DE4011947C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lenken von zwei Fahrzeugrädern mit zwei voneinander unabhängigen Lenkantrieben, die jeweils einem Fahrzeugrad zugeordnet sind und eine in einem Gehäuse axial verschiebbare Zahnstange aufweisen, die an das zugehörige Fahrzeugrad anschließbar ist und mit einem Ritzel des zugehörigen Lenkantriebs in Eingriff steht.

Fahrzeug-Lenksysteme, bei denen jedes lenkbare Rad eines Fahrzeugs jeweils einen ihm zugeordneten Elektromotor aufweist, um das lenkbare Rad unabhängig von den anderen lenkbaren Rädern einschlagen zu können, sind bekannt.

Ein solches gattungsgemäßes Lenksystem ist Gegenstand der US 47 41 409. Das dort beschriebene Lenksystem enthält ein Lenkgetriebe, dessen Gehäuse mit dem Fahrzeug verbunden werden kann. Ein erstes und ein zweites Zahnstangenelement sind teleskopartig zueinander verschiebbar und werden bezüglich ihrer axialen Bewegung durch das Gehäuse abgestützt. Jedes Zahnstangenelement ist über ein Zapfengelenk einer Spurstange mit einem zugeordneten lenkbaren Rad verbunden. Ein Paar drehbarer Ritzel ist in dem Gehäuse gelagert.

Jedes Ritzel greift in jeweils eines der Zahnstangenelemente ein und ist mit jeweils einem von zwei Elektromotoren verbunden. Eine Erregung eines der Elektromotoren bewirkt die Drehung des zugeordneten Ritzels, welches darauf das zugeordnete Zahnstangenelement axial verschiebt und das lenkbare Rad unabhängig von dem anderen Fahrzeugrad lenkt. Die Zahnstangenelemente sind an der Grenze der Relativbewegung mechanisch miteinander verbunden, damit die Teleskopverschiebung der Zahnstangenelemente blockiert wird, falls eine Fehlfunktion eines der Elektromotoren vorliegt.

Solch ein Lenkgetriebe hat den Nachteil, daß es relativ groß ist und damit einen relativ großen Raumbedarf innerhalb des Fahrzeugs hat. Es ist wünschenswert, die Abmessungen des Lenkgetriebes zu verkleinern, um den übrigen zur Verfügung stehenden Raum innerhalb des Fahrzeugs zu vergrößern, besonders wenn das Lenkgetriebe im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet ist.

Eine weitere Vorrichtung zum Lenken von zwei Fahrzeugrädern ist aus der DE 33 00 640 C2 bekannt. Dabei sind zwei unabhängige Lenkantriebe für je eines der zwei Fahrzeugräder vorgesehen, jedoch bewirkt jeder der dort offenbarten Lenkantriebe nur eine zusätzliche Schwenkung des betreffenden Fahrzeugrades relativ zu dem Lenkeinschlag, der durch die Haupt-Lenkvorrichtung eingestellt wird.

Aus der DE 35 35 503 A1 ist ein Zahnstangen-Ritzel-Lenkgetriebe mit Elektromotor bekannt, um eine zusätzliche Lenkkraft zur Verfügung zu stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, deren Raumbedarf für die Unterbringung der Vorrichtung im Fahrzeug dahingehend optimiert ist, daß insbesondere im Bereich des Motorraums mehr Platz für die Unterbringung von Aggregaten zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Lenkantrieb sein eigenes Gehäuse aufweist, das am Fahrzeugrahmen schwenkbar gelagert ist. Hierdurch wird es möglich, die Lenkantriebe seitlich am Fahrzeug anzubringen.

Vorteilhafte Weiterbildungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeug-Lenk­ systems nach der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Ansicht eines Lenkgetriebes des Lenksystems von Fig. 1;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Lenkgetriebes von Fig. 2 entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines anderen Teils des Lenkgetriebes von Fig. 2 entlang der Linie 4-4 in Fig. 2;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils des Gehäuses und des Zahnstangenelements aus Fig. 3 ent­ lang der Linie 5-5 in Fig. 3;

Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Schwenk­ verbindung für das Lenkgetriebe von Fig. 2;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht der Schwenkverbindung von Fig. 6 entlang der Linie 7-7 in Fig. 6; und

Fig. 8 und 9 sind der Fig. 2 ähnlich und zeigen die Teile in unterschiedlichen Stellungen zueinander.

Ein Lenksystem 20 für zwei lenkbare Vorderräder 22, 24 eines Fahrzeugs ist in Fig. 1 abgebildet. Es ist offensichtlich, daß das Lenksystem auch für lenkbare Hinterräder des Fahrzeugs verwendet werden kann. Das Fahrzeug enthält zwei Rahmenelemen­ te 32, 34. Jedes der beiden Lenkgetriebe 42, 44 ist zwischen einem jeweiligen Rahmenelement 32, 34 und einem jeweiligen der lenkbaren Räder 22, 24 angeschlossen. Jedes der Lenkgetriebe 42, 44 ist vollständig seitlich der Fahrzeuglängsachse C ange­ ordnet.

Das linke Lenkgetriebe 42 aus Fig. 1 gleicht konstruktionsmä­ ßig dem rechten Lenkgetriebe 44. Daher betrifft die folgende detaillierte Beschreibung des Aufbaus des linken Lenkgetriebes 42 (Fig. 2) gleichermaßen das rechte Lenkgetriebe 44.

Das Lenkgetriebe 42 enthält ein langgestrecktes Metallgehäuse 52 (Fig. 2). Ein axialer Endteil 54 des Gehäuses 52 ist schwenkbar mit dem Fahrzeugrahmen 32 verbunden. Ein Bügel 62 (Fig. 6) ist an dem Rahmenelement 32 befestigt. Eine Öffnung 64 verläuft senkrecht zur mittigen Längsachse B durch den axialen Endteil 54 des Gehäuses 52. In der Öffnung 64 des Ge­ häuses befindet sich eine Buchse 66. Die Buchse 66 enthält eine äußere Metallhülse 66a und eine innere Metallhülse 66b. Ein Elastomerelement 66c ist zwischen den Metallhülsen 66a, 66b eingeschlossen. Ein Befestigungselement 68 ragt durch Öff­ nungen in dem Bügel 62 und durch die innere Hülse 66b, um das Gehäuse 52 mit dem Rahmenelement 32 zu verbinden. Das federnde Elastomerelement 66c der Buchse gestattet, das Gehäuse 52 re­ lativ zum Rahmenelement 32 horizontal in Richtung der Pfeile 70 zu schwenken (Fig. 6). Die Buchse 66 gestattet auch, das Gehäuse 52 relativ zum Rahmenelement 32 in einer vertikalen Ebene in Richtung der Pfeile 72 zu schwenken (Fig. 7).

Das Gehäuse 52 enthält eine Bohrung 74 (Fig. 2), welche koaxial über fast die gesamte Länge des Gehäuses verläuft. Die Bohrung 74 endet nahe dem axialen Endteil 54 und öffnet sich am ande­ ren axialen Endteil 78 des Gehäuses 52. Das Lenkgetriebe 42 enthält ferner ein langgestrecktes metallisches Zahnstangen­ element 82. Ein axiales Ende 84 des Zahnstangenelements 82 ist schwenkbar über ein Kugelgelenk 86 mit einem Achsschenkel 88 des lenkbaren Rads 22 verbunden. Der Achsschenkel 88 ist zum Einschlagen des lenkbaren Rads 22 um eine Achse A schwenkbar.

Eine Vielzahl von Zähnen 92 ist an dem Zahnstangenelement 82 ausgebildet, dessen einer axialer Endteil 94 innerhalb der Bohrung 74 des Gehäuses 52 liegt. Das Zahnstangenelement 82 ist teleskopartig relativ zu dem Gehäuse 52 entlang seiner mittigen Längsachse B verschiebbar. Mit einer teleskopartigen Verschiebung des Zahnstangenelements 82 relativ zum Gehäuse 52 schwenkt der Achsschenkel 88 um die Achse A und schlägt das lenkbare Rad 22 von der in Fig. 2 gezeigten Stellung in eine der in den Fig. 8 oder 9 gezeigten Stellungen ein. Ein Falten­ balg 96 ist an dem Zahnstangenelement 82 und an einem axialen Endteil 78 des Gehäuses 52 angebracht. Der Faltenbalg 96 ist bei Verschiebung des Zahnstangenelements 82 relativ zu dem Ge­ häuse 52 dehnbar und komprimierbar und verhindert, daß Verun­ reinigungen in das Gehäuse 52 und an die Zähne 92 gelangen.

Ein Ritzel 102 (Fig. 3 und 4) ist um eine Achse D drehbar in einem Teil des Gehäuses 52 gelagert. Das Ritzel 102 weist eine Vielzahl von Zähnen 104 auf, welche mit den Zähnen 92 an dem Zahnstangenelement 82 in Eingriff stehen. Eine Drehung des Ritzels 102 verschiebt das Zahnstangenelement 82 relativ zu dem Gehäuse 52. Die Anzahl der Zähne 92 und der Weg, über den sich die axial verlaufenden Zähne erstrecken, bestimmen den Hub des Zahnstangenelements 82 relativ zu dem Gehäuse 52. Die Anzahl der Zähne 92 und die Länge der Verzahnung kann je nach dem Fahrzeug variieren, in welchem das Lenkgetriebe 42 verwen­ det wird.

Die Zähne 92 sind zwischen einander axial entgegengesetzten Enden des Zahnstangenelements 82 ausgebildet. Oberflächen 98a, 98b (Fig. 3) an einander axial entgegengesetzten Enden der Reihe von Zähnen 92 bestimmen den Hub des Zahnstangenelements 82 relativ zu dem Gehäuse 52. Wenn sich das Zahnstangenelement 82 beispielsweise in Richtung einer der Oberflächen 98a oder 98b bewegt und das Ritzel 102 an diese anschlägt, wird die Weiterbewegung des Zahnstangenelements relativ zu dem Gehäuse 52 blockiert. Dies stellt sicher, daß das Zahnstangenelement 82 nicht aus dem Gehäuse 52 herausgetrieben werden kann.

Ein Paar von Nuten 112 (Fig. 5) verläuft außerhalb des Umfangs der Bohrung 74 in dem Gehäuse 52, und zwar über im wesentli­ chen die gesamte Länge der Bohrung. Ein Paar von Vorsprüngen 114 verläuft radial an der Außenseite des Zahnstangenelements 82. Jeder der Vorsprünge 114 liegt in jeweils einer der Nuten 112 des Gehäuses 52. Eine Drehung des Zahnstangenelements 82 um die Achse B relativ zu dem Gehäuse 52 wird blockiert, indem die Vorsprünge 114 in die Nuten 112 eingreifen. Dies stellt sicher, daß die Zähne 92 stets in Richtung der Zähne 104 des Ritzels 102 zeigen, damit sie nicht klemmen.

Ein Elektromotor 132 (Fig. 2 und 4) ist direkt und auf glei­ cher Achse mit dem Ritzel 102 verbunden. Eine Erregung des Elektromotors 132 bewirkt eine Drehung des Ritzels 102 um die Achse D. Die Drehung des Ritzels 102 bewirkt eine teleskopar­ tige Verschiebung des Zahnstangenelements 82 zu dem Gehäuse 52 und damit das Einschlagen des lenkbaren Fahrzeugrads 22. Gege­ benenfalls kann der Elektromotor 132 über ein Untersetzungsge­ triebe mit dem Ritzel 102 verbunden sein. Die Notwendigkeit eines Untersetzungsgetriebes hängt von der Drehgeschwindigkeit und dem Leistungsvermögen des Elektromotors 132 ab.

Der Elektromotor 132 ist über Drähte 136 und 138 (Fig. 2) elektrisch mit einem Regler 134 verbunden (Fig. 1). Der Regler 134 ist elektrisch mit einem Lenksensor 144 und einer Strom­ versorgung 142 wie z.B. einer Fahrzeugbatterie verbunden. Der Lenksensor 144 ist mit einer drehbaren Lenkwelle 152 verbun­ den und diese mit einem Lenkrad 154 des Fahrzeugs.

Der Lenksensor 144 erfaßt die Verdrehung der Lenkwelle 152 um ihre mittige Längsachse E und erzeugt ein Signal, welches die Auslenkung der Lenkwelle relativ zu einer Bezugsposition an­ zeigt. Das Signal wird dem Regler 134 übermittelt. Der Regler 134 versorgt den Elektromotor 132 bei Empfang eines entspre­ chenden Signals von dem Lenksensor 144 mit elektrischem Strom. Die Stromversorgung des Elektromotors 132 durch den Regler 134 folgt einer Funktion, welche durch ein in dem Regler gespei­ chertes Steuerprogramm bestimmt wird, wobei die Information des genannten Signals als Eingangsparameter dient. Der Regler 134 legt elektrischen Strom an den entsprechenden Elektromotor 132 des jeweiligen Lenkgetriebes 42 oder 44. Jedes der lenk­ baren Räder 22, 24 wird damit unabhängig von dem anderen lenk­ baren Rad durch einen separaten Elektromotor 132 an einem ent­ sprechenden Lenkgetriebe 42, 44 gelenkt.

Wenn das Lenkrad 154 und die Lenkwelle 152 um die Achse E in Richtung des Pfeils 172 in Fig. 1 gedreht wird, dreht der Elektromotor 132 das Ritzel 102, welches das Zahnstangenele­ ment von der in Fig. 2 gezeigten Stellung axial aus dem Gehäu­ se 52 heraustreibt. Dies bewirkt, daß das lenkbare Rad 22 in Richtung der in Fig. 8 gezeigten Stellung geschwenkt wird. Wenn das Lenkrad 154 und die Lenkwelle 152 um die Achse E in Richtung des Pfeils 174 in Fig. 1 gedreht wird, dreht der Elektromotor 132 das Ritzel 102 und treibt das Zahnstangenele­ ment 82 von der in Fig. 2 gezeigten Stellung aus weiter in das Gehäuse 52 hinein. Dies bewirkt, daß das lenkbare Rad 22 in Richtung auf die in Fig. 9 gezeigte Stellung geschwenkt wird.

Der Regler 134 ist auch mit einem nicht gezeigten Sensor für eine Linearposition verbunden sowie mit einem Notverriege­ lungsmechanismus 182 an jedem Lenkgetriebe 42, 44, wie in Fig. 2 schematisch angedeutet. Der Positionssensor gibt eine Rück­ meldung an den Regler 134, um zu gewährleisten, daß sich das Zahnstangenelement 82 in die richtige Richtung und um die Weg­ strecke bewegt hat, welche von dem Steuerprogramm des Reglers bestimmt wurde. Wenn der Regler 134 erkennt, daß die Stellung des Zahnstangenelements 82 bezüglich des Gehäuses 52 falsch ist, schaltet der Regler 134 die Stromversorgung des Motors 132 ab und aktiviert den Verriegelungsmechanismus 182. Der Verriegelungsmechanismus 182 blockiert die teleskopartige Ver­ schiebung des Zahnstangenelements 82 bezüglich des Gehäuses 52, um ein unkontrolliertes Schwenken des Rads 22 zu verhin­ dern.

Die Abmessungen der Zähne 92, der Zahnstange 82 und des Ge­ häuses 52 können entsprechend der jeweiligen Anwendung in ei­ nem Fahrzeug variieren. Während das gezeigte Lenkgetriebe 42 eine mittige Längsachse B senkrecht zur Längsachse C des Fahr­ zeugs aufweist, kann das Lenkgetriebe natürlich auch in ande­ rer Orientierung zum Fahrzeug eingebaut sein.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Lenken von zwei Fahrzeugrädern mit zwei voneinander unabhängigen Lenkantrieben, die jeweils einem Fahrzeugrad zugeordnet sind und eine in einem Gehäuse axial verschiebbare Zahnstange aufweisen, die an das zugehörige Fahrzeugrad anschließbar ist und mit einem Ritzel des zugehörigen Lenkantriebs in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lenkantrieb (42, 44) ein eigenes Gehäuse (52) aufweist, das am Fahrzeugrahmen (32, 34) schwenkbar gelagert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (102) jedes Lenkantriebes (42, 44) durch einen Elektromotor (132) antreibbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lenkantrieb (42, 44) mit seinem Gehäuse (52) und der zugehörigen Zahnstange (82) vollständig auf einer der zwei einander in bezug auf die Fahrzeuglängsachse gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (52) jedes Lenkantriebs (42, 44) relativ zum Fahrzeugrahmen (32, 34) in einer horizontalen Ebene schwenkbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (52) jedes Lenkantriebs (42, 44) relativ zum Fahrzeugrahmen (32, 34) in einer vertikalen Ebene schwenkbar ist.