DE102004037960A1

DE102004037960A1 - Lenksystem

Info

Publication number: DE102004037960A1
Application number: DE102004037960A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Ing. Ammon; Ingo Dr.rer.nat. Dudeck; Axel Dipl.-Ing. Gern; Rainer Dipl.-Ing. Möbus
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2005-12-22
Also published as: WO2005100132A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) eines Fahrzeugs, mit einem Lenkrad (2), das über eine Lenksäule (3) mit den lenkbaren Fahrzeugrädern (11) mechanisch verbunden ist. Zur Erzeugung einer Überlagungsgröße (U) ist ein Fahrer unabhängig durch eine Steuereinrichtung (25) ansteuerbarer Überlagerungssteller (26) vorgesehen. Eine Überlagerungseinrichtung (6) überlagert eine die Lenkbetätigung des Lenkrades (2) beschreibende Lenkradgröße (delta¶H¶) und die Überlagerungsgröße (U) zu einer Ausgangsgröße. Ein Lenkaktuator (19) stellt einen Lenkwinkel (delta¶L¶) an den lenkbaren Fahrzeugrädern (20) in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße ein. Ferner ist eine Stelleinrichtung (27) vorgesehen, die zur Erzeugung eines auf die Lenksäule einwirkenden Stelleinrichtungsdrehmoments (MS) durch die Steuereinrichtung (25) angesteuert wird. Die Steuereinrichtung (25) steuert dabei den Überlagerungssteller (26) und die Stelleinrichtung (27) gleichzeitig an, so dass eine Fahrer unabhängige Beeinflussung des Lenkwinkels (delta¶L¶) und eines sich aus der Überlagerungsgröße (U) und dem Stelleinrichtungsdrehmoment (MS) ergebendes, auf das Lenkrad (2) zurück wirkenden Rückwirkungsmoments (MR) erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft Lenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Beim Lenksystem ist das Lenkrad des Fahrzeugs mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern gekoppelt.

Aus der DE 102 20 123 A1 geht eine Überlagerungslenkung mit einer Überlagerungseinrichtung hervor. Die durch die Lenkbetätigung der Lenkhandhabe erzeugte Handhabengröße und ein von einem Überlagerungssteller erzeugte Überlagerungsgröße werden durch die Überlagerungseinrichtung zu einer Ausgangsgröße überlagert. Entsprechend der Ausgangsgröße wird der Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern durch einen Lenkaktuator eingestellt.

Bei der Ansteuerung des Überlagerungsstellers wird immer auch ein Rückwirkungsmoment von der Überlagerungseinrichtung zurück an die Lenkhandhabe gegeben, das für den Fahrer spürbar ist. Ein aktiver, Fahrer unabhängiger Lenkeingriff über den Überlagerungssteller ist nur möglich, wenn der Fahrer das Rückwirkungsmoment abstützt. Unerwartet auftretende Rückwirkungsmomente können den Fahrer insbesondere bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten irritieren.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem zu schaffen, das die Möglichkeiten für aktive, Fahrer unabhängige Lenkeingriffe verbessert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem wird es möglich, zum Beispiel fahrdynamische Eingriffe vorzunehmen. Es ist beispielsweise bekannt, durch fahrdynamische Systeme, wie ESP-Systeme, die Lenkung alternativ oder zusätzlich zur Betätigung der Bremsen zu beeinflussen, wenn das Fahrzeug eine von der Soll-Gierrate abweichende Ist-Gierrate aufweist. Derartige Lenkeingriffe können mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem erfolgen, ohne dass für den Fahrer irritierende Rückwirkungen durch den aktiven Lenkeingriff auf die Lenkhandhabe stattfinden. Hierfür werden der Überlagerungssteller und die Stelleinrichtung gleichzeitig angesteuert. Über den Überlagerungssteller oder die Stelleinrichtung wird der Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern beeinflusst. Mit dem jeweils anderen Steller – also mit der Stelleinrichtung bzw. dem Überlagerungssteller – kann das Rückwirkungsmoment auf das Lenkrad beeinflusst werden, wodurch störende oder den Fahrer irritierende Rückwirkungsmomente vermieden werden können.

Ohne die zusätzlich zum Überlagerungssteller vorgesehene Stelleinrichtung wäre das Rückwirkungsmoment durch ein Fahrer unabhängigen Lenkeingriff auf das Lenkrad nicht beeinflussbar. Es könnte kein beliebiger, Fahrer unabhängiger Lenkeingriff erfolgen, da der Fahrer das auftretende Rückwirkungsmoment vollständig abzustützen hätte. Der Fahrer wird somit durch das mittels der Stelleinrichtung unabhängig einstellbare Zusatzlenkmoment Lenksystem beim Lenken seines Fahrzeugs unterstützt und nicht durch unerwartete Rückwirkungsmomente in Folge eines Fahrer unabhängig eingestellten Zusatzlenkwinkels irritiert oder verunsichert.

Außerdem kann durch das erfindungsgemäße Lenksystem der Komfort erhöht werden. Beispielsweise können Störgrößen gezielt unterdrückt werden. Der Geradeauslauf des Fahrzeugs kann verbessert und von den Rädern bis zum Lenkrad übertragene Störmomente z.B. auf Grund von Unebenheiten der Fahrbahn können verringert werden.

Weiterhin werden, wie bereits erwähnt, fahrdynamische Lenkeingriffe ermöglicht, beispielsweise zur Gierratenregelung, wobei aufgrund des beeinflussbaren Rückwirkungsmoments keine Einschränkung für die Fahrer unabhängige Lenkwinkelbeeinflussung vorliegen. Die Funktionalität des vorliegenden Lenksystems kommt einem Konzept eines sogenannten "Steer-by-wire"-Lenksystems sehr nahe, obwohl hier eine mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und den gelenkten Rädern besteht. Weitere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Lenksystems ergeben sich zum Beispiel bei Fahrer unabhängigen Lenkeingriffen im Rahmen eines Spurhalteunterstützungssystems oder eines Einparkunterstützungssystems.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Lenksystems ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Soll-Rückwirkungsmoment fest oder Parameter abhängig vorgegeben ist und das Rückwirkungsmoment entsprechend dem Soll-Rückwirkungsmoment eingestellt wird. Durch diese Maßnahme lassen sich gewünschte Rückwirkungsmomente zur haptischen Fahrerinformation über die aktuelle Fahrsituation des Fahrzeugs einstellen ohne dass die Gefahr einer Irritation des Fahrers besteht. Das Soll- Rückwirkungsmoment kann dabei auch in etwa gleich null betragen, wobei dann keine Rückwirkung am Lenkrad spürbar ist.

Bei einer einfach zu realisierenden Ausgestaltung wirkt die Stelleinrichtung auf den das Lenkrad und die Überlagerungseinrichtung verbindenden ersten Lenksäulenabschnitt ein.

Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Stelleinrichtung auf den die Überlagerungseinrichtung und einen zur Einstellung des Lenkwinkels an den lenkbaren Fahrzeugrädern vorgesehenen Lenkaktuator verbindenden zweiten Lenksäulenabschnitt einwirkt. Das von der Stelleinrichtung auf das Lenkrad zurück übertragene Stelleinrichtungsdrehmoment wird dann noch durch die Übersetzung der Überlagerungseinrichtung verändert. Alternativ zur Einwirkung auf den zweiten Lenksäulenabschnitt kann – zur Erzielung einer kompakten Bauweise – die Stelleinrichtung auf einen zur Einstellung des Lenkwinkels an den lenkbaren Fahrzeugrädern vorgesehenen Lenkaktuator einwirken, z.B. direkt auf die Zahnstange eines als Zahnstangenlenkung ausgeführten Lenksystems.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Lenksystem als elektrisches, hydraulisches oder elektro-hydraulisches Hilfskraftlenksystemen ausgebildet ist. Dabei kann die Stelleinrichtung Bestandteil der Hilfskrafteinrichtung sein, so dass bereits ohnehin vorhandene Komponenten des Hilfskraftlenksystems gleichzeitig als Stelleinrichtung verwendet werden. Dadurch kann der Bauteil- und Kostenaufwand reduziert werden.

Wenn die Überlagerungseinrichtung und/oder die Hilfskrafteinrichtung im Lenkaktuator als gemeinsame Baueinheit integriert sind, kann eine sehr kompakte Bauform erzielt werden.

Die Stelleinrichtung kann fluidisch oder elektrisch aktivierbar ausgeführt sein.

Eine einfach zu realisierende fluidische Aktivierung kann durch eine Druckdifferenz zwischen einem ersten Druckpotenzial und einem zweiten Druckpotenzial bewirkt werden, wobei die Größe des Stelleinrichtungsdrehmomentes vom Betrag der Druckdifferenz und die Richtung des Stelleinrichtungsdrehmomentes vom Vorzeichen der Druckdifferenz abhängt. Dabei kann insbesondere dann eine hydraulische Aktivierung der Stelleinrichtung vorgesehen sein, wenn es sich um ein hydraulisches oder elektro-hydraulisches Hilfslenksystem handelt.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform wird die Stelleinrichtung gleichzeitig zur Mittenzentrierung des Lenksystems bzw. des Lenkrads verwendet. In Verbindung mit der fluidisch aktivierbaren Stelleinrichtung erfolgt eine Mittenzentrierung des Lenksystems bzw. des Lenkrads dann, wenn zwischen den beiden Druckpotenzialen derselbe Druck anliegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines als hydraulisches Hilfskraftlenksystems ausgeführten Lenksystems mit Überlagerungseinrichtung,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels als hydraulisches Hilfskraftlenksystems ausgeführten Lenksystems mit Überlagerungseinrichtung,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels als hydraulisches Hilfskraftlenksystems ausgeführten Lenksystems mit Überlagerungseinrichtung,
4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines als elektrisches Hilfskraftlenksystems ausgeführten Lenksystems mit Überlagerungseinrichtung,
5 eine schematische Darstellung im Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Stelleinrichtung eines Lenksystems,
In der 1 ist ein Lenksystem 1 gezeigt, das ein Lenkrad 2 aufweist, das über eine Lenksäule 3 mit einem Lenkaktuator 10 verbunden ist, der zur Einstellung des Lenkwinkels δ_L an den lenkbaren Fahrzeugrädern 11 vorgesehen ist. Das Lenksystem 1 weist weiterhin eine Überlagerungseinrichtung 6 auf, die über einen ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 mit dem Lenkrad 2 verbunden ist. Die Überlagerungseinrichtung 6 ist über einen zweiten Abschnitt 8 und eine beispielsgemäß hydraulische Hilfskrafteinrichtung 9 mit einem Lenkaktuator 10 verbunden.
Die Überlagerungseinrichtung 6 ist allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen als Überlagerungsgetriebe realisiert, beispielsweise als Planetengetriebe oder ein sogenanntes "Harmonic Drive Getriebe".
Die hydraulische Hilfskrafteinrichtung 9 weist ein Einstellelement 15 auf, das die Ventilöffnung eines Lenkventils 16 der Hilfskrafteinrichtung 9 in Abhängigkeit von einer Betätigungsgröße einstellt. Eine erste Ansteuerleitung 17 und eine zweite Absteuerleitung 18 verbinden das Lenkventil 16 mit dem Lenkaktuator 10. Über eine Zufuhrleitung 19 ist das Lenkventil 16 mit einer Druckquelle 20, beispielsweise mit der Druckseite einer Motor-Pumpen-Einheit 21 verbunden. Eine Rückförderleitung 22 verbindet das Lenkventil 16 mit einem Vorratsbehälter 23. Das Einstellelement 15 ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel von einem Drehstab 24 gebildet, der als Betätigungsgröße das am zweiten Abschnitt 8 der Lenksäule 3 anliegende Betätigungsmoment bzw. den Betätigungswinkel erfasst. In Abhängigkeit der Richtung und des Betrages der Betätigungsgröße wird die Ventilöffnung des Lenkventils 16 variiert. Dadurch wird entsprechend der Betätigungsgröße eine Hilfskraft zur Betätigung des Lenkaktuators 10 hervorgerufen.
Die Überlagerungseinrichtung 6 ist mit einem durch eine Steuereinrichtung 25 ansteuerbaren Überlagerungssteller 26 verbunden. Der Überlagerungssteller 26 kann durch einen Elektromotor gebildet sein und erzeugt eine beispielsgemäß von einem Überlagerungswinkel gebildete Überlagerungsgröße U, die mechanisch an die Überlagerungseinrichtung 6 übertragen wird.
Die Steuereinrichtung 25 steuert auch eine Stelleinrichtung 27 an, die ebenfalls von einem Elektromotor gebildet sein kann und die dazu dient, das am Lenkrad 2 für den Fahrer spürbare Rückwirkungsmoment MR zu beeinflussen. Über die Stelleinrichtung 27 kann hierfür ein Stelleinrichtungsdrehmoment MS oder Widerstandsmoment erzeugt werden, das bei dem In 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Lenksystems 1 auf den ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 einwirkt.
Die Steuereinrichtung 25 ermittelt auf Grund von einem oder mehreren Eingangssignalen wie z.B. dem Handhabenwinkel δ_H, dem Lenkmoment, dem Fahrspurverlauf, den Reifenkräften, der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Istgierrate, dem Schwimm winkel, der Querbeschleunigung, etc. welche Überlagerungsgröße U und welches Stelleinrichtungsdrehmoment MS eingestellt werden soll. Dadurch kann ein am Lenkrad 2 gewünschtes Rückwirkungsmoment MR erzielt werden. Derartige Eingangssignale, insbesondere den aktuellen längs- und/oder querdynamischen Zustand des Fahrzeugs beschreibende Eingangssignale, können entweder im Fahrzeug direkt sensorisch erfasst oder aus Sensorgrößen indirekt ermittelt werden. In modernen Fahrzeugen sind bereits viele solcher Eingangsgrößen auf einem Fahrzeug-Datenbus verfügbar.
Alternativ kann ein nicht dargestellter übergeordneter Fahrsystemregler vorhanden sein, der die Überlagerungsgröße U ermittelt und an das Steuergerät 25 übermittelt, so dass das Steuergerät 25 lediglich das Stelleinrichtungsdrehmoment MS bestimmt. Der Fahrsystemregler ist dabei beispielsweise dazu vorgesehen, den Geradeauslauf des Fahrzeugs zu regeln und/oder querdynamische Störgrößen wie Seitenwind oder Fahrbahnquerneigungen auszuregeln und/oder den Istgierwinkel des Fahrzeugs entsprechend dem aktuellen Lenkradwinkel zu regeln und/oder eine Fahrer unabhängige Spurhaltung durchzuführen. Dabei werden ein oder mehrere der genannten Eingangssignale dem Fahrsystemregler zugeführt.
Bei einem Fahrer unabhängigen Lenkeinriff wird ein auf das Lenkrad zurück wirkendes Rückwirkungsmoment MR verursacht, das sich bei der vorliegenden Erfindung aus einem durch den Überlagerungssteller hervorgerufenes Überlagerungsmoment MU und dem Stelleinrichtungsdrehmoment MS ergibt.
Durch den zusätzlichen Freiheitsgrad, der sich durch das Vorsehen der Stelleinrichtung bietet, besteht die Möglichkeit die Lenksäule durch das Stelleinrichtungsdrehmoment zu fixieren, einen Lenkeingriff vorzunehmen oder das Rückwirkungsmo ment MR gemäß einem vorgebbaren Soll-Rückwirkungsmoment einzustellen. Dabei kann das Soll-Rückwirkungsmoment betragsmäßig auch ungleich null sein, um dem Fahrer eine gewünschte haptische Rückmeldung über den Fahrer unabhängigen Lenkeingriff zu geben. Wird das Soll-Rückwirkungsmoment betragsmäßig in etwa gleich null gewählt, so muss das Stelleinrichtungsdrehmoment MS so gewählt werden, dass das Überlagerungsmoment MU kompensiert wird. Bei einer zwischen der vom Überlagerungsgetriebe gebildeten Überlagerungseinrichtung 6 und dem Lenkrad 2 am ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angreifenden Stelleinrichtung 27 entspricht das Stelleinrichtungsdrehmoment dann dem negativen Überlagerungsmoment MU: MS=–MU.
Alternativ zu der Möglichkeit das Soll-Rückwirkungsmoment fest vorzugeben ist es auch möglich, das Soll-Rückwirkungsmoment durch eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld und/oder ein Rechenmodell Parameter abhängig vorzugeben. Als Parameter können eine oder mehrere der folgenden Größen oder damit korrelierte Größen verwendet werden: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, Fahrzeuglängsbeschleunigung, Fahrzeugquerbeschleunigung, Gierrate, Raddrehzahlen, Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgeschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit am Ausgang der Überlagerungseinrichtung 6 bzw. des zweiten Abschnitts 8 der Lenksäule 3, Winkelgeschwindigkeit eines am Lenkaktuator 10 angreifenden Ritzels, die über die Hilfskrafteinrichtung 9 zur Verfügung gestellte Hilfskraft am Lenkaktuator 10, die bei einer hydraulischen Hilfskrafteinrichtung 9 in den Ansteuerleitungen 17, 18 oder im Lenkaktuator herrschenden Hydraulikdrücke, das Lenkmoment an den lenkbaren Fahrzeugrädern 11, der Motorstrom des als Elektromotor ausgeführten Überlagerungsstellers 26 bzw. der als Elektromotor ausgeführten Stelleinrichtung 27, das Stelleinrichtungsdrehmoment MS, das vom Überlagerungssteller 26 hervorgerufene Überlagerungsmo ment MU und Radbremsmomente an einem oder mehreren der Fahrzeugräder.
Die Kennlinie, das Kennfeld bzw. das Rechenmodell können dabei auch während dem Fahrbetrieb aktualisiert werden.
Das Überlagerungsmoment MU kann aus der Differenz zwischen dem aktuell während der Stellbetätigung des Überlagerungsstellers 26 am Eingang des Lenkaktuators 10 anliegenden Gesamtlenkmoment MG und einem Grundlenkmoment MO bei nicht betätigtem Überlagerungssteller 26 berechnet werden: MU = MG – MO (1)
Das Gesamtlenkmoment MG kann dabei direkt sensorisch erfasst oder aus dem Motorstrom I des Überlagerungsstellers 26 berechnet werden, wobei für die erste Ausführungsform nach 1 folgende Gleichung gilt: MG = I·i·k (2)mit.

MG:: Gesamtlenkmoment am Eingang des Lenkaktuators 10
I:: Motorstrom des Überlagerungsstellers 26
i:: Übersetzungsverhältnis der Überlagerungseinrichtung 6
k:: Motorkonstante des Überlagerungsstellers 26

Das Grundlenkmoment MO bei nicht betätigtem Überlagerungssteller 26 kann aus einem Kennfeld und/oder einem Rechenmodell ermittelt werden, wobei das Grundlenkmoment MO von einem oder mehreren der folgenden Parameter abhängt: Reifenkräfte, Querbeschleunigung, Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgeschwindigkeit und Fahrzeuglängsgeschwindigkeit oder einer mit einem der genannten Parameter korrelierten Größe.
Solange sich die lenkradseitige Eingangsgröße an der Überlagerungseinrichtung 6 – in 1 somit der Lenkradwinkel δ_H – nicht ändert (δ_H = konstant), kann das Überlagerungsmoment MU bei betätigtem Überlagerungssteller wie folgt bestimmt werden: MU = MG(tn) – MO(t0) (3)mit:
Zeitpunkten t0 < tn, n = 1, 2, 3, ... und
MO(t0) = 0.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Lenksystems 1, wobei die Stelleinrichtung 27 nicht wie in 1 am ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3, sondern am zweiten Abschnitt 8 der Lenksäule 3 zwischen Überlagerungseinrichtung 6 und Hilfskrafteinrichtung 9 angreift. Ansonsten entspricht das Lenksystem nach 2 dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel.
Greift die Stelleinrichtung 27 am zweiten Abschnitt 8 der Lenksäule 3 an, der mit dem fahrzeugradseitigen Ausgang der Überlagerungseinrichtung 6 verbunden ist, dann gilt an Stelle von Gleichung (2) folgender Zusammenhang: MG = I·i·k + MS (4)mit:

MG:: Gesamtlenkmoment am Eingang des Lenkaktuators 10
I:: Motorstrom des Überlagerungsstellers 26
i:: Übersetzungsverhältnis der Überlagerungseinrichtung 6
k:: Motorkonstante des Überlagerungsstellers
MS:: Stelleinrichtungsdrehmoment

Eine dritte Ausführungsform des Lenksystems 1 ist in 3 gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Hilfskrafteinrichtung 9 im ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angeordnet, so dass der zweite Abschnitt 8 der Lenksäule 3 den Ausgang der Überlagerungseinrichtung 6 direkt mit dem Eingang des Lenkaktuators 10 verbindet. Die Stelleinrichtung 27 greift zur Erzeugung eines auf das Lenkrad 2 wirkenden Stelleinrichtungsdrehmomentes MS am ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 zwischen dem Lenkrad 2 und der Hilfskrafteinrichtung 9 an. In Abwandlung hierzu wäre es auch möglich, dass die Stelleinrichtung zwischen der Hilfskrafteinrichtung 9 und der Überlagerungseinrichtung 6 am ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angreift. Bei dieser dritten Ausführungsform kann die Überlagerungseinrichtung 6 eingangsseitig unmittelbar mit dem Lenkventil 16 der Hilfskrafteinrichtung 9 und ausgangsseitig unmittelbar mit dem Lenkaktuator 10 verbunden sein, wodurch eine Baueinheit gebildet wird, was zu einer besonders kompakten Bauform führt. Die Wirkungsweise entspricht bei dieser dritten Ausführungsform (3) der des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1.
In Abwandlung zu den ersten drei Ausführungsformen zeigt 4 ein viertes Ausführungsbeispiel des Lenksystems 1, das als elektrisches Hilfskraftlenksystem ausgeführt ist. Dabei ist eine einen Hilfskraftelektromotor 30 aufweisende elektrische Hilfskrafteinrichtung 9' anstatt der hydraulischen Hilfskrafteinrichtung 9 vorgesehen. Der Hilfskraftelektromotor 30 wird dabei auch als Stelleinrichtung 27 verwendet, so dass ein zusätzlicher Elektromotor für die Stelleinrichtung 27 entfallen kann. Es ist hierbei möglich, dass der als Stelleinrichtung 27 dienende Hilfskraftelektromotor 30 direkt an einer nicht dargestellten Zahnstange des Lenkaktuators 10 angreift. Wie schon im Zusammenhang mit dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel erläutert gilt anstatt der Gleichung (2) für diese vierte Ausführungsform die Gleichung (4), da die Stelleinrichtung 27 am zweiten Abschnitt 8 der Lenksäule 3 oder an der Zahnstange des Lenkaktuators 10 und somit an einem mit dem Ausgang der Überlagerungseinrichtung 6 verbundenen Lenkungsteil angreift.
In Abwandlung zu den vier dargestellten Ausführungsformen ist es auch möglich ein Lenksystem 1 mit mehreren Stelleinrichtungen 27 vorzusehen, die an verschiedenen Stellen angreifen, insbesondere an einem mit dem lenkradseitigen Eingang der Überlagerungseinrichtung 6 und einem mit dem Ausgang der Überlagerungseinrichtung 6 mechanisch verbundenen Lenkungsteil. Dadurch ergeben sich Kombinationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele.
In einer abgewandelten Ausführungsvariante der ersten drei Ausführungsbeispiele kann die Stelleinrichtung 27 auch Bestandteil der Hilfskrafteinrichtung 9 sein, so dass der Bauraumbedarf reduziert werden kann. Die Stelleinrichtung 27 ist dabei als hydraulisch betätigte Stelleinrichtung ausgeführt. Eine mögliche Ausführungsform einer hydraulischen Stelleinrichtung 27 ist in 5 dargestellt.
Die hydraulische Stelleinrichtung 27 nach 5 beruht auf einer modifizierten Rückwirkungsanordnung einer Hilfskrafteinrichtung 9. Eine solche Rückwirkungsanordnung dient der Mittenzentrierung des hydraulischen Hilfskraftlenksystems und ist beispielsweise in der DE 196 16 439 C1 beschrieben, auf die insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Ein rohrartig ausgebildeter Drehschieber 46 ist im Bereich eines Axialabschnitts koaxial von einer Steuerbuchse 45 umgeben, wobei Drehschieber 46 und Steuerbuchse 45 relativ zuein ander in Radialrichtung verdrehbar sind. Abhängig von Größe und Richtung der Relativverdrehung wird an zwei Druckanschlüssen der Steuerbuchse 45 ein Differenzdruck erzeugt. Eine derartige Vorrichtung ist bei Hilfskraftlenksystemen bekannt.
5 zeigt zur Erläuterung die Stelleinrichtung 27 im Querschnitt durch die Steuerbuchse 45 und den Drehschieber 46. Die Steuerbuchse 45 und der Drehschieber 46 begrenzen mehrere Axialausnehmungen 47, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt nebeneinander angeordnet sind. Jede der Axialausnehmungen 47 weist einen ersten Ausnehmungsbereich 55 mit einem ersten Druckanschluss p₁ und einen zweiten Ausnehmungsbereich 56 mit einem zweiten Druckanschluss p₂ auf. In beiden Ausnehmungsbereichen 55, 56 einer Axialausnehmung 47 ist jeweils eine Kugel 48 bzw. 49 angeordnet, die zwischen Steuerbuchse 45 und Drehschieber 46 angeordnet ist. Im Ruhezustand liegt die jeweilige Kugel 48, 49 dabei derart an der zugeordneten Ausnehmungsbereichsöffnung 57 an, dass sie diese fluidisch dicht verschließt.
Die beiden Ausnehmungsbereiche 55, 56 einer Axialausnehmung 47 können über einen Innenbereich 58 fluidisch miteinander verbunden werden. Der Innenbereich 58 ist von einer nutartigen Vertiefung 59 in die der Steuerbuchse 45 zugewandte Außenfläche des Drehschiebers 46 gebildet. Im Querschnitt gesehen weist die Vertiefung 59 eine in etwa trapezartige Kontur mit zwei geneigten Flanken 51, 52 auf, wobei die beiden Flanken 51, 52 über eine im Wesentlichen radial verlaufende Verbindungsfläche 60, die den Nutgrund der nutartigen Vertiefung 59 bildet, miteinander verbunden sind. Die Flanken 51, 52 verlaufen in Axialrichtung der Lenksäule 3 gesehen geneigt, so dass die Flanken 51, 52 in Axialrichtung de Lenksäule 3 gesehen einen rampenartigen Verlauf aufweisen. Die beiden in der Axialausnehmung 47 vorgesehenen Kugeln 48, 49 liegen jeweils auf einer der Flanken 51 bzw. 52 auf.
Über die Druckanschlüsse p₁ bzw. p₂ kann der jeweils zugeordnete Ausnehmungsbereich 55 bzw. 56 mit einem hydraulischen oder pneumatischen Druck beaufschlagt werden, wodurch die zugeordnete Kugeln 48 bzw. 49 gegen die Flanken 51, 52 des Drehschiebers 46 gepresst werden. Bei gleichen Drücken p₁, p₂ erfolgt eine Zentrierung des Drehschiebers 46 gegenüber der Steuerbuchse 45. Ist der Druck am ersten Druckanschluss p₁ größer als der Druck am Druckanschluss p₂, so erfolgt eine Relativverdrehung des Drehschiebers 46 gegenüber der Steuerbuchse 45 entgegen dem Uhrzeigersinn. Umgekehrt würde ein höherer Druck am zweiten Druckanschluss p₂ als am ersten Druckanschluss p₁ zu einer Relativverdrehung der Drehschiebers 46 gegenüber der Steuerbuchse 45 im Uhrzeigersinn erfolgen.
Durch eine Steuerung der Druckdifferenz zwischen den Druckanschlüssen p₁ und p₂ kann daher das Stelleinrichtungsdrehmoment MS hervorgerufen werden. Es ist durch diese erzeugte Relativverdrehung zwischen Drehschieber 46 und Steuerbuchse 45 auch möglich, einen Handhabenwinkel δ_H bzw. einen Lenkwinkel δ_L einzustellen.
Die Stelleinrichtung 27 wird gleichzeitig zur Fixierung bzw. Mittenzentrierung des Lenksystems 1 und/oder der Lenkhandhabe 2 verwendet. Diese Fixierung und/oder Mittenzentrierung erfolgt, wenn zwischen den beiden Druckpotenzialen p₁, p₂ derselbe Druck anliegt.

Claims

Lenksystem eines Fahrzeugs, mit einem Lenkrad (2), das über eine Lenksäule (3) mit den lenkbaren Fahrzeugrädern (11) mechanisch verbunden ist, mit einem zur Erzeugung einer Überlagerungsgröße (U) Fahrer unabhängig durch eine Steuereinrichtung (25) ansteuerbaren Überlagerungssteller (26), mit einer Überlagerungseinrichtung (6), die eine die Lenkbetätigung des Lenkrades (2) beschreibende Lenkradgröße (δ_H) und die Überlagerungsgröße (U) zu einer Ausgangsgröße überlagert, und mit einem Lenkaktuator (10) zur Einstellung eines Lenkwinkels (δ_L) an den lenkbaren Fahrzeugrädern (11) in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung (27) vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines auf die Lenksäule (3) einwirkenden Stelleinrichtungsdrehmoments (MS) durch die Steuereinrichtung (25) angesteuert wird, dass die Steuereinrichtung (25) den Überlagerungssteller (26) und die Stelleinrichtung (27) gleichzeitig ansteuert, so dass eine Fahrer unabhängige Beeinflussung des Lenkwinkels (δ_L) und eines sich aus der Überlagerungsgröße (U) und dem Stelleinrichtungsdrehmoment (MS) ergebenden, auf das Lenkrad (2) zurück wirkenden Rückwirkungsmoments (MR) erfolgen.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Rückwirkungsmoment fest oder Parameter abhängig vorgegeben ist und das Rückwirkungsmoment (MR) entsprechend dem Soll-Rückwirkungsmoment eingestellt wird.
Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Rückwirkungsmoment im Wesentlichen null beträgt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) auf den das Lenkrad (2) und die Überlagerungseinrichtung (6) verbindenden ersten Lenksäulenabschnitt (7) einwirkt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) auf den die Überlagerungseinrichtung (6) und einen zur Einstellung des Lenkwinkels (δ_L) an den lenkbaren Fahrzeugrädern (11) vorgesehenen Lenkaktuator (10) verbindenden zweiten Lenksäulenabschnitt (8) einwirkt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) auf einen zur Einstellung des Lenkwinkels (δ_L) an den lenkbaren Fahrzeugrädern (11) vorgesehenen Lenkaktuator (10), insbesondere auf eine Zahnstange eines Zahnstangen-Lenkaktuators einwirkt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinrichtung (6) und der Lenkaktuator (10) in einer gemeinsamen Baueinheit integriert sind.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenksystem (1) als Hilfskraftlenksystem ausgebildet ist, mit einer Hilfskrafteinrichtung (9), die zur Unterstützung des Fahrers bei einer Lenkbetätigung der Lenkhandhabe (2) eine Hilfskraft erzeugt.
Lenksystem nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinrichtung (6) und der Lenkaktuator (10) und die Hilfskrafteinrichtung (9) in einer Baueinheit integriert sind.
Lenksystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) Bestandteil der Hilfskrafteinrichtung (9) ist.
Lenksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) einen Elektromotor aufweist.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) fluidisch betätigbar ausgeführt ist.
Lenksystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) einen Hydromotor oder pneumatischen Motor aufweist.
Lenksystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidische, insbesondere hydraulische Betätigung der Stelleinrichtung (27) durch eine Druckdifferenz zwischen einem ersten Druckpotenzial (p₁) und einem zweiten Druckpotenzial (p₂) bewirkt wird, wobei die Größe des Stelleinrichtungsdrehmomentes (MS) vom Betrag der Druckdifferenz und die Richtung vom Vorzeichen der Druckdifferenz abhängt.
Lenksystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz eine Relativverdrehung zwischen einem ersten Lenksäulenteil, insbesondere einer Steuerbuchse (45), relativ zu einem zweiten Lenksäulenteil, insbesondere einem Drehschieber (46), bewirkt.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Lenksäulenteil, insbesondere eine Steuerbuchse (45) ein zweites Lenksäulenteil, insbesondere einen Drehschieber (46) koaxial in Umfangsrichtung umschließt, wobei zwischen den beiden relativ zueinander verdrehbar angeordneten Lenksäulenteilen Axialausnehmungen (47) mit jeweils zwei in Axialrichting der Lenksäulenteile gesehen rampenartig schräg verlaufenden Flanken (51, 52) vorgesehen sind, wobei jeder Flanke (51, 52) eine in der Axialausnehmung (47) vorgesehene Kugel (48, 49) zugeordnet ist, die abhängig von dem Druck am zugeordne ten Druckpotenzial (p₁, p₂) oder der Druckdifferenz zwischen den Druckpotenzialen (p₁, p₂) auf der jeweils zugeordneten Flanke abrollt, wodurch die Relativverdrehung der beiden Lenksäulenteile bewirkt wird, so dass dadurch ein Handhabenwinkel (δ_H) und/oder ein Lenkwinkel (δ_L) eingestellt werden kann.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) gleichzeitig zur Fixierung und insbesondere Mittenzentrierung des Lenksystems (1) bzw. der Lenkhandhabe (2) verwendet wird.
Lenksystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16 in Verbindung mit Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn zwischen den beiden Druckpotenzialen (p₁, p₂) derselbe Druck anliegt, eine Fixierung und insbesondere Mittenzentrierung des Lenksystems (1) bzw. der Lenkhandhabe (2) erfolgt.