DE102009035309A1

DE102009035309A1 - Lenkgetriebe

Info

Publication number: DE102009035309A1
Application number: DE200910035309
Authority: DE
Inventors: Christian Milwisch
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Es wird ein Lenkgetriebe mit elektrischer Lenkmomentunterstützung beschrieben. Das Lenkgetriebe umfasst einen Gewindetrieb, der eine Umlaufmutter und eine in der Umlaufmutter laufende Gewindespindel umfasst, die durch Verdrehen der Umlaufmutter entlang einer Spindellängsachse axial verschiebbar ist, eine Lenkmomentunterstützungseinheit und ein Umlaufgetriebe mit zumindest einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang. Der erste Eingang ist mit einer Lenksäule antriebswirksam verbunden oder verbindbar, der zweite Eingang ist mit der Lenkmomentunterstützungseinheit antriebswirksam verbunden und der Ausgang ist mit der Umlaufmutter antriebswirksam verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe mit elektrischer Lenkmomentunterstützung umfassend einen Gewindetrieb, der eine Umlaufmutter und eine in der Umlaufmutter laufende Gewindespindel umfasst, die durch Verdrehen der Umlaufmutter entlang einer Spindellängsachse axial verschiebbar ist, eine Lenkmomentunterstützungseinheit und ein Umlaufgetriebe mit zumindest einem ersten und einem zweiten Eingang sowie einem Ausgang.
Das erfindungsgemäße System baut auf einer elektrisch angetriebenen Zahnstangenlenkung auf. Bekannte am Markt befindliche Lenksysteme dieser Art bestehen aus einem, auch aus hydraulischen Lenkungen bekannten Ritzel-Zahnstangen Getriebe und einer zusätzlichen Motor-Getriebeeinheit zur entsprechenden Lenkmomentunterstützung (EPS-Funktion = Electric Power Steering). Weiterhin sind auch Systeme mit Gewindetrieb zur Umwandlung der Drehbewegung einer Lenksäule in eine Hubbewegung der Zahnstange bekannt.
Wird über die Momentenunterstützung hinaus auch eine Winkelüberlagerung (EAFS-Funktion = Electric Active Front Steering) gewünscht, umfassen bestehende Systeme meist zusätzlich zum eigentlichen Lenkgetriebe eine separierten Motor-Getriebe Einheit.
Bauraum, Gewicht und Kosten von bekannten EPS-Lenksystemen, insbesondere von solchen mit EAFS-Funktion sind daher oftmals relativ groß bzw. hoch.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art anzugeben, das einen einfachen Aufbau besitzt, kostengünstig herstellbar ist und nur einen geringen Bauraum benötigt.
Ausgehend von einem Lenkgetriebe der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Eingang mit einer Lenksäule antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist, dass der zweite Eingang mit der Lenkmomentunterstützungseinheit antriebswirksam verbunden ist und dass der Ausgang mit der Umlaufmutter antriebswirksam verbunden ist.
Bereits bei einer Ausführung ohne EAFS-Funktion wird bei dem erfindungsgemäßen Lenkgetriebe auf die Verwendung von zwei parallelen Getrieben (Ritzel-Zahnstange und Gewindetrieb) verzichtet, so dass die bei den bekannten Systemen erforderliche Zahnstangenverzahnung samt Antriebsritzel vollständig entfallen kann.
Bei der erweiterten Ausführung der Erfindung (EPS- und EAFS-Funktion) wird durch Implementierung nur eines zusätzlichen Motors bei geringen Anpassungen, die Winkelüberlagerung direkt im eigentlichen Lenkgetriebe ermöglicht. Es ist also im Gegensatz zu den bekannten Systemen nur eine Getriebeeinheit für EPS- und EAFS-Funktion in einem gemeinsamen Lenkgetriebe nötig, wobei durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Ein- und Ausgänge des Umlaufgetriebes die Komplexität gegenüber bekannten Systemen deutlich verringert werden kann. Durch diese Reduktion von Komplexität können Bauraum, Gewicht und Kosten von bekannten EPS Lenksystemen, insbesondere von solchen mit EAFS-Funktion verringert werden. Dabei bleiben bei der erfindungsgemäßen elektromechanischen Hilfskraftlenkung die funktionalen Eigenschaften bekannter System (Dynamikanforderungen, max. Spurstangenkräfte, etc.) erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe und
2 das Lenkgetriebe nach 1 mit eingezeichneten Lastpfaden.
1 zeigt ein Lenkgetriebe 1, das einen Gewindetrieb 2, eine Lenkmomentunterstützungseinheit 3 sowie eine Lenkwinkelstelleinheit 4 umfasst. Der Gewindetrieb 2 umfasst eine in einer Kugelumlaufmutter 5 laufende Kugelumlaufspindel 6, die durch Verdrehen der Kugelumlaufmutter 5 gemäß einem Pfeil 7 in axialer Richtung verschoben wird. An den beiden Enden der Kugelumlaufspindel 6 ist je eine Spurstange 8 angelenkt, so dass beim Verschieben der Kugelumlaufspindel 6 an die Spurstangen 8 angelenkte Räder 9 verschwenkt werden.
Zum Antreiben der Kugelumlaufspindel 6 ist ein Lenkrad 10 über eine Lenksäule 11 an einer Lenkgelenkwelle 12 angelenkt, an deren Ende ein Kegelrad 13 drehfest angeordnet ist. An der Lenksäule 11 ist ein Drehmomentsensor 14 vorgesehen, mit dem das auf die Lenksäule 11 wirkende Drehmoment erfasst wird.
Das Lenkrad 10, die Lenkmomentunterstützungseinheit 3 sowie die Lenkwinkelstelleinheit 4 sind jeweils mit Eingängen 15, 16, 17 eines gemeinsamen, koaxial zu der Kugelumlaufspindel 6 angeordneten Planetengetriebes 28 verbunden, während der Ausgang 18 des Planetengetriebes 28 mit der Kugelumlaufmutter 5 verbunden ist.
Der erste Eingang 15 des Planetengetriebes 28 wird durch ein erstes Hohlrad 19 gebildet das eine mit dem Kegelrad 13 in Eingriff stehende Außenverzahnung aufweist. Diese bildet zusammen mit dem Kegelrad 13 einen als Kegelradtrieb 20 ausgebildeten Primärtrieb des Lenkgetriebes 1. Um eine spielfreie Übertragung zu erreichen, ist der Kegelradtrieb 20 mechanisch vorgespannt.
Das erste Hohlrad 19 ist mit einem ersten Planetenradabschnitt 21 eines Planetenrades 22 in Eingriff, das drehbar an einem Planetenradträger 23 gelagert ist. Das Planetenrad 22 umfasst einen zweiten Planetenradabschnitt 24, der drehfest, z. B. einstückig, mit dem ersten Planetenradabschnitt 21 ausgebildet ist. Bevorzugt besitzt der zweite Planetenradabschnitt 24 einen größeren Durchmesser mit einer größeren Zähnezahl als der erste Planetenradabschnitt 21.
Der Planetenradträger 23 ist drehfest mit der Kugelumlaufmutter 5 verbunden, so dass eine Drehbewegung des Lenkrads 10 über das Kegelradtrieb 20, das erste Hohlrad 19, das Planetenrad 22 und den Planetenradträger 23 auf die Kugelumlaufmutter 5 übertragen wird.
Der zweite Planetenradabschnitt 24 kämmt zum einem mit einem Sonnenrad 25 und zum anderen mit einem zweiten Hohlrad 26. Das Sonnenrad 25 bildet den zweiten Eingang 16 des Planetengetriebes 28 und ist drehfest mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 27 eines Elektromotors 29 verbunden, der koaxial zur Kugelumlaufspindel angeordnet ist. Der Elektromotor 29 ist Teil der Lenkmomentunterstützungseinheit 3 und wird in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Drehmomentsensors 14 durch eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert.
Das zweite Hohlrad 26 bildet den dritten Eingang 17 des Planetengetriebes 28 und ist über eine Außenverzahnung mit einem Antriebsritzel 30 eines Elektromotors 31 in Eingriff, der die Lenkwinkelstelleinheit 4 bildet und je nach Fahrsituation durch eine entsprechende nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert wird.
Durch den Elektromotor 29 kann über das Sonnenrad 25, das Planetenrad 22 und den Planetenradträger 23, zusätzlich zu dem über das Lenkrad 10 aufgebrachte Drehmoment, ein unterstützendes Drehmoment auf die Kugelumlaufmutter 5 übertragen werden. Bei still stehendem Elektromotor 31 besteht dabei eine feste Übersetzung zwischen dem Lenkrad 10 und der Kugelumlaufmutter 5. Bei Aktivierung des Elektromotors 31 wird diese feste Übersetzung aufgebrochen und es erfolgt über das zweite Hohlrad 26, das Planetenrad 22 und den Planetenradträger 23 eine Lenkwinkelüberlagerung, so dass sich der Drehwinkel der Kugelumlaufmutter, je nach Drehrichtung des Elektromotors 31, bei gleich bleibendem Drehwinkel des Lenkrades 10 vergrößert oder verkleinert, da das Planetengetriebe 28 als Summiergetriebe bzw. Planetendifferenzgetriebe wirkt.
In 2 sind die Lastpfade des Systems eingezeichnet. Bei vollständigem Entfall eines konventionellen Ritzel-Zahnstangen-Primärtriebes verläuft der erste Lastpfad 32 vom Lenkrad 10 kommend über den Kegelradtrieb 20, den Eintrieb über das erste Hohlrad 19 und den Abtrieb über den Planetenradträger 23 auf den Gewindetrieb 2 zur Umwandlung der Drehbewegung in eine Hubbewegung der Kugelumlaufspindel. Diese leitet in weiterer Folge die Bewegung und Kräfte über die Spurstangen 8 an die Räder 9 weiter. Der zweite Lastpfad 33 zur eigentlichen Momentenunterstützung (EPS-Funktion) verläuft vom Hohlwellenmotor (Elektromotor 29) kommend über das Sonnenrad 25 in das Planetenrad 22 eintreibend und wiederum über den Planetenradträger 23 auf den Gewindetrieb 2. Die optionale Winkelüberlagerung (EAFS-Funktion) wird durch einen dritten Lastpfad 34 erreicht, der ausgehend von dem Elektromotor 31 über das zweite Hohlrad 26 des bereits für die EPS-Funktion verwendeten Differentialplanetengetriebes 28 verläuft und, mit Abstützung über das erste Hohlrad 19 und den Kegelradtrieb 20 an dem Lenkrad 10, letztlich eine Lenkwinkelvergrößerung oder -verkleinerung an der Kugelumlaufmutter 5 bewirkt.

Claims

Lenkgetriebe mit elektrischer Lenkmomentunterstützung umfassend – einen Gewindetrieb (2), der eine Umlaufmutter (5) und eine in der Umlaufmutter (5) laufende Gewindespindel (6) umfasst, die durch Verdrehen der Umlaufmutter (5) entlang einer Spindellängsachse axial verschiebbar ist, – eine Lenkmomentunterstützungseinheit (3) und – ein Umlaufgetriebe (28) mit zumindest einem ersten (15) und einem zweiten (16) Eingang sowie einem Ausgang (18), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (15) mit einer Lenksäule (11) antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist, dass der zweite Eingang (16) mit der Lenkmomentunterstützungseinheit (3) antriebswirksam verbunden ist und dass der Ausgang (18) mit der Umlaufmutter (5) antriebswirksam verbunden ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkmomentunterstützungseinheit (3) konzentrisch zu der Gewindespindel (6) angeordnet ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkmomentunterstützungseinheit (3) einen Elektromotor (29) umfasst.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgetriebe (28) einen dritten Eingang (17) umfasst und dass der dritte Eingang (17) mit einer Lenkwinkelstelleinheit (4) antriebswirksam verbunden ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkwinkelstelleinheit (4) einen Elektromotor (31) umfasst.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenksäule (11) über ein insbesondere vorgespanntes Getriebeelement, insbesondere ein Kegelrad (13), mit dem ersten Eingang (15) verbunden ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindetrieb (2) als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist.
Lenkgetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlaufgetriebe als Planetengetriebe (28) ausgebildet ist.
Lenkgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (28) ein erstes Hohlrad (19), zumindest ein an einem Planetenradträger (23) gelagertes Planetenrad (22) und ein Sonnenrad (25) umfasst, wobei das Planetenrad (22) sowohl mit dem ersten Hohlrad (19) als auch mit dem Sonnenrad (25) kämmt und das erste Hohlrad (19) den ersten Eingang (15), das Sonnenrad (25) den zweiten Eingang (16) und der Planetenradträger (23) den Ausgang (18) des Planetengetriebes (28) bildet.
Lenkgetriebe nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Planentenrad (22) als Doppelplanetenrad mit zwei Planetenradabschnitten (21, 24) mit insbesondere unterschiedlichen Verzahnungen ausgebildet ist, dass das erste Hohlrad (19) mit dem ersten Planetenradabschnitt (21) kämmt, dass ein zweites Hohlrad (26) vorgesehen ist, das mit dem zweiten Planetenradabschnitt (24) kämmt, und dass das zweite Hohlrad (26) den dritten Eingang (17) des Planetengetriebes (28) bildet.