DE102019217543A1

DE102019217543A1 - Kraftfahrzeug mit verstellbarer Lenkübersetzung

Info

Publication number: DE102019217543A1
Application number: DE102019217543.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kurz; Tobias Ritz; Christian Riese; Matthias Ehrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Kraftfahrzeug mit einem Lenksystem (2), welches den Lenkwinkel von gelenkten Räder (4) verstellt; mit jeweils einen Radträger (5), welche Teil einer Radaufhängung ist und das Rad (4) lagert, wobei der Radträger (5) über Lenker (3, 6) mit einem Fahrzeugkörper (1) verbunden ist; einer der Lenker ist ein Spurlenker (6), wobei der Spurlenker (6) mit dem Lenksystem (2) verbunden ist; ein oder mehrere Lenker (3) definieren eine Lenkachse des Rades, um welche das Rad (4) rotiert, wobei die Radaufhängung einen Aktuator umfasst, welcher einen Verbindungspunkt (TI, TO) des Spurlenkers (6) verschieben kann, wodurch sich der Abstand zwischen Spurlenker (6) und Lenkachse und damit das Übersetzungsverhältnis der Lenkbewegung verändert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Lenkung und beschäftigt sich mit den Radträgern, welche über Lenker mit dem Fahrzeugkörper verbunden sind.
Stand der Technik
Heutige Lenksysteme haben einen Zentralsteller, welcher das linke und rechte Rad gleichermaßen verstellt. Meistens ist der Zentralsteller an der Vorderachse verbaut und umfasst eine Lenkstange, welche durch ein Lenkgetriebe verschoben wird. Die Lenkstange ist über Spurstangen mit den Rädern verbunden und verstellt so die Lenkwinkel.
Zudem besteht zwischen dem Zentralsteller und dem Lenkrad eine mechanische Verbindung. Bei Steer-by-wire Lenksystemen entfällt die mechanische Verbindung. Stattdessen wird die Lenkstange durch ein elektrisch angetriebenes Lenkgetriebe verstellt, welches durch ein Steuergerät gesteuert wird.
Die Architektur der Zahnstangenlenkung, also die Verstellung der Räder über Lenkstange und Spurstangen, bleibt aber gleich. Der maximale Lenkwinkel ist durch die Geometrie dieser Achsschenkellenkung vorgegeben und kann nicht weiter vergrößert werden. Dennoch besteht der Wunsch bei zukünftigen Fahrzeugen, die Räder stärker einzuschlagen um besser Rangieren zu können.
Bei dezentralen Lenkstellern, also Einzelradstellern, ist jeweils ein Aktor in der Nähe des Rades angeordnet. Hier kann der maximale Lenkwinkel vergrößert werden, allerdings muss die Kinematik, das heißt die Längen- und Hebelverhältnisse an die Radaufhängung angepasst werden.
Ferner sind Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen an der Radaufhängung Aktoren angeordnet sind, um die Orientierung eines Rades einstellen zu können. Damit kann im Wesentlichen der Radsturz verstellt werden.
Es ist damit Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einem Zentrallenksteller bereitzustellen, wobei der maximale Lenkwinkel vergrößert ist. Dadurch kann die Architektur der zentralen Zahnstangenlenkung beibehalten werden und gleichzeitig wird die Forderung nach einem höheren Lenkwinkel erfüllt.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Anspruch 1 gelöst, indem die Verbindungspunkte eines Spurlenkers durch einen Aktor verschoben werden, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis der Lenkbewegung verändert. Der Aktor wird vorzugsweise elektrisch angetrieben, kann aber auch hydraulisch angetrieben werden.
Die Räder eines Kraftfahrzeugs werden durch einen Radträger gelagert. Der Radträger ist Teil der Radaufhängung und ist durch Lenker mit dem Fahrzeugkörper verbunden. Dabei gibt es unterschiedliche Typen von Radaufhängungen. Von den sechs Freiheitsgraden des Radträgers wird die Lenkrotation über die Spurstange abgestützt und ein Freiheitsgrad durch die Aufbaufeder/-dämpfer. Die restlichen vier Freiheitsgrade können über zwei Querlenker oder einen Querlenker und McPherson-Federbein abgestützt werden. Jeder Querlenker kann alternativ durch zwei Zugstäbe ersetzt werden. Diese Erfindung ist für verschiedene Typen von Radaufhängungen anwendbar.
Im Falle eines Querlenkers kann der Radträger um den Verbindungspunkt zwischen Querlenker und Radträger rotieren. Diese Rotationsachse ist annähernd die Lenkachse. Im Falle von Zugstäben entsteht im Schnittpunkt von gedachten, verlängerten Längslinien der Zugstäbe eine virtuelle Lenkachse.
Weiterhin ist der Radträger über Spurlenker mit dem Fahrzeugkörper bzw. mit dem Lenksystem verbunden. In einer konventionellen Lenkung wird die translatorische Bewegung der Zahnstange des Lenksystems über den Spurlenker auf den Radträger übertragen. Dadurch wird eine Rotation des Radträgers um die im Allgemeinen virtuelle Lenkachse erzeugt.
Die Bewegung der Zahnstange des Lenksystems und die Rotation des Radträgers haben ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis. Es wird durch die geometrischen Abmessungen und Positionen der Lenker bestimmt und hat im Normalfall einen vorgegebenen Verlauf.
Gemäß dieser Erfindung werden nun diese geometrischen Abmessungen und Positionen variiert, wodurch das Übersetzungsverhältnis verändert wird. An einem der Verbindungspunkte des Spurlenkers ist ein elektrischer Aktor vorgesehen, welche die Position des Verbindungspunktes näherungsweise quer zum Spurlenker verschiebt.
Vorzugsweise ist der zusätzliche elektrische Aktor am Radträger vorgesehen, womit der Verbindungspunkt zwischen Radträger und Spurlenker verändert wird. Es ist auch denkbar, den elektrischen Aktor am Fahrzeugkörper bzw. am Lenksystem anzuordnen. Dies ist allerdings technisch aufwändiger. Ebenso ist es möglich, dass ein erster Aktor am Radträger und ein zweiter Aktor am Fahrzeugkörper angeordnet sind. Eine Verschiebung von beiden Punkten gleichzeitig würde den Effekt verstärken.
Bei Aktivierung des zusätzlichen Aktors am Radträger wird, mit dem Ziel den Lenkwinkel zu vergrößern, der Abstand zwischen virtueller Lenkachse und Spurstange verringert. Beim Zurücklenken wird der Aktor wieder aktiviert und verschiebt dabei den Verbindungspunkt so, dass sich der Abstand zwischen virtueller Lenkachse und Spurstange vergrößert.
Da dieser zusätzliche Aktor lediglich die Längenverhältnisse in einem festen Rahmen variiert, kann er für den Fehlerfall selbsthemmend ausgeführt werden, wodurch die Lenkfunktionalität erhalten bleibt. Im Falle eines Ausfalls des Systems kann der entsprechende Angriffspunkt fixiert werden.
Ferner ist es denkbar, den erfindungsgemäßen Aktor als Rückfallebene für das Lenksystem zu verwenden. Besonders vorteilhaft kann der Aktor bei einem Ausfall eines Einzelradstellers dazu verwendet werden, um weiterhin eine gewisse Lenkbewegung des Rades zu ermöglichen. Die damit erreichbare Funktionalität ist bezüglich den erreichbaren Lenkwinkeln und der Lenkgeschwindigkeit deutlich eingeschränkt. Jedoch ist es möglich, dass die Fahrt mit gewissen Einschränkungen fortgesetzt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Radaufhängung in Geradeausstellung
2 eine schematische Darstellung einer Radaufhängung im ausgelenkten Zustand

In der 1 ist schematisch die erfindungsgemäße Radaufhängung zu sehen. Am Fahrzeugkörper 1 ist ein Lenksystem 2 angeordnet. Ein Rad 4 ist an einem Radträger 5 gelagert. Der Radträger 5 ist über einen Querlenker 3 mit dem Fahrzeugkörper 1 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen Querlenker 3 und Radträger 5 ist annähernd die Lenkachse.
An dem Lenksystem 2 ist der Spurlenker 6 im Punkt Tl befestigt, so dass die translatorischen Bewegungen der Zahnstange des Lenksystems 2 auf die Spurstange 6 übertragen werden. Das andere Ende des Spurlenkers 6 ist mit dem Radträger 5 im Punkt TO verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel soll der Verbindungspunkt TO verschiebbar sein. Dazu ist am Radträger 5 ein elektrischer Aktor (nicht dargestellt) angeordnet. Dieser Aktor verschiebt den Verbindungspunkt entlang der x-Achse, so dass der Abstand zur Lenkachse vergrößert oder verkleinert wird.
Es ist auch möglich, den Verbindungspunkt Tl zu verschieben. Dies ist aber aufwändiger, da der Aktor direkt am Lenksystem angeordnet werden muss.
In der 2 ist schematisch die erfindungsgemäße Radaufhängung im ausgelenkten Zustand zu sehen. Die Zahnstange des Lenksystems 2 hat einen Hub gemacht und dabei die Bewegung über die Spurstange 6 auf den Radträger 5 übertragen. Dadurch ist das Rad 4 bzw. der Radträger 5 um die Lenkachse rotiert. Um den Lenkwinkel zu vergrößern, wurde der Verbindungspunkt TO durch einen elektrischen Aktor (nicht dargestellt) so verschoben, dass sich der Abstand von TO zur Lenkachse verkleinert. Im Ergebnis kann die maximale Auslenkung des Rades 4 um einen bestimmten zusätzlichen Winkel vergrößert werden.

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Lenksystem (2), welches den Lenkwinkel von gelenkten Räder (4) verstellt; mit jeweils einem Radträger (5), welche Teil einer Radaufhängung ist und das Rad (4) lagert, wobei der Radträger (5) über Lenker (3, 6) mit einem Fahrzeugkörper (1) verbunden ist; einer der Lenker ist ein Spurlenker (6), wobei der Spurlenker (6) mit dem Lenksystem (2) verbunden ist; ein oder mehrere Lenker (3) definieren eine Lenkachse des Rades, um welche das Rad (4) rotiert; dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufhängung mindestens einen Aktuator umfasst, welcher einen Verbindungspunkt (TI, TO) des Spurlenkers (6) verschieben kann, wodurch sich der Abstand zwischen Spurlenker (6) und Lenkachse und damit das Übersetzungsverhältnis der Lenkbewegung verändert.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenker ein Querlenker (3) ist, welcher auf der einen Seite mit dem Fahrzeugkörper (1) und auf der anderen Seite mit dem Radträger (5) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Lenker Zugstäbe sind, welche auf der einen Seite mit dem Fahrzeugkörper (1) und auf der anderen Seite mit dem Radträger (5) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3; dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor am Radträger (5) angeordnet ist und den Verbindungspunkt TO des Spurlenkers (6) in radialer Richtung verschieben kann.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3; dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor am Fahrzeugkörper (1) angeordnet ist und den Verbindungspunkt TI des Spurlenkers (6) in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers (1) verschieben kann.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3; dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Aktor am Fahrzeugkörper (1) angeordnet ist und den Verbindungspunkt TI des Spurlenkers (6) in Längsrichtung des Fahrzeugkörpers (1) verschieben kann; und dass ein zweiter Aktor am Radträger (5) angeordnet ist und den Verbindungspunkt TO des Spurlenkers (6) in radialer Richtung verschieben kann.