DE2834283A1

DE2834283A1 - Servolenkung

Info

Publication number: DE2834283A1
Application number: DE19782834283
Authority: DE
Inventors: Andre Barthelemy
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Priority date: 1977-08-05
Filing date: 1978-08-04
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2834283C2; IT7809551A0; GB2002303A; GB2002303B; FR2399350A1; FR2399350B1; IT1103632B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dip;,.-Phy_o\ Oa. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Li ska

PLBA 8 000 MÜNCHEN 86, DEN ,

POSTFACH 860820 ~ ** "'·'-

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

1. SOCIETE ANONYME AUTOMOBILES CITROEN

"gemäß den Artikeln 118 bis 150 des französischen Gesetzes über die Handelsgesellschaften (societes commerciales)"

117 ä 167, Quai Andre Citroen 75747 Paris Cedex 15, Frankreich

2. AUTOMOBILES PEUGEOT 75, Avenue de la Grande-Armee 75107 Paris, Frankreich

Servolenkung

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Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Li ska 2834283

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

SOCIETE ANONYME AUTOMOBILES CITROEN

AUTOMOBILES PEUGEOT

Servolenkung

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung für Fahrzeuge, umfassend eine Steuereinrichtung, die auf das an dem Lenkrad angreifende Moment anspricht, und eine Servoantriebseinrichtung zur Unterstützung des Lenkein-Schlages insbesondere durch Zusammenwirken mit einem Teil der Lenksäule, wobei das Wirksamwerden der Servoantriebseinrichtung durch die Steuereinrichtung gesteuert wird, wenn das am Lenkrad angreifende Moment gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert 0 wird und wobei die Servoantriebseinrichtung für Lenkmomente unterhalb dieses Schwellenwertes außer Kraft

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gesetzt wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, Servolenkungen, bei denen die Servoantriebseinrichtung von einem Elektromotor gebildet ist, da für eine Verwendung der Erfindung bei dieser Art von Servolenkungen das größte Interesse bestehen dürfte.

Die Servounterstützung der Lenkung ist insbesondere nützlich in den Fällen, daß Fahrmanöver mit sehr geringer Geschwindigkeit durchgeführt werden, wie dies insbesondere beim Ein- und Ausparken der Fall ist, wobei in diesen Fällen ein relativ hohes Lenkmoment benötigt wird. Dagegen wird das benötigte Lenkmoment bei normaler Fahrt sehr viel geringer, so daß man auf die Servounterstützung in diesem Fall verzichten kann.

Man kann sogar sagen, daß bei normaler Fahrt es manchmal vorzuziehen ist, keine Servounterstützung der Lenkung zu haben, da der Fahrer so besser die Reaktionen des Fahrzeuges auf verschiedene Einflüsse wie etwa Seitenwind, die Bedingungen, unter denen eine Kurve gefahren wird, geringere Bodenhaftung auf dem Untergrund/ auf dem das Fahrzeug fährt, Beginn einer Schleuderbewegung etc. abschätzten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde/ eine Servolenkung der eingangs genannten Art anzugeben/ die besser als bisher den verschiedenen Anforderungen der Praxis entspricht und die insbesondere so ausgebildet ist/ daß sie wirksam bei Parkmanövern oder bei einer Bewegung

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des Fahrzeugs mit einer sehr geringen Geschwindigkeit den Fahrer bei der Lenkung des Fahrzeuges unterstützt, ohne aber das Fahrgefühl bei normaler Fahrt zu beeinträchtigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist₇ die direkt oder indirekt auf die Seitenbeschleunigung des Fahrzeuges anspricht und jedes Tätigwerden der Servoantriebseinrichtung verhindert/ wenn das Fahrzeug einer Seitenbeschleunigung ausgesetzt ist, die gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, der seinerseits einer Fahrt des Fahrzeuges durch eine Kurve mit einer Geschwindigkeit entspricht, bei welcher das am Lenkrad angreifende Moment unter dem Schwellenwert liegt.

Ganz allgemein kann die erfindungsgemäße Servolenkung so ausgebildet sein, daß die Steuereinrichtung eine Verbindungseinrichtung zur elastischen drehmomentübertragenden Verbindung zwischen dem Lenkrad oder einem mit dem Lenkrad drehfest verbundenen ersten Lenksäulenabschnitt einerseits und einem zweiten Lenksäulenabschnitt andererseits umfaßt und daß elektrische Kontaktgeber zwischen den beiden gegeneinander verdrehbaren Lenksäulenabschnitten angeordnet sind, wobei diese Kontaktgeber insbesondere im Sinne eines Schließens betätigbar sind, wenn die Relatiwerdrehung zwischen den beiden Lenksäulenabschnitten einen vorbestimmten Wert übersteigt, welcher dem Schwellenwert des Lenkmomentes entspricht.

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Vorzugsweise umfaßt die Servoantriebseinrichtung einen Elektromotor, der über die genannten Kontaktgeber oder über von den Kontaktgebern gesteuerte Relais mit Strom versorgt wird. Vorzugsweise ist die auf die Seitenheib schleunigung des Fahrzeugs ansprechende Vorrichtung so ausgebildet, daß sie auf einen Schalter einwirkt, der in der Stromversorgungsschaltung des Elektromotors liegt, wobei der Schalter in geschlossenem Zustand eine Stromversorgung des Elektromotors ermöglicht, wenn die Seitenbeschleunigung unter einem bestimmten Grenzwert liegt, wogegen der Schalter sich in seiner Offenstellung befindet, wenn die Seitenbeschleunigung den bestimmten Grenzwert erreicht oder überschreitet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß zur Betätigung der auf eine gegenseitige Verdrehung der beiden Lenksäulenabschnitte ansprechenden elektrischen Kontaktgeber ein Ring vorgesehen ist, der drehfest mit einem der Lenksäulenabschnitte verbunden ist und an seiner Innenumfangsflache stufenförmige Erhebungen aufweist,wogegen ein mit dem jeweils anderen Lenksäulenabschnitt verbundener Träger mit den elektrischen Kontaktgebern versehen ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß eine Relativdrehung zwischen dem Ring und dem Träger ein Zusammentreffen einer stufenförmigen Erhebung des Ringes mit einem Betätigungsorgan eines elektrischen Kontaktgebers führt, und daß jeder Drehrichtung zwischen den beiden Lenksäulenabschnitten ein elektrischer Kontaktgeber zugeordnet ist, der die Betätigung der Servoantriebseinrichtung in der geeigneten Richtung bewirkt.

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Die auf die Seitenbeschleunigung ansprechende Vorrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie eine Trägheitssteuerung mit einer pendelartigen Schwungmasse umfaßt, die an einer im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufenden Achse pendelnd aufgehängt ist, wobei die Schwungmasse mit einer Amplitude hin- und herpendeln kann, die der Seitenbeschleunigung entspricht, und so ausgebildet ist, daß sie während der Pendelbewegungen elektrische Kontaktgeber betätigt, welche ggfs. über ein Relais die Außerbetriebsetzung der Servoantriebseinrichtung gewährleisten, wenn die Pendelbewegung der Schwungmasse und damit die Seitenbeschleunigung einen bestimmten Grenzwert überschreitet.

Die pendelnd aufgehängt Schwungmasse ist vorzugsweise von einem Ring mit einer vertikal und im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufenden Mittelebene gebildet, wobei die Gelenkachse dieses Ringes im wesentlichen parallel zu dieser Längsrichtung des Fahrzeuges verläuft.

Wenn mindestens eine Achse des Fahrzeugs, insbesondere die Vorderachse, mit einer Stabilisatorstange versehen ist, die durch Torsionsverformung sich den entgegengesetzt gerichteten Drehschwingbewegungen der Aufhängelenker der beiden Räder derselben Achse widersetzt, kann die auf die Seitenbeschleunigung ansprechende Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet sein, daß sie einen elektrischen Kontaktgeber umfaßt, der bei einer Verdrillung dieser Stabilisatorstange betätigbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform wird erfindungsgemäße vorgeschlagen, daß die direkt oder indirekt auf die Seiten-

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beschleunigung des Fahrzeugs ansprechende Vorrichtung einen parallel zur Stabilisatorstange verlaufenden Stab umfaßt₇ der mit einem Abschnitt mit einem ersten Abschnitt der Stabilisatorstange verbunden ist₇ daß ein Ende des Stabes frei drehbar und gleitend in einer Buchse geführt ist/ die drehfest mit einem zweiten Abschnitt der Stabilisatorstange verbunden ist₇ wobei der erste und der zweite Abschnitt der Stabilisatorstange in Achsrichtung derselben einen Abstand von" einander haben₇ daß die Buchse fest mit einem Träger verbunden ist/ während das Ende des Stabes fest mit einer Gabel oder einem analogen Bauteil verbunden ist, das bei einer Torsionsdeformation der Stabilisatorstange eine Relativdrehung relativ zum Träger erfährt/ und daß zwischen dem Träger und der Gabel ein elektrischer Schalter derart angeordnet ist₇ daß er bei einer hinreichend großen Relativdrehung zwischen der Gabel und dem Träger betätigbar ist.

Vorzugsweise ist die auf das Lenkmoment am Lenkrad ansprechende Steuereinrichtung in der Weise ausgebildet/ daß sie die Inbetriebnahme der Servoantriebseinrichtung' bewirkt/ wenn das Lenkmoment einen Wert in der Größenordnung von 1 m daN erreicht oder überschreitet.

Die auf die Seitenbeschleunigung ansprechende Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet/ daß sie die Inbetriebnahme der Servoantriebseinrichtung verhindert/ wenn die Seitenbeschleunigung (der eine Zentrifugalkraft entspricht) einen Wert in der Größenordnung von 0/2 g erreicht oder überschreitet (g = Erdbeschleunigung).

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Die Erfindung betrifft ferner Kraftfahrzeuge, die mit einer erfindungsgemäßen Servolenkung ausgerüstet sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung,welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Servolenkung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Verbindungsein-1.0 richtung zur elastischen Verbindung zweier

Teile einer Lenksäule, und die elektrische Kontakteinrichtung, welche auf eine Relativdrehung zwischen den beiden Teilen der Lenksäule anspricht,

Fig. 3 eine vereinfachte Schnittansicht längs Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine pendelartige Trägheitsvorrichtung, welche auf eine Seitenbeschleunigung anspricht,

Fig. 5 einen Schnitt längs Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 . eine Draufsicht auf einen Teil eines Stabilisators und eines mit diesem verbundenen Stabes zur Steuerung eines elektrischen Kontaktgebers entsprechend der Verdrehung der Stabilisatorstange,

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Fig. 7 einen Schnitt längs Linie VII-VII in Fig. 6, und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Servolenkung.

in Fig. 1 erkennt man eine schematische Darstellung einer Servolenkung für Kraftfahrzeuge, umfassend eine Steuereinrichtung C/ die auf ein an einem Lenkrad 1 angreifendes Moment anspricht, und eine Servoantriebseinrichtung M, welche das Einschlagen der Lenkung unterstützt. Diese Servoantriebseinrichtung M umfaßt einen Elektromotor 2, der mit einem Lenksäulenabschnitt 3 über eine Kupplung 4a und ein Reduziergetriebe 4b in Antriebsverbindung steht.

Die Steuereinrichtung C umfaßt eine Verbindungseinrichtung E zur elastischen drehmomentübert-ragenden Verbindung des Lenkrades 1 mit dem Lenksäulenabschnitt 3. Die Verbindungseinrichtung E kann direkt zwischen dem Lenkrad 1 und einer einstückig ausgebildeten Lenksäule oder entsprechend der Darstellung in Fig. 1 zwischen einem ersten mit dem Lenkrad 1 starr verbundenen Lenksäulenabschnitt 5 und dem zweiten Lenksäulenabschnitt 3 angeordnet sein, der direkt auf das Lenkgestänge zur Steuerung des Lenkeinschlages der Fahrzeugräder einwirkt.

Die Steuereinrichtung C umfaßt einen Schalter i, der sich schließt, wenn die Winkelverdrehung zwischen den beiden Lenksäulenabschnitten 3 und 5 einen vorbestimmten Wert überschreitet, der einem Schwellwert des Lenkmomentes entspricht.

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Wie man in den Fig. 2 und 3 erkennt, umfaßt die Verbindungseinrichtung E zur elastischen Verbindung der Lenksäulenabschnitte 5 und 3 beispielsweise zwei Muffen 6 und 7, die aus einem elastomeren Material besteig hen und in einander diametral gegenüberliegenden Öffnungen angeordnet sind, die in einer drehfest mit dem lenkradfernen Ende des Lenksäulenabschnittes 5 verbundenen Platte 8 ausgebildet sind. Die Platte 8, deren Mittelebene im wesentlichen senkrecht zum Lenksäulenabschnitt 5 gerichtet ist, weist eine längliche Form auf, wobei die Längsrichtung durch die Mittelpunkte der die Muffen 6 und' 7 aufnehmenden Öffnungen verläuft.

Eine in ihrer Form der Platte 8 entsprechende Platte 9 ist mit dem benachbarten Ende des Lenksäulenabschnittes 3 fest verbunden. Bolzen 10 durchsetzen die Muffen 6 und 7 sowie entsprechende in der Platte 9 vorgesehene Bohrungen. Die Bolzen 10 sind an der Platte 9 durch Muttern 11 gesichert. Das Lenkmoment wird über den Lenksäulenabschnitt 5 auf den Lenksäulenabschnitt 3 über die elastischen Muffen 6 und 7 übertragen. Die Muffen werden umsomehr zusammengepreßt, je stärker das zu übertragende Lenkmoment ist. Daraus resultiert eine Relativdrehung oder Winkelversetzung zwischen den Platten 8 und 9 und daher zwischen dem Lenksäulenabschnitt 5 und 3, die der Richtung und der Amplitude des zu übertragenden Momentes direkt proportional ist.

Der Schalter oder Kontaktgeber i umfaßt gemäß Fig. 3 einen an einem Abschnitt der Lenksäule, beispielsweise dem Lenksäulenabschnitt 5 angeordneten Ring 12, der

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drehfest mit diesem Lenksäulenabschnitt verbunden ist. Dieser Ring 12 kann in axialer Richtung verschiebbar auf dem Ende des Lenksäulenabschnittes 5 angeordnet sein, wobei er in eine Aussparung in der Platte 8 eingreift. Wie man in Fig. 2 erkennt, ist zwischen dem Ring 12 und dem Boden der Aussparung in der Platte 8 eine Schraubenfeder 13 angeordnet, welche den Ring in axialer Richtung gegen ein Auflager 14 drückt, das drehfest mit dem anderen Abschnitt der Lenksäule, insbesondere der Platte 9 und dem Lenksäulenabschnitt 3, verbunden ist. Der Ring 12 weist an seiner zylindrischen Innenfläche stufenförmige Erhebungn 12a und 12b auf. Das Auflager 14, dessen Form in den Fig. 2 und 3 erkennbar ist, trägt eine Blattfeder mit zwei Federarmen 15a und 15b, die ebenso wie die Erhebungen 12a und 12b symmetrisch zu einer Ebene liegen, welche durch die Achsen der Lenksäulenabschnitte 3 und 5 sowie die Achsen der einander diametral gegenüberliegenden Bolzen 10 verläuft.

Wie man in Fig. 3 erkennt, erstreckt sich die die beiden Federarme 15a und 15b umfassende Blattfeder ein wenig weiter als über einen Halbkreis, wobei die einander diametral gegenüberliegenden Enden der Federarme 15a und 15b mit Stößeln 16a, 16b zusammenwirken, die radial beweglich gelagert sind. Jeder Stößel 16a und 16b wirkt mit einem elektrischen Kontakt 17a bzw. 17b zusammen. Beispielsweise liegt jeder Stößel 16a, 16b an dem Schaltarm eines Mikroschalters an.

Jeder Federarm 15a und 15b folgt einem bestimmten Abschnitt des Innenumfangs des Ringes 12. Man erkennt aus der Darstellung .in Fig. 3, daß bei einer Drehung

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des Ringes 12 aus der in Fig. 3 dargestellten Stellung im Uhrzeigersinn die stufenförmige Erhebung 12a den Federarm 15a so nach radial innen drückt, daß der Stößel 16a nach radial innen verschoben wird. Das bewirkt das Schließen des elektrischen Kontaktes 17a und das Einschalten des elektrischen Servomotors 2 in der geeigneten Drehrichtung.

Bei einer Relativdrehung des Ringes 12 im entgegengesetzten Drehsinn, d.h. bei Betrachten der Fig. 3 im Gegenuhrzeigersinn, wird der Kontakt 17b geschlossen und der Servomotor 2 in entgegengesetzter Drehrichtung eingeschaltet.

Vorzugsweise sind Relais, beispielsweise elektromagnetische Relais 18a, 18b (Fig. 1} vorgesehen, um die Speisung des Servomotors 2 in der Weise zu steuern, daß die Kontakte 17a und 17b von einem Strom geringer Stromstärke durchflossen werden, der dem zur Erregung der Relais 18a und 18b notwendigen Strom entspricht.

Die erfindungsgemäße Servolenkung umfaßt ferner eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung G, die direkt oder indirekt auf die Seitenbeschleunigurig des Fahrzeuges anspricht und jede Betätigung des Servor-· motors 2 verhindert, wenn das Fahrzeug einer Seitenbeschleunigung ausgesetzt ist, die gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert Y* „ ist, der der Kurvenfahrt eines Fahrzeuges mit einer Geschwindigkeit entspricht, bei welcher das am Lenkrad angreifende Lenkmoment unter dem zur Betätigung der Kontakte 17a und 17b notwendigen Schwellwert des Momentes liegt.

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- yr-

Die Vorrichtung G ist mit einem Schalter 19 verbunden, der direkt oder vorzugsweise über ein Relais mit der Stromversorungsschaltung des Elektromotors 2 verbunden ist. Dieser Schalter 19 ist geöffnet und verhindert einen Antrieb des Elektromotors 2, wenn das Fahrzeug einer Seitenbeschleunigung ausgesetzt ist (entsprechend einer Zentrifugalkraft), die über dem bestimmten Wert y~~ liegt, der beispielsweise den Wert 0,2 g haben kann, wie dies weiter unten noch genauer ausgeführt wird (g = Erdbeschleunigung).

Gemäß einer ersten Ausführungsform umfaßt die auf eine Seitenbeschleunigung ansprechende Vorrichtung G entsprechend den Fig. 4 und 5 eine nach dem Prinzip eines Trägheitspendels arbeitende Vorrichtung 20.

Diese Vorrichtung weist eine schwingende Masse 21 auf, die an einer im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Fahrzeuges verlaufenden Achse 22 gelenkig aufgehängt ist. Die schwingende Masse 21 kann von einem Ring gebildet sein, dessen Mittelebene im wesentlichen vertikal und senkrecht zur Achse 22 verläuft, d.h. im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeuges gerichtet ist.

Die schwingende Masse 21 wird nach beiden Seiten der in Fig. 4 dargestellten vertikalen Achse um Winkelbeträge ausgelenkt, wenn das Fahrzeug Zentrifugalkräften in den Kurven ausgesetzt ist.

Durch die schwingende Masse oder den Trägheitskörper sind bei einer Auslenkung derselben elektrische Kontaktgeber 19a, 19b betätigtbar, die gegebenenfalls über ein

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Relais gewährleisten, daß der elektrische Servormotor außer Betrieb bleibt, wenn die Winkelauslehkung der Masse 21 einen bestimmten Grenzwert überschreitet.

Die Kontaktgeber 19a, 19b sind vorzugsweise von Mikroschaltern gebildet, die innerhalb der ringförmig geformten schwingenden Masse 21 angeordnet sind. Jeder Mikroschalter weist einen Schalthebel 23a, 23b auf, der mit der Innenoberfläche der ringförmigen Masse in Berührung steht.

Bei einer Schwenkbewegung der Masse 21 entsprechend einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn um die Achse (in Fig. 4 betrachtet) wird der Schalthebel 23b in die gestrichelt dargestellte Stellung überführt. Diese Auslenkung des Schalthebels 23b kann beispielsweise die Schließung des Mikroschalters 19b bewirken. Diese Schließung steuert ihrerseits die Öffnung eines elektromagnetischen Relais, das die Stromzufuhr zu dem Servomotor 2 unterbricht. Gemäß einer Ausführungsvariante bewirkt die Auslenkung des Schalthebels 23b das Öffnen des Mikroschalters, der direkt oder wiederum über ein Relais die Stromzuführung zu dem Elektromotor 2 unterbricht. Der andere mit dem Schalthebel 23a verbundene Mikroschalter tritt in Aktion, wenn die Masse 21 im Uhrzeigersinn um die Achse 22 verschwenkt wird. Die elektrische Schaltungsanordnung für die beiden den Schalthebeln 23a und 23b zugeordneten Mikroschalterist an deren Betriebsweise angepaßt.

Wenn die beiden Mikroschalter in ihrer Schließstellung wirksam werden, d.h. wenn sie beim Schließen die

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Öffnung eines die Stromzufuhr zum Elektromotor 2 unterbrechenden Relais bewirken, sind die beiden Mikroschalter parallel an dieselbe Steuerwicklung des Relais geschaltet. Wenn sie dagegen in ihrer öffnungsstellung wirksam werden, sind sie in Reihe geschaltet.

Die aus der Schwungmasse 21 und den Mikroschaltern bestehende Anordnung ist in einem Gehäuse 24 mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt untergebracht, das mittels Schrauben 25 an einer im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeuges gerichteten Wand 26 des Fahrzeuges befestigt werden kann.

In den Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung G dargestellt, die sich insbesondere für eine Ausführungsform eines Fahrzeuges eignet, das eine Stabilisatorstange 27 für eine Achse, insbesondere die Vorderachse, aufweist. Wie man weiß , wirkt eine solche Stabilisatorstange durch ihre Torsionsdeformation einer Drehschwingbewegung der Radaufhängungslenker der beiden an derselben Achse angeordneten Räder entgegen, wenn diese Drehschwingbewegungen in entgegengesetzter Richtung erfolgen. Dieser Zustand tritt insbesondere in Kurven auf, wenn das Fahrzeug eine Seitenbeschleunigung erfährt, die ein Kippen des Fahrzeugrahmens relativ zum Boden bewirkt.

Betrachtet man einen ersten Abschnitt 28 der Stabilisatorstange 27 und einen zweiten Abschnitt 28a der Stabilisatorstange 27, der von dem erste Abschnitt längs der Achse der Stabilisatorstange 27 um einen

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bestimmten Betrag entfernt ist, erkennt man, daß eine Relativdrehung zwischen diesen beiden Abschnitten 28 und 28a bei einer Torsionsdeformation der Stabilisatorstange 27 erfolgt. Wählt man den axialen Abstand zwisehen diesen beiden Abschnitten 28 und 28a genügend groß, so kann man ohne Mühe die Relativdrehung zwischen diesen beiden Abschnitten, feststellen. Diese Relativdrehung hängt von der Amplitude der Seitenbeschleunigung ab, der das Fahrzeug ausgesetzt ist.

Die Vorrichtung G umfaßt in diesem Falle einen Stab 29, der parallel zur Stabilisatorstange 27 verläuft. Ein erster Abschnitt 29a des Stabes 29 ist mit dem ersten Abschnitt 28 der Stabilisatorstange 27 über einen Flansch 30a verbunden. Das Ende 29b des Stabes 29 erstreckt sich frei drehbar und gleitend durch eine Muffe 31 , die eine in einem Flansch 30b angeordnete Lagerhülse bildet. Der Flansch 30b ist an dem zweiten Abschnitt 28a der Stabilisatorstange 27 befestigt. Die Lagerhülse 31 ist drehfest mit einem scheibenförmigen Träger 32 verbunden, der in einem radialen Abstand zu der Stabilisatorstange 27 liegt. Ein elektrischer Kontaktgeber 33, der von zwei auf dem Träger 32 befestigten Mikroschaltern 33a, 33b gebildet ist, wirkt mit einer U-förmigen zweizinkigen Gabel 34 zusammen, die mit dem Ende 29b des Stabes 29 drehfest verbunden ist. Wie man in Fig. 7 erkennt, schließen die beiden Zinken 34a, 34b der Gabel 34, die beiden Mikroschalter 33a, 33b zwischen sich in der Weise ein, daß sie mit den Betätigungsstößeln 35a, 35b der Mikroschalter 33a, 33b zusammenwirken können.

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Wenn bei einer Kurvenfahrt eine Seitenbeschleunigung auf das Fahrzeug einwirkt, bewirkt dies ein Kippen des Fahrzeuges und eine Torsionsdeformation der Stabilisatorstange 27. Dadurch ergibt sich eine Verdrehung zwischen den beiden Bereichen 28 und 28a, an denen die Flansche 30a bzw. 30b befestigt sind. Folglich ergibt sich auch eine Winkelversetzung zwischen den beiden Flanschen 30a und 30b. Der Stab 29 hält die Gabel 34 in ihrer dem Abschnitt 28 entsprechenden Winkelposition, während der Träger 32 mit dem Flansch 30b und dem Abschnitt 28a der Stabilisatorstange 27 verdreht wird. Es ist zu bemerken, daß der Stab 29 darüberhinaus verbogen wird, da er in radialer Richtung in der Lagerhülse 31 festgehalten wird.

Bei einer entsprechend großen Winkelauslenkung zwischen der Gabel 34 und dem Träger 32 wird der der jeweiligen Richtung der Winkelauslenkung entsprechende Mikroschalter 33a oder 33b betätigt und steuert die Unterbrechung der Stromzuführung zu dem elektrischen Servomotor 2, wie dies bereits anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben wurde.

Wenn die Winkelversetzung zwischen den beiden Flanschen 30a und 30b einen bestimmten Wert überschreitet, der zur Betätigung eines der Mikroschalter 33a, 33b notwendig ist, bleibt der entsprechende Mikroschalter betätigt. Da aber der Betätigungsstößel 35a bzw. 35b eine Endstellung einnimmt, wird die entsprechende Zinke 34a oder 34b der an dem betreffenden Betätigungsstößel 35a, 35b geringfügig verbogen.

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Einer der Abschnitte 28, 28a der Stabilisatorstange 27 kann von dem Mittelabschnitt der Stabilisatorstange 27 gebildet sein. In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der Mittelabschnitt dem-Abschnitt 28. Der andere Abschnitt 28a, 28 der Stabilisatorstange 27 kann von einem nahe einem Ende der Stabilisatorstange 27 gelegenen Abschnitt gebildet sein.

Wenn das Fahrzeug einen Torsionsstab für eine Vorrichtung zur Korrektur der Federhöhe aufweist, kann der Stab 29 in vorteilhafter Weise von einer Verlängerung dieses TorsionsStabes gebildet sein.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet auf folgende Weise:

Wenn der Fahrer des Fahrzeuges beispielsweise einparken will oder sehr langsam fährt, muß er ein relativ hohes Lenkmoment ausüben, das oberhalb des Schwellwertes zur Betätigung des elektrischen Kontaktgebers i liegt. Dieser Schwellwert kann in der Größenordnung von 1 m daN liegen. Ein überschreiten dieses Schwellwertes bewirkt das Schließen des elektrischen Kontaktgebers i. Da ferner das Fahrzeug mit einer sehr geringen Geschwindigkeit fährt, ist die auf das Fahrzeug einwirkende Seitenbeschleunigung praktisch Null oder sehr gering, in jedem Falle aber kleiner als der Grenzwert, der zur Betätigung der Vorrichtung G notwendig ist. Unter diesen Umständen ist der Kontaktgeber 19 (Fig. 1) geschlossen, so daß der Elektromotor 2 gespeist v/erden kann. Der Fahrer erfährt eine Unterstützung durch die Servoeinrichtung bei seinen Parkmanövern.

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- aar -

Wenn dagegen das Fahrzeug rollt, wird jegliche Servounterstützung der Lenkung unterdrückt. Wenn sich nämlich das Fahrzeug geradeaus bewegt oder in Kurven mit großem Krümmungsradius, ist das auf das Lenkrad 1 ausgeübte Moment wegen des Rollens gering und liegt unterhalb des Schwellwertes, der zur Betätigung des Schalters i not-· wendig ist. Dieser Schalter ist geöffnet, so daß eine Stromversorgung des Elektromotors 2 unterbrochen ist.

Während der Fahrt kann das Lenkmoment am Lenkrad 1 nicht den Schwellenwert für die Betätigung des Schalters i erreichen, es sei denn, daß das Fahrzeug eine Kurve mit genügend kleinem Krümmungsradius mit einer hinreichend hohen Geschwindigkeit durchläuft. Anders ausgedrückt kann man dem Schwellwert des Lenkmomentes einen Wert Y* .. der auf das Fahrzeug einwirkenden Seitenbeschleunigung zuordnen, wenn der Schwellwert während der Fahrt erreicht wird.

Für den Grenzwert zur Betätigung der auf die Seitenbeschleunigung ansprechenden Vorrichtung G wurde ein Wert YO gewählt, der unterhalb des Wertes Y" 1 liegt.

Wenn das Fahrzeug eine Kurve durchläuft und dabei eine Seitenbeschleunigung ή 1 erfährt, die genügend hoch ist, um ein Lenkmoment zu fordern, das eine Schließung des Schalters i bewirkt, ist der Schalter 19 der auf die Seitenbeschleunigung ansprechenden Vorrichtung G bereits geöffnet, wodurch eine Inbetriebnahme des Elektromotors 2 verhindert wird.

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Auf diese Weise wird also während der Fahrt des Fahrzeuges jegliche Servounterstützung der Lenkung unterdrückt. Dagegen verfügt man während Fahrmanövern mit sehr geringer Geschwindigkeit, insbesondere beim Parken, über eine Lenkhilfe.

Erfindungsgemäß ist es möglich, den Schwellwert für das Unterstützungsmoment beim Parken zu senken, ohne das Auftreten einer unerwünschten Servounterstützung während der Fahrt über eine kurvenreiche Bahn zu riskieren.

Fig. 8 gibt eine graphische Zusammenstellung der Arbeitsweise der Servolenkung.

Auf der Abszisse wurde die Seitenbeschleunigung /*" aufgetragen, der das Fahrzeug ausgesetzt ist, während auf der Ordinate das an dem Lenkrad 1 angreifende Moment T aufgetragen wurde.

Das Unterbrechen der Servounterstützung, das durch den Schalter i sichergestellt wird, erfolgt an einem Punkt, an dem das Moment unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt. Anders ausgedrückt liegt der Bereich, in dem keine Servounterstützung erfolgt, unterhalb einer Geraden z, die parallel zur Abszisse verläuft und als Ordinatenwert den Betätigungsschwellwert T_Q hat.

Die Kurve y gibt den Verlauf des Lenkmomentes in Abhängigkeit der Seitenbeschleunigung an, der das Fahrzeug ausgesetzt ist. Diese Kurve y schneidet die Gerade ζ an einem Punkt mit der Abszisse

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-VS-

Die Unterbrechung der Servounterstützung durch die Vorrichtung G erfolgt, wenn die Sextenbeschleunxgung oberhalb des Wertes ^^- 0 liegt. Sobald die Sextenbeschleunxgung über diesem Wert liegt, wird die Servounterstützung unterbrochen. Die Bereiche des Quadranten, in denen keine Servounterstützung stattfindet, sind schraffiert. Man erkennt, daß die Kurve y vollkommen in den schraffierten Bereichen verläuft und daß. aufgrund der Tatsache, daß Λ*" 0 unterhalb von /Γ 1 liegt, ein Sicherheitsbereich s geschaffen ist, der jegliche unpassende Auslösung der Servounterstützung während der Fahrt verhindert.

Wenn das Fahrzeug völlig oder beinah stillsteht, liegt das Lenkmoment über der Auslöseschwelle, so daß der Arbeitspunkt der Lenkung in dem nicht schraffierten Bereich D des Quadranten liegt, welcher der Tätigkeit der Servounterstützung entspricht. Die insbesondere ins Auge gefaßten Ausführungsformen betreffen den Fall, in dem die Servounterstützung von einem Elektromotor geleistet wird, da auf diese Weise eine Servolenkung mit geringen Herstellungskosten erhalten wird. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Erfindung auch dann anwendbar ist, wenn die Servoantriebseinrichtung von anderen Mitteln gebildet ist,.beispielsweise hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnungen und dergleichen, die mit Magnetventilen verbunden sind, die ihrerseits durch die elektrischen Kontaktgeber steuerbar sind.

Ferner kann die auf das am Lenkrad angreifende Lenkmoment ansprechende Einrichtung auch auf andere Weise

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ausgebildet sein als als elastische Verbindungseinrichtung. Es läßt sich hierfür jede Vorrichtung verwenden, die auf das auf die Lenksäule des Fahrzeuges einwirkende Moment anspricht.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Servolenkung liegt in ihrem einfachen Aufbau, durch den sie auf einfache Weise und zu geringen Kosten herstellbar ist.

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Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Finckje Dipl.-Ing. F. A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska - Sr -PLBA 8 MÜNCHEN 86, DEN 2834283 POSTBACH 860820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22 Patentansprüche

1.1 Servolenkung für Fahrzeuge, umfassend eine Steuer- ^-¹^ einrichtung, die auf das an dem Lenkrad angreifende Moment anspricht, und eine Servoantriebseinrichtung zur Unterstützung des Lenkeinschlages insbesondere durch Zusammenwirken mit einem Teil der Lenksäule, wobei das Wirksamwerden der Servoantriebseinrichtung durch die Steuereinrichtung gesteuert wird, wenn das am Lenkrad angreifende Moment gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert wird und wobei die Servoantriebseinrichtung für Lenkmomente unterhalb dieses Schwellenwertes außer Kraft gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorrichtung (G) vorgesehen ist, die direkt oder indirekt auf die Seitenbeschleunigung des Fahrzeuges anspricht und jedes Tätigwerden der Servoantriebseinrichtung (M) verhindert, wenn das Fahrzeug einer Seitenbeschleunigung ausgesetzt ist, die gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert (Jf₀) ist, der seinerseits einer Fahrt des Fahrzeuges durch eine

2Q Kurve mit einer Geschwindigkeit entspricht, bei welcher das am Lenkrad angreifende Moment unter dem Schwellenwert liegt.

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2. Servorlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (C) eine Verbindungseinrichtung (E) zur elastischen drehmomentübertragenden Verbindung zwischen dem Lenkrad (1) oder einem mit dem Lenkrad (1) drehfest verbundenen ersten Lenksäulenabschnitt (15) einerseits und einem zweiten Lenksäulenabschnitt (3) andererseits umfaßt und daß elektrische Kontaktgeber (i; 17a, 17b) zwischen den'beiden gegeneinander verdrehbaren Lenksäulenabschnitten (3, 5) angeordnet sind, wobei diese Kontaktgeber (i? 17a, 17b) insbesondere im Sinne eines Schließens betätigbar sind, wenn die Relativverdrehung zwischen den beiden Lenksäulenabschnitten (3, 5) einen vorbestimmten Wert übersteigt, welcher dem Schwellenwert des Lenkmomentes entspricht.

3. Servolenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Betätigung der auf eine gegenseitige Verdrehung der beiden Lenksäulenabschnitte (3, 5) ansprechenden elektrischen Kontaktgeber (17a, 17b) ein Ring (12) vorgesehen ist, der drehfest mit einem der Lenksäulenabschnitte (3, 5) verbunden ist und an seiner Innenumfangsflache stufenförmige Erhebungen (12a, 12b) aufweist, wogegen ein mit dem jeweils anderen Lenksäulenabschnitt (5, 3) verbundener Träger (14) mit den elektrischen Kontaktgebern (17a, 17b) versehen ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß eine Relativdrehung zwischen dem Ring (12) und dem Träger (14) ein Zusammentreffen einer stufenförmigen Erhebung (12a, 12b) des Ringes (12) mit einem Betätigungsorgan (15a, 16a; 15b, 16b) eines elektrischen Kontaktgebers bewirkt.

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und daß jeder Drehrichtung zwischen den beiden Lenksäulenabschnitten (3, 5) ein elektrischer Kontaktgeber zugeordnet ist, der die Betätigung der Servoantriebseinrichtung (M) in der geeignten Richtung bewirkt.

4. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Servoantriebseinrichtung (M) einen Elektromotor (2) umfaßt.

5. Servorlenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt oder indirekt auf die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs ansprechende Vorrichtung (G) mit einem Schalter (19) gekoppelt ist, welcher in der Stromversorgungsschaltung des Elektromotors (2) liegt.

6. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die direkt oder indirekt auf die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs ansprechende Vorrichtung (G) eine Trägheitssteuerung (20) mit einer pendeiförmigen Schwungmasse (21) umfaßt, die um eine im wesentliehen parallel zur Längsrichtung des Fahrzeuges verlaufende Achse (22) gelenkig gelagert ist, wobei diese Schwungmasse (21) Winkelauslenkungen mit einer der Amplitude der Seitenbeschleunigung entsprechenden Amplitude erfährt und so ausgebildet ist, daß sie während der Pendelbewegungen elektrische Kontakte (19a, 19b) betätigt, welche gegebenenfalls über ein Relais die Servoantriebseinrichtung (M) außer Betrieb halten, wenn die Winkelauslenkung der Schwungmasse (21) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

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7. Servolenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwungmasse von einem Ring (21) gebildet ist, dessen Mittelebene im wesentlichen vertikal und senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeuges verläuft, wobei die elektrischen Kontakte (19a, 19b) von Mikroschaltern gebildet sind, die innerhalb des Ringes (21) angeordnet sind.

8. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für Fahrzeuge, welche mindestens eine mit einer Stabilisatorstange ausgerüstete Achse aufweisen,dadurch gekennzeichnet , daß die auf die Seitenbeschleunigung ansprechende Vorrichtung (G) einen elektrischen Schalter (33) umfaßt, der durch die Torsion der Stabilisatorstange (27) gesteuert wird.

9. Servolenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt oder indirekt auf die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs ansprechende Vorrichtung (G) einen parallel zur Stabilisatorstange (27) verlaufenden Stab (29) umfaßt, der mit einem Abschnitt (29a) mit einem ersten Abschnitt (28) der Stabilisatorstange (27) verbunden ist, daß ein Ende des Stabes (29) frei drehbar und gleitend in einer Buchse (31) geführt ist, die drehfest mit einem zweiten Abschnitt (28a) der Stabilisatorstange verbunden ist, wobei der erste und der zweite Abschnitt (28, 28a) der Stabilisatorstange (27) in Achsrichtung derselben einen Abstand voneinander haben, daß die Buchse (31) fest mit einem Träger (32) verbunden ist,während das Ende (29b) des Stabes (29) fest mit einer Gabel (34) oder einem analogen Bauteil verbunden ist, das bei einer Torsionsdeformation der

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Stabilisatorstange (27) eine Relativdrehung relativ zum Träger (32) erfährt, und daß zwischen dem Träger (32) und der Gabel (34) ein elektrischer Schalter (33) derart angeordnet ist, daß er bei einer hinreichend großen Relativdrehung zwischen der Gabel (34) und dem Träger (32) betätigbar ist.

10. Servorlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die direkt oder indirekt auf eine Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs ansprechende Vorrichtung (G) so ausgebildet ist, daß sie einen Betrieb der Servoantriebseinrichtung (M) verhindert, wenn die Seitenbeschleunigung einen Wert in der Größenordnung von 0,2 g erreicht oder überschreitet.

11. Servorlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuervorrichtung (C) so ausgebildet ist, daß sie die Servoantriebseinrichtung (M) in Betrieb setzt, - wenn das Lenkmoment einen Wert in der Größenordnung von 1 m daN erreicht oder überschreitet.

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