DE202006005537U1

DE202006005537U1 - Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung

Info

Publication number: DE202006005537U1
Application number: DE200620005537
Authority: DE
Original assignee: Kletke Axel Dipl-Ing
Current assignee: KLETKE, AXEL, DR., DE
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2016-04-06

Abstract

Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Lenksystem zur Erfüllung der Ackermannbedingung, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe mindestens ein Rotationselement 1, welches mindestens eine Führungsbahn 2 aufweist, an welche mindestens ein Steuerelement 3 angeschlossen ist, dessen Anlenkungspunkt A eine erzwungene Bahnbewegung, die durch Überlagerung der Führungsbahn 2 mit mindestens einer weiteren Führungsbahn II erfolgt, auf dem Rotationselement 1 beschreibt, und der Anlenkungspunkt B des Steuerelements 3 dabei eine völlige und/oder anteilige vektorielle Translationsbewegung in y-Richtung beschreibt.

Description

Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Lenksystem.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere zum Einsatz in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei Achsen, mindestens zwei Spuren und mindestens einer Spurstange. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs, bei dem auf lenkbare Räder des Fahrzeugs eingewirkt wird.
Stand der Technik
Bei den heutigen Kraftfahrzeugen erfolgt die Lenkkraftübertragung vom Lenkrad über die Lenksäule auf ein Lenkgetriebe, von dort auf die Spurstange über die Lenkhebel auf die Achsschenkel. Um eine saubere Kurvenfahrt zu erreichen, muss jedes Rad auf einer Kreisbahn um den Kurvenmittelpunkt abrollen s.g. Ackermannbedingung. Bei der Schwenkachslenkung und Knicklenkung ist dies automatisch der Fall, bei Einzelradlenkung jedoch müssen zwei Räder einer Achse verschiedenen Einschlag aufweisen. Dies erreicht man mittels eines Lenktrapezes bestehend aus Achskörper, Spurstange und zwei Lenkhebeln. Die Räder haben also bei jedem Lenkeinschlag unterschiedliche Einschlagswinkel. In der Praxis wird dies durch das Lenktrapez annähernd erreicht. Die Vorderachse bildet dabei die lange Grundseite, die Spurstangen bilden die kurze Seite und die Spurhebel, die nicht rechtwinklig an den Achsschenkeln angebracht sind bilden die schrägen Seiten des Trapezes. Durch Nichterfüllung der Ackermannbedingung wird das kurvenäußere Rad stärker eingeschlagen als es nach dieser Bedingung notwendig ist. Es nimmt dadurch höhere Querkräfte auf als das kurveninnere Rad, wobei das kurveninnere Rad umso größere entgegen gerichtete Seitenführungskraft erzeugt, je weiter der Einschlaglenkwinkel von der Ackermannbedingung abweicht.
Bei den zurzeit verwendenden Lenkgeometrien wird die oben genannte Bedingung nur bei einem bestimmten Kurvenradius und somit Lenkeinschlagwinkel erfüllt. Durch die Abweichung von der Ackermannbedingung bei allen weiteren Kurvenradien und Lenkeinschlagwinkeln wird die gesamte Seitenführungskraft der Lenkachse und damit die mechanische Haftung der Lenkachsenreifen wesentlich verschlechtert, was unter anderem auch zu dem unterschiedlichen Fahrverhalten des Fahrzeugs, bei unterschiedlichen Kurvenradien und Geschwindigkeiten, führt. Die Radstellungen sind somit nicht mehr optimal an die Fahrsituation angepasst. Diese Tatsache beeinträchtigt erheblich die Fahrsicherheit und den Reifenverschleiß an den Reifen der Lenkachse.
Von diesen Problemen unabhängig gibt es bei modernen Fahrzeugen Bestrebungen, auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs aktiv einzuwirken. Hierfür ist auch die Lenkung geeignet, da sie ein hinsichtlich der Querdynamik eines Fahrzeuges schnellwirkendes Stellglied ist. Es bestehen daher Bestrebungen, ein Fahrzeug über geregelte Lenkeingriffe, ohne Wahrnehmung des Fahrers, zu stabilisieren und/oder das querdynamische Verhalten des Fahrzeugs regelungstechnisch zu verbessern. Eine bekannte Lösung bei Lenksystemen mit mechanischer Verbindung zwischen Lenkgetriebe und Lenkrad ist eine so genannte Überlagerungslenkung, bei der zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe ein zusätzliches Getriebe vorgesehen ist. Das Getriebe ist mit einem Stellglied versehen, so dass eine Lenkkorrektur erzeugt werden kann, die der vom Fahrer über das Lenkrad vorgegebenen Lenkbewegung überlagert wird. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass das zusätzliche Getriebe an der Lenksäule sich in einem Bereich befindet, in welchem üblicherweise kein Platz zur Verfügung steht. Eine andere Lösung besteht in einem Steer-By-Wire-Lenkungssystem, bei dem zwischen Lenkrad und Lenkgetriebe lediglich eine informationstechnische Verbindung besteht. Die gewünschte Lenkkorrektur kann in einfacher Weise von einer Steuereinheit errechnet und elektronisch mit dem vom Lenkrad vorgegebenen Lenkwinkel überlagert werden. Der Nachteil eines solchen Systems besteht allerdings im Wegfall des Rückstellmomentes am Lenkrad und in den hohen Kosten, da im Hinblick auf die notwendige Ausfallsicherheit die Aktuatoren, Sensoren und Prozessoren redundant ausgeführt sein müssen. Der Nachteil beider Systeme besteht darin, dass die Winkellage der gelenkten Räder zueinander nicht adaptiert werden kann. Durch eine Kombination einer mechanischen Lenkung mit Steer-By-Wire-Komponenten, Offenlegungsschrift DE 103 38 998 A1 , erreicht man ein System, das eine Winkelkorrektur für beide gelenkte Räder unabhängig voneinander ermöglicht. Nachteil dieser Lösung gleicht dem Steer-By-Wire-Lenkungssystem hinsichtlich der hohen Kosten und redundanten Steuer-Regelkreisen. Beim Einsatz der beiden letzten Systeme im Hochleistungsbereich muss auch der Nachteil im Hinblick auf die Zeitverzögerung der Lenkwinkeleinstellung und der Winkelkorrektur berücksichtigt werden.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfache und ausfallsichere Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb der Lenkachse und zur Anstellung des Lenkwinkels der Räder an der Lenkachse eines Kraftfahrzeugs mit der absoluten Erfüllung der Ackermannbedingung stufenlos über den ganzen Lenkwinkelbereich zu ermöglichen. Dadurch werden oben beschriebenen Nachteile der Fahrsicherheit und des Reifenverschleißes an der Lenkachse aufgehoben. Außerdem, durch Erhöhung der mechanischen Haftung an der Lenkachse bei jedem Lenkwinkel und somit jedem Kurvenradius, wird die Fahrstabilität an der Lenkachse besonders bei hohen Kurvendurchfahrgeschwindigkeiten, z.B. bei Einsatz in Rennfahrzeugen, wesentlich erhöht.
Die vorgeschlagene Erfindung ist Teil der Baukonstruktion eines Lenkgetriebes und stellt somit eine neue Möglichkeit zum Betrieb der lenkbaren Räder an der Lenkachse und Anstellung des Lenkwinkels der Räder an der Lenkachse eines Kraftfahrzeugs, wodurch die Seitenführungskraft der Reifen an der Lenkachse erhöht wird.
Ausführungsbeispiele
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass das Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs so ausgelegt wird, dass es bei jedem Lenkeinschlagwinkel und somit jedem Kurvenradius die absolute Erfüllung der Ackermannbedingung stufenlos und ohne jegliche Zeitverzögerung ermöglicht. In den beigefügten Zeichnungen sind schematisch zwei Ausführungsbeispiele des Getriebes zum Um setzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung angedeutet.
Beispiel 1
In Skizze 9 ist schematisch ein Fahrzeug 4 angedeutet, dass zwei Hinterräder 5 sowie zwei lenkbare Vorderräder 6 aufweist. Für jedes lenkbare Rad 6 ist eine Spurstange 3 vorgesehen, die sich zwischen einem Achsschenkel 7, der dem entsprechenden Rad 6 zugeordnet ist, erstreckt. In dem aufgezeigten Beispiel übernimmt die Spurstange eine Teilfunktion des Getriebes, und wird nachfolgend Steuerelement 3 genannt. Durch die Verdrehung des Rotationselementes 9, welches die Führungsbahn 2 aufweist, vollführt der Anlenkungspunkt A des Steuerelementes 3 auf dem Rotationselement 1 eine erzwungene Bahnbewegung. Der Anlenkungspunkt A kann sich in diesem Fall nur entlang der Führungsbahn II bewegen. Die Führungsbahn II ist Tei des Getriebegehäuses. Durch Überlagerung der Führungsbahn 2 mit der Führungsbahn II, beschreibt der Anlenkungspunkt B des Steuerelements 3 dabei eine völlige und/oder anteilige vektorielle Translationsbewegung in y-Richtung. Die Führungsbahnen 2 und II sind für das entsprechende Rad so ausgelegt, dass sie bei jedem Lenkeinschlagwinkel und somit jedem Kurvenradius die absolute Erfüllung der Ackermannbedingung stufenlos und ohne jegliche Zeitverzögerung ermöglichen.
Beispiel 2
In Skizze 2 ist schematisch ein Fahrzeug 4 angedeutet, dass zwei Hinterräder 5 sowie zwei lenkbare Vorderräder 5 aufweist. Für jedes lenkbare Rad 5 ist eine Spurstange 2 vorgesehen, die sich zwischen einem Achsschenkel 7, der dem entsprechenden Rad 6 zugeordnet ist, erstreckt. In dem aufgezeigten Beispiel übernimmt die Spurstange eine Teilfunktion des Getriebes und wird nachfolgend Steuerelement 2 genannt. Durch die Verdrehung des Elementes 1, das translatorisch gesperrt ist und über eine Führungsbahn II mit konstanter und/oder variabler Steigung verfügt, verfolgt der Anlenkungspunkt A (rotatorisch gesperrt) die Führungsbahn II und verschiebt sich damit tranlatorisch. Steuerelement 2, das rotatorisch gesperrt ist, verfügt über einen Anlenkungspunkt B welcher eine völlige und/oder anteilige vektorielle Translationsbewegung in y-Richtung beschreibt. Die Steigung er Führungsbahn II ist für das entsprechende Rad so ausgelegt, dass es bei jedem Lenkeinschlagwinkel und somit jedem Kurvenradius die absolute Erfüllung der Ackermannbedingung stufenlos und ohne jegliche Zeitverzögerung ermöglicht.

Claims

Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Lenksystem zur Erfüllung der Ackermannbedingung, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe mindestens ein Rotationselement 1, welches mindestens eine Führungsbahn 2 aufweist, an welche mindestens ein Steuerelement 3 angeschlossen ist, dessen Anlenkungspunkt A eine erzwungene Bahnbewegung, die durch Überlagerung der Führungsbahn 2 mit mindestens einer weiteren Führungsbahn II erfolgt, auf dem Rotationselement 1 beschreibt, und der Anlenkungspunkt B des Steuerelements 3 dabei eine völlige und/oder anteilige vektorielle Translationsbewegung in y-Richtung beschreibt.
Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Lenksystem zur Erfüllung der Ackermannbedingung,dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe mindestens zwei drehbar gelagerte und translatorisch verschiebbare Elemente (1 + 2) aufweist, welche jedoch in beiden Freiheitsgraden (Translation + Rotatation) unabhängig von einander sperrbar sind, Element 1 verfügt über mindestens eine Führungsbahn II mit konstanter und/oder variabler Steigung, Element 2 verfügt über mindestens einen Anlenkungspunkt A, welcher eine Bahnbewegung auf der Führungsbahn II des Elements 1 beschreibt und einen Anlenkungspunkt B welcher eine völlige und/oder anteilige vektorielle Translationsbewegung in y-Richtung beschreibt.
Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Lenksystem zur Erfüllung der Ackermannbedingung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass grundsätzlich beliebige Sperrkombinationen für die Sicherstellung der Funktion umsetzbar sind, jedoch mindestens ein rotatorischer und mindestens ein translatorischer Freiheitsgrad, unabhängig vom Element, gesperrt ist.
Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Lenksystem zur Erfüllung der Ackermannbedingung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein konstantes und/oder unkonstantes Rückstellmoment aufweist oder selbsthemmend ist.
Getriebe zum Umsetzen einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Lenksystem zur Erfüllung der Ackermannbedingung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es konstante und/oder variable Übersetzung aufweist.