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Die Erfindung betrifft eine Relativführungsvorrichtung für eine radträgerseitig angeordnete Lenkanordnung sowie für das räumliche Führen und die Beibehaltung der relativen räumlichen Orientierung der Lenkanordnung zu einer Fahrzeugkarosserie. Ferner betrifft die Erfindung eine Lenkkraftübertragungsvorrichtung zur Übertragung einer Lenkkraft auf ein Rad eines Fahrzeuges sowie eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Üblicherweise wird eine Lenkbewegung an einem Lenkrad eines Fahrzeuges über ein Lenkgetriebe bzw. über eine Lenkanordnung vom Lenkrad an die lenkbaren Räder übertragen.
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Hierzu ist das Lenkgetriebe mit Wellen und Gelenken sowie Übersetzungen ausgebildet. Eventuell ist auch ein Lenkkraftverstärker für eine sog. Servolenkung zwischengeschaltet.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, wird bei konventionellen Fahrwerken mit Einzelradaufhängung die Lenkbewegung über das Lenkrad und eine Spurstange inklusive Spurhebel in einen Radträger eingeleitet. Des Weiteren ist bei diesen Fahrwerken die Lenkachse durch die festen radseitigen Gelenkpunkte eindeutig festgelegt.
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Aus der
US 3,741,581 A ist beispielsweise bekannt, Kegelräder bzw. ein Kegelradgetriebe zu nutzen, um das Lenkmoment in seiner Richtung umzuleiten und um eine direkte Momenteneinleitung hin zu einem Radträger sicherzustellen.
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Die Lenkungs- und Radaufhängungseinheit ist dabei fest mit dem Rahmen verbunden. Es findet keinerlei Führung über Querlenker statt, somit liegt eine feste Lenkachse vor, welche während des Lenkvorgangs ortsfest bleibt, abgesehen vom Einfedern entlang der Lenkachse.
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Die Übertragung des Lenkmomentes in das Kegelradgetriebe, ausgehend vom Lenkrad, findet hier über eine starre Welle statt. Des Weiteren besteht zwischen Kegelradgetriebe und der Achse/Radaufhängung eine feste Verbindung, so dass keinerlei zusätzliche Relativbewegung der Achse/Radaufhängung zum Kegelradgetriebe möglich ist.
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Auch sind Lenkvorrichtungen mit gebogenem Querlenker (vgl. z. B.
DE 10 2016 211 385 A1 ) bekannt, bei denen es sich um eine Mehrlenkerradaufhängung mit unterschiedlich in der Höhe angeordneten Querlenkern handelt, welche eine speziell gebogene Form aufweisen.
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Durch die Auflösung der radseitigen Gelenkpunkte entsteht bei der Lenkbewegung eine Verschiebung der radseitigen Gelenkpunkte aller Querlenker. Das Resultat ist eine Lenkachse, welche sich normal zur Horizontal-Ebene im Fahrzeugkoordinatensystem bewegt.
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Die bisherige Lösung ein Lenkmoment in den Radträger einzuleiten, beinhaltet einen Lenkaktor und ein Hebelsystem, bestehend aus Aktorlenker und Spurlenker, welches das Drehmoment an den Radträger leitet.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass das wirksame Moment, welches am Radträger ankommt, stark vom aktuellen Lenkwinkel abhängt. Mit wirksamen Moment ist das Moment am Radträger gemeint, welches ausgehend vom Aktor über das Hebelsystem bzw. eine Hebelkinematik eingeleitet wird.
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Durch die Hebelkinematik und die unterschiedlichen Winkelverhältnisse sinkt das wirksame Moment erheblich bei erhöhten Radeinschlagwinkeln.
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In 7 ist ein Radträger mit einem Rad R gemäß obigen Ausführungen dargestellt. In 8 ist in einem Diagramm das wirksame Moment (Ordinate) über den Lenkwinkel (Abszisse) aufgetragen. Diem kann entnommen werden, dass bei hohen Lenkwinkeln, ab ca. +/-50° ist das wirksame Moment am Radträger zu gering ist, um die, in einer Fahrsituation entstehenden, Reifenkräfte abzustützen. Somit wird der maximal erreichbare Lenkwinkel eingeschränkt.
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Zusätzlich wird der nichtlineare Zusammenhang zwischen Lenkwinkel und Aktordrehwinkel (Drehung der Lenkmotorausgangswelle) in dargestellt. Dieser nichtlineare Zusammenhang bringt einen erheblichen Regelungsaufwand mit sich.
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Aus der
DE 10 2014 004 231 A1 ist eine Lenkvorrichtung bekannt, welche zur Verschwenkung von wenigstens einem lenkbaren, an einer Aufhängung gegenüber einem Chassis eines Kraftfahrzeugs gefedert angeordneten Fahrzeugrades dient. Das lenkbare Fahrzeugrad ist an einem Achsschenkel drehbar gelagert, ferner ist ein Stellmotor vorgesehen, der eine drehbare Abtriebswelle aufweist, und wobei eine gelenkige Welle vorgesehen ist, die einerseits mit der Abtriebswelle des Stellmotors drehfest verbunden ist und die andererseits eine Verzahnung trägt, die mit einer mit dem Achsschenkel drehfest verbundenen Gegenverzahnung derart in Eingriff steht, dass eine Drehung der Abtriebswelle des Stellmotors eine Verdrehung des lenkbaren Fahrzeugrades um die Schwenkachse bewirkt.
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Die
DE 17 55 633 A beschreibt eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge. Die Lenkvorrichtung bezieht sich auf zwei gelenkte Räder, welche mit Achsschenkeln am Achszapfen gelagert sind.
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Aus der
DE 93 19 878 U1 ist eine Lenkungsvorrichtung bekannt, welche eine Lenksäule aufweist, die durch eine Kupplungsvorrichtung mit einer Unterwagengelenkanordnung trennbar verbunden ist.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Relativführungsvorrichtung, eine Lenkkraftübertragungsvorrichtung und/oder eine Radaufhängung anzugeben, welche kostengünstig und materialsparend herstellbar ist/sind sowie vorzugsweise einerseits ein hohes wirksames Moment am Radträger bewirkt/bewirken und günstigerweise andererseits einen linearen Zusammenhang zwischen Aktordrehwinkel und Radlenkwinkel aufweist/aufweisen.
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Auch ist es vorzugsweise Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bewegung der Lenkachse während des Lenkvorgangs auszugleichen.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Relativführungsvorrichtung für eine radträgerseitig angeordnete Lenkanordnung sowie für das räumliche Führen und die Beibehaltung der relativen räumlichen Orientierung der Lenkanordnung zu einer Fahrzeugkarosserie wenigstens eine teleskopierbare Bewegungseinrichtung zum bewegbaren Verbinden der radträgerseitig angeordneten Lenkanordnung mit der Fahrzeugkarosserie. Auch ist es mit der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung zusätzlich möglich, eventuelle Bewegungen der Lenkachse einer Radaufhängung auszugleichen.
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Auf diese Weise kann mithilfe der Bewegungseinrichtung z. B. eine Lenkanordnung derart relativ zu einer Fahrzeugkarosserie bewegt werden, dass die räumliche Orientierung bzw. Ausrichtung der Lenkanordnung zur Fahrzeugkarosserie stets unverändert ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann die Relativführungsvorrichtung unter Zuhilfenahme der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung innerhalb einer Ebene (beispielsweise X-Y Ebene) verschoben werden bzw. eine Lenkanordnung verschieben, insbesondere linear verschieben.
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Daher ist es zudem bevorzugt, dass die Relativführungsvorrichtung die wenigstens eine teleskopierbare Bewegungseinrichtung zum linear bewegbaren Verbinden der radträgerseitig angeordneten Lenkanordnung mit der Fahrzeugkarosserie umfasst. Das linear bewegbare Verbinden kann beispielsweise mittels einer Linearführung realisiert werden.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die teleskopierbare Bewegungseinrichtung mit ihrem ersten Ende an einer Führungseinrichtung der Relativführungsvorrichtung befestigbar ist.
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Vorzugsweise ist das erste Ende der Bewegungseinrichtung kraft- und/oder formschlüssig an der Führungseinrichtung der Relativführungsvorrichtung befestigbar. Vorteilhafterweise ist die teleskopierbare Bewegungseinrichtung mit ihrem zweiten Ende an der Lenkanordnung bewegbar befestigbar, insbesondere gelenkig befestigbar.
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Auch ist es günstig, wenn am zweiten Ende der Bewegungseinrichtung ein Verbindungsteil zur Bildung eines Zylindergelenks angeordnet ist.
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Günstigerweise umfasst die teleskopierbare Bewegungseinrichtung mindestens ein ausziehbares Element und mindestens eine Gleitlagerungseinrichtung, wobei bevorzugterweise das mindestens eine ausziehbare Element in der mindestens einen Gleitlagerungseinrichtung linear bewegbar geführt wird.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die Relativführungsvorrichtung eine Führungseinrichtung zum räumlichen Führen der Bewegungseinrichtung aufweist. Mithilfe der Führungseinrichtung ist es möglich, die Bewegungseinrichtung, welche vorzugsweise in einer Ebene (beispielsweise in der X-Y Ebene) verschiebbar ist, räumlich zu führen. D.h., dass vorzugsweise die Führungseinrichtung die Bewegungseinrichtung ebenfalls in einer Ebene (beispielsweise X-Y Ebene) verschieben bzw. führen kann, aber auch eine Führung entlang einer weiteren Dimension (beispielsweise entlang der Z-Achse) realisieren kann. Auf diese Weise ist es also möglich, die Bewegungseinrichtung mithilfe der Führungseinrichtung in allen drei Raumrichtungen zu bewegen. Günstigerweise ist die Führungseinrichtung als Parallelogrammführung ausgebildet. Somit kann die telekopierbare Bewegungseinrichtung innerhalb einer Ebene (beispielsweise X-Y Ebene) um eine größere Strecke verfahren werden. Auch erlaubt die Parallelogrammführung ein Schwenken innerhalb einer Ebene (zum Beispiel X-Y Ebene), wodurch die Bewegungsfreiheit der Bewegungseinrichtung in einer Ebene bzw. in einer Bewegungsebene erhöht wird.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Bewegungseinrichtung an der Führungseinrichtung angeordnet ist. Dies erlaubt es die Bewegungseinrichtung anhand einer Bewegung der Führungseinrichtung zu bewegen. Selbstverständlich gilt dies auch umgekehrt.
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Vorzugsweise umfasst die Führungseinrichtung mindestens ein Führelement, das die teleskopierbare Bewegungseinrichtung mit einer Fahrzeugkarosserie bewegbar verbindet.
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Vorteilhafterweise weist die Führungseinrichtung mindestens ein Gelenk zum Ausgleich einer relativen Bewegung der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung gegenüber einer Fahrzeugkarosserie auf.
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Günstigerweise ist das mindestens eine Gelenk als Kugelgelenk oder zumindest als Drehgelenk ausgebildet.
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Auch ist es günstig, wenn das mindestens eine Gelenk an dem ersten Ende des mindestens einen Führelements angeordnet ist.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn ein zweites Ende des mindestens einen Führelements der Führungseinrichtung mit der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung verbunden ist, insbesondere an der mindestens einen Gleitlagerungseinrichtung befestigt ist.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Führungseinrichtung wenigstens ein Verbindungselement zur Befestigung der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung an dem mindestens einen Führelement umfasst.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Verbindungselement an dem zweiten Ende des mindestens einen Führelements angeordnet.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Verbindungselement mit dem mindestens einen Führelement über ein Drehgelenk verbunden ist. Auf diese Weise ist das relative Verdrehen der beiden Elemente zueinander in einer Ebene (z. B. in einer X-Y Ebene) möglich.
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Vorteilhafterweise dienen die oben genannten Merkmale der Realisierung einer Parallelogrammführung. Dies gilt günstigerweise ebenfalls für die nachfolgenden Merkmale, die vorteilhafterweise eine Parallelogrammführung in einer konkreteren Weise beschreiben.
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Bevorzugterweise umfasst die Führungseinrichtung zwei Führelemente und zwei Verbindungselemente.
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Vorzugsweise verbinden die Verbindungselemente die zweiten Enden der zwei Führelemente drehbar miteinander.
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Auch ist es günstig, wenn jeweils ein Kugelgelenk am ersten Ende der Führelemente und jeweils ein Drehgelenk am zweiten Ende der Führelemente angeordnet ist. Vorteilhafterweise verbinden die Verbindungselemente die beiden Führelemente an deren zweiten Ende derart miteinander, dass mithilfe der Drehgelenke die Verbindungselemente relativ zu den Führelementen in einer Ebene (z. B. in einer X-Y Ebene) drehbar sind.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Lenkkraftübertragungsvorrichtung zur Übertragung einer Lenkkraft auf ein Rad eines Fahrzeuges.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Relativführungsvorrichtung, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Lenkkraftübertragungsvorrichtung Anwendung finden können. Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend die Relativführungsvorrichtung können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden. Bevorzugterweise umfasst eine Lenkkraftübertragungsvorrichtung zur Übertragung einer Lenkkraft auf ein Rad eines Fahrzeuges:
- - eine radträgerseitig angeordnete Lenkanordnung, die an der Lenkachse eines Fahrzeugrades anordenbar ist, und
- - eine Lenkkraftübertragungswelle zur Übertragung der Lenkkraft von einer an der Fahrzeugkarosserie angeordneten Lenkkrafteinrichtung hin zur Lenkanordnung.
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Ferner ist es bevorzugt, dass die Lenkkraftübertragungswelle teleskopierbar ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine Übertragung der Lenkkraft bei sich verändernder Lage der Lenkachse und somit bei sich verändernder Lage der Lenkanordnung relativ zur Fahrzeugkarosserie kontinuierlich gewährleistet werden.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die Lenkkraftübertragungswelle als Kardanwelle ausgebildet ist. Dies erlaubt eine Kraftübertragung trotz räumlicher Bewegung der Lenkkraftübertragungswelle.
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Vorzugsweise weisen zum Ausgleich von Ungleichförmigkeiten der Kardanwelle die beiden Kardangelenke gleiche Beugungswinkel auf. Dies wird insbesondere durch die Relativführungseinrichtung ermöglicht.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn ein Gehäuseteil der Lenkanordnung eine Aufnahme umfasst, in die ein Verbindungsteil der Bewegungseinrichtung, insbesondere am zweiten Ende der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung ausgebildet, eingesetzt ist, um ein Zylindergelenk zu bilden. Somit ist die Lenkanordnung relativ zur Fahrzeugkarosserie bzw. die Lenkanordnung relativ zur Bewegungseinrichtung mithilfe des Zylindergelenks bewegbar.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Lenkkraftübertragungswelle zwei Gelenkgabeln umfasst, von denen die eine an der Lenkanordnung, insbesondere zur Realisierung eines Zylindergelenks, und die andere an der Lenkkrafteinrichtung angeordnet sind.
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Günstigerweise liegen die Gelenkgabeln in einer Ebene.
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Vorzugsweise ist die Lenkanordnung als Lenkgetriebe oder als mindestens ein Lenkkraftaktuator ausgebildet.
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Vorteilhafterweise ist das Lenkgetriebe als Kegelradgetriebe ausgebildet.
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Hierbei ist es günstig, wenn die Kegelräder eine Palloid-Verzahnung aufweisen. Auch ist es von Vorteil, wenn an dem Kegelrad, dessen Drehachse die Drehachse des Fahrzeugrades bildet, ein Sensor zur Erfassung der Raddrehung angeordnet ist.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Radaufhängung für ein Fahrzeug.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Lenkkraftübertragungsvorrichtung, wie sie unter dem zweiten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Radaufhängung Anwendung finden können.
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Auch wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Relativführungsvorrichtung, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Radaufhängung Anwendung finden können.
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Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten und zweiten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend die Relativführungsvorrichtung und die Lenkkraftübertragungsvorrichtung können auch hier unter dem dritten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
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Bevorzugterweise umfasst die Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug:
- - einen Radträger, und
- - eine Relativführungsvorrichtung nach dem ersten Aspekt.
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Ferner ist bevorzugt, dass die Radaufhängung entweder mindestens einen Lenkkraftaktuator oder eine Lenkkraftübertragungsvorrichtung nach dem zweiten Aspekt umfasst.
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Im Falle einer Lenkkraftübertragungsvorrichtung bzw. im Falle der Verwendung einer Lenkkraftübertragungsvorrichtung ist es günstig, wenn die Lenkanordnung als Lenkgetriebe ausgebildet ist und die radträgerseitig angeordnete Lenkanordnung der Lenkkraftübertragungsvorrichtung, die vorzugsweise mit dem Radträger verbunden ist, relativ drehbar gegenüber dem Radträger ausgebildet ist. Somit ist die Lenkanordnung mithilfe der Relativführungsvorrichtung stets räumlich gleichorientiert zu einer Fahrzeugkarosserie führbar.
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Denn durch die relative Drehung der Lenkanordnung bzw. des Lenkgetriebes gegenüber dem Radträger sowie der Anordnung der Relativführungsvorrichtung am Lenkgetriebe bzw. an einem Gehäuseteil des Lenkgetriebes und an der Fahrzeugkarosserie bleibt die räumliche Orientierung des Lenkgetriebes zur Fahrzeugkarosserie gleich; und das obwohl sich der Radträger dreht, sich auf und ab bewegt und zur Fahrzeugkarosserie hin- und wegbewegt.
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Im Falle eines mindestens einen Lenkkraftaktuators bzw. im Falle der Verwendung eines mindestens einen Lenkkraftaktuators als Lenkanordnung ist es bevorzugt, wenn der Lenkkraftaktuator an dem Radträger angeordnet und relativ drehbar gegenüber dem Radträger ausgebildet ist. Somit ist der mindestens eine Lenkkraftaktuator mithilfe der Relativführungsvorrichtung stets räumlich gleichorientiert zu einer Fahrzeugkarosserie führbar.
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Denn durch die relative Drehung des Lenkkraftaktuators gegenüber dem Radträger sowie der Anordnung der Relativführungsvorrichtung am Lenkkraftaktuator bzw. an einem Gehäuseteil des Lenkkraftaktuators und an der Fahrzeugkarosserie bleibt die räumliche Orientierung des Lenkkraftaktuators zur Fahrzeugkarosserie gleich; und das obwohl sich der Radträger dreht, sich auf und ab bewegt und zur Fahrzeugkarosserie hin- und wegbewegt.
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Aufgrund der Relativführungsvorrichtung der Radaufhängung ist es nun möglich, einerseits ein hohes wirksames Moment am Radträger zu bewirken und vorzugsweise andererseits einen linearen Zusammenhang zwischen Aktordrehwinkel und Radlenkwinkel sicherzustellen.
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Ferner kann auch die Bewegung der Lenkachse während des Lenkvorgangs ausgeglichen werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein Gehäuseteil der Lenkanordnung eine Aufnahme umfasst, in die vorzugsweise ein Verbindungsteil der Bewegungseinrichtung, insbesondere am zweiten Ende der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung ausgebildet, eingesetzt ist, um ein Zylindergelenk zu bilden. Somit ist die Lenkanordnung relativ zur Fahrzeugkarosserie bzw. die Lenkanordnung relativ zur Bewegungseinrichtung mithilfe des Zylindergelenks bewegbar.
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Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
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Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - eine Relativführungsvorrichtung für eine radträgerseitig angeordnete Lenkanordnung sowie für das räumliche Führen und die Beibehaltung der relativen räumlichen Orientierung der Lenkanordnung zu einer Fahrzeugkarosserie.
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Hierbei stellt die Relativführungsvorrichtung vorzugsweise sicher, dass die Lenkanordnung räumlich gleich orientiert zur Fahrzeugkarosserie geführt wird.
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Unter der räumlich gleichorientierten Führung der Lenkanordnung wird in der vorliegenden Beschreibung verstanden, dass die Lenkanordnung beispielsweise ein Gehäuseteil umfasst, dessen räumliche Orientierung unverändert zur Fahrzeugkarosserie geführt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird unter der räumlich gleichorientierten Führung der Lenkanordnung verstanden, dass dieses nicht räumlich verdreht werden kann, sondern dessen Normalenvektor, der senkrecht auf dem Gehäuseteil der Lenkanordnung bzw. auf der Lenkanordnung steht, stets gleichorientiert bleibt. Vorzugsweise ist der Normalenvektor des Gehäuseteils bzw. der Lenkanordnung in Richtung zur Fahrzeugkarosserie ausgerichtet, wobei der Normalenvektor vorteilhafterweise zu der Seite der Fahrzeugkarosserie ausgerichtet ist, an der die Relativführungsvorrichtung angeordnet ist.
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Ferner betrifft vorteilhafterweise die Erfindung - wie bereits erwähnt - eine Lenkkraftübertragungsvorrichtung zur Übertragung einer Lenkkraft auf ein Rad eines Fahrzeuges sowie eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Günstigerweise umfasst die Erfindung ein Kegelradgetriebe, welches oben auf einem Radträger sitzt und entsprechend gelagert ist, und welches vorzugsweise über eine Parallelführung (zum Beispiel eine Parallelogrammführung bzw. eine Führungseinrichtung) mit Längenausgleich (Bewegungseinrichtung) definiert zum Rahmen eines Fahrzeuges bzw. zu einer Fahrzeugkarosserie geführt wird.
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Für die Übertragung des Drehmoments, das der Lenkung eines Fahrzeugrades dient, ist vorzugsweise eine Doppelkreuzgelenkwelle (Kardanwelle) mit integriertem Längenausgleich vorgesehen. Durch den Längenausgleich in der Parallelführung und in der Kardanwelle über jeweilige Gelenke ist es möglich, eine elliptische Bahn der Lenkachse auszugleichen und das aufgebrachte Drehmoment eines Lenkaktors (Lenkkraftaktuators) direkt in den Radträger einzuleiten.
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Mit Hilfe der definierten Führungskinematik der Gehäuse-Parallelführung bzw. der Führungseinrichtung ist vorzugsweise sichergestellt, dass zusätzlich zum Winkel am Lenkaktor, der Lenkwinkel direkt am Radträger detektiert werden kann, was die Messgenauigkeit steigert und somit eine präzisere Regelung der Radstellung erlaubt. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die vorgestellte Erfindung vorteilhafterweise eine direkte Momenteneinleitung erlaubt und gleichzeitig nur eine geringfügig höhere ungefederte Masse darstellt.
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Ferner ist es dadurch gelungen, die Problematik der zu niedrigen wirksamen Momente zu lösen und gleichzeitig die Regelbarkeit zu steigern.
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Durch die Parallelführung kann mit Hilfe eines Lenkwinkelsensors am Radträger der Lenkwinkel direkt erfasst werden und mit dem Drehwinkel des Aktors (Lenkkraftaktuators) abgeglichen werden, um so die Messbarkeit zu steigern.
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Eine höhere Messgenauigkeit ermöglicht zudem eine genauere Regelung auf den gewünschten Lenkwinkel.
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Ferner sorgt vorzugsweise die Führung bzw. Sicherungseinrichtung der Lenkanordnung in Verbindung mit der Kardanwelle für einen verspannungsfreien Betrieb des Systems. Federbewegungen und gleichzeitige Lenkwinkeländerungen können auch ausgeglichen werden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Relativführungsvorrichtung sowie auf eine erfindungsgemäße Lenkkraftübertragungsvorrichtung an einer Radaufhängung;
- 2 eine 3-dimensionale Ansicht auf 1;
- 3 eine seitliche Ansicht auf 1 bzw. 2;
- 4 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Relativführungsvorrichtung, Lenkkraftübertragungsvorrichtung und Radaufhängung bei einem ersten Lenkeinschlag;
- 5 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Relativführungsvorrichtung, Lenkkraftübertragungsvorrichtung und Radaufhängung bei einem zweiten Lenkeinschlag;
- 6 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Relativführungsvorrichtung, Lenkkraftübertragungsvorrichtung und Radaufhängung bei einem dritten Lenkeinschlag;
- 7 eine Draufsicht auf eine Radaufhängung aus dem Stand der Technik;
- 8 ein Diagramm zur Darstellung des Lenkmoments der Radaufhängung bzw. des Rades aus 7 gegenüber dem Lenkwinkel; und
- 9 ein Diagramm zur Darstellung des Aktorwinkels der Radaufhängung bzw. des Rades aus 7 gegenüber dem Lenkwinkel.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Relativführungsvorrichtung 1 sowie auf eine erfindungsgemäße Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30 an einer Radaufhängung 50.
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Des Weiteren zeigt 2 eine 3-dimensionale Ansicht auf 1, wobei 3 eine seitliche Ansicht auf die 1 bzw. 2 zeigt.
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Der Einfachheit und Kürze halber werden die 1 bis 3 nachfolgend gemeinsam beschrieben.
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Genauer dargestellt zeigen die 1 bis 3 eine Radaufhängung 50 für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Hierbei umfasst die Radaufhängung 50 einen Radträger 51, eine Relativführungsvorrichtung 1 und eine Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30.
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Vorab kurz zusammengefasst, um einen Überblick zu geben, ist gemäß 1 bis 3 eine radträgerseitig angeordnete Lenkanordnung 31 der Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30, die mit dem Radträger 51 verbunden ist, relativ drehbar gegenüber dem Radträger 51 ausgebildet. Somit kann die Lenkanordnung 31, ausgebildet als Lenkgetriebe 31, mithilfe der Relativführungsvorrichtung 1 stets räumlich gleichorientiert zu einer Fahrzeugkarosserie 40 geführt werden.
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Konkreter erläutert, dient die Relativführungsvorrichtung 1 dazu, dass radträgerseitig angeordnete Lenkgetriebe 31 derart räumlich zu führen, dass die relative räumliche Orientierung des Lenkgetriebes 31 zu einer Fahrzeugkarosserie 40 (lediglich als Bezugszeichen angedeutet) beibehalten werden kann.
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Unter der Beibehaltung der räumlichen Orientierung des Lenkgetriebes 31 zu einer Fahrzeugkarosserie 40 wird hier vorzugsweise verstanden, dass das Lenkgetriebe beispielsweise ein Gehäuseteil 19 umfasst, dessen räumliche Orientierung unverändert zur Fahrzeugkarosserie 40 geführt wird.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, wird unter der Beibehaltung der räumlichen Orientierung des Lenkgetriebes 31 verstanden, dass dieses nicht räumlich verdreht werden kann, sondern dessen Normalenvektor, der senkrecht auf dem Gehäuseteil 19 des Lenkgetriebes 31 steht, stets gleichorientiert bleibt.
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Hierbei ist der Normalenvektor des Gehäuseteils 19 in Richtung zur Fahrzeugkarosserie 40 ausgerichtet, wobei der Normalenvektor zu der Seite der Fahrzeugkarosserie 40 ausgerichtet ist, an der die Relativführungsvorrichtung 1 angeordnet ist.
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Die Relativführungsvorrichtung 1 hat gemäß den 1 bis 3 eine teleskopierbare Bewegungseinrichtung 2 zum bewegbaren Verbinden des radträgerseitig angeordneten Lenkgetriebes 31 mit der Fahrzeugkarosserie 40.
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Wie unschwer den Figuren zu entnehmen, hat die teleskopierbare Bewegungseinrichtung 2 ein erstes Ende 3 und ein zweites Ende 4.
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Hierbei ist die teleskopierbare Bewegungseinrichtung 2 mit ihrem ersten Ende 3 an einer Führungseinrichtung 5 der Relativführungsvorrichtung 1 kraftschlüssig befestigt. An ihrem zweiten Ende 4 hingegen ist sie an dem Lenkgetriebe 31 bewegbar befestigt. Dies wird im vorliegenden Fall unter anderem dadurch erzielt, dass am zweiten Ende 4 der Bewegungseinrichtung 2 ein Verbindungsteil 18 zur Bildung eines Zylindergelenks angeordnet ist.
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Auch geht aus den 1 bis 3 hervor, dass die teleskopierbare Bewegungseinrichtung 2 zwei ausziehbare Elemente 21 und zwei Gleitlagerungseinrichtungen 22 umfasst, wobei jedes ausziehbare Element 21 in einer Gleitlagerungseinrichtung 22 linear bewegbar geführt wird.
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Wie bereits angedeutet, hat die Relativführungsvorrichtung 1 eine Führungseinrichtung 5 zum räumlichen Führen der Bewegungseinrichtung 2.
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Die Führungseinrichtung 5 ist im vorliegenden Fall als Parallelogrammführung ausgebildet.
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Wie ferner den 1 bis 3 zu entnehmen, ist die Bewegungseinrichtung 2 an der Führungseinrichtung 5 angeordnet, wobei die Führungseinrichtung 5 zwei Führelement 6, 7 umfasst. Die Führelemente 6, 7 verbinden die teleskopierbare Bewegungseinrichtung 2 mit der Fahrzeugkarosserie 40 bewegbar.
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Dies wird im vorliegenden Fall dadurch erzielt, dass die Führungseinrichtung 5 zwei Gelenke 16, 17 zum Ausgleich einer relativen Bewegung der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung 2 gegenüber einer Fahrzeugkarosserie 40 hat.
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Hierbei sind die Gelenke 16, 17 als Kugelgelenk ausgebildet, wobei jedes Gelenk 16, 17 an dem ersten Ende 8, 9 eines Führelements 6, 7 angeordnet ist.
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Des Weiteren zeigen die 1, 2 und 3, dass jeweils ein zweites Ende 10, 11 eines Führelements 6, 7 der Führungseinrichtung 5 mit der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung 2 bzw. an den Gleitlagerungseinrichtungen 22 befestigt ist.
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Hierzu hat die Führungseinrichtung 5 zwei Verbindungselemente 12, 13 zur Befestigung der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung 2 an den Führelementen 6, 7, wobei jedes Verbindungselement 12, 13 jeweils an einem zweiten Ende 10, 11 der Führelemente 6, 7 angeordnet ist.
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Genauer dargestellt sind die Verbindungselemente 12, 13 mit dem jeweiligen bzw. entsprechenden Führelement 6, 7 über jeweils ein Drehgelenk 14, 15 verbunden. Nachstehend werden der Einfachheit halber nochmals die obigen Ausführungen kurz zusammengefasst.
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Wie aus den 1 bis 3 hervorgeht, umfasst die Führungseinrichtung 5 zwei Führelemente 6, 7 und zwei Verbindungselemente 12, 13, wobei die Verbindungselemente 12, 13 die zweiten Enden 10, 11 der zwei Führelemente 6, 7 miteinander drehbar verbinden.
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Ferner ist jeweils ein Kugelgelenk 16, 17 am ersten Ende 8, 9 der Führelemente 6, 7 und jeweils ein Drehgelenk 14, 15 am zweiten Ende 10, 11 der Führelemente 6, 7 angeordnet.
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Des Weiteren sind die Verbindungselemente 12, 13 mit den Führelemente 6, 7 an deren zweiten Ende 10, 11 derart miteinander verbunden, dass mithilfe der Drehgelenke 14, 15 die Verbindungselemente 12, 13 relativ zu den Führelementen 6, 7 drehbar sind.
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Wie bereits eingangs der Figurenbeschreibung erwähnt, zeigen die 1 bis 3 ferner eine Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30 zur Übertragung einer Lenkkraft auf ein Rad R eines Fahrzeuges.
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Die Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30 hat ein radträgerseitig angeordnetes Lenkgetriebe 31, das an der Lenkachse L eines Fahrzeugrades R angeordnet ist, sowie eine Lenkkraftübertragungswelle 32 zur Übertragung der Lenkkraft von einer an der Fahrzeugkarosserie 40 angeordneten Lenkkrafteinrichtung 33 hin zum Lenkgetriebe 31.
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Wie den 1 bis 3 zu entnehmen, ist die Lenkkraftübertragungswelle 32 teleskopierbar ausgebildet, um eine Übertragung der Lenkkraft bei sich verändernder Lage der Lenkachse L und somit des Lenkgetriebes 31 relativ zur Fahrzeugkarosserie 40 kontinuierlich zu gewährleisten.
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Konkret zeigen die Figuren, dass die Lenkkraftübertragungswelle 32 als Kardanwelle ausgebildet ist, wobei zum Ausgleich von Ungleichförmigkeiten der Kardanwelle 32 die beiden Kardangelenke gleiche Beugungswinkel haben.
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Auch zeigen die 1 bis 3, dass ein Gehäuseteil 19 des Lenkgetriebes 31 eine Aufnahme 20 umfasst, in die ein Verbindungsteil 18 der Bewegungseinrichtung 2 eingesetzt ist, um ein Zylindergelenk zu bilden.
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Genauer dargestellt, ist die Aufnahme 20 am zweiten Ende 4 der teleskopierbaren Bewegungseinrichtung 2 ausgebildet.
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Des Weiteren hat die Lenkkraftübertragungswelle 32 zwei Gelenkgabeln, von denen die eine an dem Lenkgetriebe 31 und die andere an der Lenkkrafteinrichtung 33 angeordnet ist. Beide Gelenksgabeln sind so ausgebildet, dass diese in einer Ebene liegen.
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Wie bereits angedeutet, ist das Lenkgetriebe 31 als Kegelradgetriebe ausgebildet, wobei die Kegelräder 34, 35 eine Palloid-Verzahnung aufweisen.
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Ferner ist an dem Kegelrad 35, dessen Drehachse L die Drehachse des Fahrzeugrades R bildet, ein Sensor 36 (nur als Bezugszeichen angedeutet) zur Erfassung der Raddrehung angeordnet.
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Abschließend sei noch erwähnt, dass es alternativ zu der Kraftübertragungsvorrichtung 30 auch möglich ist, dass die Radaufhängung 50 einen Lenkkraftaktuator (nicht dargestellt) hat.
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In einem solchen Falle ist der Lenkkraftaktuator an dem Radträger 51 angeordnet und relativ drehbar gegenüber dem Radträger 51 ausgebildet, sodass der Lenkkraftaktuator mithilfe der Relativführungsvorrichtung 1 stets räumlich gleichorientiert zu einer Fahrzeugkarosserie 40 führbar ist.
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Im Endeffekt unterscheidet sich also der Lenkkraftaktuator in Alternative zu einem Lenkgetriebe dadurch, dass die Lenkkraft direkt am Radträger erzeugt wird und nicht hin zum Radträger transferiert werden muss.
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Nachstehend werden die 1 bis 3 nochmals, jedoch mit anderen Worten, beschrieben.
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In den 1 bis 3 ist das Konzept eines Lenksystems bzw. Radaufhängung 50 für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dargestellt.
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Auf der rechten Seite (vergleiche insbesondere 2 und 3) ist die Lenkkrafteinrichtung 33 rahmenfest am Fahrzeug bzw. an der Karosserie 40 angebracht. Ausgehend von diesem Aktor bzw. der Lenkkrafteinrichtung 33 wird zur Übertragung der Momente eine Doppelkreuzgelenkwelle, kurz Kardanwelle, mit integriertem Längenausgleich verwendet.
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Des Weiteren ist es günstig, wenn die beiden inneren Gelenkgabeln in einer Ebene liegen.
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Sind diese Voraussetzungen konstruktiv erfüllt, wird der Winkelfehler ausgeglichen und das Moment kann ohne Schwankungen an den Radträger 51 weitergeleitet werden.
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Für die direkte Einleitung des Drehmoments in den Radträger 51 ist das dargestellte Lenkgetriebe 31 inklusive Kegelradstufe verantwortlich.
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Die Kegelradstufe ist in der vorliegenden Konstruktion notwendig, damit das Moment um 90° in seiner Wirkrichtung umgelenkt werden kann.
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Die vollständige Lagerung des Lenkgetriebes 31 erfolgt mittels geeigneter Komponenten. Insbesondere in den 2 und 3 dargestellt, befindet sich am linken Ende des Gehäuseteils 19 eine Aufnahme 20 für die Relativführungsvorrichtung 1.
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Durch das Zylindergelenk, realisiert von der Aufnahme 20 und dem Verbindungsteil 18, wird sichergestellt, dass das ganze System die Ein- und Ausfederbewegung ausgleichen kann.
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Ein weiterer Ausgleich einer Winkelbewegung (Sturz am Rad R beim Lenkvorgang) kann entfallen, da durch die Kinematik der Radaufhängung 50 eine über den Lenkvorgang sturzfreie Bewegung vorherrscht.
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Als Verzahnung der Kegelräder wurde eine Verzahnung gewählt, welche sich durch hohen Überdeckungsgrad und hohe Laufruhe auszeichnet.
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Die Verwendung von zwei doppelreihigen Schrägkugellagern (nicht dargestellt) als Lagerung für die Kegelräder 34, 35 lässt sich bestens mit dem verfügbaren Bauraum vereinbaren.
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Der Lagersitz befindet sich direkt auf dem Wellenzapfen des Radträgers 51, an welchem die Momenteneinleitung stattfindet.
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Ein weiterer Aspekt bei der Umsetzung des Lenksystems bzw. der Radaufhängung 50 ist die Führung des Lenkgetriebes 31 zum Rahmen bzw. zu Fahrzeugkarosserie 40. Diese muss sicherstellen, dass die Gehäuserückwand bzw. das Gehäuseteil 19 parallel zur Rahmenanbindung / zur Fahrzeugkarosserie 40 geführt wird. Eine derartige Führung wird, wie bereits mehrfach in der vorliegenden Beschreibung erwähnt, von der Relativführungsvorrichtung 1 realisiert.
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Aufgrund der gleichbleibenden räumlichen Orientierung des Gehäuseteils 19 wird gewährleistet, dass der Lenkwinkel direkt über den Wellenzapfen des Radträgers 51 bestimmt werden kann.
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Nachstehend wird 1 nochmals kurz beschrieben.
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1 zeigt die Komponenten der Radaufhängung 50, der Relativführungsvorrichtung 1 sowie der Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30.
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Hierbei besteht die Relativführungsvorrichtung 1 aus einer Führungseinrichtung 5, welche im Nachgang eine längenvariable bzw. telekopierbare Bewegungseinrichtung 2 führt, was zum Ausgleich der Lenkachsenbewegung beiträgt.
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Durch die Anbindung an das Getriebegehäuse bzw. an das Gehäuseteil 19 des Lenkgetriebes über ein Zylindergelenk ist zusätzlich die Radhubbewegung mit abgesichert. Des Weiteren ist die Längenvariabilität über zwei Stäbe bzw. ausziehbare Elemente 21 realisiert, die an der Parallelführung bzw. an der Führungseinrichtung 5 über Gleitbuchsen bzw. Gleitlagerungseinrichtungen 22 angebracht sind.
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Die Parallelführung bzw. die Relativführungsvorrichtung 1 besitzt zur Realisierung der Radhubbewegung zwei Kugelgelenke.
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Zum Radträger 51 hin, werden Zylindergelenke verwendet, da an dieser Stelle noch kein Ausgleich der Radhubbewegung erfolgen soll.
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Die Lenkkraftübertragungswelle 32 an sich verfügt über ein Keilwellenprofil zur Übertragung der Drehmomente und über zwei Kreuzgelenke, welche es erlauben, die Momente um einen bestimmt Winkel umzuleiten.
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Die benötigte Längenvariabilität der Lenkkraftübertragungswelle 32 resultiert aus der Kinematik der Lenkachse, und somit aus der Kinematik der Radaufhängung 50.
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4 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Relativführungsvorrichtung 1, die Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30 und die Radaufhängung 50 bei einem ersten Lenkeinschlag.
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5 hingegen zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Relativführungsvorrichtung 1, die Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30 und die Radaufhängung 50 bei einem zweiten Lenkeinschlag.
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Und 6 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Relativführungsvorrichtung 1, Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30 und Radaufhängung 50 bei einem dritten Lenkeinschlag.
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Ausgehend von 5 wird das Rad R im Uhrzeigersinn gedreht, um dieses in die Position dargestellt in 4 zu bringen, wohingegen eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn das Rad R in die Position nach 6 bringt.
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Mithilfe der vorgestellten Relativführungsvorrichtung 1, Lenkkraftübertragungsvorrichtung 30 und Radaufhängung 50 ist es möglich, ein Fahrzeug auf einfache Weise senkrecht zu einer vorhandenen Parklücke einzuparken.
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Ferner ist es auch möglich, ein Fahrzeug, insbesondere ein Automobil, auf der Stelle zu wenden.
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Mithilfe der vorgestellten Erfindung ist es des Weiteren möglich, den Lenkeinschlag eines Rades R nach links und/oder rechts kontinuierlich zu gestalten, sodass aus der normalen Fahrt eines Fahrzeuges heraus die Radpositionen, wie den 4, 5 und 6 gezeigt, eingenommen werden können. Auf diese Weise der Straßenverkehr mit einem Minimum gestört beziehungsweise beeinträchtigt.
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Abschließend sei noch erwähnt, dass 7 eine Draufsicht auf eine Radaufhängung aus dem Stand der Technik, 8 ein Diagramm zur Darstellung des Lenkmoments der Radaufhängung bzw. des Rades aus 7 gegenüber dem Lenkwinkel, und 9 ein Diagramm zur Darstellung des Aktorwinkels der Radaufhängung bzw. des Rades aus 7 gegenüber dem Lenkwinkel zeigt.
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7, 8 und 9 wurden bereits eingangs der Beschreibung erläutert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Relativführungsvorrichtung
- 2
- teleskopierbare Bewegungseinrichtung
- 3
- erstes Ende der Bewegungseinrichtung
- 4
- zweites Ende der Bewegungseinrichtung
- 5
- Führungseinrichtung
- 6
- Führelement
- 7
- Führelement
- 8
- erstes Ende des Führelements
- 9
- erstes Ende des Führelements
- 10
- zweites Ende des Führelements
- 11
- zweites Ende des Führelements
- 12
- Verbindungselement
- 13
- Verbindungselement
- 14
- Drehgelenk
- 15
- Drehgelenk
- 16
- Kugelgelenk
- 17
- Kugelgelenk
- 18
- Verbindungsteil
- 19
- Gehäuseteil des Lenkgetriebes / Lenkanordnung
- 20
- Aufnahme
- 21
- ausziehbares Element
- 22
- Gleitlagerungseinrichtung
- 30
- Lenkkraftübertragungsvorrichtung
- 31
- Lenkanordnung / Lenkgetriebe
- 32
- Lenkkraftübertragungswelle / Kardanwelle
- 33
- Lenkkrafteinrichtung
- 34
- Kegelrad
- 35
- Kegelrad
- 36
- Sensor
- 40
- Fahrzeugkarosserie
- 50
- Radaufhängung
- 51
- Radträger
- L
- Lenkachse
- R
- Fahrzeugrad
