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Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Zusatzmoments in einem Fahrzeug.
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Für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Lastkraftwagen, existieren sogenannte aktive Lenkungen. Drehmomente, die insbesondere auch als sogenannte Zusatzmomente bezeichnet werden können, und die von einer solchen aktiven Lenkung erzeugt werden, müssen begrenzt werden, damit ein Fahrzeugführer derart erzeugte Zusatzmomente noch sicher überlenken kann.
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Die
WO 2010/125044 A1 offenbart eine gattungsgemäße Servolenkbaugruppe für eine hydraulische Servolenkung von Kraftfahrzeugen, umfassend wenigstens ein hydraulisches Servoventil mit einem Stellglied zur Steuerung der Lenkunterstützung in Abhängigkeit der Relativverdrehung einer Eingangswelle gegenüber einer Ausgangswelle, wenigstens zwei Planetengetriebe zur Übertragung der Drehbewegung der Eingangswelle oder der Ausgangswelle auf das Stellglied, wobei jeweils ein erstes Funktionselement des einen Planetengetriebes mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle und ein erstes Funktionselement des anderen Planetengetriebes mit dem Stellglied drehfest verbunden ist und jeweils ein zweites Funktionselement zur Kopplung der Planetengetriebe vorgesehen ist sowie wenigstens einen Aktuator zur Relativverstellung des Stellglieds gegenüber der Eingangswelle oder der Ausgangswelle, um die Lenkunterstützungscharakteristik zu beeinflussen. Hierbei ist der wenigstens eine Aktuator so angeordnet und ausgestaltet, dass er eine gleichsinnige Verdrehung unter gleichzeitiger Relativverdrehung der beiden jeweils dritten Funktionselemente der Planetengetriebe zueinander bewirkt. Weiter offenbart die Druckschrift, dass aus Sicherheitsgründen ein Drehwinkel der ersten oder dritten Funktionselemente, beispielsweise von Sonnenrädern oder Hohlrädern, beschränkt sein kann. Hierzu kann beispielsweise im Bereich dieser Funktionselemente der Planetengetriebe wenigstens ein Endanschlag vorgesehen sein, der den Drehwinkel dieser Funktionselemente und somit die Drehbarkeit des Planetengetriebes begrenzt.
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Es stellt sich das technische Problem, eine Lenkvorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Zusatzmoments zu schaffen, welche eine Betriebssicherheit bei der Bereitstellung des Zusatzmoments erhöhen.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren gemäß dem Anspruch 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug. Die Lenkvorrichtung kann insbesondere eine Lenkvorrichtung für einen Lastkraftwagen sein.
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Die Lenkvorrichtung umfasst mindestens eine Ventileinrichtung mit einer Stelleinrichtung. Die Ventileinrichtung dient zur Führung eines Fluidstroms oder mehrerer Fluidströme, wobei mittels der Stelleinrichtung der mindestens eine Fluidstrom durch die Ventileinrichtung veränderbar ist. Der Fluidstrom dient wiederum der Erzeugung eines Zusatzmoments, insbesondere über einen hydraulischen Aktor (hydraulische Servolenkung). Beispielsweise kann das erzeugte Zusatzmoment umso höher sein, desto höher eine Durchflussmenge durch die Ventileinrichtung und/oder der von der Ventileinrichtung eingestellte Druck des Fluids ist. Hierbei kann die Durchflussmenge und/oder der Druck mittels der Stelleinrichtung veränderbar sein.
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Das Zusatzmoment bezeichnet hierbei ein Moment, welches ein von einem Fahrzeugführer oder einer fahrzeugführenden Einrichtung oder bei der Durchführung eines automatischen Fahrbetriebs erzeugtes Drehmoment, überlagert. Erzeugt ein menschlicher Fahrzeugführer das Moment, so kann das erzeugte Moment auch als Handmoment bezeichnet werden. Nachfolgend bezeichnet ein vom Fahrzeugführer erzeugtes Moment auch ein von einer fahrzeugführenden Einrichtung, beispielsweise einem entsprechenden Assistenzsystem, erzeugtes Moment oder ein Moment, welches bei der Durchführung eines automatischen Fahrbetriebs erzeugt wird. Der automatische Fahrbetrieb kann einen fahrerlosen Fahrbetrieb bezeichnen.
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Durch die Stelleinrichtung ist in Abhängigkeit einer Relativverdrehung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle ein verdrehungsbedingter Anteil eines Zusatzmoments einstellbar. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle können Teil der Lenkvorrichtung sein. Die Eingangswelle kann insbesondere mit einer Lenkhandhabe, beispielsweise einem Lenkrad, mechanisch verbunden sein. Mittels der Lenkhandhabe kann ein Fahrzeugführer ein Drehmoment auf die Eingangswelle ausüben. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle können hierbei über einen Torsionsstab verbunden sein.
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Beispielsweise kann das Zusatzmoment umso größer sein, je größer die Relativverdrehung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ist. Insbesondere kann durch die Stelleinrichtung in Abhängigkeit der Relativverdrehung eine Durchflussrate und/oder Durchflussmenge durch die Ventileinrichtung eingestellt werden.
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Weiter umfasst die Lenkvorrichtung mindestens einen Aktuator zur Verstellung der Stelleinrichtung. Dies kann bedeuten, dass mittels des Aktuators die Stelleinrichtung derart verstellbar oder betätigbar ist, dass der Druck und/oder die Durchflussrate durch die Ventileinrichtung verändert werden kann. Durch eine Verstellung der Stelleinrichtung durch den Aktuator ist somit ein aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmoments einstellbar.
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Beispielsweise kann durch den Aktuator ein Zusatzmoment eingestellt werden, welches sich aus einer Summe des verdrehungsbedingten Anteils durch den Fahrzeugführer und des aktuatorbedingten Anteils ergibt. Auch kann das Zusatzmoment sich aus einer Differenz zwischen dem verdrehungsbedingten Anteil und dem aktuatorbedingten Anteil ergeben.
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Der Aktuator kann mechanisch mit der Stelleinrichtung gekoppelt sein. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
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Erfindungsgemäß ist eine maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung veränderbar. Die maximal zulässige Verstellung kann durch eine Begrenzung bereitgestellt werden, über die hinaus keine Verstellung zulässig oder möglich ist. Dies kann bedeuten, dass ein maximal erzeugbarer aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmoments oder dessen Betrag veränderbar ist.
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Insbesondere kann die Lenkvorrichtung in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, wobei in jedem dieser verschiedenen Betriebsmodi die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung voneinander verschieden ist.
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Beispielsweise kann die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung in einem ersten Betriebsmodus größer oder kleiner als die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung in einem zweiten Betriebsmodus sein.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein maximaler aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmoments veränderbar ist. Somit kann auch das maximal erzeugbare Zusatzmoment veränderbar sein. Der maximal zulässige aktuatorbedingte Anteil und somit gegebenenfalls das maximal erzeugbare Zusatzmoment kann somit in vorteilhafter Weise an verschiedene Fahrzeugzustände, insbesondere fahrdynamische Zustände, angepasst werden. Hierdurch erhöht sich in vorteilhafter Weise eine Betriebssicherheit der Lenkvorrichtung in verschiedenen Fahrzeugzuständen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Aktuator mechanisch über mindestens ein Element einer mechanischen Übertragungsstrecke mit der Stelleinrichtung gekoppelt, wobei ein maximaler Verstellweg mindestens eines Elements der mechanischen Übertragungsstrecke veränderbar ist. Der maximale Verstellweg kann auch einen maximalen Verdrehwinkel bezeichnen. Hierbei kann der maximale Verstellweg in eine positive Verstellrichtung und/oder der maximale Verstellweg in eine negative Verstellrichtung begrenzt werden. Die negative Verstellrichtung kann eine der positiven Verstellrichtung entgegengesetzte Verstellrichtung bezeichnen.
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Insbesondere kann die mechanische Übertragungsstrecke derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass eine maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung kleiner wird, je kleiner der maximale Verstellweg des mindestens einen Elements der mechanischen Übertragungsstrecke ist. Entsprechend kann die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung umso größer sein, je größer der maximale Verstellweg des mindestens einen Elements ist.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine mechanische und somit zuverlässige robuste Beschränkung des maximal erzeugbaren aktuatorbedingten Anteils.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens ein Anschlagelement zur Begrenzung der aktuatorbedingten Verstellung der Stelleinrichtung. Eine Position des Anschlagelements ist veränderbar. Die Position kann hierbei auch eine Winkelposition sein. Durch das Anschlagelement wird die Verstellung der Stelleinrichtung auf eine maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung begrenzt. Durch die Veränderung der Position des Anschlagelements kann diese maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung verändert werden.
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Das Anschlagelement kann insbesondere ein Anschlagelement für die Verstelleinrichtung selbst oder mindestens ein Element der vorhergehend erläuterten mechanischen Übertragungsstrecke sein. Das mindestens eine Element der Übertragungsstrecke kann hierbei ein korrespondierendes Anschlagelement aufweisen.
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Die Position des Anschlagelements kann in einem Referenzkoordinatensystem veränderbar sein. Eine Bewegung des Elements der mechanischen Übertragungsstrecke und/oder die Verstellung der Verstelleinrichtung kann hierbei ebenfalls in diesem Referenzkoordinatensystem bestimmt werden. Das Referenzkoordinatensystem kann insbesondere ein gehäusefestes Koordinatensystem sein, wobei das Gehäuse ein Gehäuse der Stelleinrichtung bezeichnet. Zusätzlich kann das Gehäuse auch die Ventileinrichtung und zumindest einen Teil der mechanischen Übertragungsstrecke umfassen. Die Lenkvorrichtung kann hierbei das Gehäuse umfassen.
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Durch die Bereitstellung eines Anschlagelements ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach bereitstellbare mechanische Begrenzung des maximal erzeugbaren aktuatorbedingten Anteils. Durch die Veränderung der Position des Anschlagelements kann dieser maximal erzeugbare Anteil flexibel eingestellt werden, wobei eine zuverlässige Begrenzung gewährleistet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens einen weiteren Aktuator zur Veränderung der Position des Anschlagelements. Der weitere Aktuator kann insbesondere ein elektrischer, ein hydraulischer oder ein pneumatischer Aktuator sein. Der weitere Aktuator ist von dem Aktuator zur Erzeugung des aktuatorbedingten Anteils des Zusatzmoments verschieden.
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Zusätzlich kann die Lenkvorrichtung mindestens ein Federelement umfassen, welches z.B. eine Rückstellkraft auf das mindestens eine Anschlagelement ausübt, wenn dieses aus einer Ausgangsposition in eine von der Ausgangsposition verschiedene Position bewegt wird. In der Ausgangsposition des Anschlagelements kann die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung minimal sein. Hierbei kann die Position des Anschlagelements aus dieser Ausgangsposition durch den weiteren Aktuator verändert werden, wodurch die maximal zulässige Verstellung vergrößert wird. Fällt z.B. der Aktuator aus, so kann das Anschlagelement durch die Federkraft in die Ausgangsposition zurückbewegt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lenkvorrichtung mindestens zwei Planetengetriebe zur Übertragung einer Drehbewegung der Eingangswelle oder der Ausgangswelle auf die Stelleinrichtung. Weiter ist ein maximal zulässiger Verdrehwinkel mindestens eines Funktionselements eines Planetengetriebes veränderbar. Das Planetengetriebe kann einen Teil der erläuterten mechanischen Übertragungsstrecke bereitstellen.
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Zur Ausbildung der Lenkvorrichtung mit mindestens zwei Planetengetrieben wird auf die eingangs erläuterte
WO 2010/125044 A1 verwiesen.
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In diesem Fall kann die Ventileinrichtung als hydraulisches Servoventil ausgebildet sein. Die Stelleinrichtung kann als Stellglied zur Steuerung der Lenkunterstützung in Abhängigkeit der Relativverdrehung der Eingangswelle gegenüber der Ausgangswelle ausgebildet sein. Die wenigstens zwei Planetengetriebe können zur Übertragung der Drehbewegung der Eingangswelle oder der Ausgangswelle auf die Stelleinrichtung dienen, wobei jeweils ein erstes Funktionselement des einen Planetengetriebes mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle und ein erstes Funktionselement des anderen Planetengetriebes der Stelleinrichtung drehfest verbunden ist und jeweils ein zweites Funktionselement zur Kopplung der Planetengetriebe vorgesehen ist. Weiter kann der wenigstens eine Aktuator derart angeordnet und/oder ausgestaltet sein, dass er eine gleichsinnige Verdrehung unter gleichzeitiger Relativverdrehung der beiden jeweils dritten Funktionselemente der Planetengetriebe zueinander bewirkt.
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Der maximal zulässige Verdrehwinkel des Funktionselements kann insbesondere durch das vorhergehend erläuterte mindestens eine Anschlagelement vorgegeben sein. Durch die Veränderung der Position des Anschlagelements kann somit der maximal zulässige Verdrehwinkel des Funktionselements verändert werden. Das Funktionselement kann insbesondere ein Hohlrad oder ein Sonnenrad des Planetengetriebes sein.
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Weiter kann der Aktuator in Dreheingriff mit den dritten Funktionselementen der Planetengetriebe stehen. Weiter kann der Aktuator über ein einziges Antriebsrad in Dreheingriff mit den dritten Funktionselementen der Planetengetriebe stehen. Weiter kann das Antriebsrad ein zweistufiges Ritzel sein und die dritten Funktionselemente können jeweils eine unterschiedliche Außenverzahnung aufweisen. Weiter können zur Abdichtung zwischen Aktuator und Planetengetriebe ein Wellendichtring oder ein O-Ring vorgesehen sein. Weiter kann der Aktuator ein Schrittmotor oder ein Servomotor sein. Weiter können die dritten Funktionselemente jeweils unbegrenzt drehbar sein. Weiter kann das erste Funktionselement ein Sonnenrad, das zweite Funktionselement ein oder mehrere Planetenräder und das dritte Funktionselement ein Hohlrad sein.
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Es ist weiter möglich, dass die Lenkvorrichtung in diesem Fall gemäß einer der in der
WO 2010/125044 A1 offenbarten Ausführungsform der Servolenkbaugruppe ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein maximal zulässiger Verdrehwinkel mindestens eines Hohlrades eines Planetengetriebes, insbesondere mindestens eines der beiden vorhergehend erläuterten Planetengetriebe, veränderbar. Die mindestens zwei Planetengetriebe und ihre Bestandteile können Elemente der mechanischen Übertragungsstrecke zwischen dem Aktuator und der Stelleinrichtung bilden. Insbesondere kann mindestens ein Anschlagelement derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass durch Veränderung der Position dieses Anschlagelements der maximal zulässige Verdrehwinkel des mindestens einen Hohlrades veränderbar ist. Beispielsweise kann das mindestens eine Anschlagelement beweglich an einem Gehäuse der Lenkvorrichtung oder der Stelleinrichtung angeordnet sein, wobei zumindest ein Teil des Planetengetriebes, insbesondere ein Hohlrad des Planetengetriebes, im Gehäuse angeordnet sein kann.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Anschlagelement ortsfest relativ zum Gehäuse angeordnet werden kann und damit einfach zu montieren ist, insbesondere weil das Hohlrad keine großen Winkelausschläge ausführt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Anschlagelement mindestens einen stabförmigen Abschnitt auf, wobei sich der Abschnitt hin zu einem freien Ende des stabförmigen Abschnitts verjüngt. Eine Position des stabförmigen Abschnitts ist veränderbar. Beispielsweise kann die Position des stabförmigen Abschnittes derart verändert werden, dass ein Element der mechanischen Übertragungsstrecke je nach Position des stabförmigen Abschnittes an verschiedene Teilabschnitte des stabförmigen Abschnitts anschlägt. In diesem Fall kann der maximal zulässige Verstellweg des Elements der mechanischen Übertragungsstrecke, beispielsweise des Hohlrades des Planetengetriebes, umso größer sein, je näher der Teilabschnitt, an dem das Element der mechanischen Übertragungsstrecke anschlägt, hin zum freien Ende des stabförmigen Abschnitts angeordnet ist.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein besonders einfach herzustellendes Anschlagelement.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Anschlagelement mindestens eine Scheibe, wobei eine Winkelposition der Scheibe veränderbar ist. Die Scheibe kann insbesondere konzentrisch zu mindestens einem Funktionselement, insbesondere konzentrisch zum Hohlrad oder zum Sonnenrad, des Planetengetriebes angeordnet werden. Hierbei kann die mindestens eine Scheibe relativ zu dem Funktionselement verdrehbar sein. Es ist z.B. möglich, dass die konzentrische Scheibe drehbar auf einer Welle angeordnet ist, wobei an der Welle ein Sonnenrad des Planetengetriebes befestigt ist.
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Die Scheibe kann hierbei mindestens eine Erhebung aufweisen, wobei mindestens ein Element der mechanischen Übertragungsstrecke, insbesondere ein Hohlrad oder ein Sonnenrad des Planetengetriebes, oder ein daran befestigtes korrespondierendes Anschlagelement an dieser Erhebung anschlagen kann. Die Erhebung kann beispielsweise als Anschlagstift ausgebildet sein.
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Vorzugsweise kann das Anschlagelement zwei Scheiben umfassen, wobei eine Scheibe einen maximal positiven Verstellweg und die weitere Scheibe einen maximal negativen Verstellweg des Elements der mechanischen Übertragungsstrecke begrenzt bzw. festlegt.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine mechanisch einfache Integration in eine Lenkvorrichtung mit Planetengetrieben.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung in Abhängigkeit mindestens einer fahrdynamischen Größe veränderbar.
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Die Lenkvorrichtung kann in dieser und auch in den weiteren beschriebenen Ausführungsformen eine Steuer- und Auswerteeinrichtung umfassen. Mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann die maximal zulässige aktuaturbedingte Verstellung der Stelleinrichtung verändert werden. Beispielsweise kann mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung der weitere Aktuator derart angesteuert werden, dass das mindestens eine Anschlagelement eine gewünschte Position einnimmt.
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Mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung insbesondere in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit veränderbar sein. Beispielsweise kann die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung umso kleiner sein, je größer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Betriebssicherheit der Lenkvorrichtung erhöht werden. So können bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten hohe Lenkkräfte benötigt werden, z.B. zum Parken oder Rangieren des Fahrzeugs. In diesem Falle kann es erwünscht sein, hohe Lenkmomente und somit hohe Zusatzmomente zu erzeugen. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann es in umgekehrter Weise wünschenswert sein, ein maximal erzeugbares Lenkmoment und somit auch ein maximal erzeugbares Zusatzmoment zu begrenzen. Dies ergibt sich einerseits daraus, dass bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten nur geringe Lenkmomente erforderlich sind. Weiter können fehlerhaft erzeugte hohe Lenkmomente bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten eine Betriebssicherheit des Fahrzeuges verändern.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Zusatzmoments mittels einer Lenkvorrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. In dem Verfahren wird eine maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung verändert.
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Durch das Verfahren kann insbesondere ein maximal erzeugbarer aktuatorbedingter Anteil des Zusatzmomentes veränderbar sein.
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Insbesondere kann die maximal zulässige aktuatorbedingte Verstellung der Stelleinrichtung in Abhängigkeit mindestens einer fahrdynamischen Größe, vorzugsweise in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit, verändert werden. Dies wurde vorhergehend erläutert.
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Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung,
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2 eine schematische Seitenansicht eines Anschlagelements in einer ersten Ausführungsform und
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3 eine schematische Seitenansicht eines Anschlagelements in einer zweiten Ausführungsform.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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In
1 ist ein schematischer Querschnitt entlang einer Längsachse einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung
1 dargestellt. Diese ist im Wesentlichen wie die in
1 der eingangs erläuterten
WO 2010/125044 A1 dargestellten und beschriebenen Ausführungsform einer Servolenkbaugruppe ausgebildet.
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Mittels der Lenkvorrichtung 1 kann eine Drehbewegung einer Ausgangswelle 28 auf eine Stelleinrichtung 26 übertragen werden. Ein erstes Planetengetriebe 30 ist der Stelleinrichtung 26 zugeordnet. Ein zweites Planetengetriebe 40 ist der Ausgangswelle 28 zugeordnet. Eine andere mögliche Bauform der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung 1 ist, die Drehbewegung einer Eingangswelle 22 auf die Stelleinrichtung 26 zu übertragen, wobei dann ein Planetengetriebe 30, 40 der Eingangswelle 22 und das zweite Planetengetriebe 40, 30 der Stelleinrichtung 26 zugeordnet ist. Die Lenkvorrichtung 1 umfasst die Eingangswelle 22, die Ausgangswelle 28 und die Stelleinrichtung 26. Die Eingangswelle 22 ist über eine nicht dargestellte Lenksäule mit einem Lenkrad verbunden. Die Ausgangswelle 28 ist wiederum mittelbar mit einer nicht dargestellten hydraulischen Einrichtung zur Erzeugung eines Zusatzmoments und darüber mit drehbaren, nicht dargestellten Rädern eines Fahrzeugs verbunden. Die Eingangswelle 22 ist über einen Torsionsstab 24, der zumindest teilweise von der Eingangswelle 22 umgeben ist, mit der Ausgangswelle 28 verbunden, wobei der Torsionsstab 24 an einem Ende drehfest mit der Eingangswelle 22 und an einem weiteren Ende drehfest mit der Ausgangswelle 28 verbunden ist. Ferner ist konzentrisch zur Eingangswelle 22 und um diese herum die Stelleinrichtung 26 angeordnet. Die Stelleinrichtung 26 ist relativ zu der Eingangswelle 22 dreh- und/oder verschiebbar gelagert.
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Insbesondere kann die Stelleinrichtung 26 einen äußeren Zylinder 26a und einen inneren Zylinder 26b umfassen. Der innere Zylinder 26b kann drehfest mit der Eingangswelle 22 verbunden sein. Der äußere Zylinder 26a kann bewegbar, insbesondere verdrehbar, mit einem Gehäuse 21 der Lenkvorrichtung 1 verbunden sein. Wird die Eingangswelle 22 gegenüber der Ausgangswelle 28 verdreht, so wird der innere Zylinder 26a gegenüber dem äußeren Zylinder 26b verdreht werden. Durch die Verdrehung kann eine Durchflussrate eines Fluids durch einen Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder 26b, 26a verändert werden. Weiter dargestellt ist, dass in dem Gehäuse 21 das erste Planetengetriebe 30 und das zweite Planetengetriebe 40 angeordnet sind. Jedes Planetengetriebe 30, 40 umfasst ein Sonnenrad 36, 46, mehrere Planetenräder 34, 44 und ein Hohlrad 32, 42. Das erste Planetengetriebe 30 ist der Stelleinrichtung 26 und das zweite Planetengetriebe 40 der Ausgangswelle 28 zugeordnet. Hierbei sind die Sonnenräder 36, 46 jeweils drehfest mit der Stelleinrichtung 26 bzw. mit der Ausgangswelle 28 verbunden. Die Hohlräder 32, 42 der beiden Planetengetriebe 30, 40 sind voneinander unabhängig drehbar gelagert. Die Kopplung der zwei Planetengetriebe 30, 40 wird durch einen gemeinsamen Planetenträger 48 erreicht, welcher die Planetenräder 34, 44 der zwei Getriebe 30, 40 jeweils auf gemeinsamen Wellen 49 trägt. Die Planetenräder 34, 44 sind hierbei unabhängig voneinander auf den Wellen 49 gelagert.
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Die Hohlräder 32, 42 der zwei Planetengetriebe 30, 40 weisen jeweils eine Außenverzahnung sowie eine Innenverzahnung auf. Insbesondere weisen die Hohlräder 32, 42 unterschiedliche Außenverzahnungen auf, wobei die Anzahl der Zähne des Hohlrads 42 allgemein kleiner ist als die Anzahl der Zähne des Hohlrads 32. Das Hohlrad 32 des ersten Planetengetriebes 30 weist bevorzugt eine Außenverzahnung von 130 bis 190 Zähnen auf. Noch bevorzugter weist die Außenverzahnung 150 bis 170 Zähne auf. Das Hohlrad 42 des zweiten Planetengetriebes 40 weist eine Außenverzahnung auf, die bevorzugt 1 bis 10 Zähne und besonders bevorzugt 1 bis 4 Zähne weniger aufweist als die Außenverzahnung des Hohlrads 32.
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Weiter umfasst die Lenkvorrichtung 1 einen Aktuator 50. Ein zweistufiges Ritzel 54 ist drehfest mit einer Antriebswelle 52 des Aktuators 50 verbunden. Mit der Außenverzahnung der beiden Hohlräder 32, 42 steht das zweistufige Ritzel 54 in Dreheingriff. Das zweistufige Ritzel 54 kann ebenfalls zwei unterschiedliche Verzahnungen aufweisen.
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Der Aktuator 50 ist außerhalb des Gehäuses 21 angeordnet. Dies ist jedoch nicht zwingend. Der Aktuator 50 kann insbesondere ein Elektromotor sein. Der Aktuator 50 kann insbesondere ein Schrittmotor sein. Dieser kann eine bevorzugte Schrittweite aus einem Bereich von 0,1° bis 10°, insbesondere 0,5° bis 5° und besonders bevorzugt 0,9° aufweisen. Der Aktuator 50 treibt das zweistufige Ritzel 54 über die Antriebswelle 52 direkt an. An der Stelle, an der der Aktuator 50 an dem Gehäuse 21 angebracht ist, weist das Gehäuse 21 eine Öffnung auf, durch die die Antriebswelle 52 samt Ritzel 54 zu Montagezwecken geführt werden kann. Abdichtungen zwischen Aktuator 50 und den Planetengetrieben 30, 40 erfolgt durch einen in 1 nicht dargestellten Wellendichtring, O-Ring oder dergleichen. Der gemeinsame Planetenträger 48 der beiden Planetengetriebe 30, 40 ist drehbar mittels entsprechender Lager an der Ausgangswelle 28 gelagert.
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Weiter ist in 1 dargestellt, dass an dem Hohlrad 32 des ersten Planetengetriebes 30 ein Anschlagelement 56 angeordnet ist. Das Anschlagelement 56 welches auch als korrespondierendes Anschlagelement bezeichnet werden kann, ist hierbei an einer Seitenfläche des Hohlrades 32 angeordnet, wobei das Anschlagelement 56 von dieser Seitenfläche hin zum Gehäuse 21 ragt.
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Weiter dargestellt ist ein Anschlagelement 58, dessen Position veränderbar ist. Nicht in 1 dargestellt ist ein weiterer Aktuator zur Veränderung der Position des Anschlagelements 58. Die Position des Anschlagelements 58 kann insbesondere relativ zu einem Referenzkoordinatensystem verändert werden, wobei das Referenzkoordinatensystem ein gehäusefestes Koordinatensystem sein kann.
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Dreht der Aktuator 50 die Antriebswelle 52, so wird auch das Hohlrad 32 des ersten Planetengetriebes 30 verdreht. Der maximal zulässige Verdrehwinkel ist hierbei durch eine Position des Anschlagelements 58 festgelegt. Da die Position dieses Anschlagelements 58 veränderbar ist, kann auch der maximal zulässige Verdrehwinkel des Hohlrads 32 des ersten Planetengetriebes 30 verändert werden.
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Alternativ zu dieser in 1 dargestellten Ausführungsform kann ein Anschlagelement auch an der Antriebswelle 52 des Aktuators 50 angeordnet sein. Ein weiteres Anschlagelement und ein weiterer Aktuator zur Veränderung der Position dieses weiteren Anschlagelements kann dann derart im oder am Gehäuse 21 angeordnet sein, dass die Anschlagelemente 56, 58 zur Begrenzung der Bewegung der Antriebswelle 52 miteinander wechselwirken können.
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Weiter alternativ kann ein Anschlagelement auch an dem Hohlrad 42 des zweiten Planetengetriebes 40 angeordnet sein. Auch in diesem Fall kann ein weiteres Anschlagelement und ein weiterer Aktuator zur Veränderung der Position dieses weiteren Anschlagelements derart im oder am Gehäuse 21 angeordnet sein, dass die Anschlagelemente 56, 58 zur Begrenzung der Bewegung des Hohlrads 42 miteinander wechselwirken können.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht eines Anschlagelements 58. Dargestellt ist das Hohlrad 32 des ersten Planetengetriebes 30 (siehe 1) sowie das daran befestigte (korrespondierende) Anschlagelement 56. Das Anschlagelement 58 ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet. Eine Breite der Schenkel des U-förmig ausgebildeten Anschlagelements 58 verringert sich hin zu einem freien Ende 60 der Schenkel.
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Dargestellt ist ein weiterer Aktuator 62, der beispielsweise als elektrischer, hydraulischer, pneumatischer oder mechanischer Aktuator ausgebildet sein kann. Ist der Aktuator 62 als mechanischer Aktuator ausgebildet, so kann er beispielsweise als fliehkraftbetriebener Aktuator ausgebildet sein. Insbesondere kann der weitere Aktuator 62 in dieser Ausführungsform als Zug-Schub-Aktuator ausgebildet sein. Mittels des weiteren Aktuators 62 kann das Anschlagelement 58 relativ zu dem Gehäuse 21 (siehe 1) verschoben werden. Dies bedeutet, dass eine Position des Anschlagelements 58 in dem Referenzkoordinatensystem veränderbar ist.
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In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der maximal zulässige Verdrehwinkel des Hohlrades 32 des ersten Planetengetriebes 30 minimal, wenn der weitere Aktor 62 das Anschlagelement 58 derart positioniert, dass das korrespondierende Anschlagelement 56 bei Verdrehung des Hohlrades 32 an Abschnitten 64 der Schenkel anschlägt, wobei die Breite der Schenkel in diesen Abschnitten 64 konstant und maximal ist.
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Ein maximal zulässiger Verdrehwinkel wird maximiert, wenn der weitere Aktuator 62 das Anschlagelement 58 derart positioniert, dass das korrespondierende Anschlagelement 56 bei Verdrehung des Hohlrades 32 im Endbereich der freien Enden 60 an das Anschlagelement 58 anschlägt.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Anschlagelements 58 in einer weiteren Ausführungsform. Das Anschlagelement 58 umfasst eine erste Scheibe 66 und eine weitere Scheibe 68. An der ersten Scheibe 66 ist ein erster Anschlagstab 70 befestigt. An der weiteren Scheibe 68 ist ein weiterer Anschlagstab 72 befestigt. Weiter dargestellt ist das Hohlrad 32 des ersten Planetengetriebes 30 (siehe 1) mit dem korrespondierenden Anschlagelement 56.
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Die Scheiben 66, 68 sind hierbei drehbar um eine Achse gelagert, die konzentrisch zur Drehachse des Hohlrades 32 ist. Die Scheiben 66, 68 sind hierbei relativ zu dem Hohlrad 32 beweglich.
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Weiter dargestellt ist ein pneumatischer Aktor 74, wobei der pneumatische Aktor 74 als sogenannter pneumatischer Muskel ausgebildet sein kann. Ein erstes Ende 76 des pneumatischen Aktors 74 ist mit der ersten Scheibe 66 verbunden. Ein weiteres Ende 78 des pneumatischen Aktor 74 ist mit der weiteren Scheibe 68 verbunden. Dehnt sich der pneumatische Aktor aus, so werden die Scheiben 66, 68 gegensinnig um ihre Drehachsen verdreht. Hierdurch wird der maximal zulässige Verdrehwinkel des Hohlrades 32 verringert. Zieht sich der pneumatische Aktor 74 zusammen, werden die Scheiben 66, 68 ebenfalls gegensinnig um ihre Drehachsen verdreht. Bei dieser Verdrehung werden die Anschlagstäbe 70, 72 jedoch derart bewegt, dass der maximal zulässige Verdrehwinkel des Hohlrades 32 vergrößert wird. Der pneumatische Aktor 74 umfasst ein Federelement 80, wobei das Federelement keine Federkraft auf die beiden freien Enden 76, 78 ausübt, wenn sich die Scheiben 66, 68 in einer Ausgangsdrehstellung befinden. In dieser Ausgangsdrehstellung ist der maximal zulässige Verdrehwinkel für das Hohlrad 32 minimal. Wird der pneumatische Aktor 74 gedehnt, so werden die Scheiben 66, 68 aus der Ausgangsdrehstellung verdreht. Durch die Ausdehnung wird auch das Federelement 80 gedehnt, wodurch eine der Ausdehnung entgegengesetzte Federkraft auf die freien Enden 76, 78 wirkt. Diese Federkraft unterstützt das Zurückbewegen der Scheiben 66, 68 in ihre Ausgangsdrehstellung, insbesondere falls eine Energieversorgung des pneumatischen Aktors 74 ausfällt.
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Alternativ zum dem pneumatischen Aktor 74 kann die Lenkvorrichtung 1 auch eine Spindel und einen Aktuator zu Verdrehung der Spindel umfassen. Die Spindel kann am Gehäuse 21 gelagert und derart mit den Scheiben 66, 68 mechanisch gekoppelt sein, dass bei Verdrehung der Spindel auch die Scheiben 66, 68 verdreht und somit eine Position der Anschlagstäbe 70, 72 verändert werden kann.
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Weiter alternativ kann die Lenkvorrichtung 1 auch zwei weitere Aktuatoren umfassen, wobei durch einen dieser weiteren Aktuatoren die erste Scheibe 66 verdrehbar und somit eine Position des ersten Anschlagstabs 70 veränderbar ist und durch den verbleibenden Aktuator die weitere Scheibe 68 verdrehbar und somit eine Position des weiteren Anschlagstabs 72 veränderbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkvorrichtung
- 21
- Gehäuse
- 22
- Eingangswelle
- 24
- Torsionsstab
- 26
- Stelleinrichtung
- 26a
- innerer Zylinder
- 26b
- äußerer Zylinder
- 28
- Ausgangswelle
- 30
- erstes Planetengetriebe
- 32
- Hohlrad des ersten Planetengetriebes
- 34
- Planetenräder des ersten Planetengetriebes
- 36
- Sonnenräder des ersten Planetengetriebes
- 40
- zweites Planetengetriebe
- 42
- Hohlrad des zweiten Planetengetriebes
- 44
- Planetenräder des zweiten Planetengetriebes
- 46
- Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes
- 48
- Planetenträger
- 49
- Welle
- 50
- Aktuator
- 52
- Antriebswelle
- 54
- Ritzel
- 56
- korrespondierendes Anschlagelement
- 58
- Anschlagelement
- 60
- freies Ende
- 62
- weiterer Aktuator
- 64
- Abschnitt
- 66
- erste Scheibe
- 68
- weitere Scheibe
- 70
- Anschlagstab
- 72
- Anschlagstab
- 74
- pneumatischer Aktor
- 76
- erstes freies Ende
- 78
- weiteres freies Ende
- 80
- Federelement
