DE102004030233A1

DE102004030233A1 - Lenksystem

Info

Publication number: DE102004030233A1
Application number: DE200410030233
Authority: DE
Inventors: Torsten Henke
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) für ein Fahrzeug, mit einem in einem Gestell (2) oder Gehäuse bewegbar angeordneten, stangenartigen Element (3) zur Wirkverbindung einer Lenkhandhabe mit einem gelenkten Rad des Fahrzeugs und mit einem induktiven Sensor (4) zur Messung der Bewegung des stangenartigen Elements (3) relativ zu dem Gestell (2) oder Gehäuse. DOLLAR A Um ein Lenksystem anzugeben, dessen Lenkwinkelerfassung einfach, kostengünstig und exakt und ohne bewegliche Kabelverbindungen erfolgt, ist vorgesehen, dass der induktive Sensor (4) durch eine auf dem stangenartigen Element (3) angeordnete Messspule (5) und eine im axialen Bereich um die Messspule (5) an dem Gestell (2) oder Gehäuse angeordnete Erregerspule (6) oder aus einer axialen Mess- und Erregerspule um das stangenartige Element (3) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der DE 44 37 939 C2 ist ein als Zahnstangenlenkung ausgebildetes Lenksystem für ein Fahrzeug entnehmbar, mit einem stangenartigen Element, das als Zahnstange ausgebildet ist, die in einem Gehäuse geführt ist und an deren Enden über Gelenke Spurstangen angeschlossen sind. Zwischen den gelenkseitigen Enden der Zahnstange und dem Gehäuse sind Faltenbälge aus elastomerem Material angeordnet, wobei in zumindest einem der Faltenbälge eine spiralige, schraubenförmige Spule, die aus einer elektrisch leitfähigen Feder gebildet ist, angeordnet ist oder in dem Faltenbalg integriert ist. Die Spule kann als frequenzbestimmendes Teil eines Oszillators geschaltet sein. Die Frequenz des Oszillators ist analog zu einem Lenkwinkel gelenkter Räder des Fahrzeugs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem anzugeben, dessen Lenkwinkelerfassung im Lenksystem integriert ist, genau ist und einfach und kostengünstig erfolgt.

Die Aufgabe wird mit einem Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch dass der induktive Sensor durch eine auf dem stangenartigen Element, das als Zahnstange ausgebildet sein kann, angeordnete Messspule gebildet ist oder aus einer Messspule und einer um die Messspule an dem Gestell oder Gehäuse angeordneten Erregerspule gebildet ist, sind die wesentlichen Bauteile des induktiven Sensors so in dem Lenksystem angeordnet, dass eine von äußeren Einflüssen auf das Lenksystem, wie Vibrationen oder Schwingungen, verursachte Messungenauigkeit ausgeschlossen ist, da ungewollte Relativbewegungen der Komponenten des induktiven Sensors ausgeschlossen sind. Der induktive Sensor ist einfach und kostengünstig darzustellen. Die Erregerspule ist in dem axialen Bereich in dem sich die Messspule mit dem stangenartigen Element verschieben kann, an dem Gestell oder Gehäuse angeordnet.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ist das Lenksystem als Zahnstangenlenkung ausgebildet, so ist es zweckmäßig, die Messspule auf der Zahnstange anzuordnen und die Erregerspule an einer Austrittsöffnung der Zahnstange aus einem Lenkgetriebegehäuse in dem die Zahnstange axialverschieblich gelagert ist, um die Zahnstange anzuordnen.

Die Induktivität der Messspule in Abhängigkeit von der relativen Verfahrposition zu dem metallischen Lenkgetriebegehäuse oder der Erregerspule dient zur Erzeugung eines, einen Lenkwinkel eines oder mehrerer gelenkter Räder des Fahrzeugs wiedergebenden Signals. Der Lenkwinkel kann über die Anstiegsgeschwindigkeit eines Emitter-Kollektor-Stromes eines Transistors gemessen werden, der umso rascher ansteigt, je kleiner die Induktivität ist.

Die Messspule ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Lenksystems von einem axialen Ende des stangenartigen Elements oder der Zahnstange hin zu dem Gestell oder Lenkgetriebegehäuse geführt. Es kann dabei zweckmäßig sein, ein Bauelement eines an dem axialen Ende der Zahnstange angeordneten Spurstangengelenks mit magnetischen Flussführungsfunktionen zu versehen.

Um die Montage der axialen Spulenanordnung an dem Lenkgetriebegehäuse und der Zahnstange zu erleichtern, wird zweckmäßigerweise die Messspule auf einer Hülse gewickelt und anschließend auf das stangenartige Element oder die Zahnstange aufgeschoben. Die Hülse ist bevorzugt aus einem nicht magnetischen, nicht leitenden Material gebildet. Die Messspule auf dem stangenartigen Element oder der Zahnstange ist bevorzugt mit einem Schutzelement, wie z.B. einem Faltenbalg, mit radialem Abstand umgeben.

Aus Redundanzgründen kann es zweckmäßig sein, zwei oder mehrere induktive Sensoren an dem stangenartigen Element anzuordnen, wie z.B. an beiden axialen Enden der Zahnstange und des Lenkgetriebegehäuses. Die Signalleitung von der Messspule zu einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung des induktiven Sensors kann induktiv, kabellos oder mit Kabel erfolgen. Der induktive Sensor lässt sich in beliebig gestalteten Lenksystemen an verschiedenen Stellen von Getrieben oder Lenkaktuatoren, Spurstangenhebeln oder Radlenkhebeln anordnen. Das Lenksystem kann als Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystem ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Lenksystem mit einem induktiven Sensor,
2 zeigt eine Ansicht einer Zahnstange mit Messspule,
3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Auswerteeinrichtung,
4a zeigt beispielhaft bei einer kostengünstigen Ausführung des induktiven Sensors einen Stromverlauf bei aus einem Lenkgetriebegehäuse ausgefahrener Zahnstange und Messspule,
4b zeigt einen Stromverlauf bei eingefahrener Messspule.
In 1 ist ausschnittsweise ein Lenksystem 1 in einem schematischen Längsschnitt gezeigt und in 2 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. In einem als Lenkgetriebegehäuse 8 ausgebildeten Gestell 2 ist axialverschieblich ein als Zahnstange 7 gebildetes stangenartiges Element 3 radial verschieblich gehalten und geführt. Die Zahnstange 7 dient zur Wirkverbindung einer Lenkhandhabe mit gelenkten Rädern eines Fahrzeugs zu deren Lenkwinkelverstellung. Das Lenksystem 1 kann sowohl als Hilfskraftlenksystem, etwa mit einer mechanischen oder hydraulischen Wirkverbindung der Zahnstange 7 mit der Lenkhandhabe, als auch als steer – by – wire – Lenksystem im Sinne eines Fremdkraftlenksystem ausgebildet sein. Ein induktiv arbeitender Sensor 4, aufgebaut durch eine axiale Erreger- und messspule (vgl. 2) oder aufgebaut durch eine Erregerspule 6 und eine separate Messspule 5, ist zur Messung des Verschiebeweges y der Zahnstange 7 relativ zu einem Lenkgetriebegehäuse 8 vorgesehen, wobei dessen Signal x das von der Induktivität L einer Messspule 5 abhängig ist, über eine Auswerteeinrichtung 14 (vgl. 3) in einen Lenkwinkel der gelenkten Räder des Fahrzeugs umformbar ist.
Wie 1 zeigt, ist der induktive Sensor 4 im wesentlichen aus der kurzgeschlossenen Messspule 5, die von einem axialen Ende 13 der Zahnstange 7 einlagig über den möglichen Verschiebeweg y der Zahnstange 7 gewickelt ist, aus der Erregerspule 6, die als schmaler Ring an einer Austrittsöffnung 15 des Lenkgetriebegehäuses 8 für die Zahnstange 7 um die Messspule 5 mit geringem radialen Abstand an dem Lenkgetriebegehäuse 8 festgelegt ist und der in 3 schematisch gezeigten Auswerteeinrichtung 14 gebildet.
Wie die 2 und 3 zeigen, ist die Messspule 5 mit einer Signalleitung 16 mit der Auswerteeinrichtung 14 verbunden. Der elektrische Strom und dessen zeitliche Änderung, der bei Bestromung der Erregerspule 6 durch Induktion in der Messspule fließt, ist abhängig von der relativen Position der Messspule 5 zu der Erregerspule 6 und somit ein Maß für den Verschiebeweg y der Zahnstange 7. Beispielsweise der DE 33 43 885 C2 ist ein solches induktives Messverfahren entnehmbar.
Ein weganaloges Ausgangssignal x der Auswerteeinrichtung 14 wird beispielsweise über einen, die Stromanstiegsgeschwindigkeit Δ_l/Δ_t mit einem Kennfeld zur Linearisierung verknüpftenden Differentiator erzielt.
4 zeigt im oberen Teil des Diagramms den linearen Verlauf der Versorgungsspannung U_E der Erregerspule 6 und im unteren Teil des Diagramms den Stromverlauf I_M in der Messspule 5. In 4 ist die Zahnstange 7 und damit auch die Messspule 5 vollständig aus dem Lenkgetriebegehäuse 8 ausgefahren, während in 5 die Zahnstange 7 und damit die Messspule 5 vollständig in das Lenkgetriebegehäuse 8 eingefahren ist. Bei ausgefahrenem Zustand der Zahnstange 7 ist die Stromanstiegsgeschwindigkeit Δ_l/Δ_t kleiner als bei eingefahrener Zahnstange 7. An jedem axialen Ende 13 der Zahnstange 7 befinden sich Spurstangengelenkte 9, wobei ein als Kugelkopf ausgebildetes Bauelement 10 magnetische Flußführungseigenschaften hat. Zur raschen Montage ist die Messspule 5 auf eine nicht magnetische nicht leitende Hülse 11 gewickelt und wird zusammen mit der Hülse 11 auf die Zahnstange 7 aufgeschoben und justiert. Die Messspule 5 ist von einem nicht abschirmenden Schutzelement 12, das axial dehnbar ist, umgeben und gegen Einwirkungen von Schmutz und mechanischer Beschädigung geschützt.
BEZUGSZEICHENLISTE EM 041 j

Claims

Lenksystem für ein Fahrzeug, mit einem in einem Gestell (2) oder Gehäuse bewegbar angeordneten stangenartigen Element (3) zur Wirkverbindung einer Lenkhandhabe mit einem gelenkten Rad des Fahrzeugs, und mit einem induktiven Sensor (4) zur Messung der Bewegung des stangenartigen Elements (3) relativ zu dem Gestell (2) oder Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor (4) durch eine auf dem stangenartigen Element (3) angeordnete Mess- und Erregerspule (5) oder aus einer auf dem stangenartigen Element (3) angeordneten Messspule (5) und einer im axialen Bereich um die Messspule (5) an dem Gestell (2) oder Gehäuse angeordneten Erregerspule (6) gebildet ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenartige Element (3) eine Zahnstange (7) einer Zahnstangenlenkung ist und das Gestell oder Gehäuse (2) ein Lenkgetriebegehäuse (8) ist, in dem die Erregerspule (6) angeordnet ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität der Messspule (5) zur Erzeugung eines, einen Lenkwinkel wiedergebenden Signals (x) dient.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule (5) von einem Spurstangengelenk (9) an der Zahnstange (7) axial so weit über die Zahnstange (7) geführt ist, dass die Erregerspule (6) an dem Lenkgetriebegehäuse (8) über den gesamten Verschiebeweg (y) der Messspule (5) und der Zahnstange (7) im axialen Bereich der Messspule (5) verbleibt.
Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauelement (10) des Spurstangengelenks (9) magnetische Flussführungsfunktion übernimmt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule (5) auf einer auf das stangenartige Element (3) aufschiebbaren Hülse (11) angeordnet ist.
Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (11) aus einem nicht magnetischen Material gebildet ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule (5) von einem Schutzelement (12) umgeben ist.
Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (12) ein Faltenbalg ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere induktive Sensoren (4) an dem stangenartigen Element (3) angeordnet sind.
Lenksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass je ein induktiver Sensor (4) an einem axialen Ende (13) der Zahnstange (7) angeordnet ist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitung von der Messspule (5) auf eine Auswerteeinrichtung (14) kabellos oder mit Kabel erfolgt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) ein Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystem ist.