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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In der
DE 10 2008 001 959 A1 wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug beschrieben, das zur Lenkunterstützung einen elektrischen Servomotor aufweist, über den ein unterstützendes Servomoment in das Lenksystem eingespeist werden kann. Die Lenkbewegung des Fahrers wird über eine Lenkwelle auf eine Zahnstange übertragen, die kinematisch mit lenkbaren Rädern des Fahrzeuges verbunden ist. Die Motorwelle des elektrischen Servomotors ist parallel zur Zahnstange angeordnet, wobei die Antriebsbewegung des Servomotors über einen Zahnriemen und verschiedene Getriebebauteile auf die Zahnstange übertragen wird. Der Zahnriemen umschlingt eine erste Zahnscheibe, die drehfest auf der Motorwelle des Servomotors aufsitzt, sowie eine zweite Zahnscheibe, die mit einem Getriebebauteil verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Drehmomentschwankungen in Lenksystemen mit elektrischem Servomotor zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Lenksystem wird in Fahrzeugen zum Einstellen eines Radlenkwinkels eingesetzt und umfasst einen elektrischen Servomotor zur Erzeugung eines die Lenkbewegung unterstützenden Servomomentes. Zu dem Lenksystem gehört eine Lenkwelle, welche über das Lenkrad mit dem vom Fahrer gewünschten Lenkwinkel beaufschlagt wird, sowie ein Lenkgestänge, das mit der Lenkwelle gekoppelt ist und die Lenkbewegung auf die Räder überträgt. Der elektrische Servomotor greift vorzugsweise an einem Gestängebauteil des Lenkgestänges an. Hierbei ist die Motorwelle des elektrischen Servomotors über einen Zahnriemen mit dem Gestängebauteil bzw. einem Getriebeteil gekoppelt, über das die Unterstützungsbewegung auf das Gestängebauteil übertragen wird. Motorseitig ist der Zahnriemen um eine Zahnscheibe geschlungen, welche vorzugsweise drehfest auf der Motorwelle des Servomotors aufsitzt.
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Aufgrund der beschränkten Polzahl des elektrischen Servomotors können im Betrieb, also wenn der Servomotor in Betrieb ist und ein unterstützendes Moment in das Lenksystem einspeist, Drehmomentschwankungen auftreten, welche auch zu akustischen Störungen hervorrufen können. Um die Drehmomentschwankungen sowie die gegebenenfalls auftretende Geräuschentwicklung zumindest zu reduzieren, steht die Anzahl der Zähne auf der Zahnscheibe in einem definierten Verhältnis zur Polzahl des Servomotors. Hierdurch ist es möglich, Drehmomentwelligkeiten, welche auf die beschränkte Polpaar- bzw. Polzahl des Servomotors zurückgehen, durch Drehmomentwelligkeiten zu kompensieren oder zumindest zu reduzieren, die ihre Ursache in der Zahnteilung der Zahnscheibe und dem Eingriff des Zahnriemens haben. Die Drehmomentwelligkeiten werden in der Weise aufeinander abgestimmt, dass Drehmomentschwankungen aufgrund der beschränkten Polzahl des Servomotors und aufgrund der Verzahnung zwischen Zahnscheibe und Zahnriemen gegenphasig verlaufen, um den gewünschten Kompensationseffekt zu erzielen.
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Bei der Polpaarzahl handelt es sich um die Anzahl aller Magneten mit jeweils einem Nord- und Südpol im elektrischen Servomotor. Bei der Polzahl handelt es sich um die Gesamtanzahl an Einzelpolen im elektrischen Servomotor, die somit doppelt so groß ist wie die Polpaarzahl. Gegebenenfalls kann sich die Anzahl der Zähne der Zahnscheibe auch auf die Polpaarzahl beziehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung stehen die Zähneanzahl auf der Zahnscheibe und die Polzahl in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander. In der Regel ist die Anzahl der Zähne zur Zahnscheibe größer als die Polzahl, wobei grundsätzlich auch eine gleiche Anzahl in Betracht kommt oder eine Ausführung, bei der die Polzahl des elektrischen Servomotors höher ist als die Anzahl der Zähne der Zahnscheibe. Das ganzzahlige Verhältnis zwischen Polzahl und Zähneanzahl führt zu einer Harmonisierung der Frequenzen in der Drehmomentwelligkeit des elektrischen Servomotors einerseits und der Übertragung zwischen Zahnscheibe und Zahnriemen andererseits.
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Der elektrische Servomotor befindet sich zweckmäßigerweise in achsparalleler Anordnung zu einem Gestängebauteil des Lenksystems; diese Ausführung zeichnet sich durch Kompaktheit aus. Bei dem Gestängebauteil handelt es sich insbesondere um die Zahnstange, über die die Lenkbewegung der Lenkwelle auf die Räder des Fahrzeuges übertragen wird.
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Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der die Motorwelle des elektrischen Servomotors winklig, beispielsweise in einem rechten Winkel zu einem Gestängebauteil, beispielsweise der Zahnstange des Lenksystems steht.
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Die Übertragung der Stellbewegung des Zahnriemens, der von der Motorwelle des elektrischen Servomotors angetrieben wird, auf das Gestängebauteil erfolgt vorzugsweise über eine weitere Zahnscheibe, die entweder unmittelbar drehfest auf dem Gestängebauteil aufsitzt oder mit einem Getriebebauteil gekoppelt ist, das in einem Getriebegehäuse angeordnet ist und über das die Drehbewegung auf das Gestängebauteil übertragen wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Motoransteuerung des elektrischen Servomotors im Lenksystem, der über die Zahnscheibe und den Zahnriemen mit einem Gestängebauteil des Lenksystems verbunden ist. Durch den Eingriff des Zahnriemens in die Zahnscheibe entsteht im Betrieb des elektrischen Servomotors wie vorbeschrieben eine Drehmomentwelligkeit, die durch eine entsprechende Motoransteuerung, also die Bestromung des elektrischen Servomotors zumindest teilweise kompensiert werden kann. Damit steht eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Welligkeit des über den Zahnriemen übertragbaren Servomoments zur Verfügung. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, zum einen die Anzahl der Zähne der Zahnscheibe in ein definiertes Verhältnis zur Polzahl des Servomotors zu stellen und zum andern über die elektrische Bestromung die Motoransteuerung so auszuführen, dass zusätzlich eine Glättung der Drehmomentwelligkeit erreicht wird.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug mit einem elektrischen Servomotor,
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2 der elektrische Servomotor in achsparalleler Anordnung zur Zahnstange des Lenksystems,
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3 der elektrische Servomotor in perspektivischer Einzeldarstellung mit einem Riemenantrieb.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Lenksystem 1 dargestellt, das ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Lenkgehäuse 4 mit darin aufgenommenem Getriebe und ein Lenkgestänge 5 umfasst, über das die Lenkbewegung des Fahrers auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, das drehfest auf der Lenkwelle 3 aufsitzt, den Lenkwinkel δL vor, der im Lenkgetriebe, welches im Lenkgehäuse 4 angeordnet ist, in eine Stellbewegung einer Zahnstange des Lenkgestänges 5 übertragen wird. Daraufhin stellt sich an den lenkbaren Rädern 6 der Radlenkwinkel δV ein.
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Über einen elektrischen Servomotor 7 kann zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmomentes ein Servomoment in das Lenkgetriebe im Lenkgehäuse 4 eingespeist werden. Bei dem elektrischen Servomotor 7 handelt es sich insbesondere um einen permanenterregten DC-Motor.
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Wie der Darstellung gemäß 2 zu entnehmen, ist der elektrische Servomotor 7 achsparallel zum Lenkgestänge 5 angeordnet. Zu diesem Zweck ist der Servomotor 7 an das Lenkgehäuse 4 angeflanscht, wobei die Motorwellenlängsachse 8 des Servomotors 7 parallel zur Längsachse 9 des Lenkgehäuses und einer Zahnstange verläuft, welche Teil des Lenkgestänges 5 ist und von der Lenkwelle 3 translatorisch entlang der Längsachse 9 verstellt wird.
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Die Motorwelle des elektrischen Servomotors 7 treibt einen Zahnriemen 10 an, der mit einer Getriebeeinheit 11 gekoppelt ist, welche in einem Getriebegehäuse aufgenommen ist und die Unterstützungsbewegung des elektrischen Servomotors 7 über den Zahnriemen 10 auf die Zahnstange des Lenkgestänges 5 überträgt. Das Getriebegehäuse der Getriebeeinheit 11 ist mit dem Lenkgehäuse 4 verbunden. Der Servomotor 7 ist mit einem Regel- bzw. Steuergerät 12 versehen, über das die Motoransteuerung des Servomotors durchgeführt wird.
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Wie 3 zu entnehmen, sitzt auf der Motorwelle 13 des elektrischen Servomotors 7 drehfest eine Zahnscheibe 14 mit einer Außenverzahnung auf, wobei der Zahnriemen 10 um die Zahnscheibe 14 geschlungen ist und die Verzahnung auf der Innenseite des Zahnriemens 10 in die Verzahnung auf der Mantelfläche der Zahnscheibe 14 eingreift. Um die Drehmomentwelligkeit, welche auf die Polzahl des elektrischen Servomotors zurückgeht, mit der Drehmomentwelligkeit durch den Zahneingriff des Zahnriemens 10 in die Verzahnung der Zahnscheibe 14 zu kompensieren, steht die Anzahl der Zähne der Zahnscheibe 14 in einem definierten Verhältnis zur Polzahl des Servomotors 7. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Anzahl der Zähne der Zahnscheibe 14 ein ganzzahliges Vielfaches der Polzahl des Servomotors 7 ist. Hierdurch können sowohl die Frequenz als auch die Phase der jeweiligen Drehmomentwelligkeiten so aufeinander abgestimmt werden, dass die gewünschte Kompensation erreicht wird.
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Zusätzlich kann auch die Motoransteuerung des elektrischen Servomotors über das Regel- bzw. Steuergerät 12 so durchgeführt werden, dass die Drehmomentschwankungen, welche als Folge des Zahneingriffs des Zahnriemens 10 in die Außenverzahnung der Zahnscheibe 14 entstehen, durch die Ansteuerung des Servomotors kompensiert werden. Über die Bestromung steht eine zusätzliche Einflussgröße für die Kompensation von Drehmomentschwankungen und die Glättung des abgegebenen Drehmoments zur Verfügung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenkgehäuse
- 5
- Lenkgestänge
- 6
- Vorderrad
- 7
- elektrischer Servomotor
- 8
- Motorwellenlängsachse
- 9
- Längsachse
- 10
- Zahnriemen
- 11
- Getriebeeinheit
- 12
- Regel- bzw. Steuergerät
- 13
- Motorwelle
- 14
- Zahnscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008001959 A1 [0002]
