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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Lenksystem für ein Leichtkraftfahrzeug mit einem Lenkrad, einem Force-Feedback-Aktuator und einem Radaktuator-System, wobei das Radaktuator-System einen Elektromotor, eine Steuerung und ein Lenkgetriebe aufweist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein mit einem solchen elektronischen Lenksystem ausgestattetes Leichtkraftfahrzeug.
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Es handelt sich also um ein Lenksystem, das speziell für den Einsatz in der Fahrzeugklasse der Leichtkraftfahrzeuge ausgelegt ist. Unter einem Leichtkraftfahrzeug ist hier ein motorisiertes Fahrzeug, sprich Kraftfahrzeug, und insbesondere ein zum Transport von Personen geeignetes Fahrzeug, zu verstehen, das leichter als ein klassischer Personenkraftwagen (PKW) ist. Da es international unterschiedliche amtliche Definitionen von Leichtkraftfahrzeugen gibt, soll hier unter einem Leichtkraftfahrzeug ein Fahrzeug mit wenigstens drei Rädern verstanden werden, das ein Leergewicht von weniger als 600 kg, bevorzugt weniger als 425 kg und im besten Fall sogar weniger als 350 kg, hat.
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Dabei wird zwischen dreierlei Lenksystemen für Kraftfahrzeuge unterschieden. Als mechanisches Lenksystem ist eine klassische mechanische Lenkung ohne jede weitere Unterstützung, sei es elektrisch oder hydraulisch, zu verstehen. Als elektronisches Lenksystem ist eine Lenkung zu verstehen, welcher ein rein elektrisches bzw. elektronisches Übertragungssystem zugrunde liegt, bei der also keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkgestänge im Fahrwerk besteht. Solche Systeme sind auch als Fremdkraftlenkungen bekannt. Als elektromechanisches Lenksystem hingegen ist eine Lenkung zu verstehen, bei der die Lenkkraft eines mechanischen Lenksystems durch einen elektronisch angesteuerten Elektro- oder Hydraulik-Motor unterstützt wird.
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Elektronische Lenksysteme, auch Steer-by-Wire-Lenksysteme genannt, sind für PKWs grundsätzlich bereits bekannt. Derartige Lenksysteme weisen keine Zwischenwelle auf, welche die Lenkeinschläge des Fahrers am Lenkrad an ein Lenkgestänge und damit die zu lenkenden Räder des Fahrzeugs überträgt. Es besteht also keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Fahrzeuglenkung. Die Lenkbefehle des Fahrers werden hingegen auf elektrischem Wege, beispielsweise durch ein Bus-System, an ein Radaktuator-System des Fahrzeugs übertragen. Dieses Radaktuator-System weist dabei eine Steuerung, einen Elektromotor und ein Lenkgetriebe auf, um die beispielsweise von einem Drehwinkelsensor am Lenkrad aufgenommenen Lenkbefehle an die Fahrzeuglenkung zu übertragen. Außerdem weisen derartige Lenksysteme regelmäßig einen Force-Feedback-Aktuator auf, welcher Kräfte auf das Lenkrad auswirkt, um Rückstellkräfte der Räder sowie Kräfte und Momente, die von der Fahrbahn auf die Achse des Fahrzeugs wirken, zu simulieren und so dem Fahrer das gewohnte Lenkgefühl zu vermitteln. Ein beispielhaftes, bekanntes Steer-by-Wire-Lenksystem ist in 1 abgebildet.
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Um die hohen Sicherheitsanforderungen für eine Zulassung im Straßenverkehr zu erfüllen, müssen elektronische Lenksysteme redundant ausgelegt sein. Das bedeutet, dass die Elektronik für Motor und Steuerung aber auch die Sensorik wenigstens doppelt vorhanden sein müssen, um einen möglichen Ausfall oder eine etwaige Fehlfunktion einzelner Komponenten abzusichern.
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Bei bekannten Leichtkraftfahrzeugen kommen in der Regel nur mechanische Lenksysteme ohne Lenkunterstützung zum Einsatz. So sind die mechanischen Lenkungen für die relativ geringen Lenkkräfte im Normalfall vollkommen ausreichend. Auch sind diese günstiger als die oben beschriebenen elektronischen oder elektromechanischen Lenksysteme.
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Im Rahmen moderner Mobilitätskonzepte spielen aber Assistenz- oder (teil-)autonome Fahrsysteme eine immer größere Rolle. Gleichzeitig besteht aufgrund immer dichter besiedelter Städte und dem allgemeinen Trend zu Nachhaltigkeit und Umweltbewusstsein gerade für den alltäglichen innerstädtischen Gebrauch ein Bedarf an Leichtkraftfahrzeugen, welche gegenüber herkömmlichen PKWs platzsparender und ressourcenschonender sind. Für moderne Assistenzoder (teil-)autonome Fahrsysteme wiederum muss das Lenksystem eines Fahrzeugs elektronisch ansteuerbar sein, was für die oben genannten Lenksysteme nur bei elektronischen und elektromechanischen Lenksystemen der Fall ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Lenksystem für ein Leichtkraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, das eine einfache und kostengünstige Elektrifizierung der Lenkung eines Leichtkraftfahrzeugs ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem gattungsgemäßen elektronischen Lenksystem, bei dem das Lenkgetriebe erfindungsgemäß als einstufiges Getriebe ausgebildet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass es sehr wohl möglich ist, elektronische Lenksysteme auch für ein Leichtkraftfahrzeug wirtschaftlich nutzbar zu machen. Insbesondere mit Blick auf eine erhöhte Flexibilität in der Bauraumgestaltung und ihre kompaktere Bauweise sind elektronische Lenksysteme auch besser für die Nutzung in bauraumsensiblen Leichtkraftfahrzeugen geeignet als elektromechanische Lenksysteme. Elektromechanische Lenksysteme benötigen eine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Radaktuator-System, wodurch nicht nur mehr Bauraum benötigt wird, sondern auch durch die vorhandenen mechanischen Zwangsbedingungen eine geringere Flexibilität in der räumlichen Anordnung der einzelnen Komponenten gegeben ist. Erfindungsgemäß ist es also wichtig, dass das elektronische Lenksystem in seinem mechanischen Teil möglichst einfach aufgebaut ist. Dabei können überraschenderweise Lehren aus dem Bau von schweren PKW oder gar nochmals deutlich schwereren Lastkraftwagen (LKW) auf den Bau von Leichtkraftfahrzeugen übertragen werden. Denn obwohl die bei Leichtkraftfahrzeugen herrschenden Achslasten und Lenkkräfte wesentlich geringer und damit völlig andere sind als bei klassischen PKWs oder LKW, zeigt sich, dass gerade die in LKW-Lenksystemen verwendeten Lenkgetriebe überraschenderweise der Ansatz sind, um ein besonders einfach aufgebautes und damit auch für Leichtkraftfahrzeuge wirtschaftliches elektronisches Lenksystem zu schaffen. So hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass insbesondere das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors zum Aufbringen der notwendigen Lenkkräfte nicht, wie bisher üblich, durch ein zweistufiges Lenkgetriebe verstärkt werden muss, sondern dass ein einstufiges Lenkgetriebe für die Anforderungen von Leichtkraftfahrzeugen vollkommen ausreicht, ohne einen stärkeren und damit größeren und teureren Elektromotor verwenden zu müssen. Der Einsatz eines einstufigen Lenkgetriebes ermöglicht aber erst eine gegenüber bekannten elektronischen Lenksystemen strukturelle Vereinfachung und Kostenersparnis, so dass ein wirtschaftlich sinnvoller Einsatz eines elektronischen Lenksystems in Leichtkraftfahrzeugen überhaupt erfolgen kann.
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Weiterbildend weist das elektronische Lenksystem ein insbesondere als Schwenkscheibe ausgestaltetes im Wesentlichen ebenes Schwenkmittel auf, das drehfest an eine Ausgangswelle des Lenkgetriebes gekoppelt ist, sowie wenigstens eine erste Spurstange, die gelenkig an das Schwenkmittelgekoppelt ist. Unter einem Schwenkmittel kann jedwedes zum Übertragen einer Schwenkkraft geeignete Mittel verstanden werden, wie etwa eine Schwenkscheibe oder auch ein Schwenkhebel, der eine primär längliche Struktur hat. Somit ist eine einfache Konstruktion zur Übertragung einer Lenkbewegung an ein Lenkgestänge und damit an die zu lenkenden Räder des Leichtkraftfahrzeugs bereitgestellt. Insbesondere die Verwendung von Schwenkscheiben in Lenksystemen ist bisher vor allem aus Nutzfahrzeuglenkungen bekannt, welche aufgrund der wesentlich höheren Achslasten und Lenkkräfte natürlich wesentlich robuster, also größer und schwerer, dimensioniert sind.
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Vorteilhafterweise ist eine Schwenkachse des Schwenkmittels in Längsrichtung des Leichtkraftfahrzeugs ausgerichtet. Insbesondere ist die Längsrichtung des Leichtkraftfahrzeugs die Fahrtrichtung des Leichtkraftfahrzeugs, in der sich das Fahrzeug geradeaus - sprich ohne einen Einschlag der Lenkung - bewegt. Anders ausgedrückt findet die Schwenkbewegung des Schwenkmittels in einer Schwenkebene vertikal zur Fahrzeuglängsachse statt und kann direkt in eine laterale Bewegung der ersten Spurstange übertragen werden, welche so auf einfache Weise eine Lenkbewegung der Räder des Leichtkraftfahrzeugs bewirken kann.
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Auch kann es vorteilhaft sein, wenn eine Schwenkachse des Schenkmittels in vertikaler Richtung des Leichtkraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Unter vertikaler Richtung des Leichtkraftfahrzeugs soll hier jene Richtung verstanden werden, die sich senkrecht zu einer von der Fahrzeuglängsachse und der orthogonal dazu verlaufenden Fahrzeugquerachse aufgespannten Ebene erstreckt.. Diese Ausrichtung ermöglicht es, dass die Schwenkbewegung des Schwenkmittels direkt in eine laterale Bewegung der ersten Spurstange übertragen wird, welche so auf einfache Weise eine Lenkbewegung der Räder des Leichtkraftfahrzeugs bewirken kann.
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Ferner ist es sinnvoll, wenn das elektronische Lenksystem eine erste Radaufhängung, eine zweite Radaufhängung und eine Lenkübertragungsstange aufweist, wobei die erste Spurstange zur Übertragung einer Lenkbewegung mit der ersten Radaufhängung verbunden ist und wobei die Lenkübertragungsstange so mit der ersten und der zweiten Radaufhängung verbunden ist, dass eine Lenkbewegung von der ersten auf die zweite Radaufhängung übertragen wird. Dadurch ist ein kostengünstiges und zuverlässiges Lenkgestänge mit einer Spurstange bereitgestellt, welches die Lenkkraft auf zwei Räder überträgt.
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Vorteilhafterweise weist das elektronische Lenksystem eine zweite Spurstange, eine erste Radaufhängung sowie eine zweite Radaufhängung auf, wobei die zweite Spurstange gelenkig mit dem Schwenkmittel gekoppelt ist und wobei die erste Spurstange zur Übertragung einer Lenkbewegung mit der ersten Radaufhängung verbunden ist und die zweite Spurstange zur Übertragung einer Lenkbewegung mit der zweiten Radaufhängung verbunden ist. Damit ist ein weiteres kostengünstiges und zuverlässiges Lenkgestänge aufgezeigt.
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Weiterbildend ist das Lenkgetriebe in einer Getriebeebene angeordnet, die sich parallel zur Schwenkebene des Schwenkmittels erstreckt. Insbesondere sind die Getriebeebene und die Schwenkebene nahe beieinander angeordnet. Das bedeutet, dass das Lenkgetriebe und das Schwenkmittel in funktionaler Nähe zueinander angeordnet sind und gleichzeitig die räumliche Anordnung des Lenkgetriebes in der Getriebeebene beliebig verändert werden kann solange die Ausgangswelle des Lenkgetriebes in funktionierender Weise mit der Schwenkscheibe verbunden ist. Dies ermöglicht eine große Flexibilität bei der Anordnung des Lenkgetriebes und in der Folge eine optimale Ausnutzung des bei Leichtkraftfahrzeugen grundsätzlich knappen Bauraumes.
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Ferner ist es sinnvoll, wenn der Elektromotor und/ oder die Steuerung in Längsrichtung des Leichtkraftfahrzeugs vor, hinter oder in der Getriebeebene angeordnet sind. Dadurch ist eine noch größere Flexibilität bei der Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraumes gewährleistet.
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Weiterbildend ist das Lenkgetriebe als Schneckengetriebe mit einer Schneckenwelle und einem mit der Schneckenwelle im Eingriff stehenden Schneckenrad ausgebildet, wobei das Schneckenrad drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt ist und die Rotation der Ausgangswelle bewirkt. Insbesondere überträgt die Schneckenwelle die Rotation des Elektromotors auf das Schneckenrad, welches wiederum durch die drehfeste Kopplung mit der Ausgangswelle die Ausgangswelle dreht. Dies hat sich als eine kostengünstige und zuverlässige Form eines einstufigen Lenkgetriebes herausgestellt. Es ist aber natürlich auch der Einsatz von allen möglichen anderen Formen von einstufigen Getrieben für die vorliegende Erfindung denkbar.
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Ferner ist es sinnvoll, wenn das Schneckenrad als Schneckenradsegment ausgebildet ist und im Lenkgetriebe wenigstens ein Anschlagelement vorgesehen ist, das die Rotation des Schneckenradsegments begrenzt. Insbesondere ist auf jeder Seite in Umfangsrichtung des Schneckenradsegments ein Anschlagelement vorgesehen. Durch die Verwendung eines Schneckenradsegments lassen sich Gewicht und Platz einsparen. Die Anschlagelemente stellen sicher, dass das Schneckenradsegment im Eingriff mit der Schneckenwelle bleibt.
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Vorteilhafterweise ist die Steuerung so ausgebildet, dass sie eine variable Übersetzung des Lenkradeinschlags zur Lenkbewegung realisieren kann, wobei insbesondere in einem Lenkbereich der sich nahe um die die Geradeausstellung des Lenkrads erstreckt Lenkradeinschläge weniger große Radeinschläge bewirken als Lenkradeinschläge in einem von der Geradeausstellung entfernten Lenkbereich. Mit einer derartigen Steuerung kann ein aufwändigeres Lenkgetriebe mit einer variablen Übersetzung entfallen und gleichzeitig die entsprechende Funktionalität erhalten bleiben, was eine kostengünstige Lösung bei gleichbleibendem Komfort für den Nutzer ermöglicht.
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Ferner gelingt die Lösung der Aufgabe mit einem Leichtkraftfahrzeug, welches ein oben beschriebenes elektronisches Lenksystem aufweist. Ein Vorteil eines so ausgestatteten Leichtkraftfahrzeugs besteht darin, dass die räumliche Anordnung des Lenkrads auf der einen Seite und des Radaktuator-Systems auf der anderen Seite nicht durch mechanische Zwangsbedingungen eingeschränkt ist, wie dies beispielsweise bei einem elektromechanischen Lenksystem der Fall ist. Dies ermöglicht einen hohen Grad an gestalterischer Freiheit bei der Konstruktion des Fahrzeugs, so dass der begrenzte Bauraum in einem erfindungsgemäßen Leichtkraftfahrzeug deutlich besser als bislang üblich nutzbar ist. Durch den Wegfall der bisher benötigten mechanischen Verbindung zwischen Radaktuator-System und Lenkrad wird ein zusätzlicher Raumgewinn erzielt, der gegenüber herkömmlichen Lenksystemen bei Leichtfahrzeugen besonders vorteilhaft ist. Die hohe Variabilität bei der räumlichen Anordnung der einzelnen Komponenten des Radaktuator-Systems im Bereich der Vorderachse erhöht die Effizienz in der Bauraumnutzung und ermöglicht so einen signifikanten Gewinn für den Nutzer.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigen schematisch:
- 1 eine beispielhafte Darstellung eines bekannten elektronischen Lenksystems;
- 2 ein herkömmliches elektromechanisches Lenksystem in einem PKW;
- 3 ein herkömmliches elektromechanisches Lenksystem das für den Einbau in ein Leichtkraftfahrzeug angepasst worden ist;
- 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Lenksystems in einem Leichtkraftfahrzeug;
- 5 eine Draufsicht auf ein elektronisches Lenksystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 6 eine Frontansicht des elektronischen Lenksystems aus 5;
- 7 eine Draufsicht auf ein elektronisches Lenksystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 8 eine Frontansicht des elektronischen Lenksystems aus 7;
- 9 eine Draufsicht auf ein elektronisches Lenksystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 10 eine Frontansicht des elektronischen Lenksystems aus 9;
- 11 eine Draufsicht auf ein elektronisches Lenksystem gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel mit offenem Lenkgetriebegehäuse; und
- 12 eine perspektivische Detailansicht einiger Komponenten des Lenkgetriebes aus 11.
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1 zeigt, wie bereits oben erläutert, den prinzipiellen Aufbau von an sich bekannten elektronischen Lenksystemen. Diese weisen in der Regel ein Lenkrad 1, einen Force-Feedback-Aktuator 4 und einen Radaktuator 5 mit einem hier nicht näher dargestellten Lenkgetriebe auf. In 2 ist demgegenüber ein herkömmliches elektromechanisches Lenksystem in einem PKW gezeigt. Dieses weist ein Lenkrad 1, eine Lenkzwischenwelle 2a und ein Lenkgetriebe 3 auf. In 3 ist ein an sich ebenfalls bekanntes elektromechanisches Lenksystem in einem Leichtkraftfahrzeug dargestellt. Im Gegensatz zur in 2 gezeigten Ausführung ist hier die Lenkzwischenwelle 2b verkürzt worden, damit es in ein Leichtkraftfahrzeug überhaupt eingebaut werden kann. Gut zu erkennen ist der im Vergleich zur Situation in 2 bereits geringere benötigte Bauraum des gesamten Lenksystems. Dennoch ist das in 3 gezeigte Lenksystem relativ raumgreifend, wenn man es mit der in 4 gezeigten erfindungsgemäßen Lösung vergleicht.
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In 4 ist nämlich ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines elektronischen Lenksystems 10 für ein Leichtkraftfahrzeug gezeigt. Es weist einen Force-Feedback-Aktuator 4 und ein Radaktuator-System 5 mit einem hier nicht näher dargestellten Lenkgetriebe auf, die räumlich und mechanisch getrennt voneinander im Leichtkraftfahrzeug verbaut sind. Das in 4 gezeigte erfindungsgemäße Lenksystem 10 nimmt deutlich weniger Bauraum in Anspruch als die in 2 oder 3 gezeigten Lenksysteme.
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Zudem ist bei den in 2 und 3 gezeigten Lenksystemen erkennbar, dass bei diesen ein gewisser Mindestwinkel α zu einer gedachten senkrechten Linie vom Lenkgetriebe 3 für die Lenkzwischenwelle 2 vorgesehen sein muss. Dies schränkt die Flexibilität bei der Bauraumgestaltung ein. Bei dem in 4 gezeigten erfindungsgemäßen elektronischen Lenksystem hingegen kann das Lenkrad 1 mit dem Force-Feedback-Aktuator 4 freier platziert werden. Hier ist das Lenkrad 1 direkt oberhalb des Radaktuator-Systems 5 angeordnet, wodurch ein zusätzlicher Raumgewinn gegenüber dem in 2 bzw. 3 gezeigten Lenksystemen bzw. den damit ausgerüsteten Fahrzeugen erzielt werden kann. Um im Bild zu bleiben, wird somit ein negativer Winkel α möglich, wie er in 4 dargestellt ist. Dies wäre bei einer klassischen mechanischen Verbindung über eine Lenkzwischenwelle nicht möglich. Anders ausgedrückt: Das erfindungsgemäße elektronische Lenksystem führt auch dazu, dass Komponenten des Lenksystems 10 nicht mehr in dem Bereich angeordnet werden müssen, in dem der Nutzraum für Fahrgäste besonders spürbar eingeschränkt wird.
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In den 5 bis 11 ist die Fahrtrichtung F des Leichtkraftfahrzeugs jeweils durch einen Pfeil in Seitenansicht bzw. in Draufsicht Pangezeigt. Bei Geradeausfahrt erstreckt sich der Fahrtrichtungspfeil parallel zur Fahrzeuglängsachse, zeigt also in Längsrichtung L des Leichtkraftfahrzeugs.
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Ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des elektronischen Lenksystems 10 für ein Leichtkraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 5 und 6 gezeigt. Das elektronische Lenksystem 10 weist erneut ein Lenkrad 1 und einen Force-Feedback-Aktuator 4 auf, auch wenn beide aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt sind. Lenkrad 1 und Force-Feedback-Aktuator 4 können beispielsweise wie in 4 dargestellt angeordnet sein. Es sind jedoch auch beliebige andere Anordnungen von Lenkrad 1 und Force-Feedback-Aktuator 4 möglich. Weiterhin weist das elektronische Lenksystem 10 ein Radaktuator-System 5 mit einem Elektromotor 6, einer Steuerung 7 und einem Lenkgetriebe 8 auf. Das Lenkgetriebe 8 ist hier als einstufiges Getriebe ausgebildet.
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Ein hier als Schwenkscheibe ausgebildetes Schwenkmittel 9 des elektronischen Lenksystems 10 ist drehfest an eine Ausgangswelle 11 des Lenkgetriebes 8 gekoppelt. Ferner weist das Lenksystem 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine erste Spurstange 12 auf, die gelenkig an die Schwenkscheibe 9 gekoppelt ist (vgl. 6). Ferner ist die erste Spurstange 12 exzentrisch an die Schwenkscheibe 9 gekoppelt.
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Eine Schwenkachse A der Schwenkscheibe 9 ist in Längsrichtung L des Leichtkraftfahrzeugs ausgerichtet. Wie in den 5 und 6 erkennbar, ist die Schwenkachse A in Längsrichtung L des Leichtkraftfahrzeugs ausgerichtet, welche in Fahrtrichtung F des Leichtkraftfahrzeugs zeigt. Die Schwenkachse A der Schwenkscheibe 9 entspricht dabei der Mittelachse der Ausgangswelle 11 des Lenkgetriebes 8.
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Ferner weist das elektronische Lenksystem 10 eine erste Radaufhängung 14, eine zweite Radaufhängung 15 und eine Lenkübertragungsstange 16 auf. Dabei ist die erste Spurstange 12 zur Übertragung einer Lenkbewegung mit der ersten Radaufhängung 14 verbunden. Die Lenkübertragungsstange 16 wiederum ist so mit der ersten Radaufhängung 14 und der zweiten Radaufhängung 15 verbunden, dass eine Lenkbewegung von der ersten Radaufhängung 14 auf die zweite Radaufhängung 15 übertragen wird.
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Wie in den 5 und 6 anhand des Pfeils P erkennbar, wird die Schwenkscheibe 9 durch das Lenkgetriebe 8 um die Schenkachse A gedreht, wodurch die Rotationsbewegung der Schwenkscheibe 9 in eine laterale Bewegung der ersten Spurstange 12 übertragen wird, die gelenkig und exzentrisch an die Schwenkscheibe 9 gekoppelt ist. In 5 ist in der Draufsicht die erste Radaufhängung 14 zu sehen, mit deren einem Ende die erste Spurstange 12 und mit deren anderem Ende die Lenkübertragungsstange 16 verbunden ist. Durch die Lagerung der ersten Radaufhängung 14 an der Vorderachse V des Leichtkraftfahrzeugs wird die laterale Bewegung der ersten Spurstange 12 in eine Lenkbewegung des ersten Rades R1 übersetzt. Die Lenkübertragungsstange 16 wiederum überträgt diese Lenkbewegung an die zweite Radaufhängung 15 und das zweite Rad R2. Die Ausgestaltung der Radaufhängungen ist hier lediglich als schematisch zu verstehen. Radaufhängungen sind im Prinzip allgemein bekannt, weshalb sie hier nicht im Detail besprochen werden.
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Mit Bezug auf die 7 und 8 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel eines elektronischen Lenksystems 10 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das in 7 und 8 gezeigte Ausführungsbeispiel des elektronischen Lenksystems 10 unterscheidet sich von dem in den 5 und 6 gezeigten elektronischen Lenksystem 10 in der Ausgestaltung des Lenkmechanismus. Zur leichteren Orientierung sind gleichartige Komponenten in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das elektronische Lenksystem 10 weist eine zweite Spurstange 13 zusätzlich zur ersten Spurstange 12 auf. Die zweite Spurstange 13 ist ebenso wie die erste Spurstange 12 gelenkig und exzentrisch mit der Schwenkscheibe 9 verbunden. Im Gegensatz zum elektronischen Lenksystem 10 des ersten Ausführungsbeispiels weist das elektronische Lenksystem 10 des dritten Ausführungsbeispiels keine Lenkübertragungsstange 16 auf.
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Die zweite Spurstange 13 ist mit der zweiten Radaufhängung 15 zur Übertragung der Lenkbewegung in gleicher, oben beschriebener Form verbunden wie die erste Spurstange 12 mit der ersten Radaufhängung 14.
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In beiden Ausführungsbeispielen ist das Lenkgetriebe 8 in einer Getriebeebene G angeordnet, die sich parallel zur Schwenkebene S der Schwenkscheibe 9 erstreckt. Die Getriebeebene G ist dabei insbesondere so nah an der Schwenkebene S angeordnet, dass die Funktionalität der Schwenkscheibe 9 in Verbindung mit der Ausgangswelle 11 des Lenkgetriebes 8 gegeben ist. Das bedeutet, dass das Lenkgetriebe 8 beliebig um die Ausgangswelle 11 herum rotiert in der Getriebeebene G angeordnet sein kann. Darüber hinaus sind in allen Ausführungsbeispielen der Elektromotor 6 und/ oder die Steuerung 7 in Längsrichtung L des Leichtkraftfahrzeugs vor, hinter oder in der Getriebeebene G angeordnet.
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In den 9 und 10 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Lenksystems 10 dargestellt, das mit dem elektronischen Lenksystem 10 des dritten Ausführungsbeispiels bis auf die räumliche Anordnung von Elektromotor 6, Steuerung 7 und Lenkgetriebe 8 identisch ist.
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Wie in 9 zu sehen, ist das Lenkgetriebe 8 um 180 Grad um die Schwenkachse A gedreht und der Elektromotor 6 sowie die Steuerung 7 sind in Längsrichtung L des Leichtkraftfahrzeugs vor der Getriebeebene G angeordnet. Bei den elektronischen Lenksystemen 10 der beiden vorhergehenden Ausführungsbeispiele sind hingegen der Elektromotor 6 und die Steuerung 7 in Längsrichtung L des Leichtkraftfahrzeugs jeweils hinter der Getriebeebene G angeordnet. Auch eine Anordnung von Elektromotor 6 und Steuerung 7 in der Getriebeebene G ist selbstverständlich denkbar. Bei jeder denkbaren räumlichen Anordnung insbesondere von Elektromotor 6 und Lenkgetriebe 8 ist natürlich darauf zu achten, dass die funktionale Verbindung zwischen den Komponenten erhalten bleibt. Die hier beschriebene räumliche Variabilität ist es jedoch unter anderem, die die erfindungsgemäßen elektronischen Lenksysteme für Leichtkraftfahrzeuge so attraktiv macht. Denn so kann der dort nur sehr begrenzt vorhandene Bauraum nochmals besser ausgenutzt werden.
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In den 11 und 12 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel eines elektronischen Lenksystems 10 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen durch die Ausgestaltung des Lenkgetriebes 8. Ferner ist beim fünften Ausführungsbeispiel die erste Spurstange 12 so ausgebildet, dass sie sowohl mit der ersten Radaufhängung 14 als auch mit der zweiten Radaufhängung 15 verbunden ist. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass auch eine Kombination des Lenkgetriebes 8 des fünften Ausführungsbeispiels mit den Konfigurationen von erster Spurstange 12, zweiter Spurstange 13 und Lenkübertragungsstange16 der vorherigen Ausführungsbeispiele ohne weiteres möglich ist.
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Das Lenkgetriebe 8 des fünften Ausführungsbeispiels ist in 11 mit einem offenen Lenkgetriebegehäuse 18 dargestellt, so dass der Blick auf die im Lenkgetriebegehäuse 18 liegenden Komponenten frei ist.
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Wie in 11 zu erkennen, ist die Schwenkachse 8 des hier als Schwenkhebel ausgebildeten Schwenkmittels 9 des fünften Ausführungsbeispiels in vertikaler Richtung des Leichtkraftfahrzeugs ausgerichtet, also senkrecht zur Fahrbahnoberfläche. Dadurch findet die Schwenkbewegung des Schwenkmittels 9 in einer Schwenkebene S parallel zur Fahrbahnoberfläche statt. Die Schwenkebene S entspricht in 11 also der Zeichenebene. Die erste Spurstange 12 ist wiederum gelenkig und exzentrisch an das Schwenkmittel 9 gekoppelt. So wird die Schwenkbewegung des Schwenkmittels9 direkt in eine laterale Bewegung der ersten Spurstange 12 übertragen, welche so auf einfache Weise eine Lenkbewegung der Räder R1 und R2 des Leichtkraftfahrzeugs bewirkt. Das Schwenkmittel 9 ist hier als ein Schwenkhebel ausgeführt, der eine primär längliche Struktur hat. Es sei an dieser Stelle jedoch noch einmal betont, dass auch eine Schwenkscheibe als Schwenkmittel 9 verwendet werden könnte.
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In 11 ist zu sehen, dass das Lenkgetriebe 8 des fünften Ausführungsbeispiels als Schneckengetriebe mit einer Schneckenwelle 19 und einem mit der Schneckenwelle 19 im Eingriff stehenden Schneckenradsegment 20 ausgebildet ist. Das Schneckenradsegment 20 wiederum ist drehfest mit der Ausgangswelle 11 gekoppelt und bewirkt die Rotation der Ausgangswelle 11 um die Schwenkachse A des Schwenkmittels9. Die exzentrische Kopplung der ersten Spurstange 12 an das Schwenkmittel 9 bewirkt schließlich die laterale Bewegung der ersten Spurstange 12, die in eine Lenkbewegung der Räder R1 und R2 übersetzt wird.
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Ferner weist das Lenkgetriebe 8 zwei Anschlagelemente 21 auf, welche die Rotation des Schneckenradsegments 20 begrenzen, so dass das Schneckenradsegment 20 immer im Eingriff mit der Schneckenwelle 19 bleibt.
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In 12 ist eine perspektivische Detailansicht des Schneckenradsegments 20 mit einem Anschlagelement 21 gezeigt. Das Anschlagelement 21 ist hier an einem Gehäuseelement 22 des Lenkgetriebegehäuses 18 befestigt (z.B. angeschweißt) und als Block ausgebildet, der einen Anschlag für das Schneckenradsegment 20 bei vollem Lenkausschlag bildet, so dass das Schneckenradsegment 20 nicht mehr weiter rotieren kann und folglich im Eingriff mit der Schneckenwelle 19 bleibt.
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Ebenfalls ist in 12 zu erkennen, dass das Schneckenradsegment 20 drehfest mit der durch Wellenlager 23 gelagerten Ausgangswelle 11 gekoppelt ist, an die ebenfalls drehfest das Schwenkmittel 9 gekoppelt ist und die so die Rotation des Schneckenradsegments 20 auf das Schwenkmittel 9 überträgt.
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Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass das Schneckenradsegment 20 auch als vollständiges Schneckenrad ausgeführt sein kann. In diesem Fall würden natürlich auch die Anschlagelemente 21 entfallen, da nicht die Gefahr bestünde, dass das Schneckenrad nicht mehr mit der Schneckenwelle 19 in Eingriff ist.
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Der Fachmann erkennt zudem, dass das Lenkgetriebe 8 des fünften Ausführungsbeispiels problemlos in alle anderen Ausführungsbeispiele integrierbar ist. Bei entsprechender gelenkiger Kopplung des Schwenkmittels 9 mit der ersten Spurstange 12 bzw. der zweiten Spurstange 13 lässt sich das Lenkgetriebe 8 des fünften Ausführungsbeispiels auch um 90 Grad kippen, so dass die Schwenkachse A des Schwenkmittels 9 in Längsrichtung L des Leichtfahrzeugs ausgerichtet ist, wie es in den 5 bis 10 gezeigt ist.
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Als Elektromotor 6 und Steuerung 7 kann bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ein aus herkömmlichen elektromechanischen Lenksystemen bekanntes, sogenanntes Powerpack zum Einsatz kommen. Dann sind Elektromotor 6 und Steuerung 7 als eine integrierte Baugruppe ausgebildet, wie dies in 11 bereits schematisch angedeutet ist. Ebenfalls denkbar ist jedoch auch eine räumliche Trennung von Elektromotor 6 und Steuerung 7 aus bauraumtechnischen oder anderen Gründen.
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Die Steuerung 7 ist zudem so ausgebildet, dass sie eine variable Übersetzung des Lenkradeinschlags zur Lenkbewegung realisieren kann. Dabei bewirken insbesondere in einem die Geradeausstellung des Lenkrads 1 dicht umfassenden Bereich Lenkradeinschläge weniger große Radeinschläge als Lenkradeinschläge in einem von der Geradeausstellung entfernten Bereich. So wird eine variable Lenkübersetzung ermöglicht, ohne ein mechanisch komplexeres Lenkgetriebe verwenden zu müssen, was wiederum eine kostengünstige Lösung für Leichtkraftfahrzeuge darstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkrad
- 2a, 2b
- Lenkzwischenwelle
- 3
- Lenkgetriebe
- 4
- Force-Feedback-Aktuator
- 5
- Radaktuator-System
- 6
- Elektromotor
- 7
- Steuerung
- 8
- Lenkgetriebe
- 9
- Schwenkmittel
- 10
- elektronisches Lenksystem
- 11
- Ausgangswelle
- 12
- erste Spurstange
- 13
- zweite Spurstange
- 14
- erste Radaufhängung
- 15
- zweite Radaufhängung
- 16
- Lenkübertragungsstange
- 17
- Fahrzeugstruktur
- 18
- Lenkgetriebegehäuse
- 19
- Schneckenwelle
- 20
- Schneckenradsegment
- 21
- Anschlagelement
- 22
- Gehäuseelement
- 23
- Wellenlager
- α
- Mindestwinkel
- A
- Schwenkachse
- F
- Fahrtrichtung
- G
- Getriebeebene
- L
- Längsrichtung des Leichtkraftfahrzeugs
- P
- Pfeil
- R1, R2
- Räder
- S
- Schwenkebene
- V
- Vorderachse
