DE3310386C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Die genannte Hilfskraftlenkung ist in der DE-OS 32 40 629 im älterem Zeitrang vorgeschlagen worden. Durch das Drehwinkeldifferenzsignal, das ein Maß für die Lenkkraft ist, kann auch bei geringer Geschwindigkeit des Fahrzeuges die vom Fahrer aufzubringende Lenkkraft verhältnis­ mäßig klein gehalten werden, da durch Erfassen des Dreh­ winkels zwischen den beiden Lenksäulenteilen der Arbeits­ zylinder des Lenkgetriebes lenkkraftabhängig mit Druck beauf­ schlagt werden kann. Dies ist insbesondere beim Parken und Rangieren eines Fahrzeuges vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil des älteren Vorschlags besteht darin, daß zur Druckbeauf­ schlagung des Arbeitszylinders lediglich ein elektrohydrau­ lisches Proportionalventil und zwei zusätzliche einfache Sicherheitsventile erforderlich sind.

Auch bei einer bekannten Lenkhilfeanordnung (DE-OS 31 06 088) sind die beiden Lenksäulenhälften über ein Torsionselement miteinander verbunden und wird die Drehwinkeldifferenz der beiden Hälften mit einem fotooptischen Signalgeber gemessen. Dieses Signal, das dem Lenkmoment entspricht, steuert einen Servormotor, der die eine Lenksäule antreibt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, daß mit dem älteren Vorschlag erzielte Lenkverhalten des Lenkgetriebes zu verbessern und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Durch das von dem zweiten Drehmesser gelieferte Drehwin­ kelsignal, das den Lenkeinschlag und damit die Position des Kolbens im Arbeitszylinder anzeigt, wird vermieden, daß das Lenkgetriebe eine Verstellbewegung ausführt, wenn der Fahrer das Lenkrad losläßt, so daß keine Lenk­ kraft mehr ausgeübt wird, womit sich das Drehwinkeldifferenz­ signal ändert und über eine elektrische Schaltung und das Proportionalventil eine Verstellbewegung des Lenkgetriebes hervorruft, die gefährlich ist. Durch die Positionsrück­ führung des Lenkeinschlages mittels des Drehwinkels kann ein solches Driften des Lenkgetriebes vermieden werden. Im Gegensatz zu bekannten Hilfskraftlenkungen, die ein Steuer­ verhalten aufweisen, ist erfindungsgemäß über die Rückfüh­ rung des Drehwinkels ein Regelverhalten der Hilfskraft­ lenkung vermittelt, die im geschlossenen Lageregelkreis arbeitet. Dadurch wird das Lenkverhalten und die Sicher­ heit der Lenkung erheblich erhöht.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Nach Anspruch 2 ist der Aufbau der Drehmesser für die Ermittlung des Drehwinkels und der Drehwinkeldifferenz so gewählt, daß die die elektrischen Anschlüsse aufweisen­ den Meßgehäuse gehäusefest angeordnet sind, so daß elektrische Zuleitungen zu den sich drehenden Lenksäulen­ hälften entfallen. Ferner betreffen die Unteransprüche 2 bis 4 eine besonders vorteilhafte und betriebssichere Bauweise für den die Drehwinkeldifferenz messenden Drehmesser, dessen Meßkörper entsprechend der Lenkkraft axial ver­ schoben wird und dabei das Drehwinkeldifferenzsignal in dem gehäusefest angeordneten Meßgehäuse erzeugt.

Nach Anspruch 5 sind beide Drehmesser miteinander ver­ einigt, wobei die axiale Verschiebung des Meßkörpers proportional der Lenkkraft und die Drehung des Meßkör­ pers proportional dem Lenkeinschlag ist. Die axiale Verschiebung erzeugt am Ausgang des Meßgehäuses ein analoges Signal, das mit Impulsen entsprechend dem Drehwinkel moduliert ist. Diese Bauweise zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus.

Nach Anspruch 6 kann der zweite Drehmesser zur Erfassung des Drehwinkels auch getrennt vom ersten Drehmesser ausge­ führt sein.

Anstelle dieser Anordnung können auch zwei Drehmesser verwendet werden, von denen der eine den Drehwinkel der einen Lenksäulenhälfte und der andere den Drehwinkel der anderen Lenksäulenhälfte mißt. Aus den beiden Drehwin­ kelsignalen läßt sich durch Differenzbildung die Dreh­ winkeldifferenz ermitteln. Hierbei ist jedoch der er­ forderliche Meßaufwand hoch, so daß die in den Ansprüchen 5 und 6 gekennzeichneten Lösungen bevorzugt werden.

Gemäß Anspruch 7 läßt sich aus dem Drehwinkelsignal die Lenkgeschwindigkeit ermitteln. Diese dient als Zusatzin­ formation, mit der von der elektrischen Schaltung der zeitliche Ablauf der Lenkbewegung erfaßt und das Lenk­ verhalten weiter verbessert werden kann.

Ferner kann bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit und einer zu großen Lenkgeschwindigkeit die Hilfskraftlenkung so eingestellt sein, daß der schnellen Lenkradbewegung ein Gegendruck im Arbeitszylinder entgegenwirkt und so die schnelle Lenkbewegung zu hemmen sucht. Damit wird ein Verreißen des Lenkrades bei hoher Geschwindigkeit verhindert, das zum Ausbrechen des Fahrzeuges führen kann. Zusätzlich kann automatisch eine Bremsung des Fahrzeuges ausgelöst werden.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist über die Drehwinkelerfassung ein Lageregelkreis gebildet, so daß gemäß Anspruch 9 das Steuerventil zum Ansteuern des Lenkgetriebes als Servo-Wegeventil aufgebaut ist, das eine Druckrückfüh­ rung aus dem Arbeitszylinder des Lenkgetriebes nicht mehr benötigt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Hilfskraftlenkung ge­ mäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Lenksäulenhälften im vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Lenksäulenhälften in Pfeilrichtung III der Fig. 2 gesehen,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2 und

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 4 mit einem Meßkörper in einer abgeänderten Ausführungs­ form.

In Fig. 1 ist ein Lenkrad 10 über eine in Fig. 2 im Schnitt dargestellte Lenksäule 12 mit einem Lenkgetriebe 14 verbunden. Das Lenkgetriebe 14 besteht aus einer Welle 15, die ein Ritzel 16 trägt, das mit einem Zahnstangen­ abschnitt 17 einer Kolbenstange 18 kämmt. Am unteren Ende der Kolbenstange 18 ist ein Kolben 19 befestigt, der in einem Zylinder 20 zwei Druckräume 21 und 22 ab­ trennt, wobei der Druckraum 22 vom Gehäuse 20′ des Lenk­ getriebes 14 abgeschlossen ist.

Beide Zylinderkammern 21 und 22 sind über je eine Leitung 23 und 24 mit einer von der Brennkraftmaschine 25 des Fahrzeugs angetriebenen Pumpe 26 bzw. mit dem Tank 27 verbindbar. Die Pumpe 26 fördert Druckmittel aus dem Tank 27 in eine Leitung 28, an die ein Speicher 29 und ein Speicherladeventil 30 angeschlossen ist. Nach dem Laden des Speichers 29 kann das von der Pumpe 26 geförder­ te Druckmittel durch das Ladeventil 30 in den Tank zurück­ fließen. Sinkt der Druck im Speicher 29 auf einen unteren Wert, so sperrt das Ladeventil 30. Die Funktionsweise ist bekannt.

Zur hydraulischen Verstellung der mit einem Lenkhebel der Vorderradlenkung eines Fahrzeugs verbundenen Kolbenstange 18 dient ein Proportionalventil 32 und ein Schaltventil 34, über das in der dargestellten Schaltstellung der der kleineren Kolbenfläche zugekehrte Druckraum 21 des Arbeitszylinders stets mit der Druckleitung 28 verbunden ist. In der anderen Schaltstellung des Schaltventils 34 sind beide Druckräume 21 und 22 gemeinsam mit dem Tank 27 verbunden und die Lenkung erfolgt rein mechanisch. Der Druck im Druckraum 22 wird über das als Wegeservo­ ventil aufgebaute Proportionalventil 32 eingestellt. Je nach Ansteuerung des Proportionalmagneten wird die Leitung 24 mit der Druckleitung 28 oder mit dem Tank 27 verbunden. Außerdem ist ein Sicherheitsventil 36 vorgesehen, das vom Druck in der Druckleitung 28 be­ tätigbar ist. Sinkt der Pumpendruck über einen bestimm­ ten Grenzwert ab, so werden beide Druckräume des Arbeits­ zylinders mit dem Tank 27 verbunden und die Lenkung wird mechanisch betätigt.

In einer elektrischen Schaltung 40 wird auf der Leitung 41 ein Ansteuersignal für den Proportionalmagneten des Wegeservoventils 32 in Abhängigkeit von drei Eingangs­ größen gebildet. Die erste Eingangsgröße ist ein von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängiges elektri­ sches Signal v auf einer Leitung 42. Das zweite Ein­ gangssignal ist die Drehwinkeldifferenz Δϕ zwischen dem Lenkrad 10 und der Welle 15 der geteilten Lenksäule 12, die in einem ersten Durchmesser 60 gemessen und über die Leitung 45 in die Schaltung 40 gegeben wird. Die Drehwinkeldifferenz ist ein Maß für das am Lenkrad 10 aufgebrachte Drehmoment zur Verstellung des Lenkgetriebes, also die Lenkkraft. Die dritte Eingangsgröße ist schließ­ lich der Drehwinkel der Welle 15, also ein Istwertsignal für den Lenkeinschlag ϕ, das über die Leitung 46 in die Schaltung 40 übertragen wird. Zur Erfassung der Lenkgeschwindigkeit kann das Drehwinkelsignal ϕ in einer nicht dargestellten Differenzierstufe differenziert und in ein lenkgeschwindigkeitsabhängiges Signal umgewandelt werden. Aus allen diesen Rückführgrößen wird in der Schaltung 40 das Ansteuersignal 41 für das Proportional­ ventil 32 gebildet; da der tatsächliche Drehwinkel des Lenkgetriebes, also der Lenkeinschlag der Räder als Drehwinkel ϕ gemessen wird, handelt es sich bei der dargestellten Schaltung um einen Lageregelkreis und ist demzufolge das Proportionalventil 32 als Wegeservoventil aufgebaut, das keine Druckrückführung aus der Leitung 24 aufweist. Gegebenenfalls kann das Proportionalventil 32 aber den Druck in der Leitung 24 als Rückführgröße er­ halten, wobei es sich dann um einen Lageregelkreis mit unterlagerter Druckrückführung handelt. Beispielsweise kann das Steuersignal auf der Leitung 41 das Profportionalventil 32 bereits voll öffnen, wenn bei Stillstand des Fahrzeuges das Lenkrad mit einer sehr kleinen Kraft gedreht wird. Dann wird der Kolben 19 mit dem maximalen Druck zum Betätigen der Kolbenstange 18 beaufschlagt.

Über eine Leitung 47 wird das Schaltventil 34 angesteuert, das bei Stromausfall oder elektrischem Fehlverhalten öffnen, also in die andere Schaltstellung umschalten soll. Ferner kann durch vorprogrammiertes Öffnen des Schalt­ ventils 34 ab einer bestimmten Geschwindigkeit des Fahr­ zeuges die hydraulische Lenkhilfe ausgeschaltet werden.

In den Fig. 2 bis 4 sind Einzelheiten der Lenksäule 12 dargestellt. So besteht die Lenksäule 12 aus zwei hülsenförmigen Lenksäulenhälften 50 und 51, die über je einen Bolzen 53 und 54 mit einem Ende einer Torsionsfeder 55 drehfest verbunden sind. Die einander zugekehrten Stirn­ flächen der Lenksäulenhälften 50 und 51 sind als Klauen­ kupplung ausgebildet. In Fig. 4 greifen zwischen die Klauen 56, 56′ der Hälfte 50 die beiden Klauen 57 und 57′, die an der Lenksäulenhälfte 51 ausgebildet sind. Die bei­ den Klauenpaare greifen mit Spiel ineinander, so daß die Drehung der Torsionsfeder 55 in beiden Lenkrichtungen begrenzt ist, wenn die Klauen miteinander in Eingriff geraten. Beide Lenksäulenhälften 50 und 51 sind ferner in einem Gehäuse 59 drehbar gelagert.

Ein erster Drehmesser 60 zur Messung der Drehwinkel­ differenz zwischen den beiden Lenksäulenhälften 50 und 51besteht aus einem Meßkörper 61, der axial verschieb­ bar angetrieben und in einem Luftspalt eines Meßgehäuses 62 bewegbar ist, das am Gehäuse 59 befestigt ist. Derarti­ ge induktive Weggeber sind bekannt. Das Meßgehäuse 62 weist einen etwa hufeisenförmigen Polschuh 63 auf, auf dem zwei nicht dargestellte gegensinnig gewickelte Spulen angeordnet sind. Der Meßkörper 61 weist eine Scheibe 64 auf. Verschiebt sich diese aus der dargestellten Mittel­ lage, die der Lenkkraft 0 entspricht, nach rechts oder links, so wird durch Induktion der von der einen Wick­ lung im Meßgehäuse 62 abgegebene Strom verstärkt und der von der anderen Wicklung erzeugte Strom geschwächt. Das auf der Leitung 45 anstehende Differenzsignal ist somit ein Maß für die Drehwinkelfrequenz Δϕ, die der Lenkkraft entspricht.

Die Scheibe 64 des Meßkörpers 61 ist zwischen der Stirn­ fläche der Klauen 57 und der Lenksäulenhälfte 50 ange­ ordnet und mit einer Hülse 65 verbunden, die in dem Zwi­ schenraum zwischen der Torsionsfeder 55 und der Lenksäulen­ hälfte 51 verschiebbar angeordnet ist. Der hutförmige Meßkörper 61 wird von der Scheibe 64 und der Hülse 65 ge­ bildet. Die Hülse 65 weist einen schräggestellten Schlitz 66 auf, in welchen ein Stift 67 eingreift, der an der Lenk­ säulenhälfte 51 befestigt ist. Ferner weist die Scheibe 64 zwei einander gegenüberliegende Ausnehmungen 68 und 68′ auf, durch welche die Klauen 56 und 56′ greifen, so daß die Scheibe 64 und damit die Hülse 65 mit der Lenk­ säulenhälfte 50 formschlüssig, also drehfest, aber axial verschiebbar verbunden ist.

Wird nun die Lenksäulenhälfte 51 gegenüber der Hälfte 50 verdreht, so wird über den Stift 67 und den Schlitz 66 eine Längsverschiebung der Hülse 65 und damit der Scheibe 64 erzwungen. Das Verschieben der Hülse erfolgt entge­ gen der Kraft einer Rückführfeder 69.

Der Istwert des Lenkeinschlags, also der Drehwinkel ϕ wird in einem zweiten Drehmesser 70 gebildet, der aus einem Meßkörper 71 in Form einer mit Zähnen 72 versehe­ nen Scheibe besteht, die mit der mit dem Lenkgetriebe verbundenen Lenksäulenhälfte 50 fest verbunden ist, und deren Meßgehäuse 73 am Gehäuse 59 befestigt ist. Bei Drehung der Lenksäulenhälfte 50 wandern die Zähne 72 bzw. Nocken der Scheibe an dem Meßgehäuse 73 vorbei und erzeugen in einer nicht dargestellten Wicklung Impulse, die auf die Leitung 46 gegeben werden. Über den Drehwinkel wird somit die Position des Kolbens 19 im Lenkgetriebe erfaßt und zur Schaltung rückgeführt.

In Fig. 5 ist die Scheibe 64 des ersten Drehmessers 60 am Umfang mit seitlich angeordneten Zähnen 75 versehen. Da sich die Scheibe 64 zusammen mit der Lenksäulen­ hälfte 50 dreht, werden im Meßgehäuse 62 des ersten Drehmessers pulsierende Signale erzeugt, die dem Drehwinkeldifferenzsignal Δϕ überlagert sind. In diesem Fall kann der zweite Drehmesser 70 entfallen und wird die Funktion des Drehmessers 70 von dem ersten Dreh­ messer 60 übernommen. Auf der Leitung 55 steht dann ein Signal für die Drehwinkeldifferenz Δϕ an, das mit dem pulsierenden Signal für den Drehwinkel ϕ moduliert ist. Die beiden einander überlagerten Signale müssen in der Schaltung 40 voneinander getrennt werden. So läßt sich der Drehwinkel ϕ aus der Anzahl der bei der Drehung der Scheibe 64 am Meßgehäuse vorbeilaufenden Zähnen 75 und damit aus der Anzahl der Signalimpulse ermitteln. Die Zahl der Signalimpulse läßt sich in bekannter Weise durch Differentiation des Signals auf der Leitung 45 mit einem nachgeschalteten Schmitt- Trigger und einer Zählkette mit Richtungserkennung bestimmen. Zur Ermittlung des Drehwinkeldifferenz­ signals Δϕ sind die Spannungswerte zwischen dem Meß­ signal 0, wenn die Scheibe 64 in der dargestellten mittleren Lage steht, und dem Mittelwert des pulsierenden Signals auszuwerten. Dies kann über eine Sample-Hold-Schaltung mit Erkennung und Auswertung der Signalsteilheit, Zwischenspeichern und einer Zähl­ kette erfolgen.

Das Drehwinkelsignal ϕ und das Drehwinkeldifferenz­ signal Δϕ können auch in bekannten Schaltungen differenziert werden, so daß man ein Lenkgeschwindigkeits­ signal und ein Drehgeschwindigkeitsdifferenzsignal er­ hält.

Das Drehgeschwindigkeitdifferenzsignal kann zur Ver­ besserung des Regelungsverhaltens benutzt werden, ins­ besondere durch einen Vergleich mit dem Lenkge­ schwindigkeitssignal. Weiterhin kann das Drehgeschwindig­ keitsdifferenzsignal in Abhängigkeit von der Fahrge­ schwindigkeit V verwendet werden. Bei hoher Fahrge­ schwindigkeit ist ein hoher Kraftimpuls am Lenk­ rad gefährlich. Der Fahrer könnte durch eine Anzeige auf diesen Zustand aufmerksam gemacht werden.

Die dargestellte Hilfskraftlenkung erfüllt auch auf einfache Weise die Bedingungen für eine ferngesteuerte Lenkung, für die der Lenkeinschlag ϕ als Istwert der Schaltung 40 zugeführt wird. Als Sollwert einer solchen Fernsteuerung dient das elektrische induktive Signal einer Leitschiene, von Leitplanken oder von einem Monitor. Aus dem Vergleich des Soll- und Istwerts in der Schaltung 40 wird eine Regelgröße gebildet, die dem Proportionalventil 32 aufgeschaltet wird. Die Sollwert­ vorgabe für die Lenkung über das Lenkrad oder über die Leitschiene bei einer Fernsteuerung kann wahlweise oder gleichzeitig vorgegeben werden. Die Umschaltung erfolgt durch Betätigen des Lenkrades und durch Vorhandensein oder Fehlen einer Leitschiene.

Claims (9)

1. Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug mit zwei durch eine Torsionsfeder miteinander verbundenen Lenksäulenhälf­ ten, von denen die eine mit einem Lenkrad und die ande­ re über ein Ritzel und einen Zahnstangenabschnitt mit einem Kolben eines doppelt wirkenden Arbeitszylinders drehfest verbunden ist, mit einem elektrohydraulischen Steuerventil zur Steuerung der Druckmittelwege zwischen einer Druckmittelquelle, den Druckräumen des Arbeitszylinders und einem Tank und mit einer elektri­ schen Schaltung zur Ansteuerung des Steuerventils mit einem Signal, das abhängig von der Fahrzeuggeschwin­ digkeit und von der Drehwinkeldifferenz der beiden Lenksäulenhälften ist, die in einem zwischen den Lenk­ säulenhälften angeordneten Drehmesser gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper eines zwei­ ten, den Drehwinkel messenden, die Lenkgetriebeposi­ tion als Rückführgröße in die Schaltung (40) ein­ speisenden Durchmessers (70) von der mit dem Arbeits­ zylinder verbundenen Lenksäulenhälfte (50) betätigbar ist.

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Meßkörper (64) des ersten, die Drehwinkel­ differenz messenden Drehmessers (60) aus einer im Luftspalt eines induktiven Weggebers axial verschiebbaren Schei­ be (64) und einer an der Scheibe befestigten Hülse (65) besteht, die mit einer einen Lenksäulenhälfte (50) dreh­ fest verbunden ist und durch eine von der anderen Lenksäulenhälfte (51) betätigte Nockensteuerung (66, 67) gegenüber beiden Lenksäulenhälften (50, 51) axial verschiebbar ist und daß die den Meßkörpern (64, 71) beider Drehmesser (60, 70) zugeordneten elektrischen Meßgehäuse (62, 73) am Gehäuse der Lenksäule befestigt sind.

3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse (65) in dem Ringraum zwi­ schen der Torsionsfeder (55) und der einen Lenksäu­ lenhälfte (51) angeordnet ist, mit einem schrägen Schlitz (66) versehen ist, in den ein mit der Lenk­ säulenhälfte (51) verbundener Stift (67) greift und von einer Feder (69) beaufschlagt ist.

4. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 2 oder 3 mit einer zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der Lenksäulenhälften angeordneten Klauenkupplung, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hülse (65) mit an den Klauen (56, 56′) der einen Lenksäulenhälfte (50) formschlüssig anliegenden Ausnehmungen (68, 68′) ver­ sehen ist.

5. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (64) als ein Meßkörper für beide Drehmesser ausgebildet ist und im Bereich des Luftspalts des Meßgehäuses (62) mit seitlich angeordneten Zähnen (75) oder entsprechenden Nocken versehen ist.

6. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 und einem der An­ sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (71) für den zweiten Drehmesser (70) eine mit der Lenksäulenhälfte (50) verbundene Scheibe ist, die gegenüber dem Meßgehäuse (73) mit radial angeord­ neten Zähnen (72) oder entsprechenden Nocken versehen ist.

7. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem zweiten Drehmesser erzeugte Drehwinkelsignal in der Regel­ schaltung (40) differenziert und in ein Lenkge­ schwindigkeitssignal umgewandelt wird.

8. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem ersten Dreh­ messer erzeugte Drehwinkeldifferenzsignal in der Schaltung (40) differenziert und in ein Drehgeschwin­ digkeitsdifferenzsignal umgewandelt wird.

9. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil zum Be­ aufschlagen des Arbeitszylinders des Lenkgetriebes (14) ein Servo-Wegeventil (32) ohne Druckrückführung ist.