DE2501752A1

DE2501752A1 - Lenkvorrichtung mit zeitvorhalt

Info

Publication number: DE2501752A1
Application number: DE19752501752
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Niemann; Helmut Wulf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-01-17
Filing date: 1975-01-17
Publication date: 1976-07-22
Also published as: FR2297759A1; US4067247A; GB1525072A; FR2297759B1

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 10 095/4

Stuttgart 15· Januar 197'j

" Lenkvorrichtung mit Zeitvorhalt "

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung mit Zeitvorhalt für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bei der sich der Radeinschlagswinkel der gelenkten Fahrzeugräder aus einem von dem Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängigen Winkelanteil und aus einem von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages abhängigen Ivinkelanteil zusammen-' setzt, mit einem mit dan gelenkten Fahrzeugrädern gekoppelten ersten Stellglied mit vom Radeinschlagswinkel abhängigem Stellweg und einem mit dem Lenkhandrad gekoppelten zweiten Stellglied mit vom Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängigem Stellweg, und mit einem durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages abhängigen Stellgröße mit dem Lenkhandrad gekoppelten dritten Stellglied mit von dieser Winkelgeschwindigkeit abhängigem Stellweg.

Bei einer bekannten Lenkvorrichtung dieser Art (Ivallner: "Untersuchung des Systeme» Fahrzeug-Fahrer bei einer Lenkung mit Zeitvorhalt" Forschungsbericht Nr. 47 des Institutes für Kraftfahrzeuge der Technischen Universität Berlin, Juli 1968) wird der Radeinschlagswinkel der keine getriebliche Verbindung mit dem Lenkhandrad aufweisenden gelenkten Fahrzeugräder mit Hilfe eines Servomotores eingestellt. Das

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Ventilstellglied des den Servomotor steuernden Steuerventiles wird sowohl über einen als Stellglied mit von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages abhängigem Stellweg arbeitenden Dampferzylinder eines hydraulischen Teleskopdämpfers als auch über eine als Stellglied mit vom Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängigem Stellweg arbeitenden Stellfeder betätigt. Während der Dämpferzylinder über eine Stützfeder gegen ein zum Fahrzeug unbewegliches Widerlager abgestützt ist, sind die Stellfeder mit der Kolbenstange des im Dämpferzylinder arbeitenden Dämpferkölbens und diese Kolbenstange über ein Lenkgetriebe mit dem Lenkhandrad verbunden. Der von der Relativgeschwindigkeit zwischen Dämpferkolben und -zylinder und damit von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages abhängige Dämpfungswiderstand des Teleskopdämpfers ist mit der Federkraft der Stützfeder im Gleichgewicht, deren Federweg ebenso wie der vom Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängige Federweg der Stellfeder getrieblich auf das Ventilstellglied übertragen wird. Damit bei dieser Anordnung die Vorhaltwirkung des Teleskopdämpfers durch die Stellfeder nicht wieder aufgehoben bzw. verzögert wird, muß die Federkonstante der Stellfeder sehr klein sein.

Abgesehen davon, daß mit der bekannten Lenkvorrichtung eine Notlenkung von Hand bei Ausfall der Servounterstützung wegen des Fehlens einer getrieblichen Verbindung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern nicht möglich ist, ist die bekannte Lenkvorrichtung infolge der hohen Elastizität ihrer Stellfeder auch nicht ohne weiteres dazu geeignet, auf eine reine Handkraftlenkung ohne Servounterstützung umgerüstet zu werden.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, eine Lenkvorrichtung mit Zcitvorhalt der eingangs genannten Art :-r,u scliaffeu, die eine getriebliche Verbindung zwischen Lenkhandrad und Fahrzeugrädern aufweist.

Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das nicbtfedernde Stellglied mit vom Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängigem Stellweg jeweils ohne Zwischenschaltung federnder Mittel sowohl mit dem Lenkhandrad als auch durch ein Summeiagetriebe mit den beiden anderen Stellgliedern getrieblich verbunden ist.

13oi der Lenkvorrichtung nach der Erfindung kann der ^'otn Kinkel des Lcnkhaiidradeiuschlages abhängige Anteil des Radeinschlagwinkels durch die üblichen Lenkungsteile wie Lenkwelle, Lenkgetriebe und Lenkergestänge auf die gelenkten Fahrzeugräder übertragen werden. In diese Lenkungsteile

an
kann an/sich beliebiger Stelle - z.13. in die Lenkspindel oder das Lenkergestänge - das Summengetriebe eingeschaltet sein, mit dessen Hilfe dem vom Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängigen Winkelanteil des Radeinschlagwinkels der von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages abhängige Winkelanteil übei-lagert wird. Dor letztgenannte Winkelanteil kann z.H. in der gleichen Weise wie bei der bekannten Lenkvorrichtung durch einen an einer Stützfeder aufgehängten hydraulischen Dämpfer erzeugt werden, bei dem das eine der beiden zueinander relativbeweglichen Dämpfungsglieder vqm Lenkhandrad angetrieben ist. Zwar stellt in diesem Fall die Stützfeder bei der Übertragung der Lenkbewegung auf das Summengetriebe noch ein Verzögerungsglied bzw. eine Elastizität für die Lenkkraftübertragung dar, was jedoch durch die Wahl eines geeigneten Übersetzungsverhält-

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nisses für die betriebliche Verbindung zwischen dem Lenkhandrad und dem zugehörigen Dämpfungsglied im Sinne einer hohen Dämpferkraft einerseits im Zusammenhang mit der Verwendung einer Stützfeder mit sehr holier Federkonstante andererseits ohne Schwierigkeiten ausgeglichen werden kann. Dadurch kanu die Lenkvorrichtung für die übertragung auch größerer Lenkkräfte ausgebildet sein und dann als reine Handicraft lenkung arbeiten. Andererseits kann mittels der Lenkvorrichtung nach der Lrfindung auch ein bekanntes S<rvo· lenkgetriebe gesteuert werden, bei dem auch bei Ausfall der Servokraft eine g"etriebliche Verbindung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern erhalten bleibt oder eingeschaltet wird.

Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, in der ein Ausführungsbeispiel einer mit Servounterstützung arbeitenden Lenkvorrichtung nach der Erfindung in den für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Merkmalen dargestellt ist. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 einen die Drehachse des Lenkhandrades enthaltenden Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung und

Fig. 2 einen zur Drehachse des Lenkhandrades senkrechten Schnitt durch die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung nach Linie II-II der Fig. 1.

Das Lenkhandrad 10 ist über einen Pralltopf 11 mit einer

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Nabe 12 drehfest verbunden, die ihrerseits mit dem oberen Ende einer rohrförmigen Lenkapindel 13 fest verbunden ist. Dieses obere Ende der Lenkspindel 13 ist in einem Lagerhals ik eines Lagerschildes 15 mittels zweier Wälzlager l6 und drehbar und axial unverschiebbar gelagert. Der Lagerschild 15 ist seinerseits fest in ein oberes weites Mantelrohr 18 eingesetzt, das in nicht gezeigter Weise am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Das obere Mantelrohr l8 ist über einen im Querschnitt U-förmigen Blechträger 19 mit einem unteren engen Mantelrohr 20 fest verbunden, dessen unteres Ende in einer öffnung 21 eines Deckels 22 bewegungsfest gehaltert ist, der eine Öffnung 23 in der Spritzwand 2k des Kraftfahrzeuges verschließt.

Vor der Spritzwand 2k ist eine bekannte Servolenkung 2p angeordnet, deren Lenkschnecke einen gehäuseäußeren Kupplungszapfen 26 aufweist, der über eine Lenkungskupplung 27 und ein Summengetriebe 28 mit der Lenkspindel I3 getrieblich verbunden ist.

Die den Radeinschlagswinkel der gelenkten Fahrzeugräder in nicht gezeigter Weise einstellende Servolenkung 25 kann in Aufbau und Funktion z.B. der durch die DT-OS 1 9'iO 490 bekannten Servolenkung entsprechen.

Der Drehwinkel der Lenkschnecke und damit des Kupplungszapfens 26 ist proportional zum Winkel des Radeinschlages der gelenkten Fahrzeugräder, so daß der Kupplungszapfen 26 oder ein in die getriebliche Verbindung zwischen letzterem und den gelenkten Fahrzeugräder eingeschaltetes Lenkungs-

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teil als ein Stellglied mit vom Uinkel des Radeinschlages abhängigem btellweg betrachtet werden kann.

Ein Wandler-Getriebe 29 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung weist eine zur Drehachse 30 des Lenkhandrades 10 zentrische, mit der als Stellglied mit vom Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängigem Stellweg anzusehenden Lerikspindel 13 drehfest und axial unverschiebbar verbundene Muffe 31 mit einem Trapez-Außengewinde 32 auf, die mit einem ein korrespondierendes Trapez-Innengewinde 33 aufweisenden Stellring 34 schraubbeweglich verbunden ist. Zur in bezug auf die Drehachse 30 drehfesten, jedoch axialverschiebbaren Anordnung des Stellringes 34 weist dieser an seinem Umfang eine Axialnut 35 auf, in die eine am Blechträger 19 gehalterte Arretierungszunge 3& eingreift. Der Stellring 34 ist ferner mit zwei zu ihm festen radialen Lenkern 37 versehen, an die jeweils ein

zwei
Dämpferzylinder 38 von/hydraulischen Teleskopdämpfern 39 angelenkt sind. Die Dämpfungskolben 4o der Teleskopdämpfer 39 sind über ihre jeweilige Kolbenstange 42 an radialen Lenkern 43 einer Stellhülse 4l angelenkt, die mittels zweier Wälzlager-Anordnungen 44 und 45 drehbar, jedoch axial unverschiebbar auf einer das Summenglied des Summengetriebes 28 bildenden Muffe 46 gelagert ist. Die Stellhülse 4l ist - ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt (Teile 35 und 36) am Blechträger 19 so festgelegt, daß sie zur Drehachse 30 drehfest, jedoch axialverschiebbar angeordnet ist, um ein Auslenken der Kolbenstangen 42 relativ zu der jeweiligen Längsachse ihres Dämpferzylinders 38 zu vermeiden.

Die Stellhülse 4l durchsetzt ein ringförmiges Federgehäuse 47,

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das bei 48 am engen Mantelrohr 20 befestigt ist und zwei eine Stützfeder 49 zwischen sich einspannende ringförmige Federteller 50 und 51 aufnimmt. In der gezeichneten Mittelstellung des Lenkhandrades 10 für Geradeausfahrt liegen die Federteller 50 und 51 jeweils sowohl an einer relativ zum Federgehäuse 47 feststehenden Widerlagerfläche 52 als auch an einer zur Stellhülse 4l festen Widerlagerflache 53 an, so daß die Dämpferkolben 40 über die Stützfeder 49 in den Richtungen der Drehachse 30 federnd gegen Gehäuse abgestützt sind.

Die als Summenglied arbeitende Muffe 46 ist mittels einer Keilverzahnung ^k mit einer Getriebekeilwelle 55 drehfest, jedoch in den Richtungen der Drehachse 30 verschiebbar verbunden. Auf einen koaxialen Verbindungszapfen 56 der Getriebekeilwelle 55 ist das untere Ende der Lenkspindel I3 aufgepreßt, so daß das Lenkhandrad 10 und die Getriebekeilwelle 55 fest miteinander verbunden sind.

Die Muffe 46 ist ferner an ihrem Innenumfang mit Eingriffsgliedern 57 versehen, die in Wendelnuten 58 einer weiteren Getriebewelle 59 eingreifen, die eine zweite Öffnung 60 des Deckels 22 mit Spiel durchsetzt und einen koaxialen Kupplungszapfen 6l aufweist, der über die Lenkungskupplung 27 mit dem Kupplungszapfen 26 drehfest, jedoch axial unverschiebbar verbunden ist.

Eingriffsglieder 57 und Wendelnuten 58 bilden ein weiteres Wandler-Getriebe, um die koaxial zur Drehachse 30 gerichteten Bewegungen der Stellhülse 4l in Drehbewegungen umzuwandeln.

Der Winkel des Lenkhandradeinechlageβ wird über die Keil-

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verzahnung 5^ und die Eingriffsglieder 57 mit dein Übersetzungsverhältnis 1:1 auf die Getriebewelle 59 und damit auf die Lenkschnecke der Servolenkung 25 übertragen. Bei schnelleren Lenkhandradeinschlägen tritt in den Teleskopdämpfern 39 ein in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades 10 ansteigender Dämpfungswiderstand auf, der die Stellhülse kl in der jeweiligen Richtung der Drehachse 30 unter Zusammendrückung der Stützfeder 49 verschiebt, wodurch die Eingriffsglieder 57 sich relativ zur Getriebeweile 59 ebenfalls in der jeweiligen Richtung der Drehachse 30 verschieben und über die Wendelnuten 58 der axial feststehenden Getriebewelle 59 einen zusätzlichen Drehwinkelanteil vermitteln, der als Zeitvorhalt in die Servolenkung 25 eingesteuert wird.

Anstelle mehrerer Teleskopdämpfer kann auch ein einzelner ringförmiger Teleskopdämpfer, der zentriech zur Drehachse 30 angeordnet ist, zwischen Stellhülse kl und Stellring 3^ eingeschaltet sein. Dabei kann der eine ringförmige Dämpferteil mit dem Stellring "}k und der andere ringförmige Dämpferteil mit der Stellhülse kl oder mit der Muffe k6 fest verbunden bzw. einteilig sein.

Anstelle der Servolenkung 25 kann ein ohne Servounteretützung arbeitendes Lenkgetriebe vorgesehen sein. In dem Gehäuse dieses Lenkgetriebes könnten Summengetriebe, Wandler-Getriebe sowie auch der ringförmige Teleskopdämpfer angeordnet sein.

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Claims

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Ansprüche

/ 1./Lenkvorrichtung mit Zeitvorhalt für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bei der sich der Radeinschlagswinkel der gelenkten Fahrzeugräder aus einem von dem Kinkel des Lenkhandradeinschlages abhängigen Winkelanteil und aus einem von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages abhängigen Vv'inkelanteil zusammensetzt, mit einem mit den gelenkten Fahrzeugrädern gekoppelten ersten Stellglied mit vom Radeinschlagsvrinkel abhängigem Stellweg und einem mit dem Lenkhandrad gekoppelten zweiten Stellglied mit vom Uinkel des Lenkhandradeinschlages abhängigem Stellweg, und mit einem durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer von der Winkelgeschwindigkeit des Lenkhandradeinschlages abhängigen Stellgröße mit dem Lenkhandrad gekoppelten dritten Stellglied mit von dieser Winkelgeschwindigkeit abhängigem Stellweg, dadurch gekennzeichnet, daß das in sich nichtfedernde Stellglied (Lenkspindel 13) mit vom Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängigem Stellweg jeweils ohne Zwischenschaltung federnder Mittel sowohl mit dem Lenkhandrad (lO) als auch durch ein Summengetriebe (28) mit den beiden anderen Stellgliedern (Kupplungszapfen 26 und Stellhülse kl) getrieblich verbunden ist.
2. Lenkvorrichtung nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch ein gleichachsiges Summengetriebe (28), dessen seinen drei Getriebegliedern (Muffe 46, Keilwelle 55, Getriebewelle 59) gemeinsame Drehachse (30) koaxial zur Drehachse (30) des Lenkhandrades (lO) angeordnet und bei dem ein Getriebe-

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glied (Keilwelle 5f5) mit dem Lenkhandrad (lO) verbunden und ein arideres Getriebeglied (Getriebewelle 59) mit den gelenkten Fahrzeugrädern (KupplungBzapfen 26) getrieblich verbunden ist.
3· Lenkvorrichtung mich einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine (Dämpferzylinder 38) von zwei relativ zueinander verschiebbaren Dämpfungsgliedern (Dämpferzylinder j8, Dämpferkolben (tu) einer einen von der Relativgeschwindigkeit der Dämpfungsglieder abhängigen Dämpfungswiderstand zwischen den Dämpfungsgliedern liefernden Dämpfungsvorrichtung (Teleskopdämpfer 39) mit dem geradlinige Bewegungen ausführenden Getriebeglied (Stellring 3'i) eines gleichachsigen Wandler-Getriebes (29) zur Umwandlung einer drehenden Bewegung in eine geradlinige Bewegung bewegungsfest verbunden und die Drehachse (30) des Wandler-Getriebes (29) koaxial zur Drehachse (30) des Lenkhandrades (10) angeordnet und das Drehbewegungen ausführende Getriebeglied (Muffe 3I) des Wandler-Getriebes (29) mit dem Lenkhandrad (10) drehfest verbunden ist und daß das andere Dämpfungsglied (Dämpferkolben ¹IO) mit dem geradlinige Bewegungen ausführenden Getriebeglied eines zweiten gleichachsigen Wandler-Getriebes zur Umwandlung einer geradlinigen Bewegung in eine Drehbewegung verbunden und die Drehachse des zweiten Wandler-Getriebes koaxial zur Drehachse (30) des Handlenkrades (iO) angeordnet und das Drehbewegungen ausführende Getriebeglied des zweiten Wandler-Getriebes über das Summengetriebe (28) mit den gelenkten Fahrzeugrädern (Kupplungszapfen 26) getrieblich verbunden ist.

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4. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Summengetriebe (28) selbst als Wandler-Gotriebe ausgebildet und die Anordnung dabei so getroffen ist, daß das mit dem Stellglied (Lenkspindel 13) mit vom Winkel des Lenkhandradeinschlages (lO) abhängigen) Stellweg verbundene Getriebeglied (Keilwelle 55) und das mit dem Stellglied (Kupplungszapfen 26) mit vom Radeinschlagswinkel abhängigem Stellweg verbundene Getriebeglied (Getriebewelle 59) in den Richtungen der Getriebe-Drehachse (30) im wesentlichen unbeweglich sind und das mit dem anderen Dämpfungsglied (Dämpferkolben 4o) verbundene Summenglied (Muffe 46) in den Richtungen der Getriebe-Drehachse (30) beweglich angeordnet und gegenüber dem vr»m Winkel des Lenkhandradeinschlages abhängigen Getriebeglied (Keilwelle 55) drehfest und in den Richtungen der Getriebe-Drehachse (30) beweglich - dagegen mit dem vom Radeinschlagewinkel abhängigen Getriebeglied (Getriebewelle 59) über wenigstens eine geneigt zur Getriebe-Drehachse (30) verlaufende Eingriffefläche (Wendelnuten 58) derart in Wirkung steht, daß das vom Radeinschlagswinkel abhängige Getriebeglied (Getriebewelle 59) sowohl durch eine geradlinige als auch durch eine drehende Bewegung des Summengliedes (Muffe 46) in Drehung versetzt wird.
5· Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Dämpfungsglied (Dampferkolben 4o) mit einer zur Drehachse (30) des Lenkhandrades (1O) zentrischen Stellhülse (4l) verbunden ist, die mit dem dem anderen Dämpfungsglied (Dämpferkolben 40) zugehörigen Getriebeglied (Muffe 46) des zweiten Wandler-Getriebes bzw. des Summengetriebeβ (28) drehbar, jedoch in den Richtungen der Getriebe-Drehachse (30) im wesentlichen unbeweglich verbunden ist.

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6. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (-'il) in bezug auf die Getriebe-Drehachse (30) undrehbar festgelegt ist «
7. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellhülse (kl) zwei in Richtung der Getriebe-Drehachse (30) mit Abstand zueinander angeordnete Widerlager (53) für zwei eine zur Getriebe-Drehachse (30) zentrische Stützfeder (^9) einspannende und in den Richtungen der Getriebe-Drehachse (30) beweglich angeordnete Federanschläge (50 und 51) aufweist .
8. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7i dadurch gekennzeichnet, daß jeder Federanschlag (50 bzvr. 51) in der Mittelstellung des Lenkhandrades (10) für Geradeausfahrt sowohl an seinem Widerlager (53) der Stellhülse (kl) als auch an einem ortsfesten Widerlager (52) abgestützt ist.
9. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Dämpfungsglied (Dämpferzylinder 38) mit einem zentrisch und im wesentlichen drehfest zur Drehachse (30) des Lenkhandrades (10) angeordneten Stellring (3^) verbunden und der Stellring (3^) «owohl in den Richtungen der Drehachse (30) des Lenkhandrades (lO) beweglich angeordnet als auch mit dem Lenkhandrad (10) schraubbeweglich verbunden ist.

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10. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere in it dem geradlinig*; Bewegungen ausführenden Getrieboglieu (Stellring 3'*) eines Kandler-Getriebes (29) verbundene hydraulische Teleskopdämpfer (39).
11. Lenkvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte, zwischen das vom Radeinschlagswinkel abhängige Getriebeglied (Getriebewelle 59) des Summengetriebes (28) und die gelenkten Fahrzeugräder eingeschaltete Servolenkung (25)·

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