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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Steuerungssystem für eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung.
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In
jüngster
Zeit wurden Fahrzeugsteuerungsvorrichtungen auf Basis so genannter
elektrischer Steuerungssysteme (auch als SBW-Systeme, das heißt steer-by-wire-Systeme,
bezeichnet) entwickelt, bei denen die mechanische Verbindung zwischen
einem Steuerungselement, so beispielsweise einem steuernden Rad,
und gesteuerten Rädern
entfernt und ein Teil eines Steuerungskraftübertragungssystems durch eine
elektrische Strecke gebildet wird.
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Bei
der in der Druckschrift JP-A-01-233170 offenbarten Vorrichtung wird
die Steuerungsposition eines Steuerungsrades von einem an einer
Steuerungswelle vorgesehenen Kodierer erfasst, wobei die Bewegungsrichtung
des Fahrzeuges unter Verwendung eines Giergeschwindigkeitskreisels
erfasst wird. Die Kontrolle der Räder wird derart vorgenommen,
dass die Differenz zwischen einem Bewegungsrichtungsänderungsanweisungswert
auf Basis einer erfassten Steuerungsposition und einer tatsächlichen
Bewegungsrichtungsänderungsgröße auf Basis
des von dem Giergeschwindigkeitskreisel erfassten Ergebnisses zu
Null wird.
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Bei
elektrischen Steuerungssystemen dieser Art sind Fehlersicherungsmaßnahmen
bei Auftreten von Problemen, so beispielsweise bei der Unterbrechung
einer Verbindung, von Bedeutung, so diese in einem als Steuerungsstellglied
dienenden Elektromotor auftreten.
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Die
Druckschrift
DE 23 59
807 A beschreibt ein Leistungssteuerungsgetriebestellglied.
Die Druckschrift offenbart ein Getriebestellglied, das derart ausgefegt
ist, dass eine Steuerung sowohl manuell wie auch durch eine Quelle
in Reaktion auf eine externe Gegebenheit, so beispielsweise eine
seitenwindbedingte seitliche Kraft auf das Fahrzeug, vorgenommen
werden kann. Ein Elektromotor mit einem Schneckengetriebe ist derart
ausgelegt, dass er von einem externen System aus betätigt werden
kann, so beispielsweise von einem System aus, das dafür ausgelegt
ist, in Reaktion auf eine seitenwindbedingte seitliche Kraft auf
das Fahrzeug ein Signal zu erzeugen.
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Entsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung dann, ein elektrisches
Steuerungssystem für
eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die auch bei
Auftreten von Problemen in dem elektrischen Steuerungssystem eine leistungsfähige Steuerung
sicherstellt.
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Zur
Lösung
der vorgenannten Aufgabe bedient sich die Erfindung der nachfolgenden
Anordnung.
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Gemäß einem
ersten Aspekt umfasst ein elektrisches Steuerungssystem für eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung
ein erstes Element, das mit einem Steuerungselement gekoppelt ist;
ein zweites Element, das mit einem gesteuerten Rad gekoppelt ist;
ein drittes Element, das das erste und das zweite Element miteinander
korreliert, wobei das erste Element, das zweite Element und das
dritte Element eine Differentialgetriebevorrichtung bilden; ein
Steuerungsstellglied, das das gesteuerte Rad steuert; ein Reaktionskraftglied
beziehungsweise ein Reaktionskraftstellglied, das mit dem dritten
Element gekoppelt ist, um eine Steuerungsreaktionskraft auf das
Steuerungselement auszuüben;
und eine Sperreinheit, die so ausgelegt ist, dass sie das dritte
Element sperrt, um das erste Element mit dem zweiten Element mechanisch
zu koppeln.
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Ein
zweiter Aspekt betrifft ein elektrisches Steuerungssystem entsprechend
dem ersten Aspekt, bei dem die Differentialgetriebevorrichtung eine
Planetengetriebevorrichtung mit einem Sonnenrad, einem Planetenrad
und einem Hohlrad umfasst, und die Sperreinheit geeignet ist, das
dritte Element mechanisch oder elektromagnetisch zu sperren.
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Ein
dritter Aspekt betrifft ein elektrisches Steuerungssystem entsprechend
dem ersten Aspekt, bei dem die Differentialgetriebevorrichtung eine
Planetengetriebevorrichtung mit einem Sonnenrad, einem Planetenrad
und einem Hohlrad umfasst, ein endloser Riemen zum Koppeln des dritten
Elementes an das Reaktionskraftstellglied vorgesehen ist, um eine
Antriebskraft zwischen beiden zu übermitteln; und die Sperreinheit
ein Paar von Wellen umfasst, die derart eingerichtet sind, dass
sie eine Spannungsseite und eine durchhängende Seite des endlosen Riemens
veranlassen, sich einander anzunähern.
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Ein
vierter Aspekt betrifft ein elektrisches Steuerungssystem entsprechend
dem ersten Aspekt, bei dem die Differentialgetriebevorrichtung eine
Planetengetriebevorrichtung mit einem Sonnenrad, einem Planetenrad
und einem Hohlrad umfasst, ein Kerbverzahnungsteil an einer äußeren Umfangsfläche des
dritten Elementes ausgebildet ist, die Sperreinheit ein Sperrelement
umfasst, das an einem inneren Umfang hiervon ein Kerbverzahnungsteil
aufweist, das derart eingerichtet ist, dass es mit dem Kerbverzahnungsteil
des dritten Elementes in Kämmung
befindlich ist; und das Sperrelement relativ zu dem dritten Element
in axialer Richtung hiervon beweglich ist.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt umfasst das elektrische Steuerungssystem entsprechend dem ersten
Aspekt darüber
hinaus: ein Antriebsteil, das die Sperreinheit antreibt und in einen
Sperrzustand versetzt; und eine Kontrolleinheit, die das Antriebsteil veranlasst,
die Sperreinheit in den Sperrzustand zu versetzen, wenn der Unterschied
beziehungsweise die Differenz bei der Umdrehungszahl zwischen dem dritten
Element und der Sperreinheit für
den Fall eines Versagens des Steuerungsstellgliedes unter einen
vorbestimmten Wert sinkt.
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Eine
sechster Aspekt betrifft ein elektrisches Steuerungssystem entsprechend
dem fünften
Aspekt, bei dem die Kontrolleinheit das Reaktionskraftstellglied
derart antreibt, dass der Unterschied beziehungsweise die Differenz
bei der Umdrehungszahl zwischen dem dritten Element und der Sperreinheit unter
den vorbestimmten Wert sinkt.
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Ein
siebter Aspekt betrifft ein elektrisches Steuerungssystem entsprechend
Anspruch 1, bei dem die Steuerungseinheit das dritte Element für den Fall
eines Versagens des Steuerungsstellgliedes sperrt.
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Ein
achter Aspekt betrifft ein elektrisches Steuerungssystem entsprechend
dem ersten Aspekt, bei dem eine Planetengetriebevorrichtung zwischen dem
Steuerungselement beziehungsweise Steuerungsteil und dem gesteuerten
Rad eingefügt
ist und ein Sonnenrad sowie ein Planetenrad umfasst, die an das
Steuerungsteil oder das gesteuerte Rad beziehungsweise an das andere
gekoppelt sind, und ein Hohlrad, und das Reaktionskraftstellglied
an das Sonnenrad oder das Planetenrad gekoppelt ist, um eine Steuerungsreaktionskraft
auf das Steuerungsteil auszuüben,
wobei das Hohlrad beweglich zwischen einer gesperrten Position,
bei der das Hohlrad an das Planetenrad gekoppelt ist, um das Planetenrad
zu sperren, und einer nicht sperrenden Position angeordnet ist.
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1 ist
ein Diagramm eines Modells zur Darstellung einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das den Kontrollablauf einer Steuerungskontrolle
seitens der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung von 1 darstellt.
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3 ist
ein Diagramm eines Modells zur Darstellung einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das einen Kontrollablauf einer Steuerungskontrolle
seitens der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung von 3 darstellt.
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5A und 5B sind
Diagramme von Modellen zur Darstellung einer Sperreinheit entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Vorrichtung zur Unterstützung der
Sperreinheit von 5 zeigt.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die in Form eines Modells einen Schlüsselabschnitt
einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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8 ist
ein Blockdiagramm, das den elektrischen Aufbau einer Kontrolleinheit
einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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9 ist
ein Flussdiagramm, das einen Kontrollablauf einer Steuerungskontrolle
seitens der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung von 8 darstellt.
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10 zeigt
einen Kontrollablauf einer Steuerungskontrolle seitens einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung
entsprechend einem sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
eine Querschnittsansicht, die in Form eines Modells einen Schlüsselabschnitt
einer Fahrzeugsteuerrungsvorrichtung entsprechend einem siebten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der begleitenden
Zeichnung beschrieben.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt
ist, umfasst eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 1 eine
erste Steuerungswelle 3, die mit einem Steuerungselement 2,
so beispielsweise einem Steuerungsrad derart gekoppelt ist, dass
integrale Drehbarkeit gegeben ist, eine zweite Steuerungswelle 5,
die mit einer Steuerungsvorrichtung 4, so beispielsweise
einem Zahnrad-Ritzel-Mechanismus gekoppelt ist, der koaxial zu der ersten
Steuerungswelle 3 angeordnet ist, und eine Planetengetriebevorrichtung 6,
so beispielsweise eine Planetengetriebevorrichtung, die eine Differentialübertragungsvorrichtung
bildet, die eine differentielle Drehung zwischen der ersten Steuerungswelle 3 und
der zweiten Steuerungswelle 5 zulässt.
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Die
Steuerungsvorrichtung 4 umfasst eine Steuerungswelle 7,
die derart angeordnet ist, dass sie sich in horizontaler Richtung
des Fahrzeuges erstreckt, sowie Gelenkarme 10, die mit
den Enden der Steuerungswelle 7 gekoppelt sind beziehungsweise gesteuerte
Räder 9 unterstützen. Die
Steuerungswelle 7 ist axial und verschiebbar von einem
Gehäuse 11 gestützt. Ein
Steuerungsstellglied 12 ist koaxial an die Steuerungswelle
in einem Mittelteil der Welle angepasst. Eine Drehung des Steuerungsstellgliedes 12 wird
in eine Verschiebebewegung mittels einer Bewegungsumwandlungsvorrichtung,
so beispielsweise eine Kugelspindelvorrichtung, umgewandelt. Die
gesteuerten Räder 9 werden
entsprechend der Verschiebebewegung der Steuerungswelle 7 gesteuert.
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Eines
der Merkmale dieses Ausführungsbeispieles
betrifft den nachfolgenden Punkt. In einem Normalzustand arbeitet
die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 1 als elektrisches Steuerungssystem,
bei dem die mechanische Verbindung des Steuerungselementes 2 mit
den gesteuerten Rädern 9 in
einem Mittelteil in einem Steuerungsübertragungssystem A zwischen
dem Steuerungselement 2 und den gesteuerten Rädern 9 entfernt
ist. Treten bei dem Steuerungsstellglied 12 Probleme auf,
so sperrt ein als Drehsperrelement dienender Plunger 13 die
Drehung des als Element der Planetengetriebevorrichtung 6 dienenden
Hohlrades 18, wodurch die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 1 als
manuelle Steuerungsvorrichtung arbeitet, die bei einem Übersetzungsverhältnis der
verbleibenden beiden Elemente, so beispielsweise eines Sonnenrades 15 und
eines Trägers 16,
arbeitet.
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Der
Plunger 13 kann als elektromagnetischer Plunger, so beispielsweise
als Magnetventil, oder als hydraulischer Plunger ausgebildet sein.
Der Plunger 13 kann durch eine Leistungsbremse, eine Hysteresebremse
oder eine bekannte elektromagnetische Bremse ersetzt sein. Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Plunger 13 vom elektromagnetischen Typ.
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Ein
Zahnrad 7a ist an einem Teil der Steuerungswelle 7 ausgebildet.
Das Zahnrad 7a ist mit einem Ritzelrad 14 in Eingriff
befindlich, das sich zusammen mit der zweiten Steuerungswelle 5 dreht und
an einem Ende der zweiten Steuerungswelle 5 vorgesehen
ist. Wie nachstehend noch beschrieben wird, wird bei einem Versagen
des Steuerungsstellgliedes 12 immer dann, wenn die zweite
Steuerungswelle 5 derart angetrieben wird, dass sie sich
entsprechend dem Betrieb des Steuerungselementes 2 dreht,
eine Drehung der zweiten Steuerungswelle 5 vermöge der Kombination
aus dem Ritzelrad 14 und dem Zahnrad 7a in eine
Verschiebebewegung des Steuerungswelle 7 umgewandelt, wodurch
die gesteuerten Räder 9 gesteuert
werden.
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Die
Planetengetriebevorrichtung 6 umfasst ein Sonnenrad 15 als
erstes Element (Sonnenelement), das mit dem Ende der ersten Steuerungswelle 3 derart
gekoppelt ist, dass eine Drehung zusammen mit der ersten Steuerungswelle 3 möglich ist,
und als Eingang der Planetengetriebevorrichtung dient; eine Mehrzahl
von Rädern 17 als
zweites Element (Planetenelemente), die drehbar von einem als Ausgang der
Vorrichtung dienenden Träger 16 in
Kämmung mit
dem Sonnenrad 15 gehalten werden; und ein ein Hohlelement
darstellendes Hohlrad 18, das innere Zähne 18a in Kämmung mit
den Planetenrädern 17 aufweist.
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Das
Hohlrad 18 ist beispielsweise als Schneckenrad durch Ausbildung
von äußeren Zähnen 18b hierauf
ausgebildet. Die äußeren Zähne 18b sind nach
Art eines Antriebes mit einem Reaktionskraftstellglied 20 gekoppelt,
um eine Arbeitsreaktionskraft auf das Steuerungselement 2 über ein
Antriebskraftübertragungsrad 19 auszuüben, das
beispielsweise von einer Schnecke gebildet wird. Das Reaktionskraftstellglied 20 ist
beispielsweise als elektrisch angetriebener Motor ausgebildet und
in einer geeigneten Position an dem Fahrzeugchassis befestigt.
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Der
Plunger 13 vom elektromagnetischen Typ umfasst ein Befestigungsteil 22,
das an einem Befestigungselement befestigt ist, so beispielsweise an
der Lenksäule,
und ein bewegliches Element 23, das von dem Befestigungsteil 22 weg
ausgefahren werden kann und im ausgefahrenen Zustand auf die äußere Umfangsfläche des
Hohlrades 18 drückt.
Das Befestigungsteil 22 ist nicht um die erste Steuerungswelle 3 herum
drehbar. Der Plunger 13 kann als einzelnes Element ausgebildet
sein, oder es kann eine Mehrzahl von Plungern 13 um das
Hohlrad 18 herum koaxial ausgebildet sein. Das bewegliche
Element 23 des Plungers 13 ist, wie in 1 gezeigt
ist, normalerweise eingezogen und von dem Hohlrad 18 getrennt.
Bei Ausfall des Steuerungsstellgliedes 12 wird ein Magnetventil,
das beispielsweise in dem Plunger 13 enthalten ist, angeregt,
wodurch das bewegliche Element 23 ausgefahren wird und
auf das Hohlrad 18 drückt.
Die Drehung des Hohlrades 18 wird dadurch gesperrt. Im
Ergebnis wird eine Drehung des Steuerungselementes 12 auf
das Ritzelrad 13 mit dem Übersetzungsverhältnis des
Sonnenrades 15 und des Trägers 16 übertragen,
wodurch die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 1 in einen manuellen
Steuerungsmodus versetzt wird.
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Wie
ebenfalls in 1 gezeigt ist, werden das Steuerungsstellglied 12,
das Reaktionskraftstellglied 20 und der Plunger 13 von
einer Steuereinheit C kontrolliert, die einen Mikroprozessor und
dergleichen enthält.
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Die
erste Steuerungswelle 3 umfasst einen Steuerungswinkelsensor 24 als
Steuerungspositionssensor zur Erfassung eines Steuerungswinkels (einer
Steuerungsposition) gemäß Erzeugung
durch das Steuerungselement 2 sowie einen Drehmomentsensor 25 zur
Erfassung eines Steuerungsdrehmomentes gemäß Eingabe durch das Steuerungselement 2.
Erfassungssignale von dem Steuerungswinkelsensor 24 und
dem Drehmomentsensor 25 werden in die Steuereinheit C eingegeben.
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Der
Steuerungsmechanismus 4 umfasst einen Steuerungspositionssensor 26 zur
Erfassung einer Steuerungsposition in Verbindung mit einer axialen
Position der Steuerungswelle 7. Ein Erfassungssignal von
dem Steuerungspositionssensor 26 wird in die Steuerungseinheit
C eingegeben. Des Weiteren wird ein Erfassungssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 27 zur
Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit in die Kontrolleinheit C eingegeben.
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Auf
Basis der Signale von den Sensoren gibt die Kontrolleinheit C Kontrollsignale
zum Betreiben der Schaltungen 28, 29 und 30 aus,
die als Antriebsteile zum Antreiben des Steuerungsstellgliedes 12, des
Reaktionskraftstellgliedes 20 beziehungsweise des Plungers 13 dienen.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das einen Kontrollablauf eines Steuerungskontrollprozesses
gemäß Ausführung durch
die Kontrolleinheit C darstellt. Gemäß 2 nimmt
die Kontrolleinheit C eine Überwachung
dahingehend vor, ob das Steuerungsstellglied 12 normal
arbeitet (Schritt S1).
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Tritt
kein Fehler bei dem Steuerungsstellglied 12 (NEIN in Schritt
S1) auf, so nimmt die Kontrolleinheit C keine Aktivierung des elektromagnetischen
Plungers 13 (Schritt S2) vor und veranlasst das Reaktionskraftstellglied 20,
ein Drehmoment zu erzeugen, durch das eine Betriebsreaktionskraft
auf das Steuerungselement 2 (Schritt S3) ausgeübt wird, wobei
die Betriebsreaktionskraft beispielsweise von der Straßenreaktion
abhängt.
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Die
Verhältnisse
(Übertragungsverhältnis, Übersetzungsverhältnis) des
Grades der Drehung des Steuerungselementes 2 und des Grades
der Steuerung der gesteuerten Räder 9 werden
entsprechend der Laufzustände
des Fahrzeuges, beispielsweise mittels einer VGR-Funktion (variable
gear ratio VGR, variables Übersetzungsverhältnis),
eingestellt. Spannungsbefehlswerte des Steuerungsstellgliedes 12 werden
entsprechend den eingestellten Übertragungsverhältnissen
und Graden der Betätigung
des Steuerungselementes 2 eingestellt. Die Kontrolleinheit
führt Kontrollsignale
auf Basis der eingestellten Spannungsbefehlssignale der Antriebsschaltung 28 zu
und treibt so das Steuerungsstellglied 12 an (Schritt S4).
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Im
Ergebnis erzeugt das Steuerungsstellglied 12 ein Drehmoment,
durch das die Steuerungswelle 7 in eine Richtung in Abhängigkeit
von der Arbeitsrichtung des Steuerungselementes 2 verschoben
wird. Auf diese Weise ist ein funktionsfähiger Steuerungsbetrieb auf
Basis des Laufzustandes des Fahrzeuges und des Betriebszustandes
des Steuerungselementes 2 sichergestellt. Es sei bemerkt, dass
die VGR-Funktion nicht erfindungswesentlich ist.
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Tritt
bei dem Steuerungsstellglied 12 während der Kontrolle des Steuerungsstellgliedes 12 (JA in
Schritt S1) ein Fehler auf, so gibt die Kontrolleinheit C ein Kontrollsignal
an die Antriebsschaltung 29 aus, um das Reaktionskraftstellglied 20 abzuschalten (das
heißt,
um es in einen möglichen
Lehrlaufzustand zu versetzen), und gibt zudem ein Kontrollsignal
an die Antriebsschaltung 30 aus, um den elektromagnetischen
Plunger 13 zu aktivieren, der nicht aktiviert wurde (Schritte
S5 und S6). Auf diese Weise wird das Steuerungselement 2 mechanisch
mit dem Steuerungsmechanismus 4 über die Planetenge triebevorrichtung 6 gekoppelt,
wobei die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung in den manuellen Steuerungsmodus
versetzt wird.
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Wie
vorstehend beschrieben worden ist, funktioniert im Normalzustand
die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung entsprechend diesem Ausführungsbeispiel
als Fahrzeugsteuerungsvorrichtung auf Basis des elektronischen Steuerungssystems, wobei
in diesem Modus eine geeignete Steuerungsreaktionskraft auf das
Steuerungselement 2 seitens des Reaktionskraftstellgliedes 20 ausgeübt wird,
und gegebenenfalls die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung eine VGR-Funktion
beinhaltet. Tritt bei dem Steuerungsstellglied 12 ein Fehler
auf, so wird das Steuerungselement 12 mechanisch mit der
Steuerungsvorrichtung 4 über die Planetengetriebevorrichtung 6 über einen
einfachen Aufbau zum Sperren der Drehung des einen Elementes der
Planetengetriebevorrichtung 6 gekoppelt, weshalb eine funktionsfähige Steuerung
bei der manuellen Steuerung gegeben ist.
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Ausführungsbeispiel 2
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3 und 4 zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der Hauptunterschied zwischen dem zweiten Ausführungsbeispiel
und dem ersten Ausführungsbeispiel
von 1 liegt darin, dass der als Sperreinheit dienende
Plunger 13 nicht so verwendet wird, wie dies beim bereits
beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
der Fall ist, wobei bei Auftreten eines Fehlers in dem Steuerungsstellglied 12 der
Betrieb des Reaktionskraftstellgliedes 20 eingestellt wird
und der Betrieb als Sperreinheit einsetzt. Bei einem Ausfall des
Plungers 13 wird die Antriebsschaltung 30 zum
Antreiben des Plungers 13 ebenfalls nicht verwendet. Der
weitere mechanische Aufbau ähnelt
demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels
gemäß 1.
Entsprechend werden beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß bereits
erfolgter Beschreibung dieselben Bezugszeichen für gleichwertige Abschnitte
verwendet, und die Beschreibung gleichwertiger Abschnitte wird aus
Gründen
der Einfachheit weggelassen.
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4 ist
ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Kontrollablaufes eines Steuerungskontrollprozesses
gemäß Ausführung durch
die Kontrolleinheit C. Gemäß 4 nimmt
die Kontrolleinheit C eine Überwachung
dahingehend vor, ob das Steuerungsstellglied 12 normal
arbeitet (Schritt T1).
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Tritt
kein Fehler bei dem Steuerungsstellglied 12 auf (NEIN bei
Schritt T1), so veranlasst die Kontrolleinheit C das Reaktionskraftstellglied 20,
ein Drehmoment zu erzeugen und eine Betriebsreaktionskraft, die
beispielsweise von der Straßenreaktionskraft
abhängig
ist, auf das Steuerungselement 2 (Schritt T2) auszuüben.
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Verhältnisse
(Übertragungsverhältnisse, Übersetzungsverhältnisse)
bezüglich
des Grades der Drehung des Steuerungselementes 2 und des
Grades der Steuerung der gesteuerten Räder 9 werden entsprechend
der Laufzustände
des Fahrzeuges eingestellt, und zwar beispielsweise über eine VGR-Funktion.
Spannungsbefehlswerte des Steuerungsstellgliedes 12 werden
auf Basis jener eingestellten Übersetzungsverhältnisse
und Grade der Betätigung
des Steuerungselementes 2 eingestellt. Auf Basis der eingestellten
Spannungsbefehlswerte gibt die Kontrolleinheit Kontrollsignale an
die Antriebsschaltung 28 aus und treibt so das Steuerungsstellglied 12 (Schritt
T3) an.
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Im
Ergebnis erzeugt das Steuerungsstellglied 12 ein Drehmoment,
um die Steuerungswelle 7 in eine Richtung zu verschieben,
die von der Arbeitsrichtung des Steuerungselementes 2 abhängt, weswegen
ein funktionsfähiger
Steuerungsbetrieb auf Basis des Laufzustandes des Fahrzeuges und
des Betriebszustandes des Steuerungselementes 2 sichergestellt
ist. Es sei bemerkt, dass die VGR-Funktion nicht erfindungswesentlich
ist.
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Tritt
bei dem Steuerungsstellglied 12 während der Kontrolle des Steuerungsstellgliedes 12 ein Problem
auf (JA in Schritt TS1), so gibt die Kontrolleinheit C ein Kontrollsignal
an die Antriebsschaltung 29 aus, um den Betrieb des Reaktionskraftstellgliedes 20 anzuhalten
und zu sperren, wodurch die Drehung des Hohlrades 18 (Schritt
T4) gesperrt wird. Auf diese Weise wird das Steuerungselement 2 mechanisch
mit dem Steuerungsmechanismus beziehungsweise der Steuerungsvorrichtung 4 über die
Planetengetriebevorrichtung 6 gekoppelt, wobei die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung
als mechanische Steuerungsvorrichtung mit dem Übersetzungsverhältnis des
Sonnenrades 15 und des Trägers 16 arbeitet.
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Ausführungsbeispiel 3
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5A und 5B zeigen
einen Schlüsselabschnitt
einer Planetengetriebevorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 6 ist eine Querschnittsansicht
zur Darstellung einer Vorrichtung zur Unterstützung eines Paares von Wellen 33 und 34 als
Sperreinheit, siehe 5. In 5 und 6 wird bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
ein Drehmoment zwischen dem Hohlrad 18 und dem Reaktionskraftstellglied 20 über einen
endlosen Riemen 31 übertragen.
Das Reaktionskraftstellglied 20 kann als elektrisch angetriebener
Motor ausgebildet sein, treibt eine Antriebskraftübertragungsriemenscheibe 32 an
und versetzt diese in Drehung, wobei die Antriebskraftübertragungsriemenscheibe
koaxial mit der Drehwelle des Motors gekoppelt ist. Der Riemen 31 ist
längs der äußeren Umfangsfläche der
Antriebskraftübertragungsriemenscheibe 32 und
des Hohlrades 18 gewickelt.
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Beim
dritten Ausführungsbeispiel
ist ein Paar von Wellen 33 und 34 als Sperreinheit
vorgesehen, durch die bewirkt wird, dass eine Spannungsseite 31a und
eine durchhängende
Seite 31b des Riemens 31 einander näherkommen.
Die Wellen 33 und 34 weisen jeweils Basen 35 auf.
Die Basen sind verschiebbar in einer Führungsnut 37 eines
Stützelementes 36 gehalten.
Dieser Aufbau erlaubt, dass sich die Wellen 33 und 34 nahe
zueinander hin und voneinander weg bewegen. Ein Druckelement 38,
so beispielsweise eine Druckschraubenfeder, ist zwischen den Basen 35 angeordnet.
Das Druckelement übt
auf die Basen einen Druck derart aus, dass sich diese voneinander
weg bewegen. Die Wellen 33 und 34 werden derart
angetrieben, dass sie sich nahe zueinander längs der Führungsnut 37 durch
die elektromagnetischen oder hydraulischen Plunger 39, 40 mittels ausfahrbarer
beweglicher Teile 42, so beispielsweise Magnetventile,
bewegen.
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Der
Kontrollablauf der Steuerungskontrolle ähnelt beim dritten Ausführungsbeispiel
demjenigen beim zweiten Ausführungsbeispiel
von 2, wenn der Plunger 13 durch die Plunger 39, 40 ersetzt
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind im Normalzustand die Plunger 39, 40 nicht
aktiviert, wobei das Paar von Wellen 33 und 34 von
dem Riemen 31 durch das Druckelement 38 getrennt
ist.
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Tritt
bei dem Steuerungsstellglied 12 ein Fehler auf, so werden
die Plunger 39, 40 derart aktiviert, dass deren
bewegliche Teile 41 ausgefahren werden und einen Druck
auf den Riemen 31 ausüben.
Im Ergebnis werden die Spannungsseite 31a und die durchhängende Seite 31b des
Riemens stark gedehnt und in einen annähernd gleichen Zustand versetzt.
In diesem Zustand wird der Laufriemen 31 angehalten, weshalb
die Drehung des Hohlrades 18 gesperrt wird. Die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung arbeitet
als manuelle Steuerungsvorrichtung, die bei dem Übertragungsverhältnis des
Sonnenrades 15 und des Trägers 16 arbeitet.
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Ausführungsbeispiel 4
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7 zeigt
eine Sperreinheit entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das eine Abwandlung an dem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt. In 7 ist beim
vierten Ausführungsbeispiel
ein Kerbverzahnungsteil 42 an der äußeren Umfangsfläche des
Hohlrades 18 ausgebildet. Als Sperreinheit ist ein ringförmiges Sperrelement 44 vorgesehen,
das am inneren Umfang ein Kerbverzahnungsteil 43 aufweist,
das in Kämmung
mit dem Kerbverzahnungsteil 42 des Hohlrades 18 befindlich
sein kann. Das Sperrelement 44 ist relativ zu dem Hohlrad 18 in
axialer Richtung beweglich, kann jedoch nicht gedreht werden.
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Im
Normalzustand wird auf das Sperrelement 44 von einem Druckelement
(nicht gezeigt), so beispielsweise von einer Druckschraubenfeder,
ein Druck ausübt,
wodurch eine Entkopplung von dem Rad 18 erfolgt. Im Fehlerzustand
des Steuerungsstellgliedes wird das Sperrelement 44 derart
angetrieben, dass es sich in axiale Richtung bewegt, und zwar beispielsweise
durch einen Plunger 45 vom elektromagnetischen Typ, weshalb
das Sperrelement 44 in das Hohlrad 18 eingepasst
wird und die Kerbung damit gekoppelt wird, sodass die Drehung des Hohlrades 18 gesperrt
wird.
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Ausführungsbeispiel 5
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8 ist
ein Blockdiagramm zur Darstellung des elektrischen Aufbaus einer
Kontrolleinheit einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung entsprechend
dem fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Der Hauptunterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel
von 8 und dem ersten Ausführungsbeispiel von 1 liegt
in folgendem Punkt. Wie in 8 gezeigt
ist, ist ein Umdrehungszahlsensor 46 vorgesehen, der die
Anzahl der Umdrehungen des Hohlrades 18 misst, das dasjenige
Element darstellt, dessen Drehung gesperrt werden soll, wenn ein
Fehler bei dem Steuerungsstellglied 12 auftritt. Ein von
dem Umdrehungszahlsensor 46 ausgegebenes Signal wird der
Kontrolleinheit C zugeführt.
Nimmt die Differenz bezüglich
der Umdrehungszahl gemäß Erfassung
durch den Umdrehungszahlsensor 46 derart ab, dass sie unter
einen vorbestimmten Wert fällt,
so aktiviert die Kontrolleinheit C den Plunger 13 und drückt ihn
gegen das Hohlrad 18, um hierdurch dessen Drehung zu sperren.
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Nachstehend
wird der Vorgang der Steuerungskontrolle gemäß Ausführung durch die Kontrolleinheit
C anhand des Flussdiagramms von 9 beschrieben.
Die Kontrollein heit C nimmt eine Überwachung dahingehend vor,
ob das Steuerungsstellglied 12 normal arbeitet (Schritt
R1).
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Tritt
bei dem Steuerungsstellglied 12 kein Problem auf (NEIN
bei Schritt R1), so aktiviert die Kontrolleinheit 10 den
elektromagnetischen Plunger 13 (Schritt R2) zum Zwecke
der Aufhebung des Sperrzustandes des Hohlrades 18 nicht
und veranlasst das Reaktionskraftstellglied 20, ein Drehmoment
zu erzeugen, wodurch eine Betriebsreaktionskraft, beispielsweise
entsprechend einer Straßenreaktion,
auf das Steuerungselement 2 ausgeübt wird (Schritt R3).
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Verhältnisse
(Übertragungsverhältnisse, Übersetzungsverhältnisse)
bezüglich
des Grades der Drehung des Steuerungselementes 2 und des
Grades der Steuerung der gesteuerten Räder 9 werden entsprechend
der Laufzustände
des Fahrzeuges eingestellt, so beispielsweise mittels einer VGR-Funktion.
Spannungsbefehlswerte des Steuerungsstellgliedes 12 werden
auf Basis der eingestellten Übertragungsverhältnisse
und der Grade der Betätigung
des Steuerungselementes 2 eingestellt. Die Kontrolleinheit
leitet Kontrollsignale auf Basis der eingestellten Spannungsbefehle
an die Antriebsschaltung 28 und treibt das Steuerungsstellglied 12 an
(Schritt R4).
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Im
Ergebnis erzeugt das Steuerungsstellglied 12 ein Drehmoment,
durch das die Steuerungswelle 7 in einer Richtung entsprechend
der Arbeitsrichtung des Steuerungselementes 2 verschoben wird,
weshalb ein funktionsfähiger
Steuerungsbetrieb entsprechend dem Laufzustand des Fahrzeuges und dem
Betriebszustand des Steuerungselementes 2 sichergestellt
ist. Es sei bemerkt, dass die VGR-Funktion nicht erfindungswesentlich
ist.
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Tritt
bei dem Steuerungsstellglied 12 während der Kontrolle des Steuerungsstellgliedes 12 (JA bei
Schritt R1) ein Fehler auf, so gibt die Kontrolleinheit C ein Kontrollsignal
an die Antriebsschaltung 29 aus, um das Reaktionskraftstellglied 20 abzuschalten (Schritt
R5).
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Anschließend berechnet
die Kontrolleinheit die Anzahl der Umdrehungen des Hohlrades 18 durch
Verwendung des Signals gemäß Ausgabe
von dem Umdrehungszahlsensor 46 (Schritt R6). Ist die berechnete
Anzahl der Umdrehungen unter einem vorbestimmten Wert (Schritt R7),
so gibt die Kontrolleinheit ein Kontrollsignal an die Antriebsschaltung 30 aus,
und der aktivierte Plunger in seiner Funktion als Sperreinheit sperrt
die Drehung des Hohlrades 18 (Schritt R8). Auf diese Weise
wird die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung als manuelle Steuerungsvorrichtung
betrieben, die beim Übersetzungsverhältnis des Sonnenrades 15 und
des Trägers 16 arbeitet.
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Veranlasst
die Kontrolleinheit den Plunger, die Drehung des Hohlrades zwangsweise
in einem Zustand zu sperren, in dem die Anzahl der Umdrehungen des
Hohlrades 18 immer noch hoch ist, besteht die Gefahr, dass
eine Überbelastung
auf den als Sperreinheit dienenden Plunger 13 übertragen wird,
was den Plunger möglicherweise
beschädigt. Beim
fünften
Ausführungsbeispiel
verstellt die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung ihren Betriebsmodus
jedoch in den manuellen Steuerungsmodus, ohne dass eine Beschädigung des
Plungers 13 als Steuereinheit erfolgen würde, wenn
ein Fehler bei dem Steuerungsstellglied 12 auftritt.
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Ausführungsbeispiel 6
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10 ist
ein Flussdiagramm zur Darstellung des Kontrollablaufes eines sechsten
Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung, das eine Abwandlung an der Steuerungskontrolle
entsprechend dem fünften
Ausführungsbeispiel
gemäß 9 darstellt.
Gemäß 10 nimmt
die Kontrolleinheit C eine Überwachung
dahingehend vor, ob das Steuerungsstellglied 12 normal
arbeitet (Schritt P1).
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Tritt
bei dem Steuerungsstellglied 12 (NEIN in Schritt P1) kein
Fehler auf, so aktiviert die Kontrolleinheit C den elektromagnetischen
Plunger 13 nicht (Schritt P2) und veranlasst das Reaktionskraftstellglied 20,
ein Drehmoment zu erzeugen, wodurch eine Betriebsreaktionskraft
beispielsweise entsprechend einer Straßenreaktionskraft auf das Steuerungselement 2 ausgeübt wird
(Schritt P3).
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Verhältnisse
(Übertragungsverhältnisse, Übersetzungsverhältnisse)
des Grades der Drehung des Steuerungselementes 2 und des
Grades der Steuerung der gesteuerten Räder 9 werden beispielsweise
entsprechend der Laufzustände
des Fahrzeugs (VGR-Funktion)
eingestellt. Spannungsbefehlswerte des Steuerungsstellgliedes 12 werden auf
Basis der eingestellten Übersetzungsverhältnisse und
Grade der Betätigung
des Steuerungselementes 2 bestimmt. Die Kontrolleinheit
gibt Kontrollsignale auf Basis der ausgewählten Spannungsbefehlswerte an
die Antriebsschaltung 28 aus und treibt das Steuerungsstellglied 12 (Schritt
P4) an.
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Im
Ergebnis erzeugt das Steuerungsstellglied 12 ein Drehmoment,
wodurch die Steuerungswelle 7 in einer Richtung entsprechend
der Betriebsrichtung des Steuerungselementes 2 verschoben wird,
weshalb ein funktionsfähiger
Steuerungsbetrieb entsprechend dem Laufzustand des Fahrzeuges und dem
Betriebszustand des Steuerungselementes sichergestellt ist. Nebenbei
sei bemerkt, dass die VGR-Funktion nicht erfindungswesentlich ist.
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Tritt
bei dem Steuerungsstellglied 12 während der Kontrolle des Steuerungsstellgliedes 12 ein Fehler
auf (JA in Schritt P1), so berechnet die Kontrolleinheit die Anzahl
der Umdrehungen des Hohlrades 18, das dasjenige Element
darstellt, dessen Drehung auf Basis eines Signals von dem Umdrehungszahlsensor 46 gesperrt
werden soll (Schritt P5). Ist die berechnete Anzahl der Umdrehungen über einem vorbestimmten
Wert (NEIN bei Schritt P6), so treibt die Kontrolleinheit das Steuerungsstellglied 12 in
einer Richtung derart an, dass die Anzahl der Umdrehungen verringert
wird (Schritt P7). Ist die Anzahl der Umdrehungen unter den vorbestimmten
Wert gesunken (JA bei Schritt P6), so gibt die Kontrolleinheit C ein
Kontrollsignal an die Antriebsschaltung 29 aus und schaltet
das Reaktionskraftstellglied 20 (Schritt P8) aus.
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Anschließend gibt
die Kontrolleinheit ein Kontrollsignal an die Antriebsschaltung 30 aus,
um die Drehung des Hohlrades 18 durch Verwendung des aktivierten
Plungers 13 als Sperreinheit zu sperren (Schritt P9). Auf
diese Weise wird das Steuerungselement 2 mechanisch mit
dem Steuerungsmechanismus 4 über die Planetengetriebevorrichtung 6 gekoppelt,
und die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung arbeitet als manuelle Steuerungsvorrichtung,
die mit dem Übersetzungsverhältnis des
Sonnenrades 15 und des Trägers 16 arbeitet.
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Beim
sechsten Ausführungsbeispiel
verstellt bei Auftreten eines Fehlers bei dem Steuerungsstellglied 12 die
Fahrzeugsteuerungsvorrichtung ihren Betriebsmodus in den manuellen
Steuerungsmodus, ohne dass der als Sperreinheit dienende Plunger 13 auf
irgendeine Weise beschädigt
würde.
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Beim
fünften
wie auch beim sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, siehe 9 und 10, kann
der als Sperreinheit dienende Plunger 13 von 1 durch
die Wellen 33 und 34 gemäß 5 oder
das ringförmige
Sperrelement 44 gemäß 7 ersetzt
werden.
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Ausführungsbeispiel 7
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In 11 ist
ein siebtes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß 11 ist
ein ein Hohlelement darstellendes Hohlrad 18 nicht drehbar,
sondern nur in axialer Richtung beweglich ausgestaltet. Das Hohlrad 18 bewegt
sich axial selektiv in eine Sperrposition und eine nicht sperrende
Position. In der Sperrposition ist das Hohlrad mit dem ein Planetenelement
darstellenden Planetenrad 17 gekoppelt, um so die Bewegung
der Planetenräder 17 zu
sperren. In der nicht sperrenden Position ist die Kopplung des Hohlrades
mit dem Planetenrad aufgehoben. Das Bezugszeichen 47 bezeichnet
ein Antriebsteil, so beispielsweise einen elektromagnetischen Plunger,
zum Antreiben und Bewegen des Hohlrades 18 in axialer Richtung.
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Beim
siebten Ausführungsbeispiel
ist im Normalzustand das Hohlrad 18 von den Planetenrädern 17 entkoppelt.
Tritt ein Fehler bei dem Steuerungsstellglied 12 auf, so
wird das nicht drehbare Hohlrad 18 mit den Planetenrädern 17 gekoppelt,
wodurch ein manueller Steuerungsmodus eingestellt wird, in dem die
Fahrzeugsteuerungsvorrichtung mit dem Übersetzungsverhältnis des
Sonnenrades 15 und des Trägers 16 arbeitet.
Beim vierten Ausführungsbeispiel
besteht der Lösungsweg
in der Kopplung des Reaktionskraftstellgliedes 20 mit dem
Sonnenrad 15 oder dem Träger 16, um die Übertragung
einer Antriebskraft hierauf zuzulassen.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Sperreinheit
in einem Nichtdrehzustand fest angebracht sein. Alternativ dreht
sich die Sperreinheit im Normalzustand mit einer gegebenen Anzahl
von Umdrehungen. Im Fehlerzustand des Steuerungsstellgliedes wird
die Sperreinheit augenblicklich oder mit einer gewissen zeitlichen
Verzögerung
nichtdrehbar gemacht.
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Abwandlung
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Bei
jedem der Ausführungsbeispiele
von 9 und 10 ist der als Sperreinheit
dienende Plunger 13 fest und nicht drehbar ausgebildet.
Infolgedessen findet bei jedem Ausführungsbeispiel der Umdrehungszahlsensor 46 zur
Erfassung der Anzahl der Umdrehungen des Hohlrades 18 Verwendung. Für den Fall,
dass die Sperreinheit bei einer gegebenen Anzahl von Umdrehungen
drehbar ist, kann ein Sensor zur Erfassung der Differenz zwischen
der Anzahl von Umdrehungen der Sperreinheit und derjenigen des jenigen
Elementes verwendet werden, dessen Bewegung durch die Sperreinheit
gesperrt wird.
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Bei
den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
ist das das erste Element darstellende Sonnenrad 15 mit
dem Steuerungselement 2 gekoppelt, wobei der das zweite
Element darstellende Träger 16 zur
Unterstützung
der Planetenräder 17 mit
den gesteuerten Rädern 9 gekoppelt
ist. Bei einer Alternative werden von den Komponenten Sonnenrad 15, Träger 16 und
Hohlrad 18 zwei Komponenten selektiv für das erste Element in Kopplung
mit dem Steuerungselement 2 und das zweite Element in Kopplung mit
den gesteuerten Rädern 9 verwendet.
Das verbleibende Rad wird für
das dritte Element verwendet. Das Reaktionskraftstellglied 20 ist
mit dem dritten Element gekoppelt, um so die Übertragung der Antriebskraft
hierauf zu ermöglichen.
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Darüber hinaus
kann die Planetengetriebevorrichtung 6 durch eine Planetenwälzvorrichtung
ersetzt werden.
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Erfindungsgemäß wird im
Fehlerzustand des Steuerungsstellgliedes das dritte Element des
differentiellen Übertragungsmechanismus
derart gesperrt, dass es sich nicht mehr dreht. Für den Fall, dass
der Fahrer die Verwendung einer manuellen Steuerung wünscht, kann
das dritte Element der Differentialübertragungsvorrichtung gesperrt
werden, sodass keine Bewegung mehr erfolgt, was durch Betreiben
einer eigens vorgesehenen Betriebseinheit möglich wird. Diese Vorgehensweise
bringt für
Fahrer, die SBW Systemen üblicherweise
nicht zugeneigt sind, keinerlei Probleme mit sich.
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Es
sollte einsichtig sein, dass die vorliegende Erfindung innerhalb
des Schutzumfanges der Erfindung auf vielfache Weise modifiziert,
abgewandelt und geändert
werden kann.