-
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Erzeugen eines Antriebsmoments nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
-
Ein gattungsgemäßes Lenksystem ist aus der
DE 10 2010 053 581 A1 bekannt. Dabei werden verschiedene Möglichkeiten zur Ausgestaltung eines Servogetriebes dargestellt, dessen Aufgabe es ist, das verhältnismäßig geringe, von dem elektrischen Antriebsmotor erzeugte Antriebsmoment in ein zum Bewegen der Räder in sämtlichen Fahrsituationen ausreichendes Lenkmoment umzuwandeln. Hierzu sind sehr hohe Übersetzungen erforderlich, da der elektrische Antriebsmotor prinzipbedingt nur ein begrenztes Drehmoment zur Verfügung stellen kann. Unter anderem werden dort auch verschiedene Ausführungen mehrstufiger Planetengetriebe dargestellt, mit denen eine sehr hohe Übersetzung und dadurch ein sehr hohes Lenkmoment erzielt werden kann. Der Nachteil solcher Lösungen besteht jedoch in dem großen Bauraumbedarf solcher mehrstufigen Planetengetriebe, der auch bei Nutzfahrzeugen oftmals nicht vorhanden ist.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, zu schaffen, dessen Getriebeanordnung eine ausreichend hohe Übersetzung aufweist und dennoch einen geringen Bauraum beansprucht.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausführung des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes, dessen Sonnenräder und in axialer Richtung hintereinander angeordnete Planetenräder starr miteinander gekoppelt oder einteilig miteinander ausgebildet sind und dessen wenigstens zwei Hohlräder als separate Bauteile ausgebildet sind und unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen, kann durch Festsetzen eines der Hohlräder und Nutzen des anderen Hohlrads als Abtrieb eine sehr hohe Übersetzung bei gleichzeitig verhältnismäßig geringem Bauraum erreicht werden. Dadurch kann auf ansonsten erforderliche, zusätzliche Stufen des Planetengetriebes verzichtet werden, so dass sich eine geringe Baugröße des Planetengetriebes ergibt. Durch die geringere Anzahl miteinander gekoppelter Teile ist des Weiteren eine höhere Steifigkeit des gesamten Getriebes möglich, wodurch sich ein besseres Regelverhalten des Getriebes ergibt.
-
Um bestimmte Bauraumverhältnisse noch besser ausnutzen zu können, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Getriebeanordnung einen mit dem reduzierten, zweistufigen Planetengetriebe in Reihe geschalteten Riementrieb, Kettentrieb oder Stirnradstufe aufweist. Dabei ist auch eine zusätzliche Übersetzung durch den sehr einfach und kostengünstig ausführbaren Riementrieb bzw. den Kettentrieb oder die Stirnradstufe möglich.
-
Wenn dabei der Antriebsmotor mit dem Riementrieb, Kettentrieb oder Stirnradstufe verbunden und parallel zu der Längsachse des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes angeordnet ist, kann eine achsparallele Anordnung des Antriebsmotors erreicht werden, wodurch sich bei bestimmten Bauraumverhältnissen weitere Platzeinsparungen ergeben können. Des Weiteren ist durch einen solchen Riementrieb, Kettentrieb oder Stirnradstufe eine spielfreie Momentenübertragung möglich.
-
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass die Getriebeanordnung ein weiteres, mit dem reduzierten, zweistufigen Planetengetriebe in Reihe geschaltetes Planetengetriebe aufweist. Sowohl mit einem Riementrieb als auch mit einem zusätzlichen Planetengetriebe kann die erforderliche Übersetzung des wie oben erläutert erfindungsgemäß ausgeführten Planetengetriebes hinsichtlich des Drehmoments erhöht werden.
-
Eine zusätzliche Steifigkeit des bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem zum Einsatz kommenden reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes ergibt sich, wenn sämtliche Planetenräder in einem einteilig ausgeführten Planetenradträger aufgenommen sind. Dadurch werden Verkippungen der Planetenräder minimiert. Ebenso verbessert die hohe Steifigkeit das Regelverhalten des Getriebes.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der elektrische Antriebsmotor als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet ist. Durch eine solche permanenterregte Synchronmaschine ist eine erhebliche Verringerung der Baugröße des gesamten Lenksystems möglich.
-
In diesem Zusammenhang kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der elektrische Antriebsmotor zwei unabhängig voneinander mit Strom versorgbare Wicklungen aufweist. Durch diese redundante Ausführung der Wicklung der permanenterregten Synchronmaschine kann im Falle eines Fehlers einer der beiden, unabhängig voneinander mit Strom versorgbaren Wicklungen der Motor mit der anderen unabhängigen Wicklung weiter betrieben werden, sodass die Notfalleigenschaften des Lenksystems erhalten bleiben. Dadurch ist der elektrische Antriebsmotor also auch bei Ausfall einer der Wicklungen noch betreibbar, so dass ein Notbetrieb des Lenkbetriebs möglich ist. In diesem Fall können selbsthemmende Getriebe eingesetzt werden, die eine zusätzliche Sicherheit bieten.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
-
Es zeigt:
-
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems;
-
2 eine detaillierte Darstellung eines bei dem erfindungsgemäßen Lenksystem verwendeten Planetengetriebes;
-
3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems;
-
4 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems; und
-
5 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems.
-
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Lenksystems 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug. Das Lenksystem 1 weist in an sich bekannter Weise ein Lenkrad 2 auf, von dem in ebenfalls an sich bekannter Weise eine einen Lenkfluss erzeugende Lenkwelle 3 ausgeht, in der ein Lenkgetriebe 4 angeordnet ist. Das Lenkrad 2, die Lenkwelle 3 und das Lenkgetriebe 4 können von an sich bekannter Bauart sein und werden nachfolgend nicht näher beschrieben.
-
Um eine Lenkunterstützung zu erzeugen, ist ein elektrischer Antriebsmotor 5 vorgesehen, der ein Antriebsmoment für einen Servofluss zur Verfügung stellt. In ebenfalls an sich bekannter Weise werden der Servofluss und der Lenkfluss in einem Kopplungspunkt 6 zusammengeführt, von wo aus sie gemeinsam zu den entsprechenden, ebenfalls an sich bekannten und in den Figuren nicht dargestellten Bauteilen des Lenksystems 1 weitergeleitet werden. Dem elektrischen Antriebsmotor 5 ist eine auch als Servogetriebe bezeichnete Getriebeanordnung 7 nachgeschaltet, die in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein reduziertes, zweistufiges Planetengetriebe 8 aufweist. Das Servogetriebe bzw. die Getriebeanordnung 7 hat die Aufgabe, das von dem elektrischen Antriebsmotor 5 erzeugte Antriebsmoment, das aufgrund entsprechender Beschränkungen seitens des elektrischen Antriebsmotors 5 verhältnismäßig gering ist, in ein höheres Lenkmoment umzuwandeln.
-
Das hierzu eingesetzte reduzierte, zweistufige Planetengetriebe 8, das die beiden Stufen 8a und 8b aufweist, wird unter Bezugnahme auf 2 detaillierter beschrieben. Dort sind die beiden Stufen 8a und 8b des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 mittels einer gestrichelten Linie voneinander getrennt dargestellt. Das Planetengetriebe 8 weist zwei als separate Bauteile ausgebildete Hohlräder 9 und 10 auf, von denen das erste Hohlrad 9 der ersten Stufe 8a und das zweite Hohlrad 10 der zweiten Stufe 8b des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 zugeordnet ist. Die beiden Hohlräder 9 und 10 weisen unterschiedliche Zähnezahlen auf. Während das erste Hohlrad 9 mit dem nicht dargestellten Gehäuse des Planetengetriebes 8 verbunden und damit fest bzw. starr bzw. unbeweglich ist, ist das zweite Hohlrad 10 frei drehbar ausgeführt und bildet den Abtrieb des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8. Des Weiteren weist jede der Stufen 8a und 8b des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 ein Sonnenrad 11 und mehrere Planetenräder 12 auf, von denen im Schnitt von 2 jedoch nur eines dargestellt ist. Die Sonnenräder 11 der beiden Stufen 8a und 8b sind in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einteilig miteinander ausgeführt, d. h. es ist lediglich das eine Sonnenrad 11 für die beiden Stufen 8a und 8b des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 vorhanden. In ähnlicher Weise sind auch die Planetenräder 12 der beiden Stufen 8a und 8b des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 einteilig miteinander ausgebildet, so dass jedes der beispielsweise drei um den Umfang des Sonnenrads 11 vorgesehenen Planetenräder 12 mit beiden Hohlrädern 9 und 10 in Eingriff ist. Statt der einteiligen Ausführung des Sonnenrads 11 und der Planetenräder 12 wäre es auch möglich, diese starr miteinander zu koppeln. Durch die einteilige Ausführung ist jedoch eine Platzersparnis möglich.
-
In nicht dargestellter Weise ist das Sonnenrad 11 zumindest mittelbar mit einer ebenfalls nicht dargestellten Motorausgangswelle des elektrischen Antriebsmotors 5 verbunden, so dass es mit dem Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors 5 beaufschlagt ist. Die Verbindung der Motorausgangswelle des elektrischen Antriebsmotors 5 mit dem Sonnenrad 11 kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. Das von dem elektrischen Antriebsmotor 5 erzeugte Antriebsmoment wird über die Planetenräder 12 auf das bewegliche Hohlrad 10 weitergegeben, welches den Servofluss in Richtung des Kopplungspunktes 6 weiterleitet. In nicht dargestellter Weise können sämtliche Planetenräder 12 in einem für beide Stufen 8a und 8b gemeinsamen, einteilig ausgeführten Planetenradträger aufgenommen sein.
-
Durch diese Ausführung des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 ist somit eine sehr hohe Übersetzung des Antriebsmoments in ein Lenkmoment für das Lenksystem 1 möglich. Beispielsweise kann das von dem Antriebsmotor 5 erzeugte Antriebsmoment um das 250-fache übersetzt werden. Es ergibt sich also ein um den Faktor 250 höheres Drehmoment und eine um den Faktor 250 niedrigere Drehzahl an dem Kopplungspunkt 6.
-
Die Größe, d. h. der Durchmesser und insbesondere die Länge der Hohlräder 9 und 10, des Sonnenrads 11 und der Planetenräder 12 kann in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmoments festgelegt werden. Auch die Anzahl und/oder Größe der Zähne kann abhängig vom Drehmoment verändert werden. Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang auch möglich, elektrische Antriebsmotoren 5 mit unterschiedlichen Leistungen bzw. Drehmomenten einzusetzen.
-
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des Lenksystems 1 ist zusätzlich zu dem reduzierten, zweistufigen Planetengetriebe 8 ein weiteres, mit dem reduzierten, zweistufigen Planetengetriebe 8 in Reihe geschaltetes Planetengetriebe 13 vorgesehen, das ebenfalls eine Übersetzung des von dem elektrischen Antriebsmotor 5 erzeugten Antriebsmoment in ein höheres Lenkmoment umgewandelt werden kann. Durch das zusätzliche Planetengetriebe 13 kann eine geringere Übersetzung für das reduzierte, zweistufige Planetengetriebe 8 gewählt werden.
-
Die in 4 dargestellte Ausführungsform der Getriebeanordnung 7 umfasst zusätzlich zu dem reduzierten, zweistufigen Planetengetriebe 8 einen mit dem reduzierten, zweistufigen Planetengetriebe 8 in Reihe geschalteten Riementrieb 14. Durch den Riementrieb 14, der ebenfalls eine Übersetzung des von dem elektrischen Antriebsmotor 5 erzeugten Antriebsmoments in ein höheres Lenkmoment vornehmen kann, ist eine achsparallele Anordnung des elektrischen Antriebsmotors 5 möglich. Bei einer solchen achsparallelen Anordnung des elektrischen Antriebsmotors 5 ist die Ausgangswelle desselben wie dargestellt parallel zu der Längsachse des Planetengetriebes 8 angeordnet. Durch diese achsparallele Anordnung ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Anordnung es elektrischen Antriebsmotors 5 gegenüber der Getriebeanordnung 7. Der Riementrieb 14 kann beispielsweise durch zwei Riemenräder gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers und einen die beiden Riemenräder verbindenden Zahnriemen gebildet werden. Im Falle der Verwendung von Riemenrädern unterschiedlichen Durchmessers wird die oben beschriebene Übersetzung des von dem elektrischen Antriebsmotor 5 erzeugten Antriebsmoments in ein höheres Lenkmoment erreicht. Alternativ kann der Riementrieb auch durch eine Kette oder eine Stirnradstufe ersetzt werden.
-
In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausführungsformen der 3 und 4 miteinander kombiniert, d. h. es sind zusätzlich zu dem reduzierten, zweistufigen Planetengetriebe 8 das weitere, vorzugsweise einstufig ausgeführte Planetengetriebe 13 und der Riementrieb 14 vorgesehen. Auch hier ist der elektrische Antriebsmotor 5 mit dem Riementrieb 14 verbunden und parallel zu der Längsachse des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 angeordnet. Da die Längsachse des zusätzlichen Planetengetriebes 13 koaxial zu der Längsachse des reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 ist, verläuft die Welle des elektrischen Antriebsmotors 5 in diesem Fall auch parallel zu dem zusätzlichen Planetengetriebe 13.
-
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ist der elektrische Antriebsmotor 5 vorzugsweise als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet. Des Weiteren kann der elektrische Antriebsmotor 5, insbesondere in seiner Ausführung als permanenterregte Synchronmaschine, zwei unabhängig voneinander mit Strom versorgbare Wicklungen aufweisen. Zusätzlich zu der zweiten Wicklung können auch weitere Bauteile der permanenterregten Synchronmaschine redundant ausgeführt werden, wie zum Beispiel Batteriestecker und dergleichen. Dadurch werden die Notlaufeigenschaften des Lenksystems auch im Falle eines Versagens eines Teils der permanenterregten Synchronmaschine gewährleistet, obwohl dies bei der Verwendung des oben beschriebenen reduzierten, zweistufigen Planetengetriebes 8 ansonsten problematisch sein könnte.
-
Grundsätzlich wäre auch die Verwendung einer Asynchronmaschine als elektrischer Antriebsmotor 5 denkbar, eine permanenterregte Synchronmaschine weist gegenüber einer Asynchronmaschine jedoch eine wesentlich geringere Baugröße auf.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lenksystem
- 2
- Lenkrad
- 3
- Lenkwelle
- 4
- Lenkgetriebe
- 5
- Antriebsmotor
- 6
- Kopplungspunkt
- 7
- Getriebeanordnung
- 8
- Reduziertes, zweistufiges Planetengetriebe
- 9
- Hohlrad
- 10
- Hohlrad
- 11
- Sonnenrad
- 12
- Planetenräder
- 13
- Planetengetriebe
- 14
- Riemenantrieb
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010053581 A1 [0002]
