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Die
Erfindung betrifft ein Lenksystem mit einer einen Elektromotor aufweisenden
Stelleinrichtung zum Aufbringen eines Stellmoments auf ein Lenkrad,
das über
eine Lenkspindel mit einem Lenkgetriebe verbunden ist, mit einem
Stellgetriebe, das ein mit einem Rotor des Elektromotors drehfest
verbundenes elliptisches Antriebsteil aufweist, wobei ein außen verzahntes
verformbares Ringteil das Antriebsteil in Umfangsrichtung umgibt
und sich über ein
Antriebslager auf dem Antriebsteil abstützt und wobei ein innen verzahntes
Abtriebsteil das Ringteil in Umfangsrichtung umgibt und mit dem
Ringteil in Eingriff steht.
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Ein
solches Lenksystem geht beispielsweise aus der
US 6,012,347 hervor. Der Elektromotor
der Stelleinrichtung dient dabei dazu, das Stellmoment zu erzeugen
und über
das Stellgetriebe im Bereich des Lenkgetriebes auf die Lenkspindel
aufzubringen.
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Ausgehend
hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem
mit einer Stelleinrichtung zu schaffen, die für die Unterbringung im Fahrzeuginnenraum
geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die
Stelleinrichtung im Bereich des Lenkrades angeordnet, wobei das
Abtriebsteil unmittelbar an einem das Lenkrad tragenden Lenkradträger drehfest
angebracht ist. Das Stellmoment kann daher vom Rotor des Elektromotors über das
Stellgetriebe unmittelbar auf den Lenkradträger ausgeübt werden. Das Stellmoment
wird mithin nicht über
die Lenkspindel auf das Lenkrad übertragen,
sondern wirkt unmittelbar auf den das Lenkrad tragenden Lenkradträger ein.
Die Konstruktion und die Ausgestaltung der Lenkspindel sind dadurch unbeeinflusst
von der Stelleinrichtung. Der ohnehin drehfest mit dem Lenkrad und
der Lenkspindel verbundene Lenkradträger ist beim erfindungsgemäßen Lenksystem
zur Aufnahme des Stellmoments vorgesehen. Dadurch ergibt sich auch
die Möglichkeit,
eine Lenkradeinheit einschließlich
Stelleinrichtung als vormontierte Baueinheit bei der Endmontage
des Fahrzeugs an die Lenkspindel zu montieren. Auf diese Weise kann
die Zeitdauer für
die Endmontage des Fahrzeugs verringert werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems ergeben sich
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Stator des Elektromotors an einer zur
Positionseinstellung des Lenkrads dienenden Einstelleinheit angeordnet
ist. Die beim Beschleunigen des Rotors des Elektromotors auftretenden
Kräfte
und Momente können
von der Einstelleinheit aufgenommen und abgestützt werden.
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Ein
kompakter Aufbau der Stelleinrichtung lässt sich dadurch erzielen,
dass das Stellgetriebe die Lenkspindel koaxial umgibt.
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Hierbei
können
die Stelleinrichtung und insbesondere das Antriebsteil und/oder
der Rotor drehbar an der Lenkspindel gelagert sein. Die Drehlagerung
an der Lenkspindel stützt
die Stelleinrichtung bzw. das Antriebsteil bzw. den Rotor in Radialrichtung
ab.
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Eine
in Verlaufsrichtung der Lenkspindel kurz bauende Stelleinrichtung
kann durch die Ausführung
des Elektromotors als Innenläufermotor
erreicht werden.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des
Lenksystems anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische, blockschaltbildähnliche
Darstellung eines Lenksystems mit Stelleinrichtung,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
der Stelleinrichtung aus 1 in einem schematischen Schnittbild
und
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3 eine
Draufsicht auf ein Stellgetriebe der Stelleinrichtung gemäß 2.
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In 1 ist
ein Lenksystem 5 schematisch dargestellt. Ein Lenkrad 6 ist über eine
Lenkspindel 7 mit einem Lenkgetriebe 8 des Lenksystems 5 mechanisch
verbunden. Die Drehbewegung der Lenkspindel 7 wird durch
das Lenkgetriebe 8 in eine translatorische Bewegung zur
Einstellung des Lenkwinkels an den lenkbaren Fahrzeugrädern 9 umgesetzt.
Im Bereich des dem Lenkrad 6 zugeordneten Endes 10 der Lenkspindel 7 ist
eine zum Aufbringen eines Stellmoments auf das Lenkrad 6 dienende
Stelleinrichtung 11 vorgesehen. Die Stelleinrichtung 11 ist
mithin im Bereich des Lenkrades 6 angeordnet. Sie befindet sich
in einem Fahrzeuginnenraum eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs.
Beim bevorzugten Aufführungsbeispiel
ist die Stelleinrichtung 11 durch eine gehäuseartige
Abdeckung 12 umschlossen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Stelleinrichtung 11 aus 1 ist in 2 in
einem schematischen Schnittbild dargestellt. Die Stelleinrichtung
weist einen Elektromotor 15 auf, der beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Innenläufermotor
ausgeführt
ist. Der Elektromotor 15 ist koaxial zur Lenkspindel 7 angeordnet,
wobei der Rotor 16 radial innen und der Stator 17 radial
außen
vorgesehen ist. Der Rotor 16 ist mittels eines Drehlagers 18 an
der Lenkspindel 7 drehbar angeordnet. In Umfangsrichtung 20 relativ zur
Lenkspindel 7 gesehen umgibt der Stator 17 den radial
weiter innen liegenden Rotor 16. Der Stator 17 ist
an einem Teil 21 einer Einstelleinheit fixiert, die zur Positionseinstellung
des Lenkrades 6 dient. Das Teil 21 der Einstelleinheit
ist ebenfalls über
das Drehlager 18 relativ zur Lenkspindel 7 drehbar
angeordnet. Es kann am Fahrzeugaufbau oder der Fahrzeugkarosserie
abgestützt
sein, so dass beim Beschleunigen des Rotors 16 auftretende
Momente durch die Fahrzeugkarosserie bzw. durch den Fahrzeugaufbau
aufgenommen werden.
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Die
Stelleinrichtung 11 weist ein Stellgetriebe 25 auf,
das den Rotor 16 des Elektromotors 15 mit einem
Lenkradträger 26 verbindet,
an dem das Lenkrad 6 angebracht ist. Der Lenkradträger 26 ist
dabei sowohl mit dem Lenkrad 6 als auch mit der Lenkspindel 7 drehfest
verbunden. Ein vom Elektromotor 15 erzeugtes Stellmoment
wird mithin über
das Stellgetriebe 25 auf den Lenkradträger 26 und das Lenkrad 6 aufgebracht.
Das Stellgetriebe 25 ist auch in 3 dargestellt.
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Das
Stellgetriebe 25 ist als sogenanntes Harmonic-Drive-Getriebe ausgeführt. Drehfest
mit dem Rotor 16 ist ein elliptisches Antriebsteil 30 verbunden,
das wie auch der Rotor 16 über das Drehlager 18 drehbar
an der Lenkspindel 7 angeordnet ist. Das elliptische Antriebsteil 30 ist
in Verlaufsrichtung der Lenkspindel 7 zwischen dem Lenkradträger 26 und dem
Rotor 16 angeordnet. Es weist eine scheibenförmige Gestalt
auf. In Umfangsrichtung 20 ist das elliptische Antriebsteil 30 von
einem Antriebslager 31 umgeben, über das ein verformbares Ringteil 32 auf dem
Antriebsteil 30 abgestützt
ist. Das verformbare Ringteil 32 umschließt sowohl
das Antriebsteil 30 als auch das Antriebslager 31 in
Umfangsrichtung 20 gesehen ringförmig. Das Antriebsteil 30,
das Antriebslager 31 und das Ringteil 32 weisen
in Verlaufsrichtung der Lenkspindel 7 gesehen in etwa dieselbe
Höhe auf.
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Auf
der dem Antriebslager 31 abgewandten Seite weist das Ringteil 32 eine
Außenverzahnung 35 auf,
die an zwei diametral entgegengesetzten Eingriffsstellen 36 bzw. 37 mit
einer Innenverzahnung 38 eines ringförmigen Abtriebsteils 40 in
Eingriff steht. Das Abtriebsteil 40 umgibt das Antriebsteil 30,
das Antriebslager 31 und das Ringteil 32 in Umfangsrichtung 20 ringförmig und
ist koaxial zur Lenkspindel 7 angeordnet. Das Abtriebsteil 40 ist
drehfest mit dem Lenkradträger 26 verbunden.
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Mithin
kann man sagen, dass das Stellgetriebe 25 die Lenkspindel 7 koaxial
umgibt.
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Die
Stelleinrichtung 11 kann zum Aufbringen eines Stellmoments
auf das Lenkrad 6 von einer nicht näher dargestellten Steuereinheit
angesteuert werden. Das Stellmoment kann beispielsweise als Servomoment
dienen, um das vom Fahrer aufzubringende Lenkmoment beim Lenken
des Fahrzeugs zu reduzieren. Des Weiteren bietet die Stelleinrichtung 11 die
Möglichkeit,
Assistenzfunktionen zu realisieren. Der Fahrer kann in bestimmten
Fahrsituationen durch ein entsprechend eingestelltes Stellmoment unterstützt werden,
beispielsweise in kritischen Fahrsituationen, um das Fahrzeug wieder
zu stabilisieren. Es ist ferner möglich, mit Hilfe der Stelleinrichtung auch
eine autonome Lenkfunktion durchzuführen, z. B. während Parkiermanövern des
Fahrzeugs, wenn der Fahrer das Lenkrad 6 freigibt bzw.
dem am Lenkrad 6 vorgegebenen Stellmoment folgt. Der Betrag des
Stellmoments wird dabei stets nur so gewählt, dass der Fahrer das Lenkrad 6 auch
gegen das anliegende Stellmoment festhalten bzw. drehen kann, so
dass er immer die Hoheit über
das Lenken das Fahrzeugs behält.
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Das
vom Elektromotor 15 erzeugte Stellmoment wird über das
Stellgetriebe 25 auf den Lenkradträger 26 und mithin
auf das Lenkrad 6 übertragen. Aufgrund
der drehfesten Verbindung zwischen Rotor 16 und Antriebsteil 30 wird
das elliptische Antriebsteil 30 analog zum Rotor 16 in
eine Drehbewegung um die Lenkspindel 7 versetzt. Dabei
verformt sich das verformbare Ringteil 32 entsprechend
der Drehstellung des elliptischen Antriebsteils 30, während die Außenverzahnung 35 des
Ringteils 32 in der Innenverzahnung 38 des Abtriebsteils 40 abwälzt. Dadurch,
dass die Anzahl der Zähne
der Außenverzahnung 35 des
Ringteils 32 und der Innenverzahnung 38 des Abtriebsteils 40 unterschiedlich
groß ist,
entsteht durch das Abwälzen
der beiden Verzahnungen 35, 38 eine Relativverdrehung
zwischen dem Ringteil 32 und dem Abtriebsteil 40.
Auf diese Weise wird die gewünschte Übersetzung
zwischen der Drehung des Rotors 16 bzw. des Antriebsteils 30 und
der Drehung des Abtriebsteils 40 realisiert.