DE3544350A1 - Lenkhilfe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Lenkhilfe fuer kraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkhilfe für Kraftfahr
zeuge, mit einem die Handlenkung unterstützenden elektromoto
rischen Antriebsaggregat, das auf die Lenkspindel in einem der
Handlenkung entsprechenden Sinne einwirkt, wobei der Betriebs
zustand des Antriebsaggregats nicht nur von der Fahrzeugge
schwindigkeit, sondern auch von dem jeweiligen auf das Lenkrad
manuell ausgeübten Lenkmoment abhängig ist.
Es ist bekannt, die bei Lenkvorgängen manuell auf das Lenkrad
aufzubringenden Kräfte, welche bei niedrigen Fahrzeuggeschwin
digkeiten, vornehmlich beim Parkieren, besonders groß sind,
durch motorische Hilfskraftaggregate zu unterstützen. Beim
diesbezüglichen Stand der Technik, wie ihn die DE-OS′n 23 52 526,
24 31 737, 28 45 864, 32 36 080, 33 36 272, 33 43 180 und
34 02 332 repräsentieren, wird die Hilfskraft durch Elektro
motoren aufgebracht und in räumlich, konstruktiv und schal
tungstechnisch aufwendiger Weise über Getriebe und komplizierte
Kupplungen auf drehende Teile des Lenkgetriebes übertragen.
Außerdem ist es bekannt, das hohe Lenkkraftaufkommen beim
Parkieren durch eine aufwendige hydraulische Hilfskraftlenkung
zu reduzieren, die andererseits im normalen Fahrbetrieb kaum
benötigt wird, jedoch ständig Energie verbraucht.
Stand der Technik auf dem in Rede stehenden Gebiet ist es
weiterhin (vgl. die nicht vorveröffentlichte deutsche Patent
anmeldung P 35 30 001.9-21), ein in Abhängigkeit vom manuellen
Lenkmoment und von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit zu-
bzw. abschaltbares Antriebsaggregat, welches aus einem Elektro
motor mit nachgeschaltetem Getriebe besteht, unmittelbar in
die Lenksäule oder in die Lenkwelle des Lenkgetriebes zu
integrieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lenkhilfe der
eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die sich bei hoher
Funktionstüchtigkeit durch einen unkomplizierten Aufbau, ein
nur geringes Gewicht und niedrige Kosten auszeichnet.
Gemäß der Erfindung ist eine solche Lenkhilfe gekennzeichnet
durch eine Steuerung der Drehzahl des Antriebsaggregats, derart,
daß diese bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit und großem
manuellen Lenkmoment hoch und bei hoher Fahrzeuggeschwindig
keit und kleinem manuellen Lenkmoment niedrig ist, und ferner
dadurch, daß zwischen Antriebsaggregat und Lenkspindel eine
Flüssigkeitsreibungskupplung zwischengeschaltet ist.
Die erfindungsgemäße Lenkhilfe beschränkt sich nicht auf eine
bloße Zu- oder Abschaltung des elektromotorischen Antriebs
aggregats. Vielmehr läßt sich die durch das Antriebsaggregat
gewährte Lenkkraftunterstützung stufenlos dosieren, weil er
findungsgemäß die Drehzahl des Elektromotors angesteuert wird.
Da die erfindungsgemäß eingesetzte Flüssigkeitsreibungskupplung
die Charakteristik hat, ein um so höheres Drehmoment zu über
tragen, je größer die Drehzahldifferenz zwischen inneren und
äußeren Kupplungslamellen ist, läßt sich vorteilhafterweise
bei hoher Drehzahl des Antriebsaggregats eine große Lenkkraft
unterstützung und bei kleineren Drehzahlen des Antriebsaggregats
eine entsprechend geringer dosierte Lenkkraftunterstüzung
realisieren.
Eine Flüssigkeitsreibungskupplung (auch "Visko-Kupplung" ge
nannt) ist für sich bekannt und daher auch nicht unmittelbarer
Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es wird diesbezüglich
beispielsweise auf die DE-PS 21 35 791 verwiesen, aus der eine
Flüssigkeitsreibungskupplung als solche, einschließlich ihrer
Funktionsweise, hervorgeht. Die vorliegende Erfindung bzw.
ein wesentlicher Teil derselben wird vielmehr darin gesehen,
eine derartige Flüssigkeitsreibungskupplung in einer Kraft
fahrzeuglenkung als Bestandteil einer Servolenkung einzusetzen.
Die Vorteile der Erfindung liegen - außer in der Einsparung von
Kosten und Gewicht - insbesondere darin, daß die Lenkung so
ausgelegt werden kann, daß der Lenkkraftaufwand beim Parken
erheblich reduziert, mit ansteigender Geschwindigkeit jedoch
direkter wird. Zugleich wirkt hierbei vorteilhafterweise die
Flüssigkeitsreibungskupplung dämpfend auf Kräfte, die über die
Lenkung als Stöße oder Drehschwingungen ins Lenkrad übertragen
werden könnten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die sich
durch eine raumsparende Anordnung und geringe Zahl der benötigten
Übertragungsteile sowie durch ein niedriges Gewicht auszeichnet,
wird vorgeschlagen, die Flüssigkeitsreibungskupplung in die
Lenksäule zu integrieren, derart, daß die inneren Lamellen
mit der Lenkspindel drehfest verbunden sind und das die äußeren
Lamellen tragende Kupplungsgehäuse auf der Lenkspindel oder
einem anderen Teil der Lenksäule drehbar gelagert ist, und
daß das Kupplungsgehäuse durch das Antriebsaggregat in Drehung
versetzt wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dienen
als Sensoren zur Erfassung des jeweiligen manuellen Lenkmoments
Dehnungsmeßstreifen, die im Lenkrad angeordnet sind, und die
jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit wird mittels eines Weggebers,
z.B. an der Tachometerwelle oder einem geeigneten Teil des
Antriebsstranges, erfaßt.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen Ausführungs
beispiele, die in der Zeichnung dargestellt und nachstehend
beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1 eine Pkw-Lenkung mit Lenkhilfe (schematisch),
in Seitenansicht,
Fig. 2 die Charakteristik der Flüssigkeitsreibungs
kupplung nach Fig. 2 (Drehmoment Nm aufgetragen
über der Drehzahldifferenz n 1-n 2 der Kupplungs
lamellen),
Fig. 3 die elektronische Steuerung der aus Fig. 1 und 2
ersichtlichen Lenkhilfe, in Blockschaltbild-
Darstellung, und
Fig. 4 die Steuerungscharakteristik der Lenkhilfe nach
Fig. 1-4 (Kraft N, an der Lenkungs-Zahnstange ge
messen, aufgetragen über dem auf das Lenkrad
manuell ausgeübten Lenkmoment Nm).
In Fig. 1 bezeichnet 10 die Lenksäule mit Lenkspindel 11,
Stoßenergieabsorber 12, Kardangelenk 13 und Lenkgetriebe 14
einer Pkw-Lenkung. Die Lenkspindel 11 wird durch ein mit 15
beziffertes Lenkrad betätigt. Das Lenkgetriebe 14 ist als
Zahnstangen-Lenkgetriebe ausgeführt und sitzt auf einer Quer
traverse 16 des im übrigen nicht gezeigten Fahrzeug-Unterbaus.
Die Einleitung der Lenkhilfe von der Lenkspindel 11 in das
Lenkgetriebe 14 erfolgt über ein schwingungsdämpfendes Gelenk 17.
Zur Verstärkung der manuell auf das Lenkrad 15 aufgebrachten
Lenkkraft in bestimmten Betriebssituationen des Fahrzeugs ist
ein insgesamt mit 18 bezeichnetes Antriebsaggregat vorgesehen,
welches aus einem Gleichstrommotor 19 mit integriertem Planeten
getriebe 20 besteht. Zur Kraftübertragung von dem Antriebs
aggregat 18 auf die Lenkspindel 11 dient ein Poly-V- oder
Zahnriemen 21, der von dem mit 22 bezifferten Abtriebsritzel
des Planetengetriebes 20 betätigt wird. Anstelle eines Riemen
triebes können aber auch ein Kettentrieb oder andere geeignete
Übertragungsmittel Verwendung finden.
Die Kraftübertragung erfolgt indessen nicht unmittelbar vom
Antriebsaggregat 18 auf die Lenkspindel 11. Vielmehr ist eine
sogenannte Flüssigkeitsreibungskupplung 23 (auch "Visko-Kupplung"
genannt) zwischengeschaltet, die in Fig. 1 schematisch ange
deutet ist. Wie Fig. 1
erkennen läßt, besteht die
Flüssigkeitsreibungskupplung 23 im wesentlichen aus zwei radial
ineinandergreifenden Lamellensätzen 24, 25, die innerhalb
eines abgeschlossenen mit viskoser Arbeitsflüssigkeit gefüllten
Kupplungsgehäuses 26 angeordnet sind. Die mit 24 bezifferten
inneren Lamellen sind hierbei mittels Keilverzahnung 27 auf der
Lenkspindel 11 drehfest angeordnet, wohingegen die äußeren
Lamellen 25 mit dem Kupplungsgehäuse 26 fest verbunden sind.
Das Kupplungsgehäuse 26, zusammen mit den ihm zugeordneten
äußeren Lamellen 25, ist drehbar gegenüber den inneren Lamellen
24 gelagert. Es kann hierbei - wie Fig. 1 andeutet - unmittel
bar auf der Lenkspindel 11 oder einem die Lenkspindel umgeben
den Mantelrohr der Lenksäule 10 gelagert sein.
Vorteilhaft ist in jedem Fall
eine Lagerung beidseitig der Lamellensätze 24, 25.
Wird nun das Kupplungsgehäuse 26 durch das Antriebsaggregat 18
in Drehung versetzt, so rotiert der mit dem Kupplungsgehäuse 26
verbundene äußere Lamellensatz 25 mit einer entsprechenden
Drehzahl n 1, und der innere Lamellensatz 24, angetrieben durch
die in Umlauf versetzte Arbeitsflüssigkeit, dreht sich mit
einer Drehzahl n 2, die von n 1 verschieden, d.h. niedriger als
n 1, ist. Die Größe des hierbei von den äußeren Lamellen 25 auf
die inneren Lamellen 24 und damit auf die Lenkspindel 11 über
tragenen Drehmoments hängt - wie Fig. 2 verdeutlicht - von der
Drehzahldifferenz n 1-n 2 ab. Demnach ist das übertragene Dreh
moment um so höher, je größer der Unterschied zwischen den beiden
Drehzahlen n 1 und n 2 von innerem Lamellensatz 24 bzw. äußerem
Lamellensatz 25 ist.
Gesteuert wird im vorliegenden Fall die Drehzahldifferenz
n 1-n 2 durch Veränderung der Antriebsdrehzahl n 1, was wiederum
durch entsprechende Steuerung der Drehzahl des Gleichstrommotors
19 erreicht wird. Da die an der Zahnstange 31 des Lenkgetriebes
14 zur Wirkung kommende bzw. benötigte Lenkkraft einer um so
stärkeren Unterstützung bedarf, je höher das vom Fahrer manuell
am Lenkrad 15 aufzuwendende Lenkmoment ist, soll die Drehzahl
des Gleichstrommotors 19 mit steigendem Lenkmoment zunehmen und
- umgekehrt - mit sich verringerndem Lenkmoment abnehmen. Zu
diesem Zweck sind im Lenkrad 15 Dehnungsmeßstreifen (nicht ge
zeigt) installiert, die den Gleichstrommotor 19 in Abhängigkeit
vom jeweiligen Lenkmoment in besagtem Sinne ansteuern.
Der Gleichstrommotor 19 und damit die Drehzahl n 1 soll aber
nicht nur in Abhängigkeit vom Lenkmoment, sondern auch als
Funktion der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit steuerbar sein.
Hierfür ist ein Weggeber (nicht gezeigt) vorgesehen, der die
Fahrzeuggeschwindigkeit an einer geeigneten Stelle, z.B. an der
Tachowelle oder dem Antriebsstrang, mißt und sie - nach ent
sprechender Umformung in elektrische Signale - an den Gleich
strommotor 19 weiterleitet.
Selbstverständlich erfordert diese Steuerung auf der Basis von
zwei Ausgangsgrößen (Lenkmoment einerseits und Fahrzeugge
schwindigkeit andererseits) eine geeignete Koordination der
gemessenen Steuergrößen, zu welchem Zweck ein Mikrocomputer 32
vorgesehen ist (vgl. Fig. 3). Fig. 3 macht deutlich, daß die
von den Dehnungsmeßstreifen (DMS) kommenden Steuersignale -
mit 33 bezeichnet - über einen Verstärker 34 dem Mikrocomputer 32
eingegeben werden. Die anderen, von der Fahrzeuggeschwindigkeit
(V) abhängigen Steuersignale - in Fig. 3 mit 35 beziffert -
gelangen über einen D/A-Wandler1) 36 in den Mikrocomputer 32.
Die Ausgangssignale 37 des Mikrocomputers 32 werden dann
schließlich in einen Steuerblock 38 eingeleitet, der unmittel
bar den Gleichstrommotor 19 mit entsprechenden Spannungswerten
ansteuert.
1)=Digital/Analog-Wandler
Auf die im vorstehenden beschriebene Weise wird erreicht, daß
der Gleichstrommotor 19 stets eine von der Lenkkraft und der
Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Drehzahl (n 1) auf die Flüssig
keitsreibungskupplung 23 überträgt. Die in Fig. 4 in Diagramm
form veranschaulichte Charakteristik Lenkradmoment-Zahnstangen
kraft zeigt, daß die Zahnstangenkraft bis zu einem (noch ver
gleichsweise niedrigen) Lenkmomentwert "A" ohne Lenkhilfe
linear zunimmt. Diese flache und gleichmäßige Steigung der
Kurve ist ausschließlich eine Funktion von Lenkgetriebeüber
setzung und Lenkradmoment. Von A beginnend steigt dagegen die
Zahnstangenkraft steiler an durch die nun einsetzende Servo
wirkung von Antriebsaggregat 18 und Flüssigkeitsreibungskupplung 23.
Hier wird der Bereich "Kurvenfahrt bei normalem Fahrbetrieb"
abgedeckt. Bei einem vom Fahrer eingegebenen Lenkradmoment
ab dem Wert "B" (einem hohen Lenkmomentwert, der hauptsächlich
bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten von gleich oder
kleiner 10 km/h, insbesondere beim Parkieren, auftritt) verstärkt
sich dann die von Antriebsaggregat 18 und Flüssigkeitsreibungs
kupplung 23 gemeinsam bewirkte Lenkkraftunterstützung beträcht
lich.
Claims (8)
1. Lenkhilfe für Kraftfahrzeuge, mit einem die Handlenkung
unterstützenden elektromotorischen Antriebsaggregat, das
auf die Lenkspindel in einem der Handlenkung entsprechenden
Sinne einwirkt, wobei der Betriebszustand des Antriebs
aggregats nicht nur von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
sondern auch von dem jeweiligen auf das Lenkrad manuell
ausgeübten Lenkmoment abhängig ist,
gekennzeichnet durch eine Steuerung der Drehzahl (n 1) des
Antriebsaggregats (18), derart, daß diese bei geringer
Fahrzeuggeschwindigkeit und großem manuellen Lenkmoment
hoch und bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit und kleinem
manuellen Lenkmoment niedrig ist, und ferner dadurch, daß
zwischen Antriebsaggregat (18) und Lenkspindel (11) eine
Flüssigkeitsreibungskupplung (23) zwischengeschaltet ist.
2. Lenkhilfe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsreibungs
kupplung (23) in die Lenksäule (10) integriert ist, derart,
daß die inneren Lamellen (24) mit der Lenkspindel (11)
fest verbunden sind und das die äußeren Lamellen (25)
tragende Kupplungsgehäuse (26) auf der Lenkspindel (11)
oder einem anderen Teil der Lenksäule (10) drehbar ge
lagert ist, und daß das Kupplungsgehäuse (26) durch das
Antriebsaggregat (18) in Drehung versetzt wird.
3. Lenkhilfe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das elektromotorische Antriebs
aggregat (18) aus einem Gleichstrommotor (19) mit integrier
tem oder angeflanschtem Planetengetriebe (20) besteht,
und daß das Kupplungsgehäuse (26) der Flüssigkeitsrei
bungskupplung (23) durch einen vom Abtriebsritzel (22)
des Planetengetriebes (20) betätigten Ketten- oder Riemen
trieb (21) angetrieben wird.
4. Lenkhilfe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsgehäuse (26) der
Flüssigkeitsreibungskupplung (23) durch einen Zahnriemen
(21) angetrieben wird.
5. Lenkhilfe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb des Kupplungs
gehäuses (26) der Flüssigkeitsreibungskupplung (23) ein
Poly-V-Riemen (21) dient.
6. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der vorstehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren zur Erfassung
des jeweiligen manuellen Lenkmoments Dehnungsmeßstreifen
dienen, die im Lenkrad (15) angeordnet sind.
7. Lenkhilfe nach einem oder mehreren der vorstehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Fahrzeuggeschwin
digkeit mittels eines Weggebers, vorzugsweise an der
Tachometerwelle, erfaßt wird.
8. Lenkhilfe nach Anspruch 6 und 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Dehnungsmeßstreifen
ermittelten lenkmomentabhängigen Steuersignale (33) - über
einen Verstärker (34) - und die vom Weggeber ermittelten
fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Steuersignale (35) -
über einen D/A-Wandler1) (36) - einem Mikrocomputer (32) zuge
führt werden, der dann über einen Steuerblock (38) den
Elektromotor (19) des Antriebsaggregats (18) ansteuert (Fig. 5).
1)=Digital/Analog-Wandler
1)=Digital/Analog-Wandler
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