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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung umfassend eine einem linken und einem rechten Rad zugeordnete Gelenkwellenanordnung mit einer linken Gelenkwelle und mit einer rechten Gelenkwelle, wobei die Gelenkwellen jeweils mit einem radseitigen Gelenk und mit einem diesem abgewandten, getriebeseitigen Gelenk verbunden sind, wobei die linke Gelenkwelle und die rechte Gelenkwelle eine unterschiedliche Länge aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung einen für ein Kraftfahrzeug bestimmten Antriebsstrang mit einem insbesondere als eine Brennkraftmaschine ausgeführten Antrieb und mit einem Getriebe, welches mittels einer linken und einer rechten Gelenkwelle unterschiedlicher Länge mit dem anzutreibenden Rad verbunden ist, wobei die Gelenkwellen jeweils mit einem radseitigen Gelenk und mit einem diesem abgewandten, getriebeseitigen Gelenk ausgestattet sind.
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Die vorliegende Erfindung steht im Zusammenhang mit Fahrzeugen, die aufgrund der Anordnung des Fahrzeugmotors und des Getriebes einen asymmetrischen Antriebsstrang aufweisen, bei dem die zu den Fahrzeugrädern führenden Gelenkwellen unterschiedliche Beugewinkel an den Gelenken aufweisen, welche aus unterschiedlichen Längen der Antriebswellen oder aus einer Neigung des Aggregates um die Fahrzeuglängsachse resultieren. Insbesondere bei Fahrzeugen mit quer eingebautem Motor ist dies häufig zu beobachten.
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Bei einer Beaufschlagung der Antriebswellen mit einem Antriebsmoment kommt es in Abhängigkeit des jeweiligen Beugewinkels zu kardanischen Reaktionsmomenten. Diese Reaktionsmomente wirken an den Radträgern unmittelbar als Lenkmomente.
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Bei ungleichen Beugewinkeln der Antriebswellen, die geometriebedingt bei Fahrzeugen mit einem asymmetrischen Antriebsstrang auftreten, gleichen sich die kardanischen Reaktionsmomente nicht aus, sodass es zu einer unerwünschten Lenkwirkung in Form eines Schiefzieheffektes kommt. Vor allem bei starker Beschleunigung können aufgrund der Asymmetrie des Antriebsstranges merkliche Kräfte am Lenkrad auftreten und den Fahrer irritieren. Weiterhin kann in diesem Fall eine Kursabweichung auftreten, die der Fahrer korrigieren muss.
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In der Praxis werden aus diesem Grunde bereits unterschiedliche Einrichtungen zum Kompensieren solcher Schiefzieheffekte an einem Kraftfahrzeug eingesetzt.
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Bei einer Vorrichtung gemäß der
US 2007/0102225 A1 wird zum Unterdrücken einer unerwünschten Drehmomentlenkung in einem Fahrzeug das jeweilige getriebeseitige innere Gelenk unterhalb des jeweiligen radseitigen äußeren Gelenkes angeordnet. Wenn das Fahrzeug beschleunigt, bewegen sich die inneren Gelenke nach oben und reduzieren so den Neigungswinkel und damit den durch das Gelenk verursachten Wirkungsgradverlust.
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Die
EP 0 787 642 A2 offenbart eine Einrichtung zur Kompensation von antriebsbedingten Schiefzieheffekten. Hierzu werden entweder die Motordrehzahl oder das Antriebsmoment berücksichtigt und hieraus eine Korrekturgröße bestimmt, die über den Servomotor der Lenkung in diese eingeleitet wird.
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Auch die
US 6 154 696 A offenbart eine Einrichtung zur Kompensation von antriebsbedingten Schiefzieheffekten. Hierzu wird die Differenz der Antriebsmomente an den Rädern einer Achse bestimmt, woraus wiederum ein Kompensationsmoment abgeleitet und über den Servomotor der Lenkung dargestellt wird.
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Aus der
DE 195 36 989 A1 ist ein Lenksteuersystem bekannt, bei dem in Abhängigkeit einer erfassten Gierrate ein Lenkreaktionsmoment bestimmt und einem Stelldrehmoment aufgeschaltet wird, um ein unerwünschtes Gieren des Fahrzeuges zu kompensieren. Dieses aus der Gierrate bestimmte Lenkreaktionsmoment wird in Abhängigkeit der Antriebskraft modifiziert, um ein antriebskraftbedingtes Eigenlenken zu kompensieren.
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Ferner sind auch bereits Einrichtungen bekannt, die auf die Kompensation von Schiefzieheffekten abzielen, die beispielsweise beim Bremsen infolge unterschiedlicher Bremskräfte an den Rädern einer Achse auftreten. Um ein solches bremseingriffbedingtes Schiefziehen zu vermeiden, wird in der
DE 199 51 266 C1 vorgeschlagen, den langsameren Bremsenaktuator durch eine erhöhte Energiezufuhr schneller zu machen.
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Die
EP 0 822 130 B1 offenbart überdies die Möglichkeit, durch gezielte Leckage in einem hydraulischen System eine Lenkkorrektur vorzunehmen.
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Aus der
DE 100 53 604 A1 ist die Möglichkeit bekannt, bremseingriffbedingte Schiefzieheffekte durch einen Eingriff in die Lenkung des Fahrzeuges zumindest teilweise zu kompensieren.
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Ferner wird in der
DE 102 44 070 A1 ein System beschrieben, mit dem über eine fahrsituationsabhängige Lenkerunterstützung ein variables Schiefziehverhalten eines Fahrzeuges korrigiert werden kann.
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Weiterhin ist aus der
JP 2004-009 843 A eine Antriebswellenanordnung eines Fahrzeuges bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung sowie einen Antriebsstrang derart auszuführen, dass die aus der Asymmetrie des Antriebsstranges resultierenden Schiefzieheffekte wesentlich vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung durch das Kompensieren von Schiefzieheffekten an einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass zumindest das stärker gebeugte, radseitige Gelenk, welches sich häufig an der kurzen Gelenkwelle befindet, einen höheren Wirkungsgrad aufweist als das schwächer gebeugte, radseitige Gelenk, welches sich meist an der langen Gelenkwelle befindet. Indem der Wirkungsgrad der Gelenke entweder in der Summe der linken oder rechten Gelenke oder der Gelenke für sich genommen unterschiedlich ist, können in überraschend einfacher Weise negative Effekte, wie insbesondere das Schiefziehen bei Beschleunigung, wesentlich vermindert werden. Insbesondere wird also die Differenz der Wirkungsgrade auf einen Betrag beschränkt, der wesentlich unterhalb der üblichen Einrichtung mit solchen Gelenken liegt, die einen durchschnittlichen Wirkungsgrad oder einen weit überdurchschnittlichen Wirkungsgrad aufweisen. Demnach liegt der Erfindung auch die Erkenntnis zugrunde, dass nicht etwa eine bloße Verbesserung der Wirkungsgrade der linken und der rechten Gelenkwellen zu einer gewünschten Verminderung des Schiefziehens führt, sondern eine Differenz der Wirkungsgrade der Gelenke der linken gegenüber der rechten Fahrzeugseite.
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Ein Bremseingriff ist hierbei nicht vorgesehen. Auch ist es nicht erforderlich, den Fahrbetrieb kontinuierlich auszuwerten. Ein messtechnisches Erfassen des Schiefziehens, beispielsweise über einen Gierratensensor, ist im Unterschied zu den oben genannten Systemen ebenfalls nicht notwendig. Vielmehr stellt die Erfindung durch die Auswahl geeigneter Gelenkvarianten bzw. -bauformen ein sehr einfaches System zur Verfügung, mit dem sich Schiefzieheffekte, die aus einem asymmetrischen Antriebsstrang resultieren, effizient reduzieren oder sogar vermeiden lassen. Erfindungsgemäß wird somit ein geometrie- und bauartbedingter Nachteil kompensiert, ohne einen zusätzlichen Steuerungseingriff.
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Die Einrichtung könnte derart ausgelegt sein, dass jeweils der links- und der rechtsseitige Gesamtwirkungsgradverlust des rad- und getriebeseitigen Gelenkes betrachtet wird, und hierauf basierend eine Differenz der beiden Seiten eingestellt wird. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn das radseitige Gelenk der kurzen Gelenkwelle einen höheren Wirkungsgrad als das radseitige Gelenk der langen Gelenkwelle aufweist. In der Praxis hat sich das radseitige Gelenk als wesentlich ursächlich für den Schiefzieheffekt erwiesen, sodass allein auf das linke und rechte radseitige Gelenk abgestellt werden kann.
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Ausgehend von den nach dem Stand der Technik bisher eingesetzten Gelenken könnte auf der Seite der langen Gelenkwelle ein Gelenk mit höheren oder einstellbaren Verlustwerten eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn das radseitige Gelenk der kurzen Gelenkwelle einen Wirkungsgradverlust je 1° Beugewinkel von weniger als 0,1 %, insbesondere weniger als 0,05 % aufweist. Hierdurch wird nicht nur der unerwünschte Schiefzieheffekt weitgehend kompensiert, sondern zugleich auch der gesamte Wirkungsgradverlust erheblich reduziert. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem lediglich die unerwünschte haptische Rückmeldung über das Lenkrad an den Fahrzeugführer unterbunden wird, tritt erfindungsgemäß eine messbare Verbesserung des Wirkungsgradverlustes ein.
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Die optimale Differenz der rechts- sowie linksseitigen Wirkungsgradverluste ist abhängig von den absoluten Werten der Beugewinkel der Gelenkwellen sowie auch von der Bauart der eingesetzten Gelenke. Die Beugewinkel werden zudem von der Fahr- und Beladesituation des Fahrzeuges bestimmt. Als besonders vorteilhaft hat es sich aber bereits erwiesen, wenn die Differenz des jeweiligen Wirkungsgradverlustes bezogen auf den Beugewinkel des radseitigen Gelenkes der linken Seite gegenüber des radseitigen Gelenkes der rechten Seite zumindest 0,05 % beträgt. Als zweckmäßige Bauformen für einsetzbare Gelenke haben sich insbesondere Gleichlaufgelenke oder Doppelkreuzgelenke erwiesen.
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Dabei können die getriebeseitigen Gelenke höher angeordnet sein, also einen größeren Bodenabstand aufweisen als die radseitigen Gelenke, sodass die Differenz der Wirkungsgradverluste des linken radseitigen Gelenkes gegenüber dem rechten radseitigen Gelenk bei zunehmenden Beugewinkel stetig abnimmt. Durch einen beschleunigungsbedingt zunehmendem Beugewinkel nähern sich die Wirkungsgradverluste des linken und des rechten radseitigen Gelenkes einander an, sodass diese insbesondere bei starker Beschleunigung nahezu übereinstimmen.
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Als besonders wirkungsvoll hat sich bereits eine Ausgestaltung der Einrichtung erwiesen, bei welcher der Beugewinkel in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder einer Voreinstellung des Fahrwerkes zwischen 2° und 15° insbesondere zwischen 4° und 11° beträgt und somit einen für die Durchführung besonders relevanten Bereich abdeckt.
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Weil ein sinnvoller Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung auch an einer nicht gelenkten, angetriebenen Achse, insbesondere also an einer Hinterachse realisierbar ist, lässt sich die erfindungsgemäße Einrichtung zum Kompensieren von Schiefzieheffekten an allen Lenkungen einsetzen, die bauartbedingt unterschiedlich lange Gelenkwellen auf der linken und rechten Seite aufweisen. So kann die Lenkung insbesondere als eine elektromechanische Lenkung oder als eine Überlagerungslenkung ausgeführt sein. Bei einem Allradantrieb kann die erfindungsgemäße Einrichtung sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse eingesetzt werden.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Gelenkwellenanordnung einem linken und einem rechten mit einer Fahrzeuglenkung verbundenen Vorderrad zugeordnet ist, wobei eine dementsprechende erfindungsgemäße Einrichtung in vorteilhafter Weise auch bei einer angetriebenen Hinterachse eingesetzt werden kann.
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Der Antrieb ist dabei selbstverständlich nicht auf Brennkraftmaschinen beschränkt. Vielmehr eignet sich die Erfindung für jede Antriebsform eines Kraftfahrzeuges, wie insbesondere auch Hybrid- oder Elektroantriebe.
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Weiterhin wird die Aufgabe noch mit einem Antriebsstrang dadurch gelöst, dass zumindest das stärker gebeugte, radseitige Gelenk, welches meist der kurzen Gelenkwelle zugeordnet ist, einen höheren Wirkungsgrad aufweist als das schwächer gebeugte, radseitige Gelenk, welches meist der langen Gelenkwelle zugeordnet ist.
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Zumindest das der kurzen Gelenkwelle zugeordnete Gelenk kann einen höheren Wirkungsgrad aufweisen, als zumindest eines, insbesondere jedes der der langen Gelenkwelle zugeordneten Gelenke.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt eine Einbausituation einer erfindungsgemäßen Einrichtung 1 und eines Antriebsstranges 2 zum Kompensieren von Schiefzieheffekten in einer Prinzipdarstellung eines nicht näher dargestellten Fahrzeuges. Die Einrichtung 1 hat eine Gelenkwellenanordnung 3, die eine linke Gelenkwelle 4 und eine rechte Gelenkwelle 5 mit jeweils einem inneren, getriebeseitigen Gelenk 6, 7 und einem äußeren radseitigen Gelenk 8, 9 aufweist, durch die ein jeweiliges Rad 10, 11 antreibbar ist. Hierzu dient ein als Brennkraftmaschine ausgeführter Antrieb 12, dessen Antriebsleistung mittels eines Getriebes 13 auf die beiden Gelenkwellen 4, 5 übertragen wird. Wie zu erkennen, ist das Getriebe 13 beabstandet zu der geometrischen Mitte m zwischen dem linken und dem rechten Rad 10, 11 angeordnet. Daraus resultiert, dass die Länge Ll der linke Gelenkwelle 4 geringer ist als die Länge Lr der rechten Gelenkwelle 5. Daraus ergeben sich zugleich auch unterschiedliche, durch die jeweilige Neigung gegenüber der Radachse 14, 15 bestimmte Beugewinkel αl , αr auf der linken und der rechten Seite. Indem das der kurzen Gelenkwelle 4 zugeordnete, stärker gebeugte radseitige Gelenk 8 einen konstruktiv geringeren Wirkungsgradverlust ηl aufweist als das der langen Gelenkwelle 5 zugeordnete, schwächer gebeugte radseitige Gelenk 9 mit einem Wirkungsgradverlust ηr, werden die jeweiligen Wirkungsgradverluste ηl, ηr aufgrund des größeren Beugewinkels αl , αr derart kompensiert, dass die Differenz der Wirkungsgrade für die linke und die rechte Seite des Fahrzeuges erheblich reduziert ist. Beispielsweise beträgt die Differenz des jeweiligen Wirkungsgradverlustes ηl je 1° Beugewinkel des radseitigen Gelenkes 8 der linken Seite gegenüber dem radseitigen Gelenkes 9 der rechten Seite zumindest 0,05 %. Schiefzieheffekte werden durch die geringen Abweichungen der Wirkungsgradverluste ηl, ηr der linken und der rechten Seite erheblich vermindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einrichtung
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Gelenkwellenanordnung
- 4
- Gelenkwelle, links
- 5
- Gelenkwelle, rechts
- 6
- Gelenk (getriebeseitig)
- 7
- Gelenk (getriebeseitig)
- 8
- Gelenk (radseitig)
- 9
- Gelenk (radseitig)
- 10
- Rad
- 11
- Rad
- 12
- Antrieb
- 13
- Getriebe
- 14
- Radachse
- 15
- Radachse
- m
- Geometrische Mitte
- Ll, Lr
- Länge
- αl, αr
- Beugewinkel
