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Einrichtung zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Lenkung eines Kraftfahrzeuges mit einer unterbrochenen Lenksäule,
einer die beiden Lenksäulenteile kraftschlüssig verbindenden Vorrichtung und einem
auf diese Vorrichtung über ein Getriebe einwirkenden Elektromotor, der von einem
das Drehmoment am lenkradseitigen Lenksäulenteil messenden Geber gesteuert wird
und die Lenksäulendrehung unterstützt.
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Eine derartige Einrichtung ist durch die DT-OS 1 811 845 bekannt.
Bei dieser bekannten Einrichtung ist die Vorrichtung durchsein Zahnradgetriebe gebildet,
auf das der Elektromotor iiber ein gesondertes Getriebe einwirkt. Der Elektromotor
ist nach dem Ansprechen des das (ReaRtions-) Drehmoment an der Lenksäule messenden
Gebers dauernd in Betrieb. Er wird nur dann außer Betrieb gesetzt, wenn kein Drehmoment
mehr vorhanden ist oder wenn die Lenksäule ihren Volleinschlag erreicht. Bei einer
derartigen Einrichtung wirkt der Elektromotor immer mit der gleichen Kraft auf die
Vorrichtung ein, unabhangig davon, welche Geschwindigkeit das Kraftfahrzeug hat,
Nun sind aber die zur Lenkung erforderlichen Kräfte
bei mittleren
und höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten wesentlich kleiner als bei niedrigen, so daß
es ab einer gewissen Fahrzeuggeschwindigkeit meistens gar keiner Lenkunterstützung
bedarf. Wenn die Lenkunterstützung so gewählt ist, daß sie - wie es an sich erforderlich
ist - bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit sehr wirksam ist, so ist eine extreme
Leichtgängigkeit der Lenkung bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten die Folge. Vielfach
ist für den Fahrzeugführer eine extreme Leichtgängigkeit der Lenkung bei höheren
Fahrzeuggeschwindigkeiten aber ausgesprochen unangenehm, da unabsichtliche Lenkradeinschläge
sofort große Lenkwirkungen nach sich ziehen. Aufgrund der Massenträgheit der bewegten
Lenkungsteile kann die Lenkunterstützung auch dann noch vorhanden sein, wenn bereits
gegengelenkt wird, was bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten weiter zur Fahrunsicherheit
beiträgt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der die genannten Nachteile vermieden sind. Dies
wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Kraftschluß zwischen Elektromotor
und Vorrichtung mittels einer elektromagnetischen Kupplung abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit
aufhebbar ist. Die Lenkradbetätigung bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten wird
durch die dann frei mitlaufenden Kupplung oder Getriebeteile nicht erschwert. Die
elektromagnetische Kupplung wird vorzugsweise ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit von
20 km/h ausgeschaltet.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Vorrichtung
durch eine Verbindungswelle gebildet, die am Motprgehäuse oder/und an einem mit
dem Motorgehäuse verbundenen Gehäuseteil gelagert ist. Diese Verbindungswelle kann
mittels je einer Klauenkupplung mit dem lenkradseitigen Lenksäulenteil und mit dem
lenkgetriebeseitigen Lenksäulenteil verbunden werden, während das Motorgehäuse mit
dem Fahrzeugchassis fest
oder federnd verbunden wird. Ein Austausch
der ganzen Lenkunterstützungseinheit ist somit leicht möglich. Wenn keine Lenkunterstützung
gewünscht wird, kann einfach nur eine Verbindungswelle eingesetzt werden.
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Die Erfindung gibt ferner mehrere Ausführungsformen der Lenkeinrichtung
an, Danach kann die elektromagnetische Kupplung zwischen der Vorrichtung und dem
Getriebe, zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe oder innerhalb des Getriebes
angeordnet sein.
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Schließlich gibt die Erfindung auch eine vorteilhafte Schaltungsanordnung
zur Steuerung des Elektromotors und der elektromagnetischen Kupplung in der Lenkeinrichtung
an.
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Diese und weitere erfindungswesentliche Merkmale können der folgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele besser entnommen werden. Es zeigen Fig.
1 eine Schnittzeichnung einer Lenkeinr1.cht'ing mit zwischen Vorrichtung und Getriebe
angeordneter elektromagnetischer Kupplung erster Ausführungsart, Fig. 2 eine Schnittzeichnung
einer Lenkeinrichtung mit zwischen Vorrichtung und Getriebe angeordneter elektromagnetischer
Kupplung zweiter Ausführungsart, Fig. 3 eine Schnittzeichnung einer Lenkeinrichtung
mit zwischen Elektromotor und Getriebe angeordneter elektromagnetischer Kupplung
und Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Elektromotors und der elektromagnetischen
Kupplung in der Lenkeinrichtung.
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In Fig. i sind Klauenkupplungen 10, 11 mit den beiden nicht dargestellten,
lenkradseitigen und lenkgetriebeseitigen Lenksäulenteilen verbunden. Zwischen diesen
Klauenkupplungen ist eine Verbindungswelle 12 eingefügt, an-der ein Verbindungswellenring
13 -mittels eines Gewindestiftes 14 befestigt ist. Der Verbindungswellenring 13
ist konzentrisch zur Verbindungswelle 12 angeordnet und weist mehrere Teile, darunter
auch einen Weicheisenring, auf. Die Verbindungswelle 12 ist ferner mit zwei Laufbuchsen
16,-17 versehen, auf denen eine Hohlwelle 15 gleitend gelagert ist. Eine axiale
Verschiebung der Hohlwelle 15 wird einerseits durch den Verbindungswellenring 13
und andererseits durch Scheibe und Sicherungsfeder an der Verbindungswelle 12 verhindert.
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Auf dem einem Ende der Hohlwelle 15 ist ein Antriebsring 18 aufgeschoben,
der durch einen Keil 19 in einer Nut 20 gegen Verdrehen und durch eine Sicherungsteder
2i gegen asiale Verschiebung gesichert ist.
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Ein Elektromotor 22 stützt sich mit seinem Motorgehäuse 23 über eine
Laufbuchse 24 an dem anderen Ende der Hohlwelle 15 ab. Mit dem Motorgehäuse 23 ist
ein Kupplungsgehäuse 33 fest verbunden, welches sich über eine weitere Laufbuchse
25 an dem Mittelteil der hohlwelle 15 abstützt. Die Hohlwelle 15 ist zwischen den
Laufbuchsen 16, 17 einerseits und den laufbuchsen 24, 25 andererseits verdrehbare
An dem Kupplungsgehäuse 33 ist ein Elektroringmagnet 26 mittels Schrauben 29 befestigt,
der wie der Verbindungswellenring 13 und der Antriebsring 19 konzentrisch zur Verbindungswelle
12 angeordnet ist. Der Elektroringmagnet 26 besteht aus einem Magnetring 27 und
einer Spule 28 und wird vom Antriebsring 18 teilweise umschlossen, der ihn jedoch
nicht berührt. Der Antriebsring 13 läuft somit frei zwischen dem Verbindungswellenring
13 und dem Magnetring 27.
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Mit der Hohlwelle 15 ist ferner ein Zahnrad 31 fest verbunden, welches
über ein Getriebe 30 vom Elektromotor 32
antreibbar ist. Die Kupplung
wird schließlich durch eine Kappe 32 abgedeckt, die am Kupplungsgehäuse 33 befestigt
ist.
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Ist~der Elektromotor 22 eingeschaltet, so treibt er über das Getriebe
30 und das Zahnrad 31 die Hohlwelle 15 mit ihrem Antriebsring 18 an. Nach den Einschalten
des Elektroringmagneten 26 werden der Antriebs ring 18 und der Verbindungswellen
ring 13 vom Magnetfeld dieses Elektroringmagneten durchsetzt, so daß der Verbindungswellenring
13 und damit die Verbindungswelle 12 vom Antriebs ring 18 mitgenommen werden, Der
Elektromotor 22 ist somit mit der Verbindungswelle i2 gekuppelt. Wenn nach dem Erreichen
einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit der Elektroringmagnet 26 wieder ausgeschaltet
wird, ist der Kraftschluß zwischen dem Antriebsring 18 und dem Verbindungswellenring
13 wieder aufgehoben.
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Eine Lenkungsunterstützung erfolgt dann nicht mehr. Der Lenkende wird
durch die geringfügigen zusätzlichen Massen, die vorwiegend durch den Verbindungswellenring
13 gegeben sind, nicht behindert.
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Eine der Ausführung in Fig. 1 ähnliche Ausführungsart ist in Fig.
2 gezeigt, wobei den Teilen in Fig. 1 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszahlen
versehen sind, Im Folgenden werden einfachheitshalber nur die untersch-iedlichen
Merkmale gegenüber der Ausführung nach Fig. i beschrieben.
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Die Verbindungswelle 12 ist hier in einer im Motorgehäuse 23 befestigten
Laufbuchse 40 gelagert. Ein weiteres Lager für das Gesamtgehäuse befindet sich am
anderen Ende der Verbindungswelle 12. Dort ist der Verbindungswellenring 13 durch
einen Keil 41 verdrehsicher mit der Verbindungswelle 12 verbunden. Auf einem hohlwellenartigen
Teil des Verbindungswellenrings 13 ist eine Laufbuchse 42 aufgeschoben, die mit
einer Sicherungsfeder 43 gegen axiale Verschiebung gesichert ist. Auch der Verbindungswellenring
13 selbst ist mittels
Sicherungsfedern 44 gegen axiale Verschiebung
gesichert.
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An der Laufbuchse 42 stützt sich der Elektroringmagnet 26 mit seinem
Magnetring 27 ab, der gegenüber der Fig. i um 1800 gedreht am Kupplungsgehäuse 33
befestigt ist. Eine besondere Kappe 32 wie in Fig. 1 ist hier nicht mehr notwendig.
Durch die geschilderte Art der Abstützung der Gehäuseteile an der Verbindungswelle
ist die Hohlwelle 45 völlig geschützt.
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Die verkürzte Hohlwelle 45 gleitet nur in Laufbuchsen 46, 47, die
vom Motorgehäuse 23 bzw. vom Kupplungsgehäuse 33 umschlossen werden, und nicht auf
der Verbindungswelle 12.
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An dem einen Ende der Hohlwelle 45 ist wieder ein Antriebsring 18
befestigt, dessen kuppelnder Teil hier jedoch auf der dem Elektromotor 22 abgewandten
Seite liegt. Durch eine Druckfeder 48, die sich am Kupplungsgehäuse 33 abstützt
und gegen das Zahnrad 31 drückt, wird die Hohlwelle 45 mit dem Antriebs ring 18
in der gezeigten Ruhelage gehalten.
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Wird der Elektroringmagnet 26 eingeschaltet, so wird die Hohlwelle
45 mit dem Antriebs ring 18 durch den magnetisierten Verbindungswellenring 13 zu
diesem hin angezogen. Der Elektromotor 22 ist daher mit der Verbindungswelle 12
gekuppelt. Nach dem Ausschalten des Elektroringwagneten 26 trennt die Druckfeder
48 den Antriebsring 18 wieder vom Verbindungswellenring 13.
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Während bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 die elektromagnetische
Kupplung zwischen der Verbindungswelle und dem Getriebe angeordnet ist, befindet
sich in Fig. 3 die elektromagnetische Kupplung zwischen dem Elektromotor 22 und
dem Getriebe 30. Der Elektroringmagnet 26 ist konzentrisch zur Motorwelle 50 angeordnet
und am Motorgehäuse 23 befestigt.
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Ein Antriebsring 18 ist auf die Motorwelle 50 aufgetrieben und umschließt
teilweise den Elektroringmagneten 26, ohne ihn zu berührten.
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In Verlängerung der tiotorwelle 50 ist eine Getriebewelle 51
angeordnet,
die mittels Nadellager 52 im Kupplungsgehäuse 33 einerseits und in einem mit dem
Kupplungsgehäuse 33 verschraubten Getriebegehäuse 53 andererseits gelagert ist.
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Auf dem dem Elektromotor 22 zugekehrten Ende der Getriebewelle 51
ist der Verbindungswellenring 13 aufgetrieben.
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Wie gezeigt, liegt der Antriebsring 18 zwischen dem Verbindungswellenring
13 und dem Elektroringmagnet 26. Der Verbindungswellenring 13 kann aus zwei durch
Federn zusammengehaltenen Ringteilen bestehen, von denen der eine Ringteil nach
eingeschaltetem Elektroringmagneten 26 vom Antriebs ring 18 angezogen wird.
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Die Getriebewelle 51 steht über das Getriebe 30 mit einem Zahnrad
54 in Verbindung, welches auf der Verbindungswelle 12 mittels Keil 55 und Sicherungsfedern
56 festgelegt ist.
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Das Kupplungsgehäuse 33 und das Getriebegehäuse 53 stützen sich an
der Verbindungswelle 12 über Nadel lager 57 ab.
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Der Elektromotor 22 oder ein anderes Gehäuseteil kann in nicht dargestellter
Weise bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 fest mit dem Fahrzeugchassis verbunden
werden Da jedoch die Verbindungswelle 12 in ihrer Lage durch die beiden Lenksäulenteile
fixiert ist, ist es besser, den Elektromotor 22 oder das betreffende Gehäuseteil
federnd am Fahrzeugchassis zu befestigen. Dadurch lassen sich radial wirkende Spannungskräfte
an der Verbindungswelle 12 auf einfache Weise vermindern.
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Als Beispiel für die Steuerung des Elektromotors und der elektromagnetischen
Kupplung ist in Fig. 4 eine Sehaltungsanordnung angegeben, die sich auf die Anordnung
in Fig. 3 bezieht. Diese Anordnung ist in Fig. 4 in einem strichpunktierten Kästchen
gezeigt und mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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Der Einschaltstroiakreis fur die Spule 28 des Elektroringmagneten
26 führt über einen Arbeitskontakt d eines das
Drehmoment der Lenksäule
messenden, nicht dargestellten Gebers und einen Ruhekontakt gl eines Relais G. Das
Relais G liegt im Ausgangskreis einer Meßeinrichtung M, die den über einen Widerstand
R fließenden Strom mißt. Der Widerstand R wird entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit
eingestellt und kann zu diesem Zweck vom Tachometer oder von der Tachometerwelle
beeinflußt sein. Die Meßeinrichtung 11 läßt das Relais G ansprechen, wenn eine bestimmte
Fahrzeuggeschwindigkeit, vorzugsweise von 20 km/h, überschritten wird.
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Der Einschaltstromkreis für den Elektromotor 22 ist über den Arbeitskontakt
d, einen weiteren Ruhekontakt g2 des Relais G und über Kontakte ull, u12 eines Umpolrelais
UL bzw. über einen Kontakt ur eines Umpolrelais UR geführt. Diese Umpolrelais werden
durch einen Lenksäulenkontakt ls gesteuert.
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Wird das Lenkrad nach links eingeschlagen, so wird durch den Lenksäulenkontakt
ls das 9apolrelais UL eingeschaltet. Analoges gilt beim Rechtseinschlagen.
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Betätigt der Fahrzeuglenker das Lenkrad, so den der Arbeitskontakt
d geschlossen und damit die Spule 28 des Elektroringmagneten 26 eingeschaltet. Die
Motorwelle 50 und die Getriebewelle 51 sind daher miteinander gekuppelt. Glelohzeitig
wird abhängig von der Drehrichtung des Lenkrads der Elektromotor 22 auf Vorlauf
bzw. Rücklauf eingeschaltet, so daß die Drehung der Verbindungswelle 12 unterstützt
wird.
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Uberschreitet die Fahrzeuggeschwindigkeit nun den bestimmten Wert
920 km/h), so spricht das Relais G an. Die Ruhekontakte g1, g2 dieses Relais öffnen,
so daß der Elektroringmagnet 26 und der Elektromotor 22 ausgeschaltet werden. Bei
Lenkradbetätigungen oberhalb dieser bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit laufen daher
das Getriebe und der Verbindungswellenring ohne Kraftschluß zum Antriebsring mit.
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Bei dieser Schaltungsanordnung sind die Abschaltung des Elektromotors
bei Volleinschlagstellung der Lenksäule und ein etwaiger Impulsbetrieb des Elektromotors
nicht berticksichtigt. Der Elektromotor kann auch unabhängig vom Relais G gesteuert
werden.