DE2042428A1

DE2042428A1 - Lenkeinrichtung fur Fahrzeuge, insbe sondere Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkservo

Info

Publication number: DE2042428A1
Application number: DE19702042428
Authority: DE
Inventors: Harald Dr Ing 3301 Flechtorf M Schimkat
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1970-08-27
Filing date: 1970-08-27
Publication date: 1972-03-02
Also published as: FR2106072A5; US3782490A

Description

Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkservo

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für Fahrzeuge mit einem Lenkgetriebe und einem Lenkservo. In erster Linie soll die Erfindung bei Kraftfahrzeugen Anwendung finden, jedoch läßt sie sich mit Vorteil auch bei anderen Fahrzeugen, beispielsweise Wasserfahrzeugen, einsetzen, wenn diese mit einem eine Lenkübersetzung besitzenden Lenkgetriebe und einem Lenkservo ausgestattet sind.

Schon mit Rücksicht darauf, daß die Lenkeinrichtung bei einem Ausfall des Lenkservos die Änderung der Fahrtrichtung von Hand zulassen muß, ist man daran interessiert, Lenkgetriebe mit großer Übersetzung zu verwenden, die bekanntlich nur kleine Lenkmomente erfordern. Auf der anderen Seite besitzen der- ' ™ artige Lenkgetriebe mit großer Übersetzung den Nachteil, daß erst große Einschläge des Lenkrades zu einem bestimmten Einschlag der gelenkten Bäder führen. Dies kann zwar beim Hotbetrieb nach Ausfall des Lenkservos in Kauf genommen werden, nicht aber für den normalen Fahrbetrieb mit eingeschaltetem Lenkservo.

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkeinrichtung zu schaffen, die es gestattet, ein kleine Lenkmomente erforderndes Lenkgetriebe mit großer Übersetzung zu verwenden, ohne daß der

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beschriebene Nachteil während des Betrieben mit dem Lenkservo in Kauf genommen werden muß. Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lenkgetriebe und Lenkservo zumindest ein Glied angeordnet ist, das ohne Änderung des Lenkmomentes der Lenkübersetzung des Lenkgetriebes eine von der Fahrseuggeschwindigkeit unabhängige weitere Übersetzung überlagert.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung ist also darin zu sehen, daß zwischen Lenkgetriebe und Lenkservo Glieder angeordnet sind, deren Übersetzung so gewählt ist, daß sie die Lenkübersetzung des Lenkgetriebes im gewünschten Maße kompensiert.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch au8, daß dem Glied eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Steuergröße ν aufgeschaltet ist und es eine Übersetzung a + f (—) besitzt, in der a die weitere Übersetzung und f (—) eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sind. Zwar ist es beispielsweise aus den deutschen Patentschriften 1 116 988 und 1 153 646, 63c-47, an sich bekannt, zwischen einer BedienungBvorrichtung für einen Servo und diesem ein Glied, beispielsweise in Gestalt eines Verstärkers, anzuordnen, dessen Ausgangsgröße umgekehrt proportional der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit bzw. dem Quadrat derselben ist. Da bei diesen bekannten Lenkeinrichtungen aber ein Lenkgetriebe fehlt, stellt eich dort das der Erfindung zugrundeliegende Problem der Kompensation der Lenkübersetzung dieses Lenkgetriebes nicht. Das bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendete Glied löst also zugleich zwei Aufgaben, indem es einerseits - wie auch die erwähnten bekannten Anordnungen - dem Lenkeervo eine Betätigungsgröße zuführt, die mit zunehmender Fahrzeug-

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geschwindigkeit kleiner wird, und indem es andererseits dem Lenkservo eine weitere Betätigungsgröße eingibt, die unabhängig von der Fahrzeuglängsgeschvrindigkeit gehalten wird. Diese auf dem konstanten Anteil a der Übersetzung des erfindungsgemäß verwendeten Gliedes beruhende Betätigungsgröße ist so gewählt, daß sie die Lenkübersetzung des Lenkgetriebes ganz oder teilweise kompensiert. In der Regel wird man nur eine teilweise Kompensation vornehmen, da eine direkte Übersetzung der aus dem Lenkgetriebe, dem erfindungsgemäß verwendeten Glied sowie etwaigen weiteren Einrichtungen vor dem Lenkservo bestehenden Anordnung nur in relativ seltenen Fällen erwünscht ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung findet ein Glied mit von Hand einstellbarer weiterer Übersetzung Verwendung. Hier wird dem Fahrer also die Möglichkeit gegeben, nach Wunsch die Übersetzung des Eingangskreises des Lenkservos einzustellen. Beispielsweise kann er hier im Stadtverkehr eine andere Übersetzung wählen als im Aut obahnve rkehr.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist ferner darin · i zu sehen, daß das Lenkmoment, also letztlich die vom Fahrer aufzubringende Kraft zur Erzeugung eines bestimmten Einschlags der Fahrzeugräder, unverändert bleibt. Dies hat Vorteile hinsichtlich der Konstanz des Fahrgefühls, d.h. der konstanten Bewertung der von den Fahrzeugrädern

o. dgl. über das Lenkrad erfolgenden Rückmeldesignale.

Die Erfindung umfaßt auch eine Lenkeinrichtung, bei der das Glied mit auf geschalteter Steuergröße und das von Hand

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einstellbare Glied parallel zueinander angeordnet und ihre Ausgänge über ein dem Lenkservo vorgeschaltetes Additionsglied zusammengefaßt sind. Dieses Additionsglied kann ein übliQher Summier verstärker sein, der gegebenenfalls einen weiteren Eingang zur Zuführung einer Regelgröße zum Eingang des Lenkservos besitzt. Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung bietet mithin die vorteilhafte Möglichkeit, den Lenkservo sowohl als echte Unterstützung des Fahrers bei gewollten Fahrbefehlen als auch im Rahmen eines Regelkreises auszunutzen, der beispielsweise Fahrzeugquerbewegungen infolge störender Seitenkräfte selbsttätig ganz oder teilweise ausregelt.

Insbesondere bei Verwendung eines von Hand einstellbaren Gliedes bietet die Erfindung die weitere Möglichkeit, die Lenkübersetzung des Lenkgetriebes veränderbar zu machen.

Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung, während Figur 2 zur Erläuterung der Funktion dient und Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für ein Additionsglied darstellt, das aber beispielsweise auch durch ein Planetengetriebe verifiziert sein kann.

In Figur 1 ist mit 1 allgemein das Fahrwerk des Fahrzeuges bezeichnet. Eier ist angenommen, daß es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug handelt. Den am Lenkrad 2 sitzenden Fahrer werden über den Informationsweg 3 Informationen über der Fahrzustand zugeführt. Unter Berücksichtigung dieser Informationen sowie im Hinblick auf den gewünschten Kurs des Fahrzeuges gibt der Mensch über das Lenkgetriebe 4 Lenkbefehle 1 auf den Meßgeber 51 der seinerseits über noch zu beschreibende, parallel geschaltete Glieder 6

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und 7 und den Suamierverstärker 8 mit dem Eingang des Lenkservos 9 in Verbindung steht. Während also der bisher beschriebene Kreis den Lenkservo letztlich in Abhängigkeit

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von den Lenkbefehlen 1 des Menschen ansteuert, bildet der Lenkservo 9 in dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel zugleich einen Bestandteil eines Regelkreises zum Ausregeln unerwünschter Fahrzeugquerbewegungen. Dieser Regelkreis enthält als wesentliche Bestandteile ferner den Meßgeber 10, der den unerwünschten Fahrzeugquerbeschleunigungen entsprechende Regelsignale an den Regler 11 abgibt, der seinerseits an den Summierverstärker 8

eine Regelgröße abgibt. Diese Regelgröße kann so bemessen i

sein, daß - beispielsweise durch Zuführung von den Lenkbefehlen 1 entsprechenden Signalen zu einem weiteren Eingang des Reglers 11 - eine Regelgröße am Summierverstärker 8 nur dann ansteht, wenn die mittels des Meßgebers 10 erfaßten Querbeschleunigungen durch Störkräfte, nicht aber durch Lenkbefehle hervorgerufen sind.

Der Lenkservo 9 arbeitet über die Selbsthemmung 12, die durch ein Schneckengetriebe gebildet sein kann, und den Endschalter 15 auf das als Additionsglied ausgebildete Verknüpfungsglied 14· Die Selbsthemmung sorgt dafür, daß in den Lenkservo vom Fahrzeug 1 stammende Signale nicht ' " einlaufen können, also Befehle nur vom Lenkservo in Richtung auf das Fahrzeug gegeben werden. Der Endschalter 13 unterbricht den Eege!kreis bzw. den Betätigungskreis für die Lenkung beispielsweise dann, wenn unzulässig große Regelbefehle gegeben werden oder ein Fehler in der Anordnung auftritt.

Wie aus der Figur ersichtlich, werden die Lenkbefehle 1 über den parallel zu der beschriebenen Anordnung verlaufenden Befehlsweg15 ebenfalls auf das Verknüpfungsglied 14 gegeben. Es beeteht daher die Möglichkeit, auch

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mach dem Ansprechen des Endschalters 13 das Fahrzeug zu lenken; außerdem kann durch unterschiedliche Wichtung der vom Lenkservo 9 kommenden Lenkbefehle sowie der vom Menschen gegebenen Befehle 1 der direkte überwiegende Einfluß des Menschen auch beim Arbeiten des Lenkservos bestehen bleiben.

Wesentliche Bestandteile der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung sind, wie bereits bemerkt, die parallel liegenden Glieder 6 und 7· Betrachtet man zunächst das Glied 6, so ist es in der Weise ausgelegt, daß es eine Übersetzung der an seinem Eingang stehenden Signale in am Eingang des Summierverstärkers 8 stehende Signale vornimmt, die einerseits eine geschwindigkeitsunabhängige Komponente a und andererseits eine von der Fahrzeuggaschwindigkeit derart abhängige Komponente beinhalten, daß diese letztgenannte Komponente mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit immer kleiner wird. Da hierbei das Übersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes ungeändort bleibt, bleibt auch das Lenkmoment unverändert.

Betrachtet man das Diagramm nach Figur 2, so sind dort die beiden Komponentendes Übersetzungsverhältnisses ü des Gliedes 6 über der von der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit abhängigen, dem Glied 6 aufgeschalteten Steuergröße ν aufgetragen: Während beim Fehlen einer geschwindigkeitsunabhängigen übersetzung der Größe a die geschwindigkeitsabhängige Komponente f (^r) bei sehr großen Geschwindigkeiten und damit sehr großen Werten von ν in die Abzissenachse (ü=O) einlaufen würde, erfolgt dieeer Einlauf in die Linie U-*. Diese konstante Komponente a der Übersetzung des Gliedes ist so gewählt, daß die Gesantübersetzung zwischen dem Eingang des Lenkgetriebes 4 und dem Eingang des Lenk-

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servos 9 einen gewünschten Wert nicht tiberschreitet (oder gegebenenfalls unterschreitet), obwohl das Lenkgetriebe A mit kleinem Lenkmoment und damit großer Übersetzung arbeitet.

Während das Glied 6 automatisch durch die Steuergröße ν gesteuert ist, gestattet das Glied 7 eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses der Strecke Eingang lenkgetriebe 4- Eingang Ienkservo 9 vorzunehmen. Eine solche

Handeinstellung kann beispielsweise dann sinnvoll sein, *

wenn das Lenkgetriebe 4 ebenfalls verschieden große Übersetzungen und damit verschieden große Lenkmomente einzustellen gestattet.

Die Glieder 6 und 7 können nach Art von Keglern aufgebaut sein, wie sie beispielsweise in folgenden Literaturstellen beschrieben sind:

a) "Operationsverstärker und ihre Schaltungstechnik" , Verf.: Dipl.-Ing. W. Schaufelberger, 4. Aufl., Herausg.: Kontron GmbH & Co. EG, München;

S. 11, 14, 16. _% (

b) "Operationsverstärker, Theoretische Grundlagen und Anwendungsbeispiele", Verf.: Dieter Bendisch, I969 Herausg.: Alfred Neye, Enatechnik, Hamburg-Quickborn;

S. 7 ff,

c) "Linear Integrated Circuits", Verf.: Radio Corporation of America, Herausg.: Alfred Neye, Enatechnik; S. 75 ff, 235 ff.

Figur 3 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel für das in

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Figur 1 mit 15 bezeichnete Verknüpfungsglied, Es handelt sich hierbei praktisch um eine mechanische Additionsschaltung. Durch starke Striche sind diejenigen Teile hervorgehoben, die bereits bei bekannten Lenkeinrichtungen ohne Regelung verwendet sind. Ein besonderer Vorteil der hier in Figur 3 dargestellten Auslegung des dritten Verknüpfungsgliedeß ist daran zu sehen, daß die Lenkgeometrie der bekannten Anordnung erhalten bleibt. Auch in der Anordnung nach Figur 3 ist nämlich die Spurstange 40 über gelenkige Verbindungen 41 und 42 durch Hebel 43 und 44 parallel geführt, die ihrerseits bei 45 und 46 schwenkbar gelagert sind. Wie schon bei bekannten Einrichtungen sind die Achsen 47 und 48 der Räder 49 und 50 mittels Achsschenkelbolzen 51 und 52 um senkrechte Achsen schwenkbar gelagert. Die Schwenkbewegung wird über Hebel 53 und 54» die mit ihrem einen Ende schwenkbar an die Spurstange 40 angelenkt sind, und Hebel 53' und 54'» die fest mit j den Achsen 47 und 48 verbunden sind, auf die letzteren übertragen.

Während aber üblicherweise die von dem Lenkgetriebe ausgeübten Lenkkräfte in dem Hebel 43 eingeführt werden, ist hierfür in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 eine zusätzliche Hebelanordnung vorgesehen, in die gleichzeitig die von dem Lenkservo aus den Regelgrößen gewonnenen Stellgrößen eingeleitet werden. Diese zusätzliche Hebelanordnung enthält als wesentlichen Bestandteil den Additionshebel 55» der als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist. Dabei erstreckt eich jeder der Arme 56 und 57» ausgehend von der Drehver bindung 58 mit der Spurstange 40, zu einem der beiden Hebel hin. Betrachtet man zunächst das in der Figur obere Hebel ende, bo trägt es die Relativdrehungen zulassende Lagerung

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59 für den Schwingungsdämpfer 60 und den Hebel 61, der bei 62 ebenfalls drehbar mit dem Hebel 63 verbunden ist, in den die vom Lenkgetriebe abgegebenen, den Lenkbefshlen des Menschen entsprechenden Kräfte eingeleitet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß diese Kräfte als Drehkräfte eingeleitet werden, die eine Winkelverstellung des Hebels 63 gemäß dem eingezeichneten Doppelpfeil hervorrufen·

Das Entsprechende gilt für die Einleitung der Stellgröße i

in die zusätzliche Hebelanordnung. Diese Einleitung erfolgt an dem Hebel 64, der über den schwenkbar mit ihm verbundenen Hebel 65 mit dem Gelenk 66 an dem in der Figur unteren Ende des Additionshebels 55 in Verbindung steht. Die beiden zur Krafteinleitung dienenden Hebel 63

i und 64 sind an ihren freien Enden gelagert. I

Nimmt man zum Verständnis der Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung einmal an, es träte am Anfang des Summier-Verstärkers 8 keine Größe auf, so daß in den Hebel 64 keine Kräfte eingeleitet werden, und der Fahrer würde Lenkbefehle geben, so erfolgt eine Verstellung der dargestellten Anordnung nur durch Schwenken des Hebels 63 beispiels- . ^ weise im Uhrzeigersinn. Das hat zur Folge, daß das Lager 67 am oberen Ende des Hebels 64 an seinem Ort bleibt und das Lager 59 Schwenkbewegungen ausführt. Dabei nimmt es über die Drehverbindung 58 die Spurstange 40 in der Figur von links nach rechts um eine Strecke mit, die von der Dimensionierung der beiden Hebelarme 56 und 57 abhängt. Die Parallelbewegung der Spurstange 40 erfolgt dabei so, daß die Lagerstellen 4I und 42 sich auf Kreisbögen um die Lager 45 und 46 be-

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wegen. Die Folge davon ist - wie in der Figur dargestellt - ein Einschlagen der Räder in Eichtang nach rechts.

Betrachtet man nur die zusätzliche Hebelanordnung, so ergibt sich eine praktisch umgekehrte Wirkungsweise, wenn nur vom Regelkreis her eine Kraft in den Hebel eingeleitet wird. Jetzt bleibt der Ort des Gelenkes erhalten; im übrigen wird auch jetzt die Spurstange in der Figur nach rechts verschoben.

Die Erfindung bietet die vorteilhafte Möglichkeit, bei kleinen Geschwindigkeiten denselben Radeinschlag mit kleinerem Lenkradeinschlag als bei großen Geschwindigkeiten zu erzielen, wobei aber das Lenkmonient unverändert, d.h. das Fahrgefühl unverändert bleibt. Diese Vorteile ergeben sich auch dann, wenn eine Regeleinrichtung zum Ausregeln störender Querbeschleunigun^en des Fahrzeuges vorhanden ist.

Die erfindungsgemäße Lenkeinrichtung kann mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten.

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Claims

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Ansprüche

Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahr-V zeuge, Eiit einem Lenkgetriebe und einem Lenkservo, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lenkgetriebe und Lenkservo zumindest ein Glied angeordnet ist, das ohne Änderung des LenkmomenteE) der Lenkübersetzung des Lenkgetriebes eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängige weitere Übersetzung üuirlegert,
2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Glied eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Steuergröße ν aufgeschaltet ist \ind es eine Übersetzung a + f (y) besitzt, in der a die weitere Übersetzung und f (y) eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sind.
3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glied mit von Hand einstellbarer weiterer Übersetzung verwendet ist.
4. Lenkeinrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch ' ™ gekennzeichnet, daß das Glied mit aufgeschalteter Steuergröße und das von Hand einstellbare Glied parallel zueinander angeordnet und ihre Ausgänge über ein dem Lenkservo vorgeschaltetes Additionsglied zusammengefaßt sind.
5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4i dadurch gekennzeichnet, daß das Additionsglied einen weiteren Eingang zur Zuführung einer Regelgröße besitzt.

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6. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, da~ durch gekennzeichnet, daß die Lenkubersetzung dec Lenkgetriebes veränderbar ist.

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