Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein PKW oder NKW. Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich sowohl auf Einzelradaufhängungen als auch auf Starrachsen von Fahrzeugen.

Bei dem Einsatz von Einzelradaufhängungen in Personenkraftwagen und Nutzfahrzeugen, wie beispielsweise Sattelzugmaschinen, werden Zahnstangenlenkungssysteme verwendet. Das Zahnstangenlenkungssystem umfasst einen Linearaktuator der über Spurstangen mit der Radaufhängung verbunden ist.

Das Zahnstangenlenkungssystem hat systembedingt ein sehr stark wechselndes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Aktuator und der Radbewegung. Aufgrund der Streckung in den Endlagen wird hier eine vergleichsweise große Aktuatorkraft benötigt. Daher wird der Aktuator leistungstechnisch derart ausgelegt, dass die Aktuatorkraft für die Einleitung eines maximalen Lenkwinkels ausreicht, obwohl das an der Lenkachse des Rades auftretende Moment sich nahezu konstant über dem Lenkwinkel verhält.

Aus der DE 10 2006 052 252 A1 geht eine Einzelradaufhängung für ein Kraftfahrzeug hervor, bei der wenigstens ein erster und mindestens ein zweiter Lenker jeweils gelenkig mit einem ein Fahrzeugrad tragenden Radträger gekoppelt sind. Die Einzelradaufhängung weist Ausgleichsmittel zur Korrektur von Radstellungen auf, wobei wenigstens der erste und der zweite Lenker ein Ausgleichsmittel aufweisen oder mit einem Ausgleichsmittel verbunden sind und mindestens zwei Ausgleichsmittel eines jeden Rades durch wenigstens ein Kopplungsglied miteinander verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug weiterzuentwickeln, wobei insbesondere eine Lenkkinematik der Lenkvorrichtung verbessert werden soll.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst einen Aktuator, der dazu vorgesehen ist, eine Schubstange mit einer Axialkraft zu beaufschlagen, wobei die Schubstange beidseitig mit einer jeweiligen Spurstange gelenkig verbunden ist, und wobei die jeweilige Spurstange mit einem jeweiligen Spurhebel gelenkig verbunden ist, wobei der jeweilige Spurhebel zum Drehen eines jeweiligen Rades einer Fahrzeugachse um eine jeweilige Lenkachse nach Maßgabe einer Axialbewegung der Schubstange mit einem jeweiligen Radträger wirkverbunden ist und zumindest einen ersten und einen zweiten Hebelabschnitt aufweist, wobei die beiden Hebelabschnitte des jeweiligen Spurhebels axial gegeneinander verschiebbar sind, um ein Übersetzungsverhältnis der Lenkvorrichtung während eines Einlenkens der Räder zu ändern und die Axialkraft am Aktuator zu senken.

Mit anderen Worten erfolgt am jeweiligen Hebelarm, dessen axiale Länge veränderbar ist, eine Übersetzungsänderung, wobei die maximale Axialkraft, die vom Aktuator aufgebracht werden muss, um einen maximalen Lenkwinkeln einzustellen, deutlich gesenkt wird. Somit kann der Aktuator leistungstechnisch kleiner ausgelegt werden, wobei die Leistungsreduktion des Aktuators gleichzeitig mit einer Gewichtsreduktion und einer Kostenreduktion einhergeht. Der Aktuator ist besonders kompaktbauend ausgebildet.

Ferner bietet die erfindungsgemäße Lösung eine größere Gestaltungsfreiheit durch die Auswahl der jeweiligen Übersetzung. Insbesondere kann dadurch auch ein Lenkwinkelfehler gesenkt werden.

Insbesondere ist der erste Hebelarm axial beweglich im zweiten Hebelarm des jeweiligen Spurhebels aufgenommen. Abhängig von dem Einlenkwinkel des jeweiligen Rades verändert sich die axiale Länge des jeweiligen Spurhebels. Ein Verschieben der beiden Hebelarme des jeweiligen Spurhebels axial auseinander verlängert den jeweiligen Spurhebel. Demgegenüber verkürzt ein Verschieben der beiden Hebelarme des jeweiligen Spurhebels axial gegeneinander den jeweiligen Spurhebel. Unter einer gelenkigen Verbindung ist zu verstehen, dass zwei gelenkig miteinander verbundene Bauteile, beispielsweise die Schubstange und die Spurstange, beweglich miteinander verbunden sind und wenigstens ein Freiheitsgrad aufweisen. Insbesondere sind die Schubstange und die jeweilige Spurstange mittels eines Kugelgelenks miteinander verbunden. Vorzugsweise ist die jeweilige Spurstange mittels eines Kugelgelenks oder mittels eines Gummilagers mit dem jeweiligen Spurhebel verbunden.

Unter wirkverbunden ist zu verstehen, dass zwei Elemente direkt miteinander verbunden sein können, oder sich zwischen zwei Elemente noch weitere Elemente befinden, beispielsweise eine oder mehrere Wellen, Koppelstangen oder ähnliche Elemente.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der erste Hebelabschnitt des jeweiligen Spurhebels einen Zapfen aufweist, wobei der jeweilige Zapfen in einer am jeweiligen Radträger ausgebildeten Nut aufgenommen und geführt ist. Insbesondere ist der erste Hebelabschnitt des jeweiligen Spurhebels gelenkig an der jeweiligen Spurstange aufgenommen, wobei der zweite Hebelabschnitt des jeweiligen Spurhebels mit dem jeweiligen Radträger wirkverbunden ist. Ferner ist an dem jeweiligen Radträger bzw. an einem jeweiligen Achsschenkel die jeweilige Nut ausgebildet, die dazu vorgesehen ist, den am ersten Hebelabschnitt des jeweiligen Spurhebels ausgebildeten Zapfen aufzunehmen und kontrolliert zu führen. Der jeweilige Zapfen ragt dazu radial aus dem jeweiligen Spurhebel heraus und ist entlang der jeweiligen dafür vorgesehenen Nut verschieblich gelagert. Vorzugsweise ist die jeweilige Nut durch Fräsen ausgebildet.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Nut am jeweiligen Radträger linear ausgebildet. Mithin wird der in der jeweiligen Nut aufgenommene Zapfen lineare entlang einer Geraden geführt.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Nut am jeweiligen Radträger gekrümmt ausgebildet. Mithin wird der in der jeweiligen Nut aufgenommene Zapfen entlang einer Kurve geführt. Ein gekrümmt ausgebildeter Nut ändert gegenüber einer linear ausgebildeten Nut bei einer axialen Bewegung der beiden Hebelabschnitte nicht nur die Länge des jeweiligen Spurhebels, sondern auch die Richtung des jeweiligen Spurhebels. Die jeweilige Richtung wird durch die Krümmung der Nut bestimmt und beschreibt vorzugsweise zumindest teilweise eine Kreisbahn.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Spurhebel linear ausgebildet. Ferner ist es auch denkbar, den jeweiligen Spurhebel gekrümmt auszubilden. Ein gekrümmt ausgebildeter Spurhebel ändert gegenüber einem linear ausgebildeten Spurhebel bei einer axialen Bewegung der beiden Hebelabschnitte nicht nur die Länge des jeweiligen Spurhebels, sondern auch die Richtung des jeweiligen Spurhebels. Die jeweilige Richtung wird durch die Krümmung des Spurhebels bestimmt und beschreibt vorzugsweise zumindest teilweise eine Kreisbahn.

Ferner ermöglicht die gekrümmte Ausbildung des jeweiligen Spurhebels bzw. der jeweiligen Nut eine gezielte Einstellung einer Abweichung von dem idealen Lenkdifferenzwinkel nach Ackermann. Insbesondere wird die Minimierung eines sogenannten Lenkfehlers ermöglicht, die mit einer Annäherung am idealen Lenkdifferenzwinkel nach Ackermann einhergeht. Eine Annäherung am idealen Lenkdifferenzwinkel nach Ackermann senkt den Reifenverschleiß und den Rollwiderstand in Kurven. Demgegenüber verringert eine zunehmende Abweichung vom Lenkdifferenzwinkel nach Ackermann den Wendekreis des Fahrzeugs.

Da die beiden Räder einer Lenkachse auf unterschiedlichen Kurvenradien laufen, weisen die Räder unterschiedliche Ackermannwinkel auf. Der Lenkwinkel an einem kurveninneren Rad ist größer als der Lenkwinkel an einem kurvenäußeren Rad. Der Lenkdifferenzwinkel nach Ackermann steigt mit zunehmendem Lenkwinkel an. Insbesondere kann der jeweilige Lenkwinkel am jeweiligen Rad mittels der Formgebung des jeweiligen Spurhebels bzw. mittels der Formgebung der jeweiligen Nut am Radträger gezielt eingestellt werden, insbesondere unabhängig von einander eingestellt werden. Die Unabhängigkeit des kurveninneren und kurvenäußeren Rads erlaubt es, insbesondere das kurvenäußere Rad gezielt vom Ackermannwinkel abzuweichen, um die Fahrdynamik des Fahrzeugs zu verbessern. Mithin nimmt die Gestaltung der jeweiligen Nut direkten Einfluss auf die Lenkbewegung des jeweiligen Rades.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Aktuator mit einer Eingangswelle wirkverbunden ist, wobei der Aktuator dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung der Eingangswelle in eine translatorische Bewegung der Schubstange umzuwandeln. Unter einer translatorischen Bewegung ist eine lineare Bewegung in Längsrichtung der Schubstange zu verstehen.

Die Eingangswelle ist zumindest mittelbar mit einer Lenkhandhabe, vorzugsweise einem Lenkrad verbunden. Die Lenkbewegung der Lenkhandhabe wird über die Lenkvorrichtung in eine Lenkbewegung des Fahrzeugs umwandelt. Dazu wird die Drehbewegung der Eingangswelle über den Aktuator in die translatorische Bewegung der Schubstange umgewandelt, wobei die Schubstange über den jeweiligen gelenkig damit verbundenen Umlenkhebel, der jeweiligen gelenkig damit verbundenen Spurstange und dem jeweiligen gelenkig damit verbundenen Spurhebel mit der jeweiligen Radaufhängung und somit auch mit dem jeweiligen Rad der lenkbaren Fahrzeugachse zusammenwirkt.

Die Eingangswelle kann über den Aktuator mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch mit der Schubstange gekoppelt sein. Die mechanische Koppelung ist aufgrund der einfachen Herstellung vorzugsweise über eine Zahnrad-Zahnstangen- Kombination realisierbar. Hierzu befindet sich beispielsweise auf der Eingangswelle ein erstes Zahnrad, welches mit einer auf der Schubstange angeordneten Zahnstange kämmt. Eine Rotation der Eingangswelle bewirkt eine Rotation des Zahnrads, welches im Zahneingriff mit der Zahnstange steht, wodurch die Zahnstange mitsamt der Schubstange axial verschoben wird. Bevorzugt ist die Schubstange als Zahnstange ausgebildet und somit einteilig in die Schubstange integriert.

Die elektrische Koppelung der Eingangswelle mit der Schubstange kann dergestalt sein, dass auf der Eingangswelle ein Sensor angeordnet ist, welcher eine Rotation der Eingangswelle erkennt. Demgegenüber ist an den Schubstang ein Aktuator angeordnet, welcher die Schubstange axial verschieben kann, wobei der Aktuator bei einer Erkennung einer Rotation der Eingangswelle durch den Sensor angesteuert wird, um die Schubstange dementsprechend zu verschieben.

Bei einer hydraulischen oder pneumatischen Koppelung sind beispielsweise auf der Eingangswelle ein oder mehrere Ventile als Sensoren angeordnet. Bei Rotation der Eingangswelle wird ein Druckmedium in zwei an der Schubstange angeordnete Arbeitszylinder eingeleitet, wodurch je eine Kolbenstange des Arbeitszylinders aus- oder einfährt. Die Kolbenstange ist wiederum mit der Schubstange verbunden, wodurch diese beim Aus- oder Einfahren der Kolbenstangen axial verschoben wird.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit zwei längenveränderbaren Spurhebel,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Spurhebels gemäß Fig. 1 , und

Fig. 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Spurhebels gemäß Fig. 1.

Gemäß Figur 1 weist eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Fahrzeug einen Aktuator 1 auf, der mit einer Eingangswelle 11 und einer Schubstange 2 wirkverbunden ist. Der Aktuator 1 ist dazu vorgesehen, eine Drehbewegung der Eingangswelle 11 in eine translatorische Bewegung der

Schubstange 2 umzuwandeln. Mithin kommt es bei einer Drehung der Eingangswelle 11 in eine erste Drehrichtung zu einer Axialbewegung der Schubstange 2 in Richtung eines ersten Rades 8a. Dementsprechend kommt es bei einer Drehung der Eingangswelle 11 in eine zweite Drehrichtung zu einer Axialbewegung der Schubstange 2 in Richtung eines zweiten Rades 8b. Die beiden Räder 8a, 8b sind Teil einer Fahrzeugachse 9 und werden nach Maßgabe einer Drehbewegung an der Ein- gangswelle 11 über die Lenkvorrichtung zumindest teilweise um eine jeweilige Lenkachse 13a, 13b gedreht.

Der Aktuator 1 ist dazu vorgesehen die Schubstange 2 mit einer Axialkraft zu beaufschlagen. Vorliegend ist die Schubstange 2 einteilig ausgebildet und weist zwei distale Enden auf. Die Schubstange 2 ist an dem jeweiligen distalen Ende mit einer jeweiligen Spurstange 5a, 5b gelenkig verbunden, wobei zwischen der jeweilige Spurstange 5a, 5b und der Schubstange 2 ein jeweiliges Kugelgelenk 12a, 12b angeordnet ist. Die jeweilige Spurstange 5a, 5b ist mit einem jeweiligen Spurhebel 6a, 6b gelenkig verbunden, wobei zwischen der jeweilige Spurstange 5a, 5b und dem jeweiligen Spurhebel 6a, 6b ein jeweiliges Kugelgelenk 12c, 12d angeordnet ist.

Der jeweilige Spurhebel 6a, 6b ist zum Drehen eines jeweiligen Rades 8a, 8b einer Fahrzeugachse 9 um die jeweilige Lenkachse 13a, 13b nach Maßgabe einer Axialbewegung der Schubstange 2 mit einem jeweiligen Radträger 7a, 7b wirkverbunden. Ferner weist der jeweilige Spurhebel 6a, 6b einen ersten und einen zweiten Hebelabschnitt 10a, 10b, 10a', 10b' auf, wobei die beiden Hebelabschnitte 10a, 10b, 10a', 10b' des jeweiligen Spurhebels 6a, 6b axial gegeneinander verschiebbar sind, um ein Übersetzungsverhältnis der Lenkvorrichtung während eines Einlenkens der Räder 8a, 8b zu ändern und die Axialkraft am Aktuator 1 zu senken. Insbesondere generiert der jeweilige längenveränderbare Spurhebel 6a, 6b ein ebenes, im Wesentlichen über einen gesamten Lenkwinkel konstantes Übersetzungsverhältnis an der Lenkvorrichtung. Die Lenkkinematik der Lenkvorrichtung wird erheblich verbessert.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine vergrößerte Darstellung der in Figur 1 nur stark vereinfacht dargestellten Spurhebel 6a, 6b. Obwohl in den Figuren 2 und 3 nur einer der beiden Spurhebel 6a, 6b abgebildet ist, gilt die Beschreibung für beide Spurhebel 6a, 6b. Die beiden Spurhebel 6a, 6b sind identisch und somit baugleich ausgebildet. Gemäß den Figuren 2 und 3 weist der erste Hebelabschnitt 10a, 10a' des jeweiligen Spurhebels 6a, 6b einen Zapfen 3a, 3b auf, wobei der Zapfen 3a, 3b in einer am jeweiligen Radträger 7a, 7b ausgebildeten Nut 4a, 4b aufgenommen und geführt ist. Der jeweilige Radträger 7a, 7b rotiert nach Maßgabe einer Axialbewegung der Schubstange 2 um die jeweilige Lenkachse 13a, 13b. Die jeweilige Nut 4a, 4b am jeweiligen Radträger 7a, 7b ist gekrümmt ausgebildet. Durch die gekrümmte Ausbildung der jeweiligen Nut 4a, 4b, wird ein Lenkfehler minimiert, wobei damit verbunden auch der Reifenverschleiß und der Rollwiderstand des Fahrzeugs gesenkt werden. Ferner ist der jeweilige Spurhebel 6a, 6b linear ausgebildet. Mithin ist sowohl der erste Hebelabschnitt 10a, 10a' des jeweiligen Spurhebels 6a, 6b als auch der zweite Hebelabschnitt 10b, 10b' des jeweiligen Spurhebels 6a, 6b linear und somit gerade ausgebildet.

Die Erfindung ist nicht auf das vorhergehende Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Weiterbildungsmöglichkeiten sind der Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen. Insbesondere können einzelne gelenkige Verbindungen auch über Gummilager realisiert werden. Ferner sind auch andere gelenkige Verbindungsmöglichkeiten denkbar, die zumindest einen Freiheitsgrad aufweisen. Des Weiteren kann die Nut 4a, 4b am jeweiligen Radträger 7a, 7b linear ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann ergänzend oder alternativ dazu der jeweilige Spurhebel 6a, 6b gekrümmt ausgebildet sein.

Bezuqszeichen

Aktuator

Schubstange

a, 3b Zapfen

a, 4b Nut

a, 5b Spurstange

a, 6b Spurhebel

a, 7b Radträger

a, 8b Rad

Fahrzeugachse

0a, 10a' erster Hebelabschnitt

0b, 10b' zweiter Hebelabschnitt

1 Eingangswelle

2a-12d Kugelgelenk

3a, 13b Lenkachse