DE19934160A1

DE19934160A1 - Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19934160A1
Application number: DE1999134160
Authority: DE
Inventors: Uenal Gazyakan; Hartmut Werries
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: DE19934160B4

Abstract

Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem Lenkradaktuator, mindestens einem Lenkaktuator (1) und einer Erfassungseinrichtung zur Bestimmung der auftretenden Kräfte, die gleichzeitig zur Befestigung des Lenkaktuators (1) am Karosserieaufbau (9) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Hilfskraft-Lenksysteme, die ohne mechanische Kopplung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern arbeiten, werden als steer-by-wire-Lenksysteme bezeichnet. Diese Hilfskraft-Lenksysteme weisen einen mit dem Lenkhandrad gekoppelten Lenkradaktuator auf, der sich beispielsweise aus Elektromotor, Lenkwinkel- und/oder Drehmomentsensor zusammensetzt. Dieser Lenkradaktuator ist über eine elek tronische Regelung mit einem Lenkaktuator verbunden, der elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten kann. Die Differenz zwischen einem vorgegebenen Soll-Wert und einem gemessenen Ist-Wert wird von einer Erfassungseinheit erfaßt und an ein Steuergerät übermittelt. Eine Elektronikeinheit berechnet dann aus diesem Signal und in Abhängigkeit von weiteren Faktoren wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Quer beschleunigung, Fahrbahnoberfläche und Beladungszustand ein erforderliches Hilfsmoment, das über den Lenkaktuator auf die zu lenkenden Räder des Kraftfahrzeuges übertragen wird. Um dem Fahrer Rückmeldung über den momentanen Fahrzustand übermitteln zu können, wird über den Lenkradaktuator ein entsprechendes Signal auf das Lenkhandrad übertragen, sodaß der Fahrer ein gleiches Lenkgefühl wahrnimmt, wie er es von herkömmlichen, mechanisch gekoppelten Hilfskraft- Lenksystemen gewohnt ist.

Mit Hilfe des Lenkhandrades übermittelt der Fahrer einen Lenkradwinkel (Soll-Wert) an das Hilfskraft-Lenk system. Zwischen Hilfskraft-Lenksystem und Fahrzeug ergibt sich z. B. im Falle einer Zahnstangenlenkung als Lenkaktua tor eine Zahnstangenkraft (Ist-Wert). Diese Zahnstangen kraft bewirkt einen Lenkwinkel bzw. einen Zahnstangenweg, der sich als Regelgröße am Lenkgetriebe einstellt. Im Hilfskraft-Lenksystem wird ein Lenkmoment gebildet, das dem Fahrer einen Bezug zum vorgegebenen Lenkradwinkel bzw. zum Verhalten des Fahrzeugs aus diesen Lenkwinkel vermittelt. Ebenso ist es möglich aus der durch Dehnmeßstreifen ermit telten Spurstangenkraft (Ist-Wert) am Lenkaktuator den Soll-Wert für das Lenkmoment am Lenkhandrad zu ermitteln.

Das aus der DE 198 04 821 A1 bekannt gewordene Hilfs kraft-Lenksystem weist einen Motor zum Drehen einer Lenk welle, an der ein Lenkrad befestigt ist, einen Lenkwinkel- und einen Lenkkraftsensor auf. Durch Umwandlung der Drehbe wegung eines Drehwellenmotors in eine lineare Bewegung wer den gelenkte Räder über Zugstangen und Gelenkärme entspre chend dem Betrag und der Richtung einer Verlagerung ge dreht. Die Zugstangen weisen Drehreaktionskraftsensoren zur Erfassung der Axialkräfte auf, die durch die gelenkten Rä der eingeleitet werden.

Über die Lenkwelle wird abhängig von den Faktoren Lenk kraft, Drehreaktionskraft, Lenkwinkel und Drehbetrag die Rückwirkung auf das Lenkhandrad und damit auf den Fahrer weitergeleitet.

Nachteilig an diese Hilfskraft-Lenksystem ist die Vielzahl an Sensoren, die zusätzlich im Kraftfahrzeug un tergebracht und miteinander verbunden werden müssen und die aufwendige Erzeugung der Rückwirkung, die durch viele Fak toren beeinflußt wird. Durch die vielen Einflußgrößen auf der Übertragungsstrecke zwischen gelenktem Rad und Lenk handrad kann es zu bleibenden Abweichungen zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert kommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Hilfskraft-Lenksystem darzustellen, bei dem die Ein flußgrößen minimiert sind und die Kenngrößen zur Erzeugung der Rückwirkung am Lenkhandrad leicht zu erfassen sind. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Hilfskraft-Lenksystem gelöst. Durch Integration von Erfassungseinheiten in den Ver bindungselementen von Lenkaktuator und Karosserieaufbau können auftretende Zug- und Druckkräfte, die über Spurstan gen der gelenkten Fahrzeugräder auf den Lenkaktuator ein wirken, direkt gemessen werden. Der Lenkaktuator kann somit z. B. mittels Kraftmeßbolzen am Karosserieaufbau befestigt werden, die ohne weitere Einflußgrößen die auftretenden Kräfte erfassen können. Die einfache und kostengünstige Integrationsmöglichkeit ermöglicht auch eine leichte Nach rüst- oder Umbaumöglichkeit in bereits bestehenden Hilfs kraft-Lenksystemen. Als Erfassungseinheiten werden bevor zugt Dehnmeßstreifen verwendet, die leicht unterzubringen sind. Der Lenkaktuator kann beispielsweise ein Elektromotor mit Kugelumlaufgetriebe oder ein Arbeitskolben mit einem Proportionalventil sein.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Nachfolgend ist anhand der Figuren ein Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin dungsgemäßen Hilfskraft-Lenksystems für Kraftfahrzeuge und

Fig. 2 eine Draufsicht mit Teil-Schnitt-Darstellung entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hilfskraft-Lenk system für Kraftfahrzeuge mit einem Lenkaktuator 1, der über Spurstangen 2 und 3 mit Fahrzeugrädern 4 und 5 verbun den ist. Die Spurstangen 2 und 3 sind über ein Verbindungs element 6 fest miteinander verbunden. Der Lenkaktuator 1 kann beispielsweise ein Elektromotor mit Kugelumlaufgetrie be oder ein Arbeitskolben mit einem Proportionalven til sein. Die über die Fahrzeugräder 4, 5 und die Spurstan gen 2, 3 eingeleiteten Kräfte wirken durch das Verbindungs element 6 direkt auf Befestigungselemente 7 und 8, die den Lenkaktuator 1 mit einem Karosserieaufbau 9 verbinden. Die Befestigungselemente 7, 8 weisen nicht dargestellte Erfas sungseinheiten, beispielsweise in Form von Dehnmeßstreifen auf, die die auftretenden Kräfte erfassen. Mit Hilfe dieser erfaßten Kräfte wird anschließend die Rückwirkung durch einen nicht dargestellten Lenkradaktuator auf das nicht dargestellte Lenkhandrad erzeugt und so dem Fahrer ein künstlich erzeugtes Lenkgefühl vermittelt, das der momenta nen Fahrsituation entspricht.

In Fig. 2 ist die Verbindung von Karosserieaufbau 9 und Lenkaktuator 1 dargestellt. Die Befestigungselemente 7, 8 koppeln den Lenkaktuator 1 und den Karosserieaufbau 9 form- und kraftschlüssig aneinander.

Bezugszeichen

1

Lenkaktuator

2

Spurstange

3

Spurstange

4

Fahrzeugrad

5

Fahrzeugrad

6

Verbindungselement

7

Befestigungselement

8

Befestigungselement

9

Karosserieaufbau

Claims

1. Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit minde stens einem Lenkradaktuator, mindestens einem Lenkaktua tor (1) und einer Erfassungseinrichtung zur Bestimmung der auftretenden Kräfte, dadurch gekennzeich net, daß die Erfassungseinrichtung zur Bestimmung der auftretenden Kräfte gleichzeitig zur Befestigung des Len kaktuators (1) am Karosserieaufbau (9) verwendet wird.

2. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkaktuator (1) einen Elektromotor aufweist, der über einen Mechanismus das Torsionsmoment in eine Spurstangenkraft umsetzt.

3. Hilfskraft-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkaktuator (1) ein Proportionalventil aufweist, das einen Arbeitskolben steuert.