DE102008000313A1

DE102008000313A1 - Überlagerungslenkung

Info

Publication number: DE102008000313A1
Application number: DE200810000313
Authority: DE
Inventors: Jürgen HÖRSCH; Arthur Rupp; Achim Domhan; Wolfgang Runge
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überlagerungslenkung (1) für ein Fahrzeug, insbesondere für eine Servo- oder Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem eine erste Getriebeeingangswelle (2) und eine zweite Getriebeeingangswelle (3) aufweisenden Überlagerungsgetriebe (4) zur Überlagerung der an beiden Getriebeeingangswellen (2, 3) auftretenden Drehwinkeln auf eine Getriebeausgangswelle (5) des Überlagerungsgetriebes (4), wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) mit einer Lenkhandhabe (6) wirkverbunden ist und die zweite Getriebeeingangswelle (3) mit einem Servomotor (7) wirkverbunden ist, und mit einer Verriegelungseinrichtung (8) zur formschlüssigen oder kraftschlüssigen, lösbaren Festlegung der zweiten Getriebeeingangswelle (3) an einem karosseriefesten Gehäuse (9) der Überlagerungslenkung (1) und mit einem Drehwinkelsensor (10) zur Messung des Drehwinkels einer der Wellen (2, 3, 5) des Überlagerungsgetriebes (4) oder der Rotorlage eines Rotors (13) des Servomotors (7). Um eine einfach zu montierende Überlagerungslenkung anzugeben, ist vorgesehen, dass axial zwischen zwei Radiallagern (11, 12) für die zweite Getriebeeingangswelle (3) der Rotor (13) des Servomotors (7), der Drehwinkelsensor (10) und die Verriegelungseinrichtung (8) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug, insbesondere für eine Servo- oder Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Überlagerungslenkungen sind bekannt und zeichnen sich dadurch aus, dass dem von einem Fahrer an einer Lenkhandhabe gewählten Lenkwinkel bei Bedarf ein weiterer Drehwinkel durch einen Aktuator überlagert werden kann. Der Zusätzliche Drehwinkel wird durch eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (ESP-Regler) gesteuert und dient zur Erhöhung der Fahrstabilität des Fahrzeugs oder zu sonstigen Zwecken. Beispielsweise wird hierfür ein Überlagerungsgetriebe, das als Planetenradgetriebe, wie es in der DE 101 59 800 A1 oder als Wellgetriebe (harmonic.drive), wie es in der US 6 938 724 B1 offenbart ist, herangezogen.
Die Übersetzung einer Servo- oder Hilfskraftlenkung mit Überlagerungsfunktion setzt sich aus den Übersetzungen eines Lenkgetriebes und des Überlagerungsgetriebes zusammen. Ein Überlagerungsgetriebe weist zu diesem Zweck eine erste Getriebeeingangswelle und eine zweite Getriebeeingangswelle auf und überlagert die an den Getriebeeingangswellen auftretenden Drehwinkel auf eine Getriebeausgangswelle, die mit einem Lenkgetriebe und lenkbaren Rädern des Fahrzeugs wirkverbunden ist. Die erste Getriebeeingangswelle oder die Getriebeausgangswelle können drehfest mit der Lenkhandhabe verbunden sein.
Soll die Übersetzung beispielsweise aus fahrdynamischen Gründen geändert werden, wird im Fall eines Planetenradgetriebes als Überlagerungsgetriebe der Käfig über einen elektrischen Servomotor angetrieben. Bei einem Well- oder Pulsatorgetriebe wird ein exzentrischer Antriebskern des Wellgetriebes durch einen elektrischen Servomotor in Drehung versetzt, wodurch beispielsweise eine Relativverdrehung der Getriebeausgangswelle zu der ersten Getriebeeingangswelle resultiert.
Die Drehbewegung der Getriebeausgangswelle oder der zweiten Getriebeeingangswelle wird von einem Drehwinkelsensor gemessen und von einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung erfasst, die den elektrischen Servomotor ansteuert.
Um bei abgeschaltetem Servomotor, etwa bei Ausfall dessen Energieversorgung eine feste Übersetzung zu realisieren und nicht den an einer Lenkhandhabe durch den Fahrer auf die erste Getriebeeingangswelle eingegebenen Soll-Lenkwinkel durch einen Leerlauf der mit dem Servomotor wirkverbundenen zweiten Getriebeeingangswelle zu kompensieren, ist es zwingend erforderlich, die zweite Getriebeeingangswelle und damit in der Regel eine Motorwelle des Servomotors, am Drehen zu hindern. Dazu ist in der Regel eine elektromechanische Verriegelungseinrichtung vorgesehen.
Die bekannten Überlagerungslenkungen sind aufwändig zu montieren, da ihre Gehäuse vielgliedrig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach zu montierende Überlagerungslenkung anzugeben.
Die Aufgabe wird mit einer Überlagerungslenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass axial zwischen zwei Radiallagern für die zweite Getriebeeingangswelle sowohl ein Rotor des elektrischen Servomotors als auch ein Drehwinkelsensor und die Verriegelungseinrichtung angeordnet sind, sind mit Ausnahme des Überlagerungsgetriebes alle Komponenten der Überlagerungslenkung auf einer Strecke der zweiten Getriebeeingangswelle zusammengefasst und können einfach montiert und justiert werden.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur weiteren Vereinfachung der Montage trägt bei, dass ein Gehäuse für den Servomotor im axialen Bereich zwischen den Radiallagern, also im Bereich in dem der Rotor, der Drehwinkelsensor und die Verriegelungseinrichtung angeordnet sind, einteilig gebildet ist.
Das Gehäuse weist bevorzugt eine radiale Öffnung auf, durch die ein Anschlusskabel für den Drehwinkelsensor und/oder ein Anschlusskabel für die Phasen des Servomotors und/oder ein Anschlusskabel für die Verriegelungseinrichtung geführt ist. Die Anschlusskabel können auch zu einem Kabelbaum zusammengefasst sein und in einem gemeinsamen Stecker oder in mehrere Stecker außerhalb des Gehäuses münden. Die Anschlusskabel können auch in einen gemeinsamen Einschubstecker münden, der vorzugsweise gleichzeitig eine Abdichtfunktion für die radiale Öffnung verwirklicht.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkelsensor als Index-Sensor ausgebildet und tastet eine Mittellage der Getriebeeingangswelle ab, wobei er radial von dem Gehäuse auf die Getriebeausgangswelle und eine daran angebrachte Index-Marke gerichtet sein kann. Die Index-Marke kann eine optische Marke in Form von Zähnen, Kerben, Lochungen und dergleichen sein. Es kann auch zweckmäßig sein, solch eine Marke als feldverändernde Marke, die ein magnetisches oder elektromagnetisches Feld eines mit einem Hilfsfeld versehenen Sensors verändert, auszubilden. Es kann auch zweckmäßig sein, die Index-Marke als felderzeugende Marke, die induktiv ein elektromagnetisches Feld erzeugt, oder ein Magnetfeld erzeugt, auszubilden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Index-Marke als Längsnut auf einer Oberfläche einer Welle der Überlagerungslenkung oder einem damit drehfest verbundenen Träger ausgebildet.
Es kann auch zweckmäßig sein, den Drehwinkelsensor so anzuordnen, dass er radial von der Getriebeausgangswelle weggerichtet auf eine Index-Marke gerichtet ist. Der Index-Sensor kann auch axial von dem Überlagerungsgetriebe auf eine Index-Marke gerichtet sein oder axial von dem Servomotor weg auf eine Index-Marke gerichtet sein. Die Index-Marke ist dabei vorzugsweise drehfest mit der Getriebeausgangswelle verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Ansicht mit Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Überlagerungslenkung.
In 1 ist in einer schematischen Ansicht und einem Längsschnitt eine Überlagerungslenkung 1 für ein Fahrzeug gezeigt. Die Überlagerungslenkung 1 ist als elektrische Überlagerungslenkung aus einem Überlagerungetriebe 4 gebildet, das eine erste Getriebeeingangswelle 2 und eine zweite Getriebeeingangswelle 3 aufweist. Die erste Getriebeeingangswelle 2 ist drehfest mit einer Lenkhandhabe 6 verbunden, die als Lenkrad gebildet ist. Die zweite Getriebeeingangswelle 3 ist drehfest mit einer Hohlwelle 17 eines elektrischen Servomotors 7 verbunden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Überlagerungsgetriebe 4 als Wellgetriebe 18 gebildet, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 3 durch die Hohlwelle 17 gebildet wird, auf der Rotormagnete 19 eines Rotors 13 des Servomotors 7 festgelegt sind. Die Hohlwelle 17 ist einstückig mit einem exzentrischen Antriebskern 20 des Wellgetriebes 18 gebildet.
Um den ellipsenförmigen Umfang des exzentrischen Antriebskerns 20 ist ein flexibles Kugellager 21 aufgezogen.
Der exzentrische Antriebskern 20 greift mit seiner axialen Erstreckung in eine aus elastischem Stahlblech gebildeten, topfförmigen, radialflexiblen Abrollbuchse 22 ein. Die radialflexible Abrollbuchse 22 weist eine Außenmantelfläche 23 auf, die im axialen Bereich des Kugellagers 21 eine Außenverzahnung trägt. Diese Außenverzahnung greift unter Wirkung der ellipsenförmigen Aufweitung der radialflexiblen Abrollbuchse 22 mit zwei Umfangsabschnitten in eine Innenverzahnung an einer zylindrischen Stützfläche 24 eines drehfest mit einer Getriebeausgangswelle 5 des Wellgetriebes 18 verbundenen Stützring 25 ein.
Der innenverzahnte Stützring 25 weist eine größere Zähnezahl als die radialflexible Abrollbuchse 22 auf, wodurch eine Verdrehung des Stützringes 25 und damit der Getriebeausgangswelle 5 relativ zu der ersten Getriebeeingangswelle 2 pro Umdrehung des exzentrischen Antriebskerns 20 um die Differenz der Zähnezahl erfolgt.
Somit ist durch den Servomotor 7 eine Winkelüberlagerung, die insbesondere von Fahrt- und Fahrzeugparametern abhängig sein kann, durchführbar.
An einer Außenmantelfläche des Stützringes 18 ist eine Index-Marke 26 eines als Index-Sensor 27 gebildeten Drehwinkelsensors eingelassen. Der Index-Sensor 27 ist integraler Bestandteil eines Einschubsteckers 16, der radial in eine Öffnung 15 eines Gehäuses 14 des Servomotors 7 dichtend eingelassen ist. Das Gehäuse 14 ist an einem karosseriefesten Gehäuse 9 festgelegt.
Um bei einer Fehlfunktion oder bei einem Ausfall des Servomotors 7 zu verhindern, dass die zweite Getriebeeingangswelle 3 dreht und somit eine Übertragung eines Drehwinkels der ersten Getriebeeingangswelle 2 und der Lenkhandhabe 6 über die radialflexible Abrollbuchse 22 auf den Stützring 25 und die Getriebeausgangswelle 5 gänzlich unmöglich gemacht und das Fahrzeug nicht steuerbar ist, ist eine elektromagnetische Verriegelungseinrichtung 8 zur formschlüssigen, lösbaren Festlegung der zweiten Getriebeeingangswelle 3 und einem mit dieser drehfest verbunden Ring 28 der Verriegelungseinrichtung 8 durch ein Sperrelement 29 an dem Gehäuse 14 vorgesehen.
Die zweite Getriebeeingangswelle 3 oder Hohlwelle 17 ist mit je einem Radiallager 11,12 in dem Gehäuse 14 gelagert. In dem axialen Bereich A der zweiten Getriebeeingangswelle 3 zwischen den beiden Radiallagern 11,12 sind die Verriegelungseinrichtung 8, ein Drehwinkelsensor 10 und der Rotor 13 des Servomotors 7 angeordnet. Alle Anschlusskabel für die Phasen des Servomotors 7, für die Stromversorgung der Verriegelungseinrichtung 8 und für die Stromversorgung und Signalleitung des Drehwinkelsensors 10 sind in dem Einschubstecker 16 zusammengefaßt. Das Gehäuse 14 ist in diesem axialen Bereich A einteilig gebildet.

1: Überlagerungslenkung
2: Getriebeeingangswelle, erste
3: Getriebeeingangswelle, zweite
4: Überlagerungsgetriebe
5: Getriebeausgangswelle
6: Lenkhandhabe
7: Servomotor
8: Verriegelungseinrichtung
9: Gehäuse
10: Drehwinkelsensor
11: Radiallager
12: Radiallager
13: Rotor
14: Gehäuse
15: Öffnung, radial
16: Einschubstecker
17: Hohlwelle
18: Wellgetriebe
19: Rotormagnet
20: Antriebskern, exzentrisch
21: Kugellager, flexibel
22: Abrollbuchse, radialflexibel
23: Außenmantelfläche
24: Stützfläche, zylindrisch
25: Stützring
26: Index-Marke
26 27: Index-Sensor
28: Ring
1. 29: Sperrelement
A: Bereich, axial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10159800 A1 [0002]
- US 6938724 B1 [0002]

Claims

Überlagerungslenkung für ein Fahrzeug, insbesondere für eine Servo- oder Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einem, eine erste Getriebeeingangswelle (2) und eine zweite Getriebeeingangswelle (3) aufweisenden Überlagerungsgetriebe (4) zur Überlagerung der an beiden Getriebeeingangswellen (2, 3) auftretenden Drehwinkeln auf eine Getriebeausgangswelle (5) des Überlagerungsgetriebes (4), wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) mit einer Lenkhandhabe (6) wirkverbunden ist und die zweite Getriebeeingangswelle (3) mit einem Servomotor (7) wirkverbunden ist, und mit einer Verriegelungseinrichtung (8) zur formschlüssigen oder kraftschlüssigen, lösbaren Festlegung der zweiten Getriebeeingangswelle (3) an einem karosseriefesten Gehäuse (9) der Überlagerungslenkung (1) und mit einem Drehwinkelsensor (10) zur Messung des Drehwinkels einer der Wellen (2, 3, 5) des Überlagerungsgetriebes (4) oder der Rotorlage eines Rotors (13) des Servomotors (7) dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen zwei Radiallagern (11, 12) für die zweite Getriebeeingangswelle (3) der Rotor (13) des Servomotor (7), der Drehwinkelsensor (10) und die Verriegelungseinrichtung (8) angeordnet sind.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (14) für den Servomotor (7) im axialen Bereich (A) zwischen den Radiallagern (11, 12) einteilig gebildet ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlusskabel für den Drehwinkelsensor (10) und/oder ein Anschlusskabel für den Servomotor (7) und/oder ein Anschlusskabel für die Verriegelungseinrichtung (8) durch eine radiale Öffnung (15) aus dem Gehäuse (14) geführt ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlusskabel für den Drehwinkelsensor (10) und ein Anschlusskabel für den Servomotor (7) und ein Anschlußkabel für die Verriegelungseinrichtung (8) zu einem Kabelbaum zusammengefasst sind und durch eine radiale Öffnung (15) aus dem Gehäuse (14) geführt sind.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschubstecker (16) den Drehwinkelsensor (10) und dessen Anschlusskabel zusammenfasst.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einschubstecker (16) das Anschlußkabel für die Phasen des Servomotors (7) angeordnet ist.
Überlagerungslenkung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einschubstecker (16) das Anschlusskabel für die Verriegelungseinrichtung (8) angeordnet ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Öffnung (15) abgedichtet ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (10) ein Index-Sensor (27) ist, der radial von dem Gehäuse (14) auf die Getriebeausgangswelle (5) gerichtet ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (10) ein Index-Sensor (27) ist, der radial von der Getriebeausgangswelle (5) weg auf eine Index-Marke (26) gerichtet ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (10) ein Index-Sensor (27) ist, der axial von dem Überlagerungsgetriebe (4) auf eine Index-Marke (26) gerichtet ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (10) ein Index-Sensor (27) ist, der axial von dem Servomotor (7) auf eine Index-Marke (26) gerichtet ist.
Überlagerungslenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Index-Marke (26) drehfest mit der Getriebeausgangswelle (5) verbunden ist.