DE102005024552A1

DE102005024552A1 - Lenkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005024552A1
Application number: DE200510024552
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Meintschel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-05-28
Filing date: 2005-05-28
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Es wird eine Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe, einem Lenkgetriebe, das die Drehbewegung einer Eingangswelle in eine Schiebebewegung einer Spurstange umsetzt, einem zwischen Lenkgetriebe und Lenkhandhabe angeordneten Überlagerungsgetriebe, das ein mit der Lenkhandhabe in Wirkverbindung stehendes erstes Hohlrad (2a) und ein mit der Eingangswelle des Lenkgetriebes in Wirkverbindung stehendes zweites Hohlrad (2b) aufweist, wobei ein Planetenrad (4) gleichzeitig mit dem ersten und zweiten Hohlrad (2a, 2b) in Eingriff steht. Bei der Lenkungsvorrichtung ist vorgesehen, dass sich das Planetenrad (4) über die Mittelachse der Hohlräder (2a, 2b) erstreckt auf einer mit einem Rotor eines Elektromotors verbundenen Exzenterwelle gelagert ist. Zwischen der Exzenterwelle und dem Planetenrad (4) sind Spannmittel (41) vorgesehen, die das Planetenrad in Richtung der Eingriffsstelle (30) mit den beiden Hohlrädern (2a, 2b) drücken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 101 60 313 A1 ist eine Lenkungsvorrichtung bekannt, die ein als Planetengetriebe ausgeführtes Überlagerungsgetriebe aufweist. Das Planetengetriebe weist zwei Hohlräder, mindestens ein auf einem Steg gelagertes Stufenplanetenrad sowie ein von einem Elektromotor antreibbares Schneckengetriebe auf.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Lenkungsvorrichtung zu schaffen, die ein einfach aufgebautes Überlagerungsgetriebe mit reduziertem Getriebespiel aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Lenkungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung weist ein Planetenrad auf, das sich über der Mittelachse der Hohlräder erstreckt, so dass der Durchmesser des Planetenrades größer ist als der Innenradius der Hohlräder. Das Planetenrad ist auf einer mit einem Rotor eines Elektromotors verbundenen Exzenterwelle gelagert. Die Exzenterwelle ist durch den Elektromotor vorteilhafterweise direkt – d.h. ohne Zwischengetriebe – antreibbar. Die Außenverzahnung des Planetenrades steht an einer Eingriffsstelle mit den Innenverzahnungen des ersten und zweiten Hohlrades in Eingriff.

Beim Bestromen des Elektromotors dreht dessen Rotor die Exzenterwelle, wodurch sich das Planetenrad im ersten Hohlrad abwälzt und sich das zweite Hohlrad sich relativ zum ersten Hohlrad verdreht. Dadurch kann dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel ein Zusatzlenkwinkel überlagert werden. Durch die Spannmittel wird das Planetenrad radial in Richtung der Eingriffsstelle gedrückt, wodurch das Getriebespiel verringert werden kann. Diese Maßnahme verbessert das Lenkgefühl für den Fahrer insbesondere im Bereich der Geradeausstellung der Lenkhandhabe. Weiterhin kann durch die Reduzierung des Getriebespiels auch der Verschleiß verringert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Lenkungsvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Vorteilhafterweise steht das als Einfachplanetenrad ausgeführte Planetenrad mit dem ersten und zweiten Hohlrad im Zahneingriff, wobei das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad unterschiedliche Zähnezahlen und/oder Profilverschiebungen aufweisen. Die Zähnezahl des Planetenrades kann dabei bis zu ca. 10%, d.h. geringfügig kleiner sein als die des ersten und/oder zweiten Hohlrades. Unter einem Einfachplanetenrad ist ein Planetenrad zu verstehen, bei dem sich die durch eine Verzahnungsgeometrie definierten Zähne über die gesamte Zahnradbreite erstrecken. Um ein Kämmen der Hohlräder unterschiedlicher Zähnezahl mit dem Einfachplanetenrad zu ermöglichen, weisen die Hohlräder unterschiedliche Profilverschiebungen auf. Beispielsweise kann das zweite Hohlrad durch eine positive Profilverschiebung gegenüber dem ersten Hohlrad, das keine oder eine negative Profilverschiebung aufweist, mehr Zähne aufweisen. In einem anderen Fall weist das zweite Hohlrad durch eine negative Profilverschiebung weniger Zähne als das erste Hohlrad auf. Der Aufbau des Überlagerungsgetriebes mit einem Einfachplaneten und den beiden Hohlrädern nimmt wenig Bauraum in Anspruch, ist kostengünstig herstellbar und ermöglicht hohe Übersetzungen zwischen Exzenterwelle und dem zweiten Hohlrad. Die hohe Übersetzung erlaubt den Einsatz eines kleinen Elektromotors und ermöglicht eine exakte Einstellung des Zusatzlenkwinkels.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Planetenrad als zwei Verzahnungsbereiche aufweisendes Stufenplanetenrad ausgeführt ist, wobei der erste Verzahnungsbereich mit dem ersten Hohlrad und der zweite Verzahnungsbereich mit dem zweiten Hohlrad in Eingriff steht. Bei hohen Übersetzungen zwischen der Exzenterwelle und dem zweiten Hohlrad ist das Planetenrad zur Vermeidung von Eingriffstörungen als Stufenplanetenrad ausgeführt. Beispielsweise dürfen bei einer Evolventenverzahnung nur evolventenförmige Flankenteile zum Eingriff kommen. Die Zähnezahlen der Verzahnungsbereiche des Stufenplaneten sind um ca. bis 10% kleiner als die des jeweils mit einem der Verzahnungsbereiche kämmenden Hohlrades. Der Stufenplanet ermöglicht die Darstellung hoher Übersetzungen zwischen Exzenterwelle und dem zweiten Hohlrad.

Der Elektromotor kann zur verbesserten Ausnutzung der Bauraumverhältnisse in einer das zweite Hohlrad und die Eingangswelle des Lenkgetriebes miteinander verbindenden Lenkwelle angeordnet sein. Der Rotor des Elektromotors ist dabei konzentrisch zu den Hohlrädern angeordnet.

Alternativ hierzu kann der Elektromotor in einem die Lenkhandhabe und das erste Hohlrad miteinander verbindenden Lenkrohr angeordnet sein, wodurch ebenfalls eine verbesserte Bauraumausnutzung erreicht wird. Das Lenkrohr weist einen ausreichend großen Innendurchmesser zur Aufnahme des Elektromotors auf. Auch hierbei ist der Rotor des Elektromotors konzentrisch zu den beiden Hohlrädern angeordnet.

Der Elektromotor kann auch fahrzeugfest gelagert werden. Das Drehmoment am Stator des Elektromotors stützt sich damit nicht am Lenkrohr oder der Lenkwelle ab. Der Fahrer spürt beim Beschleunigen bzw. Verzögern des Rotors des Elektromotors keine Rückwirkung an der Lenkhandhabe.

Ferner ist es möglich, die Lenkhandhabe über eine Zahnradstufe mit dem ersten Hohlrad zu verbinden. Die Zahnradstufe umfasst ein mit dem Lenkrohr und ein mit dem ersten Hohlrad verbundenes Zahnrad. Eine Drehbewegung der Lenkhandhabe bzw. des Lenkrohrs wird durch Kämmen der Zahnräder der Zahnradstufe auf das erste Hohlrad übertragen. Die Zahnradstufe ist beispielsweise als Stirnradpaar oder als Kegelradpaar ausführbar. Die Zahnradstufe ermöglicht eine Anordnung des Elektromotors außerhalb des Lenkrohrs oder der Lenkwelle.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung tritt zwischen dem ersten und zweiten Hohlrad Selbsthemmung auf. Die Selbsthemmung verhindert bei einer Drehmomentbeaufschlagung des ersten oder zweiten Hohlrades ein Abwälzen des Planetenrades in den Hohlrädern, d.h. die Hohlräder und das Planetenrad drehen sich im Block und nicht relativ zueinander, wobei die Drehzahl der beiden Hohlräder gleich groß ist.

Dadurch, dass die Spannmittel von einer Federanordnung gebildet sind kann ein einfacher Aufbau des Überlagerungsgetriebes der Lenkungsanordnung erreicht werden, wobei die Federkraft der Federanordnung einfach durch die Dimensionierung der Federanordnung vorgegeben werden kann. Dabei können kostengünstige, handelsübliche Bauteile verwendet werden.

Bei dieser Ausführungsform kann die Federanordnung mehrere Schraubenfedern aufweisen, die in Axialrichtung des Planetenrades gesehen hintereinander angeordnet sind, so dass sich ein in Umfangsrichtung des Planetenrades geringer Bauraumbedarf für die Federanordnung ergibt und gleichzeitig in Axialrichtung des Planetenrades gesehen eine gleichmäßige Federkraftverteilung erreicht werden kann, die das Planetenrad an der Eingriffsstelle radial nach außen zu den beiden Hohlrädern hin drückt.

Es ist auch vorteilhaft, wenn die Exzenterwelle ein zylindrisch konturiertes Wellenteil aufweist, das an seinem dem Planetenrad zugeordneten Ende ein zylinderartig konturiertes Exzenterteil aufweist, dessen Mittelachse parallel versetzt zur Rotationsachse des Wellenteils verläuft. Dieser Aufbau ist einfach zu realisieren.

Dabei besteht die Möglichkeit, dass sich die Spannmittel einerseits am Exzenterteil und andererseits an einem das Exzenterteil in Umfangsrichtung umschließenden Tragring abstützen. Der Tragring ist dabei relativ zum Exzenterteil in Richtung der durch die Spannmittel erzeugten Spann- oder Federkraft verlagerbar. Der Tragring kann mit den Spannmitteln am Exzenterteil bei der Getriebeproduktion als Baueinheit vormontiert werden.

Es ist dabei zweckmäßig, wenn am Exzenterteil und/oder am Tragring eine oder mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Ausnehmungen vorgesehen sind, in die wenigstens ein am jeweils anderen Bauteil vorgesehener Vorsprung eingreift. Das Exzenterteil und der Tragring sind dadurch gegeneinander verdrehgesichert und die Lage des Tragrings relativ zum Exzenterteil wird definiert.

Das Planetenrad kann auf einfache Weise auf dem Tragring in Umfangsrichtung drehbar gelagert sein, beispielsweise mittels eines Nadellagers.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung mit Überlagerungsgetriebe,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellungen des Überlagerungsgetriebes aus 1,
3 eine perspektivische teilgeschnittene Ansicht des Überlagerungsgetriebes aus 1 und 2 ohne Elektromotor,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung und
5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung.
Gleichwirkende Bauteile in den 1 bis 5 sind im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In 1 ist schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe 21 dargestellt. Eine Lenkhandhabe 1 in Form eines Lenkrads ist über ein Lenkrohr 3 mit einem ersten Hohlrad 2a drehfest verbunden. Ein Planentenrad 4 steht mit dem ersten Hohlrad 2a und einem zweiten Hohlrad 2b an einer Eingriffsstelle 30 im Zahneingriff. Das Planetenrad 4 ist als Einfachplanetenrad ausgeführt, d.h. die durch eine Verzahnungsgeometrie gekennzeichneten Zähne erstrecken sich über die gesamte Zahnradbreite.
Die Innenverzahnung des zweiten Hohlrades 2b weist eine von der Innenverzahnung des ersten Hohlrades 2a abweichende Zähnezahl auf. Um den Eingriff mit dem Planetenrad 4 zu ermöglichen, wird die unterschiedliche Zähnezahl durch eine Profilverschiebung erzielt. Diese Maßnahme besteht darin, dass eine Profilbezugslinie der Verzahnung der Hohlräder 2a, 2b vom Teilkreisdurchmesser in Richtung Kopfkreisdurchmesser (positive Profilverschiebung) oder in Richtung Fußkreisdurchmesser(negative Profilverschiebung) verschoben wird. Bei einer genügend großen Verschiebung sind an den Hohlrädern 2a, 2b gegenüber einer Aus führung ohne Profilverschiebung mehr oder weniger Zähne anordenbar, wobei die Hohlräder 2a, 2b an der Eingriffsstelle 30 weiterhin mit dem Planetenrad 4 kämmen.
Das Planetenrad 4 ist auf einer Exzenterwelle 5 drehbar gelagert. Die Exzenterwelle 5 weist ein zylinderförmiges Wellenteil 31 auf, dessen eines Ende 32 mit einem Rotor 7 eines in dem Lenkrohr 3 angeordneten Elektromotors 6 gekoppelt ist. Das dem Rotor 7 entgegengesetzte andere Ende 33 des Wellenteils 31 ist drehfest mit einem Exzenterteil 34 der Exzenterwelle 5 verbunden. Das Exzenterteil 34 ist zylinderförmig konturiert. Die Mittelachse des Exzenterteils 34 ist parallel versetzt zur Rotationsachse des Wellenteils 31, wodurch die Exzentrizität der Exzenterwelle 5 gebildet ist.
Das Exzenterteil 34 ist in seiner Umfangsrichtung von einem Tragring 40 vollständig umschlossen. Auf dem Tragring 40 ist das Planetenrad 4 in seiner Umfangsrichtung drehbar mittels eines ersten Nadellagers 16 gelagert. Zwischen dem Tragring 40 und dem Exzenterteil 34 sind Spannmittel 41 vorgesehen, die beispielsgemäß von einer Federanordnung 42 gebildet sind. Die Spannmittel 41 sind an der Umfangsstelle der Exzenterteils 34 angeordnet, die sich aus der Verlängerung einer sich in Radialrichtung des Exzenterteils 34 verlaufenden, von der Rotationsachse 45 des Wellenteils 31 durch die Mittelachse 46 des Exzenterteils erstreckenden Geraden 47 ergibt, die im weiteren Verlauf die Eingriffsstelle 30 markiert.
Die von der Federanordnung 42 gebildeten Spannmittel 41 erzeugen eine Spann- oder Federkraft, die den Tragring 40 vom Exzenterteil 34 weg in Richtung der Eingriffsstelle 30 drückt. In dieser Richtung ist der Tragring 40 mit einem vorgegebenen Spiel am Exzenterteil 34 gelagert, so dass sich Exzenterteil 34 und Tragring 40 in der Wirkrichtung der Spann- oder Federkraft relativ zueinander um das vorgegebene Spiel bewegen können. Auf diese Weise wird das auf dem Tragring 40 gelagerte Planetenrad 4 durch die Spann- oder Federkraft der Spannmittel 41 an der Eingriffsstelle 30 in Richtung der beiden Hohlräder 2a, 2b gedrückt, so dass ein sicherer uns im Wesentlichen spielfreies Ineinandergreifen der Außenverzahnung des Planetenrades 4 und der Innenverzahnungen der Hohlräder 2a, 2b erreicht ist.
Die Federanordnung 42 weist gemäß 3 zwei Schraubenfedern 50, 51 auf, die in Axialrichtung des Planetenrades 4 hintereinander angeordnet sind. Die beiden Schraubenfedern 50, 51 sind in einer Ausnehmung 52 des Exzenterteils 34 gelagert. Die Ausnehmung 52 weist im radial gesehen äußeren Bereich eine in Umfangsrichtung zu beiden Seiten der Ausnehmung 52 vorgesehene Erweiterung 53 auf, in die zwei Radialvorsprünge 54 des Tragrings 40 eingreifen, wobei der eine Radialvorsprung 54 in Umfangsrichtung des Tragrings 40 gesehen auf der einen Seite der Federanordnung 42 und der andere Radialvorsprung 54 auf der anderen Seite der Federanordnung 42 in die Erweiterung 53 eingreift. Dadurch sind die Schraubenfedern 50, 51 der Federanordnung 42 auf ihrer dem Tragring 40 zugeordneten Seite in Umfangsrichtung durch die Radialvorsprünge 54 gelagert. Gleichzeitig ist durch das Eingreifen der Radialvorsprünge 54 in die Erweiterung 53 der Ausnehmung 52 eine Verdrehsicherung zwischen Tragring 40 und Exzenterteil 34 erreicht. Beispielsgemäß liegen die beiden Radialvorsprünge 54 an den die Erweiterung 53 in Umfangsrichtung begrenzenden Seitenwänden an. Die Schraubenfedern 50, 51 sind unter Vorspannung zwischen den Tragring 40 und das Exzenterteil 34 eingesetzt.
Der Stator 8 des Elektromotors 6 stützt sich in dem Lenkrohr 3 ab. Über ein flexibles Bandkabel 15 ist der Elektromotor 6 mit einem Steuergerät 14 verbunden. Alternativ kann der Elektromotor 6 auch über Schleifkontakte mit elektrischer Energie versorgt werden. Das Steuergerät 14 bestromt den Elektromotor 6 in Abhängigkeit von einem einzustellenden Zusatzsolllenkwinkel. Dieser Zusatzsolllenkwinkel kann beispielsweise lenkwinkelabhängig und/oder längsgeschwindigkeitsabhängig sein und somit die Lenkübersetzung fahrzustandsabhängig ändern und/oder abhängig vom fahrdynamischen Zustand des Fahrzeugs wie z.B. von der Gierratenabweichung zwischen Soll- und Istgierrate ermittelt werden.
Eine Lenkwelle 9 ist über einen Flansch 10 mit dem zweiten Hohlrad 2b verbunden. Die Lenkwelle 9 überträgt die Drehbewegung des zweiten Hohlrades 2b auf eine Eingangswelle 12 eines Lenkgetriebes 11. Das Lenkgetriebe 11 setzt die Drehbewegung der Lenkwelle 9 in eine Schiebebewegung von Spurstangen um. Die Spurstangen sind mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs verbunden.
Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung ermöglicht durch Ansteuerung des Elektromotors 6 einem vom Fahrer über das Lenkrad 1 vorgegebenen Lenkwinkel einen Zusatzlenkwinkel zu überlagern.
Bei einem Lenkvorgang ohne Überlagerung eines Zusatzlenkwinkels wird die Drehbewegung des Lenkrads 1 über das Lenkrohr 3 und das erste Hohlrad 2a auf das Planetenrad 4 übertragen. Die Exzenterwelle 5 steht still, solange ein an der Exzenterwelle 5 anstehendes Drehmoment über den Elektromotor 6 abstützbar ist. Die Übersetzung i_{H2a_H2b} der Drehzahlen n_H2a vom ersten Hohlrad 2a zur Drehzahl n_H2b zum zweiten Hohlrad 2b ist wie folgend durch das Zähnezahlverhältnis bestimmt:
wobei die Zähnezahl des ersten Hohlrades 2a mit z_H2a, die des zweiten Hohlrades 2b mit Z_H2b bezeichnet ist.
Die Übersetzung i_{H2a_H2b} ist gleichbedeutend mit der Übersetzung zwischen dem Lenkrad 1 und der Lenkwelle 9.
Bevorzugt ist die Lenkungsvorrichtung derart auszulegen, dass sich das Planetenrad 4 mit den Hohlrädern 2a, 2b im Block dreht. Damit wird vermieden, dass ein an der Lenkwelle 9 anstehendes Lenkmoment ständig über die Exzenterwelle 5 bzw. durch den Elektromotor 6 abgestützt werden muss. Gegebenenfalls kann durch eine geringfügige Bestromung des Elektromotors 6 ein Um lauf im Block sichergestellt werden. Alternativ ist eine Auslegung zu bevorzugen, die bei Antrieb des ersten Hohlrads 2a eine Selbsthemmung zum zweiten Hohlrad 2b vorsieht (selbsthemmendes Getriebe) und dabei einen Blockumlauf der beiden Hohlräder 2a, 2b sicherstellt. Auch im umgekehrten Fall, das heißt bei Antrieb des zweiten Hohlrades 2b tritt Selbsthemmung zum ersten Hohlrad 2a auf. Bei der Selbsthemmung ist ein Abwälzen des Planetenrades 4 in den Hohlrädern 2a, 2b bei Antrieb an einem der beiden Hohlrädern 2a, 2b nicht möglich.
Bei Ausfall einer elektrischen Komponente wie beispielsweise dem Elektromotor 6 oder dem Steuergerät 14 ist das Fahrzeug rein mechanisch lenkbar. Bei einem Blockumlauf der beiden Hohlräder 2a, 2b stellt sich in vorteilhafter Weise zwischen Lenkrad 1 und der Lenkwelle 9 die Übersetzung i_{H2a_H2b} = 1 ein. Da die Hohlrädern 2a, 2b nur geringe Zähnezahlunterschiede von beispielsweise 1 oder 2 Zähnen aufweisen, liegt auch bei stehender Exzenterwelle 5 die Übersetzung zwischen Lenkrad 1 und der Lenkwelle 9 annährend bei 1, so dass sowohl bei stillstehender als auch bei mitdrehender Exzenterwelle 5 die mechanische Lenkbarkeit gewährleistet ist. Eine stehende Exzenterwelle 5 ist bei einem nicht selbsthemmenden Getriebe durch Abstützung am Elektromotor 6 und/oder einer zusätzliche Verriegelung der Exzenterwelle 5 erreichbar.
Zur Erhöhung von beispielsweise der Fahrstabilität oder der Fahrzeugagilität wird ein dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel zu überlagernder Zusatzsolllenkwinkel ermittelt. Das Steuergerät 14 bestromt den Elektromotor 6 solange, bis der eingestellte Zusatzlenkwinkel dem berechneten Zusatzsolllenkwinkel entspricht. Dabei verlagert sich durch Drehung der Exzenterwelle 5 die Eingriffsstelle 30 zwischen Planetenrad 4 und den Hohlrädern 2a, 2b. Das Planetenrad 4 dreht sich relativ zur Exzenterwelle 5 und wälzt in den beiden Hohlrädern 2a, 2b ab. Durch die unterschiedlichen Zähnezahlen der Hohlräder 2a, 2b verdrehen sich diese relativ zueinander. Die Lenkwelle 9 dreht sich bei Betätigung des Lenkrads 1 aufgrund des Blockumlaufes von Planetenrad 4 und den beiden Hohlrädern 2a, 2b. Eine Drehbewegung des Planetenrades 4 auf dem Exzenterteil 34 der Exzenterwelle 5 überlagert sich als Zusatzlenkwinkel auf die Lenkwelle 9. Eine Rückstellung des Zusatzlenkwinkels erfolgt durch Zurückdrehen der Exzenterwelle 5 in die ursprüngliche Position.
Die Übersetzung i_{E_H2b} zwischen der Drehzahl n_E der Exzenterwelle 5 und der Drehzahl n_H2b des zweiten Hohlrades 2b, das mit der Lenkwelle 9 verbunden ist, bestimmt sich bei stehendem ersten Hohlrad 2a mit den Zähnezahlen z_H2a und z_H2b des ersten und zweiten Hohlrades 2a, 2b zu:
wobei der mögliche Übersetzungsbereich der Anordnung bei 10 < |i_{E_H2b}| < 100 liegt. In Abhängigkeit des durch die Profilverschiebung erreichten Zähnezahlverhältnisses ist die Übersetzung i_{E_H2b} positiv oder negativ, d.h. das zweite Hohlrad 2b dreht gleichsinnig mit oder gegensinnig zur Exzenterwelle 5. Ist beispielsweise z_H2a > z_H2b so dreht das zweite Hohlrad 2b gleichsinnig, ist z_H2a < z_H2b so dreht das zweite Hohlrad 2b gegensinnig zur Exzenterwelle 5.
2 zeigt Bauteile des Überlagerungsgetriebes 21 der erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung in einer Explosionsdarstellung. In dem Lenkrohr 3 ist der Stator 8 des Elektromotors 6 angeordnet. Der Rotor 7 ist in einem Lager 15 gelagert und treibt das Wellenteil 31 der Exzenterwelle 5 an. Das erste Nadellager 16 lagert das Planetenrad 4 auf dem Tragring 40, der das Exzenterteil 34 der Exzenterwelle 5 umschließt. Das Planetenrad 4 greift sowohl in das erste Hohlrad 2a als auch in das zweite Hohlrad 2b ein. Das Lenkrohr 3 weist einen Flansch 13 auf, der über Schrauben 19 mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden ist.
Wie in 3 gezeigt weist die Lenkwelle 9 einen Flansch 10 auf, der über ein zweites Nadellager 17 in einem mit ersten Hohlrad 2a drehfest verbundenen und vorzugsweise einstückig ausgebildeten Trägerring 18 gelagert ist. Alternativ kann der Trägerring 18 beispielsweise über eine stoff- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden sein. Der Lenkwellenflansch 10 ist gleichfalls über eine stoff- und/oder eine formschlüssige Verbindung 20 mit dem zweiten Hohlrad 2b verbunden. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist beispielsweise eine Schweißverbindung, unter einer formschlüssigen Verbindung einen Pressverbindung oder eine Kerbverzahnverbindung zu verstehen. Die gezeigt Anordnung ermöglicht eine Verdrehung des ersten Hohlrades 2a gegenüber dem zweiten Hohlrad 2b. Der Lenkwellenflansch 10 weist einen ein drittes Nadellager 24 tragenden Zapfen 23 auf. In zusammengebautem Zustand des Überlagerungsgetriebes 21 ist das dritte Nadellager 24 in einer Bohrung des Exzenterteils 34 der Exzenterwelle 5 angeordnet. Das Exzenterteil 34 ist auf dem Zapfen 23 gelagert und kann sich am Lenkwellenflansch 10 abstützen. Eine Verformung der Exzenterwelle 5 unter hohen Querkräften ist dadurch vermieden.
In 4 ist ein gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 abgewandeltes zweites Ausführungsbeispiel der Lenkungsvorrichtung gezeigt. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist das Lenkrad 1 über eine die Stirnräder 27a, 27b umfassende Zahnradstufe 25 mit dem ersten Hohlrad 2a verbunden. Diese Anordnung ermöglicht es, den Stator 8 des Elektromotors 6 fahrzeugfest zu lagern und das Lenkrohr 3 unabhängig vom Elektromotor 6 gestalten zu können. Die Funktion der Lenkungsvorrichtung ist identisch mit der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform gemäß der 1 bis 3.
In einer alternativen nicht gezeigten Ausführungsform ist das zweite Hohlrad 2b über eine Zahnradstufe 25 mit der Lenkwelle 9 verbunden. Damit ist bei einer Anordnung des Elektromotors zwischen Lenkgetriebe 11 und Überlagerungsgetriebe 21 eine fahrzeugfeste Anordnung des Elektromotors 8 möglich.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Lenkungsvorrichtung, das gegenüber der ersten Ausführungsform gemäß der 1 bis 3 ein als Stufenplanetenrad 4' ausgeführtes Planetenrad aufweist. Das Stufenplanetenrad 4' weist zwei Verzahnungen 26a, 26b mit unterschiedlichen Zähnezahlen und/oder Verzahnungsgeometrien auf. An der Eingriffsstelle 30 steht die eine Verzahnung 26a mit dem ersten Hohlrad 2a und die andere Verzahnung 26b mit dem zweiten Hohlrad 2b in Eingriff. Der Einsatz des Stufenplanetenrades 4' ermöglicht die Vermeidung von Zahneingriffsstörungen, d.h. Zahnberührungen außerhalb des Eingriffsstelle 30, die insbesondere bei hohen Übersetzungen i_{E_H2b} im Bereich von 100 auftreten können.
Durch Überlagerung eines Zusatzlenkwinkels ermöglicht die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung eine Anpassung der Gesamtlenkübersetzung, d.h. das Verhältnis der Änderung eines Lenkradwinkels zur Änderung des mittleren Lenkwinkels am Rad, auf verschiedene Fahrsituationen. Beispielsweise ist beim Parkieren aufgrund einer kleinen Gesamtübersetzung ein Erreichen des maximalen Radeinschlagwinkels mit wenigen Drehbewegungen am Lenkrad 1 möglich, hingegen bei hohen Geschwindigkeiten soll die Gesamtübersetzung für ein sicheres Fahrzeughandling größer als bei kleineren Geschwindigkeiten sein.
Das Lenkgetriebe 11 ist derart ausgelegt, dass die Gesamtlenkübersetzung einen Wert annimmt, die ein komfortables Parkieren ohne Lenkwinkelüberlagerung erlaubt. Bei schneller Fahrt wird dann die Gesamtübersetzung durch Ansteuerung des Elektromotors 6 erhöht.
Alternativ kann das Lenkgetriebe 11 derart ausgelegt, dass die Gesamtübersetzung einen Wert annimmt, die ein sicheres Fahren bei schneller Fahrt erlaubt. Während eines Parkiervorganges wird dann die Gesamtübersetzung durch Ansteuerung des Elektromotors 6 erniedrigt. Gleichfalls kann das Lenkgetriebe 11 auch eine Gesamtübersetzung aufweisen, die bei mittleren Geschwindigkeiten einen guten Fahrbahnkontakt vermittelt, beim Parkie ren oder schneller Fahrt wird durch Ansteuerung des Elektromotors 6 die Übersetzung erniedrigt bzw. erhöht.

Claims

Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit – einer vom Fahrer betätigbaren Lenkhandhabe (1), – einem Lenkgetriebe (11), das die Drehbewegung einer mit der Lenkhandhabe (1) verbundenen Eingangswelle (12) in eine Schiebebewegung einer Spurstange umsetzt, – einem zwischen Lenkgetriebe (11) und Lenkhandhabe (1) angeordneten Überlagerungsgetriebe (21), das ein mit der Lenkhandhabe (1) in Wirkverbindung stehendes erstes Hohlrad (2a) und ein mit der Eingangswelle (12) des Lenkgetriebes (11) in Wirkverbindung stehendes zweites Hohlrad (2b) aufweist, wobei ein Planetenrad (4, 4') an einer Eingriffsstelle (30) gleichzeitig mit dem ersten und zweiten Hohlrad (2a, 2b) in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Planetenrad (4) über die Mittelachse der Hohlräder (2a, 2b) erstreckt und auf einer mit einem Rotor (7) eines Elektromotors (6) verbundenen Exzenterwelle (5) gelagert ist, und dass zwischen der Exzenterwelle (5) und dem Planetenrad (4, 4') Spannmittel (41) vorgesehen sind, die das Planetenrad (4, 4') in Richtung der Eingriffsstelle mit den beiden Hohlrädern (2a, 2b) drücken.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das als Einfachplanetenrad ausgeführte Planetenrad (4) mit dem ersten und zweiten Hohlrad (2a, 2b) im Zahneingriff steht, wobei das erste Hohlrad (2a) und das zweite Hohlrad (2b) unterschiedliche Zähnezahlen und/oder Profilverschiebungen aufweisen.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad als zwei Verzahnungsbereiche (26a, 26b) aufweisendes Stufenplanetenrad (4') ausgeführt ist, wobei der erster Verzahnungsbereich (26a) mit dem ersten Hohlrad (2a) und der zweite Verzahnungsbereich (26b) mit dem zweiten Hohlrad (2b) in Eingriff steht.
Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) in einer das zweite Hohlrad (2b) und die Eingangswelle (12) des Lenkgetriebes (11) miteinander verbindenden Lenkwelle (9) angeordnet ist.
Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) in einem die Lenkhandhabe (1) und das erste Hohlrad (2a) miteinander verbindenden Lenkrohr (3) angeordnet ist.
Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) fahrzeugfest angeordnet ist.
Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkhandhabe (1) über eine Zahnradstufe (25) mit dem ersten Hohlrad (2a) verbunden ist.
Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und zweiten Hohlrad (2a, 2b) Selbsthemmung auftritt.
Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (41) von einer Federanordnung (42) gebildet sind.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (42) mehrere Schraubenfedern (50, 51) aufweist, die in Axialrichtung des Planetenrades (9) gesehen hintereinander angeordnet sind.
Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (5) ein zylindrisch konturiertes Wellenteil (31) aufweist, das an seinem dem Planetenrad (4, 4') zugeordneten Ende ein zylinderartig konturiertes Exzenterteil (34) aufweist, dessen Mittelachse (46) parallel versetzt zur Rotationsachse (45) des Wellenteils (31) verläuft.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spannmittel (41) einerseits am Exzenterteil (34) und andererseits an einem das Exzenterteil (34) in Umfangsrichtung umschließenden Tragring (40) abstützen.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Exzenterteil (34) und/oder am Tragring (40) eine oder mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Ausnehmungen (52) vorgesehen sind, in die wenigstens ein am jeweils anderen Bauteil vorgesehener Vorsprung (54) eingreift.
Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (4, 4') auf dem Tragring (40) in Umfangsrichtung drehbar gelagert ist.