DE10256450B4

DE10256450B4 - Kabel-Lenksystem

Info

Publication number: DE10256450B4
Application number: DE10256450A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Wako Shimizu; Katsuhiro Wako Sakai; Atsuhiko Wako Yoneda
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: DE10256450A1; US20030127276A1; JP2003165453A; US6715578B2; JP3934925B2

Abstract

Kabel-Lenksystem umfassend:
ein Kabel (5, 6), das ein auf ein Lenkrad (1) ausgeübtes Lenkradmoment auf ein Lenkgetriebe (3) überträgt;
eine Einrichtung (Sa) zur Erfassung des Lenkradmoments, die zwischen dem Lenkrad (1) und dem Kabel (5, 6) angeordnet ist;
eine Assistenzeinrichtung (24), die zur Unterstützung der Lenkarbeit des Fahrers zwischen dem Kabel (5, 6) und einem Rad (WL, WR) angeordnet ist;
eine erste Steuer-/Regeleinrichtung (Ua), die den Betrieb der Assistenzeinrichtung (24) auf der Basis des Lenkradmoments steuert/regelt;
eine Einrichtung (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft, die zwischen dem Lenkrad (1) und dem Kabel (5, 6) angeordnet ist und die ein Lenkreaktionsmoment auf das Lenkrad (1) ausübt; und
eine zweite Steuer-/Regeleinrichtung (Ub), die den Betrieb der Einrichtung (17) zum Hinzufügen eines Lenkreaktionsmoments steuert/regelt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel-Lenksystem, bei welchem ein Lenkrad und ein Lenkgetriebe über ein Kabel wie beispielsweise ein Bowdenkabel miteinander verbunden sind.
Stand der Technik
Bei einem Fahrzeuglenksystem konventioneller Art hat eine Lenksäule an ihrem oberen Ende ein Lenkrad und ist an ihrem unteren Ende mit einem Lenkgetriebe verbunden, und ein auf das Lenkrad ausgeübtes Lenkmoment wird über die Lenksäule auf einen Zahnstangenmechanismus übertragen, der in dem Lenkgetriebe vorgesehen ist.
Wenn jedoch Lenkrad und Lenkgetriebe durch die Lenksäule miteinander verbunden sind, lässt sich die Position des Lenkrads relativ zu der Position des Lenkgetriebes nicht frei wählen, das heißt die Konstruktionsfreiheit wird relativ stark eingeschränkt und darüber hinaus ist die Position des Lenkgetriebes nicht gleichermaßen für ein rechtsgesteuertes und ein linksgesteuertes Fahrzeug passend. Ein weiteres Problem ist die Beeinträchtigung der Ruhe im Fahrgastraum und der Fahrqualität bzw. des Fahrkomforts durch die Übertragung von Vibrationen, die von der Fahrbahnoberfläche auf die Reifen übergehen, und von Vibrationen des Motors über die Lenksäule auf das Lenkrad.
Deshalb hat man ein Kabel-Lenksystem vorgeschlagen, bei welchem anstelle der üblichen Lenksäule ein flexibles Übertragungsmittel wie beispielsweise ein Bowdenzug verwendet wird ( japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 8-2431 , DE 195 22 330 C2 ). Die Verwendung eines solchen Kabel-Lenksystems ermöglicht die freie Wahl der Position des Lenkrads relativ zu der Position des Lenkgetriebes und löst darüber hinaus jedes der vorstehend genannten Probleme, da die Vibrationen des Lenkgetriebes in diesem Fall kaum auf das Lenkrad übertragen werden.
Ferner ist auch ein elektrisches Servolenksystem bekannt, das den Fahrer in seiner Lenkarbeit unterstützt, indem das von dem Fahrer auf das Lenkrad ausgeübte Lenkmoment erfasst wird und ein Assistenzmotor auf der Basis des Lenkradmoments betrieben wird.
Die JP 10-071958 A offenbart ein Kabel-Lenksystem, umfassend:

– ein Kabel, das ein auf ein Lenkrad ausgeübtes Lenkradmoment auf ein Lenkgetriebe überträgt;
– eine Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments, die zwischen dem Lenkrad und dem Kabel angeordnet ist;
– eine Assistenzeinrichtung, die zur Unterstützung der Lenkarbeit des Fahrers zwischen dem Kabel und einem Rad angeordnet ist;
– eine erste Steuer-/Regeleinrichtung, die den Betrieb der Assistenzeinrichtung auf der Basis des Lenkradmoments steuert/regelt;
– eine Einrichtung zum Hinzufügen einer Lenkunterstützungskraft die zwischen dem Lenkrad und dem Kabel angeordnet ist und die ein Lenkunterstützungsmoment auf das Lenkrad ausübt; und
– eine zweite Steuer-/Regeleinrichtung, die den Betrieb der Einrichtung zum Hinzufügen eines Lenkunterstützungsmoments steuert/regelt.

Ferner wird auf die Druckschriften DE 199 41 535 A1 und DE 100 15 045 A1 hingewiesen, welche Kabel-Lenksysteme offenbaren, die als mechanische Notlenkeinrichtung für ein Steer-By-Wire-Lenksystem dienen.
Da das Kabel bei einem Kabel-Lenksystem gemäß JP 10-071958 A eine Expansion und Kontraktion erfährt, wenn ein Lenkradmoment übertragen wird, lässt sich unmöglich verhindern, dass die Lenkübersetzung weniger starr ist als bei einem Lenksystem mit Lenksäule, bei welchem Lenkrad und Lenkgetriebe durch eine Lenksäule miteinander verbunden sind. Die Folge ist das Entstehen einer Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Lenkradbetätigung und dem Zeitpunkt des Lenkeinschlags der Räder. Die Lenkung spricht also schlechter an, was vom Fahrer durchaus als negativ empfunden werden kann.
Wenn man zur Lösung dieses Problems die Lenkunterstützungskraft in dem Servolenksystem höher als üblich bemisst, muss der Fahrer ein geringeres Lenkmoment auf das Lenkrad ausüben, so dass Expansion und Kontraktion der Bowdenkabel geringer sind und folglich auch die Lenkverzögerung. Wenn man diese Vorgehensweise wählt, kann es jedoch sein, dass das von dem Fahrer geforderte Lenkradmoment zu gering wird und sich das Lenkgefühl verschlechtert.
Angesichts der vorstehend genannten Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kabel-Lenksystem mit einer Assistenzeinrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welchem das Ansprechen der Lenkung bzw. die Lenkreaktion verbessert wird, ohne dabei das Lenkgefühl zu verschlechtern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kabel-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung hat ein Kabel-Lenksystem ein Kabel, das ein auf ein Lenkrad ausgeübtes Lenkradmoment auf ein Lenkgetriebe überträgt, eine Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments, eine zwischen dem Kabel und einem Rad angeordnete Assistenzeinrichtung zur Unterstützung der Lenkarbeit des Fahrers und eine erste Steuer-/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln des Betriebs der Assistenzeinrichtung basierend auf dem Lenkradmoment, wobei das System ferner eine zwischen dem Lenkrad und dem Kabel angeordnete Einrichtung zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft, die ein Lenkreaktionsmoment auf das Lenkrad ausübt, und eine zweite Steuer-/Regeleinrichtung zum Steuern/Regeln des Betriebs der Einrichtung zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft aufweist, wobei die Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments zwischen dem Lenkrad und dem Kabel angeordnet ist.
Dieser Anordnung gemäß steuert/regelt die erste Steuer-/Regeleinrichtung den Betrieb der zwischen dem Kabel und dem Rad angeordneten Assistenzeinrichtung basierend auf dem Lenkradmoment, das mit Hilfe der zwischen dem Lenkrad und dem Kabel angeordneten Lenkradmoment-Erfassungseinrichtung erfasst wird, und die zweite Steuer-/Regeleinrichtung steuert/regelt den Betrieb der Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft, die ein Lenkreaktionsmoment auf das Lenkrad ausübt. Somit ist es möglich, eine Verschlechterung des Lenkgefühls zu verhindern, indem eine Änderung des Lenkradmoments kompensiert wird durch die Erzeugung eines Lenkreaktionsmoments in der Einrichtung zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft, während die durch die Expansion und Kontraktion des Kabels bedingte Änderung des Ansprechens der Lenkung bzw. der Lenkübersetzung reguliert/geregelt wird, indem in der Assistenzeinrichtung ein Unterstützungsdrehmoment erzeugt wird, um das Lenkradmoment zu ändern.
Ferner wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt ein Kabel-Lenksystem vorgeschlagen, bei welchem in dem Bereich einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit die erste Steuer-/Regeleinrichtung die Assistenzeinrichtung in der Weise steuert/regelt, dass ein Unterstützungsdrehmoment erhöht wird, und die zweite Steuer-/Regeleinrichtung die Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft in der Weise steuert/regelt, dass das Lenkreaktionsmoment erhöht wird, und bei welchem in dem Bereich einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit die erste Steuer-/Regeleinrichtung die Assistenzeinrichtung in der Weise steuert/regelt, dass das Unterstützungsdrehmoment verringert wird, und die zweite Steuer-/Regeleinrichtung die Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft in der Weise steuert/regelt, dass das Lenkreaktionsmoment reduziert wird.
Gemäß dieser Anordnung wird im Bereich einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit das Unterstützungsdrehmoment dank der Assistenzeinrichtung erhöht, und das Lenkreaktionsmoment wird dank der Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft erhöht. Auf diese Weise kann man bei verbessertem Ansprechen der Lenkung bzw. verbesserter Lenkübersetzung verhindern, dass das Lenkrad zu leichtgängig wird. Des weiteren wird im Bereich einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit das Unterstützungsdrehmoment dank der Assistenzeinrichtung verringert, und das Lenkreaktionsmoment wird dank der Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft reduziert. Auf diese Weise kann man bei verbesserten Lenkeigenschaften verhindern, dass das Lenkrad zu schwergängig wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird zusätzlich zu der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder der Anordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ein Kabel-Lenksystem vorgeschlagen, bei welchem die Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft in Kooperation mit der Assistenzeinrichtung die Lenkarbeit des Fahrers unterstützt, wenn das Fahrzeug steht.
Da der Lenkvorgang, d.h. das Drehen des Lenkrads durch den Fahrer bei stehendem Fahrzeug gemäß dieser Anordnung durch die Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft in Kooperation mit der Assistenzeinrichtung unterstützt wird, wird das Lenkrad leichtgängig und erfordert einen wesentlich geringeren Kraftaufwand seitens des Fahrers.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird zusätzlich zu der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt ein Kabel-Lenksystem vorgeschlagen, bei welchem die Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments zwischen dem Lenkrad und der Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft angeordnet ist.
Da die Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments bei dieser Anordnung zwischen dem Lenkrad und der Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft angeordnet ist, verfügt man über eine größere Anzahl von Möglichkeiten zur Variation der Positionen für die Anbringung der Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments.
Schließlich wird gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung zusätzlich zu der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt ein Kabel-Lenksystem vorgeschlagen, bei welchem die Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments zwischen der Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft und dem Kabel angeordnet ist.
Da die Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments bei dieser Anordnung zwischen der Einrichtung zum Hinzufügen der Lenkreaktionskraft und dem Kabel angeordnet ist, verfügt man über eine größere Anzahl von Möglichkeiten zur Variation der Positionen für die Anbringung der Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments.
Bowdenkabel 5, 6 der Ausführungsformen entsprechen dem Kabel der vorliegenden Erfindung, ein Motor 17 der Ausführungsformen entspricht der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft, und ein Servolenkmotor 24 der Ausführungsformen entspricht der erfindungsgemäßen Assistenzeinrichtung.
Ausführungsmoden der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert.
FIGURENKURZBESCHREIBUNG
In den 1 bis 6 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
1 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines Kabel-Lenksystems;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung entlang der Linie 2-2 in 1;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung entlang der Linie 3-3 in 2;
4 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie 4-4 in 2;
5 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung entlang der Linie 5-5 in 1;
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Steuerung des Servolenkmotors und des Motors zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit;
7 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines Kabel-Lenksystems in einer zweiten Ausführungsform;
8 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines Kabel-Lenksystems in einer dritten Ausführungsform.
DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie 1 zeigt, sind ein von einem Lenkrad 1 eines Motorfahrzeugs nach vorne angeordnetes Gehäuse 2 einer Antriebsriemenscheibe und ein über einem Lenkgetriebe 3 angeordnetes Gehäuse 4 einer angetriebenen Riemenscheibe durch Bowdenkabel 5, 6 miteinander verbunden. Spur stangen 7L, 7R, die sich von den einander gegenüberliegenden Enden des Lenkgetriebes 3 in seitlicher Richtung des Fahrzeugkörpers erstrecken, sind mit (nicht dargestellten) Achsschenkeln verbunden, an denen ein linkes und ein rechtes Rad WL, WR getragen sind.
Wie die 2 bis 4 zeigen, ist eine Rotationswelle 10dr, die durch eine Mutter 9 an einer Nabe 8 des Lenkrads 1 befestigt ist, drehbar in dem Gehäuse 2 der Antriebsriemenscheibe gelagert, und eine angetriebene Riemenscheibe 11dr ist um die Rotationswelle 10dr herum angeordnet. Die beiden Bowdenkabel 5, 6 sind aus äußeren Rohren 5o, 6o und inneren Zugseilen 5i, 6i, die in den äußeren Rohren 5o, 6o bewegbar aufgenommen sind, gebildet. An der äußeren Umfangsfläche der Antriebsriemenscheibe 11dr ist eine schraubenförmige Riemenscheibennut 11a ausgebildet. An einander gegenüberliegenden Endflächen der Antriebsriemenscheibe 11dr sind spiralförmige Seilführungsnuten 11b, die mit einander gegenüberliegenden Enden der Riemenscheibennut 11a kommunizieren, und mit den Seilführungsnuten 11b kommunizierende Bolzenlöcher 11c vorgesehen.
Bolzen 12 sind an einem Ende eines jeden der inneren Seile 5i, 6i der Bowdenkabel 5, 6 befestigt und in die Bolzenlöcher 11c der Antriebsriemenscheibe 11dr hineingepresst, und die inneren Seile 5i, 6i laufen dann von den Seilführungsnuten 11b entlang der Riemenscheibennut 11a und werden schließlich im wesentlichen in der gleichen Richtung aus den einander radial gegenüberliegenden Enden der Antriebsriemenscheibe 11dr herausgezogen.
Ein Schneckenrad 13 ist an der Rotationswelle 10dr der Antriebsriemenscheibe 11dr befestigt. Das Schneckenrad 13 kämmt mit einer Schnecke 16, die einstückig mit einer über ein Kugellagerpaar 14 in dem Gehäuse 2 der Antriebsriemenscheibe gelagerten Antriebswelle 15 ausgebildet ist. Ein Motor 17 zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft (im folgenden kurz Additionsmotor genannt) ist mit Hilfe von Bolzen 18 an einem an dem Gehäuse 2 der Antriebsriemenscheibe vorgesehenen Motorträgerteil 2a befestigt, und eine Ausgangswelle 19 des Additionsmotors 17 und die Antriebswelle 15 sind über einen Drehmomentbegrenzer 20 miteinander verbunden. Die Einrichtung Sa zur Erfassung des Lenkradmoments ist an der äußeren Peripherie der Rotationswelle 10dr in einer Position zwischen dem Lenkrad 1 und dem Schneckenrad 13 angeordnet.
Wie die 1 und 5 zeigen, ist eine angetriebene Riemenscheibe 11dn an einer Rotationswelle 10dn befestigt, die in dem Gehäuse 4 der angetriebenen Riemenscheibe drehbar gelagert ist. Die Wicklung sowie die Konstruktionen für die Befestigung der beiden inneren Seile 5i, 6i an der angetriebenen Riemenscheibe 11dn sind genauso wie bei der Antriebsriemenscheibe 11dr, wie das unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert wurde. Das heißt Bolzen 12 sind an dem anderen Ende eines jeden der inneren Seile 5i, 6i befestigt und sind in Bolzenlöcher 11c der angetriebenen Riemenscheibe 11dn hineingepresst, und die sich zu den Bolzen erstreckenden inneren Seile 5i, 6i sind entlang spiralförmiger Kabelführungsnuten 11b, die an den Endflächen der angetriebenen Riemenscheibe 11dn ausgebildet sind, und entlang einer schraubenförmigen Riemenscheibennut 11a geführt, die an der äußeren Umfangsfläche der angetriebenen Riemenscheibe 11dn ausgebildet ist.
Ein Ritzel 21 ist an dem von dem Gehäuse 4 der angetriebenen Riemenscheibe in das Lenkgetriebe 3 hineinragenden Ende der Rotationswelle 10d vorgesehen. Das Ritzel 21 kämmt mit einer Zahnstange 23, die an einer in dem Lenkgetriebe 3 seitlich und verschiebbar gelagerten Lenkstange 22 ausgebildet ist. Ein Servolenkmotor 24 ist an dem Gehäuse 4 der angetriebenen Riemenscheibe befestigt. Eine Schnecke 26, die um eine Ausgangswelle 25 in dem Gehäuse 4 der angetriebenen Riemenscheibe herum angeordnet ist, kämmt mit einem die Rotationswelle 10dn umgebenden Schneckenrad 27. Deshalb wird das Drehmoment des Servolenkmotors 24 über die Schnecke 26 und das Schneckenrad 27 auf die Rotationswelle 10dn übertragen.
Zurückkommend auf 1 umfasst eine elektronische Steuer-/Regeleinheit U eine erste Steuer-/Regeleinheit Ua und eine zweite Steuer-/Regeleinheit Ub. In die elektronische Steuer-/Regeleinheit U eingegeben werden ein Lenkradmoment Th, das mit Hilfe des Lenkradmomentsensors Sa erfasst wird, und eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, die mit Hilfe eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors Sb erfasst wird. Die erste Steuer-/Regeleinheit Ua steuert/regelt den Betrieb des Servolenkmotors 24, und die zweite Steuer-/Regeleinheit Ub steuert/regelt den Betrieb des Additionsmotors 17 (Motor zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft).
Nachstehend wird erläutert, wie die erfindungsgemäße Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Anordnung arbeitet.
Wenn man das Lenkrad 1 betätigt, um das Fahrzeug zu lenken, und wenn zum Beispiel die Rotationswelle 10dr in Richtung A in 3 gedreht wird, wird das um die Antriebsriemenscheibe 11dr herumgeführte innere Seil 6i eines der Bowdenkabel 5, 6 mit Zugkraft beaufschlagt, während das andere innere Seil 5i gelockert wird, so dass die Drehung der Antriebsriemenscheibe 11dr dadurch auf die angetriebene Riemenscheibe 11dn übertragen wird. Folglich dreht sich die Rotationswelle 10dn der in 5 gezeigten angetriebenen Riemenscheibe 11dn, und es wird über das Ritzel 21, die Zahnstange 23 und die Lenkstange 22 in dem Lenkgetriebe 3 ein Lenkradmoment auf die Räder WL, WR übertragen.
An diesem Punkt wird in dem Servolenkmotor 24 ein Drehmoment erzeugt, um die Lenkarbeit des Fahrers zu unterstützen, und es wird der Additionsmotor 17 betätigt, um eine Lenkreaktionskraft auf das Lenkrad 1 auszuüben.
Im Folgenden wird die Gesamtsteuerung des Additionsmotors 17 und des Servolenkmotors 24 erläutert. Dabei wird das Lenkradmoment, welches der Fahrer auf das Lenkrad 1 ausübt, mit "Th", das von dem Servolenkmotor 24 erzeugte Unterstützungsdrehmoment mit "Ta" und das von dem Additionsmotor 17 erzeugte Lenkreaktionsmoment mit "Tr" bezeichnet.
Wenn der Fahrer das Lenkrad 1 betätigt, um einen Lenkeinschlag der Räder WL, WR zu bewirken, wirkt auf das Ritzel 21 des Lenkgetriebes 3 ein Fahrbahnoberflächen-Reaktionsmoment Tw in einer Rücklenkrichtung der Räder WL, WR. Um die Räder WL, WR gegen dieses Fahrbahnoberflächen-Reaktionsmoment Tw zu lenken bzw. einzuschlagen, wird jedes der Drehmomente auf solche Weise erzeugt, dass die nachstehende Gleichung erfüllt wird. Tw = Th + Ta – Tr (1)
In Gleichung (1) sind die Symbole von Th und Ta in der Richtung des Lenkeinschlags positiv, und das Symbol von Tr ist in der Gegenrichtung des Lenkeinschlags positiv.
Wenn zunächst im Falle einer manuellen Lenkung, bei der das Unterstützungsdrehmoment Ta = 0 und das Lenkreaktionsmoment Tr = 0 sind, weil Tw = Th ist, die Verdrehungsstarrheit der Bowdenkabel 5, 6 (streng genommen die Verdrehungsstarrheit des Lenkrads 1 aufgrund der Expansionsstarrheit der Bowdenkabel 5, 6) als Ks definiert wird, kann man den Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 (streng genommen den Ver drehungswinkel des Lenkrads 1 aufgrund der Expansion der Bowdenkabel 5, 6) aus θ = Tw/Ks ermitteln.
Wenn als nächstes durch den Servolenkmotor 24 ein Unterstützungsdrehmoment Ta aufgebracht wird, während das Lenkreaktionsmoment Tr von dem Additionsmotor 17 auf 0 gehalten wird, wird Tw gleich Th + Ta. Wenn an diesem Punkt das Unterstützungsdrehmoment Ta beim manuellen Lenken zum Beispiel auf die Hälfte des Lenkradmoments Th (Tw) eingestellt wird, so dass Ta = Th/2 = Tw/2 gilt, erfüllt das Lenkradmoment die Gleichung Th = Tw – Ta = Tw – Tw/2 = Tw/2 und kann somit beim manuellen Lenken auf die Hälfte seines Wertes reduziert werden. Folglich erfüllt auch der Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 die Gleichung = (Tw/2)/Ks und kann daher beim manuellen Lenken auf die Hälfte seines Wertes reduziert werden.
Auf diese Weise wird eine Erhöhung des Unterstützungsdrehmoments Ta von einer Verringerung des Lenkradmoments Th begleitet, weshalb das Ansprechen der Lenkung bzw. die Lenkübertragung durch eine Verringerung des Verdrehungswinkels der Bowdenkabel 5, 6 verbessert werden kann. Wenn für eine noch weitere Verringerung des Verdrehungswinkels θ der Bowdenkabel 5, 6 das Unterstützungsdrehmoment Ta so weit erhöht wird, dass es die Gleichung Ta = (3/4)Th = (3/4)Tw erfüllt, erfüllt das Lenkradmoment Th die Gleichung Th = Tw – Ta = Tw – (3/4)Tw = Tw/4, wodurch das Lenkradmoment Th beim manuellen Lenken auf ein Viertel seines Wertes reduziert wird. Folglich kann der Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 so reduziert werden, dass er die Gleichung θ = (Tw/4)/Ks erfüllt, was beim manuellen Lenken einem Viertel seines Wertes entspricht.
Wenn jedoch das Unterstützungsdrehmoment Ta erhöht wird, um das Lenkradmoment Th zu verringern, wird das Lenkrad 1 zu leichtgängig, die Lenkreaktionskraft reicht nicht mehr aus, und das Lenkgefühl verschlechtert sich. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel führt eine Einstellung des Verdrehungswinkels θ der Bowdenkabel 5, 6 beim manuellen Lenken auf seinen halben Wert zu einer Halbierung des Lenkradmoments Th, und eine Einstellung des Verdrehungswinkels θ auf ein Viertel seines Wertes führt zu einer Reduzierung des Lenkradmoments Th auf ein Viertel. Um das Problem der Verschlechterung des Lenkgefühls zu lösen, erzeugt der Additionsmotor 17 ein Lenkreaktionsmoment Tr, wodurch das Lenkrad 1 schwergängig wird.
Ein Zustand, in dem der Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 beim manuellen Lenken ein Viertel des Verdrehungswinkels θ beträgt und in dem das Lenkradmoment Th beim manuellen Lenken die Hälfte des Lenkradmoments Th beträgt, gilt als ein Zustand, in dem der Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 angemessen klein ist und das Lenkrad 1 einen angemessenen Schweregrad für seine Betätigung hat. Um diesen Zustand zu erreichen, wird der Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 bei einem auf (3/4)Tw eingestellten Unterstützungsdrehmoment Ta zu dem als Ziel gesetzten einen Viertel, doch das Lenkradmoment Th verringert sich ebenfalls auf ein Viertel, was weniger ist als das zum Ziel gesetzte Halbe. Wenn man dem Lenkrad 1 aus diesem Grunde mit Hilfe des Additionsmotors 17 (Motor zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft) die Differenz zwischen Tw/2 und Tw/4, d.h. Tw/4 hinzufügt, erreicht man ein Lenkradmoment Th gleich Tw/4 + Tw/4 = Tw/2, wodurch der Schweregrad der Betätigung des Lenkrads 1 angemessen reguliert/geregelt wird.
An diesem Punkt wird die Gleichung mit Hinblick auf Gleichung (1) Tw = Th + Ta – Tr erfüllt, da Th = Tw/2, Ta = (3/4)Tw und Tr = Tw/4. Das heißt, wenn in der vorgenannten Gleichung (1) bei einem konstanten Fahrbahnoberflächenmoment Tw das Unterstützungsdrehmoment Ta erhöht wird, um den Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 zu reduzieren, lässt sich durch eine Erhöhung des Lenkreaktionsmoments Tr eine Verringerung des dem Schweregrad der Betätigung des Lenkrads 1 entsprechenden Lenkradmoments Th verhindern. Wenn umgekehrt das Unterstützungsdrehmoment Ta verringert wird und der Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 größer wird, verhindert eine Verringerung des Lenkreaktionsmoments Tr eine Zunahme des dem Schweregrad de Betätigung des Lenkrads 1 entsprechenden Lenkradmoments Th.
Als nächstes wird die Steuerung des Additionsmotors 17 (Motor zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft) und des Servolenkmotors 24 auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit V beschrieben.
Bei langsamer Fahrt des Fahrzeugs ist es wünschenswert, den Ertrag des Einschlagwinkels (Lenkertrag) der Räder WL, WR relativ zu dem Lenkwinkel des Lenkrads 1 zu erhöhen, indem der Verdrehungswinkel θ der Bowdenkabel 5, 6 verringert wird, um das Fahrzeug dadurch leichter manövrierbar zu machen. Dagegen soll bei höherem Tempo die Fahrstabilität verbessert werden, indem man den Lenkertrag verringert. Deshalb wird der Lenkertrag bei niedrigem Tempo erhöht, indem zur Reduzierung des Verdrehungswinkels θ der Bowdenkabel 5, 6 das Unterstützungsdrehmoment Ta erhöht wird, und bei hohem Tempo verringert, indem zur Vergrößerung des Verdrehungswinkels θ der Bowdenkabel 5, 6 das Unterstützungsdrehmoment Ta verringert wird. Da aber in diesem Fall das Lenkrad 1 bei niedrigem Tempo zu leichtgängig und bei hohem Tempo zu schwergängig wird, wird eine Korrektur vorgenommen, indem der Additionsmotor 17 das Lenkreaktionsmoment Tr erzeugt.
Dies wird eingehender mit Bezug auf 6 erläutert. In dem oberen Diagramm des Unterstützungsdrehmoments Ta wird mit der gestrichelten Linie ein optimales Unterstützungsdrehmoment Ti, das ein optimales Lenkgefühl vermittelt, angegeben, wobei dieses optimale Unterstützungsdrehmoment Ti in Abhängigkeit von einer Zunahme der Fahrgeschwindigkeit V abnimmt. Wenn bei einer niedrigen Geschwindigkeit V1 des Fahrzeugs das durch die durchgezogenen Linie angegebene Unterstützungsdrehmoment Ta höher als das optimale Unterstützungsdrehmoment Ti eingestellt ist, um das Manövrieren des Fahrzeugs durch eine Erhöhung des Lenkertrags leichter zu machen, wird, da das Lenkrad 1 zu leichtgängig wird, das Lenkreaktionsmoment Tr in einer Richtung erzeugt, in der das Lenkrad 1 schwergängig wird, wie das in dem unteren Diagramm des Lenkreaktionsmoments Tr dargestellt ist, so dass der Schweregrad der Betätigung des Lenkrads 1 dem optimalen Unterstützungsdrehmoment Ti1 entspricht.
Da bei einer mittleren Geschwindigkeit V2 des Fahrzeugs das an der durchgezogenen Linie abzulesende Unterstützungsdrehmoment Ta mit dem optimalen Unterstützungsdrehmoment Ti2 koinzidiert, kann die Lenkreaktionskraft Tr Null betragen. Wenn bei einer hohen Geschwindigkeit V3 des Fahrzeugs das an der durchgezogenen Linie abzulesende Unterstützungsdrehmoment Ta niedriger als das optimale Unterstützungsdrehmoment Ti eingestellt ist, um die Fahrstabilität des Fahrzeugs durch eine Verringerung des Lenkertrags zu verbessern, wird, da das Lenkrad 1 zu schwergängig wird, das Lenkreaktionsmoment Tr in einer Richtung erzeugt, in der das Lenkrad 1 leichtgängig wird, wie das in dem unterem Diagramm des Lenkreaktionsmoments Tr dargestellt ist, so dass der Schweregrad der Betätigung des Lenkrads 1 dem optimalen Unterstützungsdrehmoment Ti3 entspricht.
Wenn das Lenkrad 1 bei stehendem Fahrzeug gedreht wird, kann der Kraftaufwand seitens des Fahrers reduziert werden, indem durch den Additionsmotors 17 (Motor zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft) ein Lenkreaktionsmoment Tr in einer zur oben genannten Richtung entgegengesetzten Richtung, d.h. ein Drehmoment in der gleichen Richtung wie der des Servolenkmotors 24 erzeugt wird.
Da der Motor 17 zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft wie vorstehend beschrieben zwischen dem Lenkrad 1 und den Bowdenkabeln 5, 6 und der Servolenkmotor 24 zwischen den Bowdenkabeln 5, 6 und den Rädern WL, WR angeordnet ist, kann eine Verschlechterung des Lenkgefühls verhindert werden, indem mit Hilfe des Additionsmotors 17 ein Lenkreaktionsmoment Tr erzeugt wird, um eine Änderung des Lenkradmoments Th zu kompensieren, während die durch eine Expansion und Kontraktion der Bowdenkabel 5, 6 bedingte Änderung des Ansprechens der Lenkung reguliert/geregelt wird, indem mit Hilfe des Servolenkmotors 24 ein Unterstützungsdrehmoment Ta erzeugt wird, um das Lenkradmoment Th zu ändern.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung kann jedoch in vielfältiger Weise modifiziert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
So ist zum Beispiel in der ersten Ausführungsform die Einrichtung Sa zur Erfassung des Lenkradmoments zwischen dem Lenkrad 1 und dem Motor 17 zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft angeordnet. Jedoch kann der Motor 17 zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft in der zweiten Ausführungsform ebenso an das gegenüberliegende Ende des Antriebsriemenscheibengehäuses 2 verlagert werden, wie das in 7 dargestellt ist.
Ferner lässt sich der Motor 17 zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft wie in der in 8 dargestellten dritten Ausführungsform auch zwischen dem Lenkrad 1 und der Einrichtung Sa zur Erfassung des Lenkradmoments anordnen. In diesem Fall gleicht das von der Einrichtung Sa zur Erfassung des Lenkradmoments erfasste Lenkradmoment einem Wert, der ermittelt wird, indem ein Lenkreaktionsmoment Tr von einem Lenkradmoment Th, das von dem Fahrer auf das Lenkrad 1 ausgeübt wird, subtrahiert wird.
Kabel-Lenksystem, bei welchem eine erste Steuer-/Regeleinrichtung (Ua) den Betrieb eines zwischen Bowdenkabeln (5, 6) und Rädern (WL, WR) angeordneten Servolenkmotors (24) auf der Basis eines Lenkradmoments steuert/regelt, das mit Hilfe einer zwischen einem Lenkrad (1) und den Bowdenkabeln (5, 6) angeordneten Einrichtung (Sa) zur Erfassung des Lenkradmoments erfasst wird, und bei welchem eine zweite Steuer-/Regeleinrichtung (Ub) den Betrieb eines Motors (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft steuert/regelt, der ein Lenkreaktionsmoment auf das Lenkrad (1) ausübt. Eine Verschlechterung des Lenkgefühls kann verhindert werden, indem mit Hilfe des Motors (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft ein Lenkreaktionsmoment erzeugt wird, um eine Änderung des Lenkradmoments zu kompensieren, während die durch eine Expansion und Kontraktion der Bowdenkabel (5, 6) bedingte Änderung der Lenkübersetzung reguliert/geregelt wird, indem mit Hilfe des Servolenkmotors (24) ein Unterstützungsdrehmoment erzeugt wird, um das Lenkradmoment zu ändern.

1: Lenkrad
2: Gehäuse Antriebsriemenscheibe
2a: Motorträgerteil
3: Lenkgetriebe
4: Gehäuse angetriebene Riemenscheibe
5, 6: Bowdenkabel
5o, 6o: äußere Rohre der Bowdenkabel
5i, 6i: innere Zugseile der Bowdenkabel
7L, 7R: Spurstangen
8: Nabe
9: Mutter
10dr: Rotationswelle
11a: schraubenförmige Riemenscheibennut
11b: spiralförmige Kabelführungsnuten
11c: Bolzenlöcher
11dn: angetriebene Riemenscheibe
11dr: Antriebsriemenscheibe
12: Bolzen
13: Schneckenrad
14: Kugellagerpaar
15: Antriebswelle
16: Schnecke
17: Additionsmotor (Motor zum Hinzufügen einer Lenkreaktions
: kraft)
18: Bolzen
19: Ausgangswelle
20: Drehmomentbegrenzer
21: Ritzel
22: Lenkstange
23: Zahnstange
24: Servolenkmotor
25: Ausgangswelle
26: Schnecke
27: Schneckenrad
Sa: Einrichtung zur Erfassung des Lenkradmoments
Sb: Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
Ta: Unterstützungsdrehmoment
Th: Lenkradmoment
Tr: Lenkreaktionsmoment
Tw: Fahrbahnoberflächen-Reaktionsmoment
U: elektronische Steuer-/Regeleinheit
Ua: erste Steuer-/Regeleinheit
Ub: zweite Steuer-/Regeleinheit
V: Fahrzeuggeschwindigkeit
WL, WR: linkes Rad, rechtes Rad

Claims

Kabel-Lenksystem umfassend: ein Kabel (5, 6), das ein auf ein Lenkrad (1) ausgeübtes Lenkradmoment auf ein Lenkgetriebe (3) überträgt; eine Einrichtung (Sa) zur Erfassung des Lenkradmoments, die zwischen dem Lenkrad (1) und dem Kabel (5, 6) angeordnet ist; eine Assistenzeinrichtung (24), die zur Unterstützung der Lenkarbeit des Fahrers zwischen dem Kabel (5, 6) und einem Rad (WL, WR) angeordnet ist; eine erste Steuer-/Regeleinrichtung (Ua), die den Betrieb der Assistenzeinrichtung (24) auf der Basis des Lenkradmoments steuert/regelt; eine Einrichtung (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft, die zwischen dem Lenkrad (1) und dem Kabel (5, 6) angeordnet ist und die ein Lenkreaktionsmoment auf das Lenkrad (1) ausübt; und eine zweite Steuer-/Regeleinrichtung (Ub), die den Betrieb der Einrichtung (17) zum Hinzufügen eines Lenkreaktionsmoments steuert/regelt.
Kabel-Lenksystem nach Anspruch 1, wobei im Bereich einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit die erste Steuer-/Regeleinrichtung (Ua) die Assistenzeinrichtung (24) für eine Erhöhung eines Unterstützungsdrehmoments steuert/regelt und die zweite Steuer-/Regeleinrichtung (Ub) die Einrichtung (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft für eine Erhöhung des Lenkreaktionsmoments steuert/regelt und wobei im Bereich einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit die erste Steuer-/Regeleinrichtung (Ua) die Assistenzeinrichtung (24) für eine Verringerung des Unterstützungsdrehmoments steuert/regelt und die zweite Steuer- /Regeleinrichtung (Ub) die Einrichtung (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft für eine Verringerung des Lenkreaktionsmoments steuert/regelt.
Kabel-Lenksystem nach Anspruch 1, bei welchem die Einrichtung (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft die Lenkarbeit des Fahrers bei stillstehendem Fahrzeug in Kooperation mit der Assistenzeinrichtung (24) unterstützt.
Kabel-Lenksystem nach Anspruch 2, bei welchem die Einrichtung (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft die Lenkarbeit des Fahrers bei stillstehendem Fahrzeug in Kooperation mit der Assistenzeinrichtung (24) unterstützt.
Kabel-Lenksystem nach Anspruch 1, bei welchem die Einrichtung (Sa) zur Erfassung des Lenkradmoments zwischen dem Lenkrad (1) und der Einrichtung (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft angeordnet ist.
Kabel-Lenksystem nach Anspruch 1, bei welchem die Einrichtung (Sa) zur Erfassung des Lenkradmoments zwischen der Einrichtung (17) zum Hinzufügen einer Lenkreaktionskraft und dem Kabel (5, 6) angeordnet ist.