DE19511273C2

DE19511273C2 - Lenksystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19511273C2
Application number: DE19511273A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Mouri
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2015-03-28
Also published as: JPH07257396A; US5690361A; DE19511273A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenksystem für Kraft fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbe sondere ein Lenksystem, welches eine verbesserte Lenkreak tionscharakteristik und ein verfeinertes Fahrgefühl zur Ver fügung stellt.

Im allgemeinen weist ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge ein Lenkrad, welches von einem Fahrer von Hand betätigt wird, und eine Lenkvorrichtung zur Übertragung einer Lenkeingangsgröße vom Lenkrad auf Reifen des Fahrzeugs auf.

Es ist ein Lenksystem bekannt, bei welchem die Lenkvorrich tung ein elastisches Teil umfaßt welches aus einem Federele ment und einem Dämpfungselement besteht. Beispielsweise be schreibt die JP 60-161251 A ein Lenksystem, bei welchem die Lenkvorrichtung ein Zahnstangen-Montageisolierglied aufweist, welches zwischen dem Fahrgestell des Fahrzeugs und einem Zahnstangengehäuse eines Zahnstangen/Ritzel-Lenkmechanismus angeordnet ist, wobei das Zahnstangen-Montageisolierglied aus einem Federteil und einem Dämpfungszylinder besteht. Wei terhin beschreibt die JP 2-63963 A ein Lenksystem, bei wel chem die Lenkvorrichtung eine Lenkwelle aufweist, die mit dem Lenkrad verbunden ist, und bei welchem die Lenkwelle mit ei nem Federelement und einem Dämpfungselement versehen ist, welche jeweils eine höhere Federkonstante und einen höheren Dämpfungskoeffizienten aufweisen, mit einer erhöhten Verstär kung der Lenkreaktionscharakteristik in bezug auf den Lenk betätigungseingabewinkel.

Zwar haben sich diese Vorschläge als äußerst wirksam zur Er zielung der jeweils gewünschten Funktionen herausgestellt, jedoch wäre es wünschenswert, die Lenkreaktionscharakteristik des Fahrzeugs weiter zu verbessern, und hierdurch das Fahr gefühl zu verfeinern.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art bereitzustel len, welches eine verbesserte Lenkreaktionscharakteristik des Fahrzeugs und ein verfeinertes Lenkgefühl zur Verfügung stellt, und welches dennoch einfach ist, einen kostengünsti geren Aufbau aufweist, und im Betrieb äußerst verläßlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Lenksystem für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verhältnis C/K des Dämpfungskoeffizienten C zur Fe derkonstanten K C/K < 1/(10 π) ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dann, wenn eine Dämpfung auf ein elastisches Teil des Lenk systems wie beispielsweise eine Lenksäulenkupplung oder ein Zahnstangen-Isolierglied ausgeübt wird, das Verhältnis des Dämpfungskoeffizienten zur Federkonstanten eine äußerst wesentliche Rolle spielt, um die Lenkreaktionscharakteristik zu verbessern und das Fahrgefühl zu verfeinern.

Wenn in diesem Zusammenhang der tatsächliche Bereich der Frequenz der Lenkungsbetätigungen verschiedener Fahrer berücksichtigt wird, hat der Erfinder herausgefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, das Verhältnis des Dämpfungs koeffizienten zur Federkonstanten zu optimieren, so daß das Frequenzband, welches zu einer Phasenvorverschiebung und ei ner erhöhten Verstärkung des tatsächlichen Vorderrad-Lenk winkels führt, zu dem Frequenzband des Lenkwinkels paßt, wel ches unter normalen Fahrbedingungen erzeugt wird. Eine der artige Optimierung des Verhältnisses des Dämpfungskoeffizien ten und der Federkonstanten unterstützt die Realisierung ei ner verbesserten Lenkreaktionscharakteristik in einem Fre quenzband, welches einer verbesserten Lenkbarkeit und Stabi lität des Fahrzeugs entspricht.

Bei dem Lenksystem gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ein elastisches Teil, welches in der Lenkvorrichtung vorge sehen ist, aus einem Federelement und einem Dämpfungselement, und weist ein Verhältnis C/K des Dämpfungskoeffizienten C zur Federkonstanten K von C/K < 1/(10 π) auf. Es ist daher möglich, das Frequenzband, welches eine erhöhte Verstärkung und eine voreilende Phase des Vorderrad-Lenkwinkels in bezug auf einen Lenkradwinkel zur Verfürung stellt, an das Frequenzband des Lenkradbetätigungswinkels anzupassen, welches während eines normalen Fahrzustandes erzeugt wird. Während eines normalen Lenkvorgangs durch einen Fahrer des Fahrzeugs kann daher die Phasencharakteristik des Vorderrad- Lenkwinkels in bezug auf den Lenkrad-Betätigungswinkel in nerhalb eines Frequenzbandes verbessert werden, welches der Lenkstabilität entspricht, wodurch eine hervorragende Lenk reaktionscharakteristik und ein verfeinertes Lenkgefühl zur Verfügung gestellt werden.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell ter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf einige bevorzug te Ausführungsformen näher erläutert, aus welchen weitere Vor teile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines mechanisch gleichwirkenden Modells für das Lenksystem von Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm der Frequenzcharakteristik der Ver stärkung und der Phase der Vorderradlenkung, wenn eine Dämpfung nur auf die Lenksäulenkupplung aus geübt wird;

Fig. 4 ein Diagramm der Frequenzcharakteristik der Ver stärkung und der Phase der Vorderradlenkung, wenn eine Dämpfung nur auf das Zahnstangen-Isolierglied ausgeübt wird;

Fig. 5a und 5b Diagramme zur Festlegung des maximalen Fre quenzwertes der Lenkeingangsfrequenz; und

Fig. 6a und 6b eine Seitenansicht bzw. Vorderansicht eines Beispiels einer Lenksäulenkupplung mit einem Rohr innerhalb eines Rohrs gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform.

In den Zeichnungen stellt Fig. 1 eine schematische Darstel lung des Lenksystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, und Fig. 2 ein schematisches Diagramm, welches ein mechanisch gleichwirkendes Modell für das Lenksystem von Fig. 1 zeigt.

In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Lenkrad, und das Bezugszeichen 13 bezeichnet ein Vorderrad. Die Lenk kraft von dem Lenkrad 1 wird auf das Rad 13 über eine Lenkvor richtung übertragen. Die Anordnung der Lenkvorrichtung, und auch das Verfahren zur Einstellung des Wertes für den Dämp fungskoeffizienten des elastischen Teils, welches in der Lenk vorrichtung vorhanden ist, werden nachstehend erläutert.

Das Rad 13 wird durch einen Spurhebel 12 gehaltert, der mit ei ner Zahnstange 8 eines Zahnstangen/Ritzel-Lenkmechanismus über eine Spurstange 11 verbunden ist. Obwohl in den Zeichnungen nur eines der Vorderräder dargestellt ist, wird darauf hingewiesen, daß das andere Vorderrad mit der Zahnstange 8 auf dieselbe Wei se verbunden ist. Die Zahnstange 8 wird durch ein Zahnstangen gehäuse 9 gehaltert, welches fest mit dem Fahrgestell des Fahr zeugs verbunden ist. Ein Ritzel 7 kämmt mit einem Zahnstangen abschnitt der Zahnstange 8 und ist mit dem Lenkrad 1 über eine Verbindungseinheit verbunden. Wenn das Ritzel 7 durch eine Be tätigung von Hand des Lenkrads 1 gedreht wird, können die Räder 13 entsprechend der Translationsbewegung der Zahnstange 8 über die Spurstangen 11 und die Spurhebel 12 auf beiden Seiten ge steuert werden.

Das Lenkrad 1 ist mit dem Ritzel 7 über eine Lenksäule 2, eine Zwischenwelle 4, und eine Flanschwelle 6 verbunden. Im einzel nen ist die Lenksäule 2 an dem Lenkrad 1 befestigt. Die Zwi schenwelle 4 ist an einem Ende mit der Lenksäule 2 über ein Verbindungsglied 3 verbunden. An ihrem anderen Ende ist die Zwischenwelle 4 mit der Flanschwelle 6 über ein weiteres Verbindungsglied 3′ verbunden. Das Ritzel 7 ist fest an der Flanschwelle 6 angebracht und kämmt mit der Zahnstange 8.

Weiterhin weist die Lenkvorrichtung zur Übertragung der Lenk kraft von dem Lenkrad 1 auf die Räder ein elastisches Teil auf, beispielsweise eine Lenksäulenkupplung 5, die an der Zwischenwelle 4 angebracht ist, und entsprechend der Drehung der Lenksäule elastisch verformt wird, und/oder ein Zahnstangen-Isolierglied 10 (ein Halterungsiso lierglied), welches zwischen der Fahrzeugkarosserie und dem Zahnstangengehäuse 9 vorgesehen ist, um letzteres elastisch zu haltern. Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht zumin dest eines dieser elastischen Teile aus einem Federelement und einem Dämpfungselement, wobei das Verhältnis C/K des Däm pfungskoeffizienten C zur Federkonstanten K folgende Bedin gung erfüllt:

C/K < 1/(10 π) (1).

Wenn die Säulenkupplung oder das Halterungsisolierglied aus Gummi besteht, so wird vorzugsweise ein solches Gummimaterial verwendet, welches ein Gummi mit hoher Dämpfung darstellt, und die voranstehend geschilderte Bedingung C/K < 1/(10 π) erfüllt.

Zumindest eines der elastischen Teile 5 und 10, die in Fig. 2 gezeigt sind, kann durch ein Gummi mit einem hohen Verlust faktor gebildet werden. In diesem Fall kann, wie in Fig. 2 gezeigt, angenommen werden, daß Dämpfungselemente C₀ und C₁ den Federelementen K₀ und K₁ des elastischen Teils 5 bzw. 10 hinzugefügt sind. Daher wird ein Gummimaterial für diese elastischen Teile auf geeignete Weise so ausgewählt, daß das Verhältnis (C/K) des Dämpfungskoeffizienten C zur Federkonstanten K < 1/(10 π) ist.

Statt eines elastischen Teils, welches aus Gummi besteht, das einen hohen Verlustfaktor aufweist, kann das elastische Teil eine Öffnung aufweisen, durch welche eine viskose Flüssigkeit oder ein viskoses Fluid oder dergleichen zum Fließen veranlaßt wird, wie in den voranstehend geschilderten Patentdokumenten beschrieben ist.

Wenn bei dem Lenksystem gemäß der dargestellten Ausführungsform das Lenkrad von einem Fahrer von Hand betätigt und entsprechend der Lenkwinkeleingabe gedreht wird, so wird die Drehung des Lenkrades 1 über die Lenksäule 2 und das Verbindungsglied 3 auf die Zwischenwelle 4 übertragen. Hierbei wird die Säulenkupplung 5, die an der Zwischenwelle 4 angeordnet ist, entsprechend der Drehung der Lenksäule 2 elastisch verformt. Weiterhin wird die Drehung des Lenkrades 1 auf die Flanschwelle 6 über das Verbin dungsglied 3′ übertragen.

Wie voranstehend erläutert, ist das Ritzel 7 fest an der Flanschwelle 6 befestigt und kämmt mit der Zahnstange 8, die von dem Zahnstangengehäuse 9 gehaltert wird, welches wiederum elastisch durch die Zahnstangen-Isoliervorrichtung 10 gehaltert ist. Daher wird die Drehung des Ritzels 7 entsprechend der Dre hung der Flanschwelle 6 in die Translationsbewegung der Zahn stange 8 umgewandelt. Die Translationsbewegung der Zahnstange 8 wird auf das Rad 13 durch die Spurstangen 11 und die Spurhebel 12 übertragen, so daß das Ausmaß der Translationsbewegung der Zahnstange 8 dem Ausmaß der Auslenkung des Rades 13 entspricht.

Durch das Lenksystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Lenkvorgang für die Vorderräder mit einer her vorragenden Lenkreaktionscharakteristik durchzuführen. Dies ist deswegen der Fall, da den elastischen Teilen der Lenk vorrichtung eine Dämpfung hinzugefügt wird, beispielsweise der Lenksäulenkupplung 5 und dem Zahnstangen-Isolierglied 10 in Fig. 1, und da das Verhältnis C/K des Dämpfungskoeffizien ten C zur Federkonstanten K so optimiert ist, daß es größer ist als 1/(10 π), wie durch den Ausdruck (1) ausgedrückt ist. Daher wird die Phasencharakteristik des Vorderrad-Lenkwinkels in bezug auf den Lenkrad-Betätigungswinkel innerhalb eines Frequenzbandes verbessert, welches der Steuerbarkeit und der Stabilität des Fahrzeugs entspricht, wodurch eine hervor ragende Lenkreaktionscharakteristik erzielt wird.

Dies bedeutet, daß die voranstehend geschilderte Wirkung da durch erzielt werden kann, daß das Verhältnis C/K des Däm pfungskoeffizienten C zur Federkonstanten K so eingestellt oder optimiert wird, daß das Frequenzband, welches eine er höhte Verstärkung und eine voreilende Phase des tatsächlichen Lenkwinkels des Vorderrades in bezug auf einen Lenkrad-Betä tigungswinkel zur Verfügung stellt, an ein Frequenzband eines Lenkwinkels angepaßt wird, der beim normalen Fahren erzeugt wird. Während eines normalen Lenkvorgangs durch einen Fahrer des Fahrzeugs kann daher die Phasencharakteristik des Vorder rad-Lenkwinkels in bezug auf den Lenkrad-Betätigungswinkel innerhalb eines Frequenzbandes verbessert werden, welches der Lenkstabilität entspricht, um hierdurch eine hervorragen de Lenkreaktionscharakteristik und ein verfeinertes Lenk gefühl zur Verfügung zu stellen. Daher ist es möglich, auf zufriedenstellende Weise die Lenkreaktionscharakteristik zu verbessern, und darüber hinaus die Wirksamkeit der Lenkvor richtung zu verbessern, welche Elastikteile umfaßt, welchen Dämpfungselemente zugefügt sind.

In Fig. 2 ist ein mechanisch gleichwirkendes Modell für die bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei folgende Symbole zur Bezeichnung verwendet werden:
K₀: Federkonstante der Säulenkupplung 5
C₀: Dämpfungskoeffizient der Säulenkupplung 5
K₁: Federkonstante der Zahnstangen-Isoliervorrichtung 10
C₁: Dämpfungskoeffizient der Zahnstangen-Isoliervorrich tung 10
K₂: Federkonstante des Reifens
θ: Lenkwinkel-Betätigungswinkel
δ: tatsächlicher Lenkwinkel des Vorderrades
I: Trägheitsmoment um den Achsschenkelbolzen herum
r: effektiver Radius des Ritzels 7
y: Verschiebung der Zahnstange 8 in bezug auf das Zahnstangengehäuse 9
l: effektive Länge des Spurhebels 12
θ₁: Torsionswinkel des Ritzels 7
N: Lenkgetriebeuntersetzung
F: auf die Zahnstange 8 ausgeübte Druckkraft.

Eine Bewegungsgleichung bei dieser Ausführungsform kann wie folgt ausgedrückt werden:

I · (d²/dt²)δ + K₂ · δ = 1 · F (2)

(Gleichung um den Achsschenkelbolzen herum)

K₁ · y + C₁ · (d/dt) y = F (3)

(Gleichung für das Isolierglied)

K₀ · (θ - θ₁) + C_o · {(d/dt)θ - (d/dt)θ₁} = r · F (4)

(Gleichung für die Kupplung), wobei

δ = (r - θ₁ - y)/1 (5)

N = 1/r (6)

wobei für I angenommen wird, daß I = 0 ist.

Die folgende Gleichung (7) kann aus den Gleichungen (2) bis (6) erhalten werden.

Hierbei bezeichnet S einen Laplace-Operator.

Die folgenden Fälle (A) bis (C) werden nachstehend betrachtet.

(A) Ein Fall, in welchem eine Dämpfung nur der Lenksäulen kupplung hinzugefügt wird:

In diesem Fall wird der Zahnstangen-Isolierglied-Dämpfungs koeffizient C₁ = 0 in die Gleichung (7) eingesetzt. Dies führt dazu, daß nachstehende Gleichung (8) erhalten wird.

Daher wird δ/θ durch einen linear/linearen-Ausdruck ausge drückt, wie in Gleichung (8) gezeigt ist, und es ergibt sich die in Fig. 3 gezeigte Frequenzreaktionscharakteristik. Dies stellt eine Vorderrad-Lenkwinkel /Lenkrad-Winkelfrequenzcha rakteristik dar, wenn eine Dämpfung nur der Lenksäulenkupp lung hinzugefügt wird. Wie aus Fig. 3 und Gleichung (8) her vorgeht, eilt die Phase des aktuellen Vorderrad-Lenkwinkels δ dem Lenkrad-Betätigungswinkel θ vor, so daß die Verstär kung δ/θ erhöht wird. Die Verstärkung δ/θ wird mit einer Rate von 20 dB/dec innerhalb eines Frequenzbereichs von F₀ bis F₁ erhöht. In der Nähe dieses Frequenzbandes wird die Phase des Vorderrad-Lenkwinkels in bezug auf den Lenkrad- Betätigungswinkel in voreilender Richtung eingestellt. Wenn die Verstärkung δ/θ erhöht wird und der Phasenvoreilungs effekt erzielt wird, so wird eine Zeitkonstante bezüglich der Voreilung gleich C₀/K₀ im Nenner auf der rechten Seite der Gleichung (8), und dieser Wert legt das Frequenzband fest, in welchem der gewünschte Effekt erzielt werden kann.

Mit anderen Worten wird im Falle eines sehr kleinen Wertes von C₀/K₀ das Frequenzband, in welchem der gewünschte Effekt erzielt werden kann, ein sehr hochfrequenter Bereich, obwohl tatsächlich keine Eingabe eines Lenkwinkels vorhanden ist, so daß keine Wirkung erzielt werden kann.

(B) Jener Fall, in welchem eine Dämpfung nur dem Zahnstangen- Isolierglied hinzugefügt wird:

In diesem Fall wird der Säulenkupplungs-Dämpfungskoeffizient C₀ = 0 in Gleichung (7) eingesetzt. Dies führt dazu, daß die nachstehende Gleichung (9) erhalten wird.

Daher wird δ/θ durch einen linear/linearen Ausdruck auf die selbe Weise wie im Falle (A) ausgedrückt, in welchem das Dämpfungselement mit einem Dämpfungskoeffizienten K₀ nur bei der Lenksäulenkupplung eingesetzt wird. Die Frequenzantwort ist so wie in Fig. 4 gezeigt, welche die Frequenzcharakteri stik des Verhältnisses des Vorderrad-Lenkwinkels zum Lenk rad-Betätigungswinkel zeigt, wenn eine Dämpfung nur bei dem Zahnstangen-Isolierglied hinzugefügt wird. In diesem Fall wird die Zeitkonstante der Voreilung gleich C₁/K₁, wodurch das Frequenzband festgelegt wird, in welchem der gewünschte Effekt erzielt werden kann.

Die folgenden Fälle können wie nachstehend erläutert beschrie ben werden.

(C) Jener Fall, in welchem eine Dämpfung sowohl der Lenksäu lenkupplung als auch der Zahnstangen-Isoliervorrichtung hin zugefügt wird:

In diesem Fall wird das Verhältnis θ/δ durch einen quadra tisch/quadratischen Ausdruck wie bei Gleichung (7) ausge drückt. Da der quadratische Ausdruck (K₀ + C₀S) (K₁ + C₁S) in dem Nenner auf der rechten Seite eine (lineare Voreilung) × (lineare Voreilung) darstellt, wird das Frequenzband, in welchem der gewünschte Effekt erzielt werden kann, durch C₀/K₀ und C₁/K₁ bestimmt, auf dieselbe Weise wie bei den Fällen (A) und (B), die voranstehend erläutert wurden.

Wenn C₀/K₀ sehr klein ist, so wird der Effekt der Hinzu fügung einer Dämpfung zur Lenksäulenkupplung 5 sehr klein. Entsprechend wird, wenn C₁/K₁ sehr klein ist, der Effekt der Hinzufügung einer Dämpfung zum Zahnstangen-Isolierglied 10 klein. Daher ist es in diesem Fall wünschenswert, daß so wohl C₀/K₀ als auch C₁/K₁ auf solche Weise eingestellt werden, daß sie den Frequenzen einer ausreichend großen Lenk eingabegröße entsprechen.

Des weiteren wird die Aufmerksamkeit auf folgende Punkte gelenkt. Es wird allgemein berücksichtigt, daß das Frequenz band für die Lenkeingabe, wenn ein Fahrer einen Lenkvorgang während des normalen Fahrens durchführt, kleiner oder gleich 5 Hz ist. Wie in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben, ist das Frequenzband, welches eine verbesserte Manovrierbarkeit und Stabilität zur Verfügung stellt, bei 0 bis 5 Hz.

Ein derartiges Frequenzband wie zwischen 0 und 5 Hz kann auch eine Grenze für die Lenkeingabe oder die Empfindlich keit eines Fahrers darstellen. Beispielsweise zeigt Fig. 5 ein Diagramm, in welchem eine Signalform dargestellt ist, die auftritt, wenn ein Fahrer einen schrittweise erfolgenden Lenkeingabevorgang bei maximaler Lenkgeschwindigkeit durch führt, wobei die Ordinate einen Betätigungswinkel eines Lenkrades und die Abszisse die Zeit darstellt.

Die Fig. 5a und 5b zeigen den Maximalwert einer Lenkeingabe frequenz. Aus diesen Figuren geht hervor, daß die Zeit zwi schen dem Beginn eines Lenkeingabevorgangs bis zur Erzeugung des maximalen Lenkwinkels etwa 0,1 Sekunden beträgt. Im Fall von 0,1 Sekunden beträgt die Zeit 0,2 Sekunden, bei einer Umwandlung auf einen Zyklus, also 5 Hz. Obwohl eine gering fügige Verstärkung in der Nähe von 10 Hz erzielt wird, wenn eine Lenkeingabe durch ein Leistungsspektrum bearbeitet wird, beträgt die Frequenz, um die hauptsächliche Lenkfrequenzkom ponente zu erhalten, 5 Hz im Maximum, wenn diese Verstärkung vernachlässigt wird. Daher wird eine Lenkeingabe von 5 Hz als tatsächliche Lenkeingabegrenze für einen Fahrer betrach tet, wie dies in Fig. 5a und 5b gezeigt ist.

Wie aus der voranstehenden Schilderung deutlich wird, ist es erforderlich, daß F₀ in Fig. 3 oder 4 nicht die Lenkein gabegrenze von etwa 5 Hz eines Fahrers überschreitet, um die Verstärkung δ/θ infolge des Dämpfungselements C₀ oder C₁ zu erhöhen, und einen Phasenvoreilungseffekt in dem Lenkein gabebereich (0 bis 5 Hz) durch einen Fahrer zu zeigen. Es muß nämlich folgende Gleichung (10) erfüllt sein.

F₀ = K/(2πC) < 5 (Hz) (10)

(K = K₀ oder K₁, C = C₀ oder C₁

Eine Abänderung der Gleichung (10) führt zur nachstehenden Gleichung (11a):

K/C < 10 π (11a)

Daher ergibt sich

C/K < 1/(10 π) (11b)

Dies bedeutet, daß die voranstehende Gleichung (1) erhalten wird.

Wenn beim Lenksystem gemäß der vorliegenden Erfindung daher eine Dämpfung zumindest einem geeigneten elastischen Teil zu gefügt wird, welches in der Lenkvorrichtung vorgesehen ist, und das Verhältnis C/K des Dämpfungskoeffizienten C zur Feder konstanten K so optimiert wird, wie dies durch Gleichung (1) ausgedrückt wird, so entspricht das Lenksystem gemäß der Erfindung hervorragend dem tatsächlichen Lenkfrequenzbereich eines Fahrers. Daher ist es möglich, den Haupteffekt des Lenksystems ausreichend zu zeigen.

Darüber hinaus kann das Lenksystem gemäß der Vorrichtung ge mäß der vorliegenden Erfindung einfach und ordnungsgemäß so ausgelegt werden, indem einfach nur das Elastikteil verwen det wird, welches die Gleichung (1) erfüllt.

Insbesondere in einem solchen Fall, in welchem Gummi verwen det wird, kann die vorliegende Erfindung wirksam, wie nach stehend angegeben, realisiert werden. Bei der Abstimmung der Eigenschaften des Lenksystems mit einem Gummimaterial werden die Eigenschaften häufig auf der Grundlage des Verlustfaktors (C · w)/K definiert, wobei ω = 2πf ist.

Multipliziert man beide Seiten der Gleichung (11b) mit 2, so erhält man

{(C · 2π)/K} < {2π/10π} (=0,2) (12)

Gleichung (12) bedeutet, daß der Verlustfaktor, wenn f = 1 Hz ist, also (C × 2π × 1)/K ist, ausreicht, so daß er mehr als 0,2 beträgt, im Falle einer Abstimmung mit einem Gummimate rial.

Ein derartiges Gummi kann dadurch hergestellt werden, daß ein Naturgummi (NR) mit einem Butylgummi (IIR) gemischt wird. Butylgummi weist einen hohen Verlustfaktor auf, so daß es in der Hinsicht wirksam ist, daß es Dämpfungseigenschaften zur Verfügung stellt, obwohl es nur eine geringe Lebensdauer auf weist. Daher ist es wünschenswert, die Lebensdauer oder die Standfestigkeit dadurch zur Verfügung zu stellen, daß ein Naturgummi hinzugemischt wird. Auf der Grundlage von Versuchen hat sich ergeben, daß eine Härte des Gummis von etwa 60° ausreicht.

Bei einem Beispiel unter Verwendung eines derartigen Misch gummis ergeben sich die Federkonstante K und der Dämpfungs koeffizient C folgendermaßen:
K = 0,3 kgm/deg
C = 0,0191 kgm/(deg/s)

Wenn eine Abstimmung, wie voranstehend geschildert, durchge führt wird, so wird der Verlustfaktor gleich 0,4 bei 1 Hz, so daß die Gleichung (12) erfüllt wird.

Eine Hinzufügung des Dämpfungselements dient dazu, die Pha sencharakteristik des Vorderrad-Lenkwinkels in bezug auf den Lenkrad-Betätigungswinkel in der Voreilungsrichtung zu verbes sern, und eine hervorragende Lenkreaktionscharakteristik in einem Frequenzbandbereich zu erzielen, welches eine verbes serte Lenkbarkeit und Stabilität des Fahrzeugs zur Verfügung stellt.

Die Fig. 6a und 6b zeigen ein Beispiel für die Lenksäulen kupplung unter Verwendung des voranstehend geschilderten Gummis, wobei ein Rohr-in-Rohr-Typ eingesetzt wird.

Fig. 6a ist eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht der Lenksäulenkupplung, und Fig. 6b stellt deren Endansicht dar. Die Lenksäulenkupplung weist eine erste Welle 101 auf, die fest mit der Lenksäule verbunden werden soll, sowie eine zweite Welle 111, die fest mit dem Lenkgetriebe verbunden werden soll. Die erste Welle 101 weist eine flanschartige Ver bindung 102 auf ihrem einen Ende auf, durch welche sie fest mit der Lenksäulenwelle verbunden ist, um die Drehung des Lenkrades auf die zweite Welle 111 zu übertragen. Die zweite Welle 111 ist an ihrem einen Ende mit einer Sägezahnung 112 versehen. Die anderen Enden der Wellen 101 und 111 sind mit einander über das voranstehend beschriebene Gummi verbunden.

Das Bezugszeichen 131 in Fig. 6a bezeichnet einen stark dämpfenden Gummiabschnitt, der ein Gummimaterial aufweist, welches durch Mischung eines Naturgummis mit einem Butylgummi erhalten wird, so daß das Verhältnis C/K des Dämpfungskoeffi zienten C zur Federkonstanten K die Bedingung C/K < 1/(10 π) erfüllt. Der Gummiabschnitt ist mit der zweiten Welle 111 zusammen vulkanisiert und mit dieser verbunden. Ein Kragen ist außerhalb des Gummiabschnitts 131 vorgesehen und steht mit letzterem im Preßsitz, um so die erste und die zweite Welle 101 und 111 miteinander zu verbinden.

Die flanschartige Verbindung 102 der ersten Welle 101 ist fest mit der Lenksäule verbunden, wogegen die zweite Welle 111 fest mit dem Lenkgetriebe über jeweilige Verbin dungen verbunden ist, wodurch eine Lenkvorrichtung mit einer Lenksäulenkupplung ausgebildet wird.

Neben den voranstehend geschilderten Funktionsauswirkungen der Erfindung ist die beschriebene Ausführungsform der vor liegenden Erfindung angesichts ihres vereinfachten Aufbau vorteilhaft.

Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform, welche eine Lenksäulenkupplung des Rohr-in-Rohr-Typs verwendet, ist die Lenkvorrichtung mit zwei Wellen zur Übertragung der Drehung des Lenkrades von der ersten Welle auf die zweite Welle versehen, und das Gummi mit hoher Dämpfungskraft aus einer gemischten Zusammensetzung ist zwischen der ersten und der zweiten Welle angeordnet. Allerdings kann das zur Abstim mung verwendete Gummi nicht nur für die Säulenkupplung ver wendet werden, sondern auch für eine Zahnstangen-Isoliervor richtung, um entsprechende Funktionsvorteile zur Verfügung zu stellen.

Zwar wurde die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte, bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, jedoch wurden diese nur beispielhaft vorgestellt, und es wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Abänderungen und Modifikatio nen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung bei einer Lenk vorrichtung eingesetzt werden, welche keinen Zahnstangen- Lenkmechanismus aufweist. Darüber hinaus läßt sich die vorlie gende Erfindung bei einer Lenksäulenkupplung einsetzen, bei welcher kein Rohr-in-Rohr-Aufbau verwendet wird. Darüber hinaus wird zwar nur das Gummi bei diesen Ausführungsformen verwendet, jedoch kann eine Lenksäulenkupplung auch durch ei ne Öffnung gebildet werden, durch welche ein viskoses Fluid zu fließen veranlaßt wird. Das Lenksystem gemäß der vorlie genden Erfindung kann auch dann realisiert werden, wenn es bei den voranstehend geschilderten Einrichtungen eingesetzt wird.

Claims

1. Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenkrad, welches von Hand durch einen Fahrer betätigbar ist, und einer Lenkvorrichtung zur Übertragung einer Lenkeingabe von dem Lenkrad auf Reifen des Fahrzeugs, wobei die Lenkvorrichtung ein elastisches Teil aufweist, welches ein Federelement mit einer Federkonstanten K und ein Dämpfungselement mit einem Dämpfungskoeffizienten C aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis C/K des Dämpfungskoeffizienten C zur Feder konstanten K < 1/(10 π) ist.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Teil eine Säulenkupplung (5) ist, welche in der Lenkvorrichtung vorgesehen ist, und welche entsprechend der Drehung einer Lenksäule (2) elastisch verformbar ist.

3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen kupplung (5) aus einem Gummimaterial mit hoher Dämpfung besteht.

4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulenkupplung (5) vom Rohr-in-Rohr-Typ ist, und einen ersten Wellenab schnitt (101) und einen zweiten Wellenabschnitt (111) aufweist, die miteinander ver bunden sind, um eine Drehung des Lenkrades zwischen diesen Teilen zu übertragen, wobei das Gummi (131) mit hohem Dampfungsvermögen eine Gummimischung ist und zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenabschnitt (101, 111) angeordnet ist.

5. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Teil ein Zahnstangen-Isolierelement (10) ist, das in der Lenkvorrichtung vorgesehen ist, um elastisch ein Zahnstangengehäuse (9) eines Zahnstangen-Lenkmechanismus zu haltern.

6. Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahn stangen-Isolierelement (10) aus einem Gummimaterial mit hohem Dämpfungsvermö gen besteht.