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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche ausgestaltet ist zur Erzeugung eines Lenkeinschlags von lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs. Ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Lenksystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
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In einer Kraftfahrzeuglenkung kann ein Lenkeinschlag der gelenkten Räder dadurch erzeugt werden, dass eine manuelle Lenkkraft als Handmoment über ein Lenkrad eingegeben wird, und zusätzlich oder alternativ eine motorische Lenkkraft durch eine Stellkraft eines motorischen Lenkungsantriebs ausgeübt wird. In einer Hilfskraftlenkung wird die manuelle Lenkkraft durch die motorische Lenkkraft verstärkt, und in einem Steer-by-wire-Lenksystem erfolgt die mechanische Lenkverstellung der Räder allein durch die motorische Stellkraft.
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Die gesamte eingegebene - manuelle und motorische - Lenkkraft wird über eine Lenkeinrichtung in eine mit dem Lenkbefehl korrespondierende Stellkraft zur Erzeugung des Lenkeinschlags der gelenkten Räder umgesetzt. Die Lenkeinrichtung umfasst beispielsweise ein Lenkgetriebe, in das die Lenkkraft über mindestens ein Eingabeelement eingegeben wird, das Eingabeelement ist mit einem Eingang von Getriebemitteln verbunden, die bevorzugt ein Umlenkgetriebe mit einem Zahnstangen- oder Spindeltrieb aufweisen können. Ausgangsseitig sind die Getriebemittel mit mindestens einem Ausgangselement verbunden, welches zur Ausübung der Stellkraft wirkungsmäßig mit den lenkbaren Rädern verbunden ist, beispielsweise über Spurstangen und Achsschenkel.
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Durch hohe Luftfeuchtigkeit und sich ändernde Außentemperaturen kann an der Lenkeinrichtung, insbesondere am Lenkgetriebe Feuchtigkeit kondensieren.
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Bei verbrennungsmotorgetriebenen Fahrzeugen wird die Lenkeinrichtung, beispielsweise das Lenkgetriebe beim Starten durch die von dem Verbrennungsmotor insbesondere im Bereich des Krümmers und der Auspuffanlage abgegebene Abwärme erwärmt. Dadurch erreicht das Lenkgetriebe auch bei einem hohen Feuchtigkeitsanfall, beispielsweise im Winterbetrieb, relativ schnell eine ausreichende Betriebstemperatur und trocknet ab. Bei Elektrofahrzeugen fällt jedoch durch den elektrischen Primärantrieb deutlich weniger Abwärme an, so dass das Lenkgetriebe nicht nur bei der Aufnahme des Lenkbetriebs, sondern auch im Fahrbetrieb unterhalb der Betriebstemperatur bleibt und einer hohen Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Dadurch kann Korrosion auftreten und die Schmierung beeinträchtigt werden, wodurch das Lenkgetriebe schwergängiger werden kann, die Lebensdauer verringert werden kann, und erhöhte Betriebsgeräusche auftreten können.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Lenkeinrichtung Korrosion zu verringern und verbesserte Betriebseigenschaften zu ermöglichen.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lenkeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Lenksystem gemäß Anspruch 12, ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 13 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einer Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche ausgestaltet ist zur Erzeugung eines Lenkeinschlags von lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lenkeinrichtung eine Heizeinrichtung aufweist.
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Durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann die Lenkeinrichtung unabhängig von der Art und dem Betriebszustand des Fahrzeugantriebs auf eine vorgegebene Betriebstemperatur erwärmt werden. Dadurch kann vorhandene Feuchtigkeit verdampft und entfernt werden, und die Bildung von Feuchtigkeitsniederschlag reduziert oder verhindert werden. Daraus resultiert der Vorteil, das feuchtigkeitsbedingte Korrosion wirksam verhindert werden kann.
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Die Lenkeinrichtung kann bevorzugt ein Lenkgetriebe für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs umfassen. Dieses weist vorzugsweise mindestens ein Eingangselement zur Eingabe einer Lenkkraft auf, welches über Getriebemittel mit mindestens einem Ausgangselement wirkverbunden ist. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Lenkgetriebe eine Heizeinrichtung aufweist, oder thermisch an ein solches angekoppelt ist.
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Das Eingangselement des Lenkgetriebes bildet ein Lenkkrafteingangsglied, welches zur Einleitung einer Lenkkraft dient. Die Lenkkraft kann manuell und dabei bevorzugt verstärkt durch einen motorischen Hilfskraftantrieb bereitgestellt werden, oder in einem reinen Steer-by-Wire-Lenksystem ausschließlich durch einen elektromotorischen Lenkungsantrieb erzeugt und in das Lenkgetriebe eingeleitet werden. Ein manueller und/oder motorischer Lenkungsantrieb werden im Folgenden allgemein auch als Eingabemittel bezeichnet.
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Gemäß der Erfindung kann die Lenkeinrichtung, beispielsweise ein Lenkgetriebe, unabhängig von der Art des Primärantriebs des Fahrzeugs, und unabhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs, durch die Heizeinrichtung derart aufgeheizt oder angewärmt werden, dass an oder in der Lenkeinrichtung anfallende Feuchtigkeit verdampft und entfernt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die funktionalen Bestandteile trocken bleiben, oder zumindest vor der Aufnahme des Fahrbetriebs relativ schnell getrocknet werden, wodurch potentiell schädliche Korrosion sicher verhindert werden kann.
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Ein besonderer Vorteil ist, dass die Feuchtigkeit auch bei einem Elektrofahrzeug, bei dem keine zur Trocknung ausreichende Abwärme der Lenkeinrichtung, beispielsweise im Bereich des Lenkgetriebes, anfällt, zuverlässig beseitigt werden kann. Dadurch kann Verschleiß reduziert werden, und verbesserte Betriebseigenschaften realisiert werden, beispielsweise eine leichtgängige und effiziente Übertragung der Lenkkraft und geringe Reibung und Betriebsgeräusche.
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Durch die Heizeinrichtung kann Feuchtigkeit unabhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs, insbesondere auch bei abgeschaltetem Primärantrieb, vom einer Lenkeinrichtung wie einem Lenkgetriebe ferngehalten oder beseitigt werden. Besonders vorteilhaft ist dies bei Elektrofahrzeugen, bei denen das Lenkgetriebe unter ungünstigen Umgebungsbedingungen auch im Fahrbetrieb nicht trocknet. Die genannten Vorteile können jedoch auch bei verbrennungsmotorgetriebenen Fahrzeugen relevant sein, beispielsweise beim Abstellen des Fahrzeugs für längere Zeit oder unter ungünstigen, feuchten Umgebungsbedingungen.
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Das Heizelement kann ein Kontaktheizelement und/oder ein Strahlungsheizelement und/oder ein Konvektionsheizelement aufweisen. Es kann zur Abgabe von Konvektionswärme und/oder Kontaktwärme und/oder Strahlungswärme ausgebildet sein, und beispielsweise einen Heizlüfter, eine Heizmanschette, eine Infrarot-Wärmestrahler oder dergleichen umfassen, gegebenenfalls auch in Kombination.
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Es kann vorteilhaft sein, dass die Heizeinrichtung ein elektrisches Heizelement aufweist. Ein elektrisches Heizelement kann vorteilhaft mit geringem Aufwand bereitgestellt werden, beispielsweise als Widerstandselement oder Infrarotstrahler. Es kann in vorteilhafter Weise mit der Lenkeinrichtung, beispielsweise im Lenkgetriebe, integriert ausgebildet sein. Hierzu kann es beispielsweise an oder in einem Gehäuse angeordnet sein, in dem Getriebemittel untergebracht sind. Beispielsweise kann eine Heizmanschette, Heizpatrone mit einem Heizwiderstand zur Übertragung von Kontaktwärme an der Lenkeinrichtung befestigt werden. Dadurch kann eine vorteilhaft kompakte Bauform realisiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein mit dem Lenkgetriebe zusammenwirkender Elektromotor eine Heizeinrichtung aufweist. Der elektrische Motor, auch als Stellmotor oder Antriebsmotor bezeichnet, kann mit dem Lenkgetriebe verbunden oder baulich integriert ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, die ohnehin vorhandene Stromversorgung zu nutzen, um den Motor elektrisch zu erwärmen, und dadurch das Lenkgetriebe zu beheizen. Eine vorteilhafte Möglichkeit hierzu ist, Widerstandselemente des Motors mit einem Heizstrom zu beaufschlagen. Bevorzugt können beispielsweise die primär zur Erzeugung des Antriebsmoments dienenden Motorwicklungen mit einem Heizstrom bestromt werden, der so bemessen und in die Motorwicklungen eingespeist wird, dass kein oder nur ein sehr geringes Motormoment erzeugt wird, so dass keine mechanische Bewegung der Lenkung erzeugt wird. Beispielsweise kann die Stromstärke so gering sein, dass die im Stand wirkende Haftreibung nicht überwunden wird, oder es können Motorwicklungen zur Erzeugung gegeneinander gerichteter Momente angesteuert werden, Ein Vorteil dabei ist, dass ein vorhandener Motor als Heizelement genutzt werden kann, und somit die Realisierung der Erfindung ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand ermöglich wird. Alternativ kann der Motor auch zusätzliche Heizwicklungen oder andere elektrische Wärmeerzeuger aufweisen, die ebenfalls bevorzugt baulich integriert sein können.
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Es ist vorteilhaft, dass eine elektrische Heizeinrichtung bestromt wird, während der Primärantrieb des Fahrzeugs abgeschaltet ist. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung mit Vorteil während der Standzeit beim Laden des Fahrzeugakkus bei Elektrofahrzeugen aktiviert sein, so dass bereits die Kondensation von Feuchtigkeit, beispielsweise am oder im Lenkgetriebe, wirksam verhindert wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung ein Wärmeleitelement aufweist, das an ein Betriebsaggregat thermisch ankoppelbar ist. Ein derartiges Wärmeleitelement kann als räumlich ausgedehnter Wärmeübertrager ausgestaltet sein, der eine hohe Wärmeleifähigkeit hat, beispielsweise mit einem thermisch isolierten metallischen Wärmeleiter, einem Wärmerohr, auch als heat pipe bezeichnet, oder dergleichen. Dieses ist mit einem nahen Ende thermisch an die Lenkeinrichtung, beispielsweise an das Lenkgetriebe angekoppelt, und mit einem fernen Ende an ein Betriebsaggregat des Fahrzeugs, welches im Betrieb Wärme abgibt.
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Beispielsweise können dies elektrische Antriebsvorrichtungen, Steuereinheiten, Energiespeicher oder dergleichen sein, die dadurch gekühlt werden müssen, dass deren Verlustwärme an die Umgebung abgeführt wird. Diese bisher ungenutzte Abwärme kann über das Wärmeleitelement der Lenkeinrichtung, beispielsweise dem Lenkgetriebe, zugeführt werden, um die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung zu realisieren.
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Es ist vorteilhaft, dass die Heizeinrichtung thermisch an ein Gehäuse angekoppelt ist. Das Gehäuse kann beispielsweise ein Getriebegehäuse des Lenkgetriebes bilden, in dem Getriebemittel angeordnet sind, und Eingangs- und Ausgangselemente gelagert sind. Bevorzugt kann ein elektrischer Stellmotor an dem Gehäuse angebracht sein, beispielsweise angeflanscht. Bevorzugt kann das Gehäuse aus einem metallischen Material ausgebildet sein, beispielsweise aus einem Gussmaterial wie Aluminium- oder Magnesium-Druckguss, oder zumindest teilweise aus einem bevorzugt gut wärmeleitenden nichtmetallischen Material, beispielsweise einem Kunststoff. Durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann das Gehäuse erwärmt werden, vorzugsweise durch thermischen Kontakt mit den oben beschriebenen Heizelementen, wobei sämtliche damit verbundenen Bauteile ebenfalls gleichmäßig erwärmt und trocken gehalten werden können. Zur Montage im Fahrzeug kann das Gehäuse Verbindungsmittel zur Verbindung mit der Karosserie aufweisen.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung einen Temperatursensor aufweist, Der Temperatursensor misst die Ist-Temperatur des Lenkgetriebes, und kann beispielsweise in oder an einem Gehäuse angebracht sein. In Abhängigkeit von der gemessenen Ist-Temperatur kann eine automatisierte Temperaturregelung realisiert sein, von der die Heizeinrichtung angesteuert wird, um beispielsweise das Lenkgetriebe auf eine vorbestimmte Soll-Temperatur aufzuheizen. Vorzugsweise wird eine Soll-Temperatur höher vorgeben, als eine momentan herrschende Umgebungstemperatur, welche üblicherweise der Außentemperatur des Fahrzeugs entspricht, und die mittels eines zusätzlichen Außen- oder Umgebungstemperatursensors erfasst werden kann. Dies hat den Vorteil, dass anhaftende Feuchtigkeit verdampft und zuverlässig entfernt werden kann.
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Zur Temperaturregelung der Heizeinrichtung kann die Lenkeinrichtung eine Thermostatsteuerung aufweisen. Diese kann beispielsweise einen einfach aufgebauten, zuverlässig arbeitenden thermomechanischen Schalter aufweisen, beispielsweise einen Bimetallschalter, der abhängig von der an einem thermomechanischen Schaltelement anliegenden Temperaturdifferenz die Heizeinrichtung ein- oder abschaltet. Alternativ kann auch ein elektronischer Temperatursensor eingesetzt werden, der mit einer Regeleinrichtung zur Ansteuerung der Heizeinrichtung abhängig von der gemessenen Temperaturabweichung zwischen Umgebungstemperatur und Ist-Temperatur des Lenkgetriebes angeschlossen ist. Vorteilhaft dabei ist, dass definierte Heiz-Kennlinien vorgegeben werden können, welche eine differenzierte Ansteuerung der Heizung abhängig von Temperaturbereichen der Umgebungs- und Ist-Temperatur ermöglichen. Es können auch Betriebszustände des Fahrzeugs berücksichtigt werden, beispielsweise, ob der Primärantrieb des Fahrzeugs an- oder abgeschaltet ist, der Fahrzeugakkumulator einen hinreichenden Ladezustand hat, oder das Fahrzeug an eine externe elektrische Ladestation angeschlossen ist oder dergleichen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung einen Feuchtigkeitssensor aufweist. Dadurch kann die absolute und/oder relative Feuchtigkeit gemessen werden, die beispielsweise an oder in dem Lenkgetriebe herrscht, oder in der Umgebung. Es kann bevorzugt ein elektronischer Feuchtigkeitssensor eingesetzt werden, der mit einer Regeleinrichtung zur Ansteuerung der Heizeinrichtung abhängig von einer gemessenen Feuchtigkeit angeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, eine Feuchtigkeitsregelung zur Heizeinrichtung zur feuchteabhängigen Erwärmung des Lenkgetriebes zu realisieren. Dadurch kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass tatsächlich akzeptable Feuchtigkeitswerte eingehalten werden können, auch wenn anhand von Temperaturmessungen keine eindeutigen Schlüsse möglich sind, beispielsweise bei schnellen Temperaturschwankungen oder ungleichmäßiger Temperaturverteilung über das Fahrzeug.
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Eine Temperaturregelung und eine Feuchtigkeitsregelung der Heizeinrichtung können einzeln oder in Kombination realisiert werden. Dabei kann eine temperatur- oder feuchtigkeitsgeregelte Steuerung einfach ausgebildet sein, und eine kombinierte Temperatur-Feuchtigkeitsregelung weist eine erhöhte Redundanz auf.
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Bevorzugt kann die Heizeinrichtung eine Steuereinrichtung aufweisen oder an eine solche anschließbar sein. Die Steuereinrichtung weist eine elektrische Steuer- und Regelschaltung auf, welche beispielsweise Ist-Temperatur, Umgebungstemperatur, Feuchtigkeitswert und/oder weitere externe Messgrößen und/oder Betriebsparameter berücksichtigt und mit einem Soll-Temperaturwert vergleicht. Bei Abweichungen steuert die Steuereinrichtung die Stromzufuhr der Heizeinrichtung, bis ein Soll-Temperaturwert erreicht ist. Vorteilhaft ist dabei, dass eine Ansteuerung der Heizeinrichtung ermöglicht wird, die optimal an die Umgebungsbedingungen und die aktuellen Betriebsparameter angepasst ist.
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Es ist weiter möglich, dass die Heizeinrichtung einen Energiespeicher aufweist. Dieser kann beispielsweise einen elektrischen Akkumulator aufweisen, der mit dem Fahrzeugakku verbunden ist, oder zumindest zusammen mit diesem geladen wird. Dadurch, dass der Energiespeicher separat ausgestaltet ist, kann verhindert werden, dass der Fahrzeugakku durch die Heizeinrichtung entladen wird, beispielsweise bei langen Standzeiten.
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Es ist auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ ein Wärmespeicher vorgesehen ist, beispielsweise ein Latentwärmespeicher, der beispielsweise die in dem Lenkgetriebe vorhandene Wärmemenge speichert und ein Abkühlen verlangsamt, oder durch andere externe Wärmequellen, beispielsweise durch die Abwärme anderer Betriebsaggregate des Fahrzeugs mit thermischer Energie aufgeladen wird, die bei Bedarf zur Erwärmung des Lenkgetriebes genutzt werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung eine thermische Isolation aufweist. Durch die thermische Isolation können Wärmeverluste durch Strahlung, Wärmeübergang und Konvektion reduziert werden, so dass die vorhandene Wärme in der Lenkeinrichtung, beispielsweise in dem Lenkgetriebe zurückgehalten werden. Die thermische Isolation kann im Prinzip aus bekannten Isoliermaterialien ausgebildet sein, und das Lenkgetriebe zumindest teilweise nach außen umschließen. Bevorzugt kann die Heizeinrichtung zusammen mit dem Lenkgetriebe innerhalb der Isolation angeordnet sein, wodurch eine effiziente und energiesparende Erwärmung ermöglicht wird.
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Es ist möglich, dass die Getriebemittel des Lenkgetriebes eine Zahnstange und ein darin eingreifendes Ritzel aufweisen, und/oder einen Spindeltrieb mit einer in eine Spindelmutter eingreifenden Gewindespindel. Die erste Variante ist entsprechend einer klassischen Zahnstangenlenkung ausgebildet, bei der die Zahnstange ein mit dem Ausgangselement verbundenes Getriebemittel bildet, welches durch Drehung des mit dem Eingangselement verbundenen Ritzels in einer Linearbewegung längs verschoben werden kann, und über Spurstangen an Achsschenkel der zu lenkenden Räder gekoppelt ist. Bei der zweiten Variante ist zur Umsetzung eines in das Eingangselement eingegebenen Lenkmoments in einen Lenkeinschlag ein Spindeltrieb vorgesehen, bei dem die Spindelmutter und die Gewindespindel relativ zueinander drehend angetrieben werden, um eine relative Linearbewegung zu erzeugen, die wie bei der Zahnstangenlenkung in die zu lenkenden Räder eingekoppelt wird. Es können auch Kombinationen von Zahnstangen und Spindeltrieben eingesetzt werden, wie dies beispielsweise von Hilfskraftlenkungen bekannt ist, bei denen die Zahnstange eine Gewindespindel aufweist, oder mit einer solchen gekuppelt ist. Das Ritzel oder die Spindelmutter können drehbar in einem Gehäuse gelagert sein, und die Zahnstange oder die Gewindespindel quer zur Drehachse längsverschieblich gelagert sein. Derartige Zahnstangen- und Spindeltrieb-Lenkgetriebe haben optimale Betriebseigenschaften, die durch die Erfindung auch langfristig gesichert werden können.
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Es kann ein manuell antreibbares Eingangselement und/oder ein motorisch antreibbares Eingangselement vorgesehen ist. Wie oben erläutert, kann ein manuelles Eingangselement eine Lenkwelle umfassen, an der eine manuelle Lenkhandhabe wie ein Lenkrad oder dergleichen angebracht ist. Zusätzlich oder alternativ kann ein Eingangselement eine Motor- oder Getriebewelle eines motorischen Lenkantriebs umfassen. Es können ein oder mehrere Eingangselemente vorgesehen sein, zur Einkopplung mehrerer manueller und/oder motorischer Lenkmomente.
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Bei einem Lenksystem für ein Kraftfahrzeug ist erfindungsgemäß eine Heizeinrichtung nach einem der vorangehend beschriebenen Ausführungen oder Kombinationen davon vorgesehen. Das Lenksystem kann bevorzugt ein Hilfskraftlenksystem oder als Steer-by-Wire-Lenksystem sein.
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Ein Kraftfahrzeug, welches einen elektrischen Primärantrieb aufweist, der von einem elektrischen Akkumulator gespeist wird, und das ein mit lenkbaren Rädern zusammenwirkendes Lenksystem aufweist, welches erfindungsgemäß ausgestaltet ist wie vorangehend erläutert.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Lenksystems, das eine Lenkeinrichtung umfasst,
umfasst die Schritte:
- - Erfassen einer momentanen Ist-Temperatur im Stillstand der Lenkeinrichtung,
- - Falls die Ist-Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Soll-Temperatur liegt:
- Aufheizen der Lenkeinrichtung, bis die Soll-Temperatur erreicht wird,
- - Inbetriebnahme der Lenkeinrichtung.
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Alternativ oder zusätzlich können bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schritte vorgesehen sein:
- - Erfassen einer momentanen Ist-Feuchtigkeit der Lenkeinrichtung,
- - Falls die Ist-Feuchtigkeit oberhalb einer vorgegebenen Maximalfeuchtigkeit liegt: Aufheizen der Lenkeinrichtung, bis eine Soll-Feuchtigkeit erreicht wird,
- - Inbetriebnahme der Lenkeinrichtung.
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Die Lenkeinrichtung kann vorzugsweise ein Lenkgetriebe sei oder ein solches aufweisen.
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Bevorzugt erfolgt das Heizen der Lenkeinrichtung außerhalb des Lenkbetriebs. Damit ist ein Ruhezustand außerhalb des Fahrbetriebs bezeichnet, bei dem der der Primärantrieb abgeschaltet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können sämtliche Aspekte realisiert werden, die oben im Zusammenhang mit der Lenkeinrichtung, dem Lenkgetriebe und dem Lenksystem erläutert worden sind, und zwar jeweils einzeln und in beliebigen Kombinationen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einem Elektrofahrzeug, welches einen elektromotorischen Primärantrieb aufweist, der von einem Fahrzeugakku gespeist wird, bevorzugt durchgeführt werden, wenn der Fahrzeugakku zum Aufladen an eine elektrische Ladestation angeschlossen ist. Das hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ihren elektrischen Energiebedarf ebenfalls unmittelbar durch die Ladestation decken kann, und insbesondere im Fahrzeug integrierte Energiespeicher nicht in Anspruch genommen werden. Außerdem steht das Fahrzeug nach dem Trennen von der Ladestation mit einem trockenen Lenkgetriebe mit optimaler Betriebstemperatur fahrbereit zur Verfügung.
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Figurenliste
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Kraftfahrzeug wie in 1 mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem in einer zweiten Ausführungsform,
- 3 ein Kraftfahrzeug wie in 1 mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem in einer dritten Ausführungsform,
- 4 ein Kraftfahrzeug wie in 1 mit einem erfindungsgemäßen Lenksystem in einer kombinierten Ausführungsform,
- 5 eine erfindungsgemäße Lenkeinrichtung in einer schematischen Darstellung,
- 6 ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor mit einem Lenksystem gemäß dem Stand der Technik in einer schematischen Darstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In den 1, 2 und 3 ist ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kraftfahrzeug F in einer schematischen Darstellung gezeigt. Das Fahrzeug F kann bevorzugt ein Elektrofahrzeug sein, welches einen elektrischen Fahrantrieb (Primärantrieb) aufweist, der einen oder mehrere elektrische Fahrmotoren aufweist, die nicht separat dargestellt sind, und beispielsweise als integrierte Radantriebe ausgestaltet sein können.
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Das Fahrzeug F weist eine Karosserie 10 und Räder 11 und 12 auf, wobei die Räder 11 lenkbar sind. Die lenkbaren Räder 11 sind zur Erzeugung eines Lenkeinschlags mit einem Lenksystem 2 wirkverbunden.
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Das Lenksystem 2 kann bevorzugt als Hilfskraftlenkung oder Steer-by-Wire-Lenksystem ausgestaltet sein. Es umfasst eine Lenkeingabevorrichtung 21, welches als manuelle Lenkhandhabe ein Lenkrad 22 aufweist.
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Das Lenksystem weist eine elektronische Steuereinrichtung 23 auf. Diese ist eingerichtet zur Erfassung von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs, umfassend aber nicht beschränkt auf lenkungsbezogene Messwerte, und zur Ausgabe von elektrischen Steuersignalen.
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In 5 ist schematisch ein motorischer Lenkungsantrieb dargestellt, der ein Lenkgetriebe 3 umfasst. Das Lenkgetriebe 3 weist ein Gehäuse 31 auf, an dem ein elektrischer Motor 32 als Stellmotor angebracht ist. Der Motor 32 wirkt mit in dem Gehäuse 31 untergebrachten Getriebemitteln zusammen, die hier nicht separat dargestellt sind und beispielsweise ein auf der drehend antreibbaren Motorwelle angebrachtes Ritzel aufweisen können, welches mit einer in dem Gehäuse längsverschieblich gelagerten Zahnstange in Verzahnungseingriff steht. Die Zahnstange kann durch das Antriebsmoment des Motors 32 in Längsrichtung linear bewegt werden, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet. Dadurch werden mit der Zahnstange verbundene Spurstangen 33, die den hier nicht gezeigten lenkbaren Rädern 11 verbunden sind, wodurch ein Lenkeinschlag erzeugt wird.
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Alternativ oder zusätzlich zu dem beschriebenen Zahnstangentrieb können auch andere Getriebemittel vorgesehen, beispielsweise ein Spindeltrieb, um das Antriebsmoment des Motors 32 in eine lineare Bewegung der Spurstangen 33 umzusetzen.
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Die Steuereinrichtung 23 ist an den Motor 32 angeschlossen, und kann diesen über entsprechende Steuersignale bestromen.
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In einer ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, kann eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung 4 vorgesehen sein, die ein elektrisches Heizelement 4 umfasst, welches als Kontaktheizelement 41 ausgebildet ist, und das baulich in dem Lenkungsgetriebe 3 integriert ist. Dieses kann als elektrisches Widerstandsheizelement ausgebildet und an oder in dem Gehäuse 31 angebracht sein, und zusätzlich oder alternativ an oder in dem Motor 32. Es ist insbesondere auch möglich, in dem Motor 32 vorhandene Motorwicklungen selbst als Widerstandsheizelement zu nutzen.
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Die Heizeinrichtung 4 ist an die Steuereinrichtung 23 angeschlossen, so dass das oder die Heizelemente 41 elektrisch bestromt und dadurch aufgeheizt werden können. dadurch wird Wärmeenergie W im Kontaktwärmeübergang in das Gehäuse 31 eingebracht, wodurch dieses auf eine Betriebstemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur aufgeheizt wird, wodurch eventuell vorhandene Feuchtigkeit verdampft und somit entfernt wird.
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In der Ausführung gemäß 2 weist die Heizeinrichtung 4 ein elektrisches Heizelement 42 auf, welches als Strahlungswärmeelement 42 ausgebildet ist. Dieses ist ebenfalls an die Steuereinheit 23 angeschlossen und kann bei Bestromung Wärmeenergie W als Strahlungswärme abgeben, die von außen auf das Lenkungsgetriebe 3 eingestrehlt werden kann und dieses auf Betriebstemperatur erwärmen kann.
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Das Fahrzeug F weist als Primärenergiespeicher einen Fahrzeugakku 5 auf, Dieser dient zur Stromversorgung der Fahrmotoren und der Steuereinrichtung 23. Der Fahrzeugakku 5 ist mit einer Ladebuchse 51 verbunden, die zum Aufladen an eine externe Ladestation 6 angeschlossen werden kann. Die 1, 2 und 3 zeigen das Fahrzeug F im Stillstand während des Ladevorgangs, wobei es an die Ladestation 6 angeschlossen ist.
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3 zeigt eine weitere Ausführung, bei der die Heizeinrichtung 4 ein Heizelement 43 aufweist, das als Wärmeleitelement 43 ausgebildet ist. Dieses ist an einem Ende an einen Kühlkörper 52 des Fahrzeugakkus 5 thermisch angekoppelt, und mit dem anderen Ende an das Lenkgetriebe 3. Über den Kühlkörper 52 gibt der Fahrzeugakku 5 beim Ladevorgang und auch bei Entladung während der Fahrt Abwärme ab, die über das Wärmeleitelement 43 zum Lenkgetriebe 3 geleitet wird und dieses aufheizt.
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Die in den 1 bis 3 gezeigten Heizeinrichtungen 4 können auch in Kombination realisiert werden, wie in 4 dargestellt ist. Darin sind Heizelemente 41, 42 und 43 eingezeichnet, wobei auch Teilkombinationen der Heizelemente 41 und/oder 42 und/oder 43 denkbar und möglich sind.
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Das Lenkgetriebe 3 weist ein Sensorelement 34 auf, das bevorzugt einen elektronischen Temperatursensor und/oder Feuchtigkeitssensor umfasst. Das Sensorelement 34 ist mit der Steuereinrichtung 23 verbunden und kann an oder in dem Gehäuse 31 oder dem Motor 32 angebracht sein.
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Die Steuereinrichtung 23 ist eingerichtet zur Regelung der Heizeinrichtung 4. Hierzu werden die von dem Sensorelement 34 gelieferten Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsmesswerte, und gegebenenfalls zusätzlich Werte der Umgebungstemperatur und/oder -feuchtigkeit erfasst und mit vorgegebenen Soll- bzw. Referenzwerten verglichen. Ergibt dies, dass eine zu hohe Feuchtigkeit vorliegt oder das Risiko von Feuchtigkeitsbildung hoch ist, steuert die Steuereinrichtung 23 die Heizeinrichtung 4 an, um das Lenkgetriebe 3 aufzuheizen.
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Dadurch kann sichergestellt werden, dass Korrosion durch Feuchtigkeit weitgehend verhindert wird.
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In 6 ist ein verbrennungsmotorgetriebenes Fahrzeug F gemäß dem Stand der Technik analog zu den Figuren schematisch dargestellt. Für gleichwirkende Teile werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in den vorangehenden Figuren. Das Fahrzeug F ist von einem Verbrennungsmotor 13 angetrieben, der eine Auspuffanlage 14 aufweist. Der Verbrennungsmotor 13 gibt im Betrieb relativ viel Wärmeenergie W als Abwärme ab, welche schnell den gesamten Motorraum und auch das Lenkgetriebe 3 aufheizt. Dadurch das Problem durch feuchtigkeitsbedingte Korrosion geringer als bei Elektrofahrzeugen gemäß den 1 bis 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenksystem
- 10
- Karosserie
- 11
- lenkbares Rad
- 12
- Rad
- 2
- Lenksystem
- 21
- Lenkeingabevorrichtung
- 22
- Lenkrad
- 23
- Steuereinrichtung
- 3
- Lenkgetriebe
- 31
- Gehäuse
- 32
- Motor
- 33
- Spurstange
- 34
- Sensorelement
- 4
- Heizeinrichtung
- 41
- Heizelement (Kontaktheizelement)
- 42
- Heizelement (Strahlungswärmeelement)
- 43
- Heizelement (Wärmeleitelement)
- 5
- Fahrzeugakku
- 51
- Ladebuchse
- 52
- Kühlkörper
- 6
- Ladestation
- F
- Fahrzeug
- W
- Wärmeenergie
