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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug weiterzuentwickeln, wobei insbesondere eine Lenkkinematik der Lenkvorrichtung verbessert werden soll.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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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 einem jeweiligen Umlenkhebel gelenkig verbunden ist, wobei der jeweilige Umlenkhebel eine jeweilige Führungsbahn zur Aufnahme und Führung zumindest eines distalen Endabschnitts der Schubstange aufweist, wobei ferner der jeweilige Umlenkhebel mit einer jeweiligen Spurstange gelenkig verbunden ist, und wobei die jeweilige Spurstange mit einem jeweiligen Spurhebel gelenkig verbunden ist, wobei der jeweilige Spurhebel mit einem jeweiligen Radträger wirkverbunden ist, um ein jeweiliges Rad einer Fahrzeugachse nach Maßgabe einer Axialbewegung der Schubstange zu lenken, und wobei der jeweilige Umlenkhebel dazu vorgesehen ist, ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Schubstange und der jeweiligen Spurstange zu ändern, um die Axialkraft am Aktuator zu senken.
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Mit anderen Worten erfolgt am jeweiligen Umlenkhebel 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.
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Ferner bietet die erfindungsgemäße Lösung eine größere Gestaltungsfreiheit durch die Auswahl der jeweiligen Übersetzung. Insbesondere kann dadurch auch ein Lenkwinkelfehler gesenkt werden.
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Unter einer gelenkigen Verbindung ist zu verstehen, dass zwei gelenkig miteinander verbundene Bauteile, beispielsweise die Koppelstange und die Spurstange, beweglich miteinander verbunden sind und wenigstens ein Freiheitsgrad aufweisen. Insbesondere sind die jeweilige Koppelstange 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.
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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.
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Die jeweilige Führungsbahn ist zur Aufnahme und Führung des jeweiligen distalen Endabschnitts der Schubstange vorgesehen. Mithin ist die Schubstange axial zwischen den beiden Umlenkhebel in der jeweiligen Führungsbahn am jeweiligen Umlenkhebel beweglich aufgenommen. Insbesondere ist die Führungsbahn nutförmig im jeweiligen Umlenkhebel ausgebildet. Vorzugsweise ist die jeweilige Führungsbahn durch Fräsen ausgebildet. Ferner bevorzugt erstreckt sich die jeweilige Führungsbahn im Wesentlichen über die Gesamtlänge des Umlenkhebels.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Führungsbahn am jeweiligen Umlenkhebel linear ausgebildet. Dadurch erfolgt bei einer axialen Verschiebung der Schubstange lediglich eine lineare Bewegung des jeweiligen Umlenkhebels gemäß der jeweiligen linearen Führungsbahn.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Führungsbahn am jeweiligen Umlenkhebel gekrümmt ausgebildet. Dadurch erfolgt bei einer axialen Verschiebung der Schubstange eine bogenförmige Bewegung des jeweiligen Umlenkhebels gemäß der jeweiligen gekrümmten Führungsbahn.
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Ferner ermöglicht die gekrümmte Ausbildung der jeweiligen Führungsbahn 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.
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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 der jeweiligen Führungsbahn am jeweiligen Umlenkhebel gezielt eingestellt werden. Mithin nimmt die Gestaltung der jeweiligen Führungsbahn direkten Einfluss auf die Lenkbewegung des jeweiligen Rades.
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Bevorzugt ist der jeweilige Umlenkhebel zumindest teilweise festgelegt, wobei der jeweilige Umlenkhebel ein Scharniergelenk zur Realisierung einer Schwenkbewegung aufweist. Das Scharniergelenk weist einen einzigen Freiheitsgrad auf und ermöglicht somit eine Drehung um den festgelegten Punkt in einem begrenzten Winkelbereich. Aufgrund des Scharniergelenks nimmt der Aktuator keinen Einfluss auf die Spurveränderung beim Einfedern des jeweiligen Rades. Denn das Scharniergelenk lässt lediglich eine Drehbewegung um den festgelegten Punkt zu. Ferner ist es auch denkbar den jeweiligen Umlenkhebel über ein jeweiliges Gelenk festzulegen, dass zumindest zwei Freiheitsgrade aufweist. Ein Beispiel dafür ist ein Kreuzgelenk.
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Insbesondere ist der Umlenkhebel rahmenfest, lenkerfest oder radträgerfest ausgebildet. Somit kann der jeweilige Umlenkhebel, bzw. zumindest ein Teilabschnitt des jeweiligen Umlenkhebels gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel fest an einem jeweiligen Rahmenbauteil des Fahrzeugs festgelegt werden. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann der jeweilige Umlenkhebel, bzw. zumindest ein Teilabschnitt des jeweiligen Umlenkhebels, fest an einem jeweiligen Lenker des Fahrzeugs festgelegt sein. Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel kann der jeweilige Umlenkhebel, bzw. zumindest ein Teilabschnitt des jeweiligen Umlenkhebels, fest an einem jeweiligen Radträger des Fahrzeugs festgelegt sein. Eine Schwenkbewegung des jeweiligen Umlenkhebels wird stets ermöglicht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine stark vereinfachte schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung, und
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2 eine schematische Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung gemäß 1.
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Gemäß den 1 und 2 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 Eingangswelle 11 über die Lenkvorrichtung zumindest teilweise um eine jeweilige Lenkachse 15a, 15b gedreht.
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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 einem jeweiligen Umlenkhebel 3a, 3b gelenkig verbunden, wobei der jeweilige Umlenkhebel 3a, 3b eine jeweilige Führungsbahn 4a, 4b zur Aufnahme und Führung des distalen Endabschnitts der Schubstange 2 aufweist. Insbesondere ist die jeweilige Führungsbahn 4a, 4b am jeweiligen Umlenkhebel 3a, 3b gekrümmt ausgebildet. Durch die gekrümmte Ausbildung der jeweiligen Führungsbahn 4a, 4b, wird ein Lenkfehler minimiert, wobei damit verbunden auch der Reifenverschleiß und der Rollwiderstand des Fahrzeugs gesenkt werden.
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Der jeweilige Umlenkhebel 3a, 3b ist zumindest teilweise rahmenfest angeordnet und somit zumindest teilweise beweglich, insbesondere schwenkbar an einem Rahmen 13 des Fahrzeugs festgelegt. Des Weiteren weist der jeweilige Umlenkhebel 3a, 3b ein Scharniergelenk 10a, 10b auf, wobei das jeweilige Scharniergelenk 10a, 10b eine Drehbewegung des jeweiligen Umlenkhebels 3a, 3b am Rahmen 13 ermöglicht. Ferner ist der jeweilige Umlenkhebel 3a, 3b über ein jeweiliges Kugelgelenk 12a, 12b mit einer jeweiligen Spurstange 5a, 5b gelenkig verbunden. Der jeweilige Umlenkhebel 3a, 3b ist dazu vorgesehen, ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Schubstange 2 und der jeweiligen Spurstange 5a, 5b zu ändern, um die Axialkraft am Aktuator 1 zu senken. Insbesondere generiert der jeweilige Umlenkhebel 3a, 3b ein ebenes, im Wesentlichen über einen gesamten Lenkwinkel konstantes Übersetzungsverhältnis zwischen der Schubstange 2 und der jeweiligen Spurstange 5a, 5b. Die Lenkkinematik der Lenkvorrichtung wird erheblich verbessert. Die jeweilige Spurstange 5a, 5b ist mit einem jeweiligen Spurhebel 6a, 6b gelenkig verbunden, wobei auch zwischen der jeweilige Spurstange 5a, 5b und dem jeweiligen Spurhebel 6a, 6b ein jeweiliges Kugelgelenk 12c, 12d angeordnet ist. Der jeweilige Spurhebel 6a, 6b wirkt mit einem jeweiligen Radträger 7a, 7b zusammen, um das jeweilige Rad 8a, 8b der Fahrzeugachse 9 nach Maßgabe der Axialbewegung der Schubstange 2 zu lenken.
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2 zeigt eine Perspektivdarstellung der in 1 dargestellten Lenkvorrichtung, wobei aus 2 insbesondere hervorgeht, dass das jeweilige Rad 8a, 8b gemäß der Einzelradaufhängung am Fahrzeug aufgenommen und über eine jeweilige obere Lenkerebene 14a, 14a‘ und eine jeweilige untere Lenkerebene 14b, 14b‘ mit dem Fahrzeug verbunden ist. Zur Bildung eines jeweiligen Federbeins ist neben dem jeweiligen Radträger 7a, 7b auch ein jeweiliger Stoßdämpfer 16a, 16b und eine jeweilige Feder 17a, 17b vorgesehen, wobei der jeweilige Radträger 7a, 7b, der jeweilige Stoßdämpfer 16a, 16b und die jeweilige Feder 17a, 17b miteinander wirkverbunden sind.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 2
- Schubstange
- 3a, 3b
- Umlenkhebel
- 4a, 4b
- Führungsbahn
- 5a, 5b
- Spurstange
- 6a, 6b
- Spurhebel
- 7a, 7b
- Radträger
- 8a, 8b
- Rad
- 9
- Fahrzeugachse
- 10a, 10b
- Scharniergelenk
- 11
- Eingangswelle
- 12a–12d
- Kugelgelenk
- 13
- Rahmen
- 14a, 14a‘
- obere Lenkerebene
- 14b, 14b‘
- untere Lenkerebene
- 15a, 15b
- Lenkachse
- 16a, 16b
- Stoßdämpfer
- 17a, 17b
- Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006052252 A1 [0004]
