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Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Vorderrad-Lenkungsbaugruppe, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Vorderrad-Lenkungsbaugruppe, die eine Schnittstelle aufweist, die zum mechanischen Ankoppeln einer Lenksäule ausgebildet und bestimmt ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Hinterradlenkung für ein Kraftfahrzeug.
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Insbesondere für eine Verbesserung der Fahrsicherheit und des Handlings von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftfahrzeugen wird angestrebt, außer den Vorderrädern zusätzlich auch die Hinterräder zu lenken. Durch eine zusätzliche Hinterradlenkung kann eine Verbesserung der Fahrsicherheit insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten erreicht werden, während bei niedrigen Geschwindigkeiten eine Verbesserung der Manövrierfähigkeit und der Wendigkeit erreicht werden kann.
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Hinterradlenkungen sind jedoch zumeist sehr aufwändige und teure Sonderbaulösungen. Viele dieser Hinterradlenkungen beanspruchen nachteiliger Weise außerdem viel Bauraum.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum kostengünstigen Herstellen einer Hinterradlenkung, insbesondere für einen PKW, anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die Verwendung einer Kraftfahrzeug-Vorderrad-Lenkungsbaugruppe, die eine Schnittstelle aufweist, die zum mechanischen Ankoppeln einer Lenksäule ausgebildet und bestimmt ist, als Kraftfahrzeug-Hinterrad-Lenkungsbaugruppe, gelöst, wobei an die Schnittstelle statt einer Lenksäule ein elektromechanischer Steller angekoppelt wird.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstig herstellbare Hinterradlenkung, insbesondere für einen PKW, die zusätzlich noch kompakt ausgeführt sein kann, anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Hinterradlenkung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hinterradlenkung eine für eine Vorderradlenkung geeignete Lenkungsbaugruppe mit einer Schnittstelle zum mechanischen Ankoppeln einer Lenksäule aufweist, wobei an die Schnittstelle ein elektromechanischer Steller angekoppelt ist.
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Eine für eine Vorderradlenkung geeignete Lenkungsbaugruppe zeichnet sich dadurch aus, dass sie dazu ausgebildet und bestimmt ist, in einem für den Straßenverkehr bestimmten und für den Straßenverkehr tauglichen Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, als Teil einer Vorderradlenkung verwendet zu werden. Dies insbesondere in der Weise, dass ein zum Bewegen des Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, im Straßenverkehr ausreichender Lenkwinkel zur Verfügung steht.
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In erfindungsgemäßer Weise wurde erkannt, dass Lenkungsbaugruppen, die eine Schnittstelle zum mechanischen Ankoppeln einer Lenksäule aufweisen, als Massenprodukt, insbesondere als Zahnstangenlenkmodul oder auch als Spindel-Lenkmodul, kostengünstig und in technisch zuverlässiger und ausgereifter Form erhältlich sind und zum Herstellen einer Hinterradlenkung, insbesondere einer Hinterradlenkung für einen Pkw, verwendet werden können, indem an die Schnittstelle statt einer Lenksäule ein elektromechanischer Steller, beispielsweise an das Eingangsritzel eines Zahnstangenlenkmoduls, angekoppelt wird. Bei der Lenkungsbaugruppe kann es sich auch um eine solche handeln, die einen bereits integrierten Unterstützungsantrieb, beispielsweise zur Momentenüberlagerung, aufweist. Vorzugsweise handelt sich bei der Lenkungsbaugruppe jedoch um eine solche, in die kein eigener Antrieb integriert ist, weil solche Lenkungsbaugruppen besonders günstig sind und der angekoppelte Steller die Funktion eines integrierten Antriebs ohne weiteres übernehmen kann.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorderrad-Lenkungsbaugruppe ein Lenkgetriebe aufweist und/oder dass die Schnittstelle an einem Lenkgetriebe der Vorderrad-Lenkungsbaugruppe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe kann insbesondere dazu dienen, eine Rotations-Eingangsbewegung in eine lineare Bewegung, beispielsweise einer Zahnstange oder einer Spindel, umzusetzen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Steller, der an die Schnittstelle angekoppelt wird, einen Antriebsmotor und ein dem Antriebsmotor mechanisch nachgeschaltetes Stellergetriebe aufweist. Eine solche Ausführung kann besonders kompakt ausgeführt sein, insbesondere weil ein kleiner Antriebsmotor verwendet werden kann. Dies ist möglich, weil die maximalen Hinterradlenkwinkel, anders als die maximalen Vorderradlenkwinkel, zumeist nur wenige Grad betragen und daher auch ein räumlich kleiner Steller bei entsprechender Übersetzung auch mit einem räumlich kleinen Antriebsmotor einen gewünschten Lenkwinkel der Hinterräder hinreichend schnell einstellen kann. Außerdem wird mit einem solchen Steller ein großes Winkelauflösungsvermögen erreicht. Darüber hinaus benötigt ein kleiner Antriebsmotor wenig Energie.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Antriebsmotor mit einer Versorgungsspannung von 12 V betrieben wird. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung wird der Antriebsmotor mit einer Versorgungsspannung von 48 V betrieben.
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Insbesondere kann das Stellergetriebe vorteilhaft als Spannungswellengetriebe ausgebildet sein. Eine solche Lösung hat den ganz besonderen Vorteil, dass auf Grund der Spielfreiheit des Spannungswellengetriebes ein besonders präzises Einstellen des jeweils gewünschten Hinterradlenkwinkels ermöglicht ist.
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Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, dass das Stellergetriebe als Planetengetriebe oder als Taumelscheibengetriebe oder als Schneckengetriebe oder als Exzentergetriebe ausgebildet ist.
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Das Stellergetriebe kann vorteilhaft ein Übersetzungsverhältnis aufweisen, dass größer als 1:25, insbesondere größer als 1:50, ganz insbesondere größer als 1:100 ist.
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Einer ganz besonders vorteilhaften und sicheren Ausführung ist vorgesehen, dass die Vorderrad-Lenkungsbaugruppe zur Verwendung als Hinterrad-Lenkungsbaugruppe mit einer Sicherheitsvorrichtung ausgerüstet wird, die im Fehlerfall, insbesondere bei Ausfall des Stellers, einen unkontrollierten Radeinschlag der gelenkten Hinterräder verhindert oder wenigstens auf einen vorgegebenen Maximallenkwinkel begrenzt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Fahrer nicht von unerwarteten Extremlenkbewegungen der Hinterradlenkung überrascht wird. Durch die Begrenzung des maximalen möglichen Lenkwinkels ist es dem Fahrer beispielsweise ermöglicht, eine etwaige Fehlstellung der Hinterräder mithilfe der Vorderradlenkung zu kompensieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sicherheitsvorrichtung in einem Fehlerfall, insbesondere bei Ausfall des Steller, wenigstens ein bewegliches Teil der Hinterrad-Lenkungsbaugruppe abbremst und/oder blockiert, und/oder eine Drehbewegung einer Motorabtriebswelle des Antriebsmotors abbremst und/oder blockiert. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sicherheitsvorrichtung eine Bewegung, insbesondere Drehbewegung, eines Getriebebauteils, insbesondere auf der Getriebeeingangsseite des Stellergetriebes, abbremst und/oder blockiert.
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Die Sicherheitsvorrichtung kann beispielsweise eine Sperreneinrichtung mit einem beweglichen Sperrriegel aufweisen, der zum Blockieren einer Bewegung, insbesondere einer Drehbewegung, eines Bauteils der Hinterrad-Lenkungsbaugruppe mit einem Verstellmittel aus einer Freigabestellung in eine Blockierstellung überführbar ist, in der er in eine Verriegelungsaufnahme des zu blockierenden Bauteils eingreift.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sperrriegel gegen die Kraft einer Federvorrichtung in der Freigabestellung gehalten wird und im Fehlerfall, beispielsweise auch bei einem Stromausfall, von der Federvorrichtung in die Blockierstellung überführt wird. Eine solche Ausführung hat den ganz besonderen Vorteil, dass deren Funktionieren nicht von der Funktionsfähigkeit der elektrischen Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs abhängig ist.
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In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass das Verstellmittel, das beispielsweise von einer Steuerungsvorrichtung gesteuert wird, als Elektromagnet ausgeführt ist, der den Sperrriegel mit Magnetkraft aus der Blockierstellung in die Freigabestellung bewegen kann. Dies kann, wie bereits erwähnt insbesondere gegen die Kraft einer Federvorrichtung erfolgen, so dass bei einem Stromlosschalten des Elektromagneten der Sperrriegel automatisch von der Federvorrichtung in die Blockierstellung bewegt wird.
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Alternativ zu einer Sperreneinrichtung kann das Stellergetriebe selbsthemmend ausgebildet sein. Auf diese Art ist ebenfalls sichergestellt, dass bei einem Fehlerfall die Hinterräder nicht unkontrolliert beliebige Lenkwinkel einnehmen.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Sicherheitsvorrichtung wenigstens ein Begrenzungselement aufweist, durch das der ursprünglich maximal mögliche Lenkwinkel der Vorderrad-Lenkungsbaugruppe für die Verwendung als Hinterrad-Lenkungsbaugruppe auf einen Maximalhinterradlenkwinkel verringert ist. Das Begrenzungselement kann beispielsweise einen oder mehrere mechanische Anschläge aufweisen, die die Beweglichkeit wenigstens eines Bauteils der Hinterradlenkung begrenzt.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Drehbeweglichkeit eines Bauteils, insbesondere einer Welle, stellergetriebeabtriebsseitig, begrenzt wird. Dies kann beispielsweise mit entsprechend angeordneten Anschlägen oder beispielsweise mit einem Bolzen erfolgen, der in eine bogenförmige Nut eingreift, so dass die enden der Nut die Anschläge bilden. Beispielsweise kann die Drehbeweglichkeit auf +/–85 Grad begrenzt sein, wenn dies unter Berücksichtigung der Untersetzungsverhältnisse dies zu einem geeigneten Maximalhinterradlenkwinkel von beispielsweise +/–10 Grad führt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Maximalhinterradlenkwinkel kleiner als +/–11 Grad, insbesondere kleiner als +/–5 Grad ist, oder dass Maximalhinterradlenkwinkel +/–10 Grad beträgt. Insbesondere einen Maximalhinterradlenkwinkel von +/–10 Grad kann der Fahrer in aller Regel notfalls mit der Vorderradlenkung kompensieren. Andererseits reicht ein solcher Maximalhinterradlenkwinkel aus, um die eingangs beschriebenen Vorteile einer zusätzlichen Hinterradlenkung sowohl bei schneller Fahrt, als auch beim manövrieren nutzen zu können.
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Wie bereits erwähnt kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Vorderrad-Lenkungsbaugruppe, die zum herstellen einer Hinterradlenkung verwendet wird, als Zahnstangenlenkmodul mit einer Zahnstange und mit einem Eingangsritzel oder als ausgebildet ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Vorderrad-Lenkungsbaugruppe, die zum Herstellen einer Hinterradlenkung verwendet wird, als Spindel-Lenkmodul mit einer Lenkspindel, in die kugelgelagerte Lenkfinger eingreifen, ausgebildet ist.
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Eine besonders vorteilhaften Ausführung wird der Steller abtriebsseitig mit einem Lenkwinkelsensor versehen wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Vorderrad-Lenkungsbaugruppe oder mit einem ein Lenkwinkelsensor versehen wird. Der Lenk Winkelsensor kann dazu dienen, an eine Steuerungsvorrichtung den jeweils aktuell eingestellten Hinterradlenkwinkel zurück zu melden.
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Alternativ oder auch zusätzlich zu einem Lenkwinkelsensor kann vorgesehen sein, dass der Steller getriebeantriebsseitig einen Multiturnabsolutgeber aufweist. Aus den Signalen des Multiturnabsolutgebers kann eine Steuerungsvorrichtung auf den jeweils aktuell eingestellten Hinterradlenkwinkel zurückschließen bzw. diesen errechnen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung wird ein möglicherweise ohnehin vorhandener Drehmomentsensor der für die Hinterradlenkung verwendeten Vorderrad-Lenkungsbaugruppe zum Steuern und Überwachen der Funktionsfähigkeit des Stellers genutzt.
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Vorteilhafterweise kann die Vorderrad-Lenkungsbaugruppe in der Weise verwendet werden, dass keine ausschließlich mechanische Kopplung der Hinterradlenkung an eine Lenkhandhabe vorhanden ist und/oder dass die Hinterradlenkung ausschließlich von dem Steller eingestellt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, dass die Hinterradlenkung – insbesondere auch nicht deren Steller – eine weitere Schnittstelle zur ausschließlich mechanischen Verkopplung der Hinterradlenkung mit einer Lenkhandhabe aufweist. Vielmehr bevorzugt, dass eine solche im Sinne der vorliegenden Erfindung unnötige weitere Schnittstelle nicht vorhanden ist.
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Von ganz besonderem Vorteil ist ein Kraftfahrzeug, das mit einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung ausgerüstet ist. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass keine ausschließlich mechanische Kopplung der Hinterradlenkung an eine Lenkhandhabe vorhanden ist und/oder dass die Hinterradlenkung ausschließlich von dem Steller eingestellt wird.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der Hinterradlenkung, die mit einem ESP-System und/oder mit einem Spurhaltesystem ausgerüstet oder verkoppelt ist.
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Zum Einbau einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung und/oder zum Einbau des als Hinterrad-Lenkungsbaugruppe verwendeten Vorderrad-Lenkungsbaugruppe in ein Kraftfahrzeug kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die an die Lenkungsbaugruppe anzukoppeln den Spurstangen hinsichtlich Form und Größe speziell an den jeweils zur Verfügung stehenden Bauraum im Kraftfahrzeug angepasst werden.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 eine beispielhafte, schematische Illustration der erfindungsgemäßen Verwendung,
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2 eine schematische Darstellung eines Details eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung,
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3 eine schematische Darstellung eines Details eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung,
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4 eine schematische Darstellung eines Details eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung,
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5 eine schematische Darstellung eines Details eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung
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1 zeigt eine beispielhafte, schematische Illustration der erfindungsgemäßen Verwendung einer Vorderrad-Lenkungsbaugruppe 1, die eine Schnittstelle 2 aufweist, die zum mechanischen Ankoppeln einer Lenksäule 3, die mechanisch direkt oder indirekt mit einer Lenkhandhabe 4 verbunden ist, ausgebildet und bestimmt ist, als Hinterrad-Lenkungsbaugruppe. Hierzu wird an die Schnittstelle 2 statt einer Lenksäule ein elektromechanischer Steller 5 angekoppelt.
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Die als Hinterrad-Lenkungsbaugruppe verwendete Vorderrad-Lenkungsbaugruppe kann vorzugsweise ein Lenkgetriebe 6 aufweisen. Das Lenkgetriebe 6 kann beispielsweise eine Zahnstange 8 aufweisen, die mit einem Eingangsritzel 7 in Wirkverbindung steht. An den Enden der Zahnstange 8 sind Spurstangen 9 zur Ankopplung an die Hinterräder angeordnet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Vorderrad-Lenkungsbaugruppe 1, die zum Herstellen einer Hinterradlenkung verwendet wird, als Spindel-Lenkmodul mit einer Lenkspindel, in die kugelgelagerte Lenkfinger eingreifen, ausgebildet ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Details eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung. Die Hinterradlenkung weist eine für eine Vorderradlenkung geeignete Lenkungsbaugruppe 1 mit einer Schnittstelle 2 zum mechanischen Ankoppeln einer Lenksäule aufweist. Allerdings ist an die Schnittstelle statt einer Lenksäule 3 ein elektromechanischer Steller 5 angekoppelt. Die Winkelposition, sowie die axiale Position des Stellers zur Zahnstange bzw. zur Spindel kann vorzugsweise beliebig den jeweiligen Anforderungen entsprechend gewählt werden.
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Der Steller 5 weist einen Antriebsmotor 10 und ein dem Antriebsmotor 10 mechanisch nachgeschaltetes Stellergetriebe 11 auf, das vorzugsweise als Spannungswellengetriebe ausgebildet ist. An dem Steller 5 ist eine Steuerungsvorrichtung 12 zum Steuern des Stellers angeordnet.
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In einem Gehäuse 13 ist – je nach Art des Lenkgetriebes 6 – eine Zahnstange 8 oder eine Spindel 14 angeordnet, die mittels des angekoppelten Stellers 5 bewegt wird und an die über Spurstangen (nicht dargestellt) die zu lenkenden Hinterräder angekoppelt sind.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Details eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung. Diese Ausführung unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Ausführung dadurch, dass die Steuerungsvorrichtung 12 statt an dem Antriebsmotor 10 an dem Gehäuse 13 angeordnet ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Details eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung, bei der der Steller 5 achsparallel über einen Umlenkadapter 15 an die Lenkungsbaugruppe 1 angekoppelt ist. Dies bedeutet, dass die Abtriebswelle des Antriebsmotors 10 und die Längserstreckungsrichtung der Zahnstange 8 bzw. der Spindel 14 parallel zueinander ausgerichtet sind.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Details eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hinterradlenkung, bei dem der Antriebsmotor 10 als Hohlwellenmotor ausgebildet ist. Vorzugsweise ist insbesondere bei dieser Ausführung das Stellergetriebe 5 als Spannungswellengetriebe ausgebildet. Bei dieser Ausführung ist der Steller 5 nicht an die Schnittstelle 2, sondern direkt über ein Koppelmittel 16 an eine Zahnstange 8 oder eine Spindel 14 der Lenkungsbaugruppe 1 angekoppelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkungsbaugruppe
- 2
- Schnittstelle
- 3
- Lenksäule
- 4
- Lenkhandhabe
- 5
- elektromechanischer Steller
- 6
- Lenkgetriebe
- 7
- Eingangsritzel
- 8
- Zahnstange
- 9
- Spurstangen
- 10
- Antriebsmotor
- 11
- Stellergetriebe
- 12
- Steuerungsvorrichtung
- 13
- Gehäuse
- 14
- Spindel
- 15
- Umlenkadapter
- 16
- Koppelmittel
