DE10323042A1

DE10323042A1 - Überlagerungsgetriebe für eine Überlagerungslenkung

Info

Publication number: DE10323042A1
Application number: DE10323042A
Authority: DE
Inventors: Johann Jungbecker; Steffen Linkenbach; Norman Muth; Peter Schack; Oliver Hoffmann; Joachim Nell
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überlagerungsgetriebe für eine Überlagerungslenkung, bei der ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel nach Maßgabe von Stellgrößen durch eine Steuerung mit einem weiteren Winkel überlagert und die Übersetzung verändert werden kann und die dadurch gekennzeichnet ist, dass in Abhängigkeit von weiteren Stellgrößen, die einen Betriebszustand des Fahrzeugs wiedergeben, eine elektromechanische Verriegelung des Überlagerungsgetriebes erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung und ein Überlagerungsgetriebe für eine Überlagerungslenkung, bei der ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel nach Massgabe von Stellgrössen durch eine Steuerung mit einem weiteren Winkel überlagert werden kann.
Heutige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, sind in der Regel mit hydraulischen oder elektrohydraulischen Servolenkungen ausgestattet, bei denen ein Lenkrad mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt ist. Die Servounterstützung ist derart aufgebaut, dass im Mittelbereich des Lenkmechanismus Aktuatoren, z.B. Hydraulikzylinder, angeordnet sind. Durch eine von den Aktuatoren erzeugte Kraft wird die Betätigung des Lenkmechanismus in Reaktion auf die Drehung des Lenkrads unterstützt. Dadurch ist der Kraftaufwand des Fahrers beim Lenkvorgang verringert.
Überlagerungslenkungen sind aus der DE 101 59 800 A1 und der DE 101 59 700 A1 bekannt, deren Inhalt Bestandteil der Anmeldung sind und von dem die Anmeldung ausgeht. Sie sind dadurch charakterisiert, dass dem vom Fahrer eingegebenen Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Winkel durch einen Aktuator überlagert werden kann. Der zusätzliche Winkel wird durch einen Regler definiert und dient zur Erhöhung der Stabilität und Agilität des Fahrzeugs. Es besteht auch die Möglichkeit, Störgrößen zu kompensieren und den Gradienten Radlenkwinkel über Lenkradwinkel als Funktion der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu realisieren. Es werden hydraulische oder elektrische Aktuatoren verwendet.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Überlagerungsgetriebe bzw. eine Verriegelungseinrichtung zu schaffen, bei denen beim Ausfall der Elektronik bzw. der Energieversorgung der Fahrer einen Lenkwinkel auf die Räder des Fahrzeugs aufbringen kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in Abhängigkeit von weiteren Stellgrössen, die einen Betriebszustand des Fahrzeugs wiedergeben, eine elektromechanische Verriegelung des Überlagerungsgetriebes erfolgt. Bei dem Überlagerungsgetriebe kann über eine Überlagerung mit einem weiteren Winkel hinaus, zusätzlich oder gleichzeitig die Übersetzung vorteilhaft verändert werden. Das Überlagerungsgetriebe der Überlagerungslenkung nach der Erfindung ermöglicht insbesondere einen sicheren und komfortablen Betrieb.
Vorteilhaft ist, dass zum Erkennen des Betriebszustandes Grössen, wie Zündung an/aus, Motordrehzahl und dergleichen, überwacht und zum Erkennen ob der Motor ausgeschaltet ist oder nicht bzw. eine Energieversorgung gewährleistet ist oder nicht, analysiert werden. Hierbei wird die Plausibilität der Motorlage und der Sensorsignale des Überlagerungsgetriebe-Motors überwacht, zwecks Erhöhung der Betriebssicherheit.
Ferner ist es vorteilhaft, dass in Abhängigkeit von einem Moment, das in das Überlagerungsgetriebe eingeleitet wird, mindestens zwei Verriegelungszustände ausgelöst werden. Diese Ausgestaltung der Überlagerungslenkung bzw. der Verriegelungseinrichtung ermöglicht eine hohe Funktionalität.
Zweckmässig ist, dass bei einem Moment kleiner/gleich einem Grenzwert K ein kraftschlüssiger Verriegelungszustand und grösser dem Grenzwert K ein formschlüssiger Verriegelungszustand erfolgt. Vorteilhaft kann so der Verriegelungszustand bedarfsgerecht erfolgen, um eine sichere Verriegelung, einen hohen Komfort und einen guten Gesamtwirkungsgrad zu ermöglichen. Im Komfortbereich (geringe Momente) wird erfindungsgemäß bei einem Planetengetriebe als Überlagerungsgetriebe ein Käfig über einen Kraftschluss gehalten, während im Missbrauchsfall (hohe Momente) ein Formschluss verwendet wird.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das Überlagerungsgetriebe einen angetriebenen Planetenträger und ein Gehäuse aufweist, wobei dem Gehäuse eine Zahnscheibe zugeordnet ist, die mit einer auf dem Planetenträger verschiebbaren verzahnten Hülse formschlüssig zusammenwirkt. Vorzugsweise ist die Zahnscheibe elastisch mit dem Gehäuse verbunden. Sie lässt einen bestimmten Winkel Verdrehwinkel zu, bevor zwischen ihr und dem Gehäuse ein Formschluss entsteht. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, mit sehr geringen Stell- und Haltekräften, somit nur geringer (elektrischer) Energie, ein zu verriegelndes Element der Lenkung, insbesondere den Planetenträger bzw. Käfig des Überlagerungsgetriebes zu fixieren bzw. zu verriegeln.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass es einen Freilauf aufweist, dem ein kugel- oder tonnenförmiges Wälzlagerelement zugeordnet ist, das elektromagnetisch in eine Verriegelungsposition überführbar ist und den Freilauf sperrt.
Drüber hinaus ist es vorteilhaft, dass der Freilauf einen Innen- und Aussenring aufweist, wobei das Wälzlagerelement bei einem betätigten Hubmagnet den Innenring sperrt, so dass bei einer Momenteneinleitung am Planetenträger die Hülse eine axiale Bewegung zur Zahnscheibe ausführt.
Die Aufgabe wird auch durch eine Verriegelungseinrichtung gelöst, die vorzugsweise für ein Überlagerungsgetriebe einer Überlagerungslenkung der zuvor beschriebenen Art vorgesehen ist und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie bei einem Moment kleiner oder gleich einem Grenzwert K einen kraftschlüssigen Verriegelungszustand und bei einem Moment grösser dem Grenzwert K einen formschlüssigen Verriegelungszustand aufweist.
Vorteilhaft ist es vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung eine Zahnscheibe aufweist, die mit einer verschiebbare verzahnten Hülse formschlüssig zusammenwirkt, die einem zu verriegelnden Bauteil, insbesondere ein angetriebener Planetenträger eines Planetengetriebes, zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die Zahnscheibe elastisch mit dem Gehäuse verbunden. Sie lässt einen bestimmten Winkel Verdrehwinkel zu, bevor zwischen ihr und dem Gehäuse ein Formschluss entsteht.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Verriegelungseinrichtung ein Freilauf zugeordnet ist, dem ein kugel- oder tonnenförmiges Wälzlagerelement zugeordnet ist, das elektromagnetisch in eine Verriegelungsposition überführbar ist und den Freilauf sperrt.
Vorteilhaft ist es vorgesehen, dass der Freilauf einen Innen-und Aussenring aufweist, wobei das Wälzlagerelement mittels eines betätigbaren Hubmagneten den Innenring sperrt, so dass bei einer Momenteneinleitung an dem Planetenträger die Hülse eine axiale Bewegung zur Zahnscheibe ausführt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen verriegelten Planetenträger im kraftschlüssigen Verriegelungszustand,
2 einen verriegelten Planetenträger im formschlüssigen Verriegelungszustand, und
3 einen freilaufenden Planetenträger.
Die Funktion eines Überlagerungsgetriebes in der Lenkung besteht darin, eine Lenkwinkel, unabhängig vom Fahrer über eine Steuerung mittels Stellgrössen, die z.B. von einem Fahrdynamiksystem (ESP Regler) erzeugt werden können, einzustellen. Dazu wird vorzugsweise ein Planetengetriebe nach DE 101 59 800 A1 bzw. der DE 101 59 700 A1 mit 2 Sonnen, sowie 3 Stufenplaneten verwendet. Die Stufenplaneten sind in einem Planetenträger (Käfig) gelagert. Es sind jedoch auch andere Summiergetriebe denkbar.
Die Übersetzung der Fahrzeuglenkung setzt sich aus den Übersetzungen des Lenkgetriebes und des Überlagerungsgetriebes zusammen. Soll die Übersetzung des Fahrzeugs auf eine bestimmte Übersetzung verändert werden, wird im Fall des Planetengetriebes als Überlagerungsgetriebe der Käfig zusätzlich angetrieben. Dieser Antrieb erfolgt über einen Elektromotor (E-Motor), wodurch die Übersetzungsänderung in einem breiten Bereich möglich ist.
Die Anbindung des Motors an den Käfig kann mit einem selbsthemmenden Getriebe (Schnecken- oder Schraubgetriebe) oder nicht selbsthemmenden Getriebe (Zugmittel- oder Zahnradgetriebe) erfolgen.
Um in Betriebszuständen, in denen der Motor ausgeschaltet ist, eine feste Übersetzung zu realisieren, ist es zwingend notwendig, den Käfig am drehen zu hindern. Dies ist durch eine Verriegelung des Käfigs gegenüber einem Gehäuse möglich. Die Verriegelung besteht im Sinne der Erfindung vorteilhaft darin, den Käfig in Abhängigkeit vom Moment am Überlagerungsgetriebeeingang, erst kraftschlüssig und nach überschreiten eines bestimmten Moments formschlüssig mit dem Gehäuse zu verbinden.
Der in 1 bis 3 gezeigte Verriegelungsmechanismus weist eine Zahnscheibe (5) auf, welche elastisch mit dem Gehäuse (20) verbunden ist und einen definierten Verdrehwinkel zulässt, bevor zwischen ihr und einem Gehäuse (20) ein Formschluss entsteht. Die Zahnscheibe (5) ist ein Element, bei welchem an einer Seite in axialer Richtung eine Verzahnung aufgebracht wurde.
Weiterhin ist ein Außenring (2) eines beidseitig wirkenden Freilaufs, wie er insbesondere in der PCT/EPOO/09044 beschrieben ist, deren Inhalt bezüglich des Freilaufs Bestandteil der Anmeldung ist, starr mit dem Gehäuse (20) verbunden.
Der Käfig (12) eines Planetengetriebes hat einen axialen Schiebesitz (10), in welchen die Schiebehülse (9) spielfrei sitzt. Auf der Schiebehülse (9) ist, gegenüber der Zahnscheibe (5), eine Verzahnung aufgebracht. Auf einem drehbar gelagerten Innenring (4) des Freilaufs sowie der Schiebehülse (9) befinden sich Rampen, auf welchen Kugeln (8) oder Tonnen laufen. Die Schiebehülse (9) wird durch ein Federelement (11) gegen die Kugel (8) und den Innenring (4) des Freilaufs gedrückt.
Wird der Käfig (12) gedreht, nimmt er über den Schiebesitz die Schiebehülse (9) mit. Durch die in beide Drehrichtungen ansteigenden Rampen und die vorgespannte Feder (11) wird der Innenring (4) des Freilaufs mitgedreht.
Soll der Käfig (12) verriegelt werden, drückt ein Magnet (1) auf eine Tonne (3) im Freilauf und sperrt die Drehbewegung des Innenrings (4).
Erfolgt eine Momenteneinleitung am Käfig (12), dann verdreht sich die Schiebehülse (9) relativ zum stehenden Freilauf. Diese mögliche Verdrehung (Winkel) ist abhängig von der Federvorspannung sowie dem Rampensteigungswinkel und bewirkt eine Relativverschiebung der Schiebehülse (9) hin zur Zahnscheibe (5).
Bis zu einem konstruktiv vorgegebenen Moment kann dann der Käfig (12) über die Kugelrampen und die Feder (11) gehalten werden. Steigt das Moment weiter an, ist die Verdrehung bzw. Relativverschiebung so groß, dass die Verzahnung zum Eingriff kommt und eine formschlüssige Verbindung der Zahnscheibe (5) über die Schiebehülse (9) mit dem Käfig (12) entsteht.
Erfolgt die Momenteneinleitung bei hohen Käfiggeschwindigkeiten (hohe Dynamik), kann die Zahnscheibe (5) sich einen definierten Winkel gegen das elastische Element (11) mitdrehen und den Käfig (12) abbremsen, bevor die Zahnscheibe (5) im Gehäuse (20) formschlüssig fixiert wird.

1: Hubmagnet
2: Freilauf – Außenring
3: Freilauf – Tonne
4: Freilauf – Innenring
5: Zahnscheibe
6: Kugelrampe
7: Kugelrampe
8: Kugel oder Tonne
9: Schiebehülse
10: Schiebesitz
11: Druckfeder
12: Käfig
20: Gehäuse

Claims

Überlagerungsgetriebe für eine Überlagerungslenkung, bei der ein vom Fahrer eingegebener Lenkwinkel nach Massgabe von Stellgrössen durch eine Steuerung mit einem weiteren Winkel überlagert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von weiteren Stellgrössen, die einen Betriebszustand des Fahrzeugs wiedergeben, eine elektromechanische Verriegelung des Überlagerungsgetriebes erfolgt.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erkennen des Betriebszustandes Grössen, wie Zündung an/aus oder Motordrehzahl, überwacht und analysiert werden, um zu Erkennen, ob der Motor ausgeschaltet ist oder nicht bzw. eine Energieversorgung gewährleistet ist oder nicht.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem Moment, das in das Überlagerungsgetriebe eingeleitet wird, mindestens zwei Verriegelungszustände ausgelöst werden.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Moment kleiner oder gleich einem Grenzwert K ein kraftschlüssiger Verriegelungszustand und bei einem Moment grösser dem Grenzwert K ein formschlüssiger Verriegelungszustand erfolgt.
Überlagerungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen angetriebenen Planetenträger (12) und ein Gehäuse (20) aufweist, dem eine Zahnscheibe (5) zugeordnet ist, die mit einer auf dem Planetenträger (12) verschiebbaren verzahnten Hülse (9) formschlüssig zusammenwirkt.
Überlagerungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Freilauf (2, 3, 4) aufweist, dem ein kugel- oder tonnenförmiges Wälzlagerelement (3) zugeordnet ist, das elektromagnetisch in eine Verriegelungsposition überführbar ist und den Freilauf (2, 3, 4) sperrt.
Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (2, 3, 4) einen Innen (4)- und Aussenring aufweist, wobei das Wälzlagerelement (3) mittels eines betätigbaren Hubmagneten (1) den Innenring (4) sperrt, so dass bei einer Momenteneinleitung an dem Planetenträger (12) die Hülse (9) eine axiale Bewegung zur Zahnscheibe (5) ausführt.
Verriegelungseinrichtung, vorzugsweise für ein Überlagerungsgetriebe einer Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei einem Moment kleiner oder gleich einem Grenzwert K einen kraftschlüssigen Verriegelungszustand und bei einem Moment grösser dem Grenzwert K einen formschlüssigen Verriegelungszustand aufweist.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Zahnscheibe (5) aufweist, die mit einer verschiebbare verzahnten Hülse (9) formschlüssig zusammenwirkt, die einem zu verriegelnden Bauteil, insbesondere ein angetriebener Planetenträger (12) eines Planetengetriebes, zugeordnet ist.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ihr ein Freilauf (2, 3, 4) zugeordnet ist, dem ein kugel- oder tonnenförmiges Wälzlagerelement (3) zugeordnet ist, das elektromagnetisch in eine Verriegelungsposition überführbar ist und den Freilauf (2, 3, 4) sperrt.
Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Freilauf (2, 3, 4) einen Innen (4)- und Aussenring aufweist, wobei das Wälzlagerelement (3) mittels eines betätigbaren Hubmagneten (1) den Innenring (4) sperrt, so dass bei einer Momenteneinleitung an dem Planetenträger (12) die Hülse (9) eine axiale Bewegung zur Zahnscheibe (5) ausführt.