AT6683U1 - Einzelradlenksystem für kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Ein Einzelradlenksystem für Kraftfahrzeuge besteht aus einem Lenkgehäuse (21), in dem eine erste und eine zweite Schubstange (10, 20) verschiebbar geführt sind, und aus je einem Aktuator (11, 12) für jede Schubstange (10, 20). Um die Aktuatoren möglich klein und leicht zu halten und bei Ausfall eines Aktuators die volle Lenkbarkeit zu behalten, ist der Aktuator (11, 12) von einem Stationärteil (22) gebildet und enthält einen die jeweilige Schubstange (10, 20) umgebenden Rotor (27, 37). wobei zwischen dem Rotor (27, 37) und der verdrehfest geführten Schubstange (10, 20) ein Gewinde (31, 32) vorgesehen ist. Die beiden Rotoren (27, 37) werden bei Ausfall eines Aktuators (11; 12) über eine Kupplungsmuffe (42) praktisch spielfrei miteinander verbunden.

Description

AT 006 683 Ul

Die Erfindung betrifft ein Einzelradlenksystem für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Lenkgehäuse, in dem eine erste und eine zweite Schubstange verschiebbar geführt sind, und aus je einem Aktuator für jede Schubstange, wobei an den äußeren Enden der Schubstangen je ein inneres Spurstangengelenk zur Verbindung mit der jeweiligen Spurstange vorgesehen ist, deren anderes Ende auf den Spurhebel eines lenkbaren Rades wirkt.

Die Entwicklung vollelektronischer Lenksysteme (,$teer-by-wire“) führt auch zur individuellen Bewegung jedes einzelnen gelenkten Rades durch einen eigenen Aktuator. Wenn auch die von jedem Aktuator aufzubringende Lenkkraft kleiner als die eines gemeinsamen Aktuators ist, so erfordert die Verdoppelung des Lenkaktuators eine möglichst platzsparende und leichte Konstruktion. Dabei sollen für eine präzise Lenkung die Summe der Spiele möglichst klein sein. Weiters erfordert es die Fahrsicherheit, bei Ausfall eines Aktuators die ausreichende Lenkbarkeit des Fahrzeuges sicherzustellen. 2 AT 006 683 Ul

Aus der US 4,741,409 ist ein gattungsgemäßes Einzelradlenksystem bekannt, dessen Aktuatoren Elektromotoren mit angeblocktem Untersetzungsgetriebe sind, deren Abtriebsritzel in eine zahnstangenartig ausgebildete Schubstange eingreift. Um bei Ausfall eines Aktuators ein Minimum an Lenkbarkeit aufrechtzuerhalten, sind die beiden Schubstangen ineinander verschiebbar, wobei die Verschiebbarkeit durch Anschläge begrenzt ist. Ein derartiger Aktuator ist zunächst sperrig und schwer. Die aufeinanderfolgenden Zahneingriffe, insbesondere der zwischen dem letzten Ritzel und der Zahnstange, fuhren zu einem erheblichen Lenkspiel. Die die Verschiebbarkeit der beiden Schubstangen ineinander begrenzenden Anschläge müssen weit genug von den jeweiligen Gegenflächen entfernt sein, damit die Lenkung im Normalbetrieb nicht beeinträchtigt wird. Dadurch aber wird die Lenkbarkeit bei Ausfall eines Aktuators stark eingeschränkt, weil das Rad mit dem defekten Aktuator zwischen den beiden Anschlägen frei beweglich ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Lenkung so auszubilden, dass die Aktuatoren möglichst klein und leicht sind und nebstbei so, dass bei Ausfall eines Aktuators die volle Lenkbarkeit erhalten bleibt.

Erfindungsgemäß ist der Aktuator von einem Stationärteil gebildet und enthält einen die jeweilige Schubstange umgebenden Rotor, wobei zwischen dem Rotor und der verdrehfest geführten Schubstange ein Gewinde vorgesehen ist. Durch die Direktverbindung zwischen Rotor und Schubstange über ein Gewinde erübrigt sich ein mehrstufiges Untersetzungsgetriebe, dadurch Verringerung von Bauraum und Gewicht, und erfolgt die Kraftübertragung praktisch spielfrei. 3 AT 006 683 Ul

In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Stationärteil der Stator und der rohrförmige Rotor der Anker eines Elektromotors (Anspruch 2). So ist der Elektromotor ohne wesentliche Vergrößerung des Bauvolumens in das die Schubstangen enthaltende Gehäuse eingebunden. Es gibt keine den Einbau behindernden abstehenden Teile mehr. Wegen der Übertragung über das Gewinde braucht der Motor kein Langsamläufer zu sein.

Eine besonders leichtgängige und spielfreie Lenkung wird erreicht, wenn das Gewinde aus Gewindegängen auf der Schubstange und im Inneren des rohrförmigen Rotors besteht, zwischen denen Rollkörper angeordnet sind (Anspruch 3). Es handelt sich dann um eine besonders reibungsarme Kugelrollenlenkung, die sehr wenig Energie verbraucht, was bei elektrischen Aktuatoren ein großer Vorteil ist.

In Weiterverfolgung des Erfindungsgedankens haben die rohrförmigen Rotoren die Schubstangen nach innen überragende Kragen mit einer Kuppelverzahnung, und ist eine verschiebbare Kupplungsmuffe mit entsprechender Kuppelverzahnung vorgesehen, mittels derer die beiden Rotoren drehfest verbindbar sind (Anspruch 4). Bei Ausfall eines Aktuator werden die beiden Rotoren mittels der Kupplungsmuffe drehfest miteinander verbunden, sodass eine vollwertige und präzise Notlenkung erhalten wird.

Um die Notlenkung eigensicher zu machen, drückt eine Feder die Kupplungsmuffe in ihre Kuppelstellung und ist ein weiterer Aktuator vorgesehen, der bei Normalbetrieb beaufschlagt ist und die Kupplungsmuffe in ihre entkuppelte Stellung bringt (Anspruch 5). Das bedeutet, dass im Normalbetrieb die Kupplung offengehalten wird und bei Stromausfall zwangsläufig schließt. Dabei kann auch der zweite Aktuator aus einem 4 AT 006 683 Ul

Elektromagneten bestehen (Anspruch 6), der mit Vorteil über eine die Kupplungsmuffe umgebende Spule verfugt (Anspruch 7).

Im Folgenden wird die 'Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1: Ein Schema eines Fahrzeuges mit der erfmdungsgemäßen Lenkvorrichtung,

Fig. 2: einen Schnitt durch Detail A in Fig. 1, vergrößert,

Fig. 3: Detail III in einer ersten Stellung (Normalbetrieb),

Fig. 4: Detail III in einer zweiten Stellung (Notbetrieb).

Fig. 1 zeigt ein mit dem erfmdungsgemäßen Einzelradlenksystem ausgerüstetes Kraftfahrzeug 1 schematisch. Es hat eine Hinterachse 2 und eine lenkbare Vorderachse 3. Beiderseits (rechtes und linkes Vorderrad) ist ein Radträger 4 mit einem Spurhebel 5 um eine Achse 6 (zum Beispiel ein Achsenschenkel) zum Ausfuhren der Lenkbewegung schwenkbar. Der Spurhebel 5 ist über eine Spurstange 7 mit einer Schubstange 10 verbunden. Die Spurstange 7 ist über ein äußeres Spurstangengelenk 8 mit dem Spurhebel 5 und über ein inneres Spurstangengelenk 9 mit der Schubstange 10 verbunden. Letztere ist nach Art einer Zahnstange in ihrem Gehäuse verschiebbar.

Die Besonderheit einer Einzelradlenkung äußert sich darin, dass die beschriebene Anordnung nur ein Rad lenkt; davon unabhängig gibt es eine spiegelgleiche Anordnung für das andere Vorderrad, welche von ersterer machanisch unabhängig ist und jede ihren eigenen Aktuator hat. Demgemäß ist in Fig. 1 ein Gehäuse 21 mit zwei Aktuatoren 11,12 versehen, jeder für ein Rad. Die beiden Aktuatoren 11,12 werden elektrisch von 5 AT 006 683 Ul einer Lenkungssteuerung 13 geführt, welche als Eingangssignal den Verdrehwinkel des Lenkrades 14 und gegebenenfalls weitere Signale aus dem Fahrdynamikregler (z.B. Giergeschwindigkeit oder Schwimmwinkel) erhält. Aus Redundanzgründen sind bisweilen auch zwei getrennte Steuerungen vorgesehen.

In Fig. 2 sind somit die beiden voneinander unabhängigen Schubstangen 10 (des rechten Vorderrades) und 20 (des linken Vorderrades) mit ihrem Gehäuse 21 zu sehen. Da dieser Teil im Wesentlichen bezüglich einer Fahrzeuglängsachse 16 symmetrisch ist, wird im Folgenden nur eine Seite beschrieben. Das Gehäuse 21 besteht hier aus einem Statorgehäuse 22, einem Gehäusedeckel 23 und einem Zwischengehäuse 24, an das an der anderen Seite wieder ein Statorgehäuse 22 anschließt. Das Statorgehäuse ist hier bereits in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform gezeigt, es könnte auch ein abseits liegender Motor mit einer entsprechenden Untersetzung sein, der einen Rotor treibt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Statorgehäuse 22 die Form eines die Schubstange 10 umgebenden Zylindermantels und enthält in seinem Inneren eine Statorwicklung 26. Zwischen der ebenfalls zylindrischen Schubstange 10 (mit der Mittellinie 17) und der Statorwicklung 26 befindet sich ein rohrförmiger Rotor 27. Dieser ist in Lagern 28,29 im Gehäuse 21 drehbar. Er hat an seinem äußeren Umfang eine Rotorwicklung 30 beziehungsweise je nach Motorbauart die entsprechenden Leitungsteile und an seinem Inneren Umfang ein Innengewinde 31, das über Rollkörper 33 mit einem Außengewinde 32 auf der Schubstange 10 zusammenwirkt. Die Schubstange 10 ist gegen Verdrehung gesichert, was nicht dargestellt ist. Die beiden Schubstangen 10,20 enden in Fahrzeugmitte an Stirnflächen 34,35, die voneinander so 6 AT 006 683 Ul weit entfernt sind, dass sie einander auch bei extremen Lenkausschlägen nicht berühren.

In Fig. 3 ist das genauer zu sehen. Die rohrförmigen Rotoren 27,37 verfügen über zur Fahrzeugmitte vorragende Kragen 38,39, die in Kuppelverzahnungen 40,41 enden, welche einander benachbart sind. Eine Kupplungsmuffe 42 hat entsprechende innere Kuppelzähne und ist in Fig. 3 entsprechend dem ungestörten Betrieb von einem weiteren Aktuator 44, hier einer Magnetspule, gegen die Kraft einer Druckfeder 43 mit ihrem Anschlagbund 45 an einen Absatz im Inneren des Zwischengehäuses 24 angezogen.

Fig. 4 zeigt den Zustand, der sich bei Ausfall einer der beiden Aktuatoren oder bei einer anderen Störung einstellt. Sobald ein solcher Notzustand festgestellt wird, oder überhaupt ein Stromausfall eintritt, wird die Spule 44 stromlos und die Druckfeder 43 schiebt die Kupplungsmuffe 42 im Bild nach links und bringt sie so auch mit der Kuppelverzahnung 41 in Eingriff, was durch entsprechende Maßnahmen erleichtert sein kann. Dadurch verbinden sich die beiden Kuppelverzahnungen 40,41 miteinander und die beiden Rotoren 27,37 sind praktisch spielfrei miteinander verbunden. So ist eine exakte Koppelung zwischen den Lenkbewegungen der beiden Vorderräder hergestellt. Diese gestattet die Weiterfahrt bis zu einer Werkstätte ohne Sicherheits- oder Komforteinbußen. 7

Claims (7)

1. AT 006 683 Ul Ansprüche 1. Einzelradlenksystem für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Lenkgehäuse (21), in dem eine erste und eine zweite Schubstange (10,20) verschiebbar geführt sind, und aus je einem Aktuator (11,12) für jede Schubstange (10,20), wobei an den äußeren Enden der Schubstangen je ein inneres Spurstangengelenk (9) zur Verbindung mit der jeweiligen Spurstange (7) vorgesehen ist, deren anderes Ende auf den Spurhebel (5) eines lenkbaren Rades wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11,12) von einem Stationärteil (22) gebildet ist und einen die jeweilige Schubstange (10,20) umgebenden Rotor (27,37) enthält, wobei zwischen dem Rotor (27,37) und der verdrehfest geführten Schubstange (10,20) ein Gewinde (31,32) vorgesehen ist.
2. 2. Einzelradlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stationärteil (22) der Stator und der rohrformige Rotor (27,37) der Anker eines Elektromotors ist.
3. 3. Einzelradlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde aus Gewindegängen (31,32) auf der Schubstange und im Inneren des rohrförmigen Rotors (27,37) besteht, zwischen denen Rollkörper (33) angeordnet sind. 8 AT 006 683 Ul
4. 4. Einzelradlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Rotoren (27,37) die Schubstangen (10,20) nach innen überragende Kragen (38,39) mit einer Kuppelverzahnung (40,41) haben, und dass eine verschiebbare Kupplungsmuffe (42) mit entsprechender Kuppelverzahnung vorgesehen ist, mittels derer die beiden Rotoren (272,37) drehfest verbindbar sind.
5. 5. Einzelradlenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (43) die Kupplungsmuffe (42) in ihre Kuppelstellung drückt und ein weiterer Aktuator (44) vorgesehen ist, der bei Normalbetrieb beaufschlagt ist und die Kupplungsmuffe (42) in ihre entkuppelte Stellung bringt.
6. 6. Einzelradlenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Aktuator (44) ein Elektromagnet ist.
7. 7. Einzelradlenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet über eine die Kupplungsmuffe umgebende Spule verfügt.