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Die Erfindung betrifft ein Lenksystem eines zweispurigen Fahrzeugs mit einer quer zur Fahrzeug-Längsachse verlagerbaren Stellstange, an deren beiden Enden Spurstangen angelenkt sind, die auf die lenkbaren Räder des Fahrzeugs einwirken, so dass diese mit einer Verlagerung der Stellstange um ihre Lenkdrehachse verschwenkt werden. Dies ist mit einer (einstückigen) Stellstange, welche bei den sog. Zahnstangen-Lenkgetrieben als Zahnstange ausgebildet ist und auf deren Zähne die vom Fahrer des Fahrzeugs mit seiner Lenkhandhabe betätigte Lenkspindel über ein Ritzel einwirkt, jedenfalls bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, der allgemein übliche Stand der Technik, weshalb hierzu keine spezielle Druckschrift genannt wird. Weiterhin bekannt für Lenksysteme von zweispurigen Fahrzeugen sind das sog. Lenktrapez bzw. die Ackermann-Beziehung, wonach für eine gemeinsame Betätigung der beiden lenkbaren Räder einer Achse eines zweispurigen Fahrzeugs ein bestimmter Zusammenhang zwischen dem Lenkwinkel des kurveninneren Rades und des kurvenäußeren Rades des Fahrzeugs bestmöglich eingehalten werden sollte, um den Lenkleistungsbedarf und den Reifenverschleiß möglichst gering zu halten. Bekanntlich kann über ein festes Lenktrapez die kinematische Zielkurve der beiden lenkbaren Räder einer Achse nur in zwei Punkten exakt getroffen werden.
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Eine Möglichkeit, die beiden lenkbaren Räder der Achse eines zweispurigen Fahrzeugs für alle möglichen Radlenkwinkel bzw. Lenkwinkel des Fahrzeugs solchermaßen relativ zueinander positionieren zu können, dass die Ackermann-Beziehung eingehalten wird, besteht, darin, für jedes lenkbare Rad einen eigenständigen Stellmotor oder dgl. vorzusehen, mit Hilfe derer die jeweiligen Rad-Lenkwinkei aneinander angepasst individuell eingestellt werden, jedoch ist eine solche Lösung (in Form einer steer-by-wire-Lenkung) nicht nur energieintensiv, sondern auch aufwändig, da geeignete Maßnahmen für einen möglichen Ausfall auch nur eines Stellmotors vorzusehen sind.
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Hiermit soll nun aufgezeigt werden, wie an einem Fahrzeug-Lenksystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Ackermann-Beziehung für jeden möglichen Lenkwinkel und für beide Räder exakt darstellbar ist, ohne dass solche aufwändige Maßnahmen im Hinblick auf einen möglichen Systemausfall erforderlich sind (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
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Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stellstange in zwei jeweils einem Rad zugeordnete Stellstangen-Teile geteilt ausgeführt ist, welche über ein Koppelglied miteinander verbunden sind, das zumindest zeitweise die beiden Stellstangen-Teile gegeneinander abstützt und zumindest zeitweise eine Relativbewegung der beiden Stellstangen-Teile in Fzg.-Querrichtung ermöglicht. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche; so kann bspw. jedem Stellstangen-Teil ein eigener Stellmotor, insbesondere Elektromotor, für dessen Verstellung zugeordnet sein.
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Demnach kann zwar jedem lenkbaren Rad ein eigener Stellmotor (vorliegend ist der einfachen Ansteuerung halber ein Elektromotor vorgeschlagen, jedoch ist das allgemeine Prinzip der vorliegenden Erfindung ebenso mit Hydraulikmotoren oder anderen Stellmotoren darstellbar) zugeordnet sein, so dass für jedes Rad der lenkbaren Fzg.-Achse individuell Lenkwinkel einstellbar sind, jedoch sind diese beiden lenkbaren Räder zumindest zeitweise über die Stellstange miteinander verbunden, so dass bei einem Ausfall eines der (beiden) Stell- oder Elektromotoren der andere Stell- oder Elektromotor dessen Funktion übernehmen kann. Hierfür ist die Stellstange zwar geteilt ausgeführt, jedoch solchermaßen gestaltet, dass sich das erste Stellstangen-Teil (bspw. des linken Fzg.-Rades) am zweiten Stellstangen-Teil (bspw. des rechten Fzg.-Rades) abstützen kann, bzw. dass die beiden Stellstangen-Teile miteinander koppelbar sind, jedoch alternativ auch unabhängig voneinander verstellbar sind. Für letzteres ist jedem Stellstangen-Teil ein eigenständiger Stell- bzw. Elektromotor zugeordnet. Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jeweils ein eigener Stellmotor je Stellstangen-Teil kein zwingendes Merkmal ist, wenngleich die vorliegende Erfindung damit besonders einfach und für den Fahrer des Fahrzeugs komfortabel darstellbar ist. Wesentlich ist hingegen nur, dass die Stellstange entsprechend geteilt ausgeführt ist und die beiden Stellstangen-Teile entweder aneinander abgestützt gemeinsam oder alternativ voneinander getrennt und damit relativ zueinander in Fzg.-Querrichtung verlagerbar sind.
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Es kann ein geeignet gestaltetes schaltbares Kupplungselement vorgesehen sein, mit Hilfe dessen – beispielsweise betätigt bzw. geschaltet durch einen irgendwie gestalteten Aktuator – eine die besagte Relativbewegung zwischen den beiden Stellstangen-Teilen ermöglichende Entkoppelung oder alternativ die besagte Abstützung aneinander ermöglichende Koppelung oder Teilkoppelung der Stellstangen-Teile dargestellt wird. Dafür wird das genannte Koppelglied zwischen den beiden Stellstangen-Teilen entweder mit bzw. von zumindest einem Stellstangen-Teil – nämlich falls eine starre Verbindung zwischen dem Koppelglied und dem anderen Stellstangen-Teil vorgesehen ist – oder mit bzw. von beiden Stellstangen-Teilen in kraftübertragender Weise entweder verbunden oder getrennt, wobei dieses Verbinden oder Trennen über das besagte bspw. mittels eines Aktuators geeignet betätigbare Kupplungselement darstellbar ist. Dieser letztgenannte Aktuator wiederrum kann bedarfsabhängig von einer geeigneten elektronischen Steuereinheit angesteuert werden.
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Weniger aufwändig ist ein erfindungsgemäßes Lenksystem darstellbar, wenn das Koppelglied über jeweils ein Schraubgewinde, dessen Schraubdrehachse die Längsachse der Stellstange ist, mit den Stellstangen-Teilen verbunden ist und die Stellstangen-Teile und/oder das Koppelglied um diese Längsachse verdrehbar ist/sind. Dann ist es nämlich möglich bspw. durch Verdrehen des zwischen den beiden Stellstangen-Teilen vorgesehenen und sich mit deren einander zugewandten Enden für die Darstellung der besagten Schraubgewinde-Verbindung abschnittsweise überlappenden Koppelglieds um die Schraubdrehachse den in Fahrzeug-Querrichtung gemessenen Abstand zwischen den einander zugewandten Enden der Stellstangen-Teile zu verändern, wodurch zwangsläufig das Lenktrapez des Fahrzeugs verändert wird, so dass es damit die Ackermann-Beziehung für jeden Fahrzeug-Lenkwinkel eingehalten werden kann. Durch Verdrehen bspw. des Koppelglieds gegenüber den beiden Stellstangen-Teilen können diese somit in Fzg.-Querrichtung betrachtet gegeneinander verlagert werden, jedenfalls dann, wenn sich das Schraubgewinde zwischen dem linken Stellstangen-Teil und dem Koppelglied vom Schraubgewinde zwischen dem rechten Stellstangen-Teil und dem Koppelglied unterscheidet. Es ist dieses vorbeschriebene kinematische Verhalten aber auch dadurch darstellbar, dass ein Stellstangen-Teil oder beide Stellstangen-Teile unterschiedlich zueinander gegenüber dem stillstehenden Koppelglied verdreht wird/werden, wobei sich im letztgenannten Fall die Schraubgewinde am linken Stellstangen-Teil und am rechten Stellstangen-Teil nicht voneinander unterscheiden müssen.
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Im Sinne einer Funktionsvereinigung vorteilhaft ist es, wenn eine mit einer Lenkhandhabe des Fahrers verbundene Lenkspindel mit dem Koppelglied über eine geeignete Getriebeverbindung kämmt, derart, dass eine Verdrehung der Lenkspindel eine Verlagerung des Koppelglieds in Fahrzeug-Querrichtung bewirkt. Dann überträgt das Koppelglied gleichzeitig einen vom Fahrer mit seinem Lenkrad vorgegebenen Lenkwunsch auf mechanischem Weg (und somit ausfallsicher) in gleicher Weise auf die beiden Stellstangen-Teile und somit auf die lenkbaren Fzg.-Räder, während durch eine Relativ-Verdrehung zwischen zumindest einem Stellstangen-Teil und dem Koppelglied die Stellstangen-Teile relativ zueinander und somit in unterschiedlicher Weise in Fahrzeug-Querrichtung verlagert werden können. Bspw. kann das nach Art einer Hülse gestaltete Koppelglied hierfür neben einem Innengewinde für die Verbindung mit den Stellstangen-Teilen ein geeignetes Außengewinde zur bewegungsübertragenden Verbindung mit der genannten Lenkspindel aufweisen; selbstverständlich kann eine solche Funktionsvereinigung des Koppelglieds auch für eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher das Koppelglied nicht über ein Schraubgewinde mit den Stellstangen-Teilen verbunden ist, dargestellt werden. Alternativ kann das Koppelglied mit seinen den Stellstangen-Teilen zugewandten und mit einem geeigneten Außen-Schraubgewinde versehenen Enden aber auch in diese (Stellstangen-Teile) hineinragen, wenn die dem Koppelglied zugewandten Endabschnitte der Stellstangen-Teile hülsenartig mit einem entsprechenden Innen-Schraubgewinde gestaltet sind, welche Schraubgewinde im übrigen bspw. auch als Kugelgewindetrieb ausgebildet sein können.
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Was die individuelle Verlagerung jedes Stellstangen-Teiles eines erfindungsgemäßen Lenksystems betrifft, so kann hierfür jedem Stellstangen-Teil ein eigener Unterstützung-Motor, der den Fahrer beim Lenken unterstützt und ein Unterstützungsmoment in das Lenksystem einbringt, vorgesehen sein. Werden diese beiden im Hinblick auf eine einfache Ansteuerbarkeit vorzugsweise als Elektromotoren ausgebildeten Unterstützungsmotoren unterschiedlich angesteuert, so sind bei nicht vollständiger Koppelung der Stellstangen-Teile über das Koppelglied einfach unterschiedliche Lenkwinkel an den beiden lenkbaren Fzg.-Rädern darstellbar. Sollte einer der beiden Unterstützungsmotoren ausfallen, muss lediglich für eine ausreichende Koppelung der Stellstangen-Teile über das Koppelglied gesorgt werden, was aber dann besonders einfach eingehalten werden kann, wenn, wie bereits beschrieben wurde, das Koppelglied über jeweils ein Schraubgewinde, dessen Schraubdrehachse die Längsachse der Stellstange ist, mit den Stellstangen-Teilen verbunden ist.
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Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn jeder genannte Unterstützungs-Motor (bzw. Elektromotor oder allgemein Stellmotor) über einen Kugelgewindetrieb auf das zugeordnete Stellstangenteil mit oder für eine(r) Verlagerung desselben einwirkt. Jedenfalls dann wird kein weiteres Stellelement oder dgl. am Koppelglied benötigt und es liegt hiermit ein einfaches und sicheres Lenksystem eines zweispurigen Fahrzeugs vor, welches die Möglichkeit bietet, an beiden Rädern unabhängig voneinander gewünschte Lenkwinkel einstellen zu können. In besonders günstiger Weise kann dabei – wie ebenfalls bereits genannt – eine mit der Lenkhandhabe des Fahrers mechanisch verbundene Lenkspindel mechanisch über ein geeignetes Getriebe mit dem Koppelglied kämmen und dieses dem Fahrerwunsch entsprechend in Fzg.-Querrichtung verlagern, wobei sicherheitshalber der Fahrer mit seinem Handmoment stets das von den genannten Unterstützungs-Motoren (bzw. Stellmotoren) eingebrachte Moment übersteuern können sollte. Alternativ zu obigen Ausführungen ist es bspw. aber auch möglich, ein elektromotorisches Unterstützungsmoment über die genannte Lenkspindel in das Lenksystem einzubringen, wobei dann irgend ein geeignetes Stellelement vorzusehen ist, mit Hilfe dessen das Koppelglied in jeweils gewünschter Weise gegenüber zumindest einem der Stellstangen-Teile verlagert wird, um die gewünschte Funktionalität, nämlich eine radindividuelle Lenkwinkel-Einstellung an einem zweispurigen Fahrzeug darzustellen. Im übrigen sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass ein erfindungsgemäßes Lenksystem auch gänzlich ohne die Möglichkeit eines mechanischen Lenkeingriffs durch den Fahrer gestaltet sein kann, wobei dann auf das Koppelglied keine Lenkspindel einwirkt und damit dieses Koppelglied nicht durch Einwirkung des Fahrers, sondern nur durch zumindest einen der Unterstützungsmotoren bzw. Stellmotoren verlagerbar ist. Derart kann bspw. ein Lenksystem an der Fzg.-Hinterachse ausgebildet sein.
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Lediglich eines von vielen möglichen Ausführungsbeispielen ist in den beigefügten Prinzipskizzen (1 zeigt eine Ansicht mit Blickrichtung senkrecht zur Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug steht; in 2 sind die Stellstangen-Teile geschnitten dargestellt) auf das Wesentliche abstrahiert dargestellt und wird im Folgenden ergänzend zu obigen Ausführungen erläutert:
Mit der Bezugsziffer 1 ist in ihrer Gesamtheit eine quer zur Längsachse L eines zweispurigen Fahrzeugs (bspw. Personenkraftwagens) verlagerbare Stellstange in ihrer Gesamtheit gekennzeichnet, welche im wesentlichen aus drei Einzelteilen besteht, nämlich einem ersten in der Figurendarstellung linken Stellstangen-Teil 1a, einem zweiten in der Figurendarstellung rechten Stellstangen-Teil 1b und einem diese beiden Stellstangen-Teile 1a, 1b miteinander verbindenden Koppelglied 1c. Dabei ist von den beiden Stellstangen-Teilen 1a, 1b jeweils nur ein sich mit dem Koppelglied 1c überlappender Abschnitt dargestellt und es erstreckt sich jedes Stellstangenteil 1a, 1b vom Koppelglied 1c weg weiter nach rechts bzw. links außen. Sowohl das Koppelglied 1c als auch die beiden Stellstangen-Teile 1a, 1b sind im wesentlichen kreiszylindrisch geformt und besitzen eine gemeinsame sich in Fzg.-Querrichtung Q erstreckende Zylinder-Achse bzw. Längsachse A oder Drehachse A.
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Jedes der einander abgewandten Enden der Stellstangen-Teile 1a bzw. 1b, d. h. das in der Figur nicht gezeigte linke Ende des (linken) Stellstangen-Teils 1a und das in der Figur nicht gezeigte rechte Ende des (rechten) Stellstangen-Teils 1b ist über einen Spurhebel oder dgl. in dem Fachmann bekannter Weise über eine Spurtstange oder dgl. mit einem lenkbaren (hier ebenfalls nicht gezeigten) Rad des Fahrzeugs verbunden, derart, dass eine Verlagerung des jeweiligen Stellstangen-Teils 1a bzw. 1b in Fzg.-Querrichtung Q ein Verschwenken des jeweiligen Rades um dessen Lenkdrehachse (auch Spreizachse genannt) bewirkt.
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Die dem Koppelglied 1c zugewandten Endabschnitte der Stellstangen-Teile 1a, 1b sind in Form einer Hülse mit kreisring-zylindrischem Querschnitt ausgebildet, in deren jeweilige Innenwand ein Schraubgewinde G eingebracht ist. Über dieses Schraubgewinde G ist jedes Stellstangen-Teil 1a, 1b am Koppelglied 1c abgestützt, indem dieses an seinen beidseitigen Endabschnitten Ca, Cb außenseitig ein ebensolches Schraubgewinde G aufweist und mit diesen Endabschnitten Ca, Cb anteilig in den jeweiligen hülsenförmigen Endabschnitt des jeweiligen Stellstangen-Teils 1a, 1b hineinragt bzw. über das Schraubgewinde G eingeschraubt ist. Es kämmt somit das Schraubgewinde G im Endabschnitt Ca des Koppelglieds 1c mit dem entsprechenden Schraubgewinde-Abschnitt G des Stellstangen-Teils 1a, welches den Endabschnitt Ca des Koppelglieds 1c zumindest abschnittsweise hülsenartig umschließt. Analog kämmt das Schraubgewinde G im Endabschnitt Ca des Koppelglieds 1c mit dem entsprechenden Schraubgewinde-Abschnitt G des Stellstangen-Teils 1b, welches den Endabschnitt Cb des Koppelglieds 1c zumindest abschnittsweise hülsenartig umschließt.
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Auf der Außenwand des Koppelglieds 1c ist in dessen mitteleren Abschnitt ein weiteres geeignet gestaltetes Gewinde D aufgebracht, mit welchem ein figürlich nicht dargestelltes Ritzel kämmt. welches über eine Lenkspindel (nicht gezeigt) mit einem nicht gezeigten Lenkrad des Fahrers des Fahrzeugs verbunden ist. Durch Verdrehen des Lenkrads kann somit der Fahrer in üblicher Weise die Stellstange 1 in Fzg.-Querrichtung Q verlagern und damit die Räder lenken, indem vorliegend die beiden Stellstangen-Teile 1a, 1b durch das mittels des besagten Ritzels in Fzg.-Querrichtung Q (seitlich) verlagerte Koppelglied 1c in gleicher Richtung verlagert werden.
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Vorliegend ist jedem Stellstangen-Teil 1a, 1b ein eigener jeweils als Elektromotor ausgebildeter Stellmotor 2a bzw. 2b zugeordnet, wobei jeder Stellmotor 2a bzw. 2b mit dem zugehörigen Stellstangen-Teil 1a bzw. 1b über einen lediglich symbolisch und damit nicht näher dargestellten Kugelgewindetrieb 3 verbunden ist. Die Außenseite jedes Stellstangen-Teils 1a, 1b ist folglich in solcher Weise gestaltet, dass der vom jeweiligen Stellmotor 2a bzw. 2b in Gang gesetzte Kugelgewindetrieb 3 das jeweilige Stellstangen-Teil 1a bzw. 1b entsprechend in Fzg.-Querrichtung Q verlagert.
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Wenn der Fahrer mit seinem Lenkrad lenkt und damit das Koppelglied in Querrichtung Q verlagern möchte und die beiden Stellmotoren 2a, 2b von einer elektronischen Steuereinheit, welche den Lenkwunsch des Fahrers kennt, geeignet angesteuert werden, so können zunächst einmal beide Stellmotoren 2a, 2b eine gleiche Verlagerung der beiden Stellstangen-Teile 1a, 1b mit ihrem Drehmoment unterstützen. Bei gleicher Dimensionierung an jedem Stellstangen-Teil 1a, 1b drehen dann die beiden gleichen Stellmotoren 2a, 2b mit gleicher Drehzahl und jeder der Stellmotoren 2a, 2b bringt die Hälfte des benötigten Unterstützungs-Moments in das Lenksystem ein. Alternativ können aber die beiden Stellmotoren 2a, 2b bei gleicher Dimensionierung wie vorstehend beschrieben auch mit unterschiedlicher Drehzahl rotieren, woraufhin die beiden Stellstangen-Teile 1a, 1b verschiedenartig in Fzg.-Querrichtung Q verlagert werden. Bei geeigneter Ansteuerung der Stellmotoren 2a, 2b ist damit die Einhaltung der Ackermann-Beziehung für jeden Lenkwinkel des Fahrzeugs darstellbar. Bei Ausfall eines Stellmotors (2a, 2b) schließlich sollte durch geeignete Auslegung der Kugelgewindetriebe 3 in Verbindung mit den Schraubgewinden G in den Abschnitten Ca, Cb gewährleistet sein, dass mittels eines einzigen Stellmotors 1a oder 1b zumindest ein gewisses Unterstützungsmoment eingebracht und beide Räder durch den Fahrer über das Koppelelement 1c wie üblich gelenkt werden können. Im übrigen ist auch ein entsprechendes Lenken der beiden Fahrzeug-Räder alleine durch die Stellmotoren 2a, 2b ohne eine Verlagerung des Koppelglieds 1c durch den Fahrer möglich.
