DE10244140A1

DE10244140A1 - Anordnung eines einen Lenkeinschlag eines lenkbaren Fahrzeug-Rades veranlassenden Aktuators

Info

Publication number: DE10244140A1
Application number: DE10244140A
Authority: DE
Inventors: Alfred Stenzenberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2002-09-23
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: DE10244140B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines einen Lenkeinschlag eines lenkbaren Fahrzeug-Rades veranlassenden Aktuators im Aufhängungs-Bereich dieses Rades, dessen Radträger über ein Schwenklager geführt ist, das von einem sich mit seinem anderen Ende letztlich an der Fahrzeugkarosserie abstützenden Lenker getragen wird. Erfindungsgemäß ist die Rad-Aufhängung als Einzel-Lenkeraufhängung ausgebildet und der Aktuator an diesem Lenker oder an einem an diesem Lenker angelenkten Bauelement abgestützt. Dabei kann der linear verstellbare Aktuator über einen Spurhebel am Radträger angreifen. Der Aktuator kann aber auch in ein Federbein (insbesondere einer Federbein-Achse) integriert sein, derart, dass eine Verdrehbewegung des Aktuators direkt eine Schwenkbewegung des Radträgers verursacht.

Description

Die Erfindung betrifft die Anordnung eines einen Lenkeinschlag eines lenkbaren Fahrzeug-Rades veranlassenden Aktuators im Aufhängungs-Bereich dieses Rades, dessen Radträger über ein Schwenklager geführt ist, das von einem sich mit seinem anderen Ende letztlich am Fahrzeug-Aufbau abstützenden Lenker getragen wird. In einer alternativen, jedoch den gleichen grundsätzlichen Gedanken beinhaltenden Ausführungsform betrifft die Erfindung die Anordnung eines einen Lenkeinschlag eines lenkbaren Fahrzeug-Rades veranlassenden Aktuators im Aufhängungs-Bereich dieses Rades, das mit seinem Radträger durch eine Federbein-Achse geführt ist. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 40 11 947 C2 verwiesen.

Die Einstellung der Radlenkwinkel erfolgt bei konventionellen Lenkungen zweispuriger Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sowie bei den bekannten sog. steer-by-wire-Konzepten, bei denen ein sog. Aktuator (= Stellmotor oder dgl.) einen Lenkeinschlag der lenkbaren Räder hervorruft, üblicherweise über ein im Fzg.-Motorraum und somit im Bereich der Fzg.-Vorderachse angeordnetes Lenkgetriebe, das bspw. in Form einer dem Fachmann bekannten Zahnstangenlenkung ausgebildet ist. Dabei wird die Lenk-Kinematik in ihrer Gesamtheit solchermaßen ausgelegt, dass bei Kurvenfahrt des zweispurigen Fahrzeugs ein möglichst geringer Schlupf an den gelenkten Rädern entsteht, d.h. dass die bekannte Ackermannfunktion bestmöglich erfüllt wird. Hierzu müssen die Position des Lenkgetriebes sowie die Länge und die Anbindung der sich vom Lenkgetriebe zum jeweiligen sog. Spurhebel erstreckenden Spurstangen und weiterhin die Geometrie der Spurhebel, die eine entsprechende Lenkbewegung zum Schwenklager des jeweiligen Radträgers übertragen, geeignet aufeinander abgestimmt werden.

Nachteilig an diesem üblichen Stand der Technik ist der relativ große Bauraumbedarf, der durch das Lenkgetriebe sowie die beiden Spurstangen verursacht wird, so dass sich Probleme hinsichtlich der Anordnung bspw. im Fzg.-Motorraum ergeben können. Ferner sind die beiden lenkbaren (Vorder)-Räder über die Spurstangen und das Lenkgetriebe mechanisch aneinander gekoppelt, weshalb es nicht möglich ist, für verschiedene Fahrzustände jeweils den optimalen Spurdifferenzwinkel (zwischen dem linken und dem rechten Vorder-Rad) einzustellen. Ist im Falle einer steer-by-wire-Lenkung nur ein einziger auf das Lenkgetriebe einwirkender Aktuator vorgesehen, so ist weiterhin bei einem Ausfall dieses Aktuators für beide Räder keine Lenkwinkeleinstellung mehr möglich.

Demgegenüber wesentlich günstiger ist das in der eingangs genannten DE 40 11 947 C2 gezeigte Lenksystem, bei dem für jedes lenkbare (Vorder)-Rad eines zweispurigen Fahrzeugs ein eigener Aktuator vorgesehen ist, der die jeweilige Spurstange des linken bzw. rechten Fzg.-Rades entsprechend geeignet übermittelter Vorgaben verschiebt, um einen jeweils gewünschten Lenkeinschlag zu erzielen. Bei einem Ausfall eines der beiden Aktuatoren bleibt das Fahrzeug mit Hilfe des anderen weiterhin funktionsfähigen Aktuators zumindest eingeschränkt lenkbar. Nachdem sich jedoch die im Ausführungsbeispiel dieser Schrift figürlich dargestellten Aktuatoren jeweils an einem relativ mittig am Fzg.-Aufbau angeordneten Rahmenelement abstützen, sind weiterhin relativ lange Spurstangen erforderlich, mit Hilfe derer eine Stellbewegung jedes Aktuators auf den üblichen Spurhebel des jeweiligen Radträgers übertragen wird. Zumindest die im vorangegangenen Absatz geschilderte Bauraum-Problematik liegt also auch bei diesem bekannten Stand der Technik vor.

Eine demgegenüber verbesserte Aktuator-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4 aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Bezüglich einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist die Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass die Rad-Aufhängung als Einzel-Lenkeraufhängung ausgebildet und der Aktuator an diesem Lenker oder an einem an diesem Lenker angelenkten Bauelement abgestützt ist. Vorteilhafte Ausbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Bezüglich einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4 ist die Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator in das Federbein integriert oder an dieses angebaut ist, derart, dass eine Verdrehbewegung des Aktuators im wesentlichen direkt eine Schwenkbewegung des Radträgers verursacht.

Erfindungsgemäß kann in Verbindung mit einer sog. Einzellenkeraufhängung eines lenkbaren Fzg.-Rades ein Lenk-Verstellmechanismus mit einem diesem Rad, insbesondere Vorder-Rad individuell zugeordneten Aktuator, d.h. Stellmotor oder dgl., mit dem ein steer-by-wire-System umgesetzt werden kann, sehr einfach ausgeführt werden, weil zwischen dem Schwenklager des Rades bzw. Radträgers und diesem Lenker beim Einfedern und Ausfedern des Rades/Radträgers keine Relativbewegungen entstehen. Eine Relativbewegung zwischen dem Radträger und dem Fzg.-Aufbau in Vertikalrichtung kann somit keine Lenkeinschläge hervorrufen. Die vorgeschlagene Anordnung zeichnet sich dabei durch minimierten Bauraum-Bedarf und Bauaufwand aus, insbesondere da keine aufwändigen Spurstangen mehr benötigt werden.

Gleiches gilt bezüglich einer geläufigen sog. Federbeinachse, wenn der Aktuator auf geeignete Weise in das Federbein selbst integriert oder sonstwie geeignet an dieses angebaut ist. Dann kann ohne Vorsehen einer Spurstange eine Aktuator-Drehbewegung praktisch direkt (bzw. geeignet untersetzt) in eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung des Radträgers umgesetzt werden. Der Aktuator kann sich dabei bevorzugt am Fahrzeug-Aufbau abstützen. Besonders kompakt baut eine derartige Anordnung dann, wenn der Aktuator direkt in ein Federbein-Stützlager integriert ist bzw. wenn dieses Federbein-Stützlager selbst einen einen Lenkeinschlag des lenkbaren Fzg.-Rades veranlassenden Aktuator bildet.

Zurückkommend auf die Ausbildung der Radaufhängung als Einzel-Lenkeraufhängung kann der Aktuator dabei direkt auf dem Lenker angeordnet sein und seine Lenkkräfte am Lenker abstützen. Besonders kompakt ist dabei die Ausführung des Aktuators als Elektromotor mit intergrierter Kugelumlaufspindel, die gegenüber dem Aktuatorgehäuse längsverschoben wird, so dass der linear verstellbare Aktuator bzw. dessen Spindel mit seinem bzw. ihrem freien Ende direkt an einen Spurhebel oder dgl. angebunden sein kann und über diesen Spurhebel am Radträger angreifen kann, um diesen in gewünschter Weise im Schwenklager zu verschwenken.

Auch hier besteht die Möglichkeit der Integration des Aktuators in einem Federbein, wodurch eine Umsetzung der mittels eines als Elektromotor ausgebildeten Aktuators erzeugbaren Drehbewegung in eine Linearbewegung nicht mehr erforderlich ist. Der Aktuator kann dann also in ein sich am Lenker abstützendes Federbein integriert oder an einem sich am Lenker abstützenden Federbein angebaut sein, und zwar derart, dass eine Verdrehbewegung des Aktuators im wesentlichen direkt (d.h. allenfalls geeignet untersetzt) eine Schwenkbewegung des Radträgers verursacht.

Wie es bereits grundsätzlich bekannt ist, können an einem zweispurigen Fahrzeug mit (zumindest) zwei lenkbaren Rädern die jeweiligen Radlenkwinkel dann über jeweils einen eigenständigen (individuellen) Aktuator je Rad eingestellt werden. Die Verstellung kann dabei – wie bereits erwähnt – über eine Linearbewegung (bevorzugt über Spurhebel) oder über eine Rotationsbewegung (unter direkter Verdrehung der Lenkachse) erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es dann, wenn der optimale Spurdifferenzwinkel (zwischen dem linken und dem rechten lenkbaren Rad) nicht mehr wie bisher durch eine starre Lenkungs-Kinematik eingestellt ist, sondern bevorzugt abhängig vom Fahrzustand von einer elektronischen Steuereinheit ermittelt und über die (beiden) Aktuatoren für die (beiden) lenkbaren (Vorder)-Räder unabhängig voneinander eingestellt wird.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Betriebsverfahren für zwei Aktuatoren, die die lenkbaren Räder eines zweispurigen Fahrzeugs geeignet positionieren, kann dann der jeweils gewünschte Spurdifferenzwinkel zwischen den Lenkeinschlägen der (beiden) lenkbaren Räder durch geeignete Ansteuerung der beiden Aktuatoren eingestellt werden. Zur Ermittlung des optimalen Spurdifferenzwinkels können dabei die relevanten fahrdynamischen Zustands-Größen des Fahrzeugs geeignet sensorisch erfasst werden. Hiermit kann vorteilhafterweise auch eine Notbremsfunktion umgesetzt werden, derart, dass an den lenkbaren Rädern der linken und rechten Fahrzeugseite stark unterschiedliche, bevorzugt gegensinnige Lenkwinkel eingestellt werden, d.h. dass bspw. das rechte Vorderrad nach rechts und das linke Vorderrad nach links eingeschlagen wird, um eine starke Bremswirkung erzielen zu können, und zwar insbesondere auch dann, wenn das eigentliche (Haupt-)Bremssystem des Fahrzeugs ausgefallen ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist vereinfacht in den beigefügten 1, 2, die jeweils eine räumliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Aufhängung eines lenkbaren PKW-Vorderrads mit einem Aktuator zur Generierung eines Lenkeinschlags in unterschiedlichen Ansichten zeigen, dargestellt.
Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Radträger eines zweispurigen Fahrzeugs bezeichnet, an dem neben einer nicht dargestellten Bremsscheibe insbesondere ein ebenfalls nicht dargestelltes Vorderrad angebunden ist. Über ein Schwenklager 4, das eine Verschwenkbewegung des Radträgers 1 um eine im wesentlichen vertikal verlaufende Achse erlaubt, wird der Radträger 1 von einem als Dreieckslenker ausgebildeten Lenker 5 getragen, der mit seinem (bzw. seinen beiden) anderen Ende(n) letztlich am (nicht dargestellten) Fzg.-Aufbau befestigt ist. Wie ersichtlich handelt es sich hier um eine sog. Einzellenkeraufhängung, denn ein an sich übliches Federbein 6, dessen oberes Ende mit dem (nicht dargestellten) Fzg.-Aufbau verbunden ist, stützt sich gelenkig seinerseits auf diesem Lenker 5 ab.
Am Radträger 1 ist ein üblicher Spurhebel 7 befestigt, an dessen freiem Ende eine Verstellspindel 8a eines in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 8 bezeichneten Aktuators angelenkt ist. Dieser Aktuator 8 ist Bestandteil eines steer-by-wire-Systems, mit Hilfe dessen die Lenkwinkel der lenkbaren Fzg.-Räder im wesentlichen entsprechend den Anforderungen des Fzg.-Fahrers eingestellt werden können, wobei jedem lenkbaren Rad individuell ein eigenständiger Aktuator 8, bei dem es sich insbesondere um einen mit besagter Kugelumlaufspindel 8a zusammenwirkenden Elektromotor handeln kann, zugeordnet ist. Mit seinem dem Spurhebel 7 gegenüberliegenden Ende ist der Aktuator 8 bzw. dessen Gehäuse wie ersichtlich am Lenker 5 bzw. an einer an diesem geeignet befestigten (bspw. angeschweißten) Stützstruktur 5a abgestützt bzw. befestigt.
Eine erfindungsgemäße Lenk-Aktuator-Anordnung bietet neben einer Gewichtsersparnis und Kostenersparnis durch den Entfall von Spurstangen und eines Lenkgetriebes erhebliche Packagevorteite im Motorraum und im Radhaus-Bereich des Kraftfahrzeuges. Gleichzeitig ergeben sich verbesserte Montagebedingungen durch weniger Schnittstellen und somit eine verbesserte Vormontagemöglichkeit.
Dadurch, dass jedem lenkbaren Rad ein eigener Aktuator zugeordnet ist, kann bei einem Ausfall eines Aktuators über eine Verstellung des zweiten Aktuators (oder der weiteren Aktuatoren) immer noch eine eingeschränkte Lenkfunktion dargestellt werden. Dabei ist sogar ein Einsatz der Lenkung als Notbremse bzw. zur Verkürzung des Bremsweges möglich, und zwar durch gegensinnige Lenkwinkel an den einzelnen lenkbaren Rädern. Dadurch ist auch eine optimale Erfüllung der Ackermannfunktion möglich und somit eine Verringerung des Radschlupfs bei Kurvenfahrt. Möglich ist weiterhin eine bessere Ausnutzung des Querkraftpotentials durch einen geregelten Spurdifferenzwinkel, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Anordnung eines einen Lenkeinschlag eines lenkbaren Fahrzeug-Rades veranlassenden Aktuators (8) im Aufhängungs-Bereich dieses Rades, dessen Radträger (1) über ein Schwenklager (4) geführt ist, das von einem sich mit seinem anderen Ende letztlich am Fahrzeug-Aufbau abstützenden Lenker (5) getragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rad-Aufhängung als Einzel-Lenkeraufhängung ausgebildet und der Aktuator (8) an diesem Lenker (5) oder an einem an diesem Lenker angelenkten Bauelement abgestützt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der linear verstellbare Aktuator (8) über einen Spurhebel (7) am Radträger (1) angreift.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktautor (8) in ein oder an einem sich am Lenker (8) abstützenden Federbein (6) integriert oder angebaut ist, derart, dass eine Verdrehbewegung des Aktuators im wesentlichen direkt eine Schwenkbewegung des Radträgers verursacht.
Anordnung eines einen Lenkeinschlag eines lenkbaren Fahrzeug-Rades veranlassenden Aktuators im Aufhängungs-Bereich dieses Rades, das mit seinem Radträger durch eine Federbein-Achse geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator in das Federbein integriert oder an dieses angebaut ist, derart, dass eine Verdrehbewegung des Aktuators im wesentlichen direkt eine Schwenkbewegung des Radträgers verursacht.