DE10015923B4

DE10015923B4 - Lenksystem

Info

Publication number: DE10015923B4
Application number: DE2000115923
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Bohner; Eugen Dipl.-Ing. Kolon
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: DE10015923A1

Abstract

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...

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, wobei die ständig mit einer Schließkraft beaufschlagte Kupplung mittels eines Stellaggregates gegen die Schließkraft aus der Schließlage in die Offenstellung aushebbar ist.

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 Stellhub 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.

Aus der gattungsbildenden DE 198 36 679 A1 ist ein Lenksystem bekannt, bei dem in der mechanischen Verbindung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern eine Kupplung vorgesehen ist, die in ihrem geschlossenen Zustand eine Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern herstellt. Bei geöffneter Kupplung regelt eine Regelanordnung den Lenkwinkel abhängig von der Stellung der Lenkhandhabe. Die Kupplung wird entgegen einer von Schließfedern erzeugten Schließkraft durch einen Stellmotor in ihrer geöffneten Stellung gehalten. Zur Herstellung der Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern wird der Stellmotor stromlos geschaltet.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine besonders sichere Kupplung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kupplung 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
1 eine schaltplanmäßige Darstellung des gesamten Lenksystems,
2 ein Schnittbild einer ersten Ausführungsform eines mechanischen Lenkgetriebes mit Kupplung zur Unterbrechung eines Durchtriebes zwischen gelenkten Fahrzeugrädern und Lenkhandhabe,
3 ein Detail der Kupplungsbetätigung bei der Ausführungsform der 2,
4 eine Abwandlung des vorgenannten Details,
5 eine der 2 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
6 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie VI-VI in 5.
Im Beispiel der 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 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 Randkraft 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.
2 zeigt nun eine vorteilhafte Ausführungsform der Kupplung 6, welche im Beispiel der 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. 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 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 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 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 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 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 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 3 gedreht wird. Dazu wird der Getriebemotor 42 entsprechend betätigt. Sobald die Spannhülse 30 dabei ihre in 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 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 Tellerfederpaket 33 verschiebt die Spannhülse in die in 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 2 rechten Endlage in die linke Endlage erfolgt keinerlei Drehung des Schneckenrades 37, falls dieses vorher in die punktierte Lage gemäß Bild B der 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 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 3, in der die Rampen 38 und 39 als miteinander zusammenwirkende Gleitflächen ausgebildet sind, kann gemäß 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 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 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 5 nach links weisender Stirnseite rampenförmige Rollflächen entsprechend den Rollflächen 39 der 4 angeordnet sind. Über zwischengeschaltete Kugeln wirken die vorgenannten Rollflächen mit den Rollflächen 38 in 4 entsprechenden Rollflächen an einem Ring 48 zusammen, der mit dem Schneckenrad 37 drehfest verbunden und auf seiner in 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 5 nach rechts verschoben werden, wobei die Kupplung 6 geöffnet wird.
Gemäß 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 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

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, wobei die ständig mit einer Schließkraft (33) beaufschlagte Kupplung (6) mittels eines Stellaggregates (8, 42) gegen die Schließkraft aus der Schließlage in die Offenstellung aushebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (6) 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.
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.
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.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft durch eine zur Eingangs- oder Ausgangswelle (25, 26) konzentrische Federanordnung, insbesondere ein Teller-federpaket (33), erzeugt wird.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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.
Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellaggregat (42) über eine ohne Energiezufuhr offene Kupplung antriebsmäßig mit dem Koppelelement (30) verbindbar ist.
Lenksystem nach Anspruch 5, 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.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung einen mit dem Koppelelement (30) zusammenwirkenden Riegel (43) aufweist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, 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.
Lenksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschubteil (37) bei Arretierung des Koppelelementes (30) in eine Lage für geschlossene Kupplung (6) übergeht.
Lenksystem nach Anspruch 9 oder 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 (37) selbsthemmungsfrei zwangsgekoppelt ist und mit der Arretiervorrichtung (50) zusammenwirkt, wobei die schaltbare Kupplung (51) bei wirksamer Arretierung öffnet.