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Die Erfindung betrifft ein Überlagerungslenksystem eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird neben der sog. „Aktivlenkung” in einigen Kraftfahrzeugen der Marke BMW auf die
DE 10 2004 009 522 A1 sowie auf die
DE 10 2005 005 434 A1 verwiesen.
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In verschiedenen Personenkraftwagen der Anmelderin der vorliegenden Erfindung kommt ein Überlagerungslenksystem mit einem in der Lenkspindel zwischen dem Lenkrad des Fahrers und einem Lenkgetriebe mit hydraulischer Lenkmomentunterstützung vorgesehenen Planetenplusgetriebe zum Einsatz. Dabei ist ein erstes Sonnenrad des Planetenplusgetriebes drehfest mit dem Lenkrad des Fahrers verbunden und es ist die Ausgangswelle des Planetenplusgetriebes mit einem zweiten Sonnenrad, das koaxial zum ersten Sonnenrad angeordnet ist, drehfest verbunden. Den beiden Sonnenrädern ist zumindest ein Satz von drehfest miteinander verbundenen und in einem Planetenträger des Planetenplusgetriebes drehbar gelagerten Planetenrädern zugeordnet und es ist dieser Planetenträger über einen selbsthemmenden Schneckentrieb um die gemeinsame Drehachse der beiden Sonnenräder elektromotorisch verdrehbar. Mit einer solchen Überlagerungslenkung kann einem vom Fahrer mit dem Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkel ein gleichgerichteter oder gegengerichteter Zusatz-Lenkwinkel hinzugefügt werden, beispielsweise um das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Lenkrad-Winkel und dem Einschlagwinkel der lenkbaren Fahrzeugräder in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu ändern oder um das Fahrzeug in kritischen Fahrsituationen insbesondere bei Kurvenfahrt durch einen gezielten von einer elektronischen Überwachungseinheit veranlassten Lenkeingriff zu stabilisieren.
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Ein Vorteil eines solchen Überlagerungslenksystems liegt darin, dass der Elektromotor zum Verdrehen des Planetenträgers kein hohes Moment abgeben muss, da dem Planetenplusgetriebe eine Lenkmoment-Unterstützungseinrichtung nachgeschaltet ist, so insbesondere (oder beispielsweise) ein übliches hydraulisches Servolenksystem. Ein weiterer Vorteil dieses geschilderten Überlagerungslenksystems ergibt sich durch die Verwendung eines Planetenplusgetriebes als Überlagerungsgetriebe, da hiermit eine günstige Standübersetzung darstellbar ist und die gewünschte fahrgeschwindigkeitsabhängige Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Lenkrad-Lenkwinkel und dem Einschlagwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern mit relativ geringen Verstellwegen des elektromotorisch angetriebenen besagten Schneckentriebs dargestellt werden kann.
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Bei kleineren und mittelgroßen Personenkraftwagen sind seit einiger Zeit anstelle von hydraulischen Servolenksystemen Lenksysteme mit elektromotorischer Lenkmomentunterstützung in Serie. Bei solchen Lenksystemen kann ein die Querführung des Fahrzeugs übernehmendes Fahrerassistenzsystem, so beispielsweise ein sog. Parkassistent, mit welchem das Fahrzeug selbsttätig in eine Parklücke rangiert werden kann, jedenfalls hinsichtlich der Einleitung und Umsetzung von Lenkeinschlägen an den lenkbaren Rädern relativ einfach realisiert werden. Hierfür muss nämlich lediglich der das Lenkunterstützungsmoment bereit stellende Elektromotor geeignet angesteuert werden. Bei größeren und somit schwereren Personenkraftwagen bzw. Kraftfahrzeugen werden jedenfalls derzeit noch hydraulische Servolenksysteme benötigt, die jedoch nicht geeignet sind, unabhängig von einer Lenkvorgabe des Fahrers einen Einschlagwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern einzustellen. Letzteres ist in einem Fahrzeuglenksystem mit einer auf das Lenkgetriebe einwirkenden hydraulischen Lenkmoment-Unterstützungseinrichtung, deren Eingangswelle über eine Lenkspindel mit dem Lenkrad des Fahrers verbunden ist, nur über ein in der besagten Lenkspindel vorgesehenes Überlagerungsgetriebe oder dergleichen möglich, wobei jedenfalls mit einem Planetengetriebe oder Planetenplusgetriebe als Überlagerungsgetriebe der Fahrer an seinem Lenkrad ein Stützmoment bereit stellen muss, damit eine durch den genannten Elektromotor initiierte Verdrehbewegung des Planetenträgers zum Getriebeausgang des Planetengetriebes (und nicht an das Lenkrad) übertragen wird.
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In der eingangs genannten
DE 10 2005 005 431 A1 ist eine Lenkung eines Fahrzeugs beschrieben, bei der in der sich vom Lenkrad zum üblichen Lenkgetriebe erstreckenden. Lenkspindel ein einstufiges Planetengetriebe vorgesehen ist, dessen Sonnenrad drehfest mit dem Lenkrad verbunden ist und dessen Planetenräder mit der Ausgangswelle dieses Planetengetriebes verbunden sind und daher dessen Getriebeausgang bilden. Diese Ausgangswelle des Planetengetriebes ist direkt mit der Eingangswelle des üblichen Lenkgetriebes verbunden, welches die den lenkbaren Fahrzeugrädern zugeordneten Spurstangen in Fahrzeug-Querrichtung verlagert. Das Hohlrad dieses Planetengetriebes ist mittels eines Elektromotors verdrehbar, wobei im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs über diesen Elektromotor sowohl ein Unterstützungsmoment in das Lenksystem eingebracht werden kann als auch ein Zusatzlenkwinkel an den lenkbaren Rädern gestellt werden kann. Bei einem solchen Stellvorgang eines Zusatzlenkwinkels stützt der Fahrer das Stellmoment des Elektromotors an seinem Lenkrad ab. Beispielsweise für ein automatisches Einparken des Fahrzeugs, das regelungstechnisch durch ein geeignetes Assistenzsystem gesteuert wird, kann eine Verriegelung in diesem Planetengetriebe geschlossen werden, wonach keine Abstützung des Stellmoments des besagten Elektromotors durch den Fahrer an seinem Lenkrad benötigt wird. Für diese Verriegelung wird die mit den Planetenrädern des Planetengetriebes verbundene Ausgangswelle des Planetengetriebes mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes drehfest verbunden. Dann können die lenkbaren Fahrzeugräder alleine durch geeignete Ansteuerung des Elektromotors eingeschlagen werden, ohne dass der Fahrer das Lenkrad festhalten muss. Selbstverständlich verdreht sich aufgrund dieser Verriegelung bei einer solchen durch den Elektromotor initiierten Verschwenkbewegung der lenkbaren Fahrzeugräder auch das Lenkrad, jedoch ist dies in Verbindung mit einem Park-Assistenzsystem sogar gewünscht. Indem der Elektromotor dieser bekannten Lenkung auch im regulären Fahrbetrieb das Lenk-Unterstützungsmoment bereit stellt, ist er auch in der Lage, für das Park-Assistenzsystem nach Herstellen der besagten Verriegelung im Planetengetriebe ein ausreichendes Lenkmoment zur Verfügung zu steten.
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In der eingangs weiterhin genannten
DE 10 2004 009 522 A1 ist eine Überlagerungslenkung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die ein Planetenplusgetriebe enthält, bei dem eine Verriegelung zwischen zwei Getriebe-Wellen möglich ist. Auch hier ist das erste Sonnenrad mit dem Lenkrad des Fahrers drehfest verbunden, während ein zweites Sonnenrad den Getriebeausgang bildet und zumindest ein Satz von den beiden Sonnenrädern zugeordneten drehfest miteinander verbundenen Planetenrädern in einem um die gemeinsame Drehachse der beiden Sonnenräder elektromotorisch verdrehbaren Planetenträger dieses Planetenplusgetriebes drehbar gelagert ist. Diese letztgenannte drehbare Lagerung kann jedoch blockiert werden, indem zumindest eines der Planetenräder oder deren Welle über eine Sperrklinke oder eine Kupplung starr mit dem Planetenträger verbunden wird. Damit ist dieses Planetenplusgetriebe in der Lage, ein Lenkmoment als starre Einheit zu übertragen, so dass mittels eines Elektromotors, der den Planetenträger im Drehsinn um die gemeinsame Drehachse anzutreiben in der Lage ist, ein Moment zur Unterstützung der Lenkung einbringbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für ein Überlagerungslenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Maßnahme aufzuzeigen, mit Hilfe derer unter Verwendung eines relativ schwachen den Planetenträger verstellenden Elektromotors ein Park-Assistenzsystem realisiert werden kann, derart, dass alleine durch geeignete Ansteuerung des besagten Elektromotors ohne jegliches Zutun des Fahrers die lenkbaren Fahrzeug-Räder auch eines relativ großen bzw. schweren Fahrzeugs in gewünschter Weise eingeschlagen werden können.
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Dabei wurde erkannt, dass die aus der
DE 10 2005 005 431 A1 bekannte Lenkung nicht übernommen werden kann, weil dort ein relativer starker Elektromotor vorzusehen wäre, der auch im normalen Fahrbetrieb das Lenk-Unterstützungsmoment bereit stellt. Auch kann die aus der
DE 10 2004 009 522 A1 bekannte Überlagerungslenkung aus dem gleichen Grund nicht übernommen werden und scheidet zusätzlich deshalb aus, weil sich bei Ansteuerung des Elektromotors durch ein Park-Assistenzsystem ohne Tätigwerden des Fahrers am Lenkrad völlig unübliche Drehwinkel in Abhängigkeit von gestellten Rad-Einschlagwinkeln ergeben würden, die sich signifikant von den entsprechenden Lenkrad-Drehwinkeln im üblichen Fahrbetrieb des Fahrzeugs unterscheiden. Dies führte zu einer erheblichen Verunsicherung des Fahrers.
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Die Lösung dieser genannten Aufgabe ist für ein Überlagerungslenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sonnenrad und das zweite den Getriebeausgang darstellende Sonnenrad des Planetenplusgetriebes über eine schaltbare Kupplungsvorrichtung drehfest miteinander verbindbar ist, um mittels des den Planetenträger verstellenden Elektromotors ohne Tätigwerden des Fahrers einen Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeug-Rädern einstellen zu können. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die schaltbare Kupplungsvorrichtung zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der beiden Sonnenräder vorgesehen oder angeordnet; ferner kann zum Herstellen der drehfesten Verbindung zwischen den beiden Sonnenrädern zumindest eines der Sonnenräder in Axialrichtung zum anderen hin verlagerbar sein.
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Wie bereits grundsätzlich bekannt ist wird auch vorliegend durch eine Verriegelung im Planetenplusgetriebe eine Möglichkeit dargestellt, mittels des den Planetenträger verdrehenden Elektromotors eine Verschwenkbewegung der lenkbaren Fahrzeug-Räder zu erzeugen, ohne dass der Fahrer hierfür an seinem Lenkrad ein Stützmoment gegen das Stellmoment dieses Elektromotors bereit stellen muss. Nach Herstellen einer solchen Verriegelung, die vorliegend die beiden Sonnenräder des Planetenplusgetriebes drehfest miteinander verbindet, kann also ein Park-Assistenzsystem den besagten Elektromotor in geeigneter Weise ansteuern. Indem dem Planetenplusgetriebe eine leistungsstarke hydraulische Lenkmoment-Unterstützungseinrichtung nachgeschaltet ist, ist es ausreichend, wenn der besagte Elektromotor nur ein sehr geringes Drehmoment abzugeben in der Lage ist, wodurch ein kleiner zuverlässiger und insbesondere relativ schnell drehender Elektromotor zum Einsatz kommen kann. Damit kann im bereits genannten selbsthemmenden Schneckentrieb zwischen dem Elektromotor und dem Planetenträger ein vorteilhaftes hohes Übersetzungsverhältnis dargestellt werden. Indem das vom Elektromotor im Bedarfsfall, d. h. beim Parkieren des Fahrzeugs durch ein Park-Assistenzsystem in das Überlagerungslenksystem eingeleitete Drehmoment relativ gering ist, kann weiterhin die schaltbare Kupplungsvorrichtung äußerst einfach ausgebildet sein, da im geschlossenen Zustand dieser Kupplungsvorrichtung nur ein betragsmäßig geringes Moment übertragen wird.
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Die beiden beigefügten Prinzip-Skizzen zeigen zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, wobei in beiden Figuren gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
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Zunächst auf 1 Bezug nehmend trägt ein Planetenplusgetriebe eines Überlagerungslenksystems eines größeren Personenkraftwagens die Bezugsziffer 10. Dessen Eingangswelle 11 ist drehfest mit einer Lenkspindel 12 verbunden, an deren Ende sich wie üblich das Lenkrad 13 des Fahrers befindet. Die Ausgangswelle 14 des Planetenplusgetriebes 10 führt in eine hydraulische Lenkmoment-Unterstützungseinrichtung 15, deren Ausgang wie üblich mit einem Zahnstangen-Lenkgetriebe 16 verbunden ist. An dessen seitliche Ausgänge schließen sich Spurstangen 17 an, die mit seitlicher Verlagerung durch das Lenkgetriebe 16 die nicht dargestellten lenkbaren Vorder-Räder des Fahrzeugs verschwenken.
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Das Planetenplusgetriebe 10 besteht aus einem Planetenträger 6, in dem ein Satz von zwei über ihre gemeinsame Welle drehfest miteinander verbundenen Planetenrädern 2, 3 über diese besagte gemeinsame Welle drehbar gelagert sind. Das erste Planetenrad 2 kämmt mit einem ersten Sonnenrad 1, das drehfest mit der im Planetenträger 6 drehbar gelagerten Eingangswelle 11 verbunden ist und das zweite Planetenrad 3 kämmt mit einem zweiten Sonnenrad 4, das drehfest mit der im Planetenträger 6 drehbar gelagerten Ausgangswelle 14 verbunden ist. Der Planetenträger 6 weist außenseitig eine Verzahnung auf, mit der eine von einem nicht dargestellten Elektromotor antreibbare Gewindeschnecke 5 kämmt. Durch geeignete Ansteuerung dieses Elektromotors kann dann, wenn eine zwischen den beiden Sonnenrädern 1, 4 vorgesehene und im weiteren erläuterte Kupplungsvorrichtung 7 geöffnet ist, in bekannter Weise einem vom Fahrer mit seinem Lenkrad 13 vorgegebenen Lenkwinkel ein Zusatzlenkwinkel hinzugefügt werden, indem der Planetenträger 6 um die gemeinsame Drehachse der beiden Sonnenräder 1, 4 um ein gewisses Maß verdreht wird. Hierdurch wird an den lenkbaren Fahrzeug-Rädern ein Einschlag-Winkel gestellt, der unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses im Lenkgetriebe 16 sowie in der sich an die Spurstangen 17 anschließenden Kinematik dem Summen-Winkel aus dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel und dem Zusatzlenkwinkel entspricht.
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Bereits kurz erwähnt wurde eine zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der beiden Sonnenräder 1, 4 vorgesehene Kupplungsvorrichtung 7, die beispielsweise an der Stirnseite des ersten Sonnenrades 1 befestigt sein kann. Durch Schließen dieser Kupplungsvorrichtung 7 können die beiden Sonnenräder 1, 4 drehfest miteinander verbunden werden, wobei diese Kupplungsvorrichtung 7 in unterschiedlichster dem Fachmann bekannter Weise aufgebaut sein kann. Angesteuert und für das Schließen und Öffnen mit Energie versorgt werden kann diese Kupplungsvorrichtung 7 entweder durch drahtlose (induktive) Energieübertragung, wofür hier ein entsprechender außerhalb des Planetenträgers 10 angeordneter Sender 8 vorgesehen ist, oder über eine elektrische Leitung, die beispielsweise innerhalb der Eingangswelle 11 verlaufen kann. Wenn diese Kupplungsvorrichtung 7 geschlossen ist, können alleine durch geeignete Ansteuerung des die Gewindeschnecke 5 in Rotation versetzenden Elektromotors die lenkbaren Räder des Fahrzeugs gelenkt, also wie insbesondere von einem Park-Assistenzsystem gewünscht eingeschlagen werden, ohne dass der Fahrer des Fahrzeugs am Lenkrad 13 in irgend einer Weise tätig werden muss; vielmehr kann bzw. soll der Fahrer das Lenkrad 13 dann loslassen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 2, bei dem die der Eingangswelle 11 des Planetenplusgetriebes 10 vorgeschaltete Lenkspindel (12) und die der Ausgangswelle 11 des Planetenplusgetriebes 10 nachgeschaltete Unterstützungseinrichtung (15) mit Zahnstangen-Lenkgetriebe (16), die hier ebenso wie beim Ausführungsbeispiel nach 1 gestaltet sind, der Einfachheit halber nicht dargestellt sind, ist die Kupplungsvorrichtung 7 quasi in die einander zugewandten Stirnseiten der beiden Sonnenräder 1, 4 des Planetenplusgetriebes 10 integriert und es ist das erste Sonnenrad 1 mit seiner Eingangswelle 11 längs der Drehachse verlagerbar. In der in 2 dargestellten Position sind die beiden Sonnenräder 1, 4 formschlüssig miteinander verbunden und es ist diese Kupplungsvorrichtung 7 geschlossen. Den geöffneten Zustand der Kupplungsvorrichtung 7 des Ausführungsbeispiels nach 2 zeigt quasi 1, wenn man sich die dort gezeigte Kupplungsvorrichtung 7 wegdenkt. Dabei ist das Sonnenrad 1 zusammen mit seiner Eingangswelle 11 in deren Achsrichtung um ein gewisses geringes Maß vom zweiten mit der Ausgangswelle 14 verbundenen Sonnenrad 4 weg verlagert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004009522 A1 [0001, 0006, 0008]
- DE 102005005434 A1 [0001]
- DE 102005005431 A1 [0005, 0008]
