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Hintergrund
der Erfindung
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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Fahrzeuglenkvorrichtung,
die einen Elektromotor umfasst, um eine Lenkbewegung eines lenkbaren
Straßenrads
eines Fahrzeugs zu bewirken
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Ein
Motorfahrzeug umfasst ein Lenksystem zum Lenken der lenkbaren Straßenräder, und
zwar typischerweise der Vorderräder
des Fahrzeugs, siehe z.B.
DE
44 26 881 A . Das Lenksystem umfasst oft eine Lenkgetriebeanordnung,
die entfernt von den lenkbaren Rädern
des Fahrzeugs gelegen ist, zum Beispiel an der Lenksäule. U.S.
Patent Nr. 4,972,914 offenbart ein Fahrzeuglenksystem, das benachbart zu
einem lenkbaren Rad des Fahrzeugs gelegen ist. Das Lenksystem umfasst
einen Elektromotor, der mit einer McPherson Stütze bzw. Strebe angebracht
ist. Betätigung
des Motors dreht den Kolben der Stütze, um die lenkbaren Räder des
Fahrzeugs zu lenken.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Lenkvorrichtung gemäß Anspruch
1 zum Gebrauch in einem Fahrzeug, das (a) ein lenkbares Straßenrad besitzt, (b)
ein Lenkglied, das das Straßenrad
zur Drehung relativ zu dem Lenkglied trägt und (c) mindestens einen
Fahrzeugaufhängungsteil,
der das Lenkglied für eine
Schwenkbewegung um eine Lenkachse trägt. Die Lenkvorrichtung umfasst
ein Lager. Die Lenkvorrichtung umfasst auch einen Kugelansatz, der
einen Schaftteil besitzt, der an dem Lenkglied befestigt ist. Der
Kugelansatz besitzt einen Kugelendteil, der drehbar und schwenkbar
in dem Lager befestigt ist.
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Der
Kugelansatz besitzt eine Achse. Die Lenkvorrichtung umfasst einen
betätigbaren
Elektromotor, der eine Abtriebswelle besitzt und betätigbar ist,
um die Abtriebswelle in entgegengesetzten Richtungen zu drehen.
Die Lenkvorrichtung umfasst ebenfalls eine Gelenkanordnung, die
den Kugelendteil des Kugelansatzes zur Drehung mit der Abtriebswelle
des Elektromotors verbindet. Der Elektromotor dreht bei Betätigung den
Kugelansatz um die Kugelansatzachse, wodurch Schwenkbewegung des Lenkglieds
um die Lenkachse bewirkt wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorangegangenen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
dem Fachmann des Gebietes, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht,
beim Berücksichtigen
der folgenden Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen offensichtlich werden, worin zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Teils eines Fahrzeugs, das ein lenkbares
Rad, das in einer ersten Orientierung gezeigt ist, und eine Lenkvorrichtung,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist, umfasst;
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2 eine
vergrößerte Ansicht
der Lenkvorrichtung der 1;
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3 eine
Ansicht ähnlich 1,
die das lenkbare Rad in einer zweiten Orientierung zeigt; und
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4 eine
Draufsicht, die das lenkbare Rad in der zweiten Orientierung zeigt.
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Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Fahrzeuglenkvorrichtung,
die einen Elektromotor umfasst zum Bewirken von Lenkbewegung eines
lenkbaren Straßenrads
eines Fahrzeugs. Die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene
Lenkvorrichtungskonstruktionen anwendbar. Re präsentativ für die Erfindung stellt 1 eine
Lenkvorrichtung 10 für
ein Fahrzeug 12 dar. Das Fahrzeug 12 besitzt ein
lenkbares Straßenrad 14.
Das lenkbare Straßenrad 14 kann
entweder ein Vorderrad des Fahrzeugs 12 oder ein Hinterrad
des Fahrzeugs sein.
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Das
Straßenrad 14 ist
mit dem Fahrzeugkörper
(nicht gezeigt) durch eine Fahrzeugaufhängung 20 verbunden.
Die Fahrzeugaufhängung 20 besitzt eine
im Allgemeinen herkömmliche
Konstruktion und umfasst einen oberen Steuer- bzw. Lenkerarm, der schematisch bei 22 gezeigt
ist. Das Fahrzeug 12 weist ebenfalls eine Verbindungs-
bzw. Spurstange 24 und einen Achsschenkel 30 auf.
Es sollte klar sein, dass die Lenkvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung
auf andere Aufhängungstypen
und Konfigurationen anwendbar ist.
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Der
Achsschenkel 30 besitzt einen Mittelteil 32 und
obere und untere Arme 34 und 36. Der Mittelteil 32 des
Achsschenkels 30 trägt
das Straßenrad 14 für Drehung
um eine Achse 38. Der obere Arm 34 des Achsschenkels 30 besitzt
eine verjüngte Öffnung 40.
Eine entsprechende Öffnung
(nicht gezeigt) ist in dem unteren Arm 36 des Achsschenkels 30 gebildet. Die Öffnungen
in den oberen und unteren Armen 34 und 36 des
Achsschenkels 30 definieren eine Lenkachse 44 der
Aufhängung 20.
Die Öffnungen
sind vorzugsweise auf der Lenkachse 44 zentriert.
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Die
Spurstange 24 ist durch ein unteres Kugelgelenk 46 mit
dem unteren Arm 36 des Achsschenkels 30 verbunden.
Der obere Lenkerarm 22 ist durch die Lenkvorrichtung 10 mit
dem oberen Arm 34 des Achsschenkels 30 verbunden.
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Die
Lenkvorrichtung 10 umfasst einen Kugelansatz 50.
Der Kugelansatz 50 besitzt einen Kugelendteil 52 und
einen Schaftteil 54, beide auf einer Achse 56 des
Kugelansatzes zentriert.
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Der
Schaftteil 54 des Kugelansatzes 50 ist in der Öffnung 40 in
dem oberen Arm 34 des Achsschenkels 30 aufgenommen.
Eine Mutter 60 ist auf den Schaftteil 54 des Kugelansatzes 50 geschraubt. Die
Mutter 60 befestigt den Kugelansatz 50 an dem oberen
Arm 34 des Achsschenkels 30. Der Kugelansatz 50 ist
somit für
Bewegung mit dem Achsschenkel 30 befestigt.
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Der
Kugelendteil 52 des Kugelansatzes 50 besitzt eine
im Allgemeinen kugelförmige
Konfiguration, die eine kugelförmige
Außenseitenoberfläche 62,
zentriert auf einer Schwenkmitte 64 des Kugelansatzes 56,
umfasst. Die Schwenkmitte 64 ist auf der Achse 56 des
Kugelansatzes 50 gelegen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Kugelansatz 50 in dem Achsschenkel 30 auf
eine Art und Weise befestigt, dass die Achse 56 des Kugelansatzes
kollinear mit der Lenkachse 44 ist.
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Die
Lenkvorrichtung 10 umfasst ebenfalls ein Lager 70,
das den Kugelendteil 52 des Kugelansatzes 50 aufnimmt.
Das Lager 70 ist aus einem bekannten Kunststoffmaterial,
das geeignet für
den Gebrauch als ein Kugelgelenklager ist, hergestellt.
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Das
Lager 70 ist in einem Gehäuse oder einer Ummantelung
der Lenkvorrichtung 10, schematisch bei 80 gezeigt,
getragen. Die Ummantelung 80 ist ein starres Glied mit
einem ersten Endteil 82, der das Lager 70 umschließt und trägt. Ein
gegenüberliegender
zweiter Endteil 84 der Ummantelung 80 ist an dem
oberen Lenkerarm 22 befestigt. Die Ummantelung 80 ist
somit für
Bewegung mit dem oberen Lenkerarm 22 befestigt. Ein Balgen 86 dichtet
zwischen dem zweiten Endteil 84 der Ummantelung 80 und dem
Schaftteil 54 des Kugelansatzes 50 ab.
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Ein
Elektromotor 90 ist mit der Ummantelung 80 verbunden.
Der Motor 90 ist vorzugsweise ein Schrittmotor. Der Motor 90 besitzt
eine Abtriebswelle 92, die bei Betätigung des Motors in entgegengesetzten
Richtungen drehbar ist.
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Die
Lenkvorrichtung 10 umfasst eine Gelenkanordnung 100,
um die Abtriebswelle des Motors 90 mit dem Kugelansatz 50 zu
verbinden. Die Gelenkanordnung 100 umfasst ein erstes Gelenk
mit konstanter Geschwindigkeit, das schematisch bei 102 gezeigt
ist und ein zweites Gelenk mit konstanter Ge schwindigkeit, das schematisch
bei 104 gezeigt ist. Das zweite Gelenk mit konstanter Geschwindigkeit 104 besitzt
einen Teil 106, der an dem Kugelendteil 52 des
Kugelansatzes 50 befestigt ist und sich entlang der Achse 56 des
Kugelansatzes erstreckt.
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Die
Gelenkanordnung 100 umfasst ebenfalls ein Schlupf- bzw.
Gleitgelenk, das schematisch bei 108 gezeigt ist. Das Gleitgelenk 108 erstreckt
sich zwischen den ersten und zweiten Gelenken mit konstanter Geschwindigkeit 102 und 104 und
verbindet sie miteinander.
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Die
Gelenkanordnung 100 ermöglicht
relative Bewegung zwischen dem Elektromotor 90 und dem
Kugelansatz 50 in einer Vielzahl von Freiheitsgraden. Genau
gesagt ermöglicht
das Gleitgelenk 108 relative Bewegung zwischen dem Motor 90 und dem
Kugelansatz 50 in einer Richtung zwischen den ersten und
zweiten Gelenken mit konstanter Geschwindigkeit 102 und 104.
Die ersten und zweiten Gelenke mit konstanter Geschwindigkeit 102 und 104 ermöglichen
Schwenk- und Drehbewegung zwischen dem Elektromotor 90 und
dem Kugelansatz 50. Die Lenkvorrichtung 10 verbindet
somit den Achsschenkel 30 und den oberen Lenkerarm 22 für Schwenk-
und Drehbewegung miteinander, um normale Bewegung des Straßenrads 14 relativ
zu dem Fahrzeugkörper
zu ermöglichen.
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Der
Elektromotor 90 ist durch eine bekannte Fahrzeugelektroschaltung
(nicht gezeigt) betätigbar, die
zum Beispiel einen Drehmomentsensor und eine Steuervorrichtung umfasst.
Die Fahrzeugelektroschaltung spricht auf die Drehung des Fahrzeuglenkrads
(nicht gezeigt) an.
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Wenn
eine Veränderung
der Fahrrichtung des Fahrzeugs erwünscht ist, resultiert Drehung
des Fahrzeuglenkrads in der Betätigung
des Elektromotors 90. Die Abtriebswelle 92 des
Motors 90 dreht sich um die Motorachse. Die Drehkraft der
Abtriebswelle 92 wird durch die Gelenkanordnung 100 in
den Kugelendteil 52 des Kugelansatzes 50 übertragen. Der
Kugelansatz 50 dreht sich um seine Achse 56.
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Da
der Schaftteil 54 des Kugelansatzes 50 in dem
oberen Arm 34 des Achsschenkels 30 befestigt ist,
wird die Drehkraft von dem Elektromotor 90 durch den Kugelansatz 50 in
den oberen Arm des Achsschenkels übertragen. Der Achsschenkel 30 schwenkt
in einer ersten Richtung um die Lenkachse 44, wodurch die
Lenkbewegung des Straßenrads 14 bewirkt
wird. Die Betätigung
des Elektromotors 90 in der entgegengesetzten Richtung
resultiert in der Lenkbewegung des Straßenrads 14 in einer
entgegengesetzten, zweiten Richtung. Die Gelenkanordnung 100 macht
die Lenkbewegung über
den ganzen Bereich von Schwenk- und Drehbewegung des Achsschenkels 30 relativ
zu dem oberen Lenkerarm 22 möglich.
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Aus
obiger Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen,
Veränderungen
und Modifikationen in der Erfindung wahrnehmen. Zum Beispiel kann
eine getrennte Lenkvorrichtung für
jedes lenkbare Straßenrad
eines Fahrzeugs vorgesehen sein. Die Lenkvorrichtung kann anstelle
eines oberen Kugelgelenks durch ein unteres Kugelgelenk des Fahrzeugs
verbunden sein.