DE3924324B4

DE3924324B4 - Lenkgetriebe und damit versehene Lenkung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3924324B4
Application number: DE19893924324
Authority: DE
Inventors: Willi Nagel; Edmund Dr. Donges; Harald Hoschek
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1989-07-22
Filing date: 1989-07-22
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2009-07-23
Also published as: DE3924324A1

Abstract

Lenkgetriebe (1, 1'), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Eingang E1, in den eine durch einen Einschlag eines Lenkrades (14) bewirkte Drehbewegung eingeleitet wird und mit einem Ausgang (7), an dem die eingeleitete Drehbewegung als eine Axialbewegung abgreifbar ist, mit einem zweiten Eingang E2, der mit dem Ausgang (7) in Verbindung steht, wobei durch den zweiten Eingang E2 eine zusätzliche, vom Lenkradeinschlag unabhängige Bewegungsgröße in das Lenkgetriebe (1, 1') einleitbar ist, die das Lenkgetriebe (1, 1') in eine am Ausgang (7) abgreifbare Axialbewegung umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkgetriebe (1, 1') ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe (2, 4, 5, 5', 17, 18, 20) ist, das mit einem zweiten Eingang E2 versehen ist und daß der zweite Eingang E2 ein an einer Lenkmutter (5, 5') fest angeordnetes Stirnrad (8, 19) aufweist, das in Eingriff mit einem Ritzel (9) steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Lenkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6, die insbesondere in Kraftfahrzeugen einsetzbar ist.

Es sind bereits Lenkgetriebe mit einem Kugelumlauf bekannt, bei denen der Lenkradeinschlag über eine Lenkspindel auf eine Lenkmutter unter Zwischenschaltung von umlaufenden Kugeln übertragen wird. Durch die Lenkmutter wird die eingeleitete Drehbewegung in eine Axialbewegung umgewandelt, die zur Verstellung der über das Lenkgestänge mit dem Lenkgetriebe verbundenen Rädern dient. Bei diesen bekannten Lenkgetrieben ist jedoch keine zweite Eingriffsmöglichkeit vorgesehen, um zusätzliche Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern aufzubringen.

Aus der DE-OS 21 28 356 ist eine Lenkeinrichtung für Fahrzeuge bekannt, die einen ersten Eingang aufweist, in den eine durch einen Einschlag eines Lenkrades bewirkte Drehbewegung über ein Differentialgetriebe eingeleitet wird und diese eingeleitete Drehbewegung als eine Axialbewegung auf einen Ausgang übertragen wird. Ferner weist das Lenkgetriebe einen zweiten Eingang auf, durch den eine zusätzliche, vom Lenkradeinschlag unabhängige Bewegungsgröße über ein mit dem Differentialgetriebe verbundenes Schneckengetriebe in das Lenkgetriebe einleitbar ist. Das Lenkgetriebe wandelt diese zusätzliche Drehbewegung in eine am Ausgang abgreifbare Axialbewegung um. Über eine an das Differentialgetriebe angeschlossene Ausgangswelle kann der Lenkradeinschlag als auch eine zusätzliche, vom Lenkradeinschlag unabhängige Bewegungsgröße in ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe eingeleitet werden.

Das bekannte Kugelumlauf-Lenkgetriebe weist als einzigen Eingang nur den Eingang auf, an den die Ausgangswelle des Differentialgetriebes angeschlossen ist. Bei der bekannten Lenkeinrichtung ist nachteilig, daß die Ausbildung eines Schneckengetriebes sowie eines Differentialgetriebes aufwendig ist und groß baut.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lenkgetriebe und eine Lenkung zu schaffen, die zusätzliche Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Lenkgetriebe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und für die Lenkung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 6 gelöst.

Durch das Einbringen eines vom Lenkradeinschlag unabhängigen Lenkwinkels ergeben sich folgende Vorteile:
Äußere Störungen sind ausregelbar. Durch die Verwendung eines Fahrzeugzustandsensors kann beispielsweise der Einfluß eines Seitenwindes und/oder der Fahrbahnneigung gemessen werden. Durch Auslenkung der Räder um entsprechende, vom Lenkradeinschlag unabhängige Lenkwinkel behält das Fahrzeug die gewünschte Fahrspur bei, ohne daß der Fahrer aufgrund der äußeren Störeinflüsse ständig nachkorrigieren muß.

Das Anlenkverhalten wird verbessert, das heißt, der erforderliche Lenkwinkel wird schneller auf die betreffenden Räder übertragen.

Die Lenkübersetzung ist variierbar. Zum Beispiel kann beim Fahren in den engen Kurven eines Parkhauses der am Lenkrad erforderliche Einschlag durch die Überlagerung eines zusätzlichen Lenkwinkels verkleinert werden.

Es ist bei einer automatischen Führung des Fahrzeuges entlang einer äußeren vorgegebenen Spur ein Ausgleich von Lenkwinkeln möglich.

Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe hat ferner den Vorteil, daß als Ausgangsbasis ein herkömmliches Kugelumlauflenkgetriebe verwendet werden kann, das mit einem zweiten Eingang zum Einleiten eines vom Lenkradeinschlag unabhängigen Lenkwinkels versehen ist. Dies hat den Vorteil, daß eine neue Abstimmung des Lenkgetriebes für den vom Lenkradeinschlag abhängigen Lenkwinkel bei der Ruhestellung des zweiten Eingangs entfällt. Vorteilhaft ist ferner, daß der über den zweiten Eingang übertragbare, vom Lenkradeinschlag unabhängige Lenkwinkel gleichgroß wie der vom Lenkradeinschlag abhängige Lenkwinkel ist. Außerdem ist der Einsatz einer Servounterstützung möglich, so daß die zum Lenken erforder lichen Lenkkräfte verringert sind. Schließlich kann die bisherige Vorderachse weiterverwendet werden, so daß sich eine einfache Umrüstung in der Serienproduktion von einer normalen Lenkung auf eine erfindungsgemäße Lenkung ergibt. Darüber hinaus erfordert die kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes im Vergleich zu herkömmlichen Lenkgetrieben nur einen geringfügig größeren Mehrbedarf an Bauraum. In Bezug auf die Absicherung der Lenkung vor ungewollten Lenkwinkeln, die bei einem Ausfall des zweiten Eingangs entstehen könnten, ist insgesamt nur eine Bremse bzw. eine Halterungseinrichtung nötig, die entsprechend ebenfalls nur eine Ansteuerungseinrichtung erfordert.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshaft beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines Lenkgetriebes in einem teilweise geschnittenen Längsschnitt,
2 eine zweite Ausführungsform des Lenkgetriebes in einem teilweise geschnittenen Längsschnitt,
3 eine Prinzipdarstellung einer Lenkung unter Verwendung eines Lenkgetriebes nach der 2 und
4 eine Prinzipdarstellung einer Lenkung mit jeweils zwei Eingriffsmöglichkeiten pro Achse zum Einleiten von zusätzlichen, vom Lenkradeinschlag unabhängigen Lenkwinkeln.
Die 1 zeigt ein Lenkgetriebe 1 mit einem ersten Eingang E1, einem zweiten Eingang E2 und einem Ausgang.
Über den ersten Eingang E1 wird die durch den Lenkradeinschlag eingebrachte Drehbewegung auf eine Lenkspindel 2 übertragen. Die Lenkspindel 2 weist ein Rundgewinde 3 auf, in dem Kugeln 4 umlaufen, die ihrerseits eine Lenkmutter 5 bei einer Drehung der Lenkspindel 2 mitnehmen. Die Lenkmutter 5 ist an ihrem Umfang mit einer umlaufenden Geradverzahnung 6 versehen, die am Lenkgetriebeausgang in Eingriff mit einem Lenkstockhebel 7 steht. An der der Lenkspindel 2 abgewandten Stirnseite der Lenkmutter 5 ist ein Stirnrad 8 ausgebildet. Das mit der Lenkmutter 5 festverbundene Stirnrad 8 wird zum Übertragen des zusätzlichen, von Lenkradeinschlag unabhängigen Lenkwinkels durch ein Ritzel 9 angetrieben. Das Stirnrad 8 und das Ritzel 9 bilden somit im wesentlichen den zweiten Eingang E2. Die Lenkspindel 2 ist über ein Lager 11 im Gehäuse 10 drehbeweglich und ansonsten fest gelagert. Die Lenkmutter 5 ist drehbar und axial verschiebbar im Gehäuse 10 über die Lenkspindel 2 und die Welle 12 des Stirnrades 8 angeordnet. Das Ritzel 9 ist im Lager 13 drehbar und im übrigen fest gelagert.
Eine Drehung des in den 3 und 4 abgebildeten Lenkrades 14 führt bei einem festgehaltenem Ritzel 9 zu einer Axialbewegung der Lenkmutter 5, die über die umlaufende Geradverzahnung 6 den Lenkstockhebel 7 am Getriebeausgang dreht. Das Lenkgetriebe 1 mit zwei Eingängen E1 und E2 weist somit bei einem festgehaltenen Eingang E2 das gleiche Übersetzungsverhältnis und die gleiche Wirkungsweise wie herkömmliche Lenkgetrieben mit nur einem Eingang E1 auf.
Wird eine vom Lenkradeinschlag unabhängige Drehbewegung bei festgehaltenem Eingang E1 über das Ritzel 9 und das Stirnrad 8 in das Lenkgetriebe 1 eingeleitet, dann wird diese Drehbewegung auf die Lenkmutter 5 übertragen. Die Lenkmutter 5 stützt sich auf der Lenkspindel 2 ab, so daß sich die Lenkmutter 5 über eine Schraubbewegung zusätzlich axial verschiebt. Über die umlaufende Geradverzahnung 6 der Lenkmutter 5 wird der axiale Anteil der Drehbewegung auf den Lenkstockhebel 7 übertragen.
Das in der 2 abgebildete Lenkgetriebe 1' unterscheidet sich von dem in der 1 gezeigten Lenkgetriebe 1 dadurch, daß die Lenkmutter 5' durch eine Wälzlagerung 18 in zwei zylindrische Teile 16 und 17 unterteilt ist. Ferner ist das äußere Teil 16 der Lenkmutter 5' mit einem Zahnsegment 15 versehen, während das innere zylindrische Teil 17 der Lenkmutter 5' entsprechend dem Stirnrad 8 der 1 mit einer Geradverzahnung bzw. einem Stirnrad 19 ausgebildet ist. Das zylindrische Innenteil 17 ist im zylindrischen Außenteil 16 der Lenkmutter 5' drehbar und über einen Bund 20 axialfest gelagert. Darüber hinaus sind auch andere axialfeste Lagerungen möglich.
Entsprechend dem Lenkgetriebe 1 stellt sich beim Lenkgetriebe 1' die Wirkungsweise von herkömmlichen Lenkgetrieben bei einem fest gehaltenen Eingang 2 ein. Eine vom Lenkrad 14 über die Lenkspindel 2 ins Lenkgetriebe 1' eingeleitete Drehbewegung führt aufgrund des durch das Ritzel 9 drehfest gehaltenen, aber axial verschieblichen Stirnrades 19, zu einer Axialverschiebung des Innenteils 17. Der Bund 20 überträgt die axiale Bewegung auf das Außenteil 16, das den Lenkstockhebel 7 am Lenkgetriebeausgang dreht.
Die Wirkungsweise des Eingangs E2 wird bei einem festgehaltenem Eingang E1 beschrieben. Eine Drehung des Ritzels 9 bewirkt über das Stirnrad 19 eine Drehung des Innenteils 17, das sich auf der festgehaltenen Lenkspindel 2 abstützt und somit eine Schraubbewegung ausführt. Die axiale Bewegungskomponente der Schraub bewegung bewirkt eine Axialverschiebung des Außenteils 16 und damit eine Drehung des Lenkstockhebels 7.
In der 3 ist eine Lenkung unter Verwendung des in der 2 gezeigten Lenkgetriebes 1' abgebildet. Über ein Lenkrad 14 wird eine Drehbewegung über eine Lenksäule 21 dem ersten Eingang E1 des Lenkgetriebes 1' zugeführt. Die Drehbewegung wird über die Lenkspindel 2 auf die Lenkmutter 5' durch umlaufende Kugeln 4 übertragen, wobei die Lenkmutter 5' die Drehbewegung in eine Axialbewegung umwandelt. Diese Axialbewegung wird am Lenkgetriebeausgang einem Lenkstockhebel 7 eines Lenkgestänges 22 zugeführt, das über Spurstangen 23, 24 und Lenkhebel 25 die Verstellung der Räder 26 bewirkt.
Der zusätzliche, vom Lenkradeinschlag unabhängige Lenkwinkel ergibt sich aus der Eingabe von Eingangsgrößen in eine Steuereinrichtung 27. Diese Eingangsgrößen können Meßgrößen sein, die zur Ausregelung äußerer Störungen, wie Seitenwind oder Straßenneigung, dienen. Ferner können die Eingangsgrößen sich automatisch aufgrund bestimmter Fahrsituationen ergeben. Durch Sensoren meßbare Eingangsgrößen können beispielsweise sein: der Lenkradwinkel, die Lenkgeschwindigkeit, die Fahrgeschwindigkeit, die Kfz-Beschleunigung in Längs- und Querrichtung, der Seitenwind, die Straßenneigung, die Beladung und das Antriebsmoment. Die Eingangsgrößen werden von der Steuereinrichtung 27 verarbeitet und als Ausgangssignale einem mit einer Notklemmung oder einer Bremse B versehenem Stellglied 28 zugeführt, das über das Ritzel 9 und das Stirnrad (8), 19 die Lenkmutter 5' dreht. Das Stellglied 28 kann elektrisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch angetrieben sein. Die Notklemmung verhindert bei einem Ausfall des zweiten Eingangs E2 eine Drehung des Stirnrades (8), 19.
In der 4 ist eine Lenkung dargestellt, bei der sowohl die Räder 26 an der Vorderachse 29 als auch an der Hinterachse 30 mit einem zusätzlichen, vom Lenkradeinschlag unabhängigen Lenkwinkel beaufschlagbar sind. Ferner kann der zusätzliche, vom Lenkradeinschlag unabhängige Lenkwinkel durch den Einbau einer weiteren Überlagerungseinrichtung 31 verstärkt werden. Entsprechend der verwendeten Überlagerungseinrichtung 31 können beispielsweise die einzelnen Räder 26 mit unterschiedlichen, von Lenkradeinschlag unabhängigen Lenkwinkeln verstellt werden können. Zu diesem Zweck ist die in der 4 gezeigte Lenkung mit einer Steuereinrichtung 27 versehen, die zum einen die Stellglieder 28 für die Lenkgetriebe 1, 1' für den zusätzlichen, vom Lenkradeinschlag unabhängigen Lenkwinkel an der Vorder- bzw. Hinterachse 29, 30 ansteuert und die zum anderen die Stellglieder 32 der an jedem Rad 26 angeordneten, zweiten Überlagerungseinrichtung 31 ansteuert.
Das Prinzip der zweiten Überlagerungseinrichtung 31 besteht darin, daß neben der normalen Lenkachse 33 eine zweite Lenkachse 34 vorhanden ist. Um diese zweite Lenkachse 34 kann mittels eines Spurhebels 35, des Stellgliedes 32, das mit einer Klemmeinrichtung B versehen sein kann, und der Steuereinrichtung 27 das betreffende Rad 26 um einen zusätzlichen, vom Lenkradeinschlag unabhängigen Lenkwinkel gedreht werden. Die zweite Lenkachse 34 befindet sich zwischen der ersten Lenkachse 33 und der Mittenebene des Rades 26. Zu diesem Zweck ist die als Gelenk 34 ausgebildete zweite Lenkachse am Achsschenkel 36 bzw. am Radträger 37 angeordnet. Die üblicherweise vorhandene Lenkachse 33 ergibt sich unter anderem aus einem Gelenk, das sich auf einem Querträger 38 abstützt. Um dieses Gelenk dreht der Lenkhebel 25 das Rad 26. Die Überlagerungseinrichtung 31 ist so beschaffen, daß sowohl eine Schwenkung des Rades 26 um die Lenkachse 33 als auch um die Lenkachse 34 und um eine virtuelle Lenkachse möglich ist, die sich aus einer Überlagerung der beiden Lenkachsen 33 und 34 ergibt.

Claims

Lenkgetriebe (1, 1'), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Eingang E1, in den eine durch einen Einschlag eines Lenkrades (14) bewirkte Drehbewegung eingeleitet wird und mit einem Ausgang (7), an dem die eingeleitete Drehbewegung als eine Axialbewegung abgreifbar ist, mit einem zweiten Eingang E2, der mit dem Ausgang (7) in Verbindung steht, wobei durch den zweiten Eingang E2 eine zusätzliche, vom Lenkradeinschlag unabhängige Bewegungsgröße in das Lenkgetriebe (1, 1') einleitbar ist, die das Lenkgetriebe (1, 1') in eine am Ausgang (7) abgreifbare Axialbewegung umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkgetriebe (1, 1') ein Kugelumlauf-Lenkgetriebe (2, 4, 5, 5', 17, 18, 20) ist, das mit einem zweiten Eingang E2 versehen ist und daß der zweite Eingang E2 ein an einer Lenkmutter (5, 5') fest angeordnetes Stirnrad (8, 19) aufweist, das in Eingriff mit einem Ritzel (9) steht.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang E1 eine Lenkspindel (2) aufweist und der zweite Eingang E2 mit der Lenkmutter (5, 5') in Verbindung steht.
Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Eingang E1 über das Zahnradgetriebe (8, 9) mit der Lenkmutter (5, 5') in Verbindung steht.
Lenkgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkspindel (2) und die Lenkmutter (5,5') jeweils ein Rundgewinde (3, 3a) aufweisen, in dem Kugeln (4) umlaufen.
Lenkgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkmutter (5') durch eine Wälzlagerung (18) in ein zylindrisches Innenteil (17) und ein zylindrisches Außenteil (16) geteilt ist, wobei das zylindrische Innenteil (17) drehbeweglich und über die Kugeln (4) axial verschiebbar auf der Lenkspindel (2) gelagert ist und (17) mit dem Außenteil (16) zur Übertragung einer Axialbewegung in Eingriff steht.
Lenkung für Kraftfahrzeuge unter Verwendung eines Lenkgetriebes nach den Ansprüchen 1 bis 5, mit einem Lenkrad (14), einer Lenksäule (21) und einem Lenkgestänge (22), dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkgetriebe (1, 1') zwei Eingänge E1, E2 aufweist, wobei über den ersten Eingang E1 die durch den Einschlag des Lenkrades (14) bewirkte Bewegungsgröße in das Lenkgetriebe (1, 1') einleitbar ist und über den zweiten Eingang E2 eine zusätzliche, vom Lenkradeinschlag unabhängige Bewegungsgröße dem Lenkgetriebe (1, 1') zuführbar ist, wobei beide Bewegungsgrößen nach einer Umwandlung im Lenkgetriebe (1, 1') als Axialbewegung am Ausgang über das Lenkgestänge (22) auf die Räder (26) der jeweiligen Achse (29, 30) eines Fahrzeuges wirken.
Lenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkung eine Steuereinrichtung (27) mit einer Verarbeitungseinrichtung aufweist, die Eingangsgrößen in Signale verarbeitet und daß die Steuereinrichtung (27) mit einem Stellglied (28) verbunden ist, das die Ausgangssignale der Steuereinrichtung (27) auf den zweiten Eingang E2 des Lenkgetriebes (1, 1') überträgt.
Lenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (28) eine Sicherheitsbremse B für eine Blockierung des zweiten Eingangs E2 im Notfall aufweist.
Lenkung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Achse (29, 30) mindestens eine weitere Lenkeinrichtung (31) eingebaut ist, über die ein vom Lenkradeinschlag unabhängiger Lenkwinkel erzeugbar ist.