DE102005005429A1

DE102005005429A1 - Lenkvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe, Überlagerungsgetriebe einer Lenkvorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102005005429A1
Application number: DE200510005429
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Gregor; Jens Dipl.-Ing. Meintschel
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 Lenkvorrichtung mit einer an einer Lenksäule (31) angeordneten Lenkhandhabe (22) und mit einem Lenkgetriebe (30) zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern (28, 29) sowie mit einem Überlagerungsgetriebe (10) und einem Stellantrieb (23), wobei eine Eingangswelle (13) des Überlagerungsgetriebes (10) mit der Lenkhandhabe (22) und eine Ausgangswelle (14) mit dem Lenkgetriebe (30) verbunden ist. Eine variable Übersetzung bei einer aktiven Lenkung kann in Kombination mit einer autonomen Lenkfunktion erreicht werden, wenn das Überlagerungsgetriebe (10) ein erste und eine zweite Stellwelle (11, 12) aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der Lenkvorrichtung sowie ein Überlagerungsgetriebe (10) einer Lenkvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe, ein Überlagerungsgetriebe einer Lenkvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Eine variable Übersetzung zwischen einem Lenkrad und lenkbaren Vorderrädern kann die Agilität und den Betriebskomfort von Fahrzeugen steigern. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sollte die Übersetzung möglichst niedrig sein, um dem Fahrer durch eine direkte Reaktion des Fahrzeugs beim Parken und Rangieren einen möglichst geringen Lenkwinkel zu ermöglichen, so dass kein Umgreifen am Lenkrad notwendig ist. Bei hohen Geschwindigkeiten ist dagegen eine hohe Übersetzung erwünscht, um durch eine indirekte Reaktion des Fahrzeugs einen sicheren Fahrzeugumgang zu ermöglichen.

Eine gattungsgemäße Lenkvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe ist aus der Offenlegungsschrift DE 101 60 313 A1 bekannt. An der Stellwelle eines Doppelplanetengetriebes greift ein Elektromotor mit einem Schneckengetriebe zum Überlagern eines vom Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkels ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkvorrichtung mit variabler Übersetzung in Kombination mit einer autonomen Lenkfunktion zu schaffen. Außerdem soll ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung sowie ein Überlagerungsgetriebe einer Lenkvorrichtung angegeben werden.

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

Eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung mit einer an einer Lenksäule angeordneten Lenkhandhabe und mit einem Lenkgetriebe zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern sowie mit einem Überlagerungsgetriebe und einem Stellantrieb zeichnet sich dadurch aus, dass das Überlagerungsgetriebe eine erste und eine zweite Stellwelle aufweist. Dadurch kann einerseits eine Aktivlenkung über einen Stelleingriff an der ersten Stellwelle und andererseits ein autonomes Lenken, insbesondere zum Einparken oder Ausparken eines Fahrzeugs, durch einen Eingriff an der zweiten Stellwelle bewirkt werden. In diesem Fall kann ohne Abstützungsmoment an einer Lenkhandhabe, beispielsweise einem Lenkrad, über den Stellantrieb gelenkt werden; die Lenkhandhabe dreht sich dabei im Wesentlichen wie im normalen Betrieb. Die Anordnung ist sehr kompakt und benötigt wenig Bauraum.

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

Vorzugsweise ist zur Aktivlenkung an der ersten Stellwelle der Stellantrieb und an der zweiten Stellwelle eine Bremse angeschlossen. Die Bremse ist im normalen Betrieb zweckmäßigerweise gelöst, so dass eine an der zweiten Stellwelle angeschlossene Koppelwelle frei drehen kann. Die Drehzahl an der Ausgangswelle zum Lenkgetriebe ist eine Funktion von überla gerter Lenkhandhabedrehzahl und Stellantriebsdrehzahl. Bei einem Stellvorgang stützt sich der Stellantrieb, insbesondere der Elektromotor, an der Lenkhandhabe ab.

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Stellantrieb in der Lenksäule gelagert sein. Alternativ kann der Stellantrieb in einer Welle zum Lenkgetriebe gelagert sein. Der Fachmann kann den Einbauort je nach den gegebenen Platzverhältnissen und Randbedingungen günstig wählen. Die Anordnung innerhalb der Welle zum Lenkgetriebe bzw. der Lenksäule ist vorteilhaft Platz sparend.

Vorzugsweise ist der Stellantrieb als Elektromotor ausgebildet, insbesondere ist dessen Rotor mit der ersten Stellwelle gekoppelt. Bei einer Anordnung des Elektromotors innerhalb einer Welle bzw. Lenksäule ist dieser zweckmäßigerweise mit seinem Stator an der Lenksäule abgestützt. Der elektrische Strom zum Antreiben des Elektromotors kann mit einem flexiblen Bandkabel oder mit Schleifkontakten oder andere geeigneten Mitteln übertragen werden. Ein Elektromotor ist einfach steuerbar und unabhängig von einer Hydraulik des Fahrzeugs betreibbar, etwa bei geringem Öldruck.

Es ist vorteilhaft, die Bremse als Hysteresebremse auszubilden. Bei einer Hysteresebremse wird ein drehbares Band aus magnetischem Material berührungslos durch Bestromen eines Elektromagneten abgebremst. Dies kann mit hoher Dynamik erfolgen. Eine Hysteresebremse ist Energie sparend zu betreiben, wobei gleichzeitig ein hohes Haltemoment zur Verfügung steht. Sie weist gleichzeitig eine hohe Lebensdauer auf und ist praktisch verschleißfrei zu betreiben. Alternativ kann die Bremse beispielsweise auch als Magnetpulverbremse oder Reibbelagsbremse ausgeführt sein. Auch eine mechanische Verrastung oder mechanische Sperre ist als Bremse einsetzbar.

Zweckmäßigerweise ist die Bremse fahrzeugfest gelagert. Beigeschlossener Bremse entfällt das Lenkhandhabemoment. Der Fahrer kann das Lenkrad loslassen. Die Drehzahl an der Lenkhandhabe wird nur von der Drehzahl des Stellantriebs bzw. einer an der ersten Stellwelle angeschlossenen Koppelwelle und einer Standübersetzung des ersten Umlaufgetriebes bestimmt. Die Drehzahl am Lenkgetriebe wird dabei nur von der Drehzahl des Stellantriebs bzw. der an der ersten Stellwelle angeschlossenen Koppelwelle und der Standübersetzung des zweiten Umlaufgetriebes bestimmt. Bei normalem Betrieb, d.h. im Zustand einer aktiven Lenkunterstützung, ist die Bremse gelöst, und eine an der zweiten Stellwelle angeschlossene Koppelwelle dreht frei. Die Drehzahl an der Ausgangswelle zum Lenkgetriebe ist eine Funktion von überlagerter Lenkhandhabedrehzahl und Stellantriebsdrehzahl. Bei einem Stellvorgang stützt sich der Stellantrieb, insbesondere der Elektromotor, an der Lenkhandhabe ab.

Bei einem erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebe einer Lenkvorrichtung, umfassend zwei Umlaufgetriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, mit einer an einer Lenksäule angeordneten Lenkhandhabe sowie mit einem Lenkgetriebe zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern, bilden die zwei Umlaufgetriebe ein erstes und zweites Teilgetriebe eines Vierwellengetriebes. Es ist dabei von Vorteil, die Übersetzungen der Teilgetriebe so auszulegen, dass sich der Lenkhandhabewinkel und die Lenkhandhabedrehzahl beim autonomen Lenken, insbesondere beim Einparken oder Ausparken des Fahrzeugs, ähnlich wie im normalen Betrieb ergeben, wenn der Fahrer händisch lenkt. Es ist außerdem von Vorteil, die Übersetzung von Stellantrieb zu Ausgang Lenkgetriebe für den normalen Betrieb und für autonomes Lenken ähnlich zu wählen, da dann eine Auslegung des Stellantriebs, der insbesondere ein Elektromotor ist, vereinfacht wird.

Vorzugsweise weist das Vierwellengetriebe eine erste und eine zweite Stellwelle auf. Es steht damit ein erster Stelleingang zum Überlagern eines Verstellwinkels zum Verstellen der lenkbaren Fahrzeugräder als auch ein zweiter Stelleingang zum Blockieren jeweils einer Welle jedes Teilgetriebes zur Verfügung, so dass ein autonomes Lenken ohne händischen Eingriff ermöglicht ist. Bevorzugt ist die erste Stellwelle durch eine erste Welle des ersten Teilgetriebes und eine erste Welle des zweiten Teilgetriebes und die zweite Stellwelle durch eine zweite Welle des ersten Teilgetriebes und eine zweite Welle des zweiten Teilgetriebes gebildet. Dabei ist zweckmäßigerweise die erste Stellwelle mit dem Elektromotor verbindbar. Die erste Stellwelle ist vorzugsweise als Einzelwelle ausgebildet. Weiterhin ist zweckmäßigerweise die zweite Stellwelle mit einer Bremse, insbesondere einer elektromagnetischen Bremse, bevorzugt einer Hysteresebremse, verbindbar. Auch die zweite Stellwelle ist vorzugsweise als Einzelwelle ausgebildet.

Als Umlaufgetriebe werden vorzugsweise solche Umlaufgetriebe eingesetzt, die aus solchen Getrieben aufgebaut sind, die hohe Übersetzungen zulassen. Ferner ist vorteilhaft, solche Umlaufgetriebe vorzusehen, die durch geschickte konstruktive Maßnahmen wie etwa mehrfache Verwendung von Sonnen- und Planetenrädern, unterschiedliche Zähnezahlen auf gleichem Durchmesser, durch Profilverschiebung und dergleichen, einen einfachen Aufbau besitzen. Vorzugsweise sind die gekoppelten Umlaufgetriebe jeweils gleichartig ausgebildet. Denkbar ist jedoch auch, verschiedenartige Umlaufgetriebe miteinander zu koppeln.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens eines der Umlaufgetriebe als einstufiges Planetengetriebe ausgebildet. Diese weisen einen einfachen Aufbau auf und erfordern wenig Aufwand für eine Auslegung.

In einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens eines der Umlaufgetriebe als Stufen-Planetengetriebe ausgebildet sein. Es bestehen zusätzliche Freiheitsgrade in der Auslegung des Überlagerungsgetriebes, etwa hinsichtlich Zähnezahlen der Verzahnungen, Wirkungsgrad, Schrägverzahnungen und dergleichen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an der zweiten Stellwelle ein Planetenträger angeordnet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass an der zweiten Stellwelle wenigstens ein Hohlrad angeordnet ist. Dabei kann für beide Umlaufgetriebe, die mit der zweiten Stellwelle wirkverbunden sind, das Hohlrad Verzahnungen auf gleichem Durchmesser oder auch auf unterschiedlichem Durchmesser aufweisen. Eine Anpassung an einen vorgegebenen Bauraum und an konstruktive Rahmenbedingungen ist daher leicht realisierbar.

Es ist günstig, wenn an der ersten Stellwelle ein Stufen-Sonnenrad angeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass an der ersten Stellwelle ein Planetenträger angeordnet ist. In einer günstigen weiteren Ausgestaltung kann an der ersten Stellwelle eine Exzenterwelle angeordnet sein. Ebenso kann vorgesehen sein, dass an der ersten Stellwelle ein doppeltes Stufen-Sonnenrad angeordnet ist. Der Fachmann wird bedarfsabhängig eine geeignete Variante auswählen.

Eine Drehzahl der Eingangswelle beim autonomen Lenken, d.h. bei abgebremster zweiter Stellwelle und gelöster erster Stellwelle, wird nur von der Drehzahl eines Stellantriebs bzw. einer an der ersten Stellwelle angeschlossenen Koppel welle und einer Standübersetzung des ersten Umlaufgetriebes bestimmt. Die Drehzahl der Ausgangswelle wird dabei nur von der Drehzahl des Stellantriebs bzw. der an der ersten Stellwelle angeschlossenen Koppelwelle und der Standübersetzung des zweiten Umlaufgetriebes bestimmt.

Alternativ kann statt beispielsweise eines Planetengetriebes zur weiteren Vereinfachung der Bauform und zur Reduktion der Bauteilezahl des Überlagerungsgetriebes auch ein einfacheres Koppelgetriebe eingesetzt werden. Zahnräder oder Stege, die mit gleicher Drehzahl laufen, können zur Vereinfachung zu einem Bauteil zusammengefasst werden oder können ganz entfallen. Eine weitere Vereinfachung ist möglich durch eine Profilverschiebung der Verzahnung. Damit können auf gleichem Durchmesser unterschiedliche Zähnezahlen bei gleichem Modul realisiert werden, und verbundene Sonnenräder und Planetenräder können in ihrer axialen Richtung durchgängige Verzahnungen besitzen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung wird zu einer aktiven Lenkunterstützung eine erste Stellwelle des Überlagerungsgetriebes mit einem Stellmoment zur Drehwinkelüberlagerung eines durch die Lenkhandhabe vorgegebenen Drehwinkels beaufschlagt, während eine zweite Stellwelle des Überlagerungsgetriebes im Wesentlichen frei dreht.

Soll autonom gelenkt werden, dreht die erste Stellwelle im Wesentlichen frei und die zweite Stellwelle wird mit einem Bremsmoment beaufschlagt. Das autonome Lenken wird vorzugsweise zum Einparken oder Ausparken eines Fahrzeugs eingesetzt. Die Lenkhandhabe, beispielsweise das Lenkrad, kann frei drehen und wird letztlich vom Stellantrieb betätigt. Im Notfall kann der Fahrer gegen das begrenzte Moment des Stel lantriebs, insbesondere des Elektromotors, einen Lenkhandhabewinkel vorgeben. Vorzugsweise wird die zweite Stellwelle vollständig abgebremst. Es ist jedoch auch möglich, beim autonomen Lenken bzw. Einparken und/oder Ausparken die Bremse nur teilweise zu schließen. Dann liegt die Eingangsdrehzahl der Bremse zwischen dem Wert bei vollständig geöffneter Bremse und null. Damit ist es möglich, die Drehzahlverhältnisse der Getriebewellen noch freier einzustellen.

Kann die Lenkhandhabe beim autonomen Lenken frei drehen, entfällt das Lenkhandhabemoment und der Fahrer kann die Lenkhandhabe loslassen, jedoch notfalls händisch eingreifen und einen Lenkhandhabewinkel vorgeben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels 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 ein Vierwellengetriebe,
2 eine bevorzugte Lenkvorrichtung mit einem bevorzugten Überlagerungsgetriebe mit gekoppelten Sonnenwellen und zwei einfachen Planetengetrieben auf gemeinsamem Planetenträger,
3 eine bevorzugte Lenkvorrichtung mit einem bevorzugten Überlagerungsgetriebe mit gekoppelten Sonnenwellen und zwei einfachen freilaufenden Planetengetrieben mit vier Hohlrädern,
4 eine bevorzugte Lenkvorrichtung mit einem bevorzugten Überlagerungsgetriebe mit einem Sonnenrad und zwei einfachen Planetengetrieben mit gemeinsamem Planetenträger und vier Hohlrädern,
5 eine bevorzugte Lenkvorrichtung mit einem bevorzugten Überlagerungsgetriebe mit gekoppelten Sonnenwellen auf einem Exzenter,
6 eine bevorzugte Lenkvorrichtung mit einem bevorzugten Überlagerungsgetriebe mit gekoppelten Sonnenwellen mit vier Sonnenrädern und zwei Stufen-Planetengetrieben, und
7 eine bevorzugte Lenkvorrichtung mit einem bevorzugten Überlagerungsgetriebe mit gekoppelten Sonnenwellen und zwei Stufen-Planetengetrieben auf exzentrischen Planetenträgern.
Aus 1 ist ein bevorzugtes als Vierwellengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe 10 in symbolischer Darstellung ersichtlich. Das Überlagerungsgetriebe 10 umfasst zwei als erstes und zweites Umlaufgetriebe 15, 16 mit jeweils drei Wellen ausgebildete Teilgetriebe, die jeweils über zwei Wellen 17, 18 und 19, 20 gekoppelt sind. Dabei sind die Teilgetriebe so verschaltet, dass je zwei Wellen 17 und 18 sowie 19 und 20 der Teilgetriebe zu einer ersten Stellwelle 11 und einer zweiten Stellwelle 12 aneinander gekoppelt sind. Die gekoppelten Wellen 17 und 18 werden als eine die erste Stellwelle 11 bildende Koppelwelle und die gekoppelten Wellen 19 und 20 als eine die zweite Stellwelle 12 bildende Koppelwelle nach außen geführt. Die erste Stellwelle 11 wird an einen in der Figur nicht dargestellten Stellantrieb geführt. Die zweite Stellwelle 12 wird an eine in der Figur als Masse angedeutete Bremse 21 geführt und je nach Betrieb festgesetzt oder zum freien Drehen freigegeben. Eine dritte Welle des ersten Umlaufgetriebes 15 wird als eine eine Eingangswelle 13 bildende Einzelwelle an eine nicht dargestellte Lenkhandhabe und eine dritte Welle des zweiten Umlaufgetriebes 16 als eine ei ne Ausgangswelle 14 bildende Einzelwelle an ein nicht dargestelltes Lenkgetriebe angeschlossen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung einer Lenkvorrichtung ist in 2 dargestellt und zeigt ein Überlagerungsgetriebe 10 im eingebauten Zustand. Funktionell gleich wirkende Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Die Lenkvorrichtung ist mit einer an einer Lenksäule 31 angeordneten Lenkhandhabe 22 und mit einem Lenkgetriebe 30 zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern 28, 29 sowie mit dem Überlagerungsgetriebe 10 und einem Stellantrieb 23 versehen. Eine Eingangswelle 13 des Überlagerungsgetriebes 10 ist mit der Lenkhandhabe 22 und eine Ausgangswelle 14 mit dem Lenkgetriebe 30 verbunden. Das Überlagerungsgetriebe 10 weist eine erste und eine zweite Stellwelle 11, 12 auf, welche jeweils als Koppelwellen von zwei Umlaufgetrieben 15 und 16 ausgeführt sind.
An der ersten Stellwelle 11 ist der als Elektromotor ausgebildete Stellantrieb 23 angeschlossen, und an der zweiten Stellwelle 12 ist eine Bremse 21 angeordnet, die fahrzeugfest gelagert ist. Der Stellantrieb 23 ist in der Lenksäule 31 gelagert.
Die beiden Umlaufgetriebe 15, 16, aus denen sich das Überlagerungsgetriebe 10 zusammensetzt, sind als einfache Planetengetriebe ausgebildet. Die erste Stellwelle 11 ist als Sonnenwelle ausgebildet und trägt drehfest ein Sonnenrad 25 des ersten Umlaufgetriebes 15 und axial dazu versetzt mit gleicher Drehachse ein Sonnenrad 27 des zweiten Umlaufgetriebes 16. Die Verbindung zwischen den Sonnenrädern 25, 27 wird durch die gekoppelten Wellen 17, 18 gebildet (vgl. 1).
Die Eingangswelle 13 ist als Hohlrad ausgebildet und über die Lenksäule 31 drehfest an die Lenkhandhabe 22 angeschlossen. Auf dem Sonnenrad 25 des ersten Umlaufgetriebes 15 wälzt sich wenigstens ein Planetenrad 24 ab und kämmt gleichzeitig mit der als Hohlrad ausgebildeten Eingangswelle 13, die das Umlaufgetriebe 15 umgibt. Auf der zweiten Sonne 27 wälzt sich wenigstens ein Planetenrad 26 des zweiten Umlaufgetriebes 16 ab und kämmt mit einer als Hohlrad ausgebildeten Ausgangswelle 14, die über eine Welle 32 drehfest an das Lenkgetriebe 30 angeschlossen ist und das Umlaufgetriebe 16 umgibt. Die zweite Stellwelle 12 greift axial zwischen den beiden Umlaufgetrieben 15 und 16 ein.
Die Planetenräder 24 und 26 der beiden Umlaufgetriebe 15 und 16 sind auf einem gemeinsamen, aus zwei Wellen 19, 20 gebildeten Steg gelagert, der mit der zweiten Stellwelle 12 verbunden ist. Das Planetenrad 26 des zweiten Umlaufgetriebes 16 weist einen größeren Durchmesser als das Planetenrad 24 auf, so dass der innere Radius der als Hohlrad ausgebildeten Ausgangswelle 14, auf dem das Planetenrad 26 dreht, größer ist als derjenige des als Hohlrad ausgebildeten Eingangswelle 13.
Beim autonomen Lenken ist die zweite Stellwelle 12 durch die Bremse 21 festgesetzt. Im normalen Betrieb ist die Bremse 21 gelöst und die als Koppelwelle ausgebildete Stellwelle 12 dreht sich frei. Dieses bevorzugte Überlagerungsgetriebe 10 kann als vereinfachtes Koppelgetriebe ausgeführt werden, indem die beiden Sonnenräder 25, 27 bzw. die beiden Wellen 19, 20 des Stegs zu einem Bauteil zusammengefasst werden.
Beispielhaft ergibt sich eine Standübersetzung i_17,13 im ersten Umlaufgetriebe 15 zwischen der Welle 17 und der Einganswelle 13 von bevorzugt
und eine Standübersetzung i_18,14 des zweiten Umlaufgetriebes 16 zwischen der Welle 18 und der Ausgangswelle 14 von bevorzugt
wobei Z jeweils für eine Zähnezahl der als Hohlrad ausgebildeten Einganswelle 13 bzw. Ausgangswelle 14 und der Sonnenräder 25 bzw. 27 steht. Beide Übersetzungen i_17,13, i_18,14 bzw. Zähnezahlen Z sind leicht realisierbar. Die Indizes stehen für die Übersetzung von a nach b, d.h., dass beispielsweise i_17,13 für die Übersetzung von Welle 17 nach Eingangswelle 13 steht.
Im normalen Betrieb bei gelöster Bremse 21 ergibt sich als Übersetzung i_22,30 von der Lenkhandhabe 22 zum Lenkgetriebe 30 i22,30 = i13,20·i19,14 = 1,07und als Übersetzung i_22,30 vom Stellantrieb 23 zum Lenkgetriebe 30
Beim autonomen Lenken, beispielsweise beim Einparken, ergibt sich als Übersetzung i_22,30 von der Lenkhandhabe 22 zum Lenkgetriebe 30 i22,30 = i13,17·i18,14 = 1,82und als Übersetzung i_23,30 vom Stellantrieb 23 zum Lenkgetriebe 30 i23,30 = i18,14 = –10
Einige mögliche und günstige Übersetzungsverhältnisse sind in der folgenden Übersicht zusammengefasst:
mit

a: = Standübersetzung erstes Umlaufgetriebe 15
b: = Standübersetzung zweites Umlaufgetriebe 16
c: = Übersetzung von Lenkhandhabe 22 nach Lenkgetriebe 30
d: = Übersetzung von Stellantrieb 23 nach Lenkgetriebe 30
e: = Übersetzung von Lenkhandhabe 22 nach Lenkgetriebe 30
f: = Übersetzung von Stellantrieb 23 nach Lenkgetriebe 30

Die Übersetzungsverhältnisse werden mit den oben aufgeführten Formeln berechnet. Wie zu erkennen ist, ist tendenziell die Übersetzung des zweiten Umlaufgetriebes 16 (i_18,14) doppelt so hoch wie die Übersetzung des ersten Umlaufgetriebes 15 (i_17,13) Selbstverständlich können auch andere Übersetzungen gewählt werden. Bei betätigter Bremse 21 kann ein autonomes Lenken ohne Berühren der Lenkhandhabe 22 durch den Fahrer erfolgen. Das autonome Lenken beim Einparken oder Ausparken beginnt zweckmäßigerweise immer in der Mittelstellung, d.h. Lenkradwinkel und Lenkgetriebewinkel betragen 0°, wodurch Vorderräder und Hinterräder parallel zueinander und zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet sind. Ebenso endet das Einparken oder Ausparken auch wieder in der Mittelstellung. Damit ist gewährleistet, dass im normalen Betrieb die Mittelstellung der als Lenkrad ausgebildeten Lenkhandhabe 22 und des Lenkgetriebes 30 zusammenfallen. Bei Geradeausfahrt ist dann gewährleistet, dass die Lenkhandhabe 22 nicht im eingelenkten Zustand gehalten werden muss.
In den weiteren Figuren sind Anordnungen gezeigt, bei denen Standübersetzungen i_11,14 vom Stellantrieb 23 zum Lenkgetriebe 30 bzw. zur Lenkhandhabe 22 von etwa 10 bis 100 bzw. –10 bis –100 möglich sind.
3 illustriert eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Ein als Elektromotor ausgebildeter Stellantrieb 23 ist in der als Hohlrad ausgebildeten Eingangswelle 13 gelagert, eine Ausgangswelle 14 geht auf eine Welle 32 eines Lenkgetriebes 30, mit dem lenkbare Räder 28, 29 gedreht werden. Um unnötige Wiederholungen in den folgenden Figuren zu vermeiden, werden nur die wesentlichen Unterschiede zu dem oder den vorangegangenen Ausführungsbeispiel herausgestellt. Für die anderen gleichartigen oder funktionell gleich wirkenden Elemente wird auf die vorangegangene Figurenbeschreibung verwiesen.
Eine erste Stellwelle 11, die mit einem lenksäulenfesten Stellantrieb 23 verbunden ist, treibt zwei Sonnenräder 25, 27 an, die mit ineinander übergehenden Wellen 17, 18 gekoppelt sind und die konzentrisch zur Stellwelle 11 angeordnet sind.
Zwei mit einer zweiten, einer Bremse 21 zugeordneten Stellwelle 12 verbundene Wellen 19 und 20 sind, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 1, in diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen als Hohlräder ausgebildet, die axial zwischen Eingangswelle 13 und Ausgangswelle 14 des Überlagerungsgetriebes 10 eingreifen. Die beiden Hohlräder weisen unterschiedliche Radien auf, wobei deren Radius jeweils dem Radius der als Hohlrad ausgebildeten Eingangswelle 13 bzw. dem Radius der als Hohlrad ausgebildeten Ausgangswelle 14 entspricht, je nachdem, ob das betreffende Hohlrad dem ersten Umlaufgetriebe 15 mit der Eingangswelle 13 oder dem zweiten Umlaufgetriebe 16 mit der Ausgangswelle 14 zugeordnet ist.
Das erste Umlaufgetriebe 15 umfasst das an der Stellwelle 11 liegende erste Sonnenrad 25, auf dem sich wenigstens ein Planetenrad 24 abwälzt. Das Planetenrad 24 ist mit einer lenksäulenfesten, als Hohlrad ausgebildeten Eingangswelle 13 und mit dem dazu axial versetzten Hohlrad 20 im Eingriff. Das Hohlrad der Welle 20 weist einen kleineren inneren Radius auf als das Hohlrad der zweiten Welle 19 auf. Beidseits der Trennlinie 34 sind die beiden Umlaufgetriebe 15, 16 angeordnet.
Das zweite Umlaufgetriebe 16 umfasst ein an der Stellwelle 11 liegendes Sonnenrad 27, auf dem sich wenigstens ein Planetenrad 26 abwälzt und das sowohl mit dem Hohlrad der Welle 19 als auch mit einem weiteren, fest mit einer Eingangswelle 32 des Lenkgetriebes 30 verbundenen, als Hohlrad ausgebildeten Ausgangswelle 14 des Überlagerungsgetriebes 10.
Wie aus 4 ersichtlich, zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ein Umlaufgetriebe 10, bei dem die erste Stellwelle 11 statt Sonnenrädern einen zentrisch zur Stellwelle 11 angeordneten Planetenträger mit Lagerbolzen zur Aufnahme der Planetenräder 24 bzw. 26 des ersten bzw. zweiten Umlaufgetriebes 15, 16 antreibt. Die Wellen 19, 20 der zweiten Stellwelle 12 sind wie in 3 als Hohlräder mit unterschiedlichen inneren Radien ausgebildet. Die in 3 und 4 dargestellten Planetenräder 24, 26 sind durchgehend ausgebildet in dem Sinn, dass sie jeweils in zwei axial beabstandete Hohlräder eingreifen.
Die 5 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine erste Stellwelle 11 statt einer Sonnen-Anordnung in Form von Sonnenrädern oder Planetenträger eine Exzenterwelle antreibt. Auf der Exzenterwelle ist ein Planetenrad 24 des ersten Umlaufgetriebes 15 und axial versetzt ein Planetenrad 26 des zweiten Umlaufgetriebes 16 gelagert. Jedes der Planetenräder 24, 26 ist mit jeweils zwei Hohlrädern in Eingriff. Das erste Planetenrad 24 kämmt mit der als Hohlrad ausgebildeten Eingangswelle 13 und gleichzeitig mit der axial versetzten, als Hohlrad ausgebildeten Welle 20. Das zweite Planetenrad 26 kämmt mit der als Hohlrad ausgebildeten Ausgangswelle 14 und gleichzeitig mit der axial versetzten, als Hohlrad ausgebildeten Welle 19. Die Wellen 19, 20 sind wieder mit der zweiten Stellwelle 12 verbunden und axial zwischen den Umlaufgetrieben 15, 16 angeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeigt 6, die eine weitere Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels in 3 beschreibt. Statt durchgehender Planetenräder 24 bzw. 26 sind hier gestufte Planetenräder 35, 36 für das erste Umlaufgetriebe 15 bzw. 37, 38 für das zweite Umlaufgetriebe 16 mit unterschiedlichen Radien vorgesehen. Je des Planetenrad 35, 36, 37, 38 ist mit jeweils nur einem Hohlrad in Eingriff. So ist es möglich, dass alle Hohlräder der Wellen 13, 20, 19, 14 unterschiedliche Radien aufweisen. Beidseits der Trennlinie 34 sind die Umlaufgetriebe 15,16 dargestellt, die durch die Stellwellen 11,12 verbunden sind. An die Stellwelle 11 sind die gekoppelten Wellen 17, 18 angeschlossen, welche gestufte Sonnenräder 39, 40 des ersten Umlaufgetriebes 15 bzw. 41, 42 des zweiten Umlaufgetriebes 16 tragen. Auch die Sonnenräder 39, 40, 41, 42 weisen unterschiedliche Radien auf.
Wie 7 in weiterer Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels in 4 zeigt, kann in einer weiteren günstigen Ausbildung ein mit einer ersten Stellwelle 11 wirkverbundener Planetenträger wenigstens jeweils ein gestuftes Paar Planetenräder 35, 36 des ersten Umlaufgetriebes 15 bzw. 37, 38 des zweiten Umlaufgetriebes 16 tragen, wobei jedes Planetenrad 35, 36, 37, 38 mit jeweils nur einem Hohlrad in Eingriff ist. Wellen 17 und 18 bilden jeweils einen Lagerbolzen, wobei die beiden Lagerbolzen auf unterschiedlichen Radien des Planetenträgers sitzen. Auf den Lagerbolzen sind die gestuften Planetenräder 35, 36 und 37, 38 angeordnet. Auf diese Weise können Hohlräder mit jeweils voneinander verschiedenen Radien verwendet werden.

10: Überlagerungsgetriebe
11: Stellwelle
12: Stellwelle
13: Eingangswelle
14: Ausgangswelle
15: Umlaufgetriebe
16: Umlaufgetriebe
17: Welle
18: Welle
19: Welle
20: Welle
21: Bremse
22: Lenkhandhabe
23: Stellantrieb
24: Planetenrad
25: Sonnenrad
26: Planetenrad
27: Sonnenrad
28: Fahrzeugrad
29: Fahrzeugrad
30: Lenkgetriebe
31: Lenksäule
32: Welle
33: Träger
34: Trennlinie
35: Planetenrad
36: Planetenrad
37: Planetenrad
38: Planetenrad
39: Sonnenrad
40: Sonnenrad
41: Sonnenrad
42: Sonnenrad

Claims

Lenkvorrichtung mit einer an einer Lenksäule (31) angeordneten Lenkhandhabe (22) und mit einem Lenkgetriebe (30) zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern (28, 29) eines Fahrzeugs, sowie mit einem Überlagerungsgetriebe (10) und einem Stellantrieb (23), wobei eine Eingangswelle (13) des Überlagerungsgetriebes (10) mit der Lenkhandhabe (22) und eine Ausgangswelle (14) mit dem Lenkgetriebe (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (10) eine erste und eine zweite Stellwelle (11, 12) aufweist.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stellwelle (11) der Stellantrieb (23) angeschlossen ist und an der zweiten Stellwelle (12) eine Bremse (21) angeordnet ist
Lenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (21) als Hysteresebremse ausgebildet ist.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (21) fahrzeugfest gelagert ist.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (23) in der Lenksäule (31) gelagert ist.
Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (23) in einer Welle (32) zum Lenkgetriebe (30) gelagert ist.
Lenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (23) als Elektromotor ausgebildet ist.
Überlagerungsgetriebe einer Lenkvorrichtung mit einer an einer Lenksäule (31) angeordneten Lenkhandhabe (22) und mit einem Lenkgetriebe (30) zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern (28, 29), umfassend zwei Umlaufgetriebe (15, 16) mit einer Eingangswelle (13) und einer Ausgangswelle (14), dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Umlaufgetriebe (15, 16) ein erstes und zweites Teilgetriebe eines Vierwellengetriebes bilden.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierwellengetriebe eine erste und eine zweite Stellwelle (11, 12) aufweist.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellwelle (11) durch eine erste Welle (17) des ersten Umlaufgetriebes (15) und eine erste Welle (18) des zweiten Umlaufgetriebes (16) und die zweite Stellwelle (12) durch eine zweite Welle (20) des ersten Umlaufgetriebes (15) und eine zweite Welle (19) des zweiten Umlaufgetriebes (16) gebildet ist.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Umlaufgetriebe (15, 16) als einstufiges Planetengetriebe ausgebildet ist.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Umlaufgetriebe (15, 16) als gestuftes Planetengetriebe ausgebildet ist.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Stellwelle (12) ein Planetenträger angeordnet ist.
Überlagerungsgetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Stellwelle (12) wenigstens ein Hohlrad angeordnet ist.
Überlagerungsgetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stellwelle (11) ein Stufen-Sonnenrad (25, 27) angeordnet ist.
Überlagerungsgetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stellwelle (11) ein Planetenträger (33) angeordnet ist.
Überlagerungsgetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stellwelle (11) eine Exzenterwelle angeordnet ist.
Überlagerungsgetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stellwelle (11) ein doppeltes Stufen-Sonnenrad (39, 40; 41, 42) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung mit einer an einer Lenksäule (31) angeordneten Lenkhandhabe (22) und mit einem Lenkgetriebe (30) zur Verstellung von lenkbaren Fahrzeugrädern (28, 29) sowie mit einem Überlagerungsgetriebe (10) und einem Stellantrieb (23), wobei eine Eingangswelle (13) des Überlagerungsgetriebes (10) mit der Lenkhandhabe (22) und eine Ausgangswelle (14) mit dem Lenkgetriebe (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer aktiven Lenkunterstützung eine erste Stellwelle (11) des Überlagerungsgetriebes (10) mit einem Stellmoment zur Drehwinkelüberlagerung eines durch die Lenkhandhabe (22) vorgegebenen Drehwinkels beaufschlagt wird, während eine zweite Stellwelle (12) des Überlagerungsgetriebes (10) im Wesentlichen frei dreht.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem autonomen Lenken die erste Stellwelle (11) im Wesentlichen frei dreht und die zweite Stellwelle (12) mit einem Bremsmoment beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stellwelle (12) vollständig abgebremst wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkhandhabe (22) beim autonomen Lenken frei drehen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22 dadurch gekennzeichnet, dass das autonome Lenken beim Ein- oder Ausparken immer bei einem Lenkrad- und Lenkgetriebewinkel von 0°, d.h. in Mittelstellung beginnt und endet.