DE19935283A1 - Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für KraftfahrzeugeInfo
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Abstract
Eine elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge enthält eine Eingangswelle (6), die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung steht, zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Lenkdrehmomentes. Ein Ausgangsglied (2) steht mit den zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung. Ein Elektromotor (24), durch den direkt oder indirekt eine Hilfskraft auf das Ausgangsglied (2) ausgeübt werden kann, ist an der Hilfskraftlenkung angeordnet. Die Eingangswelle (6) und das Ausgangsglied (2) sind über ein drehelastisches Glied (5) miteinander verbunden. Der Verdrehwinkel zwischen der Eingangswelle (6) und dem Ausgangsglied (2) wird nicht direkt gemessen, sondern mittels eines spielfreien Getriebes in eine dem Verdrehwinkel proportionalen Längsbewegung (11) umgewandelt. Diese Längsbewegung (11) ist ein Maß für das anliegende Drehmoment und wird auf ein, mindestens einen Nord- und mindestens einen Südpol aufweisendes, ringförmiges Element (12) übertragen, welches von einer Erfassungseinheit (8) überwacht wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrisch unterstützte
Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Die Hilfskraftlenkung enthält eine Ein
gangswelle, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung
steht und die zur Übertragung eines für das Lenken von zu
lenkenden Rädern erforderlichen Drehmomentes dient. Ein
Ausgangsglied steht mit den zu lenkenden Rädern in Wirkver
bindung. Ein Servomotor, durch den direkt oder indirekt
eine Hilfskraft auf das Ausgangsglied ausgeübt werden kann,
ist an der Hilfskraftlenkung angeordnet. Die Eingangswelle
und das Ausgangsglied sind über ein drehelastisches Glied
derart miteinander verbunden, daß zwischen der Eingangswel
le und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdrehbewegung
möglich ist. Zum kontaktfreien Erfassen der Richtung und
der Stärke eines auf die Eingangswelle wirkenden Lenk
drehmomentes und weiterer lenkungsspezifischer Parameter
dient eine berührungsfreie Erfassungseinheit. Die Erfas
sungseinheit umfaßt wenigstens einen mit der Eingangswelle
bzw. dem Ausgangsglied verbundenen Sensor.
Eine derartige Hilfskraftlenkung ist bekannt aus der
DE 38 44 578 C2. Diese Hilfskraftlenkung besteht aus einem
Drehmomentmeßgerät, das einen kontaktlosen Drehmomentfühler
zur Ermittlung eines längs zur Lenkwelle übertragenen
Drehmomentes, eine elektronische Steuerung für das auf die
Lenkwelle zu übertragende Zusatz-Drehmoment und einen Ser
vomotor aufweist. Das Drehmomentmeßgerät beinhaltet neben
Antriebswelle, Kupplungslager und Auswerteeinrichtung auch
eine magnetische Sensoreinrichtung, die aus zwei Trommeln
mit magnetisierbaren Oberflächen besteht und mit einer Ein
gangs- bzw. mit einem Ausgangsglied verbunden sind.
Die Trommeln sind auf ihrem Umfang oder an ihrer Stirnflä
che derart mit magnetisierbaren Medien versehen, daß sie
abwechselnd magnetische Nord- und Südpole bilden. Durch
Messen der Differenz der Drehwinkel der beiden Trommeln
wird unter Verwendung von magnetoresistiven Elementen das
Drehmoment erfaßt.
Diese Anordnung erfordert eine Wickelfeder oder eine
Schleifereinheit für die elektrische Verbindung der sich
drehenden Trommeln.
Bei Verwendung einer Wickelfeder werden für die elektrische
Verbindung mehrere Kabel mit einer Länge von bis zu 2 m be
nötigt. Über diese Kabel können sich elektromagnetische
Störungen negativ auf die Meßsignale auswirken. Zusätzlich
bergen diese langen Kabelverbindungen Risiken hinsichtlich
Kabel- und Lötstellenbruch.
Wird anstelle einer Wickelfeder eine Schleifereinheit für
die elektrische Verbindung verwendet, so kann es hier im
Übergangsbereich zwischen Schleifer und Kontaktfläche durch
Faktoren wie Verschleiß, Korrosion und Schmutzablagerungen
zu ungenauen Meßergebnissen kommen.
Zudem kann es im eingebauten Zustand im Kraftfahrzeug bei
Schleifereinheit und Wickelfeder durch Öl-, Schmutz- und
Fettablagerungen zu Fehlfunktionen und ungenauen Meßergeb
nissen kommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde
eine elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraft
fahrzeuge darzustellen, die lenkungsspezifische Parameter
ohne zusätzliche elektrische Verbindungseinheiten erfassen
kann. Insbesondere soll dadurch auch der Montageaufwand und
die Störanfälligkeit reduziert werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch
eine, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs
aufweisende, gattungsgemäße elektrisch unterstützte Hilfs
kraftlenkung für Kraftfahrzeuge gelöst.
Die Lösung erfolgt insbesondere dadurch, daß der Ver
drehwinkel zwischen Eingangs- und Ausgangsglied nicht di
rekt gemessen wird, sondern mittels eines spielfreien Ge
triebes in eine dem Verdrehwinkel proportionalen Längsbewe
gung umgewandelt wird. Diese Längsbewegung ist ein Maß für
das anliegende Drehmoment und wird auf ein, mindestens ei
nen Nord- und mindestens einen Südpol aufweisendes, ring
förmiges Element übertragen. Im Übergangsbereich zwischen
Nord- und Südpol muß darauf geachtet werden, daß die Aus
richtung exakt senkrecht zu einer Achse des ringförmigen
Elementes erfolgt, um exakte Meßergebnisse zu erreichen.
Weiterhin ist es für eine hohe Genauigkeit der Meßergebnis
se erforderlich, das Getriebe so auszuführen, daß das ring
förmige Element nur eine Längsbewegung entlang einer vorbe
stimmten Achse ausführen kann. Diese Längsbewegung wird von
einem magnetoresistiven Sensor aufgezeichnet, an die Elek
tronikeinheit weitergeleitet und dort verarbeitet.
Für diese Erfordernisse sind verschiedene Getriebetypen
geeignet, besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung
von elastischen Gelenkgetrieben und Schraubengetrieben.
Zweckmäßigerweise kann die Elektronikeinheit zum Er
fassen der lenkungsspezifischen Parameter Drehmoment und
Lenkrichtung in einem einzigen Bauteil zusammengefaßt wer
den. Dies ergibt wiederum einen geringen Montageaufwand.
Durch die Verwendung eines Elektromotors als Servomo
tor können die gemessenen Parameter für die Regelung der
Motordrehzahl in einfacher Weise verwendet werden und somit
zu einem verbesserten Regelverhalten führen.
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 sind anhand der Zeichnungen verschiedenen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipge
mäß beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elek
trisch unterstützten Hilfskraftlenkung für
Kraftfahrzeuge am Beispiel einer Zahnstan
genlenkung mit einem Getriebe der Bauart
Schraubengetriebe;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer ein
elastisches Gelenkgetriebe aufweisenden
elektrisch unterstützten Hilfskraftlenkung
für Kraftfahrzeuge der Bauart Zahnstangen
lenkung;
Fig. 3 eine Darstellung der Abwicklung des in
Fig. 2 dargestellten elastischen Gelenkge
triebes und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen vorzugsweise
zu verwendenden Elektromotor.
Die Erfindung wird am Beispiel einer Hilfskraftlenkung
mit einem Zahnstangengetriebe erläutert. Mit gleicher Wir
kung kann die Erfindung jedoch auch auf andere Hilfskraft
lenkungen angewendet werden, beispielsweise solche mit Ku
gelmuttergetriebe oder solche, bei denen die Servoeinheit
in der Lenksäule angeordnet ist oder die Zahnstange um
schließt.
In der Fig. 1 ist als eine erste vorteilhafte Ausfüh
rungsform der Erfindung ein Gehäuse 1 dargestellt, in dem
ein mit einem Ausgangsglied 2 verbundenes Antriebsritzel 3
drehbar gelagert ist. Das Antriebsritzel 3 steht über eine
Zahnstange 4 mit nicht dargestellten, lenkbaren Rädern ei
nes Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung.
Bei Hilfskraftlenkungen mit Kugelmuttergetriebe ersetzt
eine Gewindespindel das Antriebsritzel 3.
Das Ausgangsglied 2 ist über ein drehelastisches Glied 5
mit einer Eingangswelle 6 der Hilfskraftlenkung verbunden.
Die Zahnstange 4 steht über ein, vorzugsweise als
Schneckengetriebe 7 ausgebildetes, Untersetzungsgetriebe
antriebsseitig mit einem als Elektromotor ausgeführten Ser
vomotor in Wirkverbindung. Der Servomotor kann auch als
Hydromotor ausgebildet sein.
Das Gehäuse 1 ist mit einem Deckel 9 und einer Erfas
sungseinheit 8 verbunden, die einen magnetoresistiven Sen
sor 10, nachfolgend (MR-)Sensor genannt, enthält.
Durch ein am Lenkhandrad aufgebrachtes Drehmoment wer
den das Ausgangsglied 2 und die Eingangswelle 6 relativ
zueinander verdreht.
Diese Relativbewegung wird mittels eines spielfreien Ge
triebes in eine proportionale Längsbewegung 11 umgesetzt
und auf ein ringförmiges Element 12 übertragen. Dieses
ringförmige Element 12 weist dabei mindestens einen, minde
stens einen Nord- und Südpol aufweisenden, Magnet 17 auf.
Ein Übergangsbereich 13 zwischen den einzelnen Polen liegt
exakt in einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse des
ringförmigen Elements 12 verläuft. Über ein Gewinde 15
schraubt sich das ringförmige Element 12 entlang einer vor
gegebenen Achse 14 und führt somit eine definierte Längsbe
wegung 11 aus. Dabei gleitet das ringförmige Element 12 in
einer Längsbewegung 11 spielfrei durch die Verwendung einer
Führung 16. Die Längsbewegung 11 wird von einem (MR-)Sen
sor 10 gemessen und in einer Erfassungseinheit 8 weiterver
arbeitet.
Eine Feder 18 sorgt dafür, daß das Getriebe spielfrei ar
beitet.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein elasti
sches Gelenkgetriebe 21 dargestellt, bei dem die Eingangs
welle 6 und das Ausgangsglied 2 durch Verbindungsstellen 19
und 20 drehfest und axial fixiert miteinander verbunden
sind. Das ringförmige Element 12 trägt den Magnet 17 und
ist über elastische Zwischenglieder 21 mit den Verbindungs
stellen 19 und 20 gekoppelt.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Abwicklung des in
Fig. 2 dargestellten elastischen Gelenkgetriebes. Das ring
förmige Element 12 und die Verbindungsstellen 19 und 20
sind über elastische Zwischenglieder 21 miteinander verbun
den. Wird am Lenkhandrad ein Lenkmoment aufgebracht, so
wird dies über eine Kinematik 23 von der Eingangswelle 6 an
das Ausgangsglied 2 weitergeleitet.
Der auftretende Verdrehwinkel von Eingangswelle 6 und
Ausgangsglied 2 zueinander ist ein Maß für das anliegende
Lenkmoment und wird über den (MR)-Sensor 10 gemessen und an
die Erfassungseinheit 8 weitergeleitet.
Das Ausgangsglied 2 ist über ein Schneckengetriebe 7
mit einem in Fig. 4 dargestellten Elektromotor verbunden.
Die Hauptkomponenten des Elektromotors 24 sind ein Rotor 25
und ein Stator 26. Der Stator 26 ist gehäusefest, der Ro
tor 25 ist mit einer Abtriebswelle 27 und damit mit einer
Schnecke 28 verbunden. Diese Schnecke 28 bildet zusammen
mit einem Schneckenrad 29 das Schneckengetriebe 7. Über
einen Magnetring 30 wird die Rotordrehzahl gemessen. Über
die Schnecke 28 und das Schneckenrad 29 des Schneckenge
triebes 7 besteht eine mechanische Verbindung zwischen dem
Magnetring 30 und dem mit dem Ausgangsglied 2 verbundenen
Antriebsritzel 3.
1
Gehäuse
2
Ausgangsglied
3
Antriebsritzel
4
Zahnstange
5
drehelastisches Glied
6
Eingangswelle
7
Schneckengetriebe
8
Erfassungseinheit
9
Deckel
10
(MR)-Sensor
11
Längsbewegung
12
ringförmiges Element
13
Übergangsbereich
14
Achse
15
Gewinde
16
Führung
17
Magnet
18
Feder
19
Verbindungsstelle
20
Verbindungsstelle
21
elastisches Zwischenglied
22
Steg
23
Kinematik
24
Elektromotor
25
Rotor
26
Stator
27
Abtriebswelle
28
Schnecke
29
Schneckenrad
30
Magnetring
Claims (6)
1. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für
Kraftfahrzeuge mit einer Eingangswelle (6), die mit einem
Lenkhandrad zur Übertragung eines für das Lenken von zu
lenkenden Rädern erforderlichen Lenkdrehmomentes in Wirk
verbindung steht, einem Ausgangsglied (2), das mit zu len
kenden Rädern in Wirkverbindung und mit einem Servomotor,
der direkt oder indirekt eine Hilfskraft auf das Ausgangs
glied (2) ausüben kann, wobei die Eingangswelle (6) und das
Ausgangsglied (2) über ein drehelastisches Glied (5) derart
miteinander verbunden sind, daß zwischen der Eingangswel
le (6) und dem Ausgangsglied (2) eine begrenzte Verdrehbe
wegung möglich ist und einer Erfassungseinheit (8), die
mindestens einen Sensor enthält, zum kontaktfreien Erfassen
der Richtung und der Stärke eines auf die Eingangswelle (6)
wirkenden Lenkdrehmomentes und weiterer lenkungsspezifi
scher Parameter, dadurch gekennzeichnet,
daß die Eingangswelle (6) mit dem Ausgangsglied (2) über
ein spielfreies Getriebe in Wirkverbindung steht, das die
begrenzte Verdrehbewegung zwischen der Eingangswelle (6)
und dem Ausgangsglied (2) in eine proportionale Längsbewe
gung (11) umwandelt und diese Längsbewegung (11) auf ein,
mindestens einen Nordpol und mindestens einen Südpol auf
weisendes, ringförmiges Element (12) für die Erfassung al
ler für die Funktion der Lenkung erforderlicher Parameter
überträgt, so daß über einen zugeordneten (MR-)Sensor (10)
die relative Lage der Eingangswelle (6) und des Ausgangs
gliedes (2) zueinander erfaßt werden kann.
2. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Getriebe spielfrei ausgebildet ist, so daß das ringförmige
Element (12) nur eine Längsbewegung entlang einer Ach
se (14) ausführen kann.
3. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für
Kraftfahrzeuge nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das ringförmige Element (12) durch
eine Feder (18) vorbelastet wird, um die Spielfreiheit des
Getriebes zu gewährleisten.
4. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für
Kraftfahrzeuge nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Übergangsbereich (13) zwischen
Nord- und Südpol in einer Ebene liegt, die senkrecht zur
Achse (14) des ringförmigen Elementes (12) verläuft.
5. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für
Kraftfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Servomo
tor ein Elektromotor ist.
6. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für
Kraftfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß lediglich
eine Erfassungseinheit (8) zum Erfassen der lenkungsspezi
fischen Parameter Drehmoment und Lenkrichtung benötigt
wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999135283 DE19935283A1 (de) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999135283 DE19935283A1 (de) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19935283A1 true DE19935283A1 (de) | 2000-11-02 |
Family
ID=7916243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999135283 Withdrawn DE19935283A1 (de) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge |
Country Status (1)
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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