DE19935283A1

DE19935283A1 - Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19935283A1
Application number: DE1999135283
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Willi Nagel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2000-11-02

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.

Bezugszeichen

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

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.