Die Erfindung betrifft eine LenkungsVorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 101 60 313 Al ist eine Lenkungsvorrichtung bekannt, die ein als Planetengetriebe ausgeführtes Überlagerungsgetriebe aufweist. Das Planetengetriebe weist zwei Hohlräder, mindestens ein auf einem Steg gelagertes Stufenplanetenrad sowie ein von einem Elektromotor antreibbares Schneckengetriebe auf.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Lenkungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein Überlagerungsgetriebe mit einem einfacheren Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Lenkungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Planetenrad mit der Eingangswelle des Lenkgetriebes gekoppelt und auf einer von einem Elektromotor antreibbaren Exzenterwelle gelagert ist. Ein das Planetenrad radial umschließendes Hohlrad befindet sich an einer Stelle im Zahneingriff mit dem Planetenrad und ist über das Lenkrohr mit der Lenkhandhabe verbunden. Das Planetenrad rotiert im Block mit einem Hohlrad und/oder durch Abwälzung im Hohlrad relativ zur Exzenterwelle. Bei einer Rotation des Planetenrades im Block mit dem Hohlrad stellt sich eine direkter Durchtrieb zwischen Lenkhandhabe und der Eingangswelle des Lenkgetriebes ein. Durch Bestromung des Elektromotors dreht dessen Rotor die

Exzenterwelle, dadurch wälzt das Planetenrad im Hohlrad ab und dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel wird ein Zusatzlenkwinkel überlagert. Aufgrund einer hohen Übersetzung zwischen Exzenterwelle und Eingangswelle des Lenkgetriebes kann der Elektromotor dementsprechend klein dimensioniert sein. Ein kleiner Elektromotor in Verbindung mit dem nur eine Zahnradebene umfassenden Öberlagerungsgetriebe erfordert in vorteilhafter Weise wenig Bauraum.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Eingangswelle des Lenkgetriebes über eine Lenkwelle mit dem Planetenrad verbunden. Die Lenkwelle überträgt einerseits das Lenkmoment zum Lenkgetriebe, andererseits gleicht die Lenkwelle die exzentrischen Bewegungen des Planetenrades aus. Die Lenkwelle weist drehsteife Gelenke oder auch geringfügig drehelastische Gelenke, die Übertragungselemente aus Elastomerwerkstoff umfassen, auf. Übertragungselemente aus Elastomerwerkstoff haben zusätzlich schwingungsdämpfende Eigenschaften. Die Gelenke verhindern eine Biegebelastung der Lenkwelle.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lenkwelle einen Flansch, der mit dem Planetenrad verbunden ist. Der Flansch ist über formschlüssige Elemente wie beispielsweise Stifte oder Schrauben mit dem Planetenrad verbunden. Alternativ kann der Flansch auch einteilig mit dem Planetenrad ausgeführt sein. Der Flansch kann mehrere Arme aufweisen oder Vollscheibe ausgeführt sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Lenkwelle Kardangelenke auf. Kardangelenke können bei geringem Reibungsverlust hohe Drehmomente übertragen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor in dem die Lenkhandhabe und das Hohlrad miteinander verbindenden Lenkrohr angeordnet. Das Lenkrohr weist einen ausreichend großen Innendurchmeaser zur Aufnahme des Elektromotors auf. Der

beispielsweise als bürstenloser Motor ausgeführte Elektromotor ist platzsparend in dem Lenkrohr anordenbar.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor in der das Planetenrad und das Lenkgetriebe miteinander verbindenden Lenkwelle angeordnet. Bei beengten Bauraumverhältnissen zwischen der das Hohl- und Planetenrad umfassenden Zahnradebene und der Lenkhandhabe ist in vorteilhafter Weise der Elektromotor in der Lenkwelle zwischen Überlagerungsgetriebe und Lenkgetriebe anordenbar.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung und

Fig. 2 eine perspektivische von Bauteilen eines

Überlagerungsgetriebes aus der Lenkvorrichtung gemäß Fig.l.

Gleichwirkende Bauteile in den Figuren 1 und 2 sind im Folgenden mit den gleichen Bezugszeάchen bezeichnet.

In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau der erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung mit einem Überlagerungsgetriebe 21 dargestellt. Eine Lenkhandhabe 1 in Form eines Lenkrads ist über ein Lenkrohr 3 mit einem Hohlrad 2 verbunden. Ein Planentenrad 4 steht mit dem Hohlrad 2 im Zahneingriff. Das Planetenrad 4 ist auf einer Exzenterwelle 5 drehbar gelagert. Die Exzenterwelle 5 ist mit einem Rotor 7 eines Elektromotors 6 gekoppelt. Der Stator 8 des Elektromotors 6 stützt sich in dem Lenkrohr 3 ab. Ü- ber ein flexibles Bandkabel 15 ist der Elektromotor 6 mit einem Steuergerät 14 verbunden. Alternativ kann der Elektromotor 6

auch über Schleifkontakte mit elektrischer Energie versorgt werden. Das mit einem Fahrdynamikrechner beispielsweise über CTUSI verbundene Steuergerät 14 bestromt den Elektromotor 6 in Abhängigkeit von einem vom Fahrdynamikrechner angeforderten Zusatzlenkwinkel.

Eine Lenkwelle 9 ist über einen Flansch 10 mit dem Planetenrad 4 verbunden. Der Flansch 10 ist konzentrisch zu dem Planetenrad 4 angeordnet. Um einen Achsversatz s des Flansches 10 zu der Eingangswelle 12 eines Lenkgetriebes 11 auszugleichen weist die Lenkwelle 9 zwei Kardangelenke 13 auf. Die Kardangelenke 13 sind in vorteilhafter Weise so angeordnet, dass keine Drehungleichförmigkeit zwischen Flansch 10 und Eingangswelle 12 des Lenkgetriebes 11 auftritt. Da in überwiegender Anzahl von Fahrzeugen die Eingangswelle 12 des Lenkgetriebes 11 nicht konzentrisch zum Lenkrad 1 angeordnet ist, sind zur Übertragung des Lenkmomentes ohnehin Gelenke vorhanden, die zum Ausgleich der Exzentrizität kostenneutral nutzbar sind. Das Lenkgetriebe 11 setzt die Drehbewegung der Eingangswelle 12 in eine Schiebebewegung von Spurstangen um. Die Spurstangen sind mit lenkbaren Rädern des Fahrzeugs verbunden.

Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung ermöglicht durch Ansteuerung des Elektromotors 6 dem von einem Fahrer über das Lenkrad 1 vorgegebenen Lenkwinkel einen weiteren Winkel zu überlagern.

Bei einem Lenkvorgang ohne Lenkwinkelüberlagerung wird die Drehbewegung des Lenkrads 1 über das Hohlrad 2 auf das Planetenrad 4 übertragen. Die mit dem Planetenrad 4 gekoppelte Lenkwelle 9 leitet die Drehbewegung auf die Eingangswelle 12 des Lenkgetriebes 11 weiter. Bei stehender Exzenterwelle 5 ist die Übersetzung i _PH durch das Verhältnis der Drehzahl des Planetenrads 4 n _P zu der Drehzahl des Hohlrads 2 n _H als auch durch das Verhältnis der Zähnezahl z _H des Hohlrads 2 (Hohlradzähnezahl wird grundsätzlich positiv angegeben) zur Zähnezahl Zp des Planetenrads 4 bestimmt.

¹ PH ~ ^{' n} H

Um die Beugewinkel an den Kardangelenken 13 möglichst klein zu halten, ist eine möglicht kleine Exzentrizität s angestrebt. Im Rahmen des möglichen Einbauraumes im Hohlrad 2 ist ein möglichst großes Planetenrad 4 zu wählen. Daher ist die Zähnezahl Z _P des Planetenrads 4 nur wenig geringer als die Zähnezahl z _H des Hohlrads 2. Die Übersetzung i _PH nimmt daher einen von 1 geringfügig abweichender Wert an.

Dieser von 1 geringfügig abweichende Übersetzungswert stellt sich allerdings nur ein, wenn die Exzenterwelle 5 während des Lenkvorganges still steht. Dieser Fall ist gegeben, solange ein an der Exzenterwelle 5 anstehendes Drehmoment über den Elektromotor 6 abstützbar ist. Steigt das Drehmoment an der Exzenterwelle 5 über das vom Elektromotor 6 maximal abstützbare Drehmoment an, so dreht das Planetenrad 4 mit dem Hohlrad 2 im Block um, zwischen Lenkrad 1 und Lenkwelle 9 stellt sich eine Übersetzung vom Wert 1 ein.

Bevorzugt ist die Lenkungsvorrichtung derart auszulegen, dass das Planetenrad 4 und das Hohlrad 2 in Fahrsituationen ohne Lenkungsüberlagerung im Block dreht. Damit wird vermieden, dass ein an der Lenkwelle 9 anstehendes Lenkmoment ständig über die Exzenterwelle 5 bzw. durch den Elektromotor 6 abgestützt werden muss. Gegebenenfalls kann durch eine geringfügige Bestromung des Elektromotors 6 ein Umlauf im Block sichergestellt werden. Alternativ ist durch eine Auslegung, die bei Drehung des Hohlrads 2 eine Selbsthemmung zwischen Hohlrad 2 und Planetenrad 4 vorsieht (selbsthemmendes Getriebe) , ein Blockumlauf erzielbar. Auch im umgekehrten Fall, das heißt bei Antrieb des zweiten Planetenrades 4 tritt Selbsthemmung zum Hohlrad 2 auf. Bei der Selbsthemmung ist ein Abwälzen des Planetenrades 4 im Hohlrad 2 bei Antrieb am Hohlrad 2 oder am Planetenrad 4 nicht möglich.

Bei Ausfall einer elektrischen Komponente wie beispielsweise dem Elektromotor 6 oder dem Steuergerät 14 ist das Fahrzeug sowohl bei stillstehender als auch bei mitdrehender Exzenterwelle 5 rein mechanisch lenkbar.

Zur Erhöhung von beispielsweise einer Fahrstabilität oder einer Fahrzeugagilität gibt der Fahrdynamikrechner einen dem vom Fahrer eingestellten Lenkwinkel überlagerten Zusatzlenkwinkel vor. Das Steuergerät 14 bestromt den Elektromotor 6 solange, bis der Zusatzlenkwinkel gestellt ist. Dabei verlagert sich durch Drehung der Exzenterwelle 5 der Zahneingriffspunkt zwischen Planetenrad 4 und Hohlrad 2, wobei sich das Planetenrad 4 relativ zur Exzenterwelle 5 dreht. Die Lenkwelle 9 dreht sich bei Betätigung des Lenkrads 1 aufgrund des Blockumlaufes von Planetenrad 4 und Hohlrad 2, eine Drehbewegung des Planetenrades 4 auf der Exzenterachse 5 überlagert sich als Zusatzlenkwinkels auf die Lenkwelle 9. Eine Rückstellung des Zusatzlenkwinkels erfolgt durch Zurückdrehen der Exzenterwelle 5 in die ursprüngliche Position.

Die Übersetzung i _E p zwischen der Drehzahl n _E der Exzenterwelle 5 und der Drehzahl n _P des Planetenrads 4, das mit der Lenkwelle 9 verbunden ist, bestimmt sich bei stehendem Hohlrad 2 zu:

wobei Zp für die Zähnezahl des Planetenrads 4 und z _H für die Zähnezahl des Hohlrads 2 steht. Mit der gezeigten Anordnung sind Übersetzungen von i _EP < 100 darstellbar.

Fig.2 zeigt Bauteile des Überlagerungsgetriebes 21 der erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung in einer Explosionsdarstellung. In dem Lenkrohr 3 ist der Stator 8 des Elektromotors 6 angeordnet. Der Rotor 7 ist in einem Lager 15 gelagert und treibt die Exzenterwelle 5 an. Ein erstes Nadellager 16 lagert

das Planetenrad 4 auf der Exzenterwelle. Das Planetenrad 4 greift in das Hohlrad 2, das über ein zweites Nadellager 17 in einem fahrzeugfesten Trägerring 18 gelagert ist, ein. Über beispielsweise eine Schraubverbindungen 19 ist das Lenkrohr 3 mit dem Hohlrad 2 verbunden. Der Drehzahlabgriff vom Planetenrad 4 erfolgt über einen Vierarmflansch 10 der Lenkwelle 9, der über Bolzen 20 in Bohrungen des Planetenrads 4 eingreift. Zum Ausgleich des Achsversatzes s gemäß Fig. 1 weist die Lenkwelle 9 zwei Kreuzgelenk 13 auf, wobei eines in Fig.2 dargestellt ist. In eine alternativen Ausführungsform ist auch eine Lenkwelle mit einem Kugelgelenk oder einer Kupplung mit gummi- oder metallelastischen Elementen zur Überwindung des Achsversatzes s vorsehbar.

Durch Überlagerung eines Zusatzlenkwinkels ermöglicht die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung eine Anpassung der Gesamt- lenkübersetzung, d.h. das Verhältnis der Änderung eines Lenkradwinkels zur Änderung des mittleren Lenkwinkels am Rad, auf verschiedene Fahrsituationen. Beispielsweise ist beim Parkieren aufgrund einer kleinen GesamtÜbersetzung ein Erreichen des maximalen Radeinschlagwinkels mit wenigen Drehbewegungen am Lenkrad 1 möglich, hingegen bei hohen Geschwindigkeiten soll die Gesamtübersetzung für ein sicheres Fahrzeughandling größer als bei kleineren Geschwindigkeiten sein.

Das Lenkgetriebe 11 ist derart ausgelegt, dass die Gesamtlenkübersetzung einen Wert annimmt, die ein komfortables Parkieren ohne Lenkwinkelüberlagerung erlaubt. Bei schneller Fahrt wird dann die Gesamtübersetzung durch Ansteuerung des Elektromotors 6 erhöht.

Alternativ kann das Lenkgetriebe 11 derart ausgelegt, dass die Gesamtübersetzung einen Wert annimmt, die ein sicheres Fahren bei schneller Fahrt erlaubt. Während eines Parkiervorganges wird dann die Gesamtübersetzung durch Anateuerung des Elektromotors 6 erniedrigt.