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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Lenkstock- oder Kugelumlauf-Servolenksysteme für Fahrzeuge.
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HINTERGRUND
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Fahrzeuge verwenden Lenksysteme, um etwa durch ein Lenkrad angewiesene Änderungen der Richtung oder des Kurses von dem Fahrer auf lenkbare Räder des Fahrzeugs zu übermitteln. Servolenksysteme unterstützen den Fahrer des Fahrzeugs beim Lenken, indem Leistung zu der durch den Fahrer zugeführten hinzugefügt wird und dadurch die Anstrengung vermindert wird, die benötigt wird, um das Lenkrad von Rand einzuschlagen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Lenkstock-Lenksystem vorgesehen. Das Lenksystem überträgt in Ansprechen auf Lenkbefehle Drehmoment auf eine Lenkzwischenstange. Das Lenksystem umfasst ein Eingangselement, das ausgestaltet ist, um die Lenkbefehle zu empfangen. Ein Lenkstockhebel und ein Lenkführungshebel sind beide beweglich mit der Lenkzwischenstange verbunden.
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Eine Lenkführungswelle ist funktional oder fest mit dem Lenkführungshebel zur gemeinsamen Rotation damit verbunden. Das Lenksystem umfasst auch zumindest einen ersten Elektromotor, der ausgestaltet ist, um der Lenkführungswelle in Ansprechen auf die Lenkbefehle selektiv Unterstützungsdrehmoment zuzuführen. Daher kann das Lenksystem in Ansprechen auf die Lenkbefehle der Lenkzwischenstange selektiv Unterstützungsdrehmoment zuführen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von manchen der besten Ausführungsarten und weiteren Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen leicht deutlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Lenkstock-Lenksystems, das einen elektrisch unterstützten Lenkführungs- und Lenkstockmechanismus aufweist;
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2 ist eine detailliertere Teilschnittansicht des in 1 gezeigten elektrisch unterstützten Lenkstockmechanismus, die Abschnitte eines Getriebemechanismus zwischen einem Elektromotor und einem Lenkstockhebel erkennen lässt;
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3A ist eine detailliertere Ansicht des in 1 gezeigten elektrisch unterstützten Lenkführungsmechanismus, der einen anderen Elektromotor und einen Lenkführungshebel aufweist;
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3B ist eine schematische perspektivische Teilschnittansicht des in 3A gezeigten elektrisch unterstützten Lenkführungsmechanismus, die Abschnitte eines Getriebemechanismus zwischen dem Elektromotor und dem Lenkführungshebel erkennen lässt;
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4 ist eine schematische, perspektivische Teilschnittansicht eines anderen elektrisch unterstützten Lenkstockmechanismus, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem in 1 gezeigten, verwendbar ist; und
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5 ist eine schematische Perspektivansicht eines anderen elektrisch unterstützten Lenkführungsmechanismus, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem in 1 gezeigten, verwendbar ist, die eine umlaufende Kugel zwischen einem Getriebemechanismus und einem Lenkführungshebel zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, wann immer es überall in den unterschiedlichen Figuren möglich ist, ist in 1 ein schematisches Schaubild eines Lenkstock-Lenksystems 10 für ein Fahrzeug gezeigt (der Rest davon ist nicht gezeigt). 1 zeigt einige der primären Komponenten des Lenksystems 10, die in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet sein können. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in die in 1 gezeigten eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden, und Komponenten können zwischen den unterschiedlichen gezeigten Ausgestaltungen gemischt und angepasst werden.
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Obgleich die vorliegende Erfindung ausführlich anhand von Kraftfahrzeuganwendungen beschrieben ist, werden Fachleute die breitere Anwendbarkeit der Erfindung erkennen. Fachleute werden erkennen, dass Begriffe, wie etwa ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”aufwärts”, ”abwärts” usw. für die Figuren beschreibend verwendet werden und keine Einschränkungen an dem Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, darstellen.
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Das Lenksystem 10 überträgt Rotation und Drehmoment von einem Eingangselement, wie etwa einer Lenkradanordnung 12, auf ein Ausgangselement, wie ein oder mehrere Räder 14. Eine Lenksäule (nicht separat nummeriert) ist an der Lenkradanordnung 12 angebracht und umfasst verschiedene Gestänge, Sensoren, Schalter und Zubehöre. Die Räder 14 des Fahrzeugs werden durch eine Bewegung einer Lenkzwischenstange 16 und angebrachter Komponenten (nicht separat nummeriert, die aber Spurstangen, Achsschenkel usw. umfassen) eingeschlagen. Die Lenkradanordnung 12 ist nur veranschaulichend gezeigt, und es können andere Typen von Lenkvorrichtungen mit dem Lenksystem 10 verwendet werden.
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Das Lenksystem 10 verschwenkt die Lenkzwischenstange 16 mit einem Lenkstockmechanismus 18 und einem Lenkführungsmechanismus 20. Der Lenkstockmechanismus steuert einen Lenkstockhebel 22 und der Lenkführungsmechanismus 20 steuert einen Lenkführungshebel 24. Zusammen bilden die Lenkzwischenstange 16, der Lenkstockhebel 22 und der Lenkführungshebel 24 allgemein die Ecken (oder Drehpunkte) eines Parallelogramms, und die Lenkzwischenstange 16 bewegt sich im Allgemeinen parallel zur Drehachse der Räder 14. Der Lenkstockmechanismus 18 und der Lenkführungsmechanismus 20 sind starr an den Chassis- oder an Rahmenelementen (nicht gezeigt) angebracht.
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Der Lenkstockmechanismus 18, von dem Beispiele hierin ausführlicher beschrieben werden, überträgt Drehmoment von der Lenkradanordnung 12 auf den Lenkstockhebel 22 und kann dem Lenkstockhebel 22 Unterstützungsdrehmoment verleihen. Wie es hierin beschrieben wird, kann der Lenkführungsmechanismus 20 als ein neutrales Gestänge wirken oder dem Lenkführungshebel 24 und der Lenkzwischenstange 16 Unterstützungsdrehmoment verleihen.
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In dem in 1 gezeigten Lenksystem 10 wirkt die Lenkradanordnung 12 als das Eingangselement. Eingangssignale – in der Form von Drehmoment und Drehbewegung – werden in die Lenkradanordnung 12 durch den Bediener oder Fahrer des Fahrzeugs eingegeben. Die Vorderräder 14 des Fahrzeugs sind die Ausgangselemente in dem in 1 gezeigten Lenksystem 10.
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Daher sind der Lenkstockmechanismus 18 und der Lenkführungsmechanismus 20 Vermittler zwischen dem Eingang von der Lenkradanordnung 12 und dem Ausgang zu der Lenkzwischenstange 16 und den Rädern 14. Es können andere Eingangs- und Ausgangselemente mit dem Lenksystem 10 und dem Lenkstockmechanismus 18 verwendet werden. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, können der Lenkstockmechanismus 18 und der Lenkführungsmechanismus 20 Eingangssignale von einem Drive-by-Wire- oder Steer-by-Wire-System empfangen, die die Lenkradanordnung 12 nicht mechanisch mit dem Lenkstockmechanismus 18 verbinden. In Drive-by-Wire-Systemen kann das Eingangselement ein Solenoid oder eine kleine Elektromaschine sein, und die Lenksäule kann entfernt oder verkürzt sein. Alternativ kann die Lenkzwischenstange 16 mit Hinterrädern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verknüpft sein.
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Um das Drehmoment, das von der Lenkradanordnung 12 auf die Lenkzwischenstange 16 übertragen wird, selektiv zu erhöhen, kann das Lenksystem 10 eine oder mehrere Elektromaschinen umfassen. In der in 1 gezeigten Ausgestaltung oder Konfiguration umfasst der Lenkstockmechanismus 18 einen ersten Elektromotor oder Lenkstockmotor 26 und der Lenkführungsmechanismus 20 umfasst einen zweiten Elektromotor oder Lenkführungsmotor 28. Wie es hierin verwendet wird, ist die Bezeichnung von irgendeiner Komponente als ”erste” oder ”zweite” willkürlich und nicht einschränkend. Jede Komponente kann als erste, zweite, dritte usw. bezeichnet werden. Der Lenkstockmechanismus 18 kombiniert Drehmoment von der Lenkradanordnung 12 und dem Lenkstockmotor 26, um den Lenkstockhebel 22 und die Lenkzwischenstange 16 zu bewegen.
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Das Lenksystem 10 kann sich durch das Fehlen eines zwischen dem Lenkrad und dem Eingang in den Lenkstockmechanismus 18 angeordneten Verstärkungs- oder Unterstützungsmechanismus an der Lenksäule auszeichnen, so dass das Lenksystem 10 keine Säulenunterstützung umfasst. Darüber hinaus umfasst der Lenkstockmechanismus 18 keine hydraulische Verstärkung oder hydraulische Unterstützung. Der Betrag an Drehmoment und Leistung, der durch den Lenkstockmotor 26 und den Lenkführungsmotor 28 zugeführt wird, kann auf der Basis der Fahrbedingungen des Fahrzeugs und der Lenkbefehle von dem Fahrer verändert werden.
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Ein erster Getriebemechanismus oder eine erste Lenkstockantriebseinheit 30 ist zwischen dem Lenkstockmotor 26 und einer Lenkstockwelle 32 (in der Ansicht in 1 verborgen) angeordnet, welche fest mit dem Lenkstockhebel 22 zur gemeinsamen Rotation damit verbunden ist. Ein zweiter Getriebemechanismus oder eine zweite Lenkführungsantriebseinheit 34 ist zwischen dem Lenkführungsmotor 28 und einer Lenkführungswelle 36 (in der Ansicht von 1 verborgen) angeordnet, welcher fest mit dem Lenkführungshebel 24 zur gemeinsamen Rotation damit verbunden ist.
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Ein oder mehrere Sensoren 38, wie etwa ein Drehmomentsensor, ein Positionssensor oder ein Kraftsensor, sind an dem Lenksystem 10 angeordnet. Der in 1 gezeigte Sensor 38 ist schematisch und nur veranschaulichend und jegliche Lagen von Sensoren 38 innerhalb des Lenksystems 10 sind nur gezeigt, um mögliche Lagen zu veranschaulichen. Die Sensoren 38 können ausgestaltet sein, um ein Reaktionsdrehmoment zu messen, welches das Drehmoment ist, das Lenkbefehlen von dem Fahrer entgegenwirkt oder zurückschiebt. Das Reaktionsdrehmoment kann als eine Drehmomentdifferenz zwischen den Lenkbefehlen, die von der Lenkradanordnung 12 eingegeben werden, und dem tatsächlichen Drehmoment, das auf die Räder 14 übertragen wird, betrachtet werden. Für ein höheres Reaktionsdrehmoment wird ein höheres Unterstützungsdrehmoment von dem Lenkstockmotor 26, dem Lenkführungsmotor 28 oder beiden benötigt, um das Fahrzeug zu lenken.
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Das Lenksystem 10 kann einen Controller oder ein Steuersystem (nicht gezeigt) umfassen. Das Steuersystem kann ein oder mehrere Komponenten mit einem Speichermedium und einem geeigneten Betrag an programmierbarem Speicher umfassen, die in der Lage sind, einen oder mehrere Algorithmen oder Verfahren zu speichern und auszuführen, um eine Steuerung des Lenksystems 10 und, möglicherweise, anderer Komponenten des Fahrzeugs zu bewirken. Das Steuersystem steht mit zumindest dem Lenkstockmotor 26, dem Lenkführungsmotor 28 und einem oder mehreren der Sensoren 38 in Verbindung. Das Steuersystem kann mit zahlreichen anderen Sensoren und Kommunikationssystemen des Fahrzeugs in Verbindung stehen. Jede Komponente des Steuersystems kann eine verteilte Controller-Architektur, wie etwa eine mikroprozessorbasierte elektronische Steuereinheit (ECU) umfassen. Zusätzliche Module oder Prozessoren können innerhalb des Steuersystems vorhanden sein.
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Nun unter Bezugnahme auf 2, und mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1, ist eine detailliertere Ansicht des in 1 gezeigten Lenkstockmechanismus 18 gezeigt. 2 zeigt eine Draufsicht des Lenkstockmechanismus 18, die teilweise geschnitten ist, um Merkmale der Lenkstockantriebseinheit 30 zu veranschaulichen. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 2 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden, und Komponenten können zwischen unterschiedlichen gezeigten Ausgestaltungen gemischt und angepasst werden.
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Der Lenkstockmechanismus 18 kombiniert Drehmoment, das von der Lenkradanordnung 12 – oder einem anderen Eingangselement – übertragen wird, und Drehmoment von dem Lenkstockmotor 26, und überträgt Drehmoment zu und von einem Lenkstockhebel 22. Eine Eingangswelle 40 ist funktional mit der Lenkradanordnung 12, etwa durch die Lenksäule und ein Gestänge, verbunden und ist innerhalb eines Gehäuses 42 getragen. Die Eingangswelle 40 kann mit anderen, alternativen Eingangselementen verbunden sein oder kann nicht mechanisch mit der Lenkradanordnung 12 verbunden sein.
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Abschnitte des Gehäuses 42 sind entweder entfernt oder geschnitten worden, um die Arbeitsweise des Lenkstockmechanismus 18 besser zu veranschaulichen. Das Gehäuse 42 (und die anderen in den anderen Figuren gezeigten Gehäuseausgestaltungen) sind lediglich veranschaulichend und können andere Formen als die in den Figuren gezeigten annehmen. Das Gehäuse 42 kann in mehr als einem Stück gebildet sein und verschiedene Dichtungen und Lager umfassen, um eine Bewegung der Komponenten des Lenkstockmechanismus 18 zu ermöglichen. Die Eingangswelle 40 weist eine Kugelspindel 44 auf, die an einem Ende gebildet ist. Die gezeigte Kugelspindel 44 ist als ein integrales, einstückiges Element mit der Eingangswelle 40 gebildet.
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Eine Kugelmutter 46 umgibt die Kugelspindel 44 und steht mit der Kugelspindel 44 durch eine Vielzahl von Kugellagern (schematisch gezeigt aber nicht separat nummeriert), welche zwischen der Kugelspindel 44 und der Kugelmutter 46 umlaufen, in Drehmomentübertragungsverbindung. Das Gehäuse 42 umgibt die Kugelmutter 46 und führt deren Bewegung, so dass die Kugelmutter 46 innerhalb des Gehäuses 42 gleitet aber nicht rotiert. Eine Drehung der Lenkradanordnung 12 bewirkt, dass die Eingangswelle 40 und die Kugelspindel 44 rotieren. Wenn die Kugelspindel 44 rotiert, wird die Rotation auf die Kugelmutter 46 übertragen und bewirkt eine lineare (links und rechts wie in 2 betrachtet) Bewegung der Kugelmutter 46.
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Die Kugelmutter 46 kämmt mit der Lenkstockwelle 32 (die auch als ein Sektorzahnrad oder eine Sektorwelle bezeichnet werden kann) zur Drehmomentübertragung. Die Lenkstockwelle 32 ist starr, wie etwa durch eine Kerbverzahnung, an dem Lenkstockhebel 22 angebracht. Die Lenkstockwelle 32 und der Lenkstockhebel 22 rotieren gemeinsam. Daher bewirkt eine lineare Bewegung der Kugelmutter 46 eine Drehung der Lenkstockwelle 32, so dass eine Bewegung der Lenkradanordnung 12 zu einer Bewegung der Lenkstockwelle 32 und des Lenkstockhebels 22 führt. Die Lenkstockwelle 32, die Kugelspindel 44 und die Kugelmutter 46 können gemeinsam als Kugelumlaufmechanismus bezeichnet werden.
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Die Sensoren 38 überwachen das Drehmoment und die Verschiebung der Eingangswelle 40 aus den Bedienereingaben in die Lenkradanordnung 12, und überwachen auch das reaktive Drehmoment, das durch die Fahrzeugräder auf die Eingangswelle 40 übertragen wird. Die Sensoren 38 sind nur schematisch gezeigt und können viele Sensoren unterschiedlicher Typen umfassen. Darüber hinaus können die Sensoren 38 mit einem oder mehreren Steuersystemen (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, um Signale oder Befehle von den Sensoren 38 zu verarbeiten.
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Der Lenkstockmotor 26 ist ausgestaltet, um der Lenkstockwelle 32 selektiv Drehmoment durch den Lenkstockmechanismus 18 zuzuführen. Dies kann als ein Unterstützungsdrehmoment oder Verstärkungsdrehmoment bezeichnet werden. Der durch den Lenkstockmotor 26 abgegebene Betrag an Drehmoment kann auf der Basis zum Teil der Signale von den Sensoren 38, dem Steuersystem oder anderen Komponenten und Sensoren variabel abgegeben werden. Darüber hinaus kann der Lenkstockmotor 26 zur Verwendung mit anderen Fahrzeugsystemen gesteuert werden, die: eine elektronische Stabilitätssteuerung, eine Parkassistenten und eine Spurabweichung umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. In Ausgestaltungen mit Hinterradlenkung oder Drive-by-Wire können die Sensoren 38 die Lenkradanordnung 12 direkt überwachen, die nicht mechanisch mit der Eingangswelle 40 verbunden sein braucht.
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Die Lenkstockantriebseinheit 30 ist zwischen dem Lenkstockmotor 26 und der Kugelmutter 46 angeordnet und ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen dem Lenkstockmotor 26 und der Lenkstockwelle 32. Die Lenkstockantriebseinheit 30 stellt auch eine Hebelübersetzung zwischen dem Lenkstockmotor 26 und der Lenkstockwelle 32 bereit.
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Zusätzlich zu dem Kugelumlaufmechanismus umfasst die Lenkstockantriebseinheit 30 ein Schneckenrad 48. Die Lenkstockantriebseinheit 30 ist direkt mit der Kugelspindel 44 an dem Ende des Gehäuses 42 entgegengesetzt zu der Eingangswelle 40 – die vordere Seite relativ zu der Vorwärtsbewegungsrichtung für das Fahrzeug – verbunden und wirkt auf diese. Die Kugelspindel 44 überträgt dann Drehmoment auf die Kugelmutter 46. Daher überträgt der Lenkstockmotor 46 Unterstützungsdrehmoment durch das Schneckenrad 48 auf die Kugelspindel 44 und die Kugelmutter 46 und anschließend auf die Lenkstockwelle 32 und den Lenkstockhebel 22, der die Lenkzwischenstange 16 bewegt.
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Andere Ausgestaltungen der Lenkstockantriebseinheit 30, von denen manche hierin besprochen werden, können mit dem Lenkstockmechanismus 18 verwendet werden. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann die Lenkstockantriebseinheit 30 durch eine Kette oder einen Riemen anstelle des Schneckenrades 48 angetrieben sein, oder die Lenkstockantriebseinheit 30 kann andere Zahnräder, Kettenräder usw. umfassen. Darüber hinaus kann die Lage der Verbindung von der Lenkstockantriebseinheit 30 variieren, solange die Verknüpfung zwischen dem Lenkstockmotor 26 und der Lenkstockwelle 32 für eine ausreichende Drehmomentübertragung und Lenkunterstützung aufrechterhalten wird.
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Alternativ kann der Lenkstockmechanismus 18 mit Hinterradlenksystemen oder Drive-by-Wire-Systemen benutzt werden. In einer solchen Ausgestaltung braucht der Lenkstockmechanismus 18 die Eingangswelle 40 nicht zu umfassen, und die Eingangssignale würden von dem Steuersystem kommen, das die Lenkradanordnung 12 überwachen kann und Fahrerbefehle in Drehmoment umwandelt, das benötigt wird, um die Räder 14 einzuschlagen.
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Nun unter Bezugnahme auf 3A und auf 3B und mit fortgesetztem Bezug auf 1 und 2 sind detailliertere Ansichten des in 1 gezeigten elektrisch unterstützten Lenkführungsmechanismus 20 gezeigt. 3B umfasst eine Teilschnittansicht der in 3A gezeigten Lenkführungsantriebseinheit 34, wobei Abschnitte der Zahnradanordnung, die Unterstützungsdrehmoment zwischen dem Lenkführungsmotor 28 und dem Lenkführungshebel 24 übertragen, erkennbar sind, und zeigt auch die Lenkführungswelle 36. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 3 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden, und Komponenten können zwischen unterschiedlichen gezeigten Ausgestaltungen gemischt und angepasst werden.
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Die Lenkführungswelle 36 ist funktional mit dem Lenkführungshebel 24 zur gemeinsamen Rotation damit etwa über eine Kerbverzahnungsverbindung oder eine andere feste Verbindung verbunden. Der Lenkführungsmotor 28 ist ausgestaltet, um der Lenkführungswelle 36 in Ansprechen auf die Lenkbefehle durch die Lenkführungsantriebseinheit 34 selektiv Unterstützungsdrehmoment zuzuführen. Die Lenkführungsantriebseinheit 34 stellt eine Hebelübersetzung zwischen dem Lenkführungsmotor 28 und der Lenkführungswelle 36 bereit, welche zulassen kann, dass die Größe des Lenkführungsmotors 28 verringert werden kann. Der Lenkführungshebel 24 ist mit der Lenkzwischenstange 16 beweglich verbunden.
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In der gezeigten Ausgestaltung umfasst die Lenkführungsantriebseinheit 34 ein Schneckenrad 50 und eine Planetenradanordnung 52. Das Schneckenrad 50 ist mit dem Lenkführungsmotor 28 verbunden, der auf der Basis des Reaktionsdrehmoments, das durch die Sensoren 38 gemessen wird, der Lenkführungswelle 36 durch die Planetenradanordnung 52 einen variablen Betrag an Unterstützungsdrehmoment zuführt.
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Abhängig von dem Betrag an Reaktionsdrehmoment kann das Lenksystem 10 den Lenkstockmotor 26, den Lenkführungsmotor 28 oder beide dazu verwenden, Unterstützungsdrehmoment zu liefern. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann das Steuersystem ausgestaltet sein, um das Reaktionsdrehmoment mit einem kalibrierten Übergangswert zu vergleichen. Wenn das Reaktionsdrehmoment unterhalb des kalibrierten Übergangswertes liegt, kann das Lenksystem 10 nur einen von dem Lenkstockmotor 26 und dem Lenkführungsmotor 28 verwenden, um Unterstützungsdrehmoment zuzuführen. Wenn jedoch das Reaktionsdrehmoment oberhalb des kalibrierten Übergangswertes liegt, kann das Lenksystem 10 sowohl den Lenkstockmotor 26 als auch den Lenkführungsmotor 28 verwenden, um Unterstützungsdrehmoment zuzuführen.
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Es kann entweder der Lenkstockmotor 26 oder der Lenkführungsmotor 28 als der primäre Motor verwendet werden, wenn nur einer von dem Lenkstockmotor 26 und dem Lenkführungsmotor 28 dem Lenksystem 10 Unterstützungsdrehmoment zuführt. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann der Lenkstockmotor 26 Unterstützungsdrehmoment zuführen, wenn das Reaktionsdrehmoment unterhalb des kalibrierten Übergangswertes (d. h. relativ niedrige Lasten) liegt, und sowohl der Lenkstockmotor 26 als auch der Lenkführungsmotor 28 können Unterstützungsdrehmoment zuführen, wenn das Reaktionsdrehmoment oberhalb des kalibrierten Übergangswerts (d. h. relativ hohe Lasten) liegt.
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Darüber hinaus kann das Steuersystem das Reaktionsdrehmoment mit einem minimalen Verstärkungswert vergleichen. Wenn das Reaktionsdrehmoment unterhalb des minimalen Verstärkungswerts liegt, braucht das Lenksystem 10 weder den Lenkstockmotor 26 noch den Lenkführungsmotor 28 zu verwenden, um Unterstützungsdrehmoment zuzuführen, so dass die Lenkzwischenstange 16 allein durch Drehmoment von der Lenkradanordnung 12 bewegt wird (nicht verstärktes oder nicht unterstütztes Lenken).
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Der Typ von Getriebemechanismus, und auch die Hebelübersetzung durch das Getriebe, können abhängig von der Ausgestaltung des Lenksystems 10, des Lenkstockmechanismus 18 und des Lenkführungsmechanismus 20 verändert werden. Größere, leistungsfähigere Elektromotoren, die für den Lenkstockmotor 26 und den Lenkführungsmotor 28 verwendet werden, reduzieren die Hebelübersetzung, die von der Lenkstockantriebseinheit 30 bzw. der Lenkführungsantriebseinheit 34 benötigt wird.
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Nun unter Bezugnahme auf 4 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1–3B ist ein anderer Lenkstockmechanismus 418 gezeigt, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem in 1 gezeigten Lenksystem 10, verwendbar ist. 4 zeigt allgemein eine Seitenansicht des Lenkstockmechanismus 418, wobei einige der Komponenten zu Veranschaulichungszwecken entfernt oder geschnitten sind. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 4 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden, und Komponenten können zwischen den unterschiedlichen gezeigten Ausgestaltungen gemischt und angepasst werden.
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Der Lenkstockmechanismus 418 umfasst eine Lenkstockantriebseinheit 430, die Drehmoment von einem Lenkrad (nicht gezeigt) oder einem anderen Eingangselement und einem Lenkstockmotor 426 kombiniert und Drehmoment zu und von einem Lenkstockhebel 24 überträgt. Eine Eingangswelle 440 ist funktional mit dem Lenkrad verbunden und innerhalb eines Gehäuses 242 getragen. Durch das Gehäuse 442 hindurch ist eine Schnittebene genommen worden, um die Arbeitsweise der Lenkstockantriebseinheit 430 besser zu veranschaulichen.
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Die Eingangswelle 440 weist eine erste Kugelspindel 444 auf, die an einem Ende gebildet ist. Die gezeigte erste Kugelspindel 444 ist als ein integrales, einstückiges Element mit der Eingangswelle 440 gebildet.
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Eine erste Kugelmutter 446 umgibt die erste Kugelspindel 444 und steht mit der ersten Kugelspindel 444 durch eine Vielzahl von Kugellagern (nicht gezeigt) in Drehmomentübertragungsverbindung, welche zwischen der ersten Kugelspindel 444 und der ersten Kugelmutter 446 umlaufen. Das Gehäuse 442 umgibt die erste Kugelmutter 446 und führt deren Bewegung. Eine Drehung des Lenkrades bewirkt, dass die Eingangswelle 440 und die erste Kugelspindel 444 rotieren. Wenn die erste Kugelspindel 444 rotiert, wird die Drehung auf die erste Kugelmutter 446 übertragen und bewirkt eine lineare Bewegung (im Allgemeinen links und rechts, wie in 4 betrachtet) der ersten Kugelmutter 446.
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Die erste Kugelmutter 446 kämmt mit einer Lenkstockwelle 432 (in der Ansicht weitgehend verborgen) zur Drehmomentübertragung damit. Die Lenkstockwelle 432 kann als ein Sektorzahnrad oder eine Sektorwelle bezeichnet werden und ist starr, wie etwa durch eine Kerbverzahnungsverbindung, an dem Lenkstockhebel 422 angebracht. Daher bewirkt eine lineare Bewegung der ersten Kugelmutter 446 eine Drehung der Lenkstockwelle 432, so dass eine Bewegung des Lenkrades zu einer Bewegung der Lenkstockwelle 432 und des Lenkstockhebels 422 führt.
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Der Lenkstockmechanismus 418 umfasst, oder steht in Verbindung mit, einem oder mehreren Sensoren 438, die ausgestaltet sind, um eine Reaktionsdrehmoment und eine Winkelorientierung an der Eingangswelle 440 oder der ersten Kugelspindel 444 zu ermitteln. Die Sensoren 438 überwachen das Drehmoment und die Verschiebung der Eingangswelle 440, die von den Bedienereingaben auf das Lenkrad übermittelt werden, und überwacht auch das reaktive Drehmoment, das durch die Fahrzeugräder (wie etwa die in 1 gezeigten Räder 14) zurück auf die Eingangswelle 440 übertragen wird. Die Sensoren 438 können vielerlei Sensoren unterschiedlicher Typen umfassen und können mit einem Steuersystem (nicht gezeigt) in Verbindung stehen, um Signale oder Befehle von den Sensoren 438 zu verarbeiten.
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Der Lenkstockmotor 426 ist ausgestaltet, um der Lenkstockwelle 432 durch die Lenkstockantriebseinheit 430 selektiv Unterstützungsdrehmoment zuzuführen. Der Betrag an Unterstützungsdrehmoment, der durch den Lenkstockmotor 426 geliefert wird, kann zum Teil auf den Signalen von den Sensoren 438, dem Steuersystem oder anderen Komponenten und Sensoren beruhen.
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Die Lenkstockantriebseinheit 430 ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen dem Lenkstockmotor 426 und der Lenkstockwelle 432. Abschnitte der Lenkstockantriebseinheit 430 sind ebenfalls geschnitten worden, um die Arbeitsweise der Lenkstockantriebseinheit 430 besser zu veranschaulichen.
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Die Lenkstockantriebseinheit 430 umfasst darüber hinaus eine zweite Kugelspindel 445, die im Wesentlichen koaxial mit der ersten Kugelspindel 444 ist. Die zweite Kugelspindel 445 steht auch mit der ersten Kugelmutter 446 durch die Vielzahl von Kugellagern in Drehmomentübertragungsverbindung. Daher kann von einem oder beiden von der ersten Kugelspindel 444 und der zweiten Kugelspindel 445 Drehmoment auf die erste Kugelmutter 446 übertragen werden. Gemeinsam können die erste Kugelspindel 444, die zweite Kugelspindel 445 und die erste Kugelmutter 446 als Kugelumlaufmechanismus bezeichnet werden.
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In der in 4 gezeigten Ausgestaltung wird die Lenkstockantriebseinheit 430 durch den Lenkstockmotor 426 durch ein Schneckenrad 448 angetrieben, das direkt auf die zweite Kugelspindel 445 wirkt. In der in 4 gezeigten Ausgestaltung wirkt der Lenkstockmotor 426 auf die Lenkstockantriebseinheit 430 an dem Ende des Gehäuses 442 entgegengesetzt von der Eingangswelle 440. Die Verbindungen zwischen der Lenkstockantriebseinheit 430 und dem Lenkstockmotor 426 sind schematisch gezeigt.
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Die zweite Kugelspindel 445 und die erste Kugelspindel 444 übertragen Eingangsdrehmoment von dem Fahrer und Unterstützungsdrehmoment von dem Lenkstockmotor 426 auf die erste Kugelmutter 446. Daher verstärkt der Lenkstockmotor 426 selektiv das Drehmoment und die Leistung, die an die Lenkstockwelle 432 und die Fahrzeugräder (wie etwa die in 1 gezeigten Räder 14 oder andere Räder) abgegeben werden.
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Nun unter Bezugnahme auf 5 und mit fortgesetztem Bezug auf 1–4 ist ein anderer Lenkführungsmechanismus 520 gezeigt, der mit Servolenksystemen, wie etwa dem in 1 gezeigten Lenksystem 10, verwendbar ist. 5 zeigt allgemein eine Perspektivansicht des Lenkführungsmechanismus 520, wobei einige der Komponenten zu Veranschaulichungszwecken entfernt oder geschnitten sind. Merkmale und Komponenten, die in anderen Figuren gezeigt sind, können in jene, die in 5 gezeigt sind, eingearbeitet sein und mit diesen verwendet werden, und Komponenten können zwischen den unterschiedlichen gezeigten Ausgestaltungen gemischt und angepasst werden.
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Der Lenkführungsmechanismus 520 umfasst einen Lenkführungshebel 524, der Unterstützungsdrehmoment von einem Lenkführungsmotor 528 durch eine Lenkführungsantriebseinheit 534 aufnimmt. Der Lenkführungshebel 524 ist fest mit einer Lenkführungswelle zur gemeinsamen Rotation verbunden, die nicht gezeigt ist, sich aber innerhalb eines Lenkführungsgehäuses 536 befindet. In der gezeigten Ausgestaltung umfasst die Lenkführungsantriebseinheit 534 einen Umlaufkugelmechanismus 540, der ähnlich wie die in den 2 und 4 gezeigten Kugelumlaufmechanismen sein kann.
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Der Lenkführungsmotor 428 ist ausgestaltet, um der Lenkführungswelle durch die Lenkführungsantriebseinheit 534 in Ansprechen auf Lenkbefehle, wie etwa von der in 1 gezeigten Lenkradanordnung 12 oder einem anderen Eingangselement, selektiv Unterstützungsdrehmoment zuzuführen. Der Lenkführungshebel 524 kann mit der in 1 gezeigten Lenkzwischenstange beweglich verbunden sein.
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In der gezeigten Ausgestaltung umfasst die Lenkführungsantriebseinheit 534 einen Riemenantrieb 550 und eine Planetenradanordnung 552. Die Planetenradanordnung 552 ist mit dem Lenkführungsmotor 528 verbunden, der einen variablen Betrag an Unterstützungsdrehmoment zuführt. Der Riemenantrieb 550 verbindet die Planetenradanordnung 552 mit dem Kugelumlaufmechanismus 540 und der Lenkführungswelle. Daher kann die Lenkführungsantriebseinheit 534 mehr Hebelübersetzung zwischen dem Lenkführungsmotor 528 und der Lenkführungswelle als die in den 3A und 3B gezeigte Lenkführungsantriebseinheit bereitstellen. Der Typ von verwendetem Getriebemechanismus und auch die bereitgestellte Hebelübersetzung können abhängig von der Ausgestaltung des Lenksystems verändert werden.
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Abhängig von dem Betrag an Reaktionsdrehmoment kann das Lenksystem 10 den Lenkstockmotor 26, den Lenkführungsmotor 28 oder beide dazu verwenden, um Unterstützungsdrehmoment zu liefern. Zum Beispiel, und ohne Einschränkung, kann das Steuersystem ausgestaltet sein, um das Reaktionsdrehmoment mit einem kalibrierten Übergangswert zu vergleichen. Wenn das Reaktionsdrehmoment unterhalb des kalibrierten Übergangswertes liegt, verwendet das Lenksystem 10 nur einen von dem Lenkstockmotor 26 und dem Lenkführungsmotor 28, um Unterstützungsdrehmoment zuzuführen. Wenn jedoch das Reaktionsdrehmoment oberhalb des kalibrierten Übergangswertes liegt, verwendet das Lenksystem 10 sowohl den Lenkstockmotor 26 als auch den Lenkführungsmotor 28, um Unterstützungsdrehmoment zuzuführen.
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Darüber hinaus kann das Steuersystem das Reaktionsdrehmoment mit einem minimalen Verstärkungswert vergleichen. Wenn das Reaktionsdrehmoment unterhalb des minimalen Verstärkungswerts liegt, braucht das Lenksystem 10 weder den Lenkstockmotor 26 noch den Lenkführungsmotor 28 dazu zu verwenden, Unterstützungsdrehmoment zuzuführen, so dass die Lenkzwischenstange 16 allein durch Drehmoment von der Lenkradanordnung 12 bewegt wird (nicht verstärktes oder nicht unterstütztes Lenken).
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sollen die Erfindung unterstützen und beschreiben, aber der Umfang der Erfindung ist allein durch die Ansprüche definiert. Obgleich einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.
