DE10214655A1

DE10214655A1 - Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE10214655A1
Application number: DE2002114655
Authority: DE
Inventors: Rainer Schaenzel; Arthur Rupp
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2003-10-30

Abstract

Eine für ein Fahrzeug bestimmte Servolenkvorrichtung umfaßt ein Überlagerungsgetriebe 12a mit einem ersten Eingangsgetriebeglied 1a, einem zweiten Eingangsgetriebeglied 5a, 19, 17 und mit einem Ausgangsgetriebeglied 4a. Das erste Eingangsgetriebeglied 1a ist mit einem Handlenkrad 14 verbunden, das Ausgangsgetriebeglied 4a mit einem Lenkgetriebe 13. Das zweite Eingangsgetriebeglied umfaßt ein mittels Servomotor 6a antreibbares Schneckengetriebe 5a, 19. Dem letzteren ist eine Sperreinrichtung 7a zugeordnet. Hierzu gehört ein Stift 8a, der durch die Kraft einer Feder 11 in eine im Schneckenrad 19 vorgesehene Ausnehmung 9a eingreifen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkvorrichtung, die insbesondere für ein Fahrzeug bestimmt ist. Eine solche Servolenkvorrichtung (auch Differenzwinkeleinheit genannt) umfaßt ein Überlagerungsgetriebe, welches ein erstes Eingangsgetriebeglied und ein zweites Eingangsgetriebeglied aufweist, sowie ein Ausgangsgetriebeglied. Das erste Eingangsgetriebeglied ist an ein Handlenkrad koppelbar. Das Ausgangsgetriebeglied ist an ein Lenkgetriebe koppelbar, welches in bekannter Weise eine Lenkbewegung an die Fahrzeugräder weiterleitet. Das zweite Eingangsgetriebeglied ist an einen Servomotor gekoppelt. Eine solche Servolenkvorrichtung ermöglicht es, der vom Handlenkrad ausgelösten Bewegung eine vom Servomotor ausgehende Bewegung zu überlagern.
Mit anderen Worten: Zum Drehwinkel des Handlenkrades kann ein zusätzlicher Drehwinkel addiert oder subtrahiert werden. Der Drehwinkel der Ausgangswelle ist somit abhängig von dem zusätzlichen Drehwinkel, der mittels des Servomotors eingeleitet wird. Der Servomotor ist üblicherweise als ein stufenlos regulierbarer Elektromotor ausgebildet, der mittels eines Getriebes, zum Beispiel mittels eines Schraubgetriebes oder eines Schneckengetriebes, an das Überlagerungsgetriebe angekoppelt ist.

Bekanntlich erleichtert eine derartige Servolenkvorrichtung das Lenken eines Fahrzeuges. Dabei kann jedoch eine gewisse Unsicherheit auftreten, wenn (im Ausnahmefall) der Servomotor ausfällt oder wenn der Servomotor bewußt abgeschaltet wird. In diesem Fall kann eine Drehbewegung, die vom Handlenkrad ausgelöst wird, nicht mehr zuverlässig auf das Lenkgetriebe übertragen werden. Denn es besteht in diesem Falle die Gefahr, daß sich das zweite Eingangsgetriebeglied des Überlagerungsgetriebes aufgrund eines fehlenden Gegenhaltemoments unkontrolliert drehen kann. Ein zuverlässiges Lenken ist in dieser Situation somit nicht mehr möglich.

Es ist schon versucht worden, der zuvor beschriebenen Gefahr zu begegnen. Gemäß DE 40 31 316 A1 greift am Überlagerungsgetriebe ein vom Servomotor angetriebenes Schneckengetriebe "nicht reversibel" an, so daß hierdurch die Schnecke jederzeit das Schneckenrad antreiben kann, nicht jedoch das Schneckenrad die Schnecke. Mit anderen Worten: Man nimmt an, daß das Schneckengetriebe selbsthemmend ist, so daß bei einem Ausfall des Servomotors das zweite Eingangsgetriebeglied des Überlagerungsgetriebes nicht unerwünscht verdreht wird. Ein derartiges selbsthemmendes Schneckengetriebe ist auch in DE 100 00 219 A1 beschrieben.

Die Praxis hat nun jedoch gezeigt, daß bei einem (ungewollten oder gewollten) Ausfall des Servomotors trotz Vorhandensein eines selbsthemmenden Schneckengetriebes eine gewisse Unsicherheit beim Lenken eines Fahrzeuges vorhanden ist; das heißt, es verbleibt ein gewisses restliches Sicherheitsrisiko.

Das gleiche trifft zu, wenn gemäß DE 197 23 358 A1 im Überlagerungsgetriebe die Übersetzung so gewählt ist, daß bei Leistungsflußumkehr Selbsthemmung auftritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkvorrichtung anzugeben, die auch bei Ausfall des Servomotors mit höchstmöglicher Sicherheit ein zuverlässiges Lenken des Fahrzeuges erlaubt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Servolenkvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß dem zweiten Eingangsgetriebeglied eine Sperreinrichtung zugeordnet ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die herkömmlichen Hilfseinrichtungen, mit denen bei Leistungsflußumkehr eine Selbsthemmung erzielt werden soll, aufgrund von häufig in Fahrzeugen auftretenden Vibrationen nicht mit der erforderlichen Zuverlässigkeit wirken. Anscheinend ist es so, daß in den bekannten Vorrichtungen der Selbsthemm-Effekt durch Vibrationen, Schwingungen oder dergleichen aufgehoben wird. Im Gegensatz hierzu ist es mittels der erfindungsgemäßen Sperreinrichtung möglich geworden, das zweite Eingangsgetriebeglied des Überlagerungsgetriebes bei einem (gewollten oder ungewollten) Ausfall des Servomotors zuverlässig an einer weiteren Drehbewegung zu hindern. Hierdurch ist nun sichergestellt, daß in der genannten Situation eine mit Hilfe des Handlenkrades eingeleitete Lenkbewegung exakt in das Lenkgetriebe übertragen wird, auch wenn im Fahrzeug Vibrationen auftreten.

In den Unteransprüchen sind verschiedene mögliche Ausführungsformen der Sperreinrichtung angegeben. Außerdem wird deutlich, daß die erfindungsgemäße Sperreinrichtung bei zahlreichen unterschiedlichen Arten der Kraftübertragung vom Servomotor zum Überlagerungsgetriebe anwendbar ist. Denn die erfindungsgemäße Sperreinrichtung wirkt vollkommen unabhängig davon, ob ein Getriebe mit oder ohne Selbsthemmung vorhanden ist. Auch die Bauart des Überlagerungsgetriebes kann frei gewählt werden. Möglich ist die Verwendung eines Stirnrad-Planetengetriebes oder eines Kegelrad- oder Kronenrad-Überlagerungsgetriebes, zum Beispiel gemäß Patentanmeldung der Anmelderin (EM 01ba).

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigt:
Fig. 1 eine Servolenkvorrichtung in Schrägansicht.
Fig. 2 eine von Fig. 1 abweichende Servolenkvorrichtung in einer schematischen Darstellung.
Die in Fig. 1 dargestellte, für ein Fahrzeug bestimmte Servolenkvorrichtung umfaßt ein insgesamt mit 12 bezeichnetes Überlagerungsgetriebe. Zu diesem gehört ein erstes Eingangsgetriebeglied 1, ein zweites. Eingangsgetriebeglied 2,5 und ein Ausgangsgetriebeglied 4. Das erste Eingangsgetriebeglied 1 wird im Fahrzeug an ein in Fig. 1 nicht dargestelltes Handlenkrad gekoppelt. Das zweite Eingangsgetriebeglied 2,5 kann mittels eines Servomotors 6 angetrieben werden; dieser Servomotor ist vorzugsweise als stufenlos regulierbarer Elektromotor ausgebildet. Das Ausgangsgetriebeglied 4 wird im Fahrzeug an ein in Fig. 1 nicht dargestelltes Lenkgetriebe gekoppelt.
Das erste Eingangsgetriebeglied 1 ist als eine Eingangswelle mit einem Sonnenrad 1' ausgebildet. Das Ausgangsgetriebeglied 4 ist als Ausgangswelle mit einem Sonnenrad 4' ausgebildet. Beide Sonnenräder 1' und 4' kämmen mit einer gewissen Anzahl von Stufenplaneten 3, die in einem Planetenträger 2 drehbar gelagert sind. Die Sonnenräder 1' und 4' sowie die Planetenräder 3 sind als schrägverzahnte Stirnräder ausgebildet. Der Planetenträger 2 ist mit einer Außenverzahnung 2' versehen; dieses steht in Eingriff mit einem schneckenähnlichen Schraubrad 5 (oder mit einer Schnecke). Das Schraubrad 5 (bzw. die Schnecke) ist unmittelbar durch den Servomotor 6 antreibbar. Die Elemente 2,5, welche das zweite Eingangsgetriebeglied bilden, sind also vorzugsweise als ein Schraubgetriebe oder als ein Schneckengetriebe ausgebildet.
Als wesentliche Neuerung ist dem zweiten Eingangsgetriebeglied 2,5 eine insgesamt mit 7 bezeichnete Sperreinrichtung zugeordnet. Hierzu ist im einzelnen folgendes vorgesehen: das Schraubrad 5 hat einen Kranz von stirnseitigen Aussparungen 9. In eine dieser Aussparungen kann unter der Wirkung einer Feder 11 ein Stift 8 formschlüssig eingreifen. An diesem Eingreifen wird der Stift 8 normalerweise - bei aktivem Servomotor 6 - mittels eines Haltemagneten 10 entgegen der Kraft der Feder 11 gehindert. Sobald jedoch der Servomotor ausfällt oder absichtlich inaktiviert wird, wird auch der Haltemagnet 10 inaktiv, so daß die Feder 11 in kürzester Zeit den Stift 8 in eine der Aussparungen 9 hineindrückt. Hierdurch wird das Schraubrad 5 und somit indirekt auch der Planetenträger 2 an einer weiteren Drehbewegung gehindert. Nach wie vor überträgt das erste Eingangsgetriebeglied 1 eine Drehbewegung des Lenkrads über die Stufenplaneten 3 auf das Ausgangsgetriebeglied 4. Nunmehr stehen aber die übertragenen Drehwinkel und Drehmomente in einem festen Übersetzungsverhältnis, nämlich der sogenannten Standübersetzung des Überlagerungsgetriebes 12. Somit ist in dieser Situation ein zuverlässiges Lenken des Fahrzeuges mit voller Sicherheit möglich. Lediglich auf die Unterstützung des Lenkvorgangs mit Hilfe des Servomotors muß in dieser Situation verzichtet werden.
Die Fig. 2 zeigt schematisch eine Servolenkvorrichtung, die ein insgesamt mit 12a bezeichnetes Kegelrad- Überlagerungsgetriebe aufweist. Ein mit dem Lenkrad 14 verbundenes erstes Eingangsgetriebeglied 1a ist mit dem Planetenträger 16 verbunden, auf dem zwei Kegelrad-Planeten 18 drehbar gelagert sind. Diese kämmen mit zwei ebenfalls als Kegelräder ausgebildeten Sonnenrädern 20 und 21. Das eine Sonnenrad 20 ist Teil des Ausgangsgetriebegliedes 4a, welches mit dem Lenkgetriebe 13 verbunden ist. Das andere Sonnenrad 21 ist an einer Hohlwelle 17 befestigt und bildet zusammen mit dieser und mit einem Schneckengetriebe 5a, 19 das zweite Eingangsgetriebeglied. Die Schnecke 5a ist mittels des Servomotors 6a antreibbar und steht in Eingriff mit dem Schneckenrad, welches an der Hohlwelle 17 befestigt ist.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Kranz von Ausnehmungen 9a in dem Schneckenrad 19 vorgesehen. Wiederum ist eine Sperreinrichtung 7a vorhanden mit einem Stift 8a, der unter der Kraft einer Feder 11 in eine der Ausnehmungen 9a eingreifen kann. Bei bestimmungsgemäßer Wirkung des Servomotors 6a hält jedoch der Haltemagnet 10a den Stift 8a gegen die Kraft der Feder 11 zurück. Die gesamte Sperreinrichtung 7a mit der Feder 11 ist an einem feststehenden Bauteil 15 abgestützt.
Schematisch angedeutet ist noch die Stromversorgung für den Servomotor 6a und den Haltemagneten 10a. Beide sind an eine gemeinsame Energiequelle 22 angeschlossen. Bei Öffnen eines Schalters 23 werden der Servomotor 6a und der Haltemagnet 10a gleichzeitig deaktiviert.
Falls der Stift 8 bzw. 8a beim Einrücken und/oder beim Ausrücken ein unangenehmes Geräusch verursacht, kann eine Zusatzeinrichtung zur Geräuschdämpfung vorgesehen werden, z. B. nach Art eines hydraulischen Stoßdämpfers. Alternativ kann die Zusatzeinrichtung dadurch realisiert werden, daß (beispielsweise abweichend von Fig. 2) der Stift 8a und der Anker des Magneten 10a getrennte Bauteile bilden, zwischen denen ein nachgiebiges Zwischenglied (z. B. eine Feder) vorgesehen ist. Bezugszeichen 1, 1a erstes Eingangsgetriebeglied
1' Sonnenrad
2 Planetenträger = Überlagerungswelle
2' Außenverzahnung
3 Planetenräder = Stufenplaneten
4, 4a Ausgangsgetriebeglied
4' Sonnenrad
5 Schraubrad
5a Schnecke
6, 6a Servomotor
7, 7a Sperreinrichtung
8, 8a Stift = Verbindungselement
9, 9a Aussparung
10, 10a Haltemagnet
11 Feder
12, 12a Überlagerungsgetriebe
13 Lenkgetriebe
14 Handlenkrad
15 feststehendes Bauteil
16 Kegelrad-Planetenträger
17 Hohlwelle
18 Kegelrad-Planeten
19 Schneckenrad
20 Sonnenrad
21 Sonnenrad
22 Energiequelle
23 Schalter

Claims

1. Servolenkvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit den folgenden Merkmalen:

a) vorgesehen ist ein Überlagerungsgetriebe (12), welches ein erstes Eingangsgetriebeglied (1) und ein zweites Eingangsgetriebeglied (2, 5) sowie ein Ausgangsgetriebeglied (4) aufweist;

b) das erste Eingangsgetriebeglied (1) ist an ein Handlenkrad (14) koppelbar;

c) das zweite Eingangsgetriebeglied (2, 5) ist an einen Servomotor (6) gekoppelt;

d) das Ausgangsgetriebeglied (4) ist an ein Lenkgetriebe (13) koppelbar;

dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Eingangsgetriebeglied (2, 5) eine Sperreinrichtung (7) zugeordnet ist.

2. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (7) ein ein- und ausrückbares mechanisches Verbindungselement (8) aufweist, welches ein Element des zweiten Eingangsgetriebegliedes (2, 5) zeitweilig an einem feststehenden Bauteil (15), z. B. Getriebegehäuse, Fahrzeugrahmen oder dergleichen, arretiert.

3. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement, z. B. Stift (8) formschlüssig in ein Element des zweiten Eingangsgetriebegliedes (2, 5) eingreift.

4. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement reibschlüssig an ein Element des zweiten Eingangsgetriebegliedes koppelbar ist.

5. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung als ein ein- und ausschaltbarer Kraftfeld-Erzeuger ausgebildet ist, der im aktivierten Zustand ein Element des zweiten Eingangsgetriebegliedes berührungslos arretiert.

6. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das zweite Eingangsgetriebeglied (2, 5) zum Übertragen einer Bewegung des Servomotors (6) in das Überlagerungsgetriebe (12) ein Getriebe, z. B. Schraubradgetriebe (2, 5), Schneckengetriebe (5a, 19) oder dergleichen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (7) an einem drehbaren Bauteil des Getriebes (z. B. am Schraubrad (5) an der Schnecke oder dergleichen) angreift.

7. Servolenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (7a) direkt an einem Element des Überlagerungsgetriebes (12a) angreift, z. B. an einem Planetenträger (2, Fig. 1) oder an einem Sonnenrad (21) oder an einem damit starr verbundenen Schneckenrad (19, Fig. 2).

8. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (7, 7a) einen Energiespeicher (z. B. Feder 11) aufweist, der die Sperreinrichtung unmittelbar bei oder nach Ausfall des Servomotors (6, 6a) aktiviert.

9. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (7, 7a) ein dem Energiespeicher (11) entgegenwirkendes Halteorgan, z. B. Haltemagnet (10, 10a) aufweist.

10. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteorgan (10a) und der Servomotor (6a) an eine gemeinsame Energiequelle (22) angeschlossen sind.

11. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe (12) als Stirnrad- Planetengetriebe ausgebildet ist.

12. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe (12a) als ein Kegelradgetriebe oder als ein Kronenradgetriebe ausgebildet ist.

13. Servolenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das ein- und ausrückbare mechanische Verbindungselement (8) der Sperreinrichtung (7) eine Zusatzeinrichtung zur Dämpfung von Geräuschen aufweist.

14. Servolenkvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzeinrichtung nach Art eines hydraulischen Stoßdämpfers ausgebildet ist.

15. Servolenkvorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 13, mit einem das Verbindungselement (8) zurückhaltenden Halteorgan (z. B. Haltemagnet 10, 10a) dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (8) und das Halteorgan (z. B. Anker des Haltemagneten) als getrennte Bauteile mit einem dazwischen befindlichen nachgiebigen Zwischenglied (z. B. Feder) ausgebildet sind.