DE102020203362A1

DE102020203362A1 - Einzelradlenkung

Info

Publication number: DE102020203362A1
Application number: DE102020203362.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kurz; Tobias Ritz; Christian Riese; Matthias Ehrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Einzelradlenkung nach dem Steer-by-Wire Prinzip für ein Kraftfahrzeug, umfassend einem ersten elektrischen Aktuator (1), welcher auf eine erste Lenkstange (2) wirkt und translatorisch verschiebt; einem zweiten elektrischen Aktuator (3), welcher auf eine zweite Lenkstange (4) wirkt und translatorisch verschiebt; wobei die erste Lenkstange (2) über eine Spurstange mit einem ersten lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist; wobei die zweite Lenkstange (4) über eine Spurstange mit einem zweiten lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei der zweite elektrische Aktuator (3) mit der zweiten Lenkstange (4) auf einem Ende der ersten Lenkstange (2) angeordnet ist; wodurch der zweite elektrische Aktuator (3) mit der zweiten Lenkstange (4) mit bewegt werden, wenn die erste Lenkstange (2) translatorisch verschoben wird.

Description

Stand der Technik
Aktuelle elektrische Lenksysteme haben einen Zentralsteller, der das linke und rechte Rad gleichermaßen einschlägt. Bei Lenksystemen nach dem Steer-by-Wire Prinzip entfällt die mechanische Verbindung zum Lenkrad. Stattdessen werden die Lenkeingaben des Fahrers von Sensoren erfasst und an ein Steuergerät weitergeleitet, welches dann den Lenkaktuator entsprechend ansteuert.
Bekannt sind zudem dezentrale by-wire Lenksteller, also Einzelradsteller, für die Hinterachse und für die Vorderachse. Bei solchen Einzelradstellern ist jedem gelenkten Rad ein Lenkaktuator mit einem Motor zugeordnet. Die Dimensionierung eines Lenkaktuators für einen Einzelradsteller basiert auf bestimmten, kritischen Manövern. Diese Manöver, wie z.B. ein Durchlenken im Stand wie bei einem Einparkvorgang, erfordern große Kräfte. Allerdings liegt bei einer derartigen Auslegung die Aktorleistung des Gesamtsystems deutlich über der Leistung eines vergleichbaren Systems mit einem Zentralsteller. Der Grund dafür ist, dass die beiden Räder über den gesamten Arbeitsbereich keinen konstanten Kraftbedarf aufweisen. Somit muss jeder Aktuator die maximal auftretende Kraft bereitstellen können, ohne dass diese zeitgleich an beiden Rädern notwendig wäre.
Nachteilig am Stand der Technik ist also, dass die Leistung von Lenkaktuatoren bei einem Einzelradlenksystem nicht gut ausgenutzt wird.
Es ist damit die Aufgabe der Erfindung, eine by-wire Einzelradlenkung bereitzustellen, bei der die Aktorleistung des Gesamtsystems im Vergleich zum Stand der Technik reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß werden zwei Aktuatoren im Verbund verwendet. Ein erster Aktuator verschiebt eine erste Lenkstange und sorgt für eine Lenkbewegung, wie sie von einem System mit einem zentralen Lenksteller bekannt ist. Ein zweiter Aktuator ist auf einem Ende der ersten Lenkstange angeordnet und lenkt über eine zweite Lenkstange nur eines der Räder, wirkt jedoch relativ zur Auslenkung von dem ersten Aktuator.
Funktionen
Wird der zweite Aktuator nicht angesteuert, bewegt der erste Aktuator die erste Lenkstange, den zweiten Aktuator und die zweite Lenkstange in gleichem Maße. Beim langsamen Fahren, z.B. in einer Parkiersituation kann nur der erste Aktuator verwendet werden.
In anderen Fahrsituationen kann der zweite Aktuator angesteuert werden. Das Fahrzeug erhält dadurch eine höhere Dynamik. Zudem kann ein kleinerer Wendekreis erreicht werden.
Ausführung
Der zweite Aktuator wird vorzugsweise mit Selbsthemmung, einer Bremse oder einem vergleichbaren System ausgeführt. Dadurch ist es möglich, ohne Einsatz von Energie am zweiten Aktuator beide Räder gleichsinnig zu lenken. Damit kann der zweite Aktuator vorteilhaft kleiner dimensioniert werden, da eine Differenz im Lenkwinkel dann auf niedrigere Lenkkräfte beschränkt werden kann, wie sie bei rollendem Rad auftreten.
Wenn der zweite Aktuator ohne Selbsthemmung oder Bremse ausgeführt wird, muss er ausreichend groß dimensioniert sein, da er in der Lage sein muss, die gesamte Lenkkraft auf ein Rad zu übertragen.
Der erste Aktuator muss ausfallsicher ausgeführt sein. Sofern der zweite Aktuator mit Selbsthemmung oder einer Bremse ausgeführt ist, ist ein Ausfall des Antriebs des zweiten Aktuators nicht sicherheitskritisch. In dem Fall, dass bei dem zweiten Aktuator keine Position mehr gestellt werden kann, dieser Aktuator aber blockiert, sind immer noch alle verbundenen Räder im Fehlerfall lenkbar. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist in diesem Fehlerfall das Leistungsvermögen mit einem Steer-by-Wire System mit Zentralsteller vergleichbar.
Lagerung
Vorzugsweise werden die beiden Aktuatoren im selben Gehäuse untergebracht, welches direkt mit dem Chassis verbunden ist. Dadurch kann die zweite Lenkstange gegenüber dem Chassis gelagert werden. Dies erleichtert eine Abstützung des entstehenden Moments um die Stangenachse, wenn der zweite Aktuator als Kugelgewindetrieb ausgeführt ist.
Eine Ausführung der Erfindung wird nun anhand der Figuren erläutert.

1 zeigt eine Einzelradlenkung nach dem Stand der Technik
2 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Einzelradlenkung
3 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Einzelradlenkung mit einer Lagerung

1 zeigt eine Einzelradlenkung nach dem Stand der Technik. Für jede Seite ist ein Aktuator 1, 3 verbaut, welcher über eine Lenkstange 2, 4 ein Rad des Fahrzeugs verstellt. Jeder Aktuator 1, 3 ist am Chassis 6 des Fahrzeugs gelagert.
In der 2 ist die erfindungsgemäße Einzelradlenkung zu sehen. Der erste Aktuator 1 verschiebt translatorisch die erste Lenkstange 2, welches als Zahnstange ausgeführt ist. An einem Ende der ersten Lenkstange 2 ist der zweite Aktuator 3 angeordnet, welcher die zweite Lenkstange 4 verschieben kann. Der zweite Aktuator 3 wirkt damit zwischen den beiden Zahnstangen 2, 4. Nicht dargestellt ist, dass ein Ende der ersten Lenkstange 2 und ein Ende der zweiten Lenkstange 4 in üblicherweise über Spurstangen mit den lenkbaren Rädern verbunden sind.
In der 3 ist die bevorzugte Lagerung der erfindungsgemäßen Einzelradlenkung in einem Gehäuse 5 zu sehen. Die beiden Aktuatoren 1, 3 und Lenkstangen 2, 4 sind im selben Gehäuse 5 gelagert. Die erste Lenkstange 2 stützt sich über das Lager 7 am Gehäuse 5 ab.
Das Lager 8 ist zwischen dem Aktuator 3 und dem Gehäuse angeordnet und das Lager 9 stützt die zweite Lenkstange 4 am Gehäuse ab. Damit muss die axiale Verschiebung der Lenkstange 2 und dem zweiten Aktuator 3 durch die Lager 7, 8 ermöglicht werden. Das dritte Lager 9 muss die Summe der Auslenkungen beider Aktuatoren 1, 3 an der zweiten Lenkstange 4 ermöglichen.
Die insgesamt zulässige axiale Verschiebung der zweiten Lenkstange 4 ist vergleichbar mit dem zulässigen Weg der ersten Lenkstange 2. Dieser wird üblicherweise durch das Zusammenspiel der Lenkung mit der Radaufhängung limitiert, worüber dann der erforderliche Weg des Lenksystems spezifiziert wird.

Claims

Einzelradlenkung nach dem Steer-by-Wire Prinzip für ein Kraftfahrzeug, umfassend einem ersten elektrischen Aktuator (1), welcher auf eine erste Lenkstange (2) wirkt und translatorisch verschiebt; einem zweiten elektrischen Aktuator (3), welcher auf eine zweite Lenkstange (4) wirkt und translatorisch verschiebt; wobei die erste Lenkstange (2) über eine Spurstange mit einem ersten lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist; wobei die zweite Lenkstange (4) über eine Spurstange mit einem zweiten lenkbaren Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Aktuator (3) mit der zweiten Lenkstange (4) auf einem Ende der ersten Lenkstange (2) angeordnet ist; wodurch der zweite elektrische Aktuator (3) mit der zweiten Lenkstange (4) mit bewegt werden, wenn die erste Lenkstange (2) translatorisch verschoben wird.
Einzelradlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Aktuator (3) eine geringere Leistung hat als der erste elektrische Aktuator (1).
Einzelradlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lenkstange (2) eine Zahnstange ist, wobei der erste elektrische Aktuator (1) über ein Ritzel die Zahnstange verschiebt.
Einzelradlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Aktuator (3) als Kugelgewindetrieb ausgeführt ist.
Einzelradlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Aktuator (3) selbsthemmend oder mit einer Bremse ausgeführt ist.
Einzelradlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite elektrische Aktuator (1, 3) und die erste und zweite Lenkstange (2, 4) in einem gemeinsamen Gehäuse (5) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (5) direkt mit dem Chassis (6) des Kraftfahrzeugs verbunden ist.