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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeuglenkung mit einem elektrischen Lenkhilfemotor zur Unterstützung eines Fahrers beim Lenken des Fahrzeugs. Der elektrische Lenkhilfemotor umfasst eine Verriegelungsscheibe, mittels welcher durch Eingriff eines Sperrelements die Fahrzeuglenkung verriegelbar ist sowie einen Lagesensor, mit dessen Hilfe die Stellung des Lenkhilfemotors ermittelbar ist.
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Aus dem Stand der Technik sind viele Fahrzeuglenkungen mit Lagesensoren bekannt.
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Aus
DE 10 2008 033 236 A1 ist ein Lenkwinkelsensor bekannt, welcher dazu dient, den Lenkwinkel zu ermitteln. Der Sensor ist im Zusammenhang mit einer Fahrzeuglenkung beschrieben, die eine Lenkungsverriegelung aufweist, bei welcher ein Sperrglied von außen radial in eine Einrastposition mit einer Sperrhülse verfahrbar ist.
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Aus
DE 10 2004 026 868 A1 ist eine elektrische Baueinheit für ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen Lenkwinkelsensor aufweist, der mit einem an der Lenkwelle angeordneten Zahnkranz zusammenarbeitet.
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Aus
DE 103 58 009 B3 ist eine elektrische Lenkungsverriegelung mit Sperrscheibe bekannt, bei welcher die Position der Sperrscheibe und der Drehwinkel des Antriebs durch einen Hall-Sensor überwacht wird.
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Aus
JP 2006-306141 A ist ein Verriegelungsmechanismus bekannt, bei welchem die Lenkung ebenfalls über ein Verriegelungselement blockiert wird. Auch hier wird die Position des Verriegelungselements über einen Sensor überwacht.
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Bei keiner der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen dient der Sensor dazu, die Stellung eines Lenkhilfemotors zu ermitteln.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gewicht sowie die Herstellungs- und Montagekosten einer vorstehend beschriebenen Fahrzeuglenkung zu reduzieren.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung mit einem elektrischen Lenkhilfemotor zur Unterstützung eines Fahrers beim Lenken des Fahrzeugs umfasst:
- a) eine Welle,
- b) eine drehfest mit der Welle des Lenkhilfemotors verbundene Verriegelungsscheibe, wobei die Verriegelungsscheibe mindestens eine Ausnehmung für den Eingriff eines Sperrelements zur Verriegelung der Fahrzeuglenkung aufweist, sowie
- c) einen Lagesensor, welcher mit einem koaxial zur Verriegelungsscheibe angeordneten, drehfest mit der Welle des Lenkhilfemotors verbundenen Profilrad zusammenwirkt, um die Stellung des Lenkhilfemotors zu überwachen,
- d) wobei das Profilrad und die Verriegelungsscheibe einstückig ausgebildet sind.
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Durch die einstückige Ausbildung von Profilrad und Verriegelungsscheibe kann nicht nur Gewicht gespart werden. Darüber hinaus werden Herstellung und Montage auch insofern vereinfacht, als statt zwei Elementen nur noch eines hergestellt und mit der Welle des Lenkhilfemotors verbunden werden müssen.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung führt insbesondere dann zu Gewichts- und Kosteneinsparungen, wenn die Welle des Lenkhilfemotors parallel zur Lenkachse angeordnet ist und der Lenkhilfemotor über einen Kugelgewindetrieb mit der Lenkachse in Verbindung steht. Denn gerade bei diesen Fahrzeuglenkungen sind die Verriegelungsscheibe und das Profilrad bislang zwei voneinander unabhängige Bauteile, die an verschiedenen Enden der Welle mit großem axialem Abstand zueinander mit der Welle verbunden wurden.
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Wenn sich das Profilrad in axialer Richtung unmittelbar an die Verriegelungsscheibe anschließt, ist das neue gewichtsreduzierende Bauteil besonders kompakt. Mit ”sich unmittelbar anschließen” ist gemeint, dass zwischen dem Profilrad und der Verriegelungsscheibe in axialer Richtung kein anderes Funktionselement angeordnet ist. Bevorzugt ist der axiale Abstand zwischen Profilrad und Verriegelungsscheibe kleiner als 10 mm, besonders bevorzugt ist überhaupt kein Abstand zwischen Profilrad und Verriegelungsscheibe vorhanden, so dass sich die Verriegelungsscheibe in axialer Richtung unmittelbar durch das Profilrad fortgesetzt wird.
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In einer anderen Ausführungsform weist das Profilrad in axialer Richtung mindestens eine Ausnehmung für den Eingriff eines Sperrelements zur Verriegelung der Fahrzeuglenkung auf und fungiert somit gleichzeitig als Verriegelungsscheibe. Als Ausnehmung können beispielsweise kreisförmige Durchgangsbohrungen vorgesehen sein. Mit dieser Ausführungsform können die Herstellungskosten und das Gewicht der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung besonders stark gesenkt werden, da eine separate Verriegelungsscheibe nicht mehr erforderlich ist.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform weisen das Profilrad und die Verriegelungsscheibe eine gemeinsame Durchgangsöffnung mit einem gleichbleibenden Durchmesser auf, um drehfest mit der Welle des Lenkhilfemotors verbunden zu werden. Eine solche Durchgangsöffnung ist zum Einen kostengünstig herstellbar und erleichtert es darüber hinaus, das aus Profilrad und Verriegelungselement bestehende Element drehfest mit der Welle des Lenkhilfemotors zu verbinden. Dazu kann in der Welle und/oder in der Durchgangsöffnung eine Nut vorgesehen sein, wenn die Verbindung als Nut-Federverbindung hergestellt werden soll.
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Vorzugsweise weist das Profilrad eine Oberfläche mit in Umfangsrichtung sinusförmigem Verlauf auf. Eine derartige Oberfläche ermöglicht eine besonders präzise Ermittlung der Position des Lenkhilfemotors.
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Wenn das Verriegelungsrad mit einem in axialer Richtung einfahrenden Sperrelement zusammenwirkt, kann die axiale Ausdehnung des Verriegelungsrades sehr gering gewählt werden, da Kräfte im Wesentlichen in Drehrichtung des Verriegelungsrades wirken. Der Lagesensor hingegen ist häufig so ausgerichtet, dass er die Entfernung zu dem Profilrad in radialer Richtung messen kann. Verriegelungsrad und Profilrad sind in diesen Fällen funktions- und gewichtsoptimiert, wenn das Profilrad in Umfangsrichtung eine kleinere Ausdehnung aufweist als das Verriegelungsrad und/oder dass das Verriegelungsrad in axialer Richtung eine geringere Ausdehnung aufweist als das Profilrad.
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Üblicherweise ist der Lenkhilfemotor von einem Gehäuse umgeben. Das Gewicht der erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung lässt sich weiter reduzieren, wenn der Lenkhilfesensor innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, da in diesem Fall das Gewicht für eine separate Halterung des Lenkhilfesensors entfällt.
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Die Montage des Lenkhilfesensors kann weiter vereinfacht werden, wenn in dem Gehäuse des Lenkhilfemotors auf der Innenseite eine durch mindestens einen Steg, vorzugsweise zwei Stege, begrenzte Fläche zur Anordnung des Lagesensors vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Einbauposition des Lagesensors durch den Steg bzw. die Stege vorgegeben, was eine schnelle Ausrichtung beim Einsetzen des Lagesensors gewährleistet und Fehlpositionierungen wirksam verhindert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse einen oder mehrere Stege auf, deren Innenkontur im Wesentlichen der Außenkontur des Lagesensors entspricht, wodurch eine Fehlpositionierung praktisch unmöglich wird. Dies gilt insbesondere, wenn der Lagesensor aufgrund seiner Kontur nur in genau einer Position in die im Gehäuse vorgegebene Fläche einsetzbar ist.
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Weitere Ausführungsformen sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug in einer Ansicht von vorne mit einer vergrößerte, Darstellung einer erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung,
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2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Verriegelungsscheibe und eines Profilrades einer erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung,
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3 die in 2 gezeigten Elemente in einem teilweise dargestellten Lenkhilfemotor in einer Seitenansicht sowie
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4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Verriegelungsscheibe mit integriertem Profilrad.
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1 zeigt zunächst eine Skizze mit einer schematischen Darstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkung 100. Die Skizze zeigt eine Vorderachse 102 eines Fahrzeuges 104, das folgende Lenksystemteile umfasst:
- • ein Anschlusselement 106 einer Lenksäule mit einem Drehmomentensensor 108,
- • wobei das Anschlusselement 106 über ein Verbindungselement 110 (z. B. eine Verzahnung, ein Ritzel oder eine Zahnstange) mit der Lenkachse 112 verbunden ist,
- • mit der Lenkachse verbundene Spurstangen 114a, 114b,
- • ein die Lenkachse teilweise umhüllendes Gehäuse 116 und
- • ein an der Lenkachse angreifender Kugelgewindetrieb 118, der über einen Riementrieb 120 eine Verbindung zu einem Lenkhilfemotor 122 herstellt.
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Über einen nur als Blackbox dargestellten Aktuator 124 ist ein Verriegelungselement in eine mit der Welle des Lenkhilfemotors verbundene Verriegelungsscheibe verfahrbar, um die Lenkung zu blockieren. Einzelheiten hierzu werden im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren noch erläutert.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist nicht beschränkend. Die Erfindung kann auch mit anderen Fahrzeuglenkungen mit elektrischen Lenkhilfemotoren realisiert werden, beispielsweise mit Kugelumlauf-Lenkgetrieben (Saginaw-Lenkungen) oder mit Schneckenrollen-Lenkgetrieben (Marles-Lenkungen).
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Die 2 und 3 zeigen eine Verriegelungsscheibe 126 und ein Profilrad 128, die als einstückiges Bauteil ausgebildet sind und eine mittig angeordnete, gemeinsame Durchgangsöffnung 130 mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen.
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Das Profilrad 128 weist in Umfangsrichtung einen sinusförmigen Verlauf mit fünf Maxima und fünf Minima auf. Die Lage der fünf Maxima wurde so gewählt, dass Sie mit den fünf Polen des elektrischen Lenkhilfemotors übereinstimmen. Zur Erfassung der aktuellen Stellung des Lenkhilfemotors ist – axial beabstandet zur Verriegelungsscheibe 126 und radial beabstandet zum Profilrad 128 – ein Hall-Sensor 132 als Lagesensor 133 angeordnet. Der Hall-Sensor 132 muss nicht – wie in 2 gezeigt – an einer stabartigen Halterung befestigt sein. Er wird vorzugweise direkt in einem durch ein oder mehrere Stege begrenzten Bereich des Gehäuses des Lenkhilfemotors positioniert und fixiert.
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Die Verriegelungsscheibe weist halbkreisförmige Ausnehmungen 134 auf, in welche zur Verriegelung der Lenkung als Sperrelement 135 der axial verschiebbare Zapfen 136 eines Aktuators 138 eingreifen kann, um den Lenkhilfemotor 122 und somit die gesamte Fahrzeuglenkung 100 zu verriegeln, vergleiche 2. In 2 sind ferner das Gehäuse 140 und die Welle 142 des Lenkhilfemotors zu sehen.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Profilrades 128 mit integrierter Verriegelungsscheibe 126. Die Geometrie entspricht im Wesentlichen dem in den 2 und 3 gezeigten Profilrad 128. Funktionsgleiche Elemente wurden daher mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
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Das in 4 gezeigte Profilrad 128 weist im Vergleich zu dem in den 2 und 3 gezeigten Profilrad 128 als Ausnehmungen 134 fünf Durchgangsöffnungen 144 auf. Diese sind in der gezeigten Ausführungsform so positioniert, dass deren Mittelpunkt in radialer Richtung in der gleichen Ebene liegen wie die Maxima der Umfangsfläche mit sinusförmigem Verlauf. Die Durchgangsöffnungen 144 dienen bei der in 4 gezeigten Ausführungsform der Aufnahme des Zapfens eines nicht dargestellten Aktuators, um eine Verriegelung herbeiführen zu können. Aufgrund der Lage der Durchgangsöffnungen lässt sich das Profilrad leicht in eine Stellung bringen, die einen unmittelbaren Eingriff des Aktuatorzapfens ermöglicht, um die Fahrzeuglenkung zu verriegeln.
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Es versteht sich, dass die Zahl und Lage der Durchgangsöffnungen variierbar und an die jeweiligen Bedürfnisse anpassbar ist. Durch Erhöhung der Zahl der Durchgangsöffnungen steigen zwar die Herstellungskosten, dafür sinkt jedoch das Gewicht und es verkürzt sich der Weg, den das Profilrad gedreht werden muss, um in eine Stellung gebracht zu werden, in welcher der Aktuatorzapfen zur Verriegelung des Fahrzeuglenkung in eine Durchgangsöffnung einfahrbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- erfindungsgemäße Fahrzeuglenkung
- 102
- Vorderachse
- 104
- Fahrzeug
- 106
- Anschlusselement
- 108
- Drehmomentensensor
- 110
- Verbindungselement
- 112
- Lenkachse
- 114a, 114b
- Spurstangen
- 116
- Gehäuse
- 118
- Kugelgewindetrieb
- 120
- Riementrieb
- 122
- Lenkhilfemotor
- 124
- Aktuator
- 126
- Verriegelungsscheibe
- 128
- Profilrad
- 130
- Durchgangsöffnung
- 132
- Hall-Sensor
- 133
- Lagesensor
- 134
- Ausnehmungen
- 135
- Sperrelement
- 136
- Zapfen
- 138
- Aktuator
- 140
- Gehäuse des Lenkhilfemotors
- 142
- Welle des Lenkhilfemotors
- 144
- Durchgangsöffnungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008033236 A1 [0003]
- DE 102004026868 A1 [0004]
- DE 10358009 B3 [0005]
- JP 2006-306141 A [0006]
- DE 102010047998 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Die elektromechanische Lenkung APA-BS” der Zeitschrift ATZ (01/2008, Jahrgang 3) [0008]