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Die Erfindung betrifft eine elektrische Servolenkung für ein Fahrzeug, mit einer Lenkwelle, die mit einer Lenkhandhabe wirkverbunden ist und mit einem elektrischen Aktuator zur Bereitstellung einer Lenkhilfskraft und/oder eines Überlagerungswinkels für einen an der Lenkhandhabe auf die Lenkwelle aufbringbaren Soll-Lenkwinkels, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Elektrische Servolenkungen sind in verschiedenen Bauarten bekannt und beispielsweise in einem Firmenprospekt: „ZF – Servolectric – Die elektronische Servolenkung für PKW und leichte Nutzfahrzeuge“ beschrieben. Hierbei wird zwischen grundsätzlichen Bauformen, wie die Servoeinheit an einer Lenksäule, die Servoeinheit an einem zweiten Ritzel einer Zahnstange eines Lenkgetriebes und einer achsparallel zu einer Zahnstange angeordneten Servoeinheit (APA-Lenkung) bei Hilfskraftsystemen unterschieden.
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Elektrische Servolenkungen können auch in der Art eines aktiven Lenksystems – einer Überlagerungslenkung – ausgebildet sein, wobei einem an einer Lenkhandhabe eines derartigen Lenksystems eingegebenen Soll-Lenkwinkel ein Überlagerungswinkel aufgeprägt wird.
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Den genannten Servolenkungen ist grundsätzlich die Anwendung eines elektrischen Aktuators, einer Baueinheit aus einem meist pulsweitengesteuerten Elektromotor und eines Untersetzungsgetriebes, zu eigen.
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Solche Überlagerungslenkungen und elektrische Servolenkungen mit einer Servoeinheit an einer Lenksäule seien hier besonders betrachtet.
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Die Übersetzung einer Servo- oder Hilfskraftlenkung mit Überlagerungsfunktion setzt sich aus den Übersetzungen eines Lenkgetriebes und des Überlagerungsgetriebes zusammen. Bei einer Überlagerungslenkung weist ein Überlagerungsgetriebe ein erstes Getriebeeingangsglied oder eine erste Getriebeeingangswelle und ein zweites Getriebeeingangsglied oder eine zweite Getriebeeingangswelle auf, wobei die an den Getriebeeingangswellen auftretenden Drehwinkel zu einem Summenwinkel zusammengefasst (aufaddiert oder subtrahiert) werden und auf ein Getriebeausgangsglied oder eine Getriebeausgangswelle übertragen werden.
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Die erste Getriebeeingangswelle ist dabei drehfest mit einer Lenkhandhabe verbunden und die zweite Getriebeeingangswelle ist bei der Anwendung eines Wellgetriebes als Überlagerungsgetriebe als Servomotorwelle mit einem exzentrischen Antriebskern gebildet.
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Die
DE 10 2008 043 913 A1 beschreibt beispielhaft den Aufbau einer derartigen Überlagerungslenkung mit einem elektrischen Aktuator aus einem Servomotor und einem Wellgetriebe. Hierbei ist die erste Getriebeeingangswelle als Lenkwelle gebildet und mit einer Lenkhandhabe drehfest verbunden.
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Insbesondere bei den genannten Bauformen elektrischer Servolenkungen mit einem Aktuator an einer Lenkwelle kann Körperschall durch Servomotoren der Aktuatoren, oder durch den Servomotoren nachgelagerten Getrieben wie Wellgetrieben durch Zahnkräfte oder Stützkräfte in Wälzlagern erzeugt werden.
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Körperschall kann so in Lenkwellen eingeleitet werden, der wiederum ursächlich für Fußpunkterregungen von Fahrzeugteilen sein kann. Körperschall kann dann durch die Lenkwelle und durch mit dieser verbundenen Fahrzeugteilen als Luftschall abgestrahlt werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass in Abhängigkeit von den jeweiligen Eigenfrequenzen der mit der Lenkwelle verbundenen Fahrzeugteile, wie einer Lenkhandhabe, diese Fahrzeugteile angeregt werden. Ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs kann dies als unangenehm empfinden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Servolenkung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, die besonders geräuscharm im Betrieb ist.
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Die Aufgabe wird durch eine elektrische Servolenkung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass die Lenkwelle und/oder zumindest ein Bauteil des Aktuators mit einer gedämpften Feder-Masse-Einrichtung so wirkverbunden ist, dass durch die Feder-Masse-Einrichtung die Schwingungsanregung von Bauteilen der elektrischen Servolenkung insbesondere durch Schwingungen, die von dem elektrischen Aktuator stammen, durch Dämpfung vorzugsweise durch eine konstante Reibkraft verhindert ist, ist einer Ausbreitung von Luftschall im Inneren des Fahrzeugs, ausgehend von Schwingungen des elektrischen Aktuators, wirksam entgegengetreten.
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In der Feder-Masse-Einrichtung tritt bei der Anregung der Masse durch Schwingungen eine Reibkraft auf, wobei die Eigenfrequenz der Schwingung mit zunehmender Dämpfung kleiner wird.
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Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Feder-Masse-Einrichtung weist in einem einfach bauenden Ausführungsbeispiel einen Freiheitsgrad ihrer bewegbaren Masse auf. Die bewegbare Masse ist über ein Federelement mit einem, bezüglich dem der Feder-Masse-Einrichtung zugeordneten Freiheitsgrad unbewegten Halteteil der elektrischen Servolenkung, insbesondere der Lenkwelle des elektrischen Aktuators, verbunden. Die Feder-Masse-Einrichtung ist als Schwinger ausgebildet, der eine gedämpfte Schwingung ausführen kann. Die Feder-Masse-Einrichtung ist dabei Bestandteil des elektrischen Aktuators, wobei in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel die bewegbare Masse und das Federelement des Schwingers zumindest teilweise im Axialbereich eines Wellgetriebes des elektrischen Aktuators angeordnet sind.
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Die bewegbare Masse und das Federelement sind an oder in einer Welle des elektrischen Aktuators oder an oder in der Lenkwelle angeordnet und die bewegbare Masse ist in axialer Richtung der Welle oder der Lenkwelle, radial mit Reibung in axialer Richtung bewegbar geführt.
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Eine einfach bauende Feder-Masse-Einrichtung sieht eine bewegbare Masse in der Art eines Kolbens mit vorzugsweise zylindrischer Gestalt vor, der in einer ersten Getriebeeingangswelle des elektrischen Aktuators radial geführt ist. Das Federelement kann hierbei als Schraubenfeder gebildet sein und in der ersten Getriebeeingangswelle radial geführt sein. Zur Dämpfung der bewegbaren Masse, die in der Art eines radial dichtenden Kolbens in der Lenkwelle oder der Welle des Aktuators bewegbar geführt sein kann, kann ein Fluid wie beispielsweise Luft angewandt sein, das in einem von der bewegbaren Masse und der Welle oder Lenkwelle gebildeten Kolben- oder Arbeitsraum eingeschlossen ist.
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Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. Dabei zeigt die einzige Figur:
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1 einen teilweisen schematischen, nicht maßstäblichen Längsschnitt durch einen elektrischen Aktuator mit einer Feder-Masse-Einrichtung.
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In der einzigen Figur ist in einem teilweisen, schematischen nicht maßstäblichen Längsschnitt ein elektrischer Aktuator 3 einer als Active-Steering ausgebildeten elektrischen Servolenkung für einen Personenkraftwagen gezeigt. Der Aktuator 3 weist als wesentliche Bestandteile einen elektrischen Servomotor 13 auf, der sich an einem fahrzeugfesten Bauteil 14 abstützt, eine erste Getriebeeingangswelle 11, die drehfest mit einer Lenkhandhabe 15 verbunden ist, ein als Wellgetriebe 9 gebildetes Überlagerungsgetriebe und eine Feder-Masse-Einrichtung 5 zur Tilgung von Schwingungen, die von dem Aktuator 3 auf die Lenkwelle 2 übertragen werden könnten, auf. Der Servomotor 13 stellt einen zusätzlichen Überlagerungswinkel auf das Wellgetriebe 9 bereit. Ein Läufer 16 des Servomotors 13 ist drehfest mit einer zweiten Getriebeeingangswelle 17 verbunden. Die zweite Getriebeeingangswelle 17 des Wellgetriebes 9 ist einstückig mit einem exzentrischen Antriebskern 18 gebildet.
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Der Servomotor 13 ist als Hohlwellenmotor gebildet, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 17 sich über axial beabstandete Wälzlager 19, 19’ an einem Gehäuse 20 des Aktuators 9 abstützt.
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Um den ellipsenförmigen Umfang des exzentrischen Antriebskernes 18 ist ein flexibles Kugellager 21 gelegt. Der Antriebskern 18 greift mit seiner axialen Erstreckung in eine aus elastischem Stahlblech gebildete, topfförmige, radialflexible Abrollbuchse 22 ein.
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Die radialflexible Abrollbuchse 22 weist eine Außenmantelfläche 23 auf, die im axialen Bereich des Kugellagers 21 eine Außenverzahnung 24 trägt. Die Außenverzahnung 24 greift unter Wirkung der ellipsenförmigen Aufweitung der Abrollbuchse 22 durch den exzentrischen Antriebskern 18 mit zwei Umfangsabschnitten in eine Innenverzahnung 25 an einer zylindrischen Stützfläche 26 eines drehfest mit einer Getriebeausgangswelle 27 des Wellgetriebes 9 verbundenen Stützringes 28 ein. Der Stützring 28 ist konzentrisch zu der Längsachse 29 der Lenkwelle 2 angeordnet. Bei Rotation des Antriebskernes 18 erfolgt die ellipsenförmige Aufweitung im fortlaufenden Wechsel entlang der Innenverzahnung 25. Die Innenverzahnung 25 weist eine größere Zähnezahl als die radialflexible Abrollbuchse 22 auf, wodurch eine Verdrehung des Stützringes 28 pro Umdrehung des Antriebskernes 18 um die Differenz der Zähnezahl erfolgt.
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Die Lenkwelle 2 ist im axialen Bereich des Stützringes 18 getrennt und in die erste Getriebeeingangswelle 11, die drehfest mit der Lenkhandhabe 15 verbunden ist und an deren anderem Ende der Antriebskern 18 und die radialflexible Abrollbuchse 22 angeordnet ist, sowie in die Getriebeausgangswelle 27 aufgeteilt. Dadurch kann die Getriebeausgangswelle 27 relativ zu der Lenkwelle 2 verdreht werden und ein von Fahrt- und Fahrzeugparametern abhängiger Überlagerungswinkel in die Lenkwelle 2 eingegeben werden.
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Zur Tilgung von Schwingungen, die von dem Aktuator 3 auf die Lenkwelle 2 oder auch die Getriebeausgangswelle 27 übertragen werden könnten, ist die Feder-Masse-Einrichtung 5 vorgesehen. Diese ist in einem zu dem Aktuator 3 gehörenden Bauteil 4, einer Welle 10, einem Teil der Lenkwelle 2 im Axialbereich des Aktuators 3 angeordnet und in einer zylindrischen Bohrung 30 vorgesehen, die in axialer Richtung in der Lenkwelle 2 verläuft. Die Feder-Masse-Einrichtung 5 besteht aus einer bewegbaren Masse 6 und einem Federelement 7 in Form einer Schraubenfeder. Die Masse 6 ist in der Art eines zylindrischen Kolbens gebildet und in der Bohrung 30 längsbeweglich über die Schraubenfeder an einem Halteteil 8 festgelegt.
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Das Halteteil 8 ist ein zylindrisches Bauteil und an dem, der Getriebeausgangswelle 27 zugewandten Ende der Welle 10 festgelegt. Die Masse 6 begrenzt in der Bohrung 30 einen zylinderförmigen Arbeitsraum 31 der mit einem Fluid 12, wie beispielsweise mit Luft, versehen ist.
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Die Masse 6 kann eine reibungsbehaftete, gedämpfte Bewegung mit einem Freiheitsgrad oder auch unter Zulassung einer Drehung, mit zwei Freiheitsgraden durchführen. Schwingungen, ausgehend von dem Aktuator 3 werden nicht auf die Lenkwelle 2 und die Getriebeausgangswelle 27 übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
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- 2
- Lenkwelle
- 3
- Aktuator, elektrisch
- 4
- Bauteil, von 3
- 5
- Feder-Masse-Einrichtung
- 6
- Masse, bewegbar
- 7
- Federelement
- 8
- Halteteil
- 9
- Wellgetriebe
- 10
- Welle
- 11
- Gewebeeingangswelle, erste
- 12
- Fluid
- 13
- Servomotor
- 14
- Bauteil, fahrzeugfest
- 15
- Lenkhandhabe
- 16
- Läufer
- 17
- Getriebeeingangswelle, zweite
- 18
- Antriebskern, exzentrisch
- 19, 19’
- Wälzlager
- 20
- Gehäuse
- 21
- Kugellager
- 22
- Abrollbuchse
- 23
- Außenmantelfläche
- 24
- Außenverzahnung
- 25
- Innenverzahnung
- 26
- Stützfläche
- 27
- Getriebeausgangswelle
- 28
- Stützring
- 29
- Längsachse
- 30
- Bohrung
- 31
- Arbeitsraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008043913 A1 [0008]
