-
Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung zum Einstellen eines Radeinschlagwinkels eines Rades eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Hinterrades, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Durch die
DE 10 2006 020 041 A1 wurde eine gattungsgemäße Lenkvorrichtung zur Lenkung der Hinterräder eines Kraftfahrzeuges bekannt. Die Hinterräder sind bei der bekannten Lenkvorrichtung über Lenker und Spurstangen mit einem Fahrzeugaufbau, einem so genannten Hilfsrahmen verbunden. Die Lenkung der Hinterräder beruht darauf, dass eine Spurstange in ihrer Länge verstellbar ist und auf den bzw. die Radträger wirkt, an denen jeweils ein Rad drehbar gelagert ist. Dadurch wird ein Radeinschlag der Hinterräder erreicht. Die Längenänderung der Spurstange wird über einen Elektromotor mit Riementrieb und einen Drehspindelantrieb bewirkt. Bei abgeschaltetem Elektromotor wird die Position der Spurstange durch eine elektromagnetisch betätigte Blockiereinrichtung fixiert. Dabei greift ein Magnetstößel formschlüssig in das Abtriebsrad des Riementriebes ein. Die Festsetzung der Riemenabtriebsscheibe erfolgt vorzugsweise bei stromlosem Magneten, d. h. durch Federkraft. Der bekannte Riementrieb weist keine Spannvorrichtung zur Aufrechterhaltung der Riemenspannung auf.
-
In der
DE 10 2011 006 890 A1 wird vorgeschlagen, dass der Riementrieb eine Riemenspannvorrichtung aufweist und dass die Blockiereinrichtung durch die Riemenspannvorrichtung automatisch betätigbar ist.
-
Alternativ ist aus der
DE 10 2009 028 568 A1 eine Vorrichtung zur Blockierung eines linearen Stellantriebs, umfassend eine von einem Motor angetriebene nicht selbsthemmende Bewegungsschraube, deren Spindel den Hauptabtrieb bildet, bekannt. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine selbsthemmende Bewegungsschraube, deren Spindel oder deren Mutter über ein Getriebe mit dem Motor dauerhaft oder über eine schaltbare im stromlosen Zustand offene Kupplung lösbar in Wirkverbindung steht, wobei das nicht mit dem Motor in Wirkverbindung stehende Bauteil der selbsthemmenden Bewegungsschraube, nämlich die Mutter für den Fall, dass die Spindel mit dem Motor in Wirkverbindung steht und umgekehrt einen Anschlag für die den Hauptabtrieb des linearen Stellantriebs bildende Spindel bildet, wobei der Anschlag entsprechend der gezielten axialen Verschiebung der den Hauptabtrieb des linearen Stellantriebs bildenden Spindel bei gleichzeitiger Selbsthemmung synchron axial verstellt wird.
-
Grundsätzlich wird ein beträchtlicher Aufwand für die Möglichkeit der Blockierung des Stellantriebs betrieben. Der Stellantrieb für die Hinterachslenkung ist aber vergleichbar dynamisch wie eine Vorderachslenkung, d. h. die Blockierung des Stellantriebs ist vor allem ein Zugeständnis für die Fahrsicherheit bei einem Systemfehler oder gar Systemausfall. Bevorzugt ist daher die Blockierung mit einem Lenkwinkel von 0°, welche der Geradeausstellung der Räder entspricht. Dieses ist die am einfachsten beherrschbare Hinterradstellung, entsprechend einer herkömmlichen Achse ohne Hinterradlenkung.
-
Die vorliegende Erfindung befasst mit der Minimierung des Aufwands für eine Notbetriebsfunktion des Stellantriebs, derart, dass die Blockiereinrichtung von einem zweiten Fahrzeugsystem gebildet wird, das mit der Lenkvorrichtung zumindest mittelbar über einen Signalaustausch verbunden ist und durch die Ausnutzung von dynamischen Stellkräften außerhalb der Antriebseinheit auf den Radträger die Blockierfunktion bewirkt.
-
Der große Vorteil besteht darin, dass die Lenkvorrichtung für die Hinterräder keine Blockiereinrichtung aufweisen muss und dadurch konstruktiv deutlich einfacher gehalten werden kann. Es werden nicht nur Kosten, sondern auch Bauräume gespart. Zudem wird die Lenkvorrichtung deutlich robuster.
-
Bei einer ersten Ausführungsform wird das zweite Fahrzeugsystem von einem Bremssystem gebildet, das über die Einleitung von Bremskräften auf den Radträger einwirkt. Als Bremssystem kann ein Antiblockiersystem oder auch ein über die Bremse wirksames Fahrzeugstabilisierungssystem, auch unter dem Begriff ESP bekannt, dienen. Hierbei können die Räder einzeln gebremst werden.
-
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das zweite Fahrzeugsystem von einem Antriebsmomentverteilungssystem gebildet wird, das zumindest an der mit der Lenkvorrichtung bestückten Fahrzeugachse 1 radspezifische Antriebsmomente einleitet. Nicht nur Bremskräfte, sondern auch Antriebskräfte üben auf den Radträger Stellkräfte aus, die die Lenkvorrichtung in einer definierten Betriebsposition halten können.
-
Bei einer Variante wird durch das zweite Fahrzeugsystem der Schwerpunkt eines Fahrzeugaufbaus verlagerbar, wodurch der Radträger um seine Drehachse verschwenkt wird. Ein Fahrzeugaufbau weist im Stillstand und bei einer Normbeladung eine sogenannte Konstruktionslage auf. Wird die Konstruktionslage im Rahmen einer Fahrsituation verlassen, dann führt der Radträger bedingt durch seine Anlenkung innerhalb einer Fahrzeugachse 1 eine Schwenkbewegung aus. Diese Fahrsituation wird durch das zweite Fahrzeugsystem praktisch künstlich erzeugt.
-
Man kann z. B. vorsehen, dass das zweite Fahrzeugsystem von einem verstellbaren Stabilisator gebildet wird, der auf den Fahrzeugaufbau ein Rollmoment ausübt. Der Stabilisator soll gewöhnlich ein Gegenmoment zu einem Rollmoment erzeugen. Im Rahmen der Erfindung soll das Gegenmoment eine definierte Schrägstellung bewirken und damit den Schwerpunkt verlagern.
-
Alternativ kann das zweite Fahrzeugsystem von einem den Fahrzeugaufbau tragenden verstellbaren Federträger gebildet werden. Denkbar sind z. B. Luftfeder oder auch hydropneumatische Stellzylinder.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Effekt ausgenutzt, dass ein Rad abhängig vom Reifendruck Seitenkräfte übertragen kann. Diese Seitenkräfte bewirken eine Kraft, die über das Radführungsglied auf die Antriebseinrichtung übertragen wird. Das zweite Fahrzeugsystem wird von einer Reifendruckregelanlage gebildet, das durch eine Änderung des Reifendrucks mittelbar Stellkräfte auf das Radführungsglied ausübt und damit die Blockfunktion übernimmt.
-
Als weitere Möglichkeit kann das zweite Fahrzeugsystem von einer Vorderachslenkung gebildet werden, die einen Winkelfehler der Lenkvorrichtung kompensiert. Bei modernen Vorderachslenkungen gibt der Fahrer einen Lenkwinkel vor, der für die Kurvenfahrt geeignet erscheint. Die Vorderachslenkung kann jedoch über geeignete Sensoren feststellen, dass das Fahrzeug z. B. deutlich unter- oder übersteuert und der vorgesehene Kurvenradius nicht eingehalten werden kann. Dann korrigiert die Vorderachslenkung den vorgegebenen Lenkwinkel selbsttätig. Eine derartige Lenkung wird in der Literatur auch als Aktivlenkung bezeichnet. Wenn die Vorderachslenkung nun sensiert, dass die Lenkvorrichtung an der Hinterachse ausgefallen ist und an sich eine Blockierung notwendig wäre, dann kann die Vorderachslenkung einen Hinterachslenkungsfehler kompensieren.
-
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Es zeigt:
-
1 Prinzipschaubild einer Hinterachse mit einer Bremsanlage,
-
2 Prinzipschaubild einer Hinterachse mit einem Antriebsmomentenverteilungssystem,
-
3 u. 4 Prinzipschaubild einer Hinterachse mit einem System zur Verlagerung des Schwerpunkts,
-
5 Prinzipschaubild einer Hinterachse mit einem Fahrzeugsystem zur Ansteuerung eines Federträgers,
-
6 Prinzipschaubild einer Hinterachse mit einem Reifendruckregelsystem,
-
7 Prinzipschaubild einer Hinterachse einer Servolenkung an einer Vorderachse.
-
Die 1 zeigt das Prinzipschaubild einer Fahrzeugachse 1 als Teil eines Kraftfahrzeugs beliebiger Bauart. Die Fahrzeugachse 1 umfasst mindestens einen Radträger 3 für jeweils ein Fahrzeugrad 5. Dieser Radträger 3 ist um eine Drehachse 7 schwenkbar zur Fahrzeugachse 1 und damit auch zu einem Fahrzeugaufbau 9 gelagert. Seitlich versetzt zur Drehachse 7 ist an dem Radträger 3 ein Radführungsglied 11 in der Form einer starren Strebe mit einer Antriebseinheit 13 verbunden, dessen Abtriebswelle 15 axial verschiebbar ist, um auf den Radträger 3 ein Schwenkmoment auszuüben.
-
Über die Antriebseinheit 13 können die Fahrzeugräder 3 der Hinterachse eine Lenkbewegung ausführen, um z. B. den Geradeauslauf zu stabilisieren oder auch den Wendekreis des Kraftfahrzeugs zu minimieren. Dieses System stellt ein erstes Fahrzeugsystem dar.
-
In der 1 ist zusätzlich schematisch eine Fahrzeugbremsanlage als zweites Fahrzeugsystem 17 eingezeichnet. An beiden Radträgern 3 ist eine Radbremse 19 dargestellt, die über eine Druckmittelversorgung 21 betätigt wird. Ein Steuergerät 23 und diverse Ventile 25 sorgen für einen bestimmungsgemäßen Bremseingriff, um das Kraftfahrzeug abzubremsen und dabei richtungsstabil zu halten. Dabei werden beide Fahrzeugräder 5 individuell abgebremst. Bei jedem Bremsvorgang wirkt eine Bremskraft FB, die auf den Radträger ein Drehmoment um die Drehachse 7 ausübt.
-
Die Antriebseinheit 13 wird ebenfalls über ein Steuergerät betrieben, das mit dem Steuergerät 23 für die Fahrzeugbremsanlage 17 identisch sein kann. Es sind jedoch auch getrennte Steuergeräte denkbar. Grundsätzlich besteht jedoch ein Signalaustausch z. B. über eine Signalleitung 18 zwischen dem Fahrzeugsystem der Lenkvorrichtung und dem zweiten Fahrzeugsystem 17, hier die Fahrzeugbremsanlage.
-
Sollte der Fall eintreten, dass die Lenkvorrichtung blockiert werden soll (entspricht der Geradeausfahrt mit Lenkwinkel = 0°), da z. B. die Energieversorgung der Lenkvorrichtung ausgefallen ist, dann kann durch gezielte Bremseingriffe eine Bremskraft FB erzeugt werden, so dass durch die Ausnutzung dieser dynamischen Stellkraft eine Blockierung der Antriebseinheit 13 erreicht werden kann.
-
Die 2 zeigt ebenfalls ein Prinzipschaubild eines Kraftfahrzeugs mit einer Lenkvorrichtung 11; 13; 15 für die Hinterachse und einem zweiten Fahrzeugsystem 17 in der Ausführung eines Antriebsmomentenverteilungssystems, das zumindest an der mit der Lenkvorrichtung bestückten Fahrzeugachse 1, also der Hinterachse, radspezifische Antriebsmomente MA einleiten kann.
-
Ein Fahrzeugmotor 27 erzeugt ein Antriebsmoment, das über eine Kupplung 29 auf ein Verteilergetriebe 31 in eine Antriebseinheit 13 übertragen wird. Die Antriebseinheit verfügt über zwei Antriebswellen 33; 35. Jeweils eine Antriebswelle 33; 35 ist mit einem Achsgetriebe 37; 39 verbunden. Jedes Achsgetriebe 37; 39 wiederum ist mit einem Radgetriebe 41; 43 verbunden, das in seiner Momentenübersetzung einstellbar ist. Dazu sind der Fahrzeugmotor 27 und die Getriebe 41; 43 mit einem Steuergerät 45 verbunden.
-
An einer Vorderachse 47 ist symbolisch ein Lenker als Teil einer Vorderachslenkung 49 dargestellt. An der Hinterachse ist eine Lenkvorrichtung gemäß der 1 verwirklicht, also ein schwenkbarer Radträger 3, ein Radführungsglied 11 und eine Antriebseinheit 13; 15.
-
Das zweite Fahrzeugsystem 17 ist ebenfalls mit der Antriebseinheit 13 zumindest mittelbar vernetzt. Sollte die Antriebseinheit 13 nicht mehr mit Energie versorgt werden können und eine Blockierung einer definierten Radträgerwinkelstellung erforderlich sein, so kann diese Radträgerwinkelstellung durch die gezielte Einleitung eines Antriebsmoments MA eine Stellkraft auf das Radführungsglied 11 und damit auf die Antriebseinheit 13 ausgeübt werden, so dass über die Stellkraft eine Blockierung erreicht wird.
-
Die 3 und 4 zeigen vereinfacht einen Querschnitt durch ein Kraftfahrzeug mit Blick auf die als Hinterachse ausgeführte Fahrzeugachse 1. In 3 befindet sich der Fahrzeugaufbau 9 in der Horizontalstellung, die z. B. bei einer Geradeausfahrt vorliegt. Das Kraftfahrzeug verfügt neben der Lenkvorrichtung 3; 13; 15 über ein zweites Fahrzeugsystem 17, mit dem der Schwerpunkt 51 des Fahrzeugaufbaus 9 verlagerbar ist. Konkret wird das zweite Fahrzeugsystem 17 von einem über einen Schwenkmotor 53 verstellbaren Stabilisator 55 gebildet. Der Schwenkmotor 53 ist zwischen Stabilisatorabschnitten angeordnet und kann über ein z. B. hydraulisches System 57 ein Rollmoment ausüben. Der Stabilisator 55 kann selbstverständlich auch z. B. elektrisch betrieben werden, z.B. mittels eines elektromotorisch angetriebenen Wankstabilisators mit Rädergetriebe. Ein Steuergerät 59 des zweiten Fahrzeugsystems ist mit der Antriebseinheit 13 verbunden. Wie ein Vergleich der 3 und 4 zeigt, führt die Fahrzeugaufbaubewegung zu einer Änderung der Winkellage des Radträgers 3 zur Antriebseinheit der Lenkvorrichtung. Folglich kann über dieses Rollmoment eine Stellkraft auf die Antriebseinheit 13 ausgeübt werden, die zu einer Blockierung führt.
-
Die 5 zeigt eine Alternative zur 4. Abweichend wird ein verstellbarer Federträger 61 eingesetzt, der ebenfalls über eine Längenveränderung eine Schwenkbewegung des Radträgers 3 verursacht. Damit kann man z. B. eine Verlagerung des Fahrzeugaufbaus um eine Längs- oder eine Querachse nachbilden und eine Schwenkbewegung vergleichbar mit der Darstellung nach 4 erreichen, sodass ebenfalls eine Blockierung der Antriebseinheit möglich ist.
-
In der 6 wird zur Blockierung der Antriebseinheit ein Reifendruckregelsystem als zweites Fahrzeugsystem 17 eingesetzt. Das Reifendruckregelsystem 17 umfasst ein Steuergerät 63, das eine Ventilanordnung 65 zur Reifendruckeinstellung an den Fahrzeugrädern 5 ansteuert. Somit kann an jedem Fahrzeugrad 5 zumindest an der mit der Lenkvorrichtung bestückten Fahrzeugachse 1 selektiv der Reifendruck eingestellt werden. Der Reifendruck bestimmt die auf das Fahrzeugrad 5 und damit auf den Radträger 3 übertragbaren Kräfte. Folglich lassen sich bei vorgegebener Achsgeometrie auch unterschiedliche Stellkräfte auf den Radträger 3 ausüben und damit eine gezielte Blockierung der Antriebseinheit 13 erreichen.
-
Die Variante nach 7 zeigt eine Hinterachse 1 gemäß der 1. An der Vorderachse ist als zweites Fahrzeugsystem 17 eine Servolenkung (eine hydraulisch und/oder elektrisch kraftunterstützte Lenkung), vorzugsweise Überlagerungslenkung, ausgeführt, die in Abhängigkeit einer Lenkwinkelvorgabe über ein Lenkrad 67 an ein Steuergerät 69 einem Aktuator 71 einen Stellwinkel vorgibt.
-
Wenn die Lenkvorrichtung 11; 13; 15 an der Hinterachse 1 ausfällt und eine Blockierfunktion wünschenswert wäre, dann greift das Steuergerät 69 ein, in dem es über den Signalaustausch mit der Lenkvorrichtung 11; 13; 15 den Ausfall erfasst und den Stellwinkel an der Servolenkung 17 entsprechend korrigiert, um einen Winkelfehler der Lenkvorrichtung zu kompensieren, und damit in der Wirkung eine Blockierung der Lenkvorrichtung 11; 13; 15 nachzubilden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeugachse
- 3
- Radträger
- 5
- Fahrzeugrad
- 7
- Drehachse
- 9
- Fahrzeugaufbau
- 11
- Radführungsglied
- 13
- Antriebseinheit
- 15
- Abtriebswelle
- 17
- zweites Fahrzeugsystem
- 18
- Signalleitung
- 19
- Radbremse
- 21
- Druckmittelversorgung
- 23
- Steuergerät
- 25
- Ventil
- 27
- Fahrzeugmotor
- 29
- Kupplung
- 31
- Verteilergetriebe
- 33
- Antriebswelle
- 35
- Antriebswelle
- 37
- Achsgetriebe
- 39
- Achsgetriebe
- 41
- Radgetriebe
- 43
- Radgetriebe
- 45
- Steuergerät
- 47
- Vorderachse
- 49
- Vorderachslenkung
- 51
- Schwerpunkt
- 53
- Schwenkmotor
- 55
- Stabilisator
- 57
- hydraulisches System
- 59
- Steuergerät
- 61
- Federträger
- 63
- Steuergerät
- 65
- Ventilanordnung
- 67
- Lenkrad
- 69
- Steuergerät
- 71
- Aktuator
- FB
- Bremskraft
- MA
- Antriebsmoment
-
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 102006020041 A1 [0002]
- DE 102011006890 A1 [0003]
- DE 102009028568 A1 [0004]
