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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
Planetengetriebe, das ein Sonnenrad, wenigstens ein mit dem Sonnenrad
in Eingriff stehendes Planetenrad und ein innenverzahntes, mit dem
wenigstens einen Planetenrad in Eingriff stehendes Hohlrad aufweist.
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Ein
solches Lenksystem geht beispielsweise aus der
DE 39 33 770 A1 hervor.
Der Elektromotor der Stelleinrichtung dient dabei dazu, das Stellmoment
zu erzeugen und über
das in Form eines Planetengetriebes realisierten Untersetzungsgetriebes
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
wenigstens eine Planetenrad mittels eines Planetenradträgers unmittelbar
an einem das Lenkrad tragenden Lenkradträger angebracht ist. Das Stellmoment kann daher
vom Rotor des Elektromotors über
das wenigstens eine Planetenrad und den Planetenradträger sehr
einfach 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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Vorteilhafterweise
ist der Rotor des Elektromotors drehfest mit dem Hohlrad des Planetengetriebes
verbunden, so dass das am Hohlrad anliegende Drehmoment auf die
Planetenräder
und den Planetenradträger
und schließlich über den
Lenkradträger auf
das Lenkrad übertragen
wird. Das Sonnenrad kann drehfest an der Fahrzeugkarosserie bzw.
am Fahrzeugaufbau angeordnet sein. Dabei kann der Stator des Elektromotors
drehfest mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden sein.
Es ergibt sich ein einfacher Aufbau der Stelleinrichtung.
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Dabei
kann eine in Verlaufsrichtung der Lenkspindel kurz bauende Stelleinrichtung
durch die Ausführung
des Elektromotors als Außenläufermotor erreicht
werden.
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Alternativ
hierzu ist es auch möglich,
den Stator des Elektromotors drehfest mit dem Hohlrad des Planetengetriebes
und dabei insbesondere den Rotor des Elektromotors drehfest mit
dem Sonnenrad des Planetengetriebes zu verbinden. Bei dieser Ausführung ist
der Elektromotor vorteilhafterweise als Innenläufermotor ausgeführt, um
eine in Verlaufsrichtung der Lenkspindel kurz bauende Stelleinrichtung
zu erhalten.
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Es
ist weiter 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 Sonnenrad und der mit
dem Sonnenrad verbundene Teil des Elektromotors drehbar an der Lenkspindel
gelagert sein. Die Drehlagerung an der Lenkspindel stützt die
Stelleinrichtung bzw. das Sonnenrad bzw. den Stator in Radialrichtung
ab.
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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,
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3 eine
Draufsicht auf ein Planetengetriebe der Stelleinrichtung und
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Stelleinrichtung aus 1 in einem schematischen Schnittbild.
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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 11 weist einen
Elektromotor 15 auf, der beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
als Außenläufermotor
ausgeführt
ist. Der Elektromotor 15 ist koaxial zur Lenkspindel 7 angeordnet,
wobei der Rotor 16 radial außen und der Stator 17 radial
innen vorgesehen ist. Der Stator 17 ist mittels eines Drehlagers 18 an
der Lenkspindel 7 drehbar angeordnet. In Umfangsrichtung 20 relativ
zur Lenkspindel 7 gesehen umgibt der Rotor 16 den
radial weiter innen liegenden Stator 17. 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 Planetengetriebe 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 Drehmoment
wird mithin über das
Planetengetriebe 25 auf den Lenkradträger 26 und das Lenkrad 6 übermittelt
und erzeugt am Lenkrad 6 ein für den Fahrer haptisch wahrnehmbares Stellmoment.
Das Planetengetriebe 25 ist auch in 3 schematisch
dargestellt.
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Das
Planetengetriebe 25 weist ein drehfest mit dem Stator 17 verbundenes
Sonnenrad 30 auf, das wie auch der Stator 17 über das
Drehlager 18 drehbar an der Lenkspindel 7 gelagert
ist. Das Sonnenrad 30 ist mithin über den Stator 17 und
das Teil 21 der Einstelleinheit drehfest am Fahrzeugaufbau bzw.
der Fahrzeugkarosserie angebracht. Wenigstens ein und beispielsgemäß drei Planetenräder 31 sind
in Umfangsrichtung 20 um das Sonnenrad 30 herum
gleichmäßig verteilt
angeordnet und stehen mit dem Sonnenrad 30 in Eingriff.
In Umfangsrichtung 20 umgibt ein innenverzahntes Hohlrad 32 das Sonnenrad 30 und
die Planetenräder 31.
Das Hohlrad 32 steht mit den Planetenrädern 31 in Eingriff. Mithin
sind die Planetenräder
zwischen das Hohlrad 32 und das Sonnenrad 30 eingesetzt.
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Jedes
Planetenrad 31 sitzt drehbar auf einem Planetenlager 35,
wobei die Planetenlager 35 Bestandteil eines Planetenradträgers 36 sind,
der alle Planetenräder 31 drehbar
gelagert trägt.
Der Planetenradträger 36 ist
drehfest mit dem Lenkrad träger 26 verbunden.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
nach 2 ist der Planetenradträger 36 Bestandteil
des Lenkradträgers 26,
um den Bauraumbedarf und den Bauteilaufwand gering zu halten.
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Alternativ
hierzu könnten
Planetenradträger 36 ein
die Planetenlager 35 tragendes Tragteil aufweisen, das
drehfest am Lenkradträger 26 angeordnet
sein könnte.
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Das
Planetengetriebe 25 ist in Verlaufsrichtung der Lenkspindel 7 gesehen
zwischen dem Lenkrad 6 bzw. dem Lenkradträger 26 und
dem Elektromotor 15 angeordnet. Es umgibt die Lenkspindel 7 koaxial.
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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 11 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 Drehmoment wird über das
Stellgetriebe 25 auf den Lenkradträger 26 und mithin
auf das Lenkrad 6 übertragen. Aufgrund
der drehfesten Verbindung zwischen Rotor 16 und Hohlrad 32, überträgt der Rotor 16 das
auf ihn wirkende Drehmoment auf das Hohlrad 32. Dieses am
Hohlrad 32 anliegende Drehmoment wirkt auf die Planetenräder 31 ein.
Das Sonnenrad 30 steht immer still. Wenn der Fahrer am
Lenkrad 6 kein Moment aufbringt und das Lenkrad 6 freigibt,
können
sich die Planetenräder 31 auf
dem Sonnenrad abwälzen
und laufen um das Sonnenrad 30 herum, so dass sich das
Lenkrad 6 entsprechend dem anliegenden Stellmoment dreht.
Hält der
Fahrer das Lenkrad 6 hingegen fest, wirkt das an den Planetenrädern 31 anliegende
Drehmoment über
den Planetenradträger 36 und
den Lenkradträger 26 als
Stellmoment auf das Lenkrad 6 ein und dient dem Fahrer
beispielsweise als haptische Rückmeldung.
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In 4 ist
eine weitere Ausgestaltung der Stelleinrichtung 11 dargestellt,
wobei der Aufbau im Wesentlichen dem aus 2 entspricht.
Der Unterschied der weiteren Ausführungsform nach 4 gegenüber der
aus 2 besteht darin, dass der Elektromotor 15 als
Innenläufermotor
ausgeführt
ist. Der Rotor 16 ist drehbar über das Drehlager 18 an
der Lenkspindel 7 gelagert. Der Stator 17 ist
radial außerhalb
um den Rotor 16 herum angeordnet und umgibt den Rotor 16 beispielsgemäß ringartig.
Der Stator 17 ist am Teil 21 der Einstelleinheit
befestigt und drehfest mit dem Hohlrad 32 verbunden. Das
Sonnenrad 30 ist vom Elektromotor 15 antreibbar
und daher drehfest mit dem Rotor 16 verbunden. Im Gegensatz zum
ersten Ausführungsform
nach 2 wird hier demnach das Sonnenrad 30 vom
Elektromotor 15 angetrieben, während das Hohlrad 32 relativ
zum Stator 17 feststehend angeordnet ist. Diese weitere Ausführungsvariante
nach 4 ist sozusagen die kinemati sche Umkehr zu der
in 2 dargestellten, oben beschriebenen Ausführungsform.
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Die
Funktionsweisen der beiden Ausführungsformen
der Stelleinrichtung unterscheiden sich nur dadurch, dass bei der
ersten Variante nach 2 das Hohlrad 32 über den
Rotor 16 antreibbar ist und das Sonnenrad 30 am
Stator 17 befestigt ist und bei der anderen, zweiten Variante
nach 4 das Sonnenrad 30 über den Rotor 16 antreibbar
ist und das Hohlrad 32 am Stator 17 befestigt
ist.