DE102018214128A1

DE102018214128A1 - Lenkungssystem für ein Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102018214128A1
Application number: DE102018214128.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Knoll; Detlef Baasch; Jens Heimann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-02-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkungssystem für ein Nutzfahrzeug, mit einem elektromechanischen Lenkaktuator zum Verstärken einer Lenkkraft, welcher eine Abtriebswelle zum Übertragen eines mit dem elektromechanischen Lenkaktuator erzeugbaren Drehmoments aufweist, einer Hebelwelle zum Übertragen der verstärkten Lenkkraft mit einem an der Hebelwelle angeordneten Hebel auf eine Lenkstange, wobei die Hebelwelle mit der Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators zum Aufnehmen des Drehmoments verbunden ist, und zwei voneinander beabstandeten Lagern, welche die Hebelwelle an zwei Stützbereichen lagern. Die Erfindung betrifft zudem ein Nutzfahrzeug mit einem derartigen Lenkungssystem.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkungssystem für ein Nutzfahrzeug mit einem Lenkaktuator zum Verstärken einer Lenkkraft und einer Hebelwelle zum Übertragen der verstärkten Lenkkraft mit einem an der Hebelwelle angeordneten Hebel auf eine Lenkstange.
Im Nutzfahrzeugbereich sind hydraulisch betriebene Lenkaktuatoren bekannt, welche eine hydraulische Lenkkraftunterstützung in einer Lenkanlage eines Nutzfahrzeugs bereitstellen.
Die Erfindung betrifft ein Lenkungssystem für ein Nutzfahrzeug, welches einen elektromechanischen Lenkaktuator zum Verstärken einer Lenkkraft aufweist. Der elektromechanische Lenkaktuator wird hierfür elektrisch betrieben.
Der elektromechanische Lenkaktuator kann für ein Bereitstellen einer Hilfskraft ausgebildet sein, mit welcher die Lenkkraft verstärkt beziehungsweise überlagert werden kann. Das Lenkungssystem kann daher als eine elektromechanische Lenkhilfe beziehungsweise als eine Hilfskraftlenkung ausgebildet sein.
Zum Betreiben des elektromechanischen Lenkaktuators kann ein Elektromotor vorgesehen sein. Der Elektromotor kann als ein Stellmotor zum Verstärken der Lenkkraft ausgebildet sein. Der Elektromotor kann hierfür mit Steuersignalen eines Steuergeräts angesteuert werden. Der Elektromotor und das Steuergerät können Komponenten eines elektrischen Antriebs des elektromechanischen Lenkaktuators sein.
Die Lenkkraft kann aus einer Lenkbewegung eines Fahrers beim Betätigen eines Lenkrads des Nutzfahrzeugs resultieren. Somit kann es sich bei der Lenkkraft um eine durch ein Drehen des Lenkrads erzeugte Kraft handeln. Die Lenkkraft kann über eine Lenkmechanik des Lenkungssystems eine Ausrichtung von Fahrzeugrädern und somit eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs beeinflussen. Der elektromechanische Lenkaktuator kann die Lenkbewegung des Fahrers und somit die mit der Lenkmechanik auf die Räder des Nutzfahrzeugs übertragene Lenkkraft mit einer Hilfskraft überlagern.
Die Lenkmechanik des Fahrzeugs kann eine mit dem Lenkrad mechanisch gekoppelte Lenksäule und ein mit der Lenksäule mechanisch gekoppeltes Lenkgetriebe aufweisen. Das Lenkgetriebe kann mit einer Lenkstange beziehungsweise einer Spurstange gekoppelt sein, um eine Drehbewegung des Lenkrads in eine Schiebebewegung der Spurstange zum Ausrichten von Fahrzeugrädern umzusetzen. Bei dem Lenkgetriebe kann es sich beispielsweise um ein Zahnstangengetriebe oder um ein Schneckengetriebe handeln. Alternativ dazu kann die Lenksäule nicht mechanisch gekoppelt sein, d. h. es kann ein Steer-By-Wire- Lenkungssystem vorliegen. Wiederum alternativ kann ein Lenkungssystem mit einer Lenkwinkelschnittstelle vorliegen, beispielsweise für einen Spurhalteassistenten.
Bei dem Nutzfahrzeug kann es sich um jedes Fahrzeug handeln, welches zum Transportieren von Gütern oder Personen ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Nutzfahrzeug ein Lastkraftwagen (LKW). In einem anderen Beispiel ist das Nutzfahrzeug ein Bus. Wiederum beispielsweise kann das Nutzfahrzeug ein Dumper oder ein Traktor o. ä. sein.
Der elektromechanische Lenkaktuator weist eine Abtriebswelle zum Übertragen eines mit dem elektromechanischen Lenkaktuator erzeugbaren Drehmoments auf. Die Abtriebswelle kann eine Komponente eines Abtriebs des elektromechanischen Lenkaktuators sein. Das erzeugte Drehmoment dient dem Verstärken der Lenkkraft.
Das Lenkungssystem weist zudem eine Hebelwelle zum Übertragen der verstärkten Lenkkraft mit einem an der Hebelwelle angeordneten Hebel auf eine Lenkstange auf, wobei die Hebelwelle mit der Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators zum Aufnehmen des Drehmoments verbunden ist. Die Hebelwelle kann auch als eine Pitman-Welle und der Hebel als ein Hebelarm oder Pitman-Arm bezeichnet werden. Die Hebelwelle steht mit der Lenkmechanik und mit dem elektromechanischen Lenkaktuator in einer jeweiligen Wirkverbindung. Durch beide Wirkverbindungen wird ein Drehmoment auf die Hebelwelle übertragen, wobei sich die beiden Drehmomente überlagern.
Über das Lenkgetriebe der Lenkmechanik wird eine Lenkkraft auf die Hebelwelle übertragen. Über die Verbindung zwischen Antriebswelle und Hebelwelle wird eine verstärkende Hilfskraft des elektromechanischen Lenkaktuators auf die Hebelwelle übertragen. Die übertragene Lenkkraft wird mit der übertragenen verstärkenden Hilfskraft überlagert, woraus die verstärkte Lenkkraft resultiert, welche so an der Hebelwelle anliegt. Mit dem an der Hebelwelle angeordneten Hebel kann die verstärkte Lenkkraft als Hebelkraft mittels der Lenkstange auf die Spurstange übertragen werden. Die Lenkstange kann daher auch eine Zwischenstange sein. Die Lenkstange kann mit dem Hebel und über die Zwischenstange mit einem Radträger gelenkig verbunden sein. Die Spurstange kann eine gelenkige Verbindung zwischen dem Radträger und einem auf einer Fahrzeugachse gegenüberliegenden Radträger sein.
Das Lenkungssystem weist zwei voneinander beabstandete Lager auf, welche die Hebelwelle an zwei Stützbereichen lagern. Beim Ausüben der verstärkten Lenkkraft mit dem an der Hebelwelle angeordneten Hebel auf die Lenkstange können neben Drehmomenten auch Biegemomente an der Hebelwelle auftreten. Um zu verhindern, dass Kräfte, welche aus den Biegemomenten an der Hebelwelle resultieren, in den elektromechanischen Lenkaktuator eingeleitet werden, wird die Hebelwelle zweifach gelagert. Die beiden Stützbereiche spannen eine Abstützbasis beziehungsweise Lagerungsbasis auf, welche eine an der Hebelwelle auftretende Biegekraft aufnehmen kann. Ein Einleiten einer an der Hebelwelle auftretenden Biegekraft in den elektromechanischen Lenkaktuator kann so im Wesentlichen verhindert werden.
Bei einem Lager kann es sich um ein Drehlager beziehungsweise Radiallager handeln, welches die Hebelwelle lagert. Die Lager können als Traglager ausgebildet sein, um auf das Lager wirkende Kräfte radial über das Lager abzutragen. Beispielsweise ist das Lager ein Wälzlager, in welchem die Hebelwelle gelagert ist. Der jeweilige Stützbereich eines Lager, kann den Bereich umfassen, auf welchem die Hebelwelle auf dem Lager abgestützt beziehungsweise gelagert ist. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Fläche eines Innenrings eines Wälzlagers handeln.
Im Rahmen der Erfindung kann somit in vorteilhafter Weise eine Beanspruchung eines elektromechanischen Lenkaktuators eines Lenksystems für Nutzfahrzeug reduziert werden. Besonders die bei Nutzfahrzeugen auftretenden hohen Kräfte in einer Lenkanlage können so dahingehend kontrolliert werden, dass sie eine Mechanik beziehungsweise ein Getriebe des elektromechanischen Lenkaktuators weniger beanspruchen. Verschleiß und Schäden einer mechanischen Verzahnung des elektromechanischen Lenkaktuators aufgrund von Biegemomenten und Biegekräften können so reduziert beziehungsweise vermieden werden. Ein aus der Abstützung der Hebelwelle resultierendes Tragbild kann durch das Lagerkonzept der Erfindung somit verbessert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems ist die Hebelwelle derart an den zwei Stützbereichen gelagert, dass eine an der Hebelwelle auftretende Kraft im Wesentlichen zu einem Fahrzeugrahmen weiterleitbar ist. Die Kraft kann an mindestens einem der Stützbereiche direkt beziehungsweise unmittelbar in den Fahrzeugrahmen eingeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kraft an mindestens einem der Stützbereiche indirekt beziehungsweise mittelbar in den Fahrzeugrahmen eingeleitet werden. Bei einem indirekten beziehungsweise mittelbaren Einleiten kann die Kraft zunächst in ein weiteres Konstruktionselement des Lenkungssystems, beispielsweise in ein Gehäuse, eingeleitet werden, welches wiederum mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist, um die in das Gehäuse eingeleitete Kraft in den Fahrzeugrahmen einzuleiten. Das Gehäuse kann ein Gehäuse des elektromechanischen Lenkaktuators sein. Somit kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass Lagerkräfte in ungünstiger Weise konstruktiv über den elektromechanischen Lenkaktuator geführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems weist der elektromechanische Lenkaktuator ein elektrisch antreibbares Planetengetriebe auf. Bei dem Planetengetriebe kann es sich um ein mehrstufiges Planetengetriebe handeln. In einem Beispiel ist das Planetengetriebe ein dreistufiges Planetengetriebe. Ein Vorteil eines derartigen Planetengetriebes besteht darin, dass mit ihm ein geringes Drehmoment eines Elektromotors, welcher das Planetengetriebe antreiben kann, in ein hohes Drehmoment übertragen werden kann. Ein derartiges Abtriebsmoment des Planetengetriebes kann auf die Hebelwelle übertragen werden, um die Lenkkraft effizient zu verstärken.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems befindet sich ein Anordnungsort des Hebels auf der Hebelwelle in einem Zwischenraum zwischen den zwei Stützbereichen der beiden Lager. Der Zwischenraum kann zwischen den beiden Stützbereichen aufgespannt sein oder sich zwischen den beiden Stützbereichen ausdehnen. Der sich ausdehnende Zwischenraum kann den aufgespannten Zwischenraum in mindestens eine Raumrichtung erweitern. Mit anderen Worten können sich die beiden Stützbereiche beidseitig, das heißt auf gegenüberliegenden Seiten, von dem Anordnungsort befinden. Durch eine derartige Abstützung beziehungsweise Lagerung der Hebelwelle können an der Hebelwelle wirkende Hebelkräfte von den beiden Lagern aufgenommen werden, wodurch eine Biegung der Hebelwelle und somit ein Übertragen unerwünschter Biegekräfte in den elektromechanischen Lenkaktuator vermieden werden kann. Im Gegensatz zu einer sogenannten fliegenden Lagerung der Hebelwelle mit nur einem Lager, kann so die Beanspruchung des elektromechanischen Lenkaktuators reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems ist die Hebelwelle formschlüssig an die Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators koppelbar. Mit einer derartigen formschlüssigen Kopplung kann ein Drehmoment von der Abtriebswelle auf die Hebelwelle übertragen werden, um die Lenkkraft zu verstärken. Eine im Wesentlichen formschlüssige Kopplung kann durch eine spielarme Kopplung oder durch biegeweiche Elemente, beispielsweise durch sogenannte Flexplates, erzielt werden. Ein Toleranzausgleich zwischen den Wellen kann so in vorteilhafter Weise durch die formschlüssige Kopplung erreicht werden.
Die Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators und die Hebelwelle können jeweils separat gelagert sein. Neben einer zweifach gelagerten Hebelwelle kann die Abtriebswelle zumindest einfach gelagert sein. Die Abtriebswelle und die Hebelwelle können für eine Drehmomentübertragung formschlüssig aneinander koppelbar sein. Hierdurch kann die Hebelwelle und der Hebel von der Antriebswelle im Wesentlichen kraftschlüssig entkoppelt sein. An der Hebelwelle auftretende Kräfte können so in vorteilhafter Weise nicht als Biegekräfte in den elektromechanischen Lenkaktuator eingeleitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems ist die Hebelwelle einstückig mit der Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators ausgebildet. Die Hebelwelle und die Abtriebswelle können hierfür aus einem Stück hergestellt sein. Ein die Abtriebswelle abstützendes Lager kann so in vorteilhafter Weise zumindest mittelbar auch die Hebelwelle lagern. Jeweils ein Lager der beiden die Hebelwelle abstützenden Lager kann so an der Abtriebswelle und an der Hebelwelle angeordnet sein. An der Hebelwelle selbst kann so lediglich ein Lager angeordnet sein, wobei dieses Lager sich weiter entfernt zur Abtriebswelle befinden kann als der Ort an dem der Hebel an der Hebelwelle angeordnet ist. An den Wellen auftretende Biegekräfte können so effizient über ein Gehäuse in den Fahrzeugrahmen eingeleitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems befindet sich ein Stützbereich von einem der beiden Lager in einem Zwischenraum zwischen zwei Getriebestufen des Planetengetriebes. Eine getriebeseitiges Lager der Hebelwelle kann an einer Abtriebsstufe des Planetengetriebes angeordnet sein. Eine Planetenstufe beziehungsweise ein Planetenträger des Planetengetriebes kann so getriebeseitig an dem einen der beiden Lager abgestützt sein. Das andere der beiden Lager kann an einer, bezogen auf den Hebel, getriebeabgewandten Seite an der Hebelwelle angeordnet sein. Die Hebelwelle kann so, bezüglich des Anordnungsorts des Hebels, getriebeseitig und getriebeabgewandt abgestützt sein. Eine Hebelkraft und eine Biegekraft an dem Hebel beziehungsweise an der Hebelwelle können so durch das Planetengetriebe zum Fahrzeugrahmen weitergeleitet werden. In dieser Ausführungsform kann die Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators und die Hebelwelle einstückig ausgebildet sein.
Die Abtriebswelle und die Hebelwelle können gemeinsam gelagert sein, wobei ein erstes Lager die Abtriebswelle abstützt und ein zweites Lager die Hebelwelle abstützt, wobei die Abtriebswelle und die Hebelwelle einstückig miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten kann die Abtriebswelle auch als Hebelwelle fungieren, wobei die Abtriebswelle in einstückiger Bauweise einen Hebelbereich als die Hebelwelle aufweist, an welchem der Hebel angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems befindet sich ein Anordnungsort des Hebels auf der Hebelwelle außerhalb von einem Zwischenraum zwischen den zwei Stützbereichen der beiden Lager. Mit anderen Worten können sich die beiden Stützbereiche einseitig von dem Anordnungsort befinden. Auch durch eine derartige Abstützung beziehungsweise Lagerung der Hebelwelle und im Gegensatz zu einer sogenannten fliegenden Lagerung können an der Hebelwelle auftretende Hebelkräfte an den beiden Lagern aufgenommen werden. Hierdurch kann eine Biegung der Hebelwelle und das Erzeugen von unerwünschten Biegekräften vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems lagert eines der beiden Lager die Hebelwelle an einer Antriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators. Noch in einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems weist die Antriebswelle eine Hohlwelle auf, in welcher die Hebelwelle gelagert ist. Die Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators, welche mit der Hebelwelle einstückig verbunden sein kann, kann in diesen Ausführungsformen durch ein Getriebe des elektromechanischen Lenkaktuators hindurch verlaufen und an der das Getriebe antreibenden Antriebswelle des Getriebes gelagert sein. Die Antriebswelle des Getriebes kann mit einer Abtriebswelle eines Elektromotors verbunden sein. Das sogenannte B-Lager eines Elektromotors, welcher die Antriebswelle antreiben kann, kann als Lager der Hebelwelle dienen. Mit den Ausführungsformen kann das Lenkungssystem mit einer vorteilhaft breiten Lagerungsbasis bei gleichzeitig kompakter Bauweise ausgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems ist eine Abtriebswelle eines Elektromotors zum Antreiben des elektromechanischen Lenkaktuators koaxial mit der Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators oder mit der Hebelwelle angeordnet. Eine derartige Anordnung kann auch als inline-Anordnung von Abtriebswelle des Elektromotors und Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators oder Hebelwelle beschrieben werden.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems die Antriebswelle beziehungsweise Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators koaxial mit der Hebelwelle angeordnet sein. Eine derartige Anordnung kann auch als inline-Anordnung von Antriebswelle beziehungsweise Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators und Hebelwelle beschrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems ist eine Abtriebswelle eines Elektromotors zum Antreiben des elektromechanischen Lenkaktuators achsparallel mit der Hebelwelle angeordnet. Zwischen Abtriebswelle des Elektromotors und Antriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators kann hierfür eine Getriebestufe zwischengeschaltet werden. Beispielsweise kann die Getriebestufe eine Stirnradstufe sein. Alternativ kann die Abtriebswelle des Elektromotors zum Antreiben des elektromechanischen Lenkaktuators windschief oder bezogen auf entsprechende Wellenachsen sich schneidend mit der Hebelwelle angeordnet sein. Ein Vorteil der derartiger Anordnungen besteht darin, dass das Lenkungsystem kompakter und somit weniger Raum beanspruchend ausgeführt werden kann. Eine axiale Baulänge des Lenkungssystems kann so in vorteilhafter Weise reduziert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems die Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators und die Hebelwelle achsparallel angeordnet sein. Die Hebelwelle kann hierbei zweifach abgestützt beziehungsweise gelagert sein. Die Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators und die Hebelwelle können über eine Stirnradstufe mit einer möglichen Übersetzung zum Übertragen eines Drehmoments verbunden sein. Auch ein Vorteil dieser Achsparallelität besteht darin, dass das Lenkungsystem kompakter ausgeführt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems zwischen der Abtriebswelle des elektromechanischen Lenkaktuators und der Hebelwelle eine Zwischenwelle zwischengeschaltet sein. Eine Funktion hierbei kann ein Einstellen eines Spiels einer konischen Verzahnung sein.
In einer weiteren Ausführungsform des Lenkungssystems ist ein Lenkgetriebe zum Übersetzen der Lenkkraft in einem Zwischenraum zwischen den zwei Stützbereichen der beiden Lager mit der Hebelwelle wirkverbunden. Bei dem Lenkgetriebe kann es sich um ein Schraubradgetriebe oder um ein Schneckenradgetriebe handeln.
Die Erfindung betrifft zudem ein Nutzfahrzeug mit einem Lenkungssystem in einer der beschriebenen Ausführungsformen.

1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Lenkungssystems für ein Nutzfahrzeug.
2 zeigt eine Ausführungsform des Lenkungssystems.
3 zeigt die Ausführungsform des Lenkungssystems gemäß 2 mit einer abgewandelten Anordnung eines Elektromotors.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Lenkungssystems.
5 zeigt die weitere Ausführungsform des Lenkungssystems gemäß 4 mit einer abgewandelten Anordnung eines Elektromotors.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Lenkungssystems.
7 zeigt die weitere Ausführungsform des Lenkungssystems gemäß 6 mit einer abgewandelten Anordnung eines Elektromotors.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Lenkungssystems.
9 zeigt die weitere Ausführungsform des Lenkungssystems gemäß 8 mit einer abgewandelten Anordnung eines Elektromotors.

In 1 sind Komponenten eines Lenkungssystems 100 für ein Nutzfahrzeug (nicht gezeigt) in deren schematischen Anordnung und Verbindung gezeigt. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
Das Lenkungssystem 100 weist einen elektromechanischen Lenkaktuator 10 auf, welcher einen Antrieb 20, ein Getriebe 30 und einen Abtrieb 40 umfasst. Das Lenkungssystem 100 weist ferner einen Elektromotor 60 auf. Der Elektromotor 60 ist mit dem elektromechanischen Lenkaktuator 10 über dessen Antrieb 20 verbunden. Der Elektromotor 60 treibt den elektromechanischen Lenkaktuator 10 an und betätigt diesen.
Das Lenkungssystem 100 weist ferner eine Hebelanordnung 50 auf, welche eine Hebelwelle 52 und einen an dieser angeordneten Hebel 54 aufweist. Die Hebelanordnung 50 ist mit dem elektromechanischen Lenkaktuator 10 über dessen Abtrieb 40 verbunden. Der elektromechanische Lenkaktuator 10 treibt die Hebelwelle 52 der Hebelanordnung 50 an.
Das Lenkungssystem 100 weist zudem eine Wirkverbindung 70 zwischen einem Lenkrad (nicht gezeigt) und der Hebelwelle 52 auf, mit welcher eine Lenkkraft beziehungsweise ein Drehmoment durch ein Betätigen des Lenkrads auf die Hebelwelle 52 übertragen wird. Die Wirkverbindung 70 weist ein Lenkgetriebe 72 auf, welches die Wirkverbindung 70 mit der Hebelwelle 52 verbindet, um eine Lenkkraft auf die Hebelwelle 52 zu übertragen. Zum Verstärken dieser Lenkkraft überträgt der von dem Elektromotor 60 angetriebene elektromechanische Lenkaktuator 10 ein Drehmoment über dessen Abtrieb 40 auf die Hebelwelle 52. Der Hebel 54 ist mit einer Lenkstange 56 gelenkig verbunden, z. B. mittels eines Kugelgelenks. Eine nicht gezeigte Wirkverbindung überträgt die verstärkte Lenkkraft, welche an dem Hebel 54 beziehungsweise an der Lenkstange 56 anliegt, auf eine Schiebebewegung einer nicht gezeigten Spurstange, welche die Räder des Nutzfahrzeugs (nicht gezeigt) ausrichtet. Üblicherweise ist die Lenkstange 56 in einem Nutzfahrzeug mit einem radträgerfesten Hebel oder mit einem Koppelgestänge verbunden. Die Lenkstange 56 wirkt aus der Bildebene heraus bzw. in diese hinein.
Das Lenkungssystem 100 weist zudem in 1 nicht gezeigte Lager auf, welche die Hebelwelle 52 abstützen. Die in 1 nicht gezeigten Lager und deren Anordnung im Lenkungssystem 100 werden in den weiteren Figuren näher erläutert.
In den Ausführungsformen der 2 bis 9 ist das Lenkungssystem 100 mit einem elektromechanischem Lenkaktuator 10 ausgeführt, welcher ein dreistufiges Planetengetriebe 32 als Getriebe 30 aufweist. Das dreistufige Planetengetriebe 32 ist antriebsseitig mit einer Antriebswelle 22 als Bestandteil des Antriebs 20 des elektromechanischem Lenkaktuators 10 verbunden. Das dreistufige Planetengetriebe 32 ist zudem abtriebsseitig mit einer Abtriebswelle 42 als Bestandteil des Abtriebs 40 des elektromechanischem Lenkaktuators 10 verbunden.
In den 2 bis 9 ist eine Abtriebswelle 62 des Elektromotors (in den 2 bis 9 nicht gezeigt) mit der Antriebswelle 22 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 verbunden. Die Abtriebswelle 62 des Elektromotors ist mittels zweiter beabstandeter Motorlager 63 gelagert, welche als Radiallager die Abtriebswelle 62 beziehungsweise die Antriebswelle 22 abstützen.
Die Hebelwelle 52 ist mit der Abtriebswelle 42 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 koaxial verbunden. An der Hebelwelle 52 ist ein Hebel 54 orthogonal angeordnet. Mit der Hebelwelle 52 ist zudem ein Schraubrad (in den Figuren nicht gezeigt) des Lenkgetriebes 72 verbunden.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Hebelwelle 52 mit zwei voneinander beabstandeten Lagern 2, 4 gelagert, welche als Radiallager die Hebelwelle 52 an zwei Stützbereichen 3, 5 abstützen. Die Lager 2, 4 sind mit dem Fahrzeugrahmen (nicht gezeigt) derart verbunden, dass an der Hebelwelle 52 anliegende Radialkräfte in den Fahrzeugrahmen eingeleitet werden. Zwischen den beiden Stützbereichen 3, 5 ist der Hebel 54 mit der Hebelwelle 52 drehfest verbunden. Die Radialkräfte resultieren aus an dem Hebel 54 auftretenden Hebelkräften und daraus resultierenden Biegekräften in der Hebelwelle 52.
In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Abtriebswelle 42 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 und die Hebelwelle 52 mit einer formschlüssigen Kopplung 6 verbunden, welche ein Übertragen eines Drehmoments von der Abtriebswelle 42 auf die Hebelwelle 52 erlaubt. Die Abtriebswelle 42 ist zudem mit einem Abtriebslager 43, welches als Radiallager an der Abtriebswelle 42 angeordnet ist, gelagert. Auch das Abtriebslager 43 ist mit dem Fahrzeugrahmen derart verbunden, dass an der Abtriebswelle 42 anliegende Radialkräfte in den Fahrzeugrahmen eingeleitet werden. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
Die in 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform des Lenkungssystems 100 darin, dass die Abtriebswelle 62 des Elektromotors achsparallel zur Antriebswelle 22 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 angeordnet ist, während die Abtriebswelle 62 des Elektromotors in der in 2 gezeigten Ausführungsform des Lenkungssystems 100 koaxial zur Antriebswelle 22 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 angeordnet ist. In der in 3 gezeigte Ausführungsform ist zudem eine Stirnradstufe 64 zum Übertragen eines Drehmoments von der Abtriebswelle 62 des Elektromotors auf die Antriebswelle 22 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 vorgesehen. Weiterhin ist in der in 3 gezeigte Ausführungsform die Antriebswelle 22 mit zwei Antriebslagern 23 gelagert. Auch die Antriebslager 23 sind mit dem Fahrzeugrahmen derart verbunden, dass an der Antriebswelle 22 anliegende Radialkräfte in den Fahrzeugrahmen eingeleitet werden. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
In der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die die Abtriebswelle 42 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 und die Hebelwelle 52 einstückig miteinander verbunden. Die so einstückig verbundene Welle 53 ist mit zwei voneinander beabstandeten Lagern 2, 4 gelagert, welche als Radiallager die einstückig verbundene Welle 53 und somit auch die Hebelwelle 52 an zwei Stützbereichen 3, 5 abstützen. Die Lager 2, 4 sind mit dem Fahrzeugrahmen wie zu 2 ausgeführt verbunden. Zwischen den beiden Stützbereichen 3, 5 ist der Hebel 54 mit der einstückig verbundenen Welle 53 drehfest verbunden. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
Die in 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 4 gezeigten Ausführungsform des Lenkungssystems 100 in der Anordnung der Abtriebswelle 62 des Elektromotors. Hierzu gilt das zum Unterschied der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen Erläuterte in analoger Weise. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
In der in 6 gezeigten Ausführungsform ist ein Lager 2 der beiden Lagern 2, 4 derart als Radiallager an dem dreistufigen Planetengetriebe 32 angeordnet, dass ein Planetenträger 36 von einer Planetenstufe 34 des Planetengetriebes 32 an dem Lager 2 abgestützt ist. Der Planetenträger 36 ist mit der Abtriebswelle 42 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 verbunden, welche wiederum mit der Hebelwelle 52 mit einer nicht gezeigten Verbindung verbunden ist. Bei der Planetenstufe 34 handelt es sich um die Abtriebsstufe des Planetengetriebes 32. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
Die in 7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 6 gezeigten Ausführungsform des Lenkungssystems 100 in der Anordnung der Abtriebswelle 62 des Elektromotors. Hierzu gilt wiederum das zum Unterschied der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen Erläuterte in analoger Weise. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
In der in 8 gezeigten Ausführungsform ist ein Lager 2 der beiden Lagern 2, 4 als Radiallager zwischen der Abtriebswelle 42 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 und der als eine Hohlwelle 24 ausgebildeten Antriebswelle 22 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 angeordnet. Die Abtriebswelle 42 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 ist hierfür durch das Planetengetriebe 32 hindurch auf die Antriebsseite des Planetengetriebes 32 verlängert. Der Stützbereich 3 des Lagers 2 befindet sich auf einer Innenfläche der Hohlwelle 24 zwischen der verlängerten Abtriebswelle 42 und dem Lager 2. Die Abtriebswelle 42 ist mit einer nicht gezeigten Verbindung mit der Hebelwelle 52 verbunden. Die Abtriebswelle 62 des Elektromotors ist mit der Hohlwelle 24 drehfest verbunden. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
Die in 9 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 8 gezeigten Ausführungsform des Lenkungssystems 100 in der Anordnung der Abtriebswelle 62 des Elektromotors. Hierzu gilt wiederum das zum Unterschied der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen Erläuterte in analoger Weise. Die Antriebswelle 22 des elektromechanischen Lenkaktuators 10 ist hierbei mit einem Antriebslager 23 abgestützt, wobei das Lager 2 als ein weiteres Antriebslager 23 fungiert. Zudem ist eine Rotationsachse (Punkt-Strich-Linie) eingezeichnet.
Mit den in den 2 bis 9 gezeigten Ausführungsformen des Lenkungssystems 100 wird die Beanspruchung des elektromechanischen Lenkaktuators 10 bei einem Betrieb des Lenkungssystems 100 in einem Nutzfahrzeug in effizienter Weise verringert.
Bezugszeichenliste

2: erstes Lager
3: erster Stützbereich
4: zweites Lager
5: zweiter Stützbereich
6: Kopplung
10: elektromechanischer Lenkaktuator
20: Antrieb
22: Antriebswelle
23: Antriebslager
24: Hohlwelle
30: Getriebe
32: Planetengetriebe
34: Planetenstufe
36: Planetenträger
40: Abtrieb
42: Abtriebswelle
43: Abtriebslager
50: Hebelanordnung
52: Hebelwelle
53: einstückige Welle
54: Hebel
56: Lenkstange
60: Elektromotor
62: Abtriebswelle
63: Motorlager
64: Stirnradstufe
70: Wirkverbindung
72: Lenkgetriebe
100: Lenkungssystem

Claims

Lenkungssystem (100) für ein Nutzfahrzeug, mit - einem elektromechanischen Lenkaktuator (10) zum Verstärken einer Lenkkraft, welcher eine Abtriebswelle (42) zum Übertragen eines mit dem elektromechanischen Lenkaktuator (10) erzeugbaren Drehmoments aufweist, - einer Hebelwelle (52) zum Übertragen der verstärkten Lenkkraft mit einem an der Hebelwelle (52) angeordneten Hebel (54) auf eine Lenkstange (56), wobei die Hebelwelle (52) mit der Abtriebswelle (42) des elektromechanischen Lenkaktuators (10) zum Aufnehmen des Drehmoments verbunden ist, und - zwei voneinander beabstandeten Lagern (2, 4), welche die Hebelwelle (52) an zwei Stützbereichen (3, 5) lagern.
Lenkungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Hebelwelle (52) derart an den zwei Stützbereichen (3, 5) gelagert ist, dass eine an der Hebelwelle (52) auftretende Kraft im Wesentlichen zu einem Fahrzeugrahmen weiterleitbar ist.
Lenkungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der elektromechanische Lenkaktuator (10) ein elektrisch antreibbares Planetengetriebe (32) aufweist.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem sich ein Anordnungsort des Hebels (54) auf der Hebelwelle (52) in einem Zwischenraum zwischen den zwei Stützbereichen (3, 5) der beiden Lager (2, 4) befindet.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Hebelwelle (52) formschlüssig an die Abtriebswelle (42) des elektromechanischen Lenkaktuators (10) koppelbar ist.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Hebelwelle (52) einstückig mit der Abtriebswelle (42) des elektromechanischen Lenkaktuators (10) ausgebildet ist.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei welchem sich ein Stützbereich von einem der beiden Lager (2, 4) in einem Zwischenraum zwischen zwei Getriebestufen des Planetengetriebes (32) befindet.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem sich ein Anordnungsort des Hebels (54) auf der Hebelwelle (52) außerhalb von einem Zwischenraum zwischen den zwei Stützbereichen (3, 5) der beiden Lager (2, 4) befindet.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem eines der beiden Lager (2, 4) die Hebelwelle (52) an einer Antriebswelle (22) des elektromechanischen Lenkaktuators (10) lagert.
Lenkungssystem nach Anspruch 9, wobei die Antriebswelle (22) eine Hohlwelle (24) aufweist, in welcher die Hebelwelle (52) gelagert ist.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem eine Abtriebswelle (62) eines Elektromotors (60) zum Antreiben des elektromechanischen Lenkaktuators (10) koaxial mit der Hebelwelle (52) angeordnet ist.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem eine Abtriebswelle (62) eines Elektromotors (60) zum Antreiben des elektromechanischen Lenkaktuators (10) achsparallel mit der Hebelwelle (52) angeordnet ist.
Lenkungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem ein Lenkgetriebe (72) zum Übersetzen der Lenkkraft in einem Zwischenraum zwischen den zwei Stützbereichen (3, 5) der beiden Lager (2 ,4) mit der Hebelwelle (52) wirkverbunden ist.
Nutzfahrzeug mit einem Lenkungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.