprechen in weiten Teilen denjenigen der 1 und 2, auf die zur Beschreibung und Erläuterung der Funktionalität der Komponenten verwiesen wird. Anders als dort ist der Stellantrieb 16 jedoch nicht mehr mitdrehend in der Lenksäule 10, sondern feststehend fahrzeugfest gelagert. Bei nicht bestromtem Stellantrieb 16 ist eine Stelleingangsdrehzahl auf Null setzbar, so dass eine Lenkbewegung einer Lenkhandhabe 11 direkt an ein Lenkgetriebe 14 durchgeleitet wird. In der 3 ist der Stellantrieb 16 in seiner gelösten Stellung 31 dargestellt.
Erfindungsgemäß wird der Rotor 24 des Stellantriebs 16 betriebsparameterabhängig an dessen Stator 25 drehfest festgelegt oder vom Stator 25 gelöst. Der Rotor 24 wird dabei beim Bestromen des Rotors 24 durch eine Magnetkraft aus seiner festgelegten Stellung 30 gelöst bzw. bei nichtbestromtem Rotor 24 durch Wirkung einer Federkraft einer Feder 26 am Stator 25 festgelegt.

10: Lenksäule
11: Lenkhandhabe
12: Fahrzeugrad
13: Fahrzeugrad
14: Lenkgetriebe
15: Stellgetriebe
16: Stellantrieb
17: Luftspalt
19: Anschlagselement
20: Getriebeeinrichtung
21: Stellwelle
22: Eingangswelle
23: Ausgangswelle
24: Rotor
25: Stator
26: Federelement
27: Verbindung
28: Festlegungselement
29: Absatz
30: festgelegte Stellung
31: gelöste Stellung

Claims

Getriebeeinrichtung für eine Lenkung eines Fahrzeugs, umfassend ein Verstellgetriebe (15) und einen Stellantrieb (16), zum Verstellen eines Einschlagwinkels von lenkbaren Fahrzeugrädern (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (24) des Stellantriebs (16) betriebsparameterabhängig an dessen Stator (25) drehfest festlegbar oder vom Stator (25) lösbar ist.
Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei im eingebauten Zustand fahrzeugfestem Stellantrieb (16) eine Stelleingangsdrehzahl auf Null setzbar ist.
Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei im eingebauten Zustand lenksäulenfestem Stellantrieb (16) eine Stelleingangsdrehzahl einer Lenkhandhabungsdrehzahl so angleichbar ist, dass ein Kupplungsfall zwischen einer Eingangswelle (22) und einer Ausgangswelle (23) des Verstellgetriebes (15) hergestellt ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) mit einer Stellwelle (21) des Verstellgetriebes (15) verbunden ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des Rotors (24) am Stator (25) eine Verbindung (27) zwischen Rotor (24) und Stator (25) formschlüssig ausgebildet ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des Rotors (24) am Stator (25) eine Verbindung (27) zwischen Rotor (24) und Stator (25) kraftschlüssig ausgebildet ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) gegenüber dem Stator (25) zwischen einer gelösten und einer festgelegten Stellung (30) axial beweglich ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei bestromtem Stellantrieb (16) der Rotor (24) durch seine Magnetkraft gegen eine Federkraft einer Feder (26) in seiner gelösten Stellung (31) gehalten ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor (24) zur Erhöhung seiner Magnetkraft ein permanentmagnetische Element (28) angeordnet ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellgetriebe (15) als Summiergetriebe ausgebildet ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (16) als Elektromotor ausgebildet ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (16) als elektrischer Bremse ausgebildet ist.
Fahrzeuglenkung mit einer an einer Lenksäule (10) angeordneten Lenkhandhabe (11) und mit einem Lenkgetriebe (14) zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern (12, 13) sowie mit einer Getriebeeinrichtung (20), umfassend ein Verstellgetriebe (15) und einen Stellantrieb (16), wobei die Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für die Lenkung eines Fahrzeugs, umfassend ein Verstellgetriebe (15) und einen Stellantrieb (16) zum Verstellen eines Einschlagwinkels von lenkbaren Fahrzeugrädern (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (24) des Stellantriebs (16) betriebsparameterabhängig an dessen Stator (25) drehfest festgelegt oder vom Stator (25) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) beim Bestromen des Rotors (24) durch seine Magnetkraft aus seiner festgelegten Stellung (30) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) bei nichtbestromtem Rotor (24) durch Wirkung einer Federkraft einer Feder (26) am Stator (25) festgelegt wird.