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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit mechanischem Durchtrieb zwischen einem Lenkrad eines Fahrers und einem Lenkgetriebe, mittels dessen Spurstangen oder dgl. die lenkbaren Räder positionieren. Als Stand der Technik können praktisch sämtliche an heutigen für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassenen Personenkraftwagen üblichen Lenksysteme herangezogen werden, wobei im weiteren zunächst der Begriff des mechanischen Durchtriebs erläutert wird.
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Ein mechanischer Durchtrieb in einem Lenksystem zeichnet sich dadurch aus, dass eine vom Fahrer des Fahrzeugs initiierte Drehbewegung des Lenkrads insbesondere auch bei einem Ausfall eines elektromechanischen Hilfssystems oder dgl., welches den Fahrer beim Lenken in verschiedener Weise unterstützen kann, auf mechanischem Wege an die lenkbaren Räder des Fahrzeugs übertragen wird. Damit sind die dem Fachmann bekannten sog. steer-by-wire-Systeme (vgl. beispielshalber
DE 10 2007 048 077 A1 ) ausdrücklich ausgeschlossen, d.h. diese weisen keinen mechanischen Durchtrieb auf. Ausdrücklich eingeschlossen hingegen sind Lenksysteme mit mechanischem Durchtrieb, bei denen dem vom Fahrer mit seinem Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkel durch ein Überlagerungsgetriebe oder dgl. ein gleichgerichteter oder gegengerichteter Zusatz-Lenkwinkel hinzugefügt werden kann, vgl. hierzu beispielsweise die gattungsbildende
EP 1 508 493 B1 . In dieser soeben genannten Schrift ist übrigens auch die übliche Form des mechanischen Durchtriebs kurz beschrieben, nämlich in Form einer Lenkspindel oder Lenksäule, die eine Drehbewegung des Lenkrads an ein Eingangsritzel des genannten Lenkgetriebes überträgt.
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Ebenfalls in dieser Schrift beschrieben ist die Unterstützung des Fahrers beim Lenken durch einen Servomotor, der dem vom Fahrer am Lenkrad angelegten Lenkmoment ein weiteres Unterstützungsmoment hinzufügt, so dass der Fahrer weniger Kraft zum Verschwenken der lenkbaren FahrzeugRäder aufbringen muss. Als ein weiteres Beispiel für einen mechanischen Durchtrieb sei der Vollständigkeit halber noch die
DE 10 2006 003 457 A1 genannt, die eine Lenkspindel mit einem integrierten Getriebe zeigt, um ein Lenkrad mit einer feststehenden Lenknabe darstellen zu können.
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Ein bzw. das Lenkrad ermöglicht es dem Fahrer auf angenehme Weise, seinen Lenkwunsch vorzugeben und ein Lenkmoment in ein erfindungsgemäßes Lenksystem einzuleiten, mit welchem notfalls, nämlich wenn ein Servomotor, welcher ein Unterstützungsmoment bereitstellt, ausgefallen sein sollte, die lenkbaren Räder wie gewünscht verschwenkt werden können. Dabei soll das Lenkrad nicht nur angenehm in den Händen liegen, sondern auch ein Trägheitsmoment von gewisser Höhe (im Hinblick auf eine Verdrehbewegung des Lenkrads) besitzen, um dem Fahrer ein angenehmes Lenkgefühl zu vermitteln. Dabei ist mit Darstellung eines Lenkrad-Trägheitsmoments von gewisser Höhe auch die Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugs in seiner Gesamtheit hinsichtlich geringfügiger Schwingungen um dessen Hochachse beeinflussbar. Weiterhin kann mit gezielter Darstellung des Rotations-Trägheitsmoments des Lenkrads die Eigenfrequenz des Lenkstrangs bzw. Lenksystems so beeinflusst werden, dass äußere Anregungen (beispielsweise aufgrund unsymmetrischer Bremskräfte) nicht zu Resonanzerscheinungen führen, wobei betragsmäßig höhere Trägheitsmomente günstiger sind. Hierzu wird auf die
DE 101 40 473 A1 verwiesen, in der sich auch der Hinweis findet, dass ein hohes Lenkrad-Trägheitsmoment wünschenswert ist. Ein betragsmäßig hohes Trägheitsmoment des Lenkrads lässt sich dabei durch eine hohe Masse, d.h. durch ein schwergewichtiges Lenkrad und/oder mit einem großen Lenkrad-Durchmesser darstellen.
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Hiermit soll nun aufgezeigt werden, wie das Rotations-Trägheitsmoment eines Lenkrads in einem Fahrzeug-Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gesteigert werden kann, ohne die Masse oder den Durchmesser des Lenkrads über ein gewünschtes Maximal-Maß hinaus zu steigern ( = Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an den mechanischen Durchtrieb über ein Getriebe ein mit einer Drehbewegung des Lenkrads gleich schnell oder schneller als dieses um seine Drehachse rotierender Trägheitsmassekörper angekoppelt ist. Vorzugsweise ist dabei der mechanische Durchtrieb als Lenkspindel und/oder das genannte Getriebe als endloses Zugmittelgetriebe ausgebildet. Der erfindungsgemäß gegenüber üblichen Lenksystemen hinzu kommende Trägheitsmassekörper ist vorzugsweise als ein geometrischer Rotationskörper ausgeführt und kann an geeigneter Stelle im Fahrzeug drehbar gelagert sein, wobei vorzugsweise die Drehachse des Trägheitsmassekörpers parallel zur Drehachse der Lenkspindel oder dgl. verläuft; mit einem geeigneten Getriebe, bspw. einem Kegelradgetriebe, ist jedoch auch eine Anordnung der Drehachse des Trägheitsmassekörpers senkrecht zur Drehachse der Lenkspindel oder dgl. möglich.
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Von besonderem Vorteil ist, dass bei einem erfindungsgemäßen Lenksystem ein Massenanteil, der ohne Vorsehen eines erfindungsgemäßen Trägheitsmassekörpers zuvor zur Erzielung eines gewünschten Lenkrad-Trägheitsmoment im Lenkrad selbst enthalten war, nun an eine andere Stelle im Fahrzeug gelegt und somit anderweitig als über die Lenksäule bzw. Lenkspindel an einer tragenden Struktur des Fahrzeugs abgestützt werden kann. Hiermit entstehen kleinere Kräfte in den das Lenkrad tragenden Bauteilen bzw. in der das Lenkrad tragenden Struktur, womit sich eine höhere Eigenfrequenz der Lenksäule in vertikaler Richtung sowie in Querrichtung ergibt. Dadurch lässt sich sowohl in der das Lenksystem tragenden Struktur als auch in der Lenksäule bzw. im Lenksystem eine kleinere Dimensionierung mit entsprechenden Gewichtsvorteilen verwirklichen. Vorzugsweise ist ferner der Trägheitsmassekörper, genauer dessen Schwerpunkt, weniger weit von einer diesen tragenden Struktur des Fahrzeugs beabstandet gelagert als der Schwerpunkt des Lenkrads von der dieses tragenden Struktur des Fahrzeugs beabstandet ist. Damit kann auch die Tragstruktur für die Drehachse des Trägheitsmassekörpers relativ schwach dimensioniert werden.
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Weiter erläutert wird die Erfindung anhand eines in der beigefügten einzigen Figur lediglich prinzipiell und auf die wesentlichen Elemente beschränkt dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 das an sich übliche Lenkrad eines Fahrzeuglenksystems (bspw. eines PKW's) gekennzeichnet, an das sich eine Lenkspindel 2 derart anschließt, dass eine Drehbewegung des Lenkrads 1 um dessen mit der Längsachse der Lenkspindel 2 zusammen fallenden Drehachse auf ein am Ende der Lenkspindel 2 vorgesehenes Eingangsritzel eines üblichen zwischen den beiden lenkbaren Vorderrädern des Fahrzeugs angeordneten, hier nicht figürlich dargestellten Lenkgetriebes übertragen wird.
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Auf der einen mechanischen Durchtrieb zwischen dem Lenkrad 1 und dem genannten Eingangsritzel des Lenkgetriebes darstellenden Lenkspindel 2 ist ein erstes Getrieberad 3a eines mit der Lenkspindel 2 bzw. mit dem genannten mechanischen Durchtrieb gekoppelten Getriebes 3 angeordnet, welches eine Drehbewegung der Lenkspindel 2 und somit des Lenkrads 1 auf ein hier nicht sichtbares zweites Getrieberad mit einer Drehachse 3b dieses Getriebes 3 überträgt. Vorliegend erfolgt diese Übertragung der Drehbewegungen der Lenkspindel 2 mittels eines endlosen Zugmittels 3c, d.h. es ist in diesem Ausführungsbeispiel das Getriebe 3 als endloses Zugmittelgetriebe ausgebildet.
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Mit dem nicht gezeigten zweiten Getrieberad ist über dessen Drehachse 3b bzw. die gleiche Drehachse 3b aufweisend ein sog. Trägheitsmassekörper 4 drehfest verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieser Trägheitsmassekörper 4 geteilt ausgeführt, mit einem ersten vor dem Zugmittel 3c liegenden Teilkörper 4a und einem zweiten hinter dem Zugmittel 3c liegenden Teilkörper 4b. Jeder Teilkörper 4a, 4b und somit auch der Trägheitsmassekörper 4 in seiner Gesamtheit ist als ein geometrischer Rotationskörper (vorliegend im wesentlichen kreiszylindrisch) bezüglich der Drehachse 3b ausgeführt, um keine Unwucht zu erzeugen.
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Wie ersichtlich ist das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 3 so gewählt, dass der Trägheitsmassekörper 4 mit einer Drehbewegung des Lenkrads 1 schneller als das Lenkrad 1 um seine Drehachse 3b verdreht wird. Auf diese Weise wird das Trägheitsmoment des Trägheitsmassekörpers 4 beim Verdrehen des Lenkrads 1 für den Fahrer des Fahrzeugs besonders deutlich spürbar; es kann insbesondere bei Verwendung eines Trägheitsmassekörpers 4 mit höherem Gewicht jedoch auch ausreichend sein, wenn der Trägheitsmassekörper 4 beim Verdrehen des Lenkrads 1 mit annähernd gleicher Winkelgeschwindigkeit in Rotation versetzt wird. Stets ist mit einem erfindungsgemäß über ein Getriebe 3 an die Lenkspindel 2 angekoppelten Trägheitsmassekörper 4 das für den Fahrer spürbare Rotations-Trägheitsmoment eines erfindungsgemäßen Lenksystems steigerbar bzw. gezielt einstellbar, ohne hierfür am Lenkrad 1 selbst besondere Maßnahmen vorsehen zu müssen.
