DE102007000940B4

DE102007000940B4 - Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102007000940B4
Application number: DE200710000940
Authority: DE
Inventors: Achim Domhan; Jürgen Hörsch; Dr. Runge Wolfgang; Arthur Rupp
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: DE102007000940A1

Abstract

Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug, mit einem, eine erste Getriebeeingangswelle (2) und eine zweite Getriebeeingangswelle (3) aufweisenden Überlagerungsgetriebe (4) zur Überlagerung der an beiden Getriebeeingangswellen (2, 3) auftretenden Drehwinkel auf eine Getriebeausgangswelle (5) des Überlagerungsgetriebes (4), wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) mit einer Lenkhandhabe (6) wirkverbunden ist und die zweite Getriebeeingangswelle (3) mit einem Servomotor (7) wirkverbunden ist und die Getriebeausgangswelle (5) und die erste Getriebeeingangswelle (2) eine Lenkwelle (8) zur Verbindung der Lenkhandhabe (6) mit einem Lenkgetriebe bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in die erste Getriebeeingangswelle (2) und in die Getriebeausgangswelle (5) jeweils eine formschlüssig längsnachgiebige Kupplung (9) eingebunden ist und das Überlagerungsgetriebe (4) und/oder der Servomotor (7) karosseriefest sind, und dass die beiden längsnachgiebigen Kupplungen (9) die Wellenenden (14, 14') der ersten Getriebeeingangswelle (2) und die Wellenenden (15, 15') der Getriebeausgangswelle (5) axial und/oder radial zentrieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug, mit einem, eine erste Getriebeeingangswelle und eine zweite Getriebeeingangswelle aufweisenden Überlagerungsgetriebe zur Überlagerung der an beiden Getriebeeingangswellen auftretenden Drehwinkel, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Überlagerungslenkungen sind bekannt und zeichnen sich dadurch aus, dass dem von einem Fahrer an einer Lenkhandhabe gewählten Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Drehwinkel durch einen Aktuator überlagert werden kann. Der zusätzliche Drehwinkel wird durch eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (ESP-Regler) gesteuert und dient zur Erhöhung der Fahrstabilität des Fahrzeugs oder zu sonstigen Zwecken. Beispielsweise wird hierfür ein Überlagerungsgetriebe, das als Planetenradgetriebe, wie es in der DE 101 59 800 A1 oder als Wellgetriebe (harmonic drive), wie es in der US 6 938 724 B1 offenbart ist, herangezogen.
Die Übersetzung einer Servolenkung mit Überlagerungsfunktion setzt sich aus den Übersetzungen eines Lenkgetriebes und des Überlagerungsgetriebes zusammen. Ein Überlagerungsgetriebe weist zu diesem Zweck eine erste Getriebeeingangswelle und eine zweite Getriebeeingangswelle auf, und überlagert die an den Getriebeeingangswellen auftretenden Drehwinkel auf eine Getriebeausgangswelle.
Die erste Getriebeeingangswelle ist mit einer Lenkhandhabe wirkverbunden oder drehfest verbunden, die zweite Getriebeeingangswelle ist mit einer Abtriebswelle eines Servomotors drehfest verbunden oder wirkverbunden. Die Getriebeausgangswelle ist mit einem Lenkgetriebe verbunden, sodaß das Überlagerungsgetriebe mit Servomotor in eine Lenkwelle zwischen der Lenkhandhabe und dem Lenkgetriebe eingeknüpft ist.
Die bekannten Überlagerungslenkungen mit ihren Stellern in einer Lenkwelle weisen Sicherheitsdefizite in Bezug auf ihr Frontal-Aufprallverhalten in einem Fahrzeug auf.
Aus DE 100 33 810 A1 (s. dortige Figur und Text [0025], [0027] und [0029]) ist eine Lenksäule bekannt, bei der die Lenkspindel 12 und due Ausgangswelle 19 relativ zueinander derhfest und axial verstellbar angeorndet sind. Die Kopplung wird durch eine Axial- oder Längsverzahnung 20 erreicht und dient zum einen dazu, die Länge der Lenksäule innerhalb eines Einstellbereichs 27 einzustellen und zum anderen für den Crashfall eine Verstellung innerhalb eines Notverstellbereichs 28 zu ermöglichen, wodurch im Nottfall die Ausgangswelle 19 noch tiefer in die Lenkspindel 12 eindringen kann, so dass die Lenkhandhabe nachgeben kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überlagerungslenkung anzugeben, die ein minimiertes Verletzungsrisiko bei einem Unfall bietet.
Die Aufgabe wird mit einer Überlagerungslenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass die Lenkwelle, die aus der ersten Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle des Überlagerungsgetriebes gebildet wird, vor und nach dem Überlagerungsgetriebe in jeweils zumindest zwei Wellenteile unterbrochen ist, die jeweils mit einer formschlüssig längsnachgiebigen Kupplung verbunden sind, wobei das Überlagerungsgetriebe oder der Servomotor karosseriefest angebunden sind, ist die Lenkwelle als Teleskopwelle oder zumindest mit ein oder mehreren Abschnitten in Form von Teleskopzwischenwellen versehen und kann im Fall eines Aufpralls des Fahrzeugs um eine ausreichende Länge sich verkürzen und dringt nicht in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs ein. Verletzungen von Personen in dem Fahrzeug sind dadurch vermieden.
Demnach sind in der Lenkwelle zwischen der Lenkhandhabe und dem Überlagerungsgetriebe mit Servomotor und zwischen dem Lenkgetriebe je eine Kupplung eingeknüpft, die drehfest, formschlüssig und längsnachgiebig die jeweiligen Wellenenden der ersten Getriebeeingangswelle sowie der Getriebeausgangswelle verbinden.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bevorzugt ist die Kupplung oder sind die Kupplungen unmittelbar an einer Gehäusewand eines Gehäuses für das Überlagerungsgetriebe und/oder eines Gehäuses für den Servomotor angeordnet, wobei die erste Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle in Wellenstummel an dem Überlagerungsgetriebe und dem Servomotorgehäuse drehfest und längsnachgiebig mit Hilfe der Kupplungen festgelegt sind.
Es eignen sich verschiedene Bauarten von verlagerungsfähigen Kupplungen die ein Ineinanderschieben der Wellenteile der ersten Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle ermöglichen. Beispielsweise können ineinander geschobene Längslamellen an den Wellenenden geeignet sein oder verschieden profilierte Keilwellenprofile oder Polygonprofile. Die die Keilwellenverbindung darstellende Kupplung kann innenzentriert oder flankenzentriert sein und ist bevorzugt mit als Umformteile gebildeten Wellenenden darstellbar. Bevorzugt sind die Wellenenden mit Hilfe der Kupplungen axial und radial zentriert. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Überlagerungslenkung sind die in Kontakt tretenden Flächen der Kupplung mit einem Kunststoff oder Nichteisenmetall beschichtet und der Servomotor oder das Überlagerungsgetriebe ist an dem karosseriefesten Teil des Fahrzeugs über ein Schwenklager zur Veränderung der Lenkwellenposition relativ zu einem Fahrer festgelegt.
Das Schwenklager kann einstückig mit einem der genannten Gehäuse gebildet sein. Es kann auch zweckmäßig sein, das Schwenklager als separates Bauteil auszuführen. Die zweite Getriebeeingangswelle kann als Hohlwelle, die von der ersten Getriebeeingangswelle durchragt wird, ausgeführt sein. Als Überlagerungsgetriebe mit geringstem Bauraumbedarf eignet sich ein Wellgetriebe.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnungen wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Überlagerungslenkung.
In 1 ist in einem Längsschnitt eine als Active Steering ausgebildete Überlagerungslenkung 1 für einen Personenkraftwagen gezeigt. Sie besteht aus einem als elektrischen Hohlwellenmotor gebildeten Servomotor 7 der sich an einem karosseriefesten Bauteil 19 über ein Schwenklager 20 an seinem Motorlagerschild 21 abstützt. Eine Lenkwelle 8, die drehfest mit einer Lenkhandhabe 6 verbunden ist, bildet eine erste Getriebeeingangswelle 2 für ein zu der Überlagerungslenkung 1 gehöriges Überlagerungsgetriebe 4. Das Überlagerungsgetriebe 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Wellgetriebe 17 dargestellt. Das Motorlagerschild 21 ist aus Stahl gebildet und Teil eines Gehäuses 13 des Servomotors 7. Das Schwenklager 20 ist einstückig mit dem Motorlagerschild 21 gebildet. Das Wellgetriebe 17 dient zur Überlagerung eines auf die erste Getriebeeingangswelle 2 aufgebrachten Lenkwinkels mit einem, von dem Servomotor 7 auf eine zweite Getriebeeingangswelle 3 aufgebrachten Drehwinkels. Die zweite Getriebeeingangswelle 3 ist als Hohlwelle 16 ausgeführt, auf der Rotormagnete des Servomotors 7 festgelegt sind. Die Hohlwelle 16 ist einstückig mit einem exzentrischen Antriebskern 22 gebildet. Um den ellipsenförmigen Umfang des exzentrischen Antriebskerns 22 ist ein flexibles Kugellager 23 aufgezogen. Der exzentrischen Antriebskern 22 greift mit einer axialen Erstreckung in eine aus elastischem Stahlblech gebildete, topfförmige, radialflexible Abrollbuchse 24 ein. Die radialflexible Abrollbuchse 24 greift unter Wirkung der ellipsenförmigen Aufweitung durch den exzentrischen Antriebskern 22 mit einer Außenverzahnung in an sich bekannter Weise in eine Innenverzahnung an einem Stützring 25 ein. Der Stützring 25 ist drehfest mit einer Getriebeausgangswelle 5 des Überlagerungsgetriebes 4 verbunden. Die erste Getriebeeingangswelle 2 und die Getriebeausgangswelle 5 bilden die Lenkwelle 8.
Der Stützring 25, die Getriebeeingangswellen 2, 3 und die Getriebeausgangswelle 5 sind konzentrisch angeordnet. Der innenverzahnte Stützring 25 weist eine größere Zähnezahl auf als die radialflexible Abrollbuchse 24, wodurch eine Verdrehung des Stützrings 25 und damit der Getriebeausgangswelle 5 relativ zu der ersten Getriebeeingangswelle 2 pro Umdrehung des exzentrischen Antriebskerns 22 um die Differenz der Zähnezahl erfolgt. Die erste Getriebeeingangswelle 2 und die radialflexible Abrollbuchse 24 sind drehfest verbunden.
Zur formschlüssig, lösbaren Festlegung der zweiten Getriebeeingangswelle 3 bei einer Fehlfunktion der Überlagerungslenkung 1 an einem der zwei Gehäuse 12, 13 ist eine elektromechanische Verriegelungseinrichtung 26 vorgesehen, die in einer Voranmeldung der Anmelderin ( WO 2005/054035 A1 ) offenbart ist und im Wesentlichen aus einem Innenring 27, der mit Hilfe einer Kerbzahnwellenverbindung auf der zweiten Getriebeeingangswelle 3 festgelegt ist, einem Außenring 28, der den Innenring 27 radial umgibt und mit dem Innenring 27 formschlüssig, drehnachgiebig verbunden ist, und aus einem Sperrelement, das an Anschläge des Außenrings 28 anlegbar ist und sich an einem der Gehäuse 12, 13 abstützt, besteht.
In der Lenkwelle 8 sind zwischen der Lenkhandhabe 6 und dem Überlagerungsgetriebe 4 mit Servomotor 7 und zwischen dem Lenkgetriebe je eine Kupplung 9 eingeknüpft, die drehfest, formschlüssig und längsnachgiebig Wellenenden 14, 14' und 15, 15' der ersten Getriebeeingangswelle 2 und der Getriebeausgangswelle 5 verbindet.
Jeweils ein Wellenende 14, 15 jeder der Wellen 2, 5 ist als kurzer Wellenstummel 10, 10' gebildet, der jeweils eine Gehäusewand 11 des Überlagerungsgetriebes 4 mit Servomotor 7 durchragt. Die Wellenstummel 10, 10' und alle Wellenenden der in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Überlagerungslenkung 1 weisen ein Keilwellenprofil auf, mit dem sie axial verschiebbar, drehfest verbunden sind. Die Flächen 18 der Keilwellenverbindung sind mit einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften beschichtet. Die Kupplungen 9 werden bei einem Aufprall, vorzugsweise frontal zu dem Fahrzeug dazu verwandt, dass die betreffenden Wellen 2, 5 ineinander geschoben werden ohne in das Fahrzeuginnere zu dringen. Es kann zweckmäßig sein, die Getriebeausgangswelle 5 gebaut an einen kurzen Wellenstummel des Überlagerungsgetriebes 4 anzubauen.
Bezugszeichenliste

1: Überlagerungslenkung
2: Getriebeeingangswelle, erste
3: Getriebeeingangswelle, zweite
4: Überlagerungsgetriebe
5: Getriebeausgangswelle
6: Lenkhandhabe
7: Servomotor
8: Lenkwelle
9: Kupplung
10, 10': Wellenstummel
11: Gehäusewand
12: Gehäuse, v. 4
13: Gehäuse, v. 7
14, 14': Wellenende, v. 2
15, 15': Wellenende, v. 5
16: Hohlwelle
17: Wellgetriebe
18: Fläche, an 9
19: Bauteil, karosseriefest
20: Schwenklager
21: Motorlagerschild
22: Antriebskern, exzentrisch
23: Kugellager, flexibel
24: Abrollbuchse, radialflexibel
25: Stützring
26: Verriegelungseinrichtung
27: Innenring
28: Außenring
K: Keilwellenprofil

Claims

Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug, mit einem, eine erste Getriebeeingangswelle (2) und eine zweite Getriebeeingangswelle (3) aufweisenden Überlagerungsgetriebe (4) zur Überlagerung der an beiden Getriebeeingangswellen (2, 3) auftretenden Drehwinkel auf eine Getriebeausgangswelle (5) des Überlagerungsgetriebes (4), wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) mit einer Lenkhandhabe (6) wirkverbunden ist und die zweite Getriebeeingangswelle (3) mit einem Servomotor (7) wirkverbunden ist und die Getriebeausgangswelle (5) und die erste Getriebeeingangswelle (2) eine Lenkwelle (8) zur Verbindung der Lenkhandhabe (6) mit einem Lenkgetriebe bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in die erste Getriebeeingangswelle (2) und in die Getriebeausgangswelle (5) jeweils eine formschlüssig längsnachgiebige Kupplung (9) eingebunden ist und das Überlagerungsgetriebe (4) und/oder der Servomotor (7) karosseriefest sind, und dass die beiden längsnachgiebigen Kupplungen (9) die Wellenenden (14, 14') der ersten Getriebeeingangswelle (2) und die Wellenenden (15, 15') der Getriebeausgangswelle (5) axial und/oder radial zentrieren.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenstummel (10, 10') der eine Gehäusewand (11) eines Gehäuses (12) für das Überlagerungsgetriebe (4) und/oder eines Gehäuses (13) für den Servomotor (7) durchragt, Teil der Kupplung (9) an der ersten Getriebeeingangswelle (2) und/oder an der Getriebeausgangswelle (5) ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den von der Kupplung (9) verbundenen Wellenenden (14, 14') der ersten Getriebeeingangswelle (2) und/oder an den Wellenenden (15, 15') der Getriebeausgangswelle (5) axial verlaufende Längslamellen ineinander greifen und die Wellenenden (14, 14', 15, 15') drehfest aber längsnachgiebig verbinden.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den von der Kupplung (9) verbundenen Wellenenden (14, 14') der ersten Getriebeeinganswelle (2) und/oder an den Wellenenden (15, 15') der Getriebeausgangswelle (5) ein Keilwellenprofil (K) oder ein Polygonprofil ausgebildet ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Keilwellenprofil (K) eine Innenzentrierung oder eine Flankenzentrierung für die Wellenenden (14, 14') der ersten Getriebeeingangswelle (2) oder für die Wellenenden (15, 15') der Getriebeausgangswelle (5) bildet.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der miteinander in Kontakt tretenden Flächen (18) der Kupplung (9) mit einem Kunststoff oder Nichteisenmetall beschichtet sind.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor (7) oder das Überlagerungstriebe (4) an einem karosseriefesten Bauteil (19) des Fahrzeugs mit einem Schwenklager (20) festgelegt ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (20) einstückig mit dem Gehäuse (12) des Überlagerungsgetriebes (4) oder mit dem Gehäuse (13) des Servomotors (7) gebildet ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (20) an dem Gehäuse (12) des Überlagerungsgetriebe (4) oder an dem Gehäuse (13) des Servomotors (7) als separates Bauteil angebaut ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die zweite Getriebeeingangswelle (3) eine Hohlwelle (16) ist, auf der Rotormagnete des Servomotors (7) festgelegt sind und von der ersten Getriebeeingangswelle (2) durchragt wird.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (4) ein Wellgetriebe (17) ist.