Beschreibung

Titel Fahrzeuglenksystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuglenksystem mit einer Lenkwelle, über die ein vom Fahrer vorgegebener Lenkwinkel auf die lenkbaren Räder im Fahrzeug übertragbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Aus der DE 197 03 903 Al ist ein Lenksystem in einem Fahrzeug bekannt, bei dem der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel über eine Lenkwelle und ein zwischengeschaltetes Lenkgetriebe auf ein Lenkgestänge übertragen wird, das kinematisch mit den gelenkten Rädern des Fahrzeuges gekoppelt ist und die Räder mit einem Radlenkwinkel verstellt.

Aus der DE 40 20 547 Al ist eine Radaufhängung eines Fahrzeugrades bekannt, bei dem die Spur und/oder der Sturz des Fahrzeugrades eingestellt werden kann. Hierfür ist in die am Radträger angreifende Spurstange des Rades, die Bestandteil des Fahrwerks ist, ein Stellglied integriert, bei dessen Betätigung die Spurstange verstellt wird, wodurch sich auch die Radposition in Bezug auf das Fahrwerk ändert. Je nach Angriffspunkt der Spurstange am Radträger lässt sich auf diese Weise eine Spur- oder eine Sturzeinstellung realisieren.

Offenbarung der Erfindung

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrund, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen den Sturz bzw. die Spur lenkbarer Räder in einem Fahrzeug einzustellen .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeuglenksystem wird der vom Fahrer vorgegebene Lenkwinkel über die Lenkwelle mithilfe eines Lenkgetriebes auf das Lenkgestänge übertragen, wodurch der gewünschte Radlenkwinkel an den gelenkten Rädern im linken und rechten Seitenbereich des Fahrzeugs eingestellt wird. Des Weiteren ist ein Aktuator zur veränderlichen Einstellung des Abstands im Lenkgestänge zwischen dem Lenkgetriebe und mindestens einem der lenkbaren Räder vorgesehen. Mithilfe des Aktuators ist es möglich, die Spur und/oder den Sturz des betreffenden, lenkbaren Rades als Funktion aktueller Fahrzeugzustands- und Betriebsgrößen einzustellen. Die Verstellung der die Radposition bestimmenden Spur- bzw. Sturzwinkel ermöglicht einen Eingriff in die Fahrdynamik des Fahrzeuges, beispielsweise, um bei Kurvenfahrt oder bei einem Spurwechsel einen schnelleren Seitenkraftaufbau zu erreichen. Weitere Vorteile der an die aktuelle Fahrsituation angepassten Lenkungsauslegung sind ein minimierter Reifenabrieb und eine Erhöhung des Fahrkomforts. Außerdem können gezielte Eingriffe zur Fahrzeugstabilisierung effizienter durchgeführt werden. Insgesamt steigt die Anzahl an Einflussmöglichkeiten insbesondere im Hinblick auf Fahrdynamikregelungen.

In zweckmäßiger Ausführung wird die änderung des Sturz- bzw. Spurwinkels nur an einem lenkbaren Rad durchgeführt, was jedoch automatisch zu einer änderung des Differenzwinkels zwischen

beiden Rädern führt. Ist beispielsweise der Aktuator dem rechten, lenkbaren Vorderrad zugeordnet, so wird bei einer Betätigung des Aktuators unabhängig vom Fahrereingriff die Spur und/oder der Sturz des rechten Vorderrades verstellt, wobei über die Geometrie des Lenkgestänges gezielt die Spur beider Räder verstellt werden kann.

In bevorzugter Ausführung ist der Aktuator unmittelbar in das Lenkgestänge integriert und bildet einen Abschnitt des Lenkgestänges. Bei einer Verstellung des Aktuators wird die Länge des betreffenden Abschnittes im Lenkgestänge verändert, was sich in einer änderung der Radposition niederschlägt. Alternativ ist es aber auch möglich, den Aktuator nicht direkt in das Lenkgestänge zu integrieren, sondern nur am Lenkgestänge bzw. einem mit dem Lenkgestänge verbundenen Bauteil angreifen zu lassen, so dass das Lenkgestänge bei einer Betätigung des Aktuators seine Relativposition bezogen auf das Fahrwerk des Fahrzeuges ändert. Die Ausführung mit der Integration des Aktuators in das Lenkgestänge weist aber den Vorteil einer kompakten und klein bauenden Geometrie auf.

Vorteilhafterweise ist nur ein Aktuator im Lenkgestänge vorgesehen, über den in der Regel entweder das linke oder das rechte lenkbare Rad beeinflusst wird. Denkbar ist aber auch, den Aktuator in der Weise anzuordnen und mit dem Lenkgestänge zu verbinden, dass bei einer Betätigung des Aktuators eine Verstellung des Sturzes bzw. der Spur beider Räder erfolgt. Gemäß noch einer weiteren Ausführung sind insgesamt zwei Aktuatoren vorgesehen, die jeweils dem linken und rechten Rad zugeordnet sind; in dieser Ausführung ist eine unabhängige Einstellung des Sturzes und/oder der Spur von linkem und rechtem Rad möglich, da der zusätzliche Aktuator auch einen zusätzlichen Freiheitsgrad darstellt.

Als Aktuatoren kommen verschiedene Stellelemente in Betracht. Beispielsweise können Elektromotoren eingesetzt werden, von denen insbesondere Linearmotoren in bevorzugter Ausführung Verwendung finden, da bei einer Verstellung des Linearmotors eine translatorische Verschiebebewegung ausgeführt wird, die unmittelbar zu einer Längenänderung im Lenkgestänge ausgenutzt werden kann. Möglich ist aber auch der Einsatz von hydraulischen Stellgliedern oder auch von elektrisch betätigbaren Piezoelementen, wobei letztere zweckmäßigerweise zu einem Stapel zusammengefasst werden, um eine signifikante Stellbewegung erzeugen zu können.

Bevorzugt ist dem Aktuator eine Ausfallkupplung zugeordnet, um sicherzustellen, dass bei einem Ausfall des Aktuators eine starre Verbindung im Lenkgestänge vorliegt, um die Lenkbewegungen trotz des Ausfalles des Aktuators sicher übertragen zu können. Die Ausfallkupplung hat die Aufgabe einer Fail-Safe-Sicherung des Systems und wirkt als Haltebremse, die im stromlosen Zustand die Angriffspunkte des Aktuators starr verbindet. Ein unkontrolliertes Verschieben des Lenkgestänges bei einem Stromausfall wird dadurch verhindert.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in dem Fahrzeuglenksystem ein überlagerungslenkgetriebe vorgesehen, mit dem ein überlagerungslenkwinkel erzeugbar ist, der dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel überlagerbar ist. Der überlagerungslenkwinkel, der von dem überlagerungslenkgetriebe vorgegeben wird, addiert sich zu dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel zu einem Gesamtlenkwinkel. Mithilfe des überlagerungslenkgetriebes können variable Lenkübersetzungen realisiert werden, was sowohl unter Sicherheitskriterien als auch unter Komfortkriterien Vorteile bringt. Der überlagerungslenkwinkel wird hierbei insbesondere als Funktion diverser Zustands- und Betriebsgrößen des Fahrzeuges

eingestellt. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ein indirektes übersetzungsverhältnis und umgekehrt bei kleinen

Fahrzeuggeschwindigkeiten ein direkteres übersetzungsverhältnis einzustellen, beispielsweise zum Erleichtern des Einparkens. über die Kombination des aktiv einstellbaren

überlagerungslenkgetriebes (Aktivlenkung) mit dem Aktuator zur Verstellung des Sturzes bzw. der Spur am lenkbaren Fahrzeugrad lassen sich praktisch alle Funktionalitäten von so genannten 4- Corner-Modulen abdecken, da nicht nur Differenzwinkel, sondern mittels der Aktivlenkung auch absolute Winkel an den Rädern wunschgemäß eingestellt werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

Fahrzeuglenksystems, bestehend aus einem Lenkrad, einer Lenkwelle, einem Lenkgetriebe und einem Lenkgestänge, über das die lenkbaren Räder des Fahrzeuges einzustellen sind, wobei zusätzlich ein Aktuator in das Lenkgestänge integriert ist, bei dessen Betätigung der Sturz und/oder die Spur eines lenkbaren Rades eingestellt werden können,

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit einem zusätzlichen überlagerungslenkgetriebe in der Lenkwelle des Fahrzeuges zur Erzeugung eines überlagerungslenkwinkels, der dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel überlagert wird.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen .

Ausführungsformen der Erfindung

Das in Fig. 1 dargestellte Fahrzeuglenksystem 1 weist ein vom Fahrer zu betätigendes Lenkrad 2 auf, über den ein Lenkwinkel δ _L , der am Lenkrad 2 eingestellt wird, über eine fest mit dem Lenkrad 2 gekoppelte Lenkwelle 3 mithilfe eines Lenkgetriebes 4 auf ein Lenkgestänge 5 übertragen wird. Das Lenkgestänge 5 ist über ein Lager 6, das beispielhaft als dreieckförmiges Lager ausgebildet ist, mit der Radkinematik lenkbarer Vorderräder 7 verbunden. Die Betätigung des Lenkrades 2 führt zu einer Drehung der Lenkwelle, die über das Lenkgetriebe 4 in eine translatorische, in Querrichtung weisende Stellbewegung des Lenkgestänges 5 führt, welche auf die Räder 7 übertragen wird, woraufhin sich im linken Vorderrad ein Radlenkwinkel 5 _VL und im rechten Vorderrad ein Radlenkwinkel 5 _VR einstellt. Das Lenkgetriebe 4 ist zweckmäßigerweise als

Zahnstangenübersetzungsgetriebe ausgeführt, wobei grundsätzlich auch hierzu alternative Lenkgetriebe eingesetzt werden können. Dem Lenkgetriebe 4 ist üblicherweise noch ein Servomotor zugeordnet, der für eine Verstärkung des vom Fahrer erzeugten Handlenkmomentes sorgt.

In den bezogen auf die Fahrzeugvorwärtsrichtung F rechts der Lenkwelle 3 liegenden Teil des Lenkgestänges 5 ist ein Aktuator 8 integriert, der einen Bestandteil des in Querrichtung verlaufenden Lenkgestänges bildet. Dieser Aktuator 8 ist als lineares, translatorisch verstellbares Stellglied ausgeführt, bei dessen Betätigung der betreffende Abschnitt des Lenkgestänges elongiert bzw. kontrahiert wird. Diese Längenänderung führt zu einer Verstellung des Sturzes bzw. der Spur des rechten Vorderrades, zugleich ändert sich der

betreffende Differenzwinkel zwischen linkem und rechtem Vorderrad 7. Der Aktuator 8 ist wie dargestellt vollständig in das Lenkgestänge 5 integriert; gemäß einer alternativen Ausführung ist es aber auch möglich, den Aktuator 8 außerhalb des Lenkgestänges 5 anzuordnen und lediglich am Lenkgestänge oder einem mit dem Lenkgestänge verbundenen Bauteil angreifen zu lassen. Das Lenkgestänge selbst ist beispielsweise in Form eines Trapezes ausgeführt, wobei auch andere Formen in Betracht kommen, beispielsweise Lenkrechtecke, -dreicke oder -Vierecke oder sonstige Formen. Je nach Geometrie des Lenkgestänges ist entweder ausschließlich der Spurwinkel, ausschließlich der Sturzwinkel oder sowohl der Spur- und der Sturzwinkel einzustellen .

Der Aktuator 8 ist zweckmäßig als Elektromotor, insbesondere als elektrischer Linearmotor ausgebildet. Als Alternativen kommen auch hydraulische Stellzylinder oder elektrisch betätigbare Piezoelemente in Betracht, die bei Anlegen einer Spannung ihre Ausdehnung ändern. Die Stellbewegung des Aktuators 8 erfolgt als ausschließlich translatorische Bewegung in der Achse des Lenkgestänges 5, im Ausführungsbeispiel quer zur Fahrzeugvorwärtsrichtung F, wobei je nach Gestängegeometrie auch Bewegungen mit einer Komponente in Längs- und/oder Hochrichtung möglich sind.

Weiters ist es zweckmäßig, eine dem Aktuator 8 zugeordnete Ausfallkupplung vorzusehen, die bei einem Ausfall des Aktuators eine starre Verbindung im Lenkgestänge 5 sicherstellt. Bei einem Stromausfall gewährleistet die Ausfallkupplung die Lenkbarkeit im Fahrzeuglenksystem 1.

Der Aktuator 8 ist vorteilhafterweise mit einem zentralen Regel- bzw. Steuerungssystem im Fahrzeug verbunden und empfängt von diesem Stellsignale in Abhängigkeit aktueller Zustands- und

Betriebsgrößen des Fahrzeuges. Beispielsweise kann der Aktuator 8 in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit betätigt werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entspricht im Wesentlichen demjenigen nach Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, dass bei Fig. 2 ein überlagerungslenkgetriebe 9 in die Lenkwelle 3 integriert ist. Mithilfe des überlagerungslenkgetriebes 9 kann ein überlagerungslenkwinkel δ _Zü s vorgegeben werden, der dem vom Fahrer über das Lenkrad 2 eingestellten Lenkwinkel δ _L additiv zum Gesamtlenkwinkel 5 _GES überlagert wird. Das überlagerungslenkgetriebe 9 wird über einen Stellmotor 10 verstellt, der zweckmäßigerweise ebenfalls mit dem zentralen Regel- bzw. Steuerungssystem im Fahrzeug verbunden ist und in Abhängigkeit aktueller Fahrzeugzustands- und Betriebsgrößen einstellbar ist. Das überlagerungslenkgetriebe 9 stellt einen weiteren Freiheitsgrad dar, über den in das Fahrzeuglenksystem eingegriffen werden kann. Gemeinsam mit dem Aktuator 8 im Lenkgestänge 5 bestehen somit zwei voneinander unabhängige Eingriffsmöglichkeiten im Lenksystem 1.