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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servolenkung eines Lenksystems für einen Nutzkraftwagen und Lenksysteme für Nutzkraftwagen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Servolenkungen für Personenkraftwagen bzw. Nutzkraftwagen bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Servolenkungen als Teil eines Lenksystems für einen Nutzkraftwagen können derzeit nur als Hydrauliksystem zur Verfügung gestellt werden. Hydrauliksysteme weisen jedoch Nachteile dahingehend auf, dass sie eine geringe Energie-Effizienz aufweisen, wobei zur Bereitstellung der Lenkkraft jederzeit ein hoher Volumenstrom durch die Lenkung gepumpt werden muss. Ferner sind funktionale Erweiterungen neben der eigentlichen Lenkfunktion, wie z. B. Fahrerassistenzsysteme nur mit erhöhtem Aufwand darstellbar. Außerdem nachteilig ist die erforderliche Verschlauchung zwischen Lenkungspumpe und Lenkgetriebe (getrennte Einbauorte), die während der Fahrzeugmontage installiert, befüllt und geprüft werden muss.
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Eine Aufgabe ist daher eine Servolenkung für ein Lenksystem eines Nutzkraftwagens zur Verengung zu stellen, das keine hydraulische Kraftübertragung vorsieht.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird eine Servolenkung eines Lenksystems für einen Nutzkraftwagen zur Verfügung gestellt, umfassend einen elektrischen Antriebsmotor zum Erzeugen eines Antriebsmoments und ein Servogetriebe mit einer Übersetzung, wobei das Servogetriebe zum Übersetzen des Antriebsmoments vorgesehen ist, wobei das Servogetriebe mindestens zwei Getriebestufen umfasst, wobei die Getriebestufen Standardgetriebe sind, die miteinander derart gekoppelt sind, dass das Servogetriebe die Übersetzung aufweist.
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Erfindungsgemäß wird eine Servolenkung für einen Nutzkraftwagen zur Verfügung gestellt, wobei die Servolenkung einen elektrischen Antriebsmotor, z. B. einen Asynchronmotor, zum Erzeugen des Antriebsmoments vorsieht. Da nur ein elektrischer Antriebsmotor in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann, der eine kompakte, d. h. vorzugsweise kleine, Baugröße aufweist, kann von dem Antriebsmotor auch nur ein geringes Antriebsmoment bereitgestellt werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit ein Servogetriebe mit hoher Übersetzung zu verwenden, um das Antriebsmoment übersetzen zu können. Das Servogetriebe darf nicht selbsthemmend ausgeführt sein, d. h. bei Ausfall der Servolenkung muss eine Lenkbarkeit des Nutzkraftwagens weiterhin gegeben sein. Um eine derartige Lenkbarkeit sicher zu stellen und dennoch die geforderte hohe Übersetzung zu ermöglichen, werden erfindungsgemäß mehrere Getriebestufen genutzt, um die benötigte Übersetzung zu erhalten. Die einzelnen Getriebestufen sind erfindungsgemäß Standardgetriebe wie Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe, Hypoidgetriebe, Riementriebe, Schneckengetriebe, Kugelumlaufgetriebe, HD-Getriebe, Ritzel-/Zahnstangenverzahnungen und/oder Planetengetriebe. Es können mehrere Getriebestufen vorgesehen werden, um eine für Fahrzeuge geforderte kompakte Baugröße ermöglichen zu können. Standardgetriebe weisen nahezu gleich große Vorwärtsdrehwirkungsgrade und Rückwärtsdrehwirkungsgrade auf und sind daher nicht selbsthemmend. Die Verkopplung derartiger Standardgetriebe zu einem Servogetriebe mit resultierender Übersetzung führt wieder zu einem Getriebe mit nahezu gleichem Vorwärts- und Rückwärtsdrehwirkungsgrad. Nicht-Standardgetriebe weisen oftmals einen geringen Rückwärtsdrehwirkungsgrad im Vergleich zum Vorwärtsdrehwirkungsgrad auf, was teilweise auch erwünscht sein kann. Derartige Nicht-Standardgetriebe sind für einen Aufbau eines Servogetriebes ohne Kupplung ungeeignet, da derartige Servogetriebe selbsthemmend sein können.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für einen Nutzkraftwagen zur Verfügung gestellt, umfassend ein Lenkgetriebe zum Übersetzen eines ersten Antriebsmoments eines Lenkrads in ein erstes Abtriebsmoment, einen elektrischen Antriebsmotor zum Erzeugen eines zweiten Antriebsmoments, ein Servogetriebe mit einer Übersetzung, wobei das Servogetriebe zum Übersetzen des zweiten Antriebsmoments in ein zweites Abtriebsmoment vorgesehen ist und einen Kopplungspunkt zum Zusammenführen des ersten Abtriebsmoments und des zweiten Abtriebsmoments, wobei das Lenksystem eine Kupplung zwischen Antriebsmotor und Kopplungspunkt aufweist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und der Zusammenführung des Servoflusses und des Lenkflusses, also dem Kopplungspunkt, eine Kupplung angeordnet werden. Hierdurch kann die Kupplung insbesondere bei unbestromten Motor bzw. falls die Servolenkung einen Defekt aufweist oder ausgefallen ist, das Servogetriebe von dem restlichen Lenksystem abkoppeln, um eine Selbsthemmung, also die Unlenkbarkeit bzw. Schwerlenkbarkeit, verhindern zu können.
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Als dritte Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für einen Nutzkraftwagen zur Verfügung gestellt, umfassend: ein Lenkgetriebe zum Übersetzen eines ersten. Antriebsmoments eines Lenkrads in ein erstes Abtriebsmoment, einen elektrischen Antriebsmotor zum Erzeugen eines zweiten Antriebsmoments, ein Servogetriebe mit einer Übersetzung, wobei das Servogetriebe zum Übersetzen des zweiten Antriebsmoments in ein zweites Abtriebsmoment vorgesehen ist und einen Kopplungspunkt zum Zusammenführen des ersten Abtriebsmoments und des zweiten Abtriebsmoments, wobei das Lenkgetriebe ein Standardgetriebe und/oder ein Kugelmutterlenkgetriebe ist.
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Durch die Verwendung eines Standardgetriebes als Lenkgetriebe können die Entwicklungskosten niedrig gehalten werden. Als elektrischen Antriebsmotor kann beispielsweise ein Asynchronmotor verwendet werden. Das Kugelmutterlenkgetriebe kann ein Kugelgewindetrieb und eine Segmentwelle umfassen.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Servolenkung zur Verfügung gestellt, wobei ein Standardgetriebe ein Kegelradgetriebe, ein Hypoidgetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Zahnriementrieb oder ein Planetengetriebe ist.
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Vorteilhafterweise werden zum Aufbau eines Servogetriebes mehrere Standardgetriebe verwendet, wie z. B. Kegelradgetriebe, Hypoidgetriebe, Zahnriementrieb, Stirnradgetriebe und/oder Planetengetriebe, wodurch nahezu gleich hohe Vorwärts- und Rückwärtsdrehwirkungsgrade erreicht werden können.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Servolenkung zur Verfügung gestellt, wobei das Servogetriebe eine Übersetzung im Bereich von 300:1 bis 900:1, insbesondere eine Übersetzung von ca. 600:1, aufweist.
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Bei Verwendung eines Servogetriebes mit einer hohen Übersetzung kann vorteilhafterweise ein Antriebsmotor mit kleiner Baugröße eingesetzt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Servolenkung zur Verfügung gestellt, wobei das Servogetriebe drei, vier, fünf sechs oder beliebig viele Standardgetriebe umfasst, die miteinander derart gekoppelt sind, dass das Servogetriebe die Übersetzung aufweist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Servolenkung zur Verfügung gestellt, wobei das Servogetriebe Getriebestufen aufweist, die unterschiedliche Standardgetriebe sind.
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Durch die Verwendung unterschiedlicher Standardgetriebestufen zum Aufbau des Servogetriebes kann vorteilhafterweise eine noch kompaktere Bauweise des Servogetriebes erreicht werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem für einen Nutzkraftwagen zur Verfügung gestellt, wobei das Lenksystem eine Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der Antriebsmotor ein Synchronmotor ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Servolenkung mit einem Synchronmotor zur Verfügung gestellt, wobei eine Kupplung zwischen Synchronmotor und Kopplungspunkt vorgesehen sein kann. Hierdurch kann erfindungsgemäß auf die im Stand der Technik notwendige Kupplung direkt am Synchronmotor verzichtet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei die Kupplung zwischen Servogetriebe und Kopplungspunkt angeordnet ist oder wobei die Kupplung zwischen Antriebsmotor und Servogetriebe angeordnet ist.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, ein kompaktes mehrstufiges Getriebe für einen Nutzkraftwagen zur Verfügung zu stellen, wobei die Mehrstufigkeit des Getriebes notwendig sein kann, um ein kompaktes Getriebe erhalten zu können. Erfindungsgemäß umfasst das Getriebe mehrere Getriebestufen, wobei die Getriebestufen gleiche Getriebearten sein können (Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe (z. B. Hypoidgetriebe) oder Planetengetriebe) oder wobei das Getriebe als Getriebestufen unterschiedliche Getriebearten umfassen kann. Vorteilhafterweise weist das Getriebe nur Standardgetriebe auf, wodurch sich die Entwicklungszeit für ein erfindungsgemäßes Servogetriebe verkürzen lassen kann. Die verwendeten Standardgetriebestufen weisen nahezu gleich große Vorwärtsdrehwirkungsgrade und Rückwärtsdrehwirkungsgrade auf. Hierdurch kann ein insgesamt nicht selbsthemmendes Getriebe erhalten werden. Nicht-Standardgetriebe weisen oftmals einen hohen Vorwärtsdrehwirkungsgrad und einen niedrigen Rückwärtsdrehwirkungsgrad auf und sind daher tendenziell selbsthemmend.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
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1 einen Teil eines Lenksystems des Stands der Technik,
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2 eine schematische Darstellung eines Lenksystems,
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3 eine weitere schematische Darstellung eines Lenksystems,
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4 eine schematische Darstellung eines Lenksystems mit einer Kupplung,
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5 eine weitere schematische Darstellung eines Lenksystems mit einer Kupplung,
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6 eine weitere schematische Darstellung eines Lenksystems,
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7 eine weitere schematische Darstellung eines Lenksystems,
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8 eine weitere schematische Darstellung eines Lenksystems,
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9 eine weitere schematische Darstellung eines Lenksystems,
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10 eine weitere schematische Darstellung eines Lenksystems,
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11 eine schematische Darstellung des Lenksystems der 10,
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12 eine weitere schematische Darstellung eines Lenksystems.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen Teil eines Lenksystems des Stands der Technik mit einem Kolben 102, der durch eine Lenkwelle (Lenkspindel) 103 axial bewegt werden kann. Der Kolben 102 kann außerdem durch ein Hydrauliksystem, das Druckkräfte 101 auf den Kolben 102 erzeugen kann, axial verschoben werden. Das Hydrauliksystem dient der Lenkunterstützung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems des Stands der Technik mit einem Lenkfluss 203 ausgehend von einem Lenkrad 202 und einem Servofluss 204, erzeugt durch ein Hydrauliksystem, das Druckkräfte 201 zur Lenkunterstützung ausüben kann.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems mit einem Elektromotor (elektrischer Antriebsmotor) 302 an den ein Servogetriebe 301 angekoppelt ist und ein Lenkrad 304, an das ein Lenkgetriebe 303 angekoppelt ist. Innerhalb eines gemeinsamen Getriebebereichs 306 werden die Drehmomente des Lenkrads 304 und des Elektromotors 302 in einem Kopplungspunkt 305 zusammengeführt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, wobei an einen Elektromotor 401 ein Kompaktgetriebe (Servogetriebe) 402 angekoppelt ist, wobei zwischen Kompaktgetriebe 402 und Kopplungspunkt 407 eine Kupplung/schaltbare Freilaufeinrichtung 403 angeordnet ist. Am Kopplungspunkt 407 wird der Servofluss 406 ausgehend vom Elektromotor 401 und der Lenkfluss 405 ausgehend vom Lenkrad 404 zusammengeführt. Vorteilhafterweise kann als Servogetriebe 402 ein Getriebe mit hoher Übersetzung genutzt werden, wodurch ein Elektromotor 401 eingesetzt werden kann, der nur ein kleines Drehmoment erzeugen kann. Vorteilhafterweise kann ein Servogetriebe 402 verwendet werden, das selbsthemmend ausgebildet ist, da bei unbestromten Elektromotor 401 bzw. falls die Servolenkung einen Defekt aufweist, die Servolenkung durch die Kupplung 403 von dem restlichen Lenksystem abgekoppelt werden kann. Die erfindungsgemäße Servolenkung ist für Nutzkraftwagen vorgesehen.
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems mit einem Elektromotor 501, der über eine Riemenstufe 502 und einem Kompaktgetriebe (Servogetriebe) 503 einen Servofluss 505 erzeugen kann. Der Servofluss 505 wird in einem Kopplungspunkt 508 mit einem Lenkfluss 506 ausgehend von einem Lenkrad 507, z. B. in einem gemeinsamen Getriebebereich, vereinigt. Eine derartige Ausführungsform mit einer Kupplung 504 ist notwendig, falls aufgrund einer hohen Blindleistung des Kompaktgetriebes 503 ein geringer Rückdrehwirkungsgrad vorliegt. Die Kupplung 504 stellt dadurch eine Lenkbarkeit auch bei ausgefallener Servolenkung sicher. Die Anordnung einer Kupplung 504 zwischen Antriebsmotor 501 und Kopplungspunkt 508 eröffnet auch die Möglichkeit einen Synchronmotor als Antriebsmotor 501 zu verwenden, wobei bei dem Synchronmotor vorteilhafterweise auf eine weitere Kupplung verzichtet werden kann.
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6 zeigt ein erfindungsgemäßes Lenksystem mit einem Elektromotor 601, der über ein mehrstufiges Planetengetriebe 602 einen Servofluss 605 erzeugen kann. Das mehrstufige Planetengetriebe 602 kann erfindungsgemäß zwei, drei, vier, fünf oder beliebig viele Standardplanetengetriebe aufweisen, die miteinander gekoppelt sind. Das mehrstufige Planetengetriebe kann z. B. eine Übersetzung von 600:1 und das Lenkgetriebe kann eine Übersetzung von 17:1 aufweisen.
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7 zeigt einen Elektromotor 701 mit einer Riemenstufe 702 und einem mehrstufigen Planetengetriebe 703, wodurch sich ein Servofluss 704 ergeben kann. Dieser Servofluss 704 kann in einem Kopplungspunkt 707 mit einem Lenkfluss 706 vereint werden, wobei der Lenkfluss 706 von einem Lenkrad 705 ausgehen kann.
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8 zeigt ein Lenksystem mit einem Elektromotor 801, der über zwei Stirnradgetriebestufen 802, 803 und einem mehrstufigen Planetengetriebe 804 einen Servofluss 805 erzeugen kann, wobei dieser Servofluss 805 in einem Kopplungspunkt 808 mit einem Lenkfluss 806 ausgehend von einem Lenkrad 807 vereint werden kann. Das Planetengetriebe 804 kann beispielsweise 2-stufig ausgebildet sein, wodurch sich ein insgesamt 4-stufiges Servogetriebe ergeben würde.
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9 zeigt ein erfindungsgemäßes Lenksystem mit einem Elektromotor 901 an den vier Stirnradgetriebestufen 902, 903, 904, 909 angekoppelt sind, wodurch sich ein Servofluss 908 ergeben kann. Ausgehend von einem Lenkrad 905 kann ein Lenkfluss 906 erzeugt werden, der über eine Kegelradgetriebestufe 907 mit dem Servofluss 906 vereinigt werden kann.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenksystems mit einem Elektromotor 1001 und einem Lenkrad 1004, wobei der jeweils erzeugte Servofluss bzw. Lenkfluss über eine Kegelradgetriebestufe 1002 bzw. eine Hypoidgetriebestufe 1003 übertragen werden können.
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11 zeigt eine detaillierte Darstellung der Anordnung gemäß 10, wobei ein Elektromotor 1101 zunächst über eine Kegelradgetriebestufe 1102 und drei Stirnradgetriebestufen 1105 einen Servofluss 1107 erzeugen und wobei ein Lenkfluss 1106 ausgehend von einem Lenkrad 1104 und einer Hypoidgetriebestufe 1103 übertragen werden kann.
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12 zeigt ein Getriebe, das ein Servogetriebe und ein Lenkgetriebe umfasst, wobei ein Kopplungspunkt 1206 des Servoflusses 1204 und des Lenkflusses 1203 nicht in der letzten Stufe des Getriebes angeordnet ist, sondern in einer vorhergehenden Stufe. Vorteilhafterweise kann hierdurch eine oder mehrere Stufen gemeinsam für Servofluss 1204 und Lenkfluss 1203 genutzt werden, wodurch diese nur einmal ausgebildet werden müssen.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen” weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein” und „eine” mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Kräfte
- 102
- Kolben
- 103
- Lenkwelle
- 104
- Segmentwelle
- 201
- Kräfte
- 202
- Lenkrad
- 203
- Lenkfluss
- 204
- Servofluss
- 301
- Servogetriebe
- 302
- Elektromotor
- 303
- Lenkgetriebe
- 304
- Lenkrad
- 305
- Kopplungspunkt
- 306
- gemeinsamer Getriebebereich
- 401
- Elektromotor
- 402
- Servogetriebe
- 403
- Kupplung/schaltbare Freilaufeinrichtung
- 404
- Lenkrad
- 405
- Lenkfluss
- 406
- Servofluss
- 407
- Kopplungspunkt
- 501
- Elektromotor
- 502
- Riemenstufe
- 503
- Servogetriebe
- 504
- Kupplung/schaltbare Freilaufeinrichtung
- 505
- Servofluss
- 506
- Lenkfluss
- 507
- Lenkrad
- 508
- Kopplungspunkt
- 601
- Elektromotor
- 602
- mehrstufiges Planetengetriebe
- 603
- Lenkrad
- 604
- Lenkfluss
- 605
- Servofluss
- 701
- Elektromotor
- 702
- Riemenstufe
- 703
- mehrstufiges Planetengetriebe
- 704
- Servofluss
- 705
- Lenkrad
- 706
- Lenkfluss
- 707
- Kopplungspunkt
- 801
- Elektromotor
- 802
- Stirnradgetriebestufe
- 803
- Stirnradgetriebestufe
- 804
- mehrstufiges Planetengetriebe
- 805
- Servofluss
- 806
- Lenkfluss
- 807
- Lenkrad
- 808
- Kopplungspunkt
- 901
- Elektromotor
- 902
- Stirnradgetriebestufe
- 903
- Stirnradgetriebestufe
- 904
- Stirnradgetriebestufe
- 905
- Lenkrad
- 906
- Lenkfluss
- 907
- Hypoidgetriebestufe/Kegelradgetriebestufe
- 908
- Servofluss
- 909
- Stirnradgetriebestufe
- 1001
- Elektromotor
- 1002
- Kegelradgetriebestufe
- 1003
- Hypoidgetriebestufe
- 1004
- Lenkrad
- 1101
- Elektromotor
- 1102
- Kegelradgetriebestufe
- 1103
- Hypoidgetriebestufe
- 1104
- Lenkrad
- 1105
- Stirnradgetriebestufen
- 1106
- Lenkfluss
- 1107
- Servofluss
- 1201
- Kegelradgetriebestufe
- 1202
- Kegelradgetriebestufe
- 1203
- Lenkfluss
- 1204
- Servofluss
- 1205
- Stirnradgetriebestufen
- 1206
- Kopplungspunkt
