DE102015213762A1

DE102015213762A1 - Lenkvorrichtung von der Bauart einer Blocklenkung sowie Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung von der Bauart einer Blocklenkung mit mindestens zwei elektrischen Antrieben

Info

Publication number: DE102015213762A1
Application number: DE102015213762.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Marx; Jens Rogall; Ernst Wilske; Joost Kessels
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung von der Bauart einer Blocklenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse und ein um einen Winkelbereich von maximal 180° schwenkbaren Lenkhebel (20) zur Übertragung eines Lenkmoments über mit dem Lenkhebel (20) verbundene Lenkstangen (22) auf zu lenkende Kraftfahrzeugräder, wobei ein erster elektrischer Antrieb (16) vorgesehen ist, der ein auf den Lenkhebel (20) wirkendes Antriebsmoment bereitstellt, wobei mindestens ein zweiter elektrischer Antrieb (18) vorgesehen ist, wobei a) der zweite elektrische Antrieb (18) zusammen mit dem ersten elektrischen Antrieb (16) die gleiche Antriebswelle (28) antreibt oder b) der zweite elektrische Antrieb (18) auf ein anderes Element der Lenkvorrichtung (10) wirkt als der erste elektrische Antrieb (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug von der Bauart einer Blocklenkung mit einem Lenkgetriebegehäuse und einem um einen Winkelbereich von maximal 180° schwenkbaren Lenkhebel zur Übertragung eines Lenkmoments über mit dem Lenkhebel verbundene Lenkstangen auf zu lenkende Kraftfahrzeugräder. Lenkungen von der Bauart einer Blocklenkung werden üblicherweise bei Kraftfahrzeugen mit einem Gewicht mehr als 3,5 t eingesetzt, insbesondere bei Nutzfahrzeugen und Lastkraftwagen mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mindestens 7,5 t.
Aus DE 100 39 574 A1 ist eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung von der Bauart einer Blocklenkung bekannt, die einen um eine Achse schwenkbaren und in einem Getriebegehäuse gelagerten Lenkhebel mit einem Anschluss als Antrieb einer Kraftfahrzeuglenkung umfasst, wobei der Lenkhebel als zweiarmiger, um eine Welle schwenkbarer Lenkhebel ausgebildet ist, der einen ersten, den Anschluss tragenden Schenkel und einen zweiten von einem Zahnsegment gebildeten Schenkel aufweist. Bei dieser Lenkvorrichtung soll das Zahnsegment mittelbar oder unmittelbar mit zwei elektrischen Antrieben in Eingriff stehen. In allen beschriebenen Ausführungsformen wirken die elektrischen Antriebe jeweils mit einem Ritzel zusammen und greifen an verschiedenen Stellen eines verzahnten Getrieberades an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkvorrichtung nach der Bauart einer Blocklenkung zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig hergestellt und betrieben sowie in unterschiedlichen Leistungsstufen kostengünstig realisiert werden kann.
Bei einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung von der Bauart einer Blocklenkung mit einem Lenkgetriebegehäuse und einem um einen Winkelbereich von maximal 180° schwenkbaren Lenkhebel zur Übertragung eines Lenkmoments über mit dem Lenkhebel verbundene Lenkstangen auf zu lenkende Kraftfahrzeugräder ist ein erster elektrischer Antrieb vorgesehen, der ein auf den Lenkhebel wirkendes Antriebsmoment bereitstellt. Ferner ist mindestens ein zweiter elektrischer Antrieb vorgesehen, wobei

a) der zweite elektrische Antrieb zusammen mit dem ersten elektrischen Antrieb die gleiche Antriebswelle antreibt oder
b) der zweite elektrische Antrieb auf ein anderes Element der Lenkvorrichtung wirkt als der erste elektrische Antrieb.

Im Fall a) ergibt sich der Vorteil, dass nur ein Rotorwellenlagesensor benötigt wird, um die Steuerung des ersten elektrischen Antriebs und des zweiten elektrischen Antriebs programmieren zu können. Dadurch können bei der Herstellung einer solchen Lenkvorrichtung Kosten gespart werden.
Im Fall b) lässt sich durch eine geeignete Anordnung und Kopplung der Antriebe innerhalb der Lenkvorrichtung einer der elektrischen Antriebe gut als ein für einen Großteil von Kraftfahrzeugtypen verschiedener Gewichtsklassen verwendbarer „Basisantrieb“ auslegen, der für alle diese Kraftfahrzeugtypen identisch hergestellt und in die Lenkvorrichtung eingesetzt werden kann, während der andere elektrische Antrieb fahrzeugspezifisch ausgelegt bzw. ausgewählt werden kann. So können die Zahl der Gleichteile bei der Herstellung von Lenkvorrichtungen erhöht und die Herstellungskosten damit durch Synergieeffekte gesenkt werden.
In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung sind der erste elektrische Antrieb und der zweite elektrische Antrieb jeweils mit einer Spannung von weniger als 48 V betreibbar, bevorzugt mit einer Spannung von maximal 40 V und besonders bevorzugt mit einer Spannung von maximal 24 V. Im zuletzt genannten Fall kann eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung mit einem aktuell üblichen 24 V Bordnetz bei größeren Kraftfahrzeugen, insbesondere mit einem zulässigen Gesamtgewicht ab 3,5 t, bevorzugt ab 6 t und besonders bevorzugt ab 7,5 t, realisiert werden.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit dem vorstehend genannten Merkmal a) und optional mit einer wie vorstehend angegebenen Spannungsversorgung ist zur Erfassung der Lage des Rotors des ersten elektrischen Antriebs und des zweiten elektrischen Antriebs an einem freien Wellenende ein Magnet und in Wirkverbindung zu dem Magnet ein Sensor zur Erfassung der Lage des Magnets angeordnet. Mit einer solchen Anordnung kann die Lage einer gemeinsam genutzten Antriebswelle auf einfache und kostengünstige Art und Weise überwacht bzw. bedarfsweise ermittelt werden.
Bei den meisten bekannten Lenkvorrichtungen nach dem Typ einer Blocklenkung ist der Schwenkwinkel des Lenkhebels auf maximal 120° begrenzt. Da die Erfindung anstrebt, durch einen ersten elektrischen Antrieb und einen zweiten elektrischen Antrieb aus dem Stand der Technik bekannte hydraulische Antriebe zu ersetzen und im Übrigen die Funktionalität des Typs der Blocklenkung zu erhalten, ist auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein maximaler Schwenkwinkel des Lenkhebels von 120° erwünscht.
Wenn der erste elektrische Antrieb einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung näher am Hebelarm angeordnet ist als der zweite elektrischen Antrieb und ein Drehmoment von ca. 3.500 bis 6.000 Nm bereitstellt und der zweite elektrische Antrieb zwischen dem Lenkrad der Lenkvorrichtung und dem ersten elektrischen Antrieb angeordnet ist, lässt sich – insbesondere in Verbindung mit dem vorstehend genannten Merkmal b) – eine bedarfsweise Momentenüberlagerung gut umsetzen. Damit ist gemeint, dass der erste Antrieb so ausgelegt werden kann, dass er in einer Vielzahl von Standardsituationen ein ausreichend großes Antriebsmoment bereitstellt und nur in bestimmten Betriebsphasen, in welchen eine besonders großes Moment gefordert ist (beispielsweise beim Rangieren), der zweite elektrische Antrieb als „fahrzeugspezifischer“ Antrieb für eine Momentenüberlagerung hinzugeschaltet wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung von der Bauart einer Blocklenkung mit einem Lenkgetriebegehäuse und einem um einen Winkelbereich von maximal 180° schwenkbaren Lenkhebel zur Übertragung eines Lenkmoments über mit dem Lenkhebel verbundene Lenkstangen auf zu lenkende Kraftfahrzeugräder, wobei ein erster elektrischer Antrieb vorgesehen ist, der ein auf den Lenkhebel wirkendes Antriebsmoment bereitstellt, wobei ein zweiter elektrischer Antrieb vorgesehen ist, der ein auf den Lenkhebel wirkendes Antriebsmoment bereitstellt, und wobei der erste elektrische Antrieb und der zweite elektrische Antrieb in Betriebsphasen, in welchen einer der elektrischen Antrieb ein ausreichend großes Antriebsmoment bereitstellt, wechselweise nur einzeln betreibbar sind. Durch ein solches wechselweises Betreiben kann die Langlebigkeit einer Lenkvorrichtung erhöht oder alternativ die geringere Wärmeentwicklung genutzt werden, um einzelne Bauteile weniger wärmeresistent auszulegen und somit diese Bauteile kostengünstiger herstellen bzw. beschaffen zu können.
Zur Realisierung eines wechselweisen Betreibens kann ein Wechsel zwischen dem ersten Antrieb und dem zweiten Antrieb nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer erfolgen, nach Ablauf einer vorgegebenen Zahl von Betätigungen erfolgen und/oder dann erfolgen, wenn eine vorgegebene Grenztemperatur in der elektronischen Steuerung des jeweils aktiven Antriebs erstmals erreicht oder überschritten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Durchführung mit einer wie vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit ausgewählten Elementen,
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit einem ersten elektrischen Antrieb und einem zweiten elektrischen Antrieb, die auf verschiedene Elemente der Lenkvorrichtung wirken und
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit einem ersten elektrischen Antrieb und einem zweiten elektrischen Antrieb, welche auf eine gemeinsame Antriebswelle wirken.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lenkvorrichtung 10 mit Lenkrad 12, einer funktional mit dem Lenkrad 12 gekoppelten Lenkwelle 14 und einem ersten elektrischen Antrieb 16, der funktional insoweit mit der Lenkwelle 14 gekoppelt ist, als er, insbesondere über ein nicht dargestelltes Getriebe, ein Lenkhilfsmoment bedarfsweise in die Lenkwelle 14 einleiten kann. Das untere Ende der Lenkwelle 14 ist mit einem zweiten elektrischen Antrieb 18 funktional gekoppelt. Dieser zweite elektrische Antrieb 18 ist funktional gekoppelt mit einem Lenkhebel 20, der wiederum mit Lenkstangen 22 verbunden ist, welche mittelbar oder unmittelbar auf zu lenkende Kraftfahrzeugräder (nicht dargestellt) wirken.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung einige weitere Details eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 10 mit einem ersten elektrischen Antrieb 16 und einem zweiten elektrischen Antrieb 18, die auf verschiedene Elemente der Lenkvorrichtung wirken. Der erste elektrische Antrieb 16 wirkt über eine mit einem nicht dargestellten Rotor gekoppelte Antriebswelle 24 und ein mit der Antriebswelle 24 in Wirkverbindung stehendes Zahnrad 26 auf die Lenkwelle 14. Der zweite elektrische Antrieb 18 wirkt über ein nicht dargestelltes Getriebe auf den Lenkhebel 20, welcher in 2 in der mittleren Stellung 20a und in jeweils vollständig nach vorne und nach hinten ausgelenkten Stellungen 20b, 20c gezeigt ist, wobei der Lenkhebel 20 in der gezeigten Ausführungsform um jeweils 50° aus der mittleren Stellung 20a auslenkbar ist.
3 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 10, gemäß welcher der zweite elektrische Antrieb 18 zusammen mit dem ersten elektrischen Antrieb 16 eine gemeinsame Rotorwelle 28 antreiben. Die elektrischen Antriebe 16, 18 umfassen beide jeweils einen Rotor 30, 32 und einen Stator 34, 36 auf. Ferner ist für jeden der Antriebe 16, 18 eine separate Steuerung 38, 40 vorgesehen. An dem linken freien Wellenende der Antriebswelle 28 ist ein Magnet 42 angeordnet, der in Wirkverbindung mit einem Rotorwellenlagesensor 44 steht, mit welchem die Winkellage der Antriebswelle 28 und somit auch der Rotoren 30, 32 jederzeit ermittelbar ist. Die Kenntnis der Lage der Rotoren 30, 32 ist für die Ansteuerung der elektrischen Antriebe 16, 18 mittels der Steuerungen 38, 40 erforderlich. An dem rechten freien Wellenende ist ein erstes Kegelrad 46 eines Kegelradgetriebes 48 als erste Getriebestufe 50 drehfest angeordnet. Ein zweites Kegelrad 52 des Kegelradgetriebes 48 ist drehfest mit einer Welle 54 verbunden, die zu einer zweiten Getriebestufe 56 führt.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Lenkvorrichtung
12: Lenkrad
14: Lenkwelle
16: erster elektrischer Antrieb
18: zweiter elektrischer Antrieb
20: Lenkhebel
22: Lenkstange
24: Antriebswelle
26: Zahnrad
28: Antriebswelle
30: Rotor
32: Rotor
34: Stator
36: Stator
38: Steuerung
40: Steuerung
42: Magnet
44: Rotorwellenlagesensor
46: Kegelrad
48: Kegelradgetriebe
50: erste Getriebestufe
52: Kegelrad
54: zweite Getriebestufe

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 10039574 A1 [0002]

Claims

Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug von der Bauart einer Blocklenkung mit einem Lenkgetriebegehäuse und einem um einen Winkelbereich von maximal 180° schwenkbaren Lenkhebel (20) zur Übertragung eines Lenkmoments über mit dem Lenkhebel (20) verbundene Lenkstangen (22) auf zu lenkende Kraftfahrzeugräder, wobei ein erster elektrischer Antrieb (16) vorgesehen ist, der ein auf den Lenkhebel (20) wirkendes Antriebsmoment bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter elektrischer Antrieb (18) vorgesehen ist, wobei a) der zweite elektrische Antrieb (18) zusammen mit dem ersten elektrischen Antrieb (16) die gleiche Antriebswelle (28) antreibt oder b) der zweite elektrische Antrieb (18) auf ein anderes Element der Lenkvorrichtung (10) wirkt als der erste elektrische Antrieb (16).
Lenkvorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Antrieb (16) und der zweite elektrische Antrieb (18) jeweils mit einer Spannung von weniger als 48 V betreibbar sind.
Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 mit Merkmal a) und optional mit den Merkmalen des Anspruchs 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Lage des Rotors (30, 32) des ersten elektrischen Antriebs (16) und des zweiten elektrischen Antriebs (18) an einem freien Wellenende ein Magnet (42) und in Wirkverbindung zu dem Magnet (42) ein Sensor (44) zur Erfassung der Lage des Magnets (42) angeordnet ist.
Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel des Lenkhebels (20) auf maximal 120° begrenzt ist.
Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Antrieb (16) näher am Hebelarm (20) angeordnet ist und ein Drehmoment von ca. 3.500 bis 6.000 Nm bereitstellt und der zweite elektrische Antrieb (18) zwischen Lenkrad (12) und erstem elektrischen Antrieb (12) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Lenkvorrichtung (10) von der Bauart einer Blocklenkung mit einem Lenkgetriebegehäuse und einem um einen Winkelbereich von maximal 180° schwenkbaren Lenkhebel (20) zur Übertragung eines Lenkmoments über mit dem Lenkhebel (20) verbundene Lenkstangen (22) auf zu lenkende Kraftfahrzeugräder, wobei ein erster elektrischer Antrieb (16) vorgesehen ist, der ein auf den Lenkhebel (20) wirkendes Antriebsmoment bereitstellt, und wobei ein zweiter elektrischer Antrieb (18) vorgesehen ist, der ein auf den Lenkhebel (20) wirkendes Antriebsmoment bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Antrieb (16) und der zweite elektrische Antrieb (18) in Betriebsphasen, in welchen einer der elektrischen Antriebe (16, 18) ein ausreichend großes Antriebsmoment bereitstellt, wechselweise einzeln betreibbar sind.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zwischen dem ersten Antrieb (16) und dem zweiten Antrieb (18) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer erfolgt, nach Ablauf einer vorgegebenen Zahl von Betätigungen erfolgt und/oder dann erfolgt, wenn eine vorgegebene Grenztemperatur in der elektronischen Steuerung des jeweils aktiven Antriebs erstmals überschritten wird.
Verfahren nach einem oder beiden der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lenkvorrichtung (10) eine Lenkvorrichtung (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird.