DE3933770A1 - Elektromotorische servolenkung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektromotorischen Servolenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektrisch unterstützte Servolenkungen sind bekannt (SAE-Paper 8 51 639); sie umfassen einen Sensorbereich, der die Momenteneinleitung durch den Fahrer eines Kraft­ fahrzeugs an der Lenksäule erfaßt und einen Elektro­ servomotor entsprechend der Drehrichtung ansteuert, der über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe die vom Fahrer eingeleitete Drehbewegung unterstützt und die Radverstellung in die gewünschte Drehrichtung des Fahrzeugs veranlaßt.

Damit beispielsweise bei Ausfall oder Störungen im elektrischen System oder im Getriebe die Lenkbetäti­ gung dennoch möglich ist, müssen ferner Mittel vorge­ sehen sein, die unter bestimmten Voraussetzungen den Servolenkbereich von der manuell beeinflußbaren Len­ kung abkoppeln, beispielsweise in Form einer Trenn­ kupplung. Eine solche Kupplung ist auch dann notwendig, wenn eine solche elektromotorisch unterstütze Lenkhilfe nur bei Parkiergeschwindigkeiten eingesetzt werden soll, also um das Einparken zu erleichtern und dann nur bei Geschwindigkeiten unterhalb einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise 5 km/h zu arbeiten braucht.

Durch die elektrische Grundkonzeption einer solchen Servolenkung ist es, beispielsweise durch entsprechend gesteuerten Eingriff bei der Stromzuführung zum Servo­ motor möglich, in gewünschter Weise die Servowirkung zu beeinflussen. Allgemein ergeben sich Vorteile in bezug auf die Handhabbarkeit eines mit einer solchen elektromotorischen Lenkhilfe ausgestatteten Fahrzeugs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen elektromotorischen Servolenkung den mechani­ schen Bereich der Trennkupplung sowie des Untersetzungs­ getriebes entscheidend zu vereinfachen und so auszule­ gen, daß die Trennkupplung automatisch wirksam wird, wenn eine Momenteneinleitung durch den Fahrer auf die Lenksäule erfolgt bei unterbleibender Ansteuerung des Servomotors.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1 und hat den Vorteil, daß das Untersetzungsgetriebe und die Trennkupplung von einem gemeinsamen mechanischen Element, nämlich einem Planetengetriebe gebildet sind, die die Trenn­ kupplung in Form eines von der Kraftflußrichtung ab­ hängigen und von der Drehrichtung unabhängigen Frei­ laufs realisiert, der zwischen Servomotor und Lenksäule bzw. dem an der Radverstellung angreifenden mechanischen Abtriebsmitteln angeordnet ist. Der Freilauf schließt bei Momenteneinleitung durch den Servomotor unabhängig von der Drehrichtung, während er bei Momenteneinlei­ tung durch den Fahrer auf die Längssäule ebenfalls un­ abhängig von der Drehrichtung öffnet.

Dabei ist ferner vorteilhaft, daß durch die Integrie­ rung des Freilaufs in das Untersetzungs-Planetenge­ triebe dieser aus sehr einfachen, vorwiegend rotations­ symmetrischen Elementen bestehen kann, wobei durch die grundsätzliche Verwendung des Planetengetriebes für die Realisierung der Freilauffunktion nur wenige zu­ sätzliche Elemente erforderlich sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen der im Hauptanspruch angegebenen elektromoto­ rischen Servolenkung möglich. Besonders vorteilhaft ist die symmetrische Gestaltung der Auflaufflächen für die die Freilauffunktion realisierenden Klemmkörper, so daß die Freilauffunktion unabhängig von der Dreh­ richtung der Lenksäule bzw. des Servomotors realisiert werden kann, wahrend die Abhängigkeit von der Kraft­ flußrichtung der Freilauffunktion bedeutet, daß diese dann einsetzt, also der Freilauf öffnet, wenn eine Momenteneinleitung von der Lenksäule her erfolgt bzw. schließt, wenn die Momenteneinleitung vom Servomotor ausgeht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 mit schematisiert perspektivisch angedeuteter Lenksäule den Servomotor mit Planetengetriebe eines Ausführungsbeispiels der elektromotori­ schen Servolenkung im Schnitt und

Fig. 2 in größerem Detail einen Teilausschnitt von Planetengetriebeelementen zur besseren Darstel­ lung der Freilauffunktion.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für die kraftflußrichtungsabhängige Einstellung der Freilauf­ funktion die Reaktionskraft des Servomotors ausnutz­ bar ist, die entsteht, wenn der Rotor oder Läufer des Servomotors eine Drehbewegung durchführt. In diesem Fall stützt sich, was normalerweise keine größere Beach­ tung findet, das Gehäuse mit dem Statorpaket des Elek­ tromotors stationär ab, so daß der Rotor anlaufen kann. Lagert man demgegenüber das Gehäuse mit Stator des Elektromotors ebenfalls drehbar, dann ergibt sich eine Gegenreaktionskraft, die für die Einstellung, also in diesem Fall für das Schließen des Freilaufs ausgenutzt werden kann.

In Fig. 1 ist die elektromotorische Servolenkung mit 10, die Lenksäule mit 11 und das der Momenteneinlei­ tung durch den Fahrer dienende, an der Lenksäule 11 befestigte Lenkrad mit 11a bezeichnet.

Es versteht sich, daß die in der Zeichnung getroffene Darstellung in beliebiger Weise vereinfacht ist und dem besseren Verständnis der Erfindung dient; so greift die elektromotorische Servolenkung bei dem dargestell­ ten Ausführungsbeispiel auch unmittelbar an der Lenk­ säule 11 an, was aus verschiedenen Gründen sinnvoll sein kann. Es versteht sich aber, daß hier auch andere Realisierungsformen, z. B. mehrstufige Vorgelege oder Riementriebe denkbar sind. Die Umsetzung des an der Lenksäule 11 entstehenden Drehmoments (manuell oder durch die Servowirkung) auf die Radverstellung, also der Bereich des Lenkgetriebes, ist nicht dargestellt, da zum Verständnis vorliegender Erfindung nicht erforderlich.

An der Lenksäule 11 ist ein erstes größeres Zahnrad 12 drehfest befestigt, über welches der Servomotorbereich mit Untersetzungsgetriebe und "Trennkupplungsfunktion" auf die Lenksäulenverdrehung einwirkt. Diese Einwirkung ergibt sich dann, wenn der Servomotor 16 von einem nicht dargestellten Sensorbereich in der ge­ wünschten Drehrichtung angesteuert ist.

An den Servomotor 16 ist ein Planetengetriebe 20 ange­ flanscht, wobei der Antrieb vom Läufer 16a des Servo­ motors 16 auf das Sonnenrad 13 des Planetengetriebes 20 erfolgt. Der Abtrieb erfolgt über den Planetenträ­ ger 14 der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer Brücke Planetenräder 14a, 14b lagert, die ihrerseits in einem Hohlrad 15 laufen. Mit dem Planetenträger 14 ist ein Abtriebsritzel 21 verbunden, wobei der Planetenradträger 14 in eine über ein bei 22 angedeutetes Kugellager gelagerte Welle 23 übergeht.

Bei dem Planetengetriebe 20 ist bemerkenswert, daß zwi­ schen dem Hohlrad 15 und einer feststehenden Gehäuse­ lagerung 17 Klemmkörper 19 vorgesehen sind, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Kugeln, aber auch Rollen sein können. Durch diese Klemmkörper 19 kann das Hohlrad 15 arretiert, also festgesetzt wer­ den, so daß in diesem Fall eine Drehmomentübertragung vom Rotor 16a des Servomotors 16 über die vom Sonnen­ rad 13 angetriebenen Planetenräder 14a, 14b auf den Planetenradträger 14 und von diesem über das Ritzel 21 auf das mit der Lenksäule 11 verblockte Zahnrad 12 er­ folgen kann.

Dabei bildet die feststehende Gehäuselagerung 17 im Bereich der Klemmkörper 19 beidseitig symmetrische Anlaufflächen 18a, 18b, die in der Darstellung der Fig. 2 zum besseren Verständnis in ihrer Steigung deut­ lich markiert sind. Die Klemmkörper 19 selbst sind, und dies ist ein wesentliches Merkmal vorliegender Erfindung, vom jedenfalls um vorgegebene Drehwinkel verdrehbaren Gehäuse 24 von allgemeiner Zylinderform des Servomotors 16 geführt und da das zylinderförmige, auch das Statorpaket 25 des Servomotors 16 lagernde Gehäuse, wie durch das Kugellager 26 angedeutet, selbst eine Verdrehbewegung erfahren kann, verschiebt bei einer entsprechenden Ansteuerung des Elektromotors das dem resultierenden Gegenreaktionsmoment unterwor­ fene Motorgehäuse 24 aufgrund seiner Verdrehung die Klemmkörper 19 in der einen oder anderen Richtung in die Klemmposition. In dieser Klemmposition arretieren die Klemmkörper 19 das Hohlrad 15 mit Bezug auf die feststehende Gehäuselagerung 17, so daß nunmehr und nur unter diesen Umständen über die Planetenräder 14a, 14b und den sie tragenden Planetenträger 14 eine Momenteneinleitung auf die Lenksäule 11 erfolgt.

Ergibt sich im Gegensatz hierzu eine Krafteinleitung über die Lenksäule auf den Planetenträger bei nicht angesteuertem Servomotor 16 - diese Möglichkeit kann vorliegen, wenn eine solche Servolenkung als Parkier­ hilfe eingesetzt wird und bei Überschreiten größerer Geschwindigkeiten die elektrische Ansteuerung des Servo­ motors unterbrochen ist - dann verdreht sich bei stehendem Läufer 16a des Servomotors das Hohlrad 15 jeweils so, daß sich die Klemmkörper 19 von den An­ laufflächen 18a bzw. 18b entfernen, wodurch sich der Freilauf öffnet. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß in diesem Fall die Drehbewegung der Lenksäule, manuell eingeleitet durch eine Betätigung des Fahrers über das Lenkrad 11a im Bereich des Planeten-Unter­ setzungsgetriebes abgekoppelt wird, gleichgültig, ob das Lenkrad in der einen oder anderen Richtung bewegt wird. Nur dann also, wenn durch die Mitnahme des Motor­ gehäuses 24 bei effektiver Ansteuerung des Servomotors 16 die Klemmkörper in ihren jeweiligen Klemmendpositio­ nen an den Anlaufflächen 18a, 18b gelangen, kann Dreh­ moment vom Servomotor 16 auf den Bereich der Lenksäule übertragen werden, nicht umgekehrt. Dies bedeutet, daß ein solchermaßen ausgebildetes Planetengetriebe automatisch die Drehmomentübertragung nur in der einen Richtung, nämlich vom antreibenden Servomotor 16 zu­ läßt, da der Servomotor über sein verschwenkbares Motorgehäuse immer dann gleichzeitig für die Einnahme der Klemmposition durch die Klemmkörper sorgt, wenn er selbst angesteuert wird und ein entsprechendes Reak­ tionsmoment am Motorgehäuse entsteht, welches sich über die Klemmkörper 19 abstützen muß.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (6)

1. Elektromotorische Servolenkung (Lenkhilfe) für Kraftfahrzeuge u. dgl., insbesondere für den Par­ kiergeschwindigkeitsbereich (Park-Servo), mit einem Untersetzungsgetriebe sowie einer die mecha­ nische Verbindung zwischen Servomotor und Lenksäule bzw. den der Radverstellung dienenden Abtrieb unter­ brechenden Einrichtung (Trennkupplung), dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe (20) ist, welches gleichzeitig eine Trennkupplungsfunktion in der Form eines Frei­ laufs realisiert.

2. Elektromotorische Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an den Servomotor (16) angeflanschte Planetengetriebe (20) mit seinem Sonnenrad (13) mit dem Läufer (16a) des Servomotors (16) verbunden ist und das die Planetenräder auf­ nehmende Hohlrad (15) willkürlich dann stationär arretierbar ist, wenn eine Momenteneinleitung durch den Servomotor erfolgt, derart, daß über den die Planetenräder (14a, 14b) lagernden Planetenradträger (14) die Drehmomentübertragung auf die Lenksäule (11) erfolgt.

3. Elektromotorische Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (14) auf einer Welle (23) sitzt, die ein Ritzel (21) trägt, welches mit einem mit der Lenksäule (11) ver­ bundenen Zahnrad (12) kämmt.

4. Elektromotorische Servolenkung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Arretierung des Hohlrades (15) Klemmkörper (19) zwi­ schen diesen und stationären symmetrischen Anlauf­ flächen (18a, 18b) einer feststehenden Gehäuselage­ rung (17) vorgesehen sind, die von dem durch ein Gegenreaktionsmoment bei Ansteuerung des Servomotors verschwenkbaren Servomotorgehäuse (24) in ihre je­ weilige Klemmposition überführbar sind derart, daß sich ein von der Kraftflußrichtung abhängiger und von der Drehrichtung unabhängiger Freilauf zwischen dem Servomotor (16) und dem Lenksäulenbereich (11) ergibt.

5. Elektromotorische Servolenkung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verschwenkbare Motorgehäuse (24) des Servomotors (16) topfförmig ausgebildet und selbst gegenüber der feststehenden Gehäuselagerung zur Aufnahme des vom Statorpaket (25) herrührenden Gegenreaktions­ moments verschwenkbar gelagert ist und nach Art einer Käfiglagerung die Klemmkörper (19) , vorzugs­ weise in Form von Kugeln, aufnimmt, die sich zwischen dem äußeren Umfang des Hohlrades (15) und symmetri­ schen Anlaufflächen (18a, 18b) der stationären Ge­ häuselagerung (17) befinden.

6. Elektromotorische Servolenkung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (14) brückenförmig ausgebildet ist und mittig in die drehbar gelagerte Abtriebswelle (23) des Planetengetriebes (20) übergeht.