DE102005001028B4

DE102005001028B4 - Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102005001028B4
Application number: DE102005001028A
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Wako Akuta; Nobuo Wako Sugitani
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2025-01-08
Also published as: DE102005001028A1; US7726439B2; JP4388383B2; JP2005193764A; US20050145433A1

Abstract

Vorrichtung (S) zum Lenken eines Fahrzeugs umfassend:
eine Handlenkvorrichtung (1), die von einem Fahrer des Fahrzeugs zum Lenken von Straßenrädern (W) betätigbar ist,
eine Straßenradlenkvorrichtung (2), zum Lenken der Straßenräder (W), einen Lenkmotor (Mb), der an der Straßenradlenkvorrichtung (2) angebracht ist, um eine Lenkunterstützungskraft für die Straßenräder (W) zu erzeugen,
einen Reaktionsmotor (Ma) zum Erzeugen einer Reaktionskraft auf die Handlenkvorrichtung (1),
eine Verbindungsvorrichtung (4, 5, 6), die einen Arretiermechanismus (6) umfasst, zum selektiven Verbinden und Trennen der Handlenkvorrichtung (1) und der Straßenradlenkvorrichtung (2) derart, dass während eines Normalmodus die Handlenkvorrichtung (1) und die Straßenradlenkvorrichtung (2) nicht miteinander drehmomentübertragend mechanisch verbunden sind, jedoch während eines Fehlermodus die Handlenkvorrichtung (1) und die Straßenradlenkvorrichtung (2) miteinander drehmomentübertragend mechanisch verbunden werden können, um ein Lenkdrehmoment zu übertragen, wobei während einer Fahrt des Fahrzeugs in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich im Normalmodus ein Verhältnis einer durch die Handlenkvorrichtung (1) durchgeführten Verlagerung zu einer...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Lenken eines Fahrzeugs, die in der Lage ist, nicht nur eine Konfiguration herzustellen, bei der eine Handlenkvorrichtung und eine Straßenradlenkvorrichtung während eines normalen Fahrbetriebs nicht drehmomentübertragend mechanisch miteinander verbunden sind, sondern auch eine andere Konfiguration herzustellen, bei der sie drehmomentübertragend mechanisch miteinander verbunden sind, um ein mechanisches Lenken während eines Systemfehlers, etwa einer elektrischen Fehlfunktion, zu erleichtern.
Eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs mittels eines „Steer-by-wire”-Verfahrens (elektrische Lenksteuerung) ist mit einer Verbindungsvorrichtung ausgestattet, die einen Mechanismus zur Kraftübertragung auf Straßenräder mechanisch verbindet, und mit einem Mechanismus zur Übertragung einer Reaktionskraft zu einer Handlenkvorrichtung ausgestattet, so dass auf die Handlenkvorrichtung in geeigneter Weise eine Reaktionskraft ausgeübt wird. Eine solche Technik gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart die JP 2003-137127 A .
11 ist eine Querschnittsansicht, die eine herkömmliche Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem „Steer-by-wire”-Verfahren zeigt.
Wie in 11 gezeigt ist, besitzt eine Vorrichtung 100 zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem „Steer-by-wire”-Verfahren zwei Motoren, von denen der eine Motor M1 eine Reaktionskraft erzeugt und der andere Motor M2 eine Lenkkraft erzeugt.
Der Motor M1 dient als eine Energiequelle, die eine Reaktionskraft auf eine Handlenkvorrichtung, etwa ein Lenkrad (nicht gezeigt), ausübt. Durch einen Mechanismus 110 zur Übertragung der Reaktionskraft, ist der Motor M1 mechanisch mit einer Eingangswelle 130 verbunden, die mechanisch mit der Handlenkvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden ist.
Der Motor M2 dient als Energiequelle zur Ausübung einer Kraft auf Straßenräder W. Durch einen Mechanismus 140 zur Übertragung einer Lenkkraft und eine Welle 150 ist der Motor M2 mechanisch mit einer Ausgangswelle 160 verbunden, die eine mechanisch indirekte Verbindung mit den Straßenrädern W aufweist.
Der Mechanismus 110 umfasst ein Motorritzel M1a, ein großes Ritzel 111a, ein Hohlrad 111, eine Mehrzahl von Planetenrädern 112, ein Sonnenrad 113 und die Eingangswelle 130. Das große Ritzel 111a steht mit dem Motorritzel M1a in Eingriff. Das Hohlrad 111 ist innerhalb des großen Ritzels 111a integral ausgebildet. Die Planetenräder 112 stehen mit dem Hohlrad 111 in Eingriff. Das Sonnenrad 113 steht mit den Planetenrädern 112 im Eingriff. Die Eingangswelle 130 dreht sich in Übereinstimmung mit dem Sonnenrad 113. Ein Planetengetriebemechanismus 114, der aus dem Sonnenrad 113, dem Hohlrad 111, den Planetenrädern 112 und einem Planetenradträger 146, der die Planetenträger 112 drehbar lagert, besteht, ist in dem Mechanismus 110 angeordnet.
Der Mechanismus 140 zur Übertragung einer Lenkkraft umfasst eine Schnecke 141, ein Schneckenrad 142, ein Zwischenrad 144, ein Ausgangsrad 145, den Planetenradträger 146 und die Welle 150. Die Schnecke 141 ist an einer Welle des Motors M2 angebracht. Das Schneckenrad 142, das mit der Schnecke 141 in Eingriff steht, dreht sich mit einer verringerten Drehzahl. Das Zwischenrad 144 ist an einer Welle 143 angebracht, an der auch das Schneckenrad 142 angebracht ist. Das Ausgangsrad 145 steht mit dem Zwischenrad 144 in Eingriff. Der Planetenradträger 146 ist an dem Ausgangsrad 145 angebracht. Ein Endabschnitt der Welle 150 ist an dem Planetenradträger 146 angebracht.
Ein Elektromagnet 181, der einen Arretiermechanismus 180 aktiviert, um das Hohlrad 111 relativ zu einem Gehäuse 170 zu arretieren, ist am Gehäuse 170 angebracht. Der Elektromagnet 181 übt eine elektromagnetische Kraft auf einen Kolben 181a aus, so dass der Kolben 181a selektiv ausgefahren wird, um mit einer Mehrzahl von in einer oberen Fläche des Hohlrads 111 ausgebildeten Nuten 111b in Eingriff zu gelangen, bzw. zurückgezogen wird, um außer Eingriff mit denselben zu gelangen.
Weil der Kolben 181a in den Elektromagnet 181 gezogen wird, während er erregt wird (Normalzustand) befindet sich der Kolben 181a außer Eingriff von einer Eingriffsnut 111b. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass das Hohlrad 111 sich frei dreht. In diesem Fall drehen sich die Eingangswelle 130 und das Sonnenrad 113, die auf einer näheren Seite zur Handlenkvorrichtung liegen, unabhängig von der Ausgangswelle 160, der Drehwelle 143 und dem Planetenradträger 146, die an einer näheren Seite zu den Straßenrädern W liegen. Diese Konfiguration wird Trennzustand genannt, in dem eine durch den Motor M1 des Mechanismus 110, der sich nach Maßgabe eines auf die Handlenkvorrichtung ausgeübten Betätigungsbetrags und der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs dreht, erzeugte Drehkraft auf die Eingangswelle 130 durch eine elektronische Steuer/Regelvorrichtung (nicht gezeigt) übertragen wird. Andererseits wird eine Drehkraft, durch den Motor M2 des Mechanismus 140, der sich nach Maßgabe eines auf die Handlenkvorrichtung durch die elektronische Steuer/Regeleinheit ausgeübten Betätigungsbetrags dreht, auf die Ausgangswelle 160 übertragen. Auf diese Weise wird der Winkel eines gelenkten Straßenrads W ohne eine mechanische Verbindung mit der Handlenkvorrichtung gesteuert/geregelt. Ein Ritzel 210 in einem Lenkgetriebegehäuse 200 dreht sich in Übereinstimmung mit der Ausgangswelle 160 über ein Antriebsgelenk 400. Das Ritzel 210 steht mit einer Zahnstange 320 mit einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis (Übertragungsverhältnis) in Eingriff, welche sich in Übereinstimmung mit Spurstangen 300 und den Straßenrädern W bewegt.
12 ist ein Diagramm, das Kennlinien für ein Lenkwinkelverhältnis während eines Normal- und eines Fehlermodus zeigt, die durch eine herkömmliche Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem „Steer-by-wire”-Verfahren erreicht werden.
Wie in 12 gezeigt ist, ist die Handlenkvorrichtung der Vorrichtung 100 zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem „Steer-by-wire”-Verfahren dafür ausgelegt, ein Lenkwinkelverhältnis aufzuweisen, welches als das Verhältnis einer Winkelverlagerung der Eingangswelle 130 zu einer Winkelverlagerung von gelenkten Straßenrädern W definiert ist. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist, nimmt das Verhältnis einen größeren Wert an, so dass eine weniger empfindliche Antwort auf die Handlenkvorrichtung bereitgestellt wird. Im Gegensatz hierzu nimmt dann, wenn die Geschwindigkeit geringer ist, das Verhältnis einen geringeren Wert an, um eine empfindlichere Antwort bereitzustellen.
Wenn beispielsweise aufgrund einer elektrischen Fehlfunktion des Motors M2 zur Erzeugung der Lenkkraft in der Vorrichtung 100 ein Fehler auftritt, fällt das Hohlrad 111 in einen arretierten Zustand, weil der Elektromagnet 181 nicht mehr beströmt. Bei einem solchen Fehler ist es unmöglich, dass das Sonnenrad 113 und der Planetenradträger 146 sich unabhängig voneinander drehen. Da der Planetenradträger 146 mit dem Sonnenrad 113 gekoppelt ist, werden die Eingangswelle 130 und die Ausgangswelle 160 mechanisch verbunden, so dass eine Drehung der Eingangswelle 130 zur Ausgangswelle 160 übertragen wird.
Die JP 2003-137127 A offenbart die in 11 gezeigte herkömmliche Vorrichtung 100. Weil der Mechanismus 110 und der Mechanismus 140 in einer kupplungsartigen Weise über das Planetenrad 112 miteinander verbunden sind, wird im Fall eines Fehlers aufgrund einer Fehlfunktion des Motors M2 die Drehung einer Handlenkvorrichtung dementsprechend zum Mechanismus 140 mit einem vorbestimmten Übertragungsverhältnis übertragen.
Wenn die Vorrichtung 100 sich andererseits im Normalmodus befindet, steuert/regelt die elektronische Steuer/Regeleinheit die Motoren M1 und M2, so dass eine geeignete Betätigung der Handlenkvorrichtung erreicht werden kann.
Wenn jedoch in der Vorrichtung 100 ein Fehler auftritt, wird eine Kennline K1 für einen Fehlermodus mechanisch auf einen konstanten Wert (konstantes Lenkwinkelverhältnis) eingestellt, so dass ein Steuer/Regelbereich R des Lenkwinkelverhältnisses nicht mehr vorhanden ist. Weil ein Unterschied L1 im Lenkwinkelverhältnis zwischen einem Fehlermodus und einem Normalmodus, für den ein Lenkwinkelverhältnis aus einer Kennlinie J1 erhalten werden kann, zu einem größeren Wert führt, induziert dies eine plötzliche Änderung in einer Antwort auf eine Betätigung einer Handlenkvorrichtung. Auf diese Weise erfährt ein Fahrer bei der Betätigung der Handlenkvorrichtung ein unangenehmes Gefühl.
Aus der DE 36 24 530 C2 und der DE 35 41 009 C2 sind mechanisch arbeitende Lenksysteme für Fahrzeuge bekannt, mit denen es möglich ist, das Lenkwinkelverhältnis in Abhängigkeit von der Fahzeuggeschwindigkeit zu verstellen.
Aus der GB 2 211 156 A ist darüber hinaus ein mechanisch arbeitendes Lenksystem bekannt, bei dem ein Zahnstangenmechanismus ein Übertragungsverhältnis aufweist, das sich nach Maßgabe einer Winkelstellung des Lenkrads ändert.
Aus der DE 101 58 782 A1 ist ein Fahrzeuglenksystem bekannt, welches in der Lage ist Lenkunterstützung unabhängig von einer Lenkbetätigung des Fahrers bereitzustellen. Da dieses Fahrzeuglenksystem keine Verbindungsvorrichtung und insbesondere keinen Arretiermechanismus aufweist, ist das Fahrzeuglenksystem aus DE 101 58 782 A1 nicht in der Lage ein selektives Verbinden und Trennen der Handlenkvorrichtung und der Straßenlenkvorrichtung zu ermöglichen.
Des Weiteren offenbart DE 101 58 782 A1 eine Zahnstange mit einem variablen Übertragungsverhältnis, die derart gestaltet ist, dass die Zahnteilung im zentralen Abschnitt der Zahnstange größer ausgeführt ist, als an ihren beiden Endabschnitten.
Daher ist es wünschenswert, dass eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs strukturell robust genug ist, um dem Fahrer auch in dem Fall, dass die Vorrichtung aufgrund einer Fehlfunktion eines Lenkmotors in einen Fehlermodus fällt, ein angenehmes Gefühl für eine Betätigung einer Handlenkvorrichtung zu vermitteln.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1.
Die Vorrichtung umfasst eine Handlenkvorrichtung, eine Straßenradlenkvorrichtung, einen Lenkmotor, eine Verbindungsvorrichtung und einen Zahnstangenmechanismus. Im Folgenden wird eine kurze Beschreibung dieser Komponenten gegeben. Die Handlenkvorrichtung ist eine Vorrichtung, die ein Fahrer des Fahrzeugs zum Lenken von Straßenrädern betätigt. Die Straßenradlenkvorrichtung betätigt die Straßenräder. Der Lenkmotor, der an der Straßenradlenkvorrichtung angebracht ist, erzeugt eine Unterstützungskraft für die Straßenräder. Die Verbindungsvorrichtung verbindet und trennt selektiv die Handlenkvorrichtung und die Straßenradlenkvorrichtung. Der Zahnstangenmechanismus überträgt eine Lenkkraft zu den Straßenrädern. Bei der Vorrichtung steigt ein Verhältnis einer durch die Handlenkvorrichtung durchgeführten Verlagerung zu einer durch die Straßenradlenkvorrichtung erzeugten Verlagerung an, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird, während das Fahrzeug in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich fährt, und der Zahnstangenmechanismus besitzt ein Übertragungsverhältnis (Übersetzungsverhältnis), das sich nach Maßgabe einer Winkelposition der Handlenkvorrichtung verändert.
Weil die oben beschriebene Vorrichtung einen Unterschied im Lenkwinkelverhältnis zwischen einem Normalmodus und einem Fehlermodus durch die Einführung des oben beschriebenen Zahnstangenmechanismus verringert, ist es möglich, eine bessere Betätigung für eine Handlenkvorrichtung bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung wir im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein schematisches Diagramm, das eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 eine Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt einer Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt einer Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie X-X in 2.
5A und 5B Querschnittsansichten, die einen Hauptabschnitt einer Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen: 5A für eine Konfiguration, in der ein Arretierelement mit einem Arretierrad in Eingriff steht und 5B für eine Konfiguration, in der ein Arretierelement außer Eingriff von einem Arretierrad ist.
6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lenkwinkelverhältnis und der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lenkwinkelverhältnis und der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ein schematisches Diagramm, das einen Zahnstangenmechanismus zeigt, der auf eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
9 einen Graph, der eine Kennlinie für die Beziehung zwischen dem Zahnstangenhub und der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt.
10 ein Graph, der eine Kennlinie für die Beziehung zwischen dem Zahnstangenhub und dem Übertragungsverhältnis zeigt.
11 eine Querschnittsansicht, die eine herkömmliche Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs durch ein „Steer-by-wire”-Verfahren zeigt.
12 ein Diagramm, das Kennlinien für ein Lenkwinkelverhältnis während eines Normalmodus und eines Fehlermodus zeigt, die eine herkömmliche Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs mit einem „Steer-by-wire”-Verfahren zeigt.
Die Aspekte der vorliegenden Erfindung werden deutlicher durch deren detaillierte Beschreibung, die nicht beschränkende Ausführungsformen derselben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen zeigt.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung S zum Lenken eines Fahrzeugs eine „Steer-by-wire”-Lenkvorrichtung (Lenkvorrichtung mit elektrischer Lenksteuerung), die nicht nur eine Straßenradlenkvorrichtung 2 derart steuert/regelt, dass Straßenräder W nach Maßgabe einer durch einen Fahrer durchgeführten Betätigung einer Handlenkvorrichtung 1 gelenkt werden, sondern auch eine Konfiguration herstellt, dass die Handlenkvorrichtung 1 mechanisch von den Straßenrädern W getrennt wird. Die Vorrichtung S umfasst die Handlenkvorrichtung 1, die Straßenradlenkvorrichtung 2, einen Lenkmotor Mb und eine Verbindungsvorrichtung, die selektiv die Handlenkvorrichtung 1 und die Straßenradlenkvorrichtung 2 verbindet und trennt. Die Handlenkvorrichtung 1 wird durch einen Fahrer derart betätigt, dass die Straßenräder W gelenkt werden. Die Straßenradlenkvorrichtung 2 lenkt die Straßenräder W. Der Lenkmotor Mb, der an der Straßenradlenkvorrichtung 2 angebracht ist, erzeugt eine Zwangskraft, um die Straßenräder W zu lenken.
In diesem Zusammenhang entspricht die Verbindungsvorrichtung der beigefügten Ansprüche einem Planetengetriebemechanismus mit einem ersten Planetengetriebemechanismus 4 und einem zweiten Planetengetriebemechanismus 5, und einem Arretiermechanismus 6, der den zweiten Planetengetriebemechanismus 5 derart arretiert, dass dieser mechanisch die Handlenkvorrichtung 1 und die Straßenradlenkvorrichtung 2 verbindet.
Beispielsweise umfasst die Handlenkvorrichtung 1 ein Lenkrad, das an einem oberen Ende einer Eingangswelle 11 angebracht ist. Die Eingangswelle 11 umfasst beispielsweise eine Lenkwelle, die sich gemeinsam mit der Handlenkvorrichtung 1 dreht. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein erstes Hohlrad 12, das integral mit der Eingangswelle 11 ausgebildet ist, an ihrem unteren Ende angeordnet. Ein Schneckenrad 32, das mit der Eingangswelle 11 zusammenwirkt, ist oberhalb des ersten Hohlrads 12 angeordnet. Die Eingangswelle 11 ist drehbar durch ein erstes und ein zweites Lager 34 und 35 gelagert, die an einer Innenwand eines Aktuatorgehäuses 33 angebracht sind.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das erste Lager 34, welches ein die Eingangswelle 11 mit verringerter Drehreibung lagerndes Kugellager umfasst, in einer in einem oberen Endabschnitt des Aktuatorgehäuses 33 ausgebildeten Bohrung 33a angebracht.
Das zweite Lager 35, das ein Rollenlager zur radialen Lagerung einer äußeren Umfangsfläche des ersten Hohlrads 12 umfasst, ist an einer Innenwand des Aktuatorgehäuses 33 in einem in einem unteren Endabschnitt des Aktuatorgehäuses 33 vorgesehenen Raum 33b angebracht.
Das erste Hohlrad 12, das ein mit einem Planetenrad 41 des ersten Planetengetriebemechanismus 4 in Eingriff stehendes Innenrad umfasst, ist aus einem kappenartigen Element gebildet, das einen geschlossenen oberen Abschnitt und einen offenen unteren Abschnitt aufweist. Die äußere Umfangsfläche des ersten Hohlrads 12 ist radial durch das zweite Lager 35 in einer frei drehbaren Weise gelagert.
Wie in 3 gezeigt ist, besitzt eine Vorrichtung 3 zur Erzeugung einer Reaktionskraft einen Reaktionsmotor Ma, der ein Moment erzeugt, während er von einer nicht gezeigten Batterie Energie erhält, wodurch eine Reaktionskraft zur Betätigung der Handlenkvorrichtung 1 bereitgestellt wird. Zusätzlich zum Reaktionsmotor Ma umfasst die Vorrichtung 3 eine Schnecke 31, die an einer Reaktionsmotorwelle Ma1 angebracht ist, sowie ein Schneckenrad 32, das mit der Schnecke 31 in Eingriff steht, um die Eingangswelle 11 mit einer verringerten Drehzahl zu drehen.
Wenn der Arretiermechanismus 6 ein Arretierrad 51 arretiert, dient der Reaktionsmotor Ma als ein Unterstützungsmechanismus, der eine Unterstützungskraft auf die Handlenkvorrichtung 1 ausübt, wie in 1 gezeigt ist. Im Gegensatz hierzu dient dann, wenn der Arretiermechanismus 6 das Arretierrad 51 freigibt, der Reaktionsmotor Ma als ein Widerstandsmechanismus, der eine Reaktionskraft auf die Handlenkvorrichtung 1 ausübt. Der Reaktionsmotor Ma, der die Vorrichtung 3 mit einem Antriebsmoment versorgt, wird durch eine elektronische Steuer/Regeleinheit 13 nach Maßgabe eines Drehsignals der Handlenkvorrichtung 1 gesteuert/geregelt, das durch einen Lenkwinkelsensor 14, ein durch einen Drehmomentsensor (nicht gezeigt) gesendetes Signal und ein durch einen Geschwindigkeitssensor 15 gesendetes Signal gesteuert/geregelt wird. Die Ausgabe des Reaktionsmotors Ma wird auf die Reaktionsmotorwelle Ma1 übertragen (siehe 3).
Wie in 3 gezeigt ist, sind ein Motorgehäuse Ma, Kugellager 36 und 37 zur radialen Lagerung der Reaktionsmotorwelle Ma1, die Schnecke 31 und das Schneckenrad 32 im Aktuatorgehäuse 33 angebracht.
Die mit dem Schneckenrad 32 in Eingriff stehende Schnecke 32 ist integral mit der Reaktionsmotorwelle Ma1 ausgebildet. Die Kugellager 36 und 37 bilden sowohl oberhalb als unterhalb der Schnecke 31 angeordnete Radiallager. Das Schneckenrad 32, das an der Eingangswelle 11 angebracht ist, verringert eine Drehzahl der Schnecke 31. Das Schneckenrad 32 und die Schnecke 31 bilden ein Getriebe.
Wie in 2 gezeigt ist, steht das erste Planetenrad 41 intern mit dem ersten Hohlrad 12 in Eingriff. Das erste Hohlrad 12 ist an der Eingangswelle 11 angebracht, die sich gemeinsam mit dem Schneckenrad 32 dreht.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind die Vorrichtung 3 zur Erzeugung einer Reaktionskraft, der erste Planetengetriebemechanismus 4, der zweite Planetengetriebemechanismus 5 und der Arretiermechanismus 6 in einem Raum A angebracht, der durch das Aktuatorgehäuse 33 und das Getriebegehäuse 21 gebildet ist. Die Vorrichtung 3 treibt die Drehung des ersten Planetengetriebemechanismus 4 an. Der zweite Planetengetriebe mechanismus 5 ist mit dem ersten Planetengetriebemechanismus 4 arretiert. Der Arretiermechanismus 6 arretiert das Arretierrad 51, das sich gemeinsam mit dem zweiten Sonnenrad 53 des zweiten Planetengetriebemechanismus 5 dreht.
Wie in 1, 2 und 4 gezeigt ist, ist der erste Planetengetriebemechanismus 4 ein Getriebeübertragungsmechanismus, der zwischen der Vorrichtung 3 zur Erzeugung einer Reaktionskraft und einer Ausgangswelle 7 der Straßenradlenkvorrichtung 2 angeordnet ist. Der Planetengetriebemechanismus 4 umfasst das erste Hohlrad 12, das erste Planetenrad 41, einen ersten Planetenradträger 42 und ein erstes Sonnenrad 44.
Das erste Planetenrad 41 ist nicht nur drehbar durch eine erste Achse 43 gelagert, deren eines Ende am ersten Planetenradträger 42 angebracht ist, sondern steht auch mit dem ersten Ringrad 12 und dem ersten Sonnenrad 44 in Eingriff. Druckscheiben 45 sind sowohl an einer oberen als auch einer unteren Fläche des ersten Planetenrads 41 angeordnet, so dass das erste Planetenrad 41 drehbar um die erste Achse 43 mit einem vorbestimmten Spiel gelagert werden kann. Eine erste Trägerplatte 46 ist wirkt mit einem unteren Endabschnitt der ersten Achse 43 zusammen.
Der erste Planetenradträger 42 ist eine Scheibe, die das erste Planetenrad 41 in einer schwimmenden Weise lagert, so dass das erste Planetenrad 41 mit dem ersten Hohlrad 12 in Eingriff steht. Der erste Planetenradträger 42 wirkt mit einem oberen Ende der Ausgangswelle 7 über eine Keilnutenverbindung zusammen und ist an derselben mittels eines Rings 47 und einer Druckscheibe 48 befestigt, so dass der erste Planetenradträger 42 sich gemeinsam mit der Ausgangswelle 7 dreht.
Das erste Sonnenrad 44 besitzt ein Zahnradelement, das eine zylindrische Form aufweist mit einem Flansch, der integral mit einem zweiten Planetenradträger 52 des zweiten Planetengetriebemechanismus 5 ausgebildet ist. Das erste Sonnenrad 44 ist drehbar um die Ausgangswelle 7 gelagert, wobei ein Spiel durch Druckscheiben 48 und 49 aufrecht erhalten wird, die auch die Bewegung des ersten Sonnenrads 44 in einer Axialrichtung der Ausgangswelle 7 begrenzen.
Wie in 4 gezeigt ist, ist der zweite Planetengetriebemechanismus 5 ein Getriebeübertragungsmechanismus, der zwischen dem ersten Planetengetriebemechanismus 4 und dem Arretiermechanismus 6 angeordnet ist. Der zweite Planetengetriebemechanismus 5 umfasst den zweiten Planetenradträger 52, ein zweites Planetenrad 54, ein zweites Hohlrad 55, das zweite Sonnenrad 53 und das Arretierrad 51.
Der zweite Planetenradträger 52 ist eine Scheibe, die das zweite Planetenrad 54 in einer schwimmenden Weise lagert, so dass das zweite Planetenrad 54 mit dem zweiten Hohlrad 55 und dem zweiten Sonnenrad 53 in Eingriff steht.
Das zweite Planetenrad 54 ist drehbar um eine zweite Achse 56 gelagert, deren eines Ende an dem zweiten Planetenradträger 52 angebracht ist. Druckscheiben 57 sind sowohl an einer oberen als auch einer unteren Fläche des zweiten Planetenrads 54 angeordnet, so dass das zweite Planetenrad 54 um die zweite Achse 56 drehbar gelagert werden kann. Eine zweite Trägerplatte 59 wirkt mit einem unteren Endabschnitt der zweiten Achse 56 zusammen.
Das zweite Hohlrad 55 umfasst ein Innenrad mit einer ringartigen Form, das mit dem zweiten Planetenrad 54 in Eingriff steht. Das zweite Hohlrad 55 ist nicht nur an einer Hebelwelle 62 angebracht, die ein Arretierelement 61 an einem Getriebegehäuse 21 anbringt, sondern auch an einer Innenwand des Getriebegehäuses 21 durch einen Bolzen B1 angebracht.
Das zweite Sonnenrad 53 ist ein zylindrisches Zahnradelement mit einem Flansch, der integral mit dem Arretierelement 51 ausgebildet ist, mit dem das Arretierelement 61 in Eingriff steht. Das zweite Sonnenrad 53 ist drehbar um die Ausgangswelle 7 gelagert, wobei ein Spiel durch Durchscheiben 49 und 58 aufrecht erhalten wird, die auch die Bewegung des zweiten Sonnenrads 53 in einer Axialrichtung der Ausgangswelle 7 begrenzen.
Das Arretierrad 51 ist integral mit dem zweiten Sonnenrad 53 ausgebildet und dreht sich gemeinsam mit diesem. Das Arretierrad 51 ist ein Zahnrad mit einer kappenartigen Form, um das herum Zahnlücken 51a, die mit einer Klaue 61a des Arretierelements 61 in Eingriff stehen, ausgebildet sind. Wie in den 5A und 5B gezeigt ist, ist das Arretierelement 61 derart angeordnet, dass es mit dem Arretierrad 51 in Eingriff steht.
Das Arretierelement 6 umfasst das Arretierrad 51 des zweiten Planetengetriebemechanismus 5, das Arretierelement 61, eine Rückholfeder 64, eine Hebelwelle 62 und einen Elektromagneten 63. Das Arretierelement 61 steht mit dem Arretierrad 51 in Eingriff. Die Rückholfeder 64 stellt automatisch das Arretierelement 61 zu einer Ursprungsstellung zurück. Die Hebelwelle 62 lagert die Rückholfeder 64 und das Arretierelement 61. Der Elektromagnet 63 betätigt das Arretierelement 61 in eine Freigabestellung.
Das Arretierelement 61 ist ein Element mit einer hebelartigen Form und ist drehbar um die Hebelwelle 62 gelagert. Das Arretierelement 61 besitzt ein Axialloch 61b in seiner Mittelposition, durch welches das Arretierelement 61 durch die Hebelwelle 62 gelagert ist. Das Arretierelement 61 besitzt an einem Ende die Klaue 61a, die mit den Zahnlücken 51a des Arretierrads 51 in Eingriff steht. Weiterhin besitzt das Arretierelement 61 am anderen Ende einen Kontaktpunkt 61c, auf den ein Kolben 63a einen durch den Elektromagnet 63 erzeugten Druck ausübt.
Wie in 4 gezeigt ist, ist die Hebelwelle 62 ein Element mit einer bolzenartigen Form und ist in das Getriebegehäuse 61 geschraubt. Eine Mutter 65 ist um die Hebelwelle 62 gegen das zweite Ringrad 55 festgezogen, während die Hebelwelle 62 eine Achse für das Arretierelement 61 und die Rückholfeder 64 bereitstellt.
Der Elektromagnet 63 funktioniert beispielsweise in der folgenden Weise. Wie in 5A gezeigt ist, ist der Elektromagnet 63 dann, wenn die Energieversorgung ausgeschaltet ist, dafür ausgelegt, den Kolben 63a anzuziehen, so dass das Arretierelement 61 das Arretierrad 51 arretiert. Wenn andererseits die Energieversorgung eingeschaltet ist, ist der Elektromagnet 63 dafür ausgebildet, den Kolben 63a auszufahren, so dass das Arretierelement 61 das Arretierrad 51 freigibt, wie in 5B gezeigt ist.
Der Elektromagnet 63 ist an einer Halterung 66 gehalten, die an einer Außenwand des Getriebegehäuses 21 mit Bolzen gehalten ist.
Die Rückholfeder 64 ist eine Schraubenfeder, die um die Hebelwelle 62 herum angeordnet ist. Ein Ende der Rückholfeder 64 befindet sich in Druckkontakt mit einem Stift 21a, der an dem Getriebegehäuse 21 befestigt ist, und das andere Ende befindet sich ebenfalls in Druckkontakt mit einem Anschlag 61d, der an einer unteren Fläche des Arretierelements 61 ausgebildet ist.
Wie in 2 gezeigt ist, stellt die Ausgangswelle 7 eine Achse bereit, um die herum der erste Planetenradträger 42, das erste Sonnenrad 44, der zweite Planetenradträger 52, das zweite Sonnenrad 53 und das Arretierrad 51 gelagert sind. Die Ausgangswelle 7, die koaxial mit der Lenkeingangswelle 11 angeordnet ist, ist drehbar durch zwei Kugellager 22 und 23 gelagert, die am Getriebegehäuse 21 angebracht sind. Die Ausgangswelle 7 umfasst die folgenden Komponenten, die integral mit dieser ausgebildet sind: Keilprofile 7a, ein Ritzel 7b, einen Abschnitt 7c mit einem größeren Durchmesser, einen Abschnitt 7d mit einem kleineren Durchmesser und einen Gewindeabschnitt 7e. Die Keilprofile 7a sind zur Befestigung des ersten Planetenradträgers 42 an einem oberen Ende der Ausgangswelle 7 vorgesehen. Das Ritzel 7b ist in der Mitte der Ausgangswelle 7 angeordnet. Der Abschnitt 7c ist zum Halten des Kugellagers 22 oberhalb des Ritzels 7b am Getriebegehäuse 21 vorgesehen. Der Abschnitt 7d ist unterhalb des Ritzels 7b zum Anbringen des Kugellagers 23 vorgesehen. Der Abschnitt 7e ist unterhalb des Abschnitts 7d zum Anbringen des Lenkmotors Mb vorgesehen. Ferner ist ein Lenkwinkelsensor (nicht gezeigt) zur Überwachung der Drehung der Ausgangswelle 7 in der Nähe des unteren Endes der Ausgangswelle 7 angeordnet.
Wie in 1 gezeigt ist, betätigt die Straßenradlenkvorrichtung 2 drehend die Ausgangswelle 7 durch ein durch den Lenkmotor Mb erzeugtes Moment. Der Lenkmotor Mb wird in einem Normalmodus durch die elektronische Steuer/Regeleinheit 13 gesteuert/geregelt. Auf diese Weise übt die Straßenradlenkvorrichtung 2 über das Ritzel 7b und eine Zahnstange (Zahnstangenschiene) 25 eine Translationsbewegung auf Spurstangen 9 aus, wodurch die Straßenräder W gelenkt werden.
Im Gegensatz hierzu betätigt während eines Fehlermodus, beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion des Lenkmotors Mb, die Straßenradlenkvorrichtung 2 die Straßenräder W in der folgenden Weise. Wenn der Arretiermechanismus 6 den zweiten Planetengetriebemechanismus 5 arretiert, gelangt der erste Planetengetriebemechanismus 4, der mit der Eingangswelle 12 arretiert ist, in Verbindung mit der Straßenradlenkvorrichtung 2. Auf diese Weise übt die Straßenradlenkvorrichtung 2 über das Ritzel 7b und die Zahnstange (Zahnstangenschiene) 25 eine Translationsbewegung auf die Spurstangen 9 aus, um die Straßenräder W manuell zu lenken.
Der als Aktuator für die Straßenradlenkvorrichtung 2 dienende Lenkmotor Mb übt eine Drehung auf die Ausgangswelle 7 aus, wobei er mit Strom versorgt wird, der durch die elektronische Steuer/Regelvorrichtung 13 nach Maßgabe eines Signals, das den durch den Lenkwinkelsensor 14 gesendeten Drehwinkel der Handlenkvorrichtung 1 anzeigt, und ein Signal, das die durch den Geschwindigkeitssensor 15 gesendete Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt, gesteuert/geregelt wird.
Das Ritzel 7b ist ein Schrägstirnrad (Schraubenrad), das eine konstante Steigung aufweist und integral mit der Ausgangswelle 7 gebildet ist. Wie in 1 gezeigt ist, ist das Ritzel 7b innerhalb des Getriebegehäuses 21 angeordnet und steht mit einer Zahnstange 24 in Eingriff.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die Zahnstange 24 integral mit der Zahnstangenschiene 25 ausgebildet, die innerhalb des Getriebegehäuses 21 in Links- und Rechtsrichtung frei gelagert ist.
Wie in 1 gezeigt ist, stehen die Spurstangen 9 von beiden Enden der Zahnstangenschiene 25 vor. Das rechte und das linke Straßenrad W sind an den Spurstangen 9 durch nicht gezeigte Gelenkverbindungen angebracht.
Ein Seitenloch 21b, das zur Installation eines Druckelements 26 vorgesehen ist, welches einen Druck auf die Zahnstangenschiene 25 in einer Horizontalrichtung ausübt, ist in dem Getriebegehäuse 21 ausgebildet. Das Druckelement 26, eine Feder 27, ein Schließelement 28 sind innerhalb des Seitenlochs 21b angebracht. Das Druckelement 26 steht mit einer Rückfläche der Zahnstangenschiene 25 in Verbindung. Die Feder 27 übt einen Druck auf das Druckelement 26 in Richtung zum Ritzel 7b hin aus. Das Schließelement 28 dient nicht nur als ein Aufnahmeelement für die Feder 27, sondern auch als ein Verschluss für das Seitenloch 21b. Ein Potentiometer 29 zur Überwachung eines Hubs der Zahnstange 24 ist außerhalb des Schließelements 28 angeordnet.
Weil die Rückfläche der Zahnstangenschiene 25 durch das Druckelement 26, auf das die Feder 27 eine Kraft ausübt, unter Druck gesetzt ist, kann ein mögliches Spiel zwischen der Zahnstange 24 und dem Ritzel 7b vermieden werden.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lenkwinkelverhältnis und der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In 6 gibt die Ordinate das Lenkwinkelverhältnis wieder, unter dem ein Verhältnis eines Betätigungswinkels zu einem Winkel eines gelenkten Straßenrads verstanden werden soll, und die Abszisse gibt die Fahrzeuggeschwindigkeit wieder. Die fette Linie gibt eine Kennlinie N1 zur Steuerung/Regelung des Lenkwinkelverhältnisses gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit während eines Normalmodus wieder, die durch eine Vorrichtung S zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Die gestrichelte Linie gibt andererseits eine Kennlinie J1 gemäß einer herkömmlichen Technik wieder. Die feine Linie gibt eine Kennlinie Q1 zur Steuerung des Lenkwinkelverhältnisses gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit während eines Fehlermodus gemäß der vorliegenden Erfindung wieder. In diesem Zusammenhang ist die Kennlinie Q1 dieselbe wie die Kennlinie K1 für die mechanische Steuerung/Regelung des Lenkwinkelverhältnisses gemäß der herkömmlichen Technik gemäß 14.
Die in 1 gezeigte elektronische Steuer/Regeleinheit 13 steuert/regelt den Lenkmotor Mb derart, dass eine Drehung auf das Ritzel 7b nach Maßgabe der Kennlinie N1 während eines Normalbetriebs ausgeübt wird, die für einen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich von ungefähr 10 bis 100 km/h konvex ansteigt, wie in 6 gezeigt ist.
Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Betriebs einer Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 6 gegeben.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 7 eine Beschreibung einer Konfiguration einer Vorrichtung S zum Lenken eines Fahrzeugs während eines Normalbetriebs gegeben, während dem ein Arretiermechanismus 6 durch einen Elektromagneten 63, der durch einen zugeführten Strom erregt wird, freigegeben ist.
Wenn der Strom in dem Elektromagneten 63 fließt, ist der Arretier mechanismus 6 in einer Freigabestellung, die durch ein von einem Arretierrad 51 entfernt gehaltenes Arretierelement 61 hergestellt ist. Als Ergebnis wird ermöglicht, dass der zweite Planetengetriebemechanismus 5 sich dreht, und dass nicht nur eine Vorrichtung 3 zur Erzeugung einer Reaktionskraft, sondern auch eine Straßenradlenkvorrichtung 2 normal arbeiten. Die Vorrichtung 3 steuert/regelt die Reaktionskraft derart, dass eine Betätigung einer Handlenkvorrichtung 1 unterstützt wird.
Wenn ein Fahrer die Handlenkvorrichtung 1 betätigt, dreht sich ein Planetenrad 41 eines ersten Planetenradmechanismus 4 über eine Eingangswelle 4 und ein erstes Hohlrad 12. Wenn die auf den ersten Planetenradträger 42 ausgeübte Last größer wird, der über eine Ausgangswelle 7, ein Ritzel 7b und eine Zahnstange 24 mit Straßenrädern W gekoppelt ist, erhöht ein erstes Sonnenrad 44, dessen Last kleiner ist, seine Drehzahl. Als Ergebnis der Drehung des ersten Sonnenrads 44, wird ein Freigabezustand hergestellt, in dem ein zweiter Planetenradträger 52, der integral mit dem ersten Sonnenrad 44 gebildet ist, ein zweiter Planetenradträger 54 und ein Arretierrad 51 frei drehen können.
Wenn ein Fahrer die Handlenkvorrichtung 1 im Freigabezustand des Arretiermechanismus 6 betätigt, wird die Drehung der Handlenkvorrichtung 1 nicht zur Ausgangswelle 7 übertragen, während das Arretierrad 51 des Arretiermechanismus 6 sich dreht. Dies bedeutet, dass die Konfiguration eines „Steer-by-wire”-Systems (Elektrisches Lenkststeuersystem) hergestellt ist. Das erste Planetenrad 41 arbeitet als ein Kupplungsmechanismus, der in der Lage ist, die Eingangswelle 11 und die Ausgangswelle 7 selektiv zu verbinden und zu trennen. Auf diese Weise betätigt die Straßenradlenkvorrichtung 2 das Lenken von Straßenrädern nach Maßgabe einer Betätigung der Handlenkvorrichtung 1 durch einen Fahrer, während die Handlenkvorrichtung 1 und die Straßenradlenkvorrichtung 2 mechanisch voneinander getrennt sind.
Wenn der Arretiermechanismus freigegeben ist, führt die Vorrichtung S ein Lenken durch ein „Steer-by-wire”-Verfahren gemäß Befehlen aus, die durch eine elektronische Steuer/Regeleinheit 13 gesendet werden.
Die elektronische Steuer/Regeleinheit 13 steuert/regelt einen Lenkwinkel der Straßenräder W nach Maßgabe einer Betätigung (Betätigungswinkel) der Handlenkvorrichtung 1 unter Berücksichtigung eines Lenkwinkelverhältnisses. Wie in 6 gezeigt, ist, steuert/regelt beispielsweise die Steuer/Regeleinheit 13 einen Lenkmotor Mb derart, dass dieser eine Drehung auf das Ritzel 7b auf Grundlage der Kennlinie N1 zum Steuern/Regeln des Lenkwinkelverhältnisses ausübt. Die Kennlinie N1 ist dafür ausgelegt, während eines Normalmodus über einen Geschwindigkeitsbereich von ungefähr 10 bis 100 km/h nicht nur höhere Werte anzunehmen sondern auch konvex zu sein.
Wenn die durch einen Geschwindigkeitssensor 15 erfasste Geschwindigkeit eines Fahrzeugs in einen niedrigen Geschwindigkeitsbereich von 0 bis ungefähr 10 km/h fällt, steuert/regelt die elektronische Steuer/Regeleinheit 13 den Lenkmotor Mb nach Maßgabe der Kennlinie N1, die für diesen Geschwindigkeitsbereich einen konstanten und minimalen Wert bereitstellt. Als Ergebnis wird die Verlagerung einer Zahnstangenscheine 25 (Winkel des gelenkten Straßenrads) relativ zur Betätigung (Betätigungswinkel) der Handlenkvorrichtung 1 größer und einheitlich.
Weil ein Fahrer in der Lage ist, die Handlenkvorrichtung 1 mit schnellerer Antwort zu betätigen, ist es auf diese Weise möglich, ihm ein für den niedrigen Geschwindigkeitsbereich geeignetes Steuergefühl zu vermitteln, wenn ein Fahrzeug beispielsweise in einer Garage geparkt wird.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in einen hohen Geschwindigkeitsbereich von 100 km/h oder mehr fällt, steuert/regelt die elektronische Steuer/Regeleinheit den Lenkmotor Mb nach Maßgabe der Kennlinie N1, die für diesen Geschwindigkeitsbereich einen konstanten und maximalen Wert bereitstellt. Im Ergebnis wird die Verlagerung der Zahnstangenschiene 25 (Winkel des gelenkten Straßenrads) relativ zur Betätigung (Betätigungswinkel) der Handlenkwinkelvorrichtung 1 kleiner und im Wesentlichen konstant. Auf diese Weise ist in der Nähe einer Neutralstellung der Handlenkwinkelvorrichtung 1, die ungefähr eine halbe Umdrehung sowohl in Links- als auch in Rechtsrichtung relativ zur Neutralstellung umfasst, das Lenkwinkelverhältnis (Betätigungswinkel zum Winkel des gelenkten Straßenrads) dafür ausgelegt, größer zu sein. Weil ein Fahrer in der Lage ist, die Handlenkwinkelvorrichtung 1 mit langsamerer Antwort zu manipulieren, ist es möglich, ihm ein für den hohen Geschwindigkeitsbereich geeignetes Steuergefühl zu vermitteln, welches Instabilitäten der Handlenkwinkelvorrichtung 1 eliminiert.
Nachfolgend wird eine Beschreibung einer Vorrichtung S zum Lenken eines Fahrzeugs während eines Fehlers unter Bezugnahme auf 1 und 6 gegeben.
Wenn die Vorrichtung S aufgrund einer elektrischen Fehlfunktion ausfällt, wird der Elektromagnet 63 nicht mit Strom versorgt. In diesem Zustand befindet sich ein Arretiermechanismus 6 in einer Arretiersstellung und eine Vorrichtung 3 zur Erzeugung einer Reaktionskraft arbeitet nicht, so dass keine Unterstützungskraft auf eine Handlenkvorrichtung 1 ausgeübt wird.
Wenn ein Fahrer die Handlenkvorrichtung 1 betätigt, wird das auf diese ausgeübte Drehmoment zu einem ersten Hohlrad 12 eines ersten Planetengetriebemechanismus 4 über eine Eingangswelle 11 übertragen. Dieses Moment wird ferner zu einem ersten Planetenrad 41 übertragen, wobei die Drehzahl des ersten Planetenträgers 42 sich erhöht, und das Moment wird zu einer Ausgangswelle 7 übertragen. Dieses Moment wird von einem Ritzel 7b, das an der Ausgangswelle 7 ausgebildet ist, auf Straßenräder 4 über eine Zahnstange 24 und eine Zahnstangenschiene 25 übertragen.
Daher ist die Vorrichtung S in der Lage, die Eingangswelle 11 und die Ausgangswelle 7 mechanisch zu verbinden, wenn ein Lenkmotor Mb und eine elektronische Steuer/Regeleinheit 13 aufgrund einer Unterbrechung von zugeführter elektrischer Energie ausfallen.
Wie in 6 gezeigt ist, ist es dann, wenn ein Fahrzeug mit einer mittleren Geschwindigkeit von ungefähr beispielsweise 50 km/h fährt, möglich, einen Unterschied T1 im Lenkwinkelverhältnis zwischen dem Normalmodus und dem Fehlermodus im Vergleich zu einem Unterschied L1, der bei einer herkömmlichen Vorrichtung erreicht wird, zu verringern. Weil die Vorrichtung S daher in der Lage ist, eine Unbequemlichkeit für einen Fahrer, wenn in der Vorrichtung S ein Fehler auftritt, zu verringern, stellt die Vorrichtung S eine bessere Betätigung der Handlenkvorrichtung 1 bereit.
Nachfolgend wird eine Beschreibung einer anderen Ausführungsform mit einer Modifikation der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 bis 10 gegeben.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lenkwinkelverhältnis und der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 7 gezeigt ist, ist eine Kennlinie Q2 für einen Fehlermodus dafür ausgelegt, näher an einer Kennlinie J1 für einen Normalmodus zu liegen durch Einführung eines Zahnstangenmechanismus RP, der in 8 gezeigt ist. Auf diese Weise ist es möglich, einen Unterschied T2 im Lenkwinkelverhältnis zwischen Normalmodus und Fehlermodus zu verringern.
Eine Beschreibung des Zahnstangenmechanismus RP wird unter Bezugnahme auf 8 gegeben.
8 ist ein schematisches Diagramm, das einen Zahnstangenmechanismus zeigt, der auf eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Wie in 8 gezeigt ist, umfasst der Zahnstangenmechanismus RP ein Ritzel 7b, das mit einer Zahnstange 24 in Eingriff steht. Das Ritzel 7b besitzt eine spiralförmige Verzahnung (Schrägverzahnung bzw. Schraubenverzahnung) mit einer konstanten Steigung. Die Zahnstange 24 besitzt eine Verzahnung, die derart ausgebildet ist, dass sie nach Maßgabe ihrer Position eine unterschiedliche Steigung aufzuweist.
Beispielsweise sind ist die Verzahnung der Zahnstange 24 in der folgenden Weise konfiguriert. Wie in 8 gezeigt ist, wird dann, wenn auf das sich an einem äußersten rechten Punkt P befindliche Ritzel 7b eine Drehung mit konstanter Drehzahl ausgeübt wird, die Durchführung einer ersten vollen Drehung des Ritzels 7b es der Zahnstangenschiene 25 ermöglicht, sich von einem Punkt P zu einem Punkt D zu bewegen, eine zweite volle Umdrehung ermöglicht eine Bewegung von Punkt D zum Punkt E, eine dritte volle Umdrehung ermöglicht eine Bewegung von Punkt E zum Punkt F, eine vierte volle Umdrehung ermöglicht eine Bewegung von Punkt F zum Punkt G und eine fünfte volle Umdrehung ermöglicht eine Bewegung von Punkt G zum Punkt H, nach Maßgabe der Steigungen der Verzahnung der Zahnstange 24.
Die Steigungen in der Nähe eines Mittelpunkts O der Zahnstange 24 (Bereich E bis F) sind derart ausgelegt, dass sie kürzer sind, so dass ein Hub der Zahnstange 24, der durch einen Abstand e–f wiedergegeben ist, kleiner wird. In einem Bereich D bis E und einem Bereich F bis G, die jeweils an der linken und rechten Seite neben dem Bereich E bis F liegen, ist eine Steigung derart ausgebildet, dass sie länger wird, wenn die Zähne sich weiter vom Mittelpunkt O entfernt befinden, so dass ein Hub der Zahnstange 24 (d–e und f–g) demgemäß größer wird. Ferner sind in einem Bereich P bis D und einem Bereich G bis H, die jeweils außerhalb des Bereichs D bis E und des Bereichs F bis G liegen, die Steigungen derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen konstant und sehr viel länger sind, so dass ein Hub der Zahnstange 24 (p–d und g–h) einen Maximalwert annimmt.
Wenn die Zahnstange 24 für eine Straßenradlenkvorrichtung eingesetzt wird, ist sie derart eingestellt, dass ihr in 8 gezeigter Mittelpunkt O mit einer Position der Zahnstange 24 übereinstimmt, bei der ein Fahrzeug geradeaus fährt (ein Betätigungswinkel gleich 0 Grad ist).
Wenn dieser Zahnstangenmechanismus RP auf eine Vorrichtung S zum Steuern eines Fahrzeugs (siehe 1) angewendet wird, ist es möglich, unterschiedliche Übertragungsverhältnisse und Hübe der Zahnstange 24 nach Maßgabe von Geschwindigkeitsbereichen wie einem Hoch-, Mittel- und Niedriggeschwindigkeitsbereich zu erhalten.
Im Folgenden wird eine Beschreibung der Kennlinie Q2, die in 7 gezeigt ist unter Bezugnahme auf 9 und 10 gegeben.
9 st ein Graph, der eine Kennlinie für die Beziehung zwischen dem Zahnstangenhub und der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt. 10 ist ein Graph, der eine Kennlinie für die Beziehung zwischen dem Zahnstangenhub und dem Übertragungsverhältnis zeigt.
Wie 9 zeigt, ist aufgrund dessen, dass der Betätigungsbereich für eine Handlenkvorrichtung von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, ein maximaler Zahnstangenhub für eine Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs lokal über einen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs erforderlich. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Zahnstangenhub das Maximum in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 40 km/h erreicht. In einem mittleren Geschwindigkeitsbereich von 40 bis 90 km/h sind im Allgemeinen kleinere Zahnstangenhübe über den Bereich hinweg ausreichend. Ferner sind in einem Hochgeschwindigkeitsbereich von 90 km/h oder mehr sehr viel kleinere Zahnstangenhübe im Allgemeinen akzeptabel.
Wenn der in 8 gezeigte Zahnstangenmechanismus RP eingesetzt wird, wird die in 10 gezeigte Beziehung zwischen dem Übertragungsverhältnis und dem Zahnstangenhub erreicht. Übertragungsverhältnisse sind derart ausgelegt, dass sie klein sind, während Zahnstangenhübe klein sind. Die Übertragungsverhältnisse steigen progressiv an, wenn die Zahnstangenhübe ansteigen. Nachdem die Zahnstangenhübe einen vorbestimmten Wert erreichen, nehmen die Übertragungsverhältnisse einen konstanten Wert an. In diesem Zusammenhang entspricht der Bereich F bis E einem Hochgeschwindigkeitsbereich, der Bereich E bis D sowie der Bereich F bis G einem mittlerem Geschwindigkeitsbereich und der Bereich D bis P sowie der Bereich G bis H einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich.
Auf diese Weise bewirkt das Einführen des in 8 gezeigten Zahnstangenmechanismus RP, dass die Vorrichtung S zum Lenken eines Fahrzeugs Wirkungen ähnlich denjenigen bereitstellen kann, die durch ein variables Übertragungsverhältnis (Übersetzungsverhältnis) nach Maßgabe von Fahrzeuggeschwindigkeiten erhalten werden, aus dem Gesichtspunkt der Betätigung einer Handlenkvorrichtung. Die in 7 gezeigte Kennlinie Q2 zeigt schematisch diese Wirkungen, die durch den Zahnstangenmechanismus RP erreicht werden.
Es wird eine Beschreibung einer Funktionsweise einer Vorrichtung zum Lenken eines Fahrzeugs gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 bis 10 gegeben.
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine Beschreibung eines Normalmodus gegeben. Wenn eine Vorrichtung S zum Lenken eines Fahrzeugs sich in einem Normalmodus befindet, stellt eine elektronische Steuer/Regeleinheit 13 eine Kennlinie J1 bereit, wie sie in 7 gezeigt ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 7 bis 10 eine Beschreibung der Beziehung zwischen dem Zahnstangenhub und der Fahrzeuggeschwindigkeit für einen Zahnstangenmechanismus RP gegeben, wenn die Vorrichtung S sich in einem Fehlermodus befindet. Die Beschreibung ist in drei Bereiche hinsichtlich einer hohen, mittleren und niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit eingeteilt.
a. Hochgeschwindigkeitsbereich
Wie in 10 gezeigt ist, ist dann, wenn ein Betätigungswinkel einer Handlenkvorrichtung 1 innerhalb von 180 Grad nach rechts und 180 Grad nach links von einem Winkel von 0 Grad aus liegt, der der Nähe der Neutralstellung entspricht (Punkt E bis Punkt F), die Steigung der Verzahnnung der Zahnstange 24 derart ausgebildet, dass sie klein ist. Im Ergebnis wird ein Lenkwinkelverhältnis (Betätigungswinkel geteilt durch Winkel von gelenktem Straßenrad) höher eingestellt, was zu einem geringeren Winkel des gelenkten Straßenrads relativ zur Betätigung der Handlenkvorrichtung 1 führt.
Auf diese Weise ist während eines Fehlermodus, bei dem eine Drehung der Handlenkvorrichtung 1 zum Ritzel 7b übertragen wird, die Vorrichtung S in der Lage, ein Betriebsgefühl zu vermitteln, das für ein in einem Hochgeschwindigkeitsbereich fahrendes Fahrzeug geeignet ist, weil die Vorrichtung S eine langsame Drehung auf die Ausgangswelle 7 ausübt, um eine Instabilität der Handlenkvorrichtung 1 zu vermeiden. In der Nähe der Neutralstellung wird das Übertragungsverhältnis konstant gewählt, so dass eine Bewegung der Zahnstangenschiene 25 relativ zur Betätigung der Handlenkvorrichtung 1 demzufolge gleichförmig ist.
Wie in 7 gezeigt ist, stellt dann, wenn das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 90 km/h oder mehr fährt, die Kennlinie Q2 für einen Fehlermodus ein größeres Lenkwinkelverhältnis (langsamere Antwort) bereit. Auf diese Weise ist die Vorrichtung S in der Lage, eine langsamere Antwort zu geben ähnlich zu derjenigen, die bei der herkömmlichen Kennlinie J1 für einen Normalmodus bereitgestellt wird, bei dem ein Lenkmotor Mb eine Unterstützungskraft auf die Handlenkvorrichtung 1 ausübt.
b. Mittlerer Geschwindigkeitsbereich
Wie in 10 gezeigt ist, steigen dann, wenn ein Winkel einer Handlenkvorrichtung beginnend von einem Winkel von 180 Grad um 360 Grad bis 540 Grad sowohl nach rechts als auch nach links ansteigt, was einem Betätigungsbereich (Punkt E bis Punkt D und Punkt F bis Punkt G) entspricht, die Steigung der Verzahnung der Zahnstange 24 allmählich an, wenn ihre Position weiter entfernt von einem Punkt E und einem Punkt F ist. Als Ergebnis steigen Übertragungsverhältnisse (Zahnstangenhub zu Ritzelwinkel) allmählich an, so dass ein großer Hub der Zahnstange 24 erreicht wird. Weil ein Übertragungsverhältnis proportional zu einem Betätigungswinkel der Handlenkvorrichtung 1 ansteigt, steigt eine Verlagerung der Zahnstangenschiene 25 proportional zu diesem Winkel an. Daher ist die Vorrichtung S in der Lage, ein für ein in einem mittleren Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich fahrendes Fahrzeug geeignetes Steuergefühl bereitzustellen.
Wie in 7 gezeigt ist, stellt dann, wenn ein Fahrzeug in einem mittlerem Geschwindigkeitsbereich von ungefähr 40 bis 90 km/h fährt, die Kennlinie Q2 für einen Fehlermodus Lenkwinkelverhältnisse bereit, die derart ausgelegt sind, dass sie proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit sind und langsamere Antworten ergeben. Auf diese Weise ist die Vorrichtung S in der Lage, Antworten ähnlich zu denjenigen zu geben, die durch die herkömmliche Kennlinie J1 für einen Normalmodus wiedergegeben werden.
Daher ist die Vorrichtung S in der Lage, eine durch einen Fahrer erfahrene Ungleichmäßigkeit zu eliminieren, sogar dann, wenn in der Vorrichtung S ein Fehler auftritt.
c. Niedriger Geschwindigkeitsbereich
Wie in 10 gezeigt ist, ist dann, wenn ein Betätigungswinkel der Handlenkvorrichtung 1 ferner ausgehend von einem Winkel von 540 Grad um 360 Grad bis 900 Grad nach rechts und links ansteigt, was einem Betätigungsbereich (Punkt G bis Punkt H und Punkt D bis Punkt P) entspricht, die Steigung der Verzahnung der Zahnstange 24 derart ausgelegt, dass sie konstant und länger ist. Im Ergebnis steigen Übertragungsverhältnisse (Zahnstange zu Ritzelwinkel) an, so dass ein großer Hub der Zahnstange 24 erreicht wird.
Weil die Vorrichtung S in der Lage ist, die Ausgangswelle 7 während eines Fehlermodus schnell zu bewegen, ist es möglich, einen großen Winkel des gelenkten Straßenrads W durch kleinere Betätigung der Handlenkvorrichtung 1 zu erreichen, beispielsweise in einem Fall, in dem das Fahrzeug in einer Garage geparkt wird. Daher ist die Vorrichtung S in der Lage, ein für ein in einem langsamen Geschwindigkeitsbereich fahrendes Fahrzeug geeignetes Steuergefühl bereitzustellen.
Wie in 7 gezeigt ist, stellt dann, wenn ein Fahrzeug in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich von ungefähr 0 bis 40 km/h fährt, die Kennlinie Q2 für einen Fehlermodus Lenkwinkelverhältnisse bereit, die derart ausgelegt sind, dass sie kleiner sind und schnellere Antworten ergeben. Auf diese Weise ist die Vorrichtung S zum Lenken eines Fahrzeugs in der Lage, Antworten zu geben, die näher zu denjenigen liegen, die durch die herkömmliche Kennlinie J1 für einen Normalmodus bereitgestellt werden. Ein Unterschied im Lenkwinkelverhältnis T2 wird bemerkenswert verringert im Vergleich mit L1, welches durch eine herkömmliche Kennlinie K1 für einen Fehlermodus erreicht wird.
Auf diese Weise ist die Vorrichtung S in der Lage, eine durch einen Fahrer erfahrene Unbequemlichkeit zu eliminieren, sogar dann, wenn in der Vorrichtung S ein Fehler auftritt.
Es versteht sich nun aus der vorangehenden Beschreibung, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben diskutierte besonders gezeigte Ausführungsform beschränkt ist und in verschiedenen modifizierten Formen ausgeführt werden kann.
Eine Vorrichtung (S) zum Lenken eines Fahrzeugs umfasst eine Handlenkvorrichtung (1), eine Straßenradlenkvorrichtung (2), einen Lenkmotor (Mb) und eine Verbindungsvorrichtung (4, 5, 6). Die Handlenkvorrichtung (1) ist eine Vorrichtung, die ein Fahrer des Fahrzeugs zum Lenken von Straßenrädern (W) betätigt. Die Straßenradlenkvorrichtung (2) betätigt die Straßenräder (W). Der Lenkmotor (Mb), der an der Straßenradlenkvorrichtung (2) angebracht ist, erzeugt eine Unterstützungskraft für die Straßenräder (W). Die Verbindungsvorrichtung (4, 5, 6) verbindet und trennt selektiv die Handlenkvorrichtung (1) und die Straßenradlenkvorrichtung (2). In der Vorrichtung wird ein Verhältnis einer durch die Handlenkvorrichtung (1) durchgeführten Verlagerung zu einer durch die Straßenradlenkvorrichtung (2) erzeugten Verlagerung erhöht, wenn eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer wird, während das Fahrzeug in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich fährt, und ein Gradient des Verhältnisses ist derart ausgelegt, dass er größer ist, wenn die Geschwindigkeit niedriger ist.

Claims

Vorrichtung (S) zum Lenken eines Fahrzeugs umfassend: eine Handlenkvorrichtung (1), die von einem Fahrer des Fahrzeugs zum Lenken von Straßenrädern (W) betätigbar ist, eine Straßenradlenkvorrichtung (2), zum Lenken der Straßenräder (W), einen Lenkmotor (Mb), der an der Straßenradlenkvorrichtung (2) angebracht ist, um eine Lenkunterstützungskraft für die Straßenräder (W) zu erzeugen, einen Reaktionsmotor (Ma) zum Erzeugen einer Reaktionskraft auf die Handlenkvorrichtung (1), eine Verbindungsvorrichtung (4, 5, 6), die einen Arretiermechanismus (6) umfasst, zum selektiven Verbinden und Trennen der Handlenkvorrichtung (1) und der Straßenradlenkvorrichtung (2) derart, dass während eines Normalmodus die Handlenkvorrichtung (1) und die Straßenradlenkvorrichtung (2) nicht miteinander drehmomentübertragend mechanisch verbunden sind, jedoch während eines Fehlermodus die Handlenkvorrichtung (1) und die Straßenradlenkvorrichtung (2) miteinander drehmomentübertragend mechanisch verbunden werden können, um ein Lenkdrehmoment zu übertragen, wobei während einer Fahrt des Fahrzeugs in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich im Normalmodus ein Verhältnis einer durch die Handlenkvorrichtung (1) durchgeführten Verlagerung zu einer durch die Straßenradlenkvorrichtung (2) erzeugten Verlagerung mit einem Anstieg der Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer wird, und einen Zahnstangenmechanismus (RP) zum Übertragen einer Lenkkraft auf die Straßenräder (W), dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenmechanismus (RP) ein variables Übertragungsverhältnis aufweist, das sich nach Maßgabe einer Winkelposition der Handlenkvorrichtung (1) ändert.
Vorrichtung (S) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnstangenmechanismus (RP) eine Zahnstange (24) umfasst, die in der Nähe ihres Mittelpunkts (O) ein minimales Übertragungsverhältnis aufweist.