-
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.
-
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.
-
Ausgehend
hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem
mit einer Stelleinrichtung zu schaffen, die Platz sparend im Fahrzeug
angeordnet werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist die
Stelleinrichtung innerhalb des Lenkgetriebegehäuses des Lenkgetriebes angeordnet,
wobei ein das wenigstens eine Planetenrad tragender Planetenradträger unmittelbar mit
einem in das Lenkgetriebegehäuse
hineinragenden Lenkspindelabschnitt verbunden ist. Der Bauraumbedarf
ist durch die Integration der Stelleinrichtung in das Lenkgetriebegehäuse sehr
gering. Ferner werden Geräusche
beim Betreiben der Stelleinrichtung wegen deren Integration in das
Lenkgetriebe von den Fahrzeuginsassen nicht wahrgenommen, wodurch
ein hoher Geräuschkomfort
gewährleistet ist.
Das von der Stelleinrichtung hervorgerufene Stellmoment wird vom
Rotor des Elektromotors über das
wenigstens eine Planetenrad und den Planetenradträger sehr
einfach unmittelbar auf die Lenkspindel übertragen.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems ergeben sich
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
-
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 die
Lenkspindel auf das Lenkrad übertragen
wird. Das Sonnenrad kann drehfest am Lenkgetriebegehäuse angeordnet
sein. Dabei kann der Stator des Elektromotors drehfest mit dem Sonnenrad
des Planetengetriebes verbunden sein. Es ergibt sich ein einfacher
Aufbau der Stelleinrichtung.
-
Eine
in Verlaufsrichtung der Lenkspindel kurz bauende Stelleinrichtung
durch die Ausführung des
Elektromotors als Außenläufermotor
erreicht werden.
-
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 Innen läufermotor ausgeführt, um
eine in Verlaufsrichtung der Lenkspindel kurz bauende Stelleinrichtung
zu erhalten.
-
Es
ist weiter vorteilhaft, wenn der Stator des Elektromotors am Lenkgetriebegehäuse angeordnet ist.
Die beim Beschleunigen des Rotors des Elektromotors auftretenden
Kräfte
und Momente können vom
Lenkgetriebegehäuse
aufgenommen und abgestützt
werden.
-
Ein
kompakter Aufbau der Stelleinrichtung lässt sich dadurch erzielen,
dass das Stellgetriebe die Lenkspindel koaxial umgibt.
-
Hierbei
können
die Stelleinrichtung und insbesondere das Sonnenrad und der mit
dem Sonnenrad drehfest verbundene Teil des Elektromotors drehbar
an der Lenkspindel gelagert sein. Die Drehlagerung an der Lenkspindel
stützt
die Stelleinrichtung bzw. das Sonnenrad bzw. den mit dem Sonnenrad drehfest
verbundenen Teil des Elektromotors in Radialrichtung ab.
-
Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des
Lenksystems anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische, blockschaltbildähnliche
Darstellung eines Lenksystems mit Stelleinrichtung,
-
2 ein
Ausführungsbeispiel
der Stelleinrichtung aus 1 in einem schematischen Schnittbild,
-
3 eine
Draufsicht auf ein Planetengetriebe der Stelleinrichtung und
-
4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Stelleinrichtung aus 1 in einem schematischen Schnittbild.
-
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 Lenkgetriebegehäuse 10 des
Lenkgetriebes 8 ist eine zum Aufbringen eines Stellmoments
auf das Lenkrad 6 dienende Stelleinrichtung 11 vorgesehen. Die
Stelleinrichtung 11 befindet sich daher im Motorraum eines
nicht näher
dargestellten Fahrzeugs.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Stelleinrichtung 11 aus 1 ist in 2 in
einem schematischen Schnittbild dargestellt. Die Stelleinrichtung 11 weist einen
Elektromotor 15 auf, der bei diesem 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
am Lenkgetriebegehäuse 10 befestigt, das
in den 2 und 4 lediglich schematisch und
nicht vollständig
dargestellt ist. Beim Beschleunigen des Rotors 16 auftretende
Momente können
vom Lenkgetriebegehäuse 10 aufgenommen
werden.
-
Die
Lenkspindel 7 ragt mit einem Lenkspindelabschnitt 21 in
das Lenkgetriebegehäuse 10 hinein.
Hierfür
ist in einem Abdeckteil 10a des Lenkgetriebegehäuses 10 ein
Loch vorgesehen, das gegenüber
der Außenfläche der
Lenkspindel 7 durch eine Dichtung 22 abgedichtet
ist.
-
Die
Stelleinrichtung 11 weist ein Planetengetriebe 25 auf,
das den Rotor 16 des Elektromotors 15 mit dem
Lenkspindelabschnitt 21 verbindet. Ein vom Elektromotor 15 erzeugtes
Drehmoment wird mithin über
das Planetengetriebe 25 auf den Lenkspindelabschnitt 21 und
somit auch auf 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.
-
Das
Planetengetriebe 25 weist ein Sonnenrad 30 auf,
das beim ersten Ausführungsbeispiel nach 2 drehfest
mit dem Rotor 16 verbunden ist. Das Sonnenrad 30 ist
wie der Rotor 16 über
das Drehlager 18 drehbar an der Lenkspindel 7 gelagert. 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 31 zwischen das
Hohlrad 32 und das Sonnenrad 30 eingesetzt.
-
Jedes
Planetenrad 31 sitzt drehbar auf einer Planetenlagerachse 34,
wobei die Planetenlagerachsen 34 an einem gemeinsamten
Trägerelement 35 gelagert
sind, das beispielsgemäß eine plattenförmige Gestalt
hat und drehfest am Lenkspindelabschnitt 21 befestigt ist.
Die Planetenlagerachsen 34 und das Trägerelement 35 bilden
einen Planetenradträger 36, der
alle Planetenräder 31 drehbar
gelagert trägt.
-
Das
Hohlrad 32 ist nach 2 drehfest
am Stator 17 des Elektromotors 15 befestigt. Beispielsgemäß sind sowohl
der Stator 17 als auch das Hohlrad 32 drehfest
mit dem Lenkgetriebegehäuse 10 verbunden.
-
Das
Planetengetriebe 25 ist in Verlaufsrichtung der Lenkspindel 7 gesehen
zwischen dem Trägerelement 35 und
dem Elektromotor 15 angeordnet. Es umgibt die Lenkspindel 7 koaxial.
-
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.
-
Das
vom Elektromotor 15 erzeugte Drehmoment wird über das
Stellgetriebe 25 auf den Lenkspindelabschnitt 21 und
mithin über
die Lenkspindel 7 auf das Lenkrad 6 übertragen.
Aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen Rotor 16 und
Sonnenrad 30, überträgt der Rotor 16 das
auf ihn wirkende Drehmoment auf das Sonnenrad 30. Dieses
am Sonnenrad 30 anliegende Drehmoment wirkt auf die Planetenräder 31 ein.
Das Hohlrad 32 steht immer still. Wenn der Fahrer am Lenkrad 6 kein
Moment aufbringt und das Lenkrad 6 freigibt, können sich
die Planetenräder 31 im
Hohlrad 32 abwälzen
und laufen sozusagen im Hohl rad 32 um, so dass über den
Planetenradträger 36 ein
Stellmoment auf den Lenkspindelabschnitt 21 und mithin
auf das Lenkrad 6 ausgeübt
wird. Da der Fahrer das Lenkrad 6 nicht gegen das Stellmoment
festhält,
dreht es sich entsprechend der Drehbewegung des Planetenradträgers 36.
-
Hält der Fahrer
das Lenkrad 6 hingegen fest, wirkt das an den Planetenrädern 31 anliegende
Drehmoment über
den Planetenradträger 36 als
Stellmoment auf das Lenkrad 6 ein und dient dem Fahrer
beispielsweise als haptische Rückmeldung.
Der Fahrer spürt
das Stellmoment, kann aber die Drehbewegung des Lenkrads 6 selbst
bestimmen.
-
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
Außenläufermotor
ausgeführt
ist. Der Stator 17 ist drehbar über das Drehlager 18 am
Lenkspindelabschnitt 21 gelagert. Der Rotor 16 ist
radial außerhalb
um den Stator 17 herum angeordnet und umgibt den Stator 17 beispielsgemäß ringartig.
Der Stator 17 ist am Lenkgetriebegehäuse 10 befestigt und
drehfest mit dem Sonnenrad 30 verbunden. Das Hohlrad 32 ist
vom Elektromotor 15 antreibbar und daher drehfest mit dem
Rotor 16 verbunden. Sowohl Hohlrad 32 als auch
Rotor 16 sind über
ein weiteres, zweites Drehlager 40 am Lenkgetriebegehäuse 10 drehbar
um den Stator 17 herum angeordnet. Im Gegensatz zum ersten
Ausführungsform
nach 2 wird hier demnach das Hohlrad 32 vom
Elektromotor 15 angetrieben, während das Sonnenrad 30 relativ zum
Stator 17 feststehend angeordnet ist. Diese weitere Ausführungsvariante
nach 4 ist sozusagen die kinematische Umkehr zu der
in 2 dargestellten, oben beschriebenen Ausführungsform.
-
Bei
der zweiten Ausführungsvariante
nach 4 überträgt der Rotor 16 ein
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 30 abwälzen
und laufen sozusagen um das Sonnenrad 30 um, so dass über den Planetenradträger 36 ein
Stellmoment auf den Lenkspindelabschnitt 21 und mithin
auf das Lenkrad 6 ausgeübt
wird. Da der Fahrer das Lenkrad 6 nicht gegen das Stellmoment
festhält,
dreht es sich entsprechend der Drehbewegung des Planetenradträgers 36.
-
Hält der Fahrer
das Lenkrad 6 hingegen fest, wirkt das an den Planetenrädern 31 anliegende
Drehmoment über
den Planetenradträger 36 als
Stellmoment auf das Lenkrad 6 ein und dient dem Fahrer
beispielsweise als haptische Rückmeldung.
Der Fahrer spürt
das Stellmoment, kann aber die Drehbewegung des Lenkrads 6 selbst
bestimmen.
-
Die
Funktionsweisen der beiden Ausführungsformen
der Stelleinrichtung 11 nach 2 einerseits
und nach 4 andererseits unterscheiden sich
mithin nur dadurch, dass bei der ersten Variante nach 2 das
Sonnenrad 30 über
den Rotor 16 antreibbar ist und das Hohlrad 32 am
Stator 17 befestigt ist und bei der anderen, zweiten Variante
nach 4 das Hohlrad 32 über den Rotor 16 antreibbar
ist und das Sonnenrad 30 am Stator 17 befestigt
ist. Der prinzipielle Aufbau des Stellgetriebes 25 ist
in beiden Fällen
gleich.