DE19625503C1 - Lenkvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie insbesondere für Kraftfahrzeuge verwendbar ist.

Gegenüber herkömmlichen Lenkvorrichtungen mit mechanischer Kopplung zwischen der Lenkwinkelvorgabeeinrichtung und der Lenkwinkelstelleinrichtung fehlt es den Lenkvorrichtungen mit nicht-mechanischer Kopplung dieser beiden Einrichtungen an einer unmittelbaren mechanischen Übertragung eines Rückwirkungsmomentes der Lenkwinkelstelleinrichtung auf die Lenkwinkelvorgabeeinrichtung.

Um diese dem Fahrzeugführer gewohnte Rückmeldungsinformation auch für die Lenkvorrichtungen mit nicht-mechanischer Kopplung von Lenkwinkelvorgabeeinrichtung und Lenkwinkelstelleinrichtung aufrechtzuerhalten, ist es bekannt, eine rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung an die Lenkwelle anzukoppeln. So wird in der Offenlegungsschrift DE 42 41 849 A1 ein Lenksystem für Fahrzeuge oder Schiffe mit einem Lenkhandrad mit zugehöriger Lenkwelle und einer damit elektrisch gekoppelten Lenkwinkelstelleinrichtung offenbart, bei welchem die Lenkwelle durch eine Momentbelastungseinheit mit einem geschwindigkeits- und/oder bedienerabhängig einstellbaren Rückwirkungsmoment beaufschlagt werden kann.

In der nicht vorveröffentlichten DE 195 39 101 C1 ist eine Lenkvorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, bei der die rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung einerseits eine Rückstellfederanordnung und andererseits einen an die Lenkwelle angekoppelten Motor umfaßt. Die Rückstellfederanordnung besteht in einem Ausführungsbeispiel aus zwei quer zur Lenkwelle angeordneten Schraubendruckfedern und einer dazwischen liegenden Mitnehmerplatte, die über ein Getriebe an die Lenkwelle angekoppelt ist. In einem weiteren Beispiel ist eine zur Lenkwelle koaxiale Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen, deren U- förmiger Kolben von einer die Lenkwelle umgebenden Schraubendruckfeder gegen eine drehfest auf der Lenkwelle sitzende Kulisse angedrückt wird. In seinem gegenüberliegenden Endbereich begrenzt der Kolben zusammen mit dem Zylinder einen mit einem Druckfluid befüllbaren Arbeitsraum.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer neuartigen, hinsichtlich Rückwirkungsmomenterzeugung und kompaktem Aufbau optimierten Lenkvorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 6.

Bei der Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 beinhaltet das Getriebe, welches die mechanisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung an die Lenkwelle ankoppelt, ein Lenkwellenritzel und eine mit diesem gekoppelte Zahnstange, die als Kolbenstange für wenigstens einen in einem Zylinder axial beweglich geführten Kolben dient, der zusammen mit der Kolbenstange die Mitnehmereinheit bildet, über welche das linear elastisch auslenkbare Element an das Getriebe angekoppelt ist. Diese Getriebeauslegung ermöglicht einen kompakten Aufbau des Komplexes aus Lenkwinkelvorgabeeinrichtung und mechanisch rückwirkungsmomenterzeugender Einrichtung sowie die Einstellung eines beliebigen, gewünschten Übersetzungsverhältnisses. In Kraftfahrzeugen mit verstellbarem Lenkrad hat der kompakte Aufbau dieses Komplexes den Vorteil, daß er den Fußraum beim Verschwenken einer schwenkbeweglich gelagerten Lenkwelle nicht wesentlich einengt. Darüber hinaus erlaubt dieses Getriebe die Einstellung eines anwachsenden Rückwirkungsmomentes auch bei über 360° hinausgehenden Lenkwinkelbeträgen.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Lenkvorrichtung ist die mechanisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung kompakt und symmetrisch quer zur Lenkwelle positioniert, wobei eine Zahnstange als gemeinsame Kolbenstange für zwei gegenüberliegende Kolben dient, von denen je nach Lenkrichtung, d. h. je nachdem, ob die Lenkwelle in der einen oder anderen Drehrichtung aus ihrer Mittellage ausgelenkt ist, immer gerade einer von der Zahnstangenbewegung mitgenommen wird.

Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Lenkvorrichtung beinhaltet die mechanisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung zwei in einem Zylinder untergebrachte Kolben, gegen die sich jeweils die Schraubendruckfeder als das linear elastisch auslenkbare Element abstützt. In weiterer Ausgestaltung ist hierbei gemäß Anspruch 4 der Zylinder mit zur Lenkwelle paralleler Längsachse neben der Lenkwelle angeordnet, was den benötigten Einbauraum quer zur Lenkwelle gering hält.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Lenkvorrichtung ist als Koppelelement zwischen Zahnstange und Kolben ein jeweiliges Federanschlagelement vorgesehen, das eine drehelastische Kupplung zwischen einem Lenkrad und der Lenkwelle ersetzen und zur Geräuschdämpfung beitragen kann.

Bei der Lenkvorrichtung nach Anspruch 6 beinhaltet das Getriebe eine mit der Lenkwelle drehbeweglich gekoppelte Exzenterscheibe, gegen deren Außenumfang ein Stirnende einer Kolbenstange eines in einem Zylinder axial beweglich geführten Kolbens anliegt, der zusammen mit der Kolbenstange die Mitnehmereinheit für die Ankopplung des wenigstens einen linear elastisch auslenkbaren Elementes an das Getriebe bildet. Durch geeignete Wahl der Form der Exzenterscheibe sowie des Getriebeübersetzungsverhältnisses läßt sich die gewünschte Übertragungscharakteristik zwischen der Lenkwellendrehbewegung und der Linearbewegung des linear elastisch auslenkbaren Elementes einstellen.

Bei einer nach Anspruch 7 weitergebildeten Lenkvorrichtung begrenzt der Kolben im Zylinder wenigstens einen mit einem Druckfluid befüllbaren Arbeitsraum. Durch entsprechende Druckfluidbeaufschlagung kann bei dieser Vorrichtung eine additiv zur elastischen Kraft des linear elastisch auslenkbaren Elementes verstärkend oder abschwächend hinzutretende Druckkraft erzeugt werden, um eine gewünschte Rückwirkungsmomentcharakteristik einzustellen.

Bei einer nach Anspruch 8 weitergebildeten Lenkvorrichtung ist zusätzlich eine elektrisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung mit einem Motor vorgesehen, der speziell so ausgelegt ist, daß das insgesamt erzeugte Rückwirkungsmoment in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich konstant der jeweiligen Lenkwinkeländerung und in einem hohen Geschwindigkeitsbereich konstant einer jeweiligen Vergrößerung des Lenkwinkelbetrages entgegenwirkt. Dies führt dazu, daß der Fahrer bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten beim Zurücklenken in Richtung Geradeausstellung ein betraglich etwa gleich großes Lenkmoment ausüben muß wie bei stärkerem Einschlagen der Lenkung, während im hohen Geschwindigkeitsbereich eine selbsttätige Lenkungsrückstellung in die Geradeausstellung unterstützt wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Blockdiagrammdarstellung einer Lenkvorrichtung für ein Automobil mit elektronischer Kopplung zwischen einer Lenkwinkelvorgabeeinrichtung und einer Lenkwinkelstelleinrichtung und mit einer rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer Lenkwinkelvorgabeeinrichtung mit quer angebauter, rückwirkungsmomenterzeugender Doppelzylinder-Kolben- Einrichtung,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer Lenkwinkelvorgabeeinrichtung mit quer angebauter, rückwirkungsmomenterzeugender Zylinder-Doppelkolben- Einrichtung,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV von Fig. 3,

Fig. 5 eine Längsschnittansicht einer Lenkwinkelvorgabeeinrichtung mit längs angebauter, rückwirkungsmomenterzeugender Zylinder-Doppelkolben- Einrichtung und

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer Lenkwinkelvorgabeeinrichtung mit quer angebauter, rückwirkungsmomenterzeugender Kolben-Zylinder-Einrichtung mit Exzenterscheibengetriebe.

Fig. 1 zeigt in einer Übersicht eine Lenkvorrichtung für ein Automobil mit nicht-mechanischer, elektrischer Kopplung von Lenkwinkelvorgabeeinrichtung und Lenkwinkelstelleinrichtung. Die Lenkwinkelvorgabeeinrichtung umfaßt ein Lenkrad (1) mit angekoppelter Lenkwelle (2) und einen Komplex (3) zur Erzeugung eines Rückwirkungsmomentes auf die Lenkwelle (2). Die Lenkwinkelstelleinrichtung umfaßt eine Servo-Hydraulik (4) und eine zugehörige Kolben-Zylinder-Servoeinheit (5), an die ein Lenkgetriebe (6) für die Fahrzeugvorderräder (7a, 7b) angekoppelt ist. Die herkömmliche Lenksäule als mechanische Verbindung von Lenkwellen-Mantelrohr und Lenkgetriebe (6) entfällt. Statt dessen wird die Information über die jeweilige Lenkwellendrehstellung einer elektronischen Steuereinheit (8) übermittelt, welche die Servo-Hydraulik (4) zur Einstellung des zugehörigen Lenkwinkels, d. h. hier des Radwinkels der Vorderräder (7a, 7b), ansteuert. Weitere von der Steuereinheit (8) benötigte Eingangsinformationen werden ihr von einer Sensorikeinheit (9) zugeführt, die Meßsignale verschiedener Meßelemente empfängt, wie eines Sensors (10) zur Messung des Lenkradwinkels, eines Sensors (11) zur Messung des Lenkradmomentes, eines Radwinkelsensors (12) und eines Raddrehzahlsensors (13). Während für die übrigen, erwähnten Komponenten ein üblicher, herkömmlicher Aufbau gewählt werden kann, wird nachfolgend näher auf verschiedene, erfindungsgemäße Realisierungen der Lenkwinkelvorgabeeinrichtung und dabei insbesondere des Komplexes (3) zur Rückwirkungsmomenterzeugung eingegangen.

Fig. 2 zeigt ein erstes diesbezügliches Ausführungsbeispiel. Das Lenkrad (1) ist hierbei über die Lenkwelle (2) in einem Gehäuse (14) mittels eines Festlagers (15) und zweier Loslager (16, 17) fixiert. Über eine gewisse Länge ist die Lenkwelle als Ritzel (2a) gestaltet, mit welchem eine quer zur Lenkwelle liegende Zahnstange (18) zusammenwirkt. Die Zahnstange (18) ist in Führungskanälen zweier sich bezüglich der Lenkwelle (2) gegenüberliegender, U-förmiger Kolben (19a, 19b) geführt, die ihrerseits in zwei sich bezüglich der Lenkwelle (2) gegenüberliegenden Zylindern (20a, 20b) quer zur Lenkwelle (2) axial beweglich geführt sind. Dabei werden die beiden Kolben (19a, 19b) von einer jeweiligen Schraubendruckfeder (21a, 21b), die sich einerseits über je einen Gummiteller (22) am Zylinderboden und andererseits gegen eine Kolbenschulter abstützen, in Richtung eines jeweils zugehörigen Anschlags (23) in unmittelbarer Nähe der Lenkwelle (2) gedrückt.

Damit besteht ein bewegungskoppelnder Formschluß zwischen Zahnstange (18) und dem jeweiligen Kolben (19a, 19b) jeweils nur bei einem Lenkradeinschlag aus der gezeigten Mittellage nach rechts bzw. nach links, d. h. bei einem Lenkradeinschlag nach links verbleibt der in Fig. 2 linke Kolben (19a) in seiner Ausgangslage am zugehörigen Anschlag (23), während der andere Kolben (19b) von der Zahnstange (18) gegen die Kraft der zugehörigen Schraubendruckfeder (21b) bewegt wird. Analoges gilt mit vertauschten Rollen der beiden Kolben (19a, 19b) für einen Lenkradeinschlag nach rechts. Der jeweils am Anschlag (23) ruhende Kolben dient gleichzeitig zur Führung der Zahnstange (18). Damit um die Mittellage, d. h. die Geradeausstellung der Lenkung, der Übergang zwischen den beiden Kolben (19a, 19b) nicht zu hart erfolgt, befindet sich in jedem Kolben (19a, 19b) eine Querbohrung (24), die ein schlagartiges Entweichen der Luft kurz vor dem Anschlag der Führung im Kolben (19a, 19b) verhindert. Diese Maßnahme verringert den Regelungsaufwand um die Lenkradmittellage herum.

Neben dieser passiven, mechanisch rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung ist eine weitere, aktive, elektrisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung vorgesehen, die einen Elektromotor (25) umfaßt, der über eine Schnecke an ein kraftschlüssig mit der Lenkwelle (2) verbundenes Zahnrad (26) angekoppelt ist. Der Elektromotor kann im Vier-Quadranten- Betrieb betrieben werden und vermag somit bei jedem beliebigen, eingestellten Lenkwinkelsollwert antreibende und bremsende Rückwirkungsmomente auf das Lenkrad (1) zu erzeugen. Des weiteren ist in Fig. 2 noch ein an einen Abschlußdeckel (27) anschließender Lenkwellenwinkelsensor (28) dargestellt, welcher die Drehstellung der Lenkwelle (2) absolut und inkremental erfaßt.

Beim Betrieb der Lenkvorrichtung werden für den Elektromotor (25) je nach Fahrgeschwindigkeit unterschiedliche, zu erzeugende Rückwirkungsmomente auf die Lenkwelle (2) und damit das Lenkrad (1) vorgegeben, während die mechanisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung naturgemäß ein linear vom Lenkwinkelbetrag abhängiges Rückwirkungsmoment erzeugt, das beispielsweise in der Lenkradmittellage 3Nm und bei einem angenommenen, maximalen Lenkwinkelbetrag von ca. 550° 5Nm beträgt. Im Bereich niedriger Fahrgeschwindigkeiten wird nun der Elektromotor (25) so betrieben, daß das von ihm zusammen mit der mechanisch rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung gelieferte Gesamtrückwirkungsmoment unabhängig vom Lenkradwinkel einen konstanten Wert von z. B. 3Nm besitzt und jeweils der Richtung der Lenkradwinkeländerung entgegengesetzt ist. Dies bedeutet, daß in Richtung größerer Lenkradwinkelbeträge der Elektromotor (25) ein in Richtung kleinerer Lenkradwinkelbeträge wirkenden Rückwirkungsmoment erzeugt, das linear von null in der Lenkradmittellage bis auf -2Nm beim maximalen Lenkradwinkel anwächst. Bei rückstellenden Lenkradbewegungen kompensiert der Elektromotor (25) zusätzlich das Rückwirkungsmoment der mechanischen Einrichtung, so daß in diesem Fall ein konstantes, in Richtung größerer Lenkradwinkelbeträge wirkendes Rückwirkungsmoment von -3Nm entsteht. Dazu steigt das vom Elektromotor (25) gelieferte Rückwirkungsmoment von -6Nm in der Lenkradmittellage bis auf -8Nm beim maximalen Lenkradwinkel an.

Im Bereich hoher Fahrgeschwindigkeiten wird hingegen ein gleichbleibendes Gesamtrückwirkungsmoment von beispielsweise 5Nm unabhängig von der Lenkraddrehrichtung eingestellt. Hierzu kompensiert der Elektromotor (25) in einem mit zunehmendem Lenkradwinkelbetrag abnehmenden Maße die Wirkung der mechanisch rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung, indem das von ihm erzeugte Moment von z. B. 2Nm in der Lenkradmittellage linear auf null beim maximalen Lenkradwinkelbetrag abfällt. Je nach Bedarf kann ein gleitender Übergang dieser beiden, für den jeweiligen Geschwindigkeitsbereich besonders vorteilhaften Rückwirkungsmomentcharakteristika im Zwischengeschwindigkeitsbereich vorgesehen sein.

In den Fig. 3 und 4 ist ein zweites Beispiel einer kombinierten, mechanisch und elektrisch rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung für eine Lenkvorrichtung nach Art von Fig. 1 dargestellt. Die mittels geeigneter Lager in einem Gehäuse (29) geführte Lenkwelle (30) ist wiederum in einem gewissen Abschnitt als Ritzel gestaltet, mit dem eine quer zur Lenkwelle (30) liegende Zahnstange (31) zusammenwirkt, die von einem Druckstück (32), das sich über eine Druckfeder (33) am Gehäuse (29) abstützt, auf das Lenkwellenritzel gedrückt wird. Über eine Zahnradkopplung (34) ist ein Sensor (35) zur Messung der Lenkwellendrehstellung angekoppelt. Mit einer zum Beispiel von Fig. 2 analogen Kopplung ist die Welle eines rückwirkungsmomenterzeugenden Elektromotors über eine Schnecke (36) und ein Schneckenrad (37) mit der Lenkwelle (30) verbunden, wobei der Elektromotor hier wie in allen anderen beschriebenen Beispielen selbsthemmungsfrei ausgelegt ist.

Die mechanisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel zwei spiegelsymmetrisch Innerhalb eines Zylinders (38) angeordnete, U-förmige Kolben (39a, 39b), die von einer einzigen, zwischenliegenden Schraubendruckfeder (40) auseinandergedrückt werden. Der Zylinder (38) ist auf einer Seite der Lenkwelle (30) mit quer zu derselben liegender Längsachse angeordnet, wobei auf der gegenüberliegenden Seite eine Aufnahmehülse (41) ausreichender Länge vorgesehen ist, um den jeweils auf dieser Seite überstehenden Teil der Zahnstange (31) aufzunehmen.

Die Zahnstange (31) ist als gemeinsame Kolbenstange an beide Kolben (39a, 39b) angekoppelt, wobei sie den in Fig. 4 rechten Kolben (39b) unter Zwischenfügung eines Führungsrohres (42) durchquert und mit einer Ringschulter über eine zwischengefügte Ringfeder (43) aus Kunststoff axial gegen den Kolbenboden zur Anlage kommt. Von dort tritt die Zahnstange (31) mit einem dünneren Bolzenabschnitt aus dem Kolbenboden aus und erstreckt sich bis durch den Boden des anderen Kolbens (39a) hindurch, wo sie mit einem Endabschnitt wiederum größeren Durchmessers endet, der in einer Einstellhülse (44) geführt ist, an der außenseitig der zugehörige Kolben (39a) entlanggleitet. Die Zahnstange (31) kommt mit einer Ringschulter ihres Endabschnitts über eine weitere Ringfeder (45) aus Kunststoff gegen den Boden dieses Kolbens (39a) zur Anlage. Die Einstellhülse (44) ist in den Zylinder (38) eingeschraubt, wobei durch Veränderung ihrer axialen Position die Vorspannung der Schraubendruckfeder (40) einstellbar ist. Ein Kunststoffring (46) zwischen Einstellhülse (44) und zugeordnetem Kolben (39a) verhindert ein hartes Aufschlagen dieser beiden Stahlbauteile und dient damit der Geräuschdämpfung.

Bei einer Zahnstangenbewegung in Fig. 4 nach rechts verharrt der rechte Kolben (39b) in seiner Ausgangslage, während der linke Kolben (39a) von der Zahnstange (31) unter Zusammendrücken der Schraubendruckfeder (40) mitgenommen wird. Analog verharrt bei einer Zahnstangenbewegung nach links der linke Kolben (39a) in seiner Ausgangslage, während der rechte Kolben (39b) gegen die Kraft der Schraubendruckfeder (40) nach links verschoben wird. Die Kunststoff-Federringe (43, 45) zwischen Zahnstange (31) und dem jeweiligen Kolbenboden besitzen zum einen eine Geräuschdämpfungsfunktion und zum anderen sorgen sie für einen steil ansteigenden, jedoch nicht sprunghaften Anstieg der Kennlinie des von dieser Einrichtung erzeugten Rückwirkungsmomentes in Abhängigkeit vom Lenkradwinkel. Mit dieser Funktion können die beiden Federringe (43, 45) eine drehelastische Kupplung zwischen Lenkrad und Lenkwelle (30) ersetzen.

Die Rückwirkungsmomenterzeugung kann bei der Einrichtung der Fig. 3 und 4 zusätzlich durch einen Druckfluidkreis mit einem flüssigen oder gasförmigen Druckfluid beeinflußt werden. Hierzu beinhaltet der Zylinder (38) einen ersten Druckfluidanschluß (47), der in einen von der Einstellhülse (44) einerseits und dem linken Kolben (39a) andererseits begrenzten, ersten Druckfluid­ raum (48) mündet, sowie einen zweiten Druckfluidanschluß (49) der in einen einerseits vom Führungsrohr (42) und andererseits vom rechten Kolben (39b) begrenzten, zweiten Arbeitsraum (50) mündet. Eine Druckfluidbeaufschlagung des jeweiligen Arbeitsraums (48, 50) hat eine gegen die Kraft der Schraubendruckfeder (40) wirkende Druckkraft auf den betreffenden Kolben (39a, 39b) zur Folge, so daß der Kolben (39a, 39b) nur noch ein um die Druckkraft reduziertes Rückwirkungsmoment-auf die Zahnstange (31) ausübt. Wenn die vom Druckfluid ausgeübte Druckkraft auf den Kolben (39a, 39b) die Kraft der Schraubendruckfeder (40) übersteigt, bewegt sich der jeweilige Kolben (39a, 39b) entgegen der elastischen Kraft der Schraubendruckfeder (40), wodurch die Zahnstangenbewegung in der entsprechenden Richtung auf einer vorgebbaren Länge von jeglichem Rückwirkungsmoment der Schraubendruckfeder (40) freigehalten wird, während sich gleichzeitig das Rückwirkungsmoment für die entgegengesetzte Zahnstangen- und damit Lenkradbewegung auf den Wert der vom Druckfluid ausgeübten Druckkraft erhöht.

Im übrigen entspricht die Funktionsweise dieser Einrichtung derjenigen von Fig. 2, worauf verwiesen werden kann, mit der Modifikation, daß nunmehr zusätzlich zum rückwirkungsmomenterzeugenden Motor der Druckfluidkreis zur Einstellung des jeweils gewünschten Rückwirkungsmomentes und insbesondere zur je nach Situation gewünschten Kompensation der Druckkraft der Schraubendruckfeder (40) verwendet werden kann.

Das weitere, in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht in seiner Wirkungsweise hinsichtlich Rückwirkungsmomenterzeugung auf das Lenkrad (1) völlig der Anordnung der Fig. 3 und 4, unterscheidet sich von dieser jedoch in der Positionierung seiner Komponenten. Insbesondere beinhaltet auch die Vorrichtung von Fig. 5 einen Zylinder (51) mit zwei darin spiegelsymmetrisch angeordneten und axial beweglich geführten Kolben (52a, 52b), die von einer Schraubendruckfeder (53) voneinander weggedrückt werden. Weiterhin ist auch hier wieder ein Druckfluidkreis entsprechend dem Beispiel der Fig. 3 und 4 vorgesehen, um zusätzlich die Rückwirkungsmomentcharakteristik in gewünschter Weise zu beeinflussen. Neben dem jeweiligen Kolben (52a, 52b) dient eine jeweilige Führung (62a, 62b) als axiale Begrenzung des zugehörigen Druckfluidarbeitsraums. Charakteristischerweise ist jedoch bei dieser Vorrichtung der Zylinder (51) neben der wiederum in geeigneten Lagern (54, 55) gelagerten Lenkwelle (2) mit zu dieser paralleler Längsachse positioniert. Entsprechend liegt auch die als gemeinsame Kolbenstange für die beiden Kolben (52a, 52b) fungierende Zahnstange (56) parallel seitlich neben der Lenkwelle (2). Die Ankopplung der Zahnstange (56) erfolgt über ein Getriebe mit einer Zwischenwelle (57), auf der drehfest zum einen ein mit der Zahnstange (56) zusammenwirkendes Ritzel (58) und zum anderen ein Kegelrad (59) sitzen, das mit einem drehfest auf der Lenkwelle (2) sitzenden Kegelrad (60) kämmt. Der als aktive rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung dienende Elektromotor (25) ist bei der Vorrichtung von Fig. 5 über ein weiteres Zahnradgetriebe (61) an die Lenkwelle (2) angekoppelt. Wie aus Fig. 5 zu erkennen, benötigt diese Bauform des rückwirkungsmomenterzeugenden Komplexes besonders wenig Bauraum quer zur Lenkwelle (2).

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Mitnehmereinheit nicht wie in den oben beschriebenen Beispielen eine Zahnstangenkopplung, sondern eine Exzenterscheibenkopplung beinhaltet. Genauer gesagt ist bei dieser Lenkvorrichtung zur Kopplung einer mechanisch rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung ein Getriebe mit einer parallel neben der Lenkwelle (2) liegenden Zwischenwelle vorgesehen, auf der drehfest ein Zahnrad (63), das mit einem als Ritzel gebildeten Lenkwellenabschnitt kämmt, sowie eine Exzenterscheibe (64) sitzen. Gegen den Außenumfang der Exzenterscheibe (64) liegt eine Kolbenstange (65) über eine drehbewegliche Rolle (66) abrollend an, wobei eine Einkerbung (67) am Außenumfang der Exzenterscheibe (64) eine einrastende Lenkradmittellage definiert. Die Kolbenstange (65) bildet in integrierter Bauweise mit ihrem anderen Endbereich (68) einen in einem Zylinder (69) geführten Kolben, in den eine abdichtende Ringdichtung (70) eingelassen ist. Außenseitig ist der Zylinder (69) von einer Schraubendruckfeder (71) umgeben, die sich einerseits gegen einen Zylinderbodenflansch (72) und andererseits gegen einen Kolbenstangenflansch (73) abstützt und auf diese Weise die Kolbenstange (65) gegen den Exzenterscheibenaußenumfang andrückt.

Die Exzenterscheibe (64) drückt die Kolbenstange (65) in beiden Lenkrichtungen symmetrisch bei von 0° auf 180° ansteigendem Exzenterscheibendrehwinkel zunehmend gegen die Kraft der Schraubendruckfeder (71) zurück, was ein entsprechend ansteigendes Rückwirkungsmoment durch die Schraubendruckfeder (71) zur Folge hat. Aufgrund der untersetzenden Auslegung des Getriebes entspricht einer halben Exzenterscheibendrehung ein deutlich größerer Drehwinkel des mit der Lenkwelle (2) gekoppelten Lenkrades von beispielsweise über 500°, was eine feinfühlige Rückwirkungsmomenteinstellung in Abhängigkeit vom Lenkradwinkel ebenso wie in den obigen Ausführungsbeispielen ermöglicht. Zusätzlich kann das von dieser Einrichtung erzeugbare Rückwirkungsmoment wieder durch einen Druckfluidkreis beeinflußt werden, wozu am Zylinderboden ein Druckfluiddurchtritt (74) zu einem vom Zylinder (69) und dem mit der Kolbenstange (65) integriert gebildeten Kolben (68) umgrenzten Arbeitsraum (75) vorgesehen ist. Eine Überdruckbeaufschlagung dieses Arbeitsraums (75) bewirkt hier eine Verstärkung des Rückwirkungsmomentes, indem die Druckkraft gleichsinnig zur Kraft der Schraubendruckfeder (71) auf die Kolbenstange (65) wirkt. Anstelle der gezeigten Anordnung der Kolbenstange (65) quer zur Lenkwelle (2) kommt selbstverständlich auch eine parallele Positionierung in Betracht, wozu das Getriebe z. B. durch eine Kegelradanordnung nach Art von Fig. 5 modifiziert sein kann.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, daß die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung eine Einrichtung zur Rückwirkungsmomenterzeugung für eine mechanisch von der Lenkwinkelstelleinrichtung entkoppelte Lenkwinkelvorgabeeinrichtung umfaßt, mit der sich eine vorteilhafte Rückwirkungsmomentcharakteristik einstellen läßt und die sehr kompakt mit geringem Raumbedarf im Lenkwellenbereich angebracht ist. Dies ist beispielsweise für verstellbare Lenkradanordnungen in Kraftfahrzeugen von Vorteil, bei denen mit der Lenkwelle auch der rückwirkungsmomenterzeugende Komplex verschwenkt wird.

Claims (9)

1. Lenkvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit

• - einer benutzerbetätigbaren Lenkwinkelvorgabeeinrichtung (1) mit zugehöriger Lenkwelle (2),
• - einer nicht-mechanisch mit der Lenkwinkelvorgabeeinrichtung gekoppelten Lenkwinkelstelleinrichtung (4 bis 6) und
• - einer über ein Getriebe an die Lenkwelle angekoppelten, mechanisch rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung mit wenigstens einem linear elastisch auslenkbaren, über eine Mitnehmereinheit an das Getriebe angekoppelten Element (21a, 21b)

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Getriebe ein Lenkwellenritzel und eine mit diesem gekoppelte Zahnstange (18) beinhaltet, die als Kolbenstange für wenigstens einen in einem Zylinder (20a, 20b) axial beweglich geführten Kolben (19a, 19b) dient, der zusammen mit der Kolbenstange die Mitnehmereinheit für die Ankopplung des wenigstens einen linear elastisch auslenkbaren Elementes an das Getriebe bildet.

2. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung zwei quer zur Lenkwelle (2) angeordnete Zylinder (20a, 20b) mit je einem darin axial beweglich geführten, sich gegen eine zugehörige Schraubendruckfeder (21a, 21b) abstützenden Kolben (19a, 19b) sowie eine Zahnstange (18) als gemeinsame Kolbenstange für beide Kolben umfaßt, wobei in der einen Lenkrichtung der eine und in der anderen Lenkrichtung der andere Kolben von der Zahnstangenbewegung mitgenommen wird.

3. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung einen Zylinder (38) mit zwei Kolben (39a, 39b), gegen die sich mit je einem Ende eine zwischenliegende Schraubendruckfeder (40) abstützt, sowie eine Zahnstange (31) als gemeinsame Kolbenstange für beide Kolben umfaßt, wobei in der einen Lenkrichtung der eine und in der anderen Lenkrichtung der andere Kolben von der Zahnstangenbewegung mitgenommen wird.

4. Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (51) und die Zahnstange (56) parallel neben der Lenkwelle (2) angeordnet sind und die Zahnstange über eine Kegelradanordnung (59, 60) mit der Lenkwelle gekoppelt ist.

5. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zahnstange (31) und Kolben (39a, 39b) ein jeweiliges Federanschlagelement (43, 45) als Koppelelement vorgesehen ist.

6. Lenkvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit

• - einer benutzerbetätigbaren Lenkwinkelvorgabeeinrichtung (1) mit zugehöriger Lenkwelle (2),
• - einer nicht-mechanisch mit der Lenkwinkelvorgabeeinrichtung gekoppelten Lenkwinkelstelleinrichtung (4 bis 6) und
• - einer über ein Getriebe an die Lenkwelle angekoppelten, mechanisch rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung mit wenigstens einem linear elastisch auslenkbaren, über eine Mitnehmereinheit an das Getriebe angekoppelten Element (71), dadurch gekennzeichnet, daß
• - das Getriebe eine untersetzt an die Lenkwelle (2) drehbeweglich angekoppelte Exzenterscheibe (64) beinhaltet, gegen deren Außenumfang ein Stirnende einer Kolbenstange (65) eines in einem Zylinder (69) axial beweglich geführten Kolbens (68) anliegt, der zusammen mit der Kolbenstange die Mitnehmereinheit für die Ankopplung des wenigstens einen linear elastisch auslenkbaren Elementes (71) an das Getriebe bildet.

7. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (39a, 39b) wenigstens einen mit einem Druckfluid befüllbaren Arbeitsraum (48, 50) im Zylinder (38) begrenzt.

8. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter gekennzeichnet durch eine an die Lenkwelle (2) angekoppelte, elektrisch rückwirkungsmomenterzeugende Einrichtung mit einem Motor (25), der ein zu demjenigen der mechanisch rückwirkungsmomenterzeugenden Einrichtung addiertes Rückwirkungsmoment derart erzeugt, daß sich in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich ein unabhängig von der Lenkwinkelvorgabe im wesentlichen konstantes, der jeweiligen Lenkwinkelvorgabeänderung entgegenwirkendes Gesamtrückwirkungsmoment ergibt und sich in einem hohen Geschwindigkeitsbereich ein unabhängig von der Lenkwinkelvorgabe im wesentlichen konstantes, in Richtung der Lenkradmittelstellung wirkendes Gesamtrückwirkungsmoment ergibt.