DE10015923A1 - Lenksystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem, welches im Normalfall nach dem Konzept "Steer by wire" arbeitet und für den Notfall eine normal geöffnete mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern aufweist. Durch besondere Maßnahmen wird erreicht, daß diese Zwangskopplung bei Normalbetrieb nicht wirksam werden kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein nicht
spurgebundenes Kraftfahrzeug, dessen gelenkte Fahrzeugräder
bei Normalbetrieb mit einer Lenkhandhabe, insbesondere einem
Lenkhandrad, über eine sich ständig auf korrekte Funktion
überprüfende elektronische Regelanordnung wirkungsmäßig
verbunden sind, welche einen mit den gelenkten Fahrzeugrädern
zu deren Lenkverstellung verbundenen Lenkstellantrieb regelt
und dazu mit einem von der Lenkhandhabe betätigten Lenkwinkel-
Sollwertgeber sowie einem mit den gelenkten Fahrzeugrädern
betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber verbunden ist, wobei die
Regelanordnung vorzugsweise auch einen mit der Lenkhandhabe
zur Simulation eines Lenkwiderstandes verbundenen
Handkraftsteller regelt und dazu mit einem übertragene Kräfte
zwischen Lenkstellantrieb und gelenkten Fahrzeugrädern
erfassenden Handkraft-Sollwertgeber sowie einem übertragene
Kräfte zwischen Handkraftsteller und Lenkhandhabe erfassenden
Handkraft-Istwertgeber verbunden ist. Bei anormalem Betrieb
bzw. Notfallbetrieb werden die gelenkten Fahrzeugräder zur
Lenkverstellung mit der Lenkhandhabe mechanisch
zwangsgekoppelt, indem eine bei Normalbetrieb offene Kupplung
in einer zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern
angeordneten mechanischen Lenkgetriebeanordnung schließt.
Derartige Lenksysteme, welche nach dem Konzept "Steer by wire"
arbeiten, sind aus der DE 195 46 733 C1 sowie der
DE 690 22 848 T2 grundsätzlich bekannt. Diese für zukünftige
Kraftfahrzeuge vorgesehenen Systeme bieten den grundsätzlichen
Vorteil, daß sie zumindest hinsichtlich der Regelanordnung
sowie der zugehörigen Sensorik ohne konstruktive Abänderungen
für unterschiedliche Fahrzeuge geeignet sind. Durch
entsprechende Programmierung kann bei Normalbetrieb praktisch
jedes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Steilhub der
Lenkhandhabe und der Lenkwinkeländerung der gelenkten
Fahrzeugräder verwirklicht werden. Außerdem besteht die
Möglichkeit, die Regelanordnung mit zusätzlichen Sensoren zu
verbinden, um vorzugebende Parameter, z. B.
Seitenwindeinflüsse, selbsttätig zu berücksichtigen bzw.
auszuregeln.
Um die erforderliche Sicherheit bei Systemfehlern
gewährleisten zu können, ist vorgesehen, daß beim Auftreten
eines Fehlers in der Regelanordnung oder bei Ausfall von
Signalen, die von der Regelanordnung ausgewertet werden
müssen, automatisch eine Betriebsweise für anormalen Betrieb
bzw. Notfallbetrieb eingeschaltet wird. Bei dieser
Betriebsweise wird im Falle des eingangs angegebenen
Lenksystems eine mechanische Zwangskopplung zwischen
Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern wirksam, so daß das
Lenksystem prinzipiell nach Art einer herkömmlichen
mechanischen Lenkung arbeitet, wobei allerdings die bei
herkömmlichen Lenkungen übliche mechanische Lenksäule
gegebenenfalls durch andere mechanische Systeme ersetzt sein
kann.
Das bei anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb wirksam werdende
mechanische System besitzt eine Kupplung, die beim
Normalbetrieb geöffnet gehalten wird und damit das mechanische
System bei Normalbetrieb unwirksam macht.
Bei Normalbetrieb sollte mit entsprechender Sensorik ständig
überwacht werden, ob die Kupplung geöffnet ist. Dadurch kann
vermieden werden, daß durch fehlerhaftes Schließen der
Kupplung kritische Betriebszustände aufzutreten vermögen: Bei
einer Lenkung der eingangs angegebenen Art ist zwischen dem
Stellhub der Lenkhandhabe und der Lenkwinkeländerung der
gelenkten Fahrzeugräder bei anormalem Betrieb bzw.
Notfallbetrieb und dementsprechend geschlossener Kupplung
regelmäßig ein anderes Übersetzungsverhältnis gegeben als bei
Normalbetrieb mit geöffneter Kupplung. Sollte bei diesem
Normalbetrieb die Kupplung unbemerkt ganz oder teilweise
schließen, könnten Stellbewegungen der gelenkten Fahrzeugräder
zu einer unerwünschten Rückwirkung auf die Lenkhandhabe und
damit auf den Lenkwinkel-Sollwertgeber führen. Dies hätte dann
zur Folge, daß die elektronische Regelanordnung eine der
Sollwertänderung entsprechende Verstellung der gelenkten
Fahrzeugräder vorzunehmen suchte, wodurch dann erneut eine
Verstellung des Lenkwinkel-Sollwertgebers verursacht würde.
Damit könnten sich erhebliche Fehlsteuerungen "aufschaukeln",
wenn bei Normalbetrieb ein Schließen der Kupplung unbemerkt
bleiben sollte.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine besonders sichere
Kupplung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
ständig mit einer Schließkraft beaufschlagte Kupplung mittels
eines Stellaggregates gegen die Schließkraft aus der
Schließlage in die Offenstellung aushebbar und mittels einer
Arretiervorrichtung gegen die Schließkraft in Offenstellung
feststellbar ist, wobei das Stellaggregat einen die Kupplung
öffnenden Zustand nur vorübergehend und normal seinen
Passivzustand für geschlossene Kupplung einnimmt, und wobei
die normal unwirksame Arretiervorrichtung nur unter
Energiezufuhr wirksam ist bzw. bleibt.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die ständig
in ihre Schließlage gespannte Kupplung beim Normalbetrieb des
Lenksystems mittels einer nicht selbsthaltenden Arretierung in
Offenlage festzuhalten, während das Stellaggregat seinen für
geschlossene Kupplung vorgesehenen Zustand einnimmt. Damit ist
einerseits gewährleistet, daß die Kupplung bei einem
gegebenenfalls notwendigen Übergang in den Notbetrieb bzw.
anormalen Betrieb ohne Gefahr einer Behinderung durch das
Stellaggregat geschlossen werden kann, indem die Energiezufuhr
zur Arretiervorrichtung abgeschaltet wird oder ausfällt.
Andererseits kann der offene Zustand der Kupplung leicht durch
Erfassung des Betriebszustandes der Arretiervorrichtung
überwacht werden, wobei im wesentlichen nur überprüft werden
muß, ob die Energiezufuhr zur Arretiervorrichtung
eingeschaltet ist oder nicht bzw. einen Schwellwert
überschreitet.
Darüber hinaus ist vorteilhaft, daß der offene Zustand durch
unsymmetrisch redundante Maßnahmen überprüfbar ist, indem
mittels entsprechender Sensorik einerseits unmittelbar an der
Kupplung oder damit zwangsgekoppelten Teilen der geöffnete
Zustand der Kupplung und andererseits der Zustand der
Arretiervorrichtung registriert werden.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der
Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung
der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte
Ausführungsformen beschrieben werden.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine schaltplanmäßige Darstellung des gesamten
Lenksystems,
Fig. 2 ein Schnittbild einer ersten Ausführungsform eines
mechanischen Lenkgetriebes mit Kupplung zur
Unterbrechung eines Durchtriebes zwischen gelenkten
Fahrzeugrädern und Lenkhandhabe,
Fig. 3 ein Detail der Kupplungsbetätigung bei der
Ausführungsform der Fig. 2,
Fig. 4 eine Abwandlung des vorgenannten Details,
Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 6 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie VI-VI in
Fig. 5.
Im Beispiel der Fig. 1 besitzt ein nicht näher dargestelltes
Kraftfahrzeug lenkbare Vorderräder 1, die über Spurstangen 2
sowie eine Stange 3 miteinander lenkverstellbar gekoppelt
sind. Die Stange 3 besitzt einen als Zahnstange ausgebildeten
Teil 3', welcher mit einem Ritzel 4 kämmt, sowie einen als
Kolbenstange eines doppeltwirkenden hydraulischen Kolben-
Zylinder-Aggregates 5 ausgebildeten Teil 3".
Das Ritzel 4 ist mit einer Seite einer kraft- und/oder
formschlüssig arbeitenden Kupplung 6 verbunden, welche durch
ein Federaggregat 7 ständig in Schließrichtung belastet und in
weiter unten dargestellter Weise mittels eines Stellaggregates
8 geöffnet sowie durch eine Arretierung 9 in Offenlage
festgehalten werden kann. Die andere Seite der Kupplung 6 ist
über eine vorzugsweise gelenkige Welle 10 mit einem
Lenkhandrad 11 antriebsmäßig verbunden.
Parallel zum Lenkhandrad 11 ist ein mit der Welle 10
mechanisch zwangsgekoppelter, selbsthemmungsfreier
Elektromotor 12 angeordnet, welcher bei festgehaltener
Motorwelle als reiner Krafterzeuger zu arbeiten vermag und
dessen Zweck weiter unten erläutert wird.
In der Antriebsverbindung zwischen Elektromotor 12 und Welle
10 einerseits und dem Lenkhandrad 11 andererseits ist ein
Torsionsstab 13 angeordnet, so daß das Lenkhandrad 11 mit der
Welle 10 mit einer gewissen Drehelastizität verbunden ist.
Beidseitig des Torsionsstabes 13 sind Winkelsensoren 14 und 15
angeordnet, deren Zweck weiter unten erläutert wird.
Ein weiterer Winkelsensor 16 ist am Ritzel 4 vorgesehen.
Die beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 lassen sich
über ein normal offenes Absperrventil 17 miteinander
verbinden, derart, daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 unter
allen Umständen auf Freilauf geschaltet ist. Durch Bestromung
seines Stellmagnetes wird das Absperrventil 17 in seine
Schließlage gebracht.
Im übrigen ist das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 mit zwei
Anschlüssen eines Regelventiles 18 verbunden, welches über
zwei weitere Anschlüsse mit einem Reservoir 19 bzw. mit der
Druckseite einer Hydraulikpumpe 20 verbunden ist. In der vom
Regelventil 18 normal eingenommenen dargestellten Lage ist das
Kolben-Zylinder-Aggregat 5 auf Freilauf geschaltet. Durch
Bestromung eines seiner Stellmagnete läßt sich das Regelventil
18 derart steuern, daß bei arbeitender Pumpe 20 zwischen den
beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 eine mehr oder
weniger große Druckdifferenz auftritt und das Kolben-Zylinder-
Aggregat 5 eine entsprechende Stellkraft in der einen oder
anderen Richtung erzeugt. Die Druckdifferenz und damit die
Stellkraft können mit Drucksensoren 21 und 22 an den beiden
Seiten des Aggregates 5 erfaßt werden.
Eine elektronische Regel- bzw. Steueranordnung 23 ist
eingangsseitig mit den Winkelsensoren 14 bis 16 sowie den
Drucksensoren 21 und 22 verbunden. Ausgangsseitig steuert die
Regel- bzw. Steueranordnung 23 das Stellaggregat 8, die
Arretierung 9, den Elektromotor 12, die Stellmagnete der
Ventile 17 und 18 sowie gegebenenfalls die Hydraulikpumpe 20.
Das Lenksystem der Fig. 1 funktioniert wie folgt, wobei
zunächst der Normalbetrieb dargestellt wird:
Beim Normalbetrieb wird das Absperrventil 17 geschlossen und
die Kupplung 6 in Offenstellung gehalten. Die Lenkbetätigung
der Vorderräder 1 erfolgt dadurch, daß mit dem Lenkhandrad 11
der Winkelsensor 14 betätigt wird, welcher an die
Regelanordnung 23 ein den Lenkwinkel-Sollwert wiedergebendes
Signal weiterleitet. Vom Winkelsensor 16 erhält die
Regelanordnung 23 ein den Lenkwinkel-Istwert wiedergebendes
Signal. Die Regelanordnung 23 führt einen Soll-Istwert-
Vergleich durch und steuert in Abhängigkeit davon das
Regelventil 18. Aufgrund des geschlossenen Absperrventiles 17
wird durch die Betätigung des Regelventiles 18 vom Kolben-
Zylinder-Aggregat 5 eine mehr oder weniger große Stellkraft
mit steuerbarem Richtungssinn erzeugt, derart, daß die Soll-
Istwert-Abweichung ausgeregelt wird und der Istwert des
Lenkwinkels an den Vorderrädern 1 dem vom Lenkhandrad 11 über
den Drehwinkelsensor 14 vorgegebenen Lenkwinkel-Sollwert
entspricht.
Die Signale der den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-
Aggregates 5 zugeordneten Drucksensoren 21 und 22 lassen die
zwischen diesen beiden Seiten vorliegende Druckdifferenz nach
Betrag und Richtung erkennen. Diese Druckdifferenz ist analog
zu den an den Vorderrädern 1 wirksamen Lenk- und Störkräften.
In Korrelation zu diesem Lenk- und Störkräften wird nun von
der Regelanordnung 23 ein Sollwert für die am Lenkhandrad 11
fühlbare Handkraft vorgegeben, die durch den Elektromotor 12
simuliert wird: Der Istwert der Handkraft wird von der
Regelanordnung 23 aus den Signalen der Winkelsensoren 14 und
15 ermittelt. Denn je nach dem Maß der Handkraft wird der
Torsionsstab 13 mehr oder weniger stark tordiert, mit der
Folge, daß die Signale der Winkelsensoren 14 und 15 eine
entsprechende Winkeldifferenz in der einen oder anderen
Richtung anzeigen. Somit kann die Regelanordnung 23 in
Abhängigkeit von einem Soll-Istwert-Vergleich den Elektromotor
12 so steuern, daß die am Lenkhandrad 11 fühlbare Handkraft im
Ergebnis entsprechend den an den gelenkten Vorderrrädern 1
wirksamen Lenk- und Störkräften variiert wird.
Die Regelanordnung 23 überprüft sich selbst sowie die mit ihr
zusammenwirkenden Systemteile ständig auf korrekte Funktion,
wobei auch die Plausibilität der Signale der verschiedenen
Sensoren überwacht wird.
Wenn die Sicherheit des Lenksystems beim vorangehend
beschriebenen Normalbetrieb nicht mehr mit Sicherheit
gewährleistet werden kann, werden die Stellmagnete der Ventile
17 und 18 stromlos geschaltet, so daß das Kolben-Zylinder-
Aggregat 5 unter allen Umständen hydraulisch auf Freilauf
geschaltet wird. Gleichzeitig wird auch die Arretierung 9 für
die Offenstellung der Kupplung 6 unwirksam geschaltet (dies
wird weiter unten näher dargestellt). Damit wird die Kupplung
6 durch das Federaggregat 7 geschlossen. Somit sind das
Lenkhandrad 11 und die lenkbaren Vorderräder 1 miteinander zur
Lenkverstellung mechanisch zwangsgekoppelt. Nunmehr kann also
das Fahrzeug in herkömmlicher Weise mechanisch gelenkt werden.
Soweit bei Beendigung des Normalbetriebes noch hinreichende
Restfunktionen der Regelanordnung 23 zur Verfügung stehen,
kann der Elektromotor 12 als Servomotor eingesetzt werden.
Dazu werden die von den Winkelsensoren 14 und 15 gelieferten
Signale ausgewertet, welche die jeweils auf das Lenkhandrad 11
ausgeübte Handkraft wiedergeben. In Abhängigkeit von dieser
Handkraft wird nun der Elektromotor 12 von der Regelanordnung
23 so gesteuert, daß eine mehr oder weniger starke
Verminderung der bei den jeweiligen Lenkmanövern ausgeübten
Handkräfte erreicht wird.
Grundsätzlich ist es auch möglich, bei geschlossener Kupplung
6 und dadurch bewirkter mechanischer Zwangskopplung von
Lenkhandrad 11 und gelenkten Vorderrädern 1 das Kolben-
Zylinder-Aggregat 5 als Servomotor zu betreiben. Dazu muß der
Elektromagnet des Absperrventiles 17 unter Schließung dieses
Ventiles bestromt und das Regelventil 18 in Abhängigkeit von
den die Handkräfte wiedergebenden Signalen der Winkelsensoren
14 und 15 mittels der Regelung 23 derart betätigt werden, daß
das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 eine die jeweils am Lenkhandrad
11 fühlbare Handkraft vermindernde Stellkraft erzeugt.
Fig. 2 zeigt nun eine vorteilhafte Ausführungsform der
Kupplung 6, welche im Beispiel der Fig. 2 zusammen mit dem
Ritzel 4 sowie dem damit kämmenden Teil 3' der Zahnstange in
einer gemeinsamen Gehäuseanordnung 24 untergebracht ist.
Der Kupplungseingang wird durch eine mit der Welle 10 (vgl.
Fig. 1) verbindbare Eingangswelle 25 und der Kupplungsausgang
durch eine einstückig mit dem Ritzel 4 verbundene Ritzelwelle
26 gebildet. Beide Wellen 25 und 26 sind einerseits im Gehäuse
24 und andererseits aneinander drehgelagert, indem das der
Ritzelwelle 26 zugewandte Ende der Eingangswelle 25 eine
gestufte Sackbohrung aufweist, die ein Kugellager für einen
stirnseitigen Axialfortsatz der Ritzelwelle 26 aufnimmt.
Im übrigen ist an dem der Ritzelwelle 26 zugewandten Ende der
Eingangswelle 25 ein zur Ritzelwelle 26 hin offenes. Hohlrad 27
angeordnet bzw. ausgebildet, welches mit seiner in Fig. 2 nach
links weisenden Stirnseite axial am Gehäuse 25 drehgelagert
ist. Innerhalb des Hohlrades 27 sind erste Kupplungslamellen
28' axial verschiebbar, jedoch relativ zum Hohlrad 27 undrehbar
gehaltert. Weitere Kupplungslamellen 28" sind an dem in das
Hohlrad 27 hineinragenden Ende der Ritzelwelle 26 axial
verschiebbar, jedoch relativ zur Ritzelwelle 26 undrehbar
angeordnet. Die Lamellen 28' und 28" folgen in Achsrichtung
abwechselnd aufeinander, wobei vor einer das Lamellenpaket
abschließenden Andruckplatte 29, die wie die weiteren Lamellen
28" auf der Ritzelwelle 26 axial verschiebbar und undrehbar
angeordnet ist, eine der ersten Lamellen 28' vorgesehen ist,
während vor dem scheibenförmigen Teil des Hohlrades 27 eine
der weiteren Lamellen 28" angeordnet ist.
Koaxial zur Ritzelwelle 26 ist eine axial verschiebbare
Spannhülse 30 angeordnet, mit der eine Spannscheibe 31 axial
gegen die Andruckplatte 29 vorschiebbar ist. Zwischen
Andruckplatte 29 und Spannscheibe 31 ist ein Axiallager 32
angeordnet, so daß sich die Andruckplatte 29 zusammen mit der
Ritzelwelle 26 relativ zu Spannscheibe 31 sowie zur Spannhülse
30 zu drehen vermag.
Die Spannhülse 30 wird von einem Tellerfederpaket 33, welches
sich an einem gehäuseseitigen Widerlagerring 34 abstützt,
gegen die Lamellen 28' und 28" gespannt. Der Widerlagerring 34
dient auch dazu, eine Lagerschale eines Kugellagers 35
gehäuseseitig unter Einwirkung der Kraft des
Tellerfederpaketes 33 axial festzuhalten. Dieses Lager 35,
welches als Rillenkugellager ausgebildet ist und dessen innere
Lagerschale axial an der Ritzelwelle 26 fest gehaltert ist,
dient zur radialen und axialen Lagerung der Ritzelwelle 26.
Koaxial zur Spannhülse 30 ist innerhalb des Gehäuses 24 eine
Widerlagerhülse 36 angeordnet, welche an ihrem den
Kupplungslamellen 28' und 28" zugewandten Ende an einer
Ringstufe im Gehäuse 24 axial abgestützt ist. Die
Widerlagerhülse 36 bildet eine Lagerachse für ein Schneckenrad
37, welches auf der Widerlagerhülse 36 radial und auf seiner
den Kupplungslamellen 28' und 28" zugewandten Stirnseite auf
einer Ringstufe der Widerlagerhülse 36 axial gelagert ist. Die
von den Kupplungslamellen 28' und 28" abgewandte Stirnseite des
Schneckenrades 37 ist gemäß Fig. 3 mit einer Vielzahl
wendelförmiger Rampen 38 versehen, die eine sägezahnartige
stirnseitige Verzahnung des Schneckenrades 37 bilden. Die
Rampen 38 wirken mit gegengleichen Rampen 39 am freien Ende
eines zylinderförmigen Fortsatzes 40 der Spannhülse 30
zusammen. Wenn das Schneckenrad 37 aus seiner im Bild A der
Fig. 3 dargestellten Lage relativ zum Fortsatz 40 der im
Gehäuse 24 axial verschiebbar und undrehbar geführten
Spannhülse 30 in die Lage gemäß Bild B der Fig. 3 gedreht
wird, werden der Fortsatz 40 und damit die Spannhülse 30
zwangsläufig gegen die Kraft des Tellerfederpaketes 33 axial
verschoben, wobei die Kupplungslamellen 28' und 28" axial
entlastet werden.
In der Lage der Rampen 38 und 39 gemäß Bild A verbleibt
zwischen den Rampen 38 und 39 ein gewisses axiales Spiel,
derart, daß die Federkraft des Tellerfederpaketes 33
vollständig über die Spannhülse 30 sowie die Spannscheibe 31
über das Axiallager 32 auf die Andruckplatte 29 und damit auf
die Kupplungslamellen 28' und 28" abgetragen wird, die
dementsprechend zwischen der Andruckplatte 29 und dem
Ringscheibenbereich des Hohlrades 27 axial zusammengepreßt
werden.
Das Schneckenrad 37 besitzt an seinem Außenumfang eine
Schneckenverzahnung, die mit einer Schnecke 41 zusammenwirkt,
welche ihrerseits von einem elektrischen Getriebemotor 42
antreibbar ist. Vorzugsweise sind die Schnecke 41 und das
Schneckenrad 37 derart ausgebildet, daß sie selbsthemmungsfrei
zusammenwirken können.
Seitlich am Gehäuse 24, und zwar am Gehäuseteil von Zahnstange
3' und Ritzel 4, ist ein Riegelbolzen 43 vorgesehen, welcher
gegen die Kraft einer Rückstellfeder 44 in eine Umfangsnut 30'
an der Spannhülse 30 einschiebbar ist, wenn die Spannhülse 30
aus der Lage in Fig. 2 gegen die Kraft des Tellerfederpaketes
33 in die rechte Endlage verschoben wird. Dabei ist die
Spannhülse 30 neben der Nut 30' so geformt bzw. ausgebildet,
daß der Riegelbolzen 43 nur seine in Fig. 2 dargestellte Lage
einnehmen kann, solange die vorgenannte rechte Endlage der
Spannhülse 30 nicht erreicht ist. Die Betätigung des
Riegelbolzens 43 gegen die Kraft der Rückstellfeder 44 kann
mittels eines Elektromagnetes 45 erfolgen, welcher zum
Vorschub des Riegelbolzens 43 in dessen Riegellage bestromt
werden muß.
Anstelle des Elektromagnetes 45 kann auch ein Magnetventil
vorgesehen sein, wenn der Riegelbolzen 43 fluidisch betätigt
werden soll. Hierbei ist vorgesehen, daß der Riegelbolzen 43
vom Fluiddruck entlastet und damit von der Rückstellfeder 44
in seine riegelunwirksame Lage gestellt wird, wenn der
elektrische Versorgungsstrom für das Magnetventil abgeschaltet
wird.
Für den Normalbetrieb des Lenksystems wird die Kupplung 6
geöffnet, indem das Schneckenrad 37 mit seinen Rampen 38 in
die Position gemäß Bild B der Fig. 3 gedreht wird. Dazu wird
der Getriebemotor 42 entsprechend betätigt. Sobald die
Spannhülse 30 dabei ihre in Fig. 2 rechte Endlage erreicht,
wird der Elektromagnet 45 bestromt, so daß der Riegelbolzen 43
in die Nut 30' der Spannhülse 30 eingeschoben wird. Der
Elektromagnet 45 bleibt nunmehr bestromt, um den Riegelbolzen
43 in der vorgenannten Lage zu halten.
Nach Einschub des Riegelbolzens 43 in die Nut 30' kann das
Schneckenrad 37 mit seinen Rampen 38 in die Lage des Bildes A
der Fig. 3 zurückgestellt werden, so daß sich die Rampen 38
und 39 voneinander entfernen und den Rampen 39 bzw. der
Spannhülse 30 der Rückweg zum Schließen der Kupplung 6
freigegeben wird.
Sollte nun eine Störung des Lenksystems auftreten, wird der
elektrische Versorgungsstrom für den Elektromagnet 45
unterbrochen. Damit stellt die Rückstellfeder 44 den
Riegelbolzen 43 in seine Entriegelungslage zurück, und das
Tellerfederpakete 33 verschiebt die Spannhülse in die in Fig.
2 dargestellte Lage, in der die Lamellen 28' und 28" der
Kupplung 6 aufeinandergepreßt werden und die Kupplung 6
dementsprechend ihren Schließzustand einnimmt, bei dem die
Eingangswelle 25 und die Ritzelwelle 26 relativ zueinander
praktisch undrehbar gekuppelt gehalten werden. Bei dem Rückhub
der Spannhülse 30 aus der in Fig. 2 rechten Endlage in die
linke Endlage erfolgt keinerlei Drehung des Schneckenrades 37,
falls dieses vorher in die punktierte Lage gemäß Bild B der
Fig. 3 gebracht wurde. Dementsprechend braucht auch der
Elektromotor 42 nicht passiv gedreht zu werden.
Sollte das Schneckenrad 37 vor dem Rückhub der Spannhülse 30
in die linke axiale Endlage die vorgenannte punktierte Lage im
Bild B der Fig. 3 noch nicht erreicht haben, wird das
Schneckenrad 37 durch Zusammenwirken der Rampen 38 und 39 beim
Rückhub der Spannhülse 37 zwangsläufig gedreht, wobei dann der
Motor 42 über die Schnecke 41 mitgedreht wird. Dazu ist die
Antriebsverbindung von Motor 42 und Schneckenrad 37
hinreichend selbsthemmungsfrei.
Abweichend von der Darstellung der Fig. 3, in der die Rampen
38 und 39 als miteinander zusammenwirkende Gleitflächen
ausgebildet sind, kann gemäß Fig. 4 auch vorgesehen sein,
Rampen 38' und 39' als Kugellaufbahnen für eine dazwischen
angeordnete Kugel auszubilden. Dadurch kann die Reibung
vermindert werden.
Die Ausführungsform der Fig. 5 und 6 zeigt, daß die Spannhülse
30 einstückig in die Spannscheibe 31 übergehen kann, wobei die
Spannscheibe 31 nach Art eines Stirnflansches an der
Spannhülse 30 ausgebildet sein kann.
Auf dem in Fig. 5 rechten Ende der Spannhülse 30 ist ein
Ringteil 46 drehfest angeordnet, welches z. B. mittels
Axialnuten an seinem Innenumfang in gegengleiche Axialnuten am
Außenumfang der Spannhülse 30 eingreift und mittels eines
Federringes 47 gesichert ist. Das Ringteil 46 besitzt einen
Umfangsflansch 46', auf dessen in Fig. 5 nach links weisender
Stirnseite rampenförmige Rollflächen entsprechend den
Rollflächen 39' der Fig. 4 angeordnet sind. Über
zwischengeschaltete Kugeln wirken die vorgenannten Rollflächen
mit den Rollflächen 38' in Fig. 4 entsprechenden Rollflächen an
einem Ring 48 zusammen, der mit dem Schneckenrad 37 drehfest
verbunden und auf seiner in Fig. 5 nach links weisenden
Stirnseite axial auf einem gehäuseseitigen Ring 49 gelagert
ist, welcher seinerseits an einer inneren Ringstufe des
Gehäuses 24 festgehalten wird.
Dementsprechend kann die Spannhülse 30 wiederum durch Drehung
des Schneckenrades 37 gegen die Kraft des Tellerfederpaketes
33 in Fig. 5 nach rechts verschoben werden, wobei die Kupplung
6 geöffnet wird.
Gemäß Fig. 6 kann die Schnecke 41 einerseits mit einer
elektromagnetischen Bremse 50 zusammenwirken und andererseits
über eine elektromagnetische Kupplung 51 mit dem Elektromotor
42 kuppelbar sein. Dabei ist die elektromagnetische Bremse 50
derart ausgebildet, daß sie bei elektrischer Bestromung
wirksam wird und die Schnecke 41 praktisch drehfest blockiert.
Die elektromagnetische Kupplung 51 schließt bei elektrischer
Bestromung und öffnet, sobald die elektrische Bestromung
abgeschaltet wird.
Zum Öffnen der Kupplung 6 wird die Kupplung 51 bestromt, so
daß eine Antriebsverbindung zwischen der Schnecke 41 und dem
Elektromotor 42 gegeben ist, welcher nunmehr zum Antrieb der
Schnecke 41 bestromt wird. Damit wird das Schneckenrad 37
zusammen mit dem Ring 48 gedreht, welcher dabei mit seinen
schraubenförmigen stirnseitigen Flächen über Kugeln mit
entsprechend schraubenförmigen Flächen am Flansch 46' des an
der Spannhülse 30 befestigten Ringteiles zusammenwirkt und die
Spannhülse 30 in Fig. 5 nach rechts verschiebt.
Sobald bei dieser Verschiebung ein Näherungssensor 52
anspricht, wird die Bremse 50 bestromt, so daß die Spannhülse
30 in ihrer dem geöffneten Zustand der Kupplung 6 zugeordneten
Lage durch Arretierung des Schneckengetriebes festgehalten
bleibt. Der Motor 42 sowie die Kupplung 51 können weiterhin
bestromt bleiben, um den Zustand der geöffneten Kupplung 61
zusätzlich zu sichern.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, den Motor 42 und die
Kupplung 51 nunmehr unbestromt zu lassen und den Zustand der
geöffneten Kupplung 6 allein mittels der bestromten Bremse 50
aufrechtzuerhalten.
Falls im Falle einer Störung des Lenksystems eine mechanische
Zwangskopplung zwischen Lenkhandrad 11 und gelenkten
Fahrzeugrädern 1 hergestellt werden soll, werden die Bremse 50
und die Kupplung 51 in jedem Falle elektrisch stromlos
geschaltet, so daß das Tellerfederpaket 33 die Kupplung 6
schließen kann, wobei die Schnecke 41 und das Schneckenrad 37
mitgedreht werden, da diese Teile selbsthemmungsfrei
ausgebildet sind.
Ein gegebenenfalls blockierter Motor 42 kann dabei keinerlei
Störung verursachen.
Claims (11)
1. Lenksystem für ein nicht spurgebundenes Kraftfahrzeug,
dessen gelenkte Fahrzeugräder (1) bei Normalbetrieb mit einer
Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkhandrad (11), über eine
sich ständig auf korrekte Funktion überprüfende elektronische
Regelanordnung (23) wirkungsmäßig verbunden sind, welche einen
mit den gelenkten Fahrzeugrädern (1) zu deren Lenkverstellung
verbundenen Lenkstellantrieb (5) regelt und dazu mit einem von
der Lenkhandhabe betätigten Lenkwinkel-Sollwertgeber (14)
sowie einem mit den gelenkten Fahrzeugrädern betätigten
Lenkwinkel-Istwertgeber (16) verbunden ist, wobei die
Regelanordnung (23) vorzugsweise auch einen mit der
Lenkhandhabe zur Simulation eines Lenkwiderstandes verbundenen
Handkraftsteller (12) regelt und dazu mit einem übertragene
Kräfte zwischen Lenkstellantrieb (5) und gelenkten
Fahrzeugrädern (1) erfassenden Handkraft-Sollwertgeber (21, 22)
sowie einem übertragene Kräfte zwischen Handkraftsteller und
Lenkhandhabe erfassenden Handkraft-Istwertgeber (13, 14, 15)
verbunden ist, wobei bei anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb
die gelenkten Fahrzeugräder (1) zur Lenkverstellung mit der
Lenkhandhabe mechanisch zwangsgekoppelt werden, indem eine bei
Normalbetrieb offene Kupplung (6) in einer zwischen
Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern angeordneten
mechanischen Lenkgetriebeanordnung (3, 4, 10) schließt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ständig mit einer Schließkraft (33) beaufschlagte
Kupplung (6) mittels eines Stellaggregates (8, 42) gegen die
Schließkraft aus der Schließlage in die Offenstellung
aushebbar und mittels einer Arretiervorrichtung (43, 50) gegen
die Schließkraft in Offenstellung feststellbar ist, wobei das
Stellaggregat (8, 42) einen die Kupplung öffnenden Zustand nur
vorübergehend und normal seinen Passivzustand für geschlossene
Kupplung einnimmt, und wobei die normal unwirksame
Arretiervorrichtung nur unter Energiezuführung wirksam ist
bzw. bleibt.
2. Lenksystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Sensorik (52) vorhanden ist, die den Passivzustand
des Stellaggregates und/oder den wirksamen Zustand der
Arretiervorrichtung (43, 50) erfaßt.
3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Wegfahrsperre wirksam wird bzw. bleibt, solange beim
Start des Fahrzeuges kein Signal für den Passivzustand des
Stellaggregates vorliegt.
4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein die Kraft einer Schließfeder (7, 33) auf die Kupplung
(6) übertragendes Koppelelement (30) mittels des
Stellaggregates (42) unter Entlastung und Öffnung der Kupplung
(6) gegen die Schließfeder (7, 33) verschiebbar und mittels der
Arretiervorrichtung (43, 50) in der vorgeschobenen Position
festhaltbar ist, und daß das Stellaggregat (42) vom
vorgeschobenen Element entkuppelbar ist.
5. Lenksystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellaggregat (42) über eine ohne Energiezufuhr offene
Kupplung antriebsmäßig mit dem Koppelelement (30) verbindbar
ist.
6. Lenksystem nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsverbindung zwischen Stellaggregat (42) und
Koppelelement (30) einen spielbehafteten Ruhezustand aufweist,
so daß die Federkraft (7, 33) das Koppelement (30) bei
unwirksamer Arretierung ohne vollständige Aufzehrung des
Spieles in die der geschlossenen Kupplung (6) zugeordnete Lage
zu schieben vermag.
7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Koppelelement (30) als koaxial zu einer Eingangs- oder Ausgangswelle der Kupplung (6) angeordnetes, axial verschiebbares undrehbares hülsenartiges Teil ausgebildet ist,
daß koaxial zum Koppelelement (30) ein rohrförmiges, axial festgelagertes drehbares Vorschubteil (37) angeordnet ist,
daß am in Vorschubrichtung weisenden Stirnende des Vorschubteiles und einer gegenüberliegenden Stirnseite eines am Koppelelement festen Flansches bzw. Kragens (40, 46') einerseits eine wendelförmige Rampe und andererseits ein damit selbsthemmungsfrei zusammenwirkendes Abstützteil (38, 39) angeordnet sind, derart, daß bei Drehung des Vorschubteiles eine Axialbewegung des Koppelelementes erfolgt.
daß das Koppelelement (30) als koaxial zu einer Eingangs- oder Ausgangswelle der Kupplung (6) angeordnetes, axial verschiebbares undrehbares hülsenartiges Teil ausgebildet ist,
daß koaxial zum Koppelelement (30) ein rohrförmiges, axial festgelagertes drehbares Vorschubteil (37) angeordnet ist,
daß am in Vorschubrichtung weisenden Stirnende des Vorschubteiles und einer gegenüberliegenden Stirnseite eines am Koppelelement festen Flansches bzw. Kragens (40, 46') einerseits eine wendelförmige Rampe und andererseits ein damit selbsthemmungsfrei zusammenwirkendes Abstützteil (38, 39) angeordnet sind, derart, daß bei Drehung des Vorschubteiles eine Axialbewegung des Koppelelementes erfolgt.
8. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schließkraft durch eine zur Eingangs- oder
Ausgangswelle (25, 26) konzentrische Federanordnung,
insbesondere ein Tellerfederpaket (33), erzeugt wird.
9. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Arretiervorrichtung einen mit dem Koppelelement (30)
zusammenwirkenden Riegel (43) aufweist.
10. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorschubteil (37) bei Arretierung des Koppelelementes
(30) in eine Lage für geschlossene Kupplung (6) übergeht.
11. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellaggregat einen Stellmotor (42) aufweist, welcher
über eine schaltbare Kupplung (51) mit einem Getriebeteil (41)
antriebsmäßig verbindbar ist, welches mit dem Vorschubteil
(30) selbsthemmungsfrei zwangsgekoppelt ist und mit der
Arretiervorrichtung (50) zusammenwirkt, wobei die schaltbare
Kupplung bei wirksamer Arretierung öffnet.
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