DE2104037C3 - Servolenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Servolenksystem laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Zur besseren Anpassung des Lenksystems von Kraftfahrzeugen an die täglichen Gebrauchsbedingungen ist es bekannt, das Untersetzungsverhältnis eines zwischen Lenkradachse und Lenkzapfen vorgesehene mechanischen Getriebes so auszubilden, daß es von der Mittelstellung zu den äußeren Lenkstellungen abnimmt (US-PS 28 65 215; 28 65 216 und 29 53 932). Hierdurch wird in der Geradeausstellung, der häufigsten Fahrstellung, eine relativ indirekte Lenkung und mit zunehmendem Radeinschlag, beispielsweise beim Einparken, eine immer direktere Lenkung erzielt. Ein solches Lenksystem ist damit in den äußeren Schwenkstellungen relativ schwer zu betätigen, weil das erforderliche Lenkmoment in Richtung größerer Lenkeinschläge stark zunimmt, wie dies in dem Einschlag-Drehmoment-Diagramm nach F i g. 5 mit der Kurve 30 angedeutet ist. Es ist bekannt (US-PS 28 65 216), einem solchen Lenksystem einen Servomotor zuzuordnen, der während größerer Lenkradeinschläge, beispielsweise beim Einparken oder bei Kurvenfahrt mit geringer Geschwindigkeit, wirksam wird und somit auch das herabgesetzte Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes in den äußeren Schwenkstellungen ausgleichen kann, etwa gemäß Kurve 31 in Fig.5. Es ist ferner bekannt (US-PS 28 65 215) hierfür einen hydraulischen Kolben-Servomotor vorzusehen, dessen Arbeitsdruck mit zunehmendem Lenkmoment allmählich erhöht wird, der also bei zunehmendem Radeinschlag ein größer werdendes Hilfsmoment aufbringt, vergleichbar der Kurve 30 in F i g. 5. Dabei wirkt der Servomotor über einen Hebel mit nahezu konstantem Übersetzungsverhältnis direkt auf den Lenkzapfen, so daß das mechanische Getriebe das übertragende Moment nicht ändert. Zwar ist es auch bekannt (US-PS 29 53 932), einen Servomotor mit veränderlichem mechanischem Untersetzungsverhältnis als Hilfskraftgeber einzusetzen, jedoch ist dieser mit der Schnecke der Lenkradachse unmittelbar verbunden, arbeitet also über das gleiche Getriebe auf den Lenkzapfen, so daß er mit dem gleichen von der Mittelstellung nach außen hin abnehmenden Untersetzungsverhältnis wie das Lenkrad, d. h. mit einem von der Mittelstellung nach außen hin abnehmenden Drehmoment, auf den Lenkzapfen einwirkt, wie dies in Kurve 32 nach F i g. 5 dargestellt ist S Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lenksystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem auf mechanische Weise in der Geradeausstellung ein relativ geringes Lenkdrehmoment und mit zunehmendem Radeinschlag ein zunehmend größeres Drehmoment

ίο auf den Lenkzapfen wirkt

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Servolenksystem laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch seine kennzeichnenden Merkmale gelöst Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

is Bei dem erfindungsgemäßen Servolenksystem läßt sich mit dem zwischen Servomotor und Lenkzapfen zwischengeschalteten zweiten mechanischen Getriebe von veränderlichem Untersetzungsverhältnis das vom Servomotor gelieferte Drehmoment an das sich aus dem veränderlichen Übersetzungsverhältnis des mechanischen Lenkgetriebes zwischen Lenkradachse und Lenkzapfen ergebende Drehmoment genauer und lediglich abhängig vom Einschlagwinkel anpassen. Die damit unabhängig von dem jeweils erforderlichen tatsächlichen Lenkmoment in der Geradeausstellung geringere Servokraft vermittelt dem Fahrer auch ein besseres Lenkgefühl, denn er muß in dieser häufigsten Fahrstell'jng für Lenkmanöver, von Hand mehr Kraft aufbringen als in den weniger häufigen Fahrstellungen mit relativ großen Radeinschlag. In der Geradeausstellung kann der Servomotor das geringere Moment auch mit einem kleineren Kolbenweg erzeugen und somit auch schneller auf den Lenkzapfen einwirken, so daß auch die Ansprechempfindlichkeit des Servosystems in dieser Fahrstellung größer ist. Es ergibt sich auch ein einfacherer Gesamtaufbau des Servosystems, da die komplizierte hydraulische Steuerung wegfällt

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 bis 3 zeigen teilweise im Schnitt längs der Linie M-Il und lü-III ein erfindungsgemäßes Servolenksystem.

F i g. 4 zeigt den Einbau eines solchen Systems bei

einem üblichen Fahrzeuglenksystem.

F i g. 5 zeigt anhand eines Diagramms den Drehmomentverlauf in Abhängigkeit vom Einschlagwinkel für verschiedene Servolenksysteme.

F i g. 4 zeigt die Anwendung des Servolenksystems

bei einer üblichen Fahrzeuglenkung. Das Lenksystem umfaßt ein Lenkgetriebe 10, das über das Lenkrad 12 und die Lenksäule ti verdrehbar ist. Im Lenkgetriebe 10 ist der Lenkzapfen 13 gelagert, der über einen Arm 14 mit dem Lenkgestänge 15 verbunden ist, das über die Lenkstangen 16 und 17 auf die Räder 18 und 19 wirkt. Das Lenkgestänge ist über einen Zwischenhebel 20 am Fahrzeugrahmen 21 angelenkt.

Nach den F i g. 1 bis 3 treibt die Lenkradwelle 11 eine Schnecke 25 an, und zwar über eine mit Spiel behaftete Verbindung bestehend aus einer Torsionsstange 26 und einer Keilverzahnung 24. Die Schnecke 25 steht über eine Kupplung 27 mit der Hülle 23 eines in der Mitte offenen drehbaren Lenkventils in Verbindung. Beim Verdrehen der Welle 11 wird der Lenkzapfen 13 durch die in die Schnecke 25 eingreifende Übertragungsrolle 29, die schwenkbar auf einem quer zur Achse des Lenkzapfens 13 angeordneten Stift 28 gelagert ist, hin und her geschwenkt. Die Schnecke 25 besitzt ein sich

änderndes Übersetzungsverhältnis, d. h. die schraubenförmige Nut dieser Schnecke weist eine veränderliche Steigung auf und es wird somit ein relativ hohes Lenkunlersetzungsverhältnis in der Mittelstellung bzw. in der Geradeausstellung gewährleistet, das ziemlich schnell abnimmt, sobald die Räder aus der Mittelstellung herausgeschwenkt werden. Mit zunehmendem Einschlag der Räder wird dann dieses Untersetzungsverhältnis allmählich herabgesetzt

Die ServoLtift wird über eine hin und her bewegbare Zahnstange 42 aufgebracht, die mit einer Verzahnung 43 zusammenarbeitet, die am Lenkzapfen 13 ausgebildet ist und die in Eingriff mit dieser Zahnstange durch einen Lagerblock 44 gehalten ist, der seinerseits einstellbar von einer Schraube 45 mit Feststellmutter 46 unterstützt ist Die Zähne 43a und 42a sind nach F i g. 3 mit einem veränderlichen Übersetzungsverhältnis ausgestattet Der Teilkreis 47 des Zahnrades 43 besitzt den kleinsten Radius um die Drehachse 13a des Lenkzapfens 13 am Mittel- oder Geradeaus-Punkt 48 und dieser Radius nimmt von diesem Mittelpunkt aus nach außen hin zu. Die Teilkreislinien der Zähne 42a der Zahnstange 42 passen zusammen mit dem Teilkreis der Zähne 43a und das Verhältnis der Kraftübertragung von der Zahnstange zum Lenkzapfen 13 nimmt also zu, wenn die Zahnstange 42 aus der dargestellten Mittelstellung herausbewegt wird. Diese Zunahme ist so bemessen, daß mit üblichen voll geöffneten Lenkventilen und bei höchstem Pumpendruck im wesentlichen das Drehmoment erzeugt wird, wie dies mit der Kurve 30 in Fi g. 5 Für ein bestimmtes Fahrzeug bei dessen Stillstand und bei angezogener Bremse angegeben ist. Damit wird nicht nur ein genügendes Drehmoment in den äußeren Schwenkstellungen der Räder des Kraftfahrzeuges erreicht, sondern in der Geradeaus-Stellung wird auch ein geringeres Drehmoment erzeugt.

Die verschiedenartigsten Kraftfahrzeugtypen haben auch die verschiedenartigsten Lenkeigenschaften und Lenkbelastungen sowie Empfindlichkeitsforderungen. Um eine einwandfreie Drehmomentübertragung zu erzielen, sollte deshalb diese im wesentlichen unabhängig von dem Schmierzustand des Lenkgetriebes sein. Es ist deshalb wichtig, die Reibungsverluste so klein wie möglich zu halten. Die meisten bisher bekannten Systeme dieser Art weisen große Reibungsverluste im Kraftüoertragungsweg auf. Im Hinblick auf die sehr unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Kraftfahrzeugfabrikate ist es außerdem wünschenswert, daß die Verbindung zwischen dem Kolben 41 und dem Lenkzapfen 13 mit dem sich ändernden Übersetzungsverhältnis sehr anpassungsfähig ist Beide Forderungen werden durch die erfindungsgemäße Anordnung erfüllt, denn der Servomotor ist mit dem Lenkzapfen durch eine Zahnradverbindung mit variablem Übersetzungsverhältnis verbunden, bei welcher die Übertragung der Kräfte über einen Gleit- und Abrollkontakt erfolgt Dieser Kontakt wird durch die Verzahnung 42 und 43 hergestellt Die Verzahnungen 42 und 43 gewährleisten eine Kraftübertragung, die durch geeignete Wahl der verschiedenen Teilkreisbeziehungen geändert werden kann, ohne daß hierzu irgendwelche anderen Teile als der Lenkzapfen mit seinem damit verbundenen Zahnsegment und die Zahnstange geändert werden müssen. Nachdem die Drehmomenterfordernisse bei jedem Fahrzeug am Lenkzapfen analysiert werden können, kann an diesem Punkt auch das zur Verfügung stehende Drehmoment bestimmt werden, und es können auch sehr einfach die erforderlichen Teilkreise 47 und 48a sowie Formen für die Zähne dieses Getriebes ermittelt werden.

Aus den Figuren geht hervor, daß die Zähne der Zahnstange 42 und des Lenkzapfens 13 sehr einfach herstellbare Flächen aufweisen. Durch Beschränkung der Zahnform ausschließlich auf gerade oder gekrümmte Flächen mit konstantem Radius ist die Herstellung solcher Zähne sehr einfach und es ist hierzu keine komplizierte Zahnradherstellungsmaschine nötig. Die Zähne können auf den beiden Teilen einfach durch Ausräumen ausgebildet werden, einer sowohl von dem Zeitaufwand als auch von den Werkzeugen her gesehen sehr einfachen Herstellungstechnik.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Servolenksystem mit einem ersten mechanischen Lenkgetriebe, dessen Untersetzungsverhältnis zwischen Lenkradachse und Lenkzapfen von der Mittelstellung zu den äußeren Schwenkstellungen abnimmt, und mit einem Servomotor, der über ein zweites Getriebe mit von der Mittelstellung zu den äußeren Schwenkstellungen zunehmendem Moment auf den Lenkzapfen wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Getriebe als mechanisches Getriebe (42,43) ausgebildet ist und mit einem von der Mittelstellung zu den äußeren Schwenkstellungen hin zunehmenden Untersetzungsverhältnis auf den Lenkzapfen (13) wirkt

2. Servolenksystem nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß daer Kolben (41) des Servomotors über eine Zahnstange (42) mit einem auf dem Lenkzapfen (13) angebrachten Zahnrad (43) zusammenwirkt und dieses Zahnrad (43) einen von der mittleren Eingriffstellung (48) nach beiden Seiten hin zunehmenden Teilkreisradius (47,4Sa) besitzt.