DE2501521C3

DE2501521C3 - Messeinrichtung für Lenkungswerte von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2501521C3
Application number: DE19752501521
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter 7014 Kornwestheim Poelsler; Gebhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Ruf
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1975-01-16
Filing date: 1975-01-16
Publication date: 1978-03-23
Also published as: DE2501521A1; DE2501521B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für Lenkungswerte von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, die mit einer Lenksäule verbindbar ist und Elemente zur Abnahme von Lenkmomenten und Winkelbewegungen aufweist.

Es ist eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt (Zeitschrift »Deutsche Kraftfahrtforschung und Straßenverkehrstechnik« Heft 206/1970, Seite 14 und 15), die zur Abnahme des Lenkmomentes einen Biegebalken aufweist Der Biegebalken wirkt über einen Gabelabschnitt mit einem Zapfen zusammen. Dieser Ausführung haftet der Nachteil an, daß hohe Beanspruchungsspitzen zwischen Gabelabschnitt und Zapfen entstehen, so daß die Hysterese außerhalb einer vertretbaren Meßgenauigkeit liegt. Hinzu kommt, daß der konstruktive Aufwand relaiv groß ist, denn zur Lagerung des Biegebalkens und des Zapfens sind zwei ineinander angeordnete Naben vorgesehen, die über zwei Kugellager zusammenarbeiten. Nachteilig ist auch, daß diese Meßeinrichtung nicht als mehrere Meßvorgänge durchführendes Instrument ausgebildet ist. Schließlich ist die Verbindung dieser Meßeinrichtung mit Lenksäulen verschiedener Fahrzeugtypen, die unterschiedliche Lenksäulendurchmesser haben, nicht möglich, da hierfür keine Vorkehrungen getroffen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung für Lenkungswerte von Kraftfahrzeugen zu schaffen, die bei genauer Funktion einfach im Aufbau ist und sich durch problemlose Handhabung auszeichnet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßeinrichtung durch eine Baueinheit gebildet wird, die eine koaxial zur Lenksäule angeordnete Drehmomentmeßnabe umfaßt, der ein Lenkhandrad und ein elektrisches Übertragungssystem für die Meßsignale zugeordnet ist, daß die Drehmomentmeßnabe unter Vermittlung eines Lagers mit einer relativ zum Aufbau des Fahrzeuges festgesetzten Haltevorrichtung zusammenwirkt und daß zwischen Haltevorrichtung und Drehmomentmeßnabe ein Potentiometer angeordnet ist und derart mit ihnen verbunden ist, daß eine Messung ihrer relativen Winkellage möglich ist.

Hierzu ist es von Vorteil, wenn ein kontaktloses elektrisches Übertragungssystem vorgesehen ist.

Nachfolgend sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung dargelegt: Die Drehmomentmeßnabe ist unter Zwischenschaltung eines Adapters an der Lenksäule gehalten. Der Adapter ist lösbar an der Drehmomentmeßnabe befestigt.

Die Drehmomentmeßnabe weist an ihrem Ende Befestigungsflansche auf. Außerdem umfaßt die Drehmomentmeßnabe an ihrem Schaft einen dünnwandigen Bereich.

Der Potentiometer wirkt mit der Drehmomentmeßnabe über ein Zahnradgetriebe zusammen. Das Zahnrad des Potentiometers besteht aus Kunststoff und sein Zahnkranz und seine Nabe sind in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet, wobei der Zahnkranz und die Nabe mittels einer konisch verlaufenden Wand verbunden sind. Das Zahnradgetriebe ist mittels einer zylindrischen, die Haltevorrichtung zumindest teilweise umgebenden Verkleidung abgedeckt. Die Haltevorrich-

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tung umfaßt ein schwenkbares, mit einem Aufbauteil zusammenwirkendes Glied. Die Haltevorrichtung wird durch ein zylindrisches Teil gebildet.

Das Übertragungssystem wird durch Schleifringe gebildet. Schließlich wird das Übertragungssystem durch eine der Drehmomentmeßwelle zugeordnete elektronische Schaltung gebildet.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß die Meßeinrichtung als kompakte Baueinheit ausgebildet ist, die mittels der Drehmomentmeßnabe und dem Potentiometer die Werte — Lenkmomente und Winkelbewegungen — eines Lenkungssystems eines Kraftfahrzeuges bei einfacher Handhabung dieses Instrumentes genau und betriebssicher wiedergibt Dadurch ist diese Meßeinrichtung nicht nur für Forschungs- und Versuchslaboratorien, sondern auch für technische Überwachungsorgane äußerst hilfreich, da gerade die Lenkungswerte — Lenkmoment und Winkelbewegung — für solche Institutionen relevant sind. Diese Anwendungsmöglichkeil wird noch dadurch günstig beeinflußt, daß die Nabe mit einem lösbaren Adapter versehen ist, so daß dieses Instrument für verschiedene Fahrzeuge mit unterschiedlichem Lenksäulendurchmesser (Lenkradaufnahme) verwendbar is' Die Ausbildung des Zahnrades des Potentiometers ermöglicht eine gute Toleranzlage des Zahnradgetriebes. Das schwenkbare Glied de - Haltevorrichtung stellt ein einfaches Fesisetzen derselben relativ zum Aufbau sicher und ermöglicht ebenfalls bei entsprechender Ausgestaltung die Anpassung an verschiedene Fahrzeugtypen.

In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Lenkung eines Kraftfahrzeuges innerhalb eines Fahrgastraumes,

Fig. 2 eine Ansicht entsprechend Fig. 1 im Schnitt und in größerem Maßstab,

F i g. 3 eine Ansicht entsprechend F i g. 2.

Das Kraftfahrzeug 1 weist in dem in F i g. 1 dargestellten Bereich eine Windschutzscheibe 2 auf, die in einem Rahmenteil 3 gehalten ist. An das Rahmenteil 3 ist bei 4 eine Armaturentafel 5 angeschlossen, die in einem schräg verlaufenden Abschnitt eine öffnung 6 aufweist. Durch die öffnung 6 ist eine Lenkung 7 hindurchgeführt, die eine über ein Kardangelenk 8 abgewinkelte Lenksäule 9 umfaßt. Am freien Ende der Lenksäule 9 ist ein lösbares Lenkhandrad 10 angeordnet, das mit strichpunktierten Linien dargestellt ist. Das Lenkhandrad ist gegen eine Meßeinrichtung 11 austauschbar, die gleichfalls mit der Lenksäule 9 verbindbar ist und Elemente zur Abnahme von Lenkungswerten wie Lenkmoment und Winkelbewegung besitzt.

Die Meßeinrichtung 11 wird durch eine Baueinheit gebildet, die eine koaxial zur Lenksäule 9 angeordnete Drehmomentmeßnabe 12 umfaßt (F i g. 2). Diese ist mit einem Lenkhandrad 13 und einem elektrischen und/oder elektronischen Übertragungssystem 14 versehen. Die Drehmomentmeßnabe 12 wirkt unter Vermittlung eines Lagers 15 mit einer relativ zur Schalttafel 5 des Aufbaues festgesetzten Haltevorrichtung 16 zusammen. Zwischen der Haltevorrichtung 16 und der Drehmomentmeßnabe 12 ist ein Potentiometer 17 angeordnet, mit dem die Winkelbewegungen meßbar sind.

Die Drehmomentmeßnabe 12 ist unter Zwischenschaltung eines Adapters 18 und mittels einer Schraubenmutter 19 an der Lenksäule 9 befestigt. An ihren Enden besitzt die Drehmomentmeßnabe 12 Befestigungsflansche 20, 21. Am Befestigungsflansch 20 ist der Adapter 18 durch Befestigungsschrauben 22 lösbar gehalten. Ferner ist am P.efestigungsflansch 20 ein Aufnahmeabschnitt 23 angebracht, der für das Lager 15, das als Kugellager ausgebildet ist, dient. Ein weiterer Aufnahmeabschnitt 24 für das Lager 15 ist an der Haltevorrichtung 16 vorgesehen, der mit dem Aufnahmeabschnitt 23 kongruiert. Das Lager 15 ist durch Sicherungsteile 25 an der Drehmomentmeßnabe I? und Haltevorrichtung 16 gehalten.

In dem zwischen den Befestigungsflanschen 20, 21 sich erstreckenden Schaft weist die Drehmomentmeßnabe einen dünnwandigen Bereich 26 auf.

Am Befestigungsflansch 21 ist eine Lagerplatte 27 mittels Schrauben 28 angebracht, die Speichen 29 eines Lenkhandrades 13 und eine Polslerplatte 30 trägt. Die Speichen 29 werden mit Schrauben 31 an der Lagerplatte 27 in Lage gehalten.

Die Haltevorrichtung 16 wird durch ein die Drehmomentmeßnabe 12 umgebendes zylindrisches Teil gebildet, mit der ein bei 32 schwenkbar angebrachtes Glied 33 verbunden ist, das zur relativen Festsetzung der Haltevorrichtung 16 gegenüber dem Aufbau dient und somit als Verdrehsicherung ausgebildet ist.

Das Glied 33 kann sich formschlüssig an einem Aufbauteil abstützen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß das Glied 33 lageveränderlich, beispielsweise über einen Bereich A veränderbar ist und dadurch variabel an verschieden ausgestaltete Aufbauteile (Armaturentafel) anpaßbar ist.

An der Haltevorrichtung 16 ist das Potentiometer 17. und zwar in einem Ringraum 34 zwischen Haltevorrichtung 16 und Drehmomentmeßnabe 12 befestigt. Hierzu sind ein Tragteil 35 und ein Befestigungsmittel 36 vorgesehen. Das Potentiometer 17 ist zehngängig ausgebildet und arbeitet über ein Zahnradgetriebe 37 mit der Drehmomentmeßnabe 12 zusammen. Das Zahnradgetriebe 37 wird durch einen auf die Drehmomentmeßnabe 12 aufgeschrumpften Zahnkranz 38 und ein Zahnrad 39 gebildet, das auf einer Drehwelle 40 des Potentiometers 17 angeordnet ist.

Das Zahnrad 39 besteht aus Kunststoff und weist einen Zahnkranz 41 und eine Nabe 42 auf, die in axialer Richtung (Abstandsmaß B) versetzt und über eine konisch verlaufende Wand 43 miteinander verbunden sind.

Das Zahnradgetriebe 37 ist mittels einer zylindrischen Verkleidung 44 abgedeckt, die der Lagerplatte 27 zugeordnet ist. Die Verkleidung 44 überdeckt noch in axialer Richtung einen erheblichen Teil der Haltevorrichtung 16 und stellt somit ein sicheres Arbeiten der Meßeinrichtung 11 sicher.

Das Übertragungssystem 14 umfaßt einerseits Torsions-Dehnmeßstreifen 45, die im dünnwandigen Bereich 26 der Drehmomentmeßnabe 12 angeordnet sind. Die Torsions-Dehnmeßstreifen 45 sind beispielsweise durch Kleben am Bereich 26 gehalten und mittels einer Masse 46 abgedeckt, so daß diese Dehnmeßstreifen der Dehnung bzw. Verdrehung der Drehmomentmeßnabe 12 bei Beanspruchung derselben folgen.

Das Dehnungssignal wird von einem Schleifringsystem 47 übertragen, das einen Schleifringkörper 48 und einen Bürstenkörper 49 umfaßt. Der Schleifringkörper 48 ist der beim Betrieb rotierenden Drehmomentmeßnabe 12 zugeordnet, wogegen der Bürstenkörper 49 fest an der Haltevorrichtung 16 angebracht ist.

Anstelle des elektrischen Schleifringsystems 47 kann

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das Dehnungssignal, wie in Fig. 3 dargestellt, mittels eines elektronischen Systems 50 übertragen werden, das eine Leiterplatte 51 und eine damit vergossene elektronische Schaltung 52 umfaßt. Das Elektroniksystem 50 ist beispielsweise durch Kleben auf der Drehmomentmeßnabe befestigt.

Zur Übertragung der Dehnungssignale sind auch die nachfolgend angeführten Übertragungssysteme verwendbar:

induktiver Übertrager mit z. B. 50 kHz Trägerfrequenz;

berührungslose Übertragung des Signals durch ein Frequenzmodulationssystem (Modulator auf der Meßnabe) im Niederfrequenzbereich;
hochfrequentes Telemetriesystem nach einem Frequenzmodulat ions verfahren;
hochfrequentes Telemetriesystem nach einem Digitalmodulationsverfahren wie z. B. Pulscodemodulation.

Die vom Potentiometer 17 und vom Übertragungssystem 14 kommenden Leitungen werden bei der Kabelführung 53 zusammengefaßt und münden in ein nicht näher gezeigtes Verbindungsglied. Dieses Verbindungsglied ist mit einem die Lenkungswerte — Lenkmoment und Winkelbewegung — aufzeichnenden Gerät 54 verbunden (F i g. 1).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

25 Ol Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung für Lenkungswerte von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, die mit einer Lenksäule verbindbar ist und Elemente zur Abnahme von Lenkmomenten und Winkelbewegungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (11) durch eine Baueinheit gebildet wird, die eine koaxial zur Lenksäule (9) angeordnete Drehmomentmeßnabe (12) umfaßt, der ein Lenkhandrad (13) und ein elektrisches Übertragungssystem (14) für die Meßsignale zugeordnet ist, daß die Drehmomentmeßnabe (12) unter Vermittlung eines Lagers (15) mit einer relativ zum Aufbau des Fahrzeuges festgesetzten Haltevorrichtung (16) zusammenwirkt und daß zwischen Haltevorrichtung (16) und Drehmomentmeßnabe (12) ein Potentiometer (17) angeordnet ist und derart mit ihnen (38—43) verbunden ist, daß eine Messung ihrer relativen Winkellage möglich ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kontaktloses elektrisches Übertragungssystem vorgesehen ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßnabe (12) unter Zwischenschaltung eines Adapters (18) an der Lenksäule (9) gehalten ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (18) lösbar an der Drehmomentmeßnabe (12) befestigt ist.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßnabe (12) an ihrem Ende Befestigungsflansche (20,21) aufweist.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßnabe (12) an ihrem Schaft einen dünnwandigen Bereich (26) umfaßt.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentiometer (17) mit der Drehmomentmeßnabe (12) über ein Zahnradgetriebe (37) zusammenwirkt.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (39) des Potentiometers (17) aus Kunststoff besteht und daß sein Zahnkranz (41) und seine Nabe (42) in axialer Richtung versetzt (B) zueinander angeordnet sind, wobei der Zahnkranz (41) und die Nabe (42) mittels einer konisch verlaufenden Wand (43) verbunden sind.

9. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnradgetriebe (37) mittels einer zylindrischen, die Haltevorrichtung (16) zumindest teilweise umgebenden Verkleidung (44) abgedeckt ist.

10. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (16) ein schwenkbares, mit einei/i Aufbauteil zusammenwirkendes Glied (33) umfaßt.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (16) durch ein zylindrisches Teil gebildet wird.

12. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungssystem (14) durch Schleifringe gebildet wird.

13. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungssystem (14) durch eine der Drehmomentmeßwelle (12) zugeordnete elektronische Schaltung (50) gebildet wird.