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Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs.
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Als Lenkung eines Kraftfahrzeugs wird eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Fahrtrichtung von dem Kraftfahrzeug bezeichnet. Kraftfahrzeuge, wie z.B. PKWs, weisen z.B. eine Achsschenkellenkung auf.
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Moderne Kraftfahrzeuge sind üblicherweise mit einer Servolenkung ausgestattet, bei der die Lenkbewegungen des Fahrers fahrzeugseitig unterstützt oder sogar vollständig vom Lenksystem generiert werden.
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Ein Lenkgetriebe der Lenkung ist ein Teil des Lenksystems des Kraftfahrzeuges und setzt einen Fahrerwunsch oder eine Winkelanforderung, in eine entsprechende Richtungsänderung des Kraftfahrzeugs durch lineares Verschieben einer Lenkstange und der damit verbundenen Achsschenkel um.
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Heutzutage verfügen viele Kraftfahrzeuge über eine Servolenkung zur Reduzierung der Kraft, die zur Betätigung des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs bei vielen Lenk-Manövern notwendig ist. Die Servolenkung unterstützt den Fahrer beim Lenken, indem die vom Fahrer aufgebrachte Kraft zum Lenken durch ein Hydrauliksystem (Hydraulik-Pumpe, -Steuerung, -Motor) oder einen Elektromotor verstärkt wird. Darüber hinaus können Lenksysteme mit Elektromotoren auch für Steer-by-Wire-Lenksystemen und/oder in selbstfahrenden Kraftfahrzeugen die angeforderte Lenkstangenposition exakt einstellen. Hierfür wird der Elektromotor nicht mehr als programmgesteuerte Lenkunterstützung, sondern ausschließlich als programmgesteuerter Stellmotor verwendet.
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Derartige Lenkungen sind z.B. aus der
US 2006 / 0278466 A1 , der
US 6923288 B2 , der
US 1007627 B2 , der
US 9637167 B2 , der
US 9079604 B2 und der
US 9079604 B2 bekannt. Des Weiteren sind derartige Lenkungen sind z.B. aus der
US 2006 / 0278466 A1 , der
US 6923288 B2 , der
US 1007627 B2 , der
US 9637167 B2 , der
US 9079604 B2 und der
US 9079604 B2 bekannt.
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Bei zukünftigen Lenksystemen wie Steer-by-Wire entfallen Komponenten wie Ritzel oder Zahnstangen-Verzahnungen. Gleiches kann analog für Lenksysteme selbstfahrender Kraftfahrzeuge gelten.
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Komponenten wie Ritzel oder Zahnstangen-Verzahnungen nehmen jedoch im Betrieb unter Anderem Drehmomente aus der lenkunterstützenden Aktuierung auf und ermöglichen heutzutage die aktuelle Positionsbestimmung der Lenksache. Es werden die Winkelinformationen mit einem Winkelsensor auf dem Ritzel ermittelt, diese Information entspricht der axialen Position der Lenkstange. Es besteht also Bedarf daran, alternative Wege aufzuzeigen, wie derartige Drehmomente aufgenommen werden und Positionsinformationen bereitgestellt werden können.
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Um die Betriebssicherheit durch Redundanz zu erhöhen ist es vorgesehen, zwei Stellmotoren vorzusehen, die zusammen - oder bei Ausfall eines der Stellmotoren - alleine eine Verschiebung der Lenkachse bewirken. Zusätzlich kann ein Lenkachsen-Roll-Restriktor vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist, die bei einem Ausfall des ersten Stellmotors oder des zweiten Stellmotors resultierenden Drehmomente aufzunehmen. So kann die Betriebssicherheit nochmals gesteigert werden. Jedoch nehmen die beiden Stellmotoren viel Bauraum in Anspruch.
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Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie der Bauraumbedarf reduziert werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Lenkgetriebe für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenkgetriebe eine erste Teilbaugruppe und eine zweite Teilbaugruppe aufweist, wobei die erste Teilbaugruppe eine erste Drehbewegung und die zweite Teilbaugruppe eine zur ersten Drehbewegung gegenläufige zweite Drehbewegung in eine gleichgerichtete Translationsbewegung in eine Richtung zur Verschiebung einer Lenkachse umsetzend ausgebildet sind, wobei die erste Drehbewegung eine Drehbewegung um eine erste Motorachse eines ersten Stellmotors ist, und wobei die zweite Drehbewegung eine Drehbewegung um eine zweite Motorachse eines zweiten Stellmotors ist, und wobei die erste Motorachse von der zweiten Motorachse abweichend angeordnet ist.
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Mit anderen Worten, die Richtungen der jeweiligen Drehbewegungen sind entgegengesetzt zueinander. Z.B. erfolgt die erste Drehbewegung in Richtung des Uhrzeigersinnes, während die zweite Drehrichtung in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt. Durch ein derartiges simultanes bzw. gleichzeitiges Beaufschlagen der Lenkachse mit zwei zueinander gegenläufigen Drehbewegungen bzw. Drehmomenten durch die beiden Teilbaugruppen wird eine teilweise oder vollständige Drehmomentfreiheit der Lenkachse erreicht. Somit könnten weitere Komponenten bzw. Bauteile zur Einschränkung der Rollbewegung um die Lenkachse entfallen, die zur Aufnahme von Drehmomenten ausgebildet sind. Durch die unterschiedliche Ausrichtung der Motorachsen kann eine besonders wenig Bauraum min Anspruch nehmende Ausbildung erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Motorachse und die zweite Motorachse parallel zur Lenkachse angeordnet. Somit entfallen z.B. Kegelradgetriebe mit Kegelzahnrädern mit winklig zueinander stehenden An- und Abtriebswellen für eine Umrichtung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der erste Stellmotor und der zweite Stellmotor in Bezug zu der Lenkachse an unterschiedlichen Winkelpositionen angeordnet. Mit anderen Worten, der erste Stellmotor und der zweite Stellmotor sind entlang der Umfangsrichtung um die Lenkachse an verschiedenen Positionen angeordnet. So kann der Bauraumbedarf nochmals reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Stellmotor und der zweite Stellmotor in Erstreckungsrichtung der Lenkachse versetzt angeordnet. Mit anderen Worten, die beiden Stellmotoren befinden sich nicht auf gleicher Höhe in Bezug zur Erstreckungsrichtung der Lenkachse. Auch so kann der Bauraumbedarf nochmals reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der sind erste Stellmotor und der zweite Stellmotor in Erstreckungsrichtung der Lenkachse teilweise überlappend in Reihe hintereinander versetzt angeordnet. Mit anderen Worten, der erste wie auch der zweite Stellmotor weisen jeweils eine Erstreckung in Richtung der Erstreckungsachse der Lenkachse auf, wobei in einem Abschnitt entlang der Lenkachse Abschnitte der Stellmotoren auf gleicher Höhe in Bezug zur Erstreckungsrichtung der Lenkachse befinden. Auch so kann der Bauraumbedarf nochmals reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der erste Stellmotor und der zweite Stellmotor in Erstreckungsrichtung der Lenkachse zwischen dem ersten Innengewindeabschnitt und dem zweiten Innengewindeabschnitt in Reihe hintereinander angeordnet. Auch so kann eine besonders wenig Bauraum in Anspruch nehmende Ausbildung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Lenkachse einen ersten Außengewindeabschnitt und einen zweiten Außengewindeabschnitt auf, wobei der erste Außengewindeabschnitt mit einem ersten Innengewindeabschnitt der ersten Teilbaugruppe in Eingriff steht, wobei der zweite Außengewindeabschnitt mit einem zweiten Innengewindeabschnitt der zweiten Teilbaugruppe in Eingriff steh, wobei der erste Außengewindeabschnitt und der erste Innengewindeabschnitt eine Steigung mit einer ersten Richtung aufweisen, wobei der zweite Außengewindeabschnitt und der zweite Innengewindeabschnitt eine Steigung mit einer zweiten Richtung aufweisen, und wobei die zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist. Mit anderen Worten, durch die zueinander entgegengesetzten Steigungen der jeweiligen zusammenwirkenden Gewindeabschnitte wird auf besonders einfach Weise erreicht, dass zwei zueinander entgegengesetzte Drehbewegungen eine Translation bzw. eine Verschiebung der Lenkachse in Richtung ihrer Erstreckungsachse bewirken.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Stellmotor und dem zweiten Stellmotor ein Steuergerät zum Ansteuern des ersten Stellmotors 10a und des zweiten Stellmotors 10b angeordnet ist. So kann ein besonders wenig Bauraum in Anspruch nehmende Ausbildung erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der ersten Teilbaugruppe ein Motorwellensensor zum Erfassen einer eingangsseitigen -Winkelposition und ein Riemenscheiben- oder Kugelumlaufmuttersensor zum Erfassen einer ausgangsseitigen Winkelposition zugeordnet ist, und der zweiten Teilbaugruppe ist ein Motorwellensensor zum Erfassen einer eingangsseitigen Winkelposition und ein Riemenscheiben- oder Kugelumlaufmuttersensor zum Erfassen einer ausgangsseitigen Winkelposition zugeordnet. Somit sind auf allen rotierenden Elementen wie der Motorwelle bzw. der Motorriemenscheibe und der Kugelumlaufmutter bzw. der Mutterriemenscheibe Winkelpositionssensoren angebracht.
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Gemäß einer Ausführungsform entspricht ein Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Teilbaugruppe und/oder der zweiten Teilbaugruppe einer reellen und/oder positiven und/oder nicht-ganzzahligen Zahl. Bevorzugt kann die Zahl reell und positiv und nicht-ganzzahlig sein (i = ℝ+ \ ℤ). Die Winkelinformationen beider Relativwertgeber können über die Übersetzung in ein Verhältnis gebracht und so die Position der Lenkstange im Arbeitsbereich eindeutig und ohne Referenzierung bestimmt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die beiden Stellmotoren unterschiedliche Übersetzungen aufweisen, wodurch beim Ausfall eines einzelnen Sensors eine absolute Positionsbestimmung der Lenkstange immer noch redundant möglich ist. Hierzu können die jeweiligen Motorriemenscheiben immer verschiedene Zähnezahlen aufweisen.
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Ferner gehören zur Erfindung eine Lenkung mit einem derartigen Lenkgetriebe und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Lenkung.
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Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 in schematischer Perspektivdarstellung Komponenten einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs.
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Es wird auf die 1 Bezug genommen.
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Dargestellt sind Komponenten eine Lenkung 4 eines Kraftfahrzeugs 2, wie z.B. eines PKWs.
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Bei dem Kraftfahrzeug 2 kann es sich um ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Lenkung 4 handeln, die als Steer-by-Wire-Lenkung ausgebildet ist, und/oder das Kraftfahrzeug 2 ist als selbstfahrendes Kraftfahrzeug ausgebildet. Unter einem selbstfahrenden Kraftfahrzeug wird dabei ein Kraftfahrzeug 2 verstanden, das ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers fahren, steuern und einparken kann (Hochautomatisiertes Fahren bzw. Autonomes Fahren). Im Falle, dass keinerlei manuelles Steuern seitens des Fahrers nötig ist, wird auch der Begriff Roboterauto verwendet. Dann kann der Fahrersitz leer bleiben; eventuell sind Lenkrad, Brems- und Gaspedal nicht vorhanden.
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Im Betrieb der Lenkung 4 kann ein elektromechanischer Antrieb die Lenkbewegungen des Fahrers unterstützen und/oder überlagern, oder die Lenkung 4 ist eine Steer-by-Wire-Lenkung, bei der ein Lenkbefehl von einem Sensor (insbesondere dem Lenkrad) über ein Steuergerät ausschließlich elektrisch zu einem elektromechanischen Aktor, der den Lenkbefehl ausführt, weitergeleitet wird. Es besteht bei einer solchen Lenkung 4 keine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und gelenkten Rädern des Kraftfahrzeugs 2.
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Die Komponenten der Lenkung 4 bilden im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Lenkgetriebe 6 mit einer Kugelmutter-Getriebe-Anordnung. Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Lenkung 4 mit dem Lenkgetriebe 6 auch anders ausgebildet sein. Z.B. können eine Mutter und eine Zahnstange mit jeweils einem Trapezgewinde zusammenwirken.
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Bei den Komponenten der Lenkung 4 handelt es sich um einen ersten Stellmotor 10a mit einer ersten Motorachse 12a und um einen zweiten Stellmotor 10b mit einer zweiten Motorachse 12b.
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Weitere Komponenten der Lenkung 4 sind eine erste Riemenscheibe 16a und eine zweite Riemenscheibe 18a sowie ein erster Riemen 14a, die ein erstes Riemengetriebe 30a bilden, und eine erste Riemenscheibe 16b und eine zweite Riemenscheibe 18b sowie ein zweiter Riemen 14b, die ein zweites Riemengetriebe 30b bilden.
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Somit kann die jeweilige erste Riemenscheibe 16a, 16b als riemengetriebeeingangsseitige Riemenscheibe und die jeweilige zweite Riemenscheibe 18a, 18b als riemengetriebeausgangsseitige Riemenscheibe angesehen werden.
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Der erste Stellmotor 10a treibt im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die erste Riemenscheibe 16a den ersten Riemen 14a und damit die Riemenscheibe zweite Riemenscheibe 18a an, während der zweite Stellmotor 10b im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die erste Riemenscheibe 16b den zweiten Riemen 14b und damit die zweite Riemenscheibe 18b antreibt.
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Somit treibt das erste Riemengetriebe 30a eine erste Kugelumlaufmutter 20a an. Analog treibt das zweite Riemengetriebe 30b eine zweite Kugelumlaufmutter 20b an. Anstelle des ersten und zweiten Riemengetriebes 30a, 30b im vorliegenden Ausführungsbeispiel können auch andere Getriebe Verwendung finden.
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Die erste Kugelumlaufmutter 20a als Teil eines ersten Kugelumlaufgetriebes 32a setzt eine Rotation der zweiten Riemenscheibe 18a in eine Translation der Lenkstange 22 in Richtung R um. Analog setzt die zweite Kugelumlaufmutter 20b als Teil eines zweiten Kugelumlaufgetriebes 32b eine Rotation der zweiten Riemenscheibe 18b in eine Translation der Lenkstange 22 in Richtung R um.
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Das erste Kugelumlaufgetriebe 32a ist Teil einer ersten Teilbaugruppe 8a des Lenkgetriebes 6. Analog ist das zweite Kugelumlaufgetriebe 32b Teil einer zweiten Teilbaugruppe 8b des Lenkgetriebes 6.
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Die erste Teilbaugruppe 8a ist dazu ausgebildet eine erste Drehbewegung der ersten Motorachse 12a in eine Translationsbewegung in Richtung R zur Verschiebung der Lenkachse 22 umzusetzen. Ebenso ist die zweite Teilbaugruppe 8b dazu ausgebildet eine zweite Drehbewegung der zweiten Motorachse 12b in eine Translationsbewegung in Richtung R zur Verschiebung der Lenkachse 22 umzusetzen, wobei die erste Drehbewegung gegenläufig zur zweiten Drehbewegung ist. Mit anderen Worten, kann es sich bei der ersten Drehbewegung um eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn und bei der der zweiten Drehbewegung um eine Drehbewegung entgegen den Uhrzeigersinn handeln.
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Um eine gleichgerichtete Verschiebung der Lenkachse 22 zu bewirken weist die Lenkachse 22 einen ersten Außengewindeabschnitt 34a und einen zweiten Außengewindeabschnitt 34b auf.
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Der erste Außengewindeabschnitt 34a steht mit einem ersten Innengewindeabschnitt 36a der zweiten Riemenscheibe 18a in Eingriff. Der erste Außengewindeabschnitt 34a und der erste Innengewindeabschnitt 36a weisen eine Steigung mit einer ersten Richtung R1 auf.
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Analog steht der zweite Außengewindeabschnitt 34b mit einem zweiten Innengewindeabschnitt 36b der zweiten Riemenscheibe 18b in Eingriff. Der zweite Außengewindeabschnitt 34b und der zweite Innengewindeabschnitt 36b weisen eine Steigung mit einer zweiten Richtung R2 auf.
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Dabei ist die zweite Richtung R2 entgegengesetzt zu der ersten Richtung R1. Durch die zueinander entgegengesetzten Steigungen der jeweiligen zusammenwirkenden Gewindeabschnitte wird auf besonders einfach Weise erreicht, dass zwei zueinander entgegensetzte Drehbewegungen eine gleichgerichtete Translation bzw. Verschiebung der Lenkachse 22 in Richtung ihrer Erstreckungsachse bewirken.
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Ferner ist ein Lenkachsen-Roll-Restriktor 38 vorgesehen. Der ein Lenkachsen-Roll-Restriktor 38 ist dazu ausgebildet ist, die bei einem Ausfall des ersten Stellmotors 10a oder des zweiten Stellmotors 10b das resultierende Drehmomente aufzunehmen, das sich aufgrund der fehelenden Drehmomentkompensation durch die beiden gegenläufigen Stellmotoren 10a, 10b einstellt.
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Um eine besonders wenig Bauraum in Anspruch nehmende Ausbildung des Lenkgetriebes 4 zu erreichen ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die erste Motorachse 12a von der zweiten Motorachse 12b abweichend angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die erste Motorachse 12a und die zweite Motorachse 12b jeweils versetzt parallel zur Lenkachse 22 angeordnet.
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Ferner sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Stellmotor 10a und der zweite Stellmotor 10b an unterschiedlichen Winkelpositionen angeordnet. So sind der erste Stellmotor 10a und der zweite Stellmotor 10b entlang der Umfangsrichtung um die Lenkachse 22 an verschiedenen Positionen angeordnet.
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Des Weiteren sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Stellmotor 10a und der zweite Stellmotor 10b in Erstreckungsrichtung der Lenkachse 22 versetzt angeordnet. Somit befinden sich die beiden Stellmotoren 10a, 10b sich nicht auf gleicher Höhe in Bezug zur Erstreckungsrichtung der Lenkachse 22.
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Dabei sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Stellmotor 10a und der zweite Stellmotor 10b in Erstreckungsrichtung der Lenkachse 22 teilweise überlappend in Reihe hintereinander versetzt angeordnet.
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Dabei weisen der erste wie auch der zweite Stellmotor 10a, 10b jeweils eine Erstreckung in Richtung der Erstreckungsachse der Lenkachse 22 auf, wobei in einem Abschnitt A entlang der Lenkachse 22 Abschnitte der beiden Stellmotoren 10a, 10b sich auf gleicher Höhe in Bezug zur Erstreckungsrichtung der Lenkachse 22 befinden.
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Ferner ist der ersten Teilbaugruppe 8a ein Motorwellensensor 42a zum Erfassen einer eingangsseitigen -Winkelposition und ein Riemenscheiben- oder Kugelumlaufmuttersensor 40a zum Erfassen einer ausgangsseitigen Winkelposition zugeordnet ist. Analog ist der ersten Teilbaugruppe 8b ein Motorwellensensor 42b zum Erfassen einer eingangsseitigen Winkelposition und ein Riemenscheiben- oder Kugelumlaufmuttersensor 40b zum Erfassen einer ausgangsseitigen Winkelposition zugeordnet.
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Es werden also jeweils der eingangsseitige Wert mit einem ersten Relativwertgeber (Single-Turn-Encoder) und der ausgangsseitige Wert mit einem zweiten Relativwertgeber (Single-Turn-Encoder) erfasst.
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Dabei weisen die erste Teilbaugruppe 8a und die zweiten Teilbaugruppe 8b je ein Übersetzungsverhältnis auf, dessen Wert einer reellen und/oder positiven und/oder nicht-ganzzahligen Zahl entspricht. Des Weiteren sind die beiden Übersetzungsverhältnisse unterschiedlich, z.B. aufgrund unterschiedlicher Zähnezah len.
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So kann der Bauraumbedarf für ein derartiges Lenkgetriebes 6 reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Lenkung
- 6
- Lenkgetriebe
- 8a
- Teilbaugruppe
- 8b
- Teilbaugruppe
- 10a
- Stellmotor
- 10b
- Stellmotor
- 12a
- Motorachse
- 12b
- Motorachse
- 14a
- Riemen
- 14b
- Riemen
- 16a
- Riemenscheibe
- 16b
- Riemenscheibe
- 18a
- Riemenscheibe
- 18b
- Riemenscheibe
- 20a
- Kugelumlaufmutter
- 20b
- Kugelumlaufmutter
- 22
- Lenkstange
- 30a
- Riemengetriebe
- 30b
- Riemengetriebe
- 32a
- Kugelumlaufgetriebe
- 32b
- Kugelumlaufgetriebe
- 34a
- Außengewindeabschnitt
- 34b
- Außengewindeabschnitt
- 36a
- Innengewindeabschnitt
- 36b
- Innengewindeabschnitt
- 38
- Lenkachsen-Roll-Restriktor
- 40a
- Riemenscheiben- oder Kugelumlaufmuttersensor
- 40b
- Riemenscheiben- oder Kugelumlaufmuttersensor
- 42a
- Motorwellensensor
- 42b
- Motorwellensensor
- A
- Abschnitt
- R
- Richtung
- R1
- Richtung
- R2
- Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0278466 A1 [0006]
- US 6923288 B2 [0006]
- US 1007627 B2 [0006]
- US 9637167 B2 [0006]
- US 9079604 B2 [0006]
