Beschreibung

Titel

Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Einzelradsteller für ein Kraftfahrzeug.

Stand der Technik

Bei konventionellen Lenksystemen wird der gewünschte Lenkwinkel vom Lenkrad über eine mechanische Verbindung auf die beiden Vorderräder übertragen. Das Lenkmoment wird durch ein Servogetriebe verstärkt, damit ein einfaches Lenken möglich ist.

Bei zukünftigen Steer-by-Wire Lenksystemen entfällt die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern. Der am Lenkrad eingestellte Lenkwinkel wird durch einen Sensor erfasst und elektronisch auf den Lenkaktuator übertragen, welcher dann die Vorderräder entsprechend verstellt.

Das Lenksystem kann zentral wirken, das heißt, der Lenkaktuator steuert gleichzeitig beide Räder gemeinsam an. In üblicher Weise wird dabei die translatorische Bewegung einer Zahnstange auf die Spurstangen übertragen, welche die Räder verschwenken. Allerdings ist durch die Kinematik der maximale Lenkwinkel an den Vorderrädern begrenzt.

Bei Lenksystemen, welche dezentral wirken, ist jedem gelenkten Rad ein eigener Lenkaktuator zugeordnet, wodurch jedes Rad individuell angesteuert werden kann. Dadurch ist eine Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels möglich. Da der zentrale Lenkaktuator in der Mitte des Fahrzeugs wegfällt, können sich Baumraumvorteile für den Fahrzeughersteller ergeben. Zudem ermöglichen dezentrale Lenksysteme neue Funktionen wie z.B. eine Parkbremsfunktion durch entgegengesetzt eingeschlagene Räder.

Bei dezentralen Einzelradaktuatoren ist es bekannt, einen Kugelgewindetrieb zu verwenden. Dabei muss allerdings die translatorische Bewegung der Kugelgewindestange wieder in eine rotative Bewegung zur Verschwenkung des Rades umgewandelt werden. Dies verbraucht viel Bauraum.

Darüber hinaus ist es bekannt, die Rotation eines Elektromotors über ein Schneckengetriebe zu übertragen um das gelenkte Rad zu schwenken. Da der Elektromotor am Chassis befestigt ist, muss zur Übertragung der Drehbewegung ein Kreuzgelenk angeordnet werden. So kann eine Vertikalbewegung des Radträgers, verursacht durch die Einfederbewegung, ausgeglichen werden. Dadurch wird auch hier viel Bauraum benötigt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen kompakten Einzelradsteller bereitzustellen. Dieser soll einen geringen Bauraum verwenden. Zudem soll auf limitierende Bauteile wie die Spurstangen verzichtet werden um eine Vergrößerung des maximalen Lenkwinkels zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.

Dadurch, dass der Radträger als Doppelradträger ausgeführt ist und der rein rotatorische Lenksteiler in den Achsträger integriert ist, können die genannten Nachteile im Stand der Technik vermieden werden.

Bei einem Doppelradträger ist der Radträger in zwei Teile geteilt, die ineinander drehbar gelagert sind, das heißt, ein äußerer Schwenkträger ist drehbar innerhalb des Achsträgers gelagert. Der Schwenkträger nimmt die Radnabe auf und definiert die Lenkachse.

Am Achsträger ist der Elektromotor montiert und treibt z.B. über ein Riemengetriebe den Schwenkträger an. Die Übersetzung des benötigten Lenkmoments kann durch unterschiedliche Getriebevarianten erfolgen. Vorteilhaft ist ein zweistufiges Getriebe. Direkt am Elektromotor kann zunächst ein axiales Getriebe, wie ein Planeten- oder Spannungswellengetriebe angeordnet sein. In einer zweiten Getriebestufe, welche beispielsweise durch ein Zahnriemengetriebe oder ein Zahnradgetriebe gebildet sein kann, wird die Drehbewegung auf den Schwenkträger übertragen werden.

Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:

Figur 1 den erfindungsgemäßen Einzelradsteller in einer ersten Ausführung

Figur 2 eine detaillierte Ansicht des Einzelradstellers der ersten Ausführung

Figur 3 den erfindungsgemäßen Einzelradsteller in einer zweiten Ausführung

Figur 4 eine erste Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger

Figur 5 eine zweite Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger

Figur 6 eine dritte Variante zur Positionierung des Elektromotors am Achsträger

In der Figur 1 ist der erfindungsgemäße Einzelradsteller in einer ersten Ausführung zu sehen. Der Radträger ist erfindungsgemäß als Doppelradträger ausgeführt. Die erste Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelradträger in einer McPherson Achse ausgeführt ist.

Der Doppelradträger ist in einen Achsträger 3 und einen Schwenkträger 2 aufgeteilt, wobei der Schwenkträger 2 drehbar innerhalb des Achsträgers 3 gelagert ist. Der Schwenkträger nimmt die Rabnabe 1 bzw. das Rad 8 auf.

Der Achsträger 3 ist über den unteren Querlenker 4 und das Federbein 7 mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Er ist für die vertikale Radführung zuständig.

Als Aktuator dient ein Elektromotor 6, welcher am Achsträger 3 montiert ist. Der Elektromotor 6 treibt über ein Zahnriemengetriebe 5 den Schwenkträger 2 an. Dadurch wird das Rad 8 gegenüber dem Achsträger 3 verschwenkt.

In der Figur 2 ist die erste Ausführung des Einzelradstellers nochmal detaillierter gezeigt. Am Achsträger 3 sind Aufnahmen 14, 9, 18 für den Querlenker 4, das Federbein 7 und den Elektromotor 6 angebracht. Die Momentenabstützung des Lenkmoments gegenüber dem Chassis erfolgt in diesem Fall durch die Aufnahmen 9, 14 und durch das Gelenk 15 über den unteren Querlenker 4. Weiterhin kann der Achsträger 3 aus zwei Teilen 3, 13 zusammengesetzt sein um eine einfache Montage des Schwenkträgers 2 zu ermöglichen.

An dem Schwenkträger 2 ist die Nabe 1 angebracht. Zudem weist der Schwenkträger 2 Ausnehmungen für die Lagerung des Kugelgelenks 10 und des Drehgelenks 12 auf. Durch diese beiden Lager wird die Lenkachse definiert.

Der Lenkaktuator besteht aus dem Elektromotor 6, welcher auch eine Steuerelektronik enthält, und einer ersten Getriebestufe 17, welche direkt am Elektromotor 6 angeordnet ist. Diese Komponenten bilden den Antrieb 16, welcher über ein Zahnriemengetriebe 5 mit dem Abtrieb 11 verbunden ist. Das Zahnriemengetriebe 5 stellt die zweite Getriebestufe dar. In der ersten Ausführung ist der Doppelradträger in einer McPherson Achse ausgeführt. Das bedeutet, dass der obere Dreieckslenker durch ein aus dem Stoßdämpfer gebildetes Drehschubgelenk ersetzt wurde. Alternativ kann der Doppelradträger auch in anderen Typen von Radaufhängungen integriert werden. In der Figur 3 ist als zweite Ausführungsform gezeigt, wie der Doppelradträger in eine Doppelquerlenker- Radaufhängung integriert wurde.

Bei allen Ausführungen kann die Position des Elektromotors 6 unterschiedlich ausgewählt werden. Dies ist in den Figuren 4 bis 6 gezeigt. Der Elektromotor 6 kann entweder hinter den Achsträger 3 oder in den Achsträger 3 integriert werden. In Abhängigkeit von der Position des Elektromotors 6 müssen der Achsträger 3 und der Querlenker 4 entsprechend angepasst werden.