DE3727985C2 - Lenkwinkeldetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-35 35 503 A1 ist ein Lenkwinkeldetektor dieses Typs bekannt, jedoch finden sich in dieser Druckschrift keine nähe­ ren Angaben über die Ausbildung des Lenkwinkeldetektors.

Aus der GB-2 163 109 A ist in den Fig. 1, 11 und 12 ein Lenkwinkeldetektor bekannt, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die ein die Induktivität der Primärwicklung und der Sekundärwicklung beeinflussendes Stab­ element in einer Lenkerstange eines Lenkgetriebes umschließen.

Aus der DE 35 00 793 A1 ist bekannt, Signale aus einem Lenkwin­ kelsensor lenkbarer Vorderräder eines Fahrzeugs zur Lenkbetäti­ gung lenkbarer Hinterräder des Fahrzeugs zu verwenden.

Aus der DE 33 47 052 A1 sind Wegmeßsensoren bekannt, bei denen ein eine Meßspule beeinflussendes Kernelement im Bereich der Meßspule teilweise von einer Folie aus gut leitfähigem, nicht ferromagnetischem Metall bedeckt ist oder das Kernelement aus zwei verschiedenen Stoffen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften zusammengesetzt ist.

Der Mechanismus zur Übertragung von Lenkbewegungen des Lenkrads auf die lenkbaren Räder unterliegt einem mechanischen Totgang, einer Torsion und anderen Verzerrungen. Der Drehwinkel des Lenkrads entspricht daher nicht genau dem tatsächlichen Dreh­ winkel der gelenkten Räder. Daher ist es schwierig, aus dem Drehwinkel des Lenkrads eine genaue Lenkwinkelinformation zu gewinnen.

Bisher war der Detektor direkt mit einer Komponente des Lenksy­ stems verbunden. Auf das Lenksystem übertragene Vibrationen oder Schläge wirkten daher direkt auf den Detektor, so daß es zu Fehlfunktionen kam.

Bei einem Vierradlenksystem eines Fahrzeugs ist ein Lenkge­ triebe zum Lenken der Hinterräder üblicherweise mittels einer sehr starren Halterungsstruktur an einem Fahrzeugchassis mon­ tiert. Ein Lenkgetriebe zum Lenken der Vorderräder ist jedoch an dem Fahrzeugchassis elastisch montiert, um auf die Vorderrä­ der einwirkende Vibrationen oder externe Kräfte nicht auf das Lenkrad einwirken zu lassen. Auf die Hinterräder einwirkende Vibrationen oder externe Kräfte werden nicht auf das Lenkrad übertragen, weil das Hinterradlenkgetriebe nicht mit dem Lenk­ rad mechanisch gekoppelt ist, sondern in Abhängigkeit von einem erfaßten Lenkwinkel der Vorderräder durch einen Servomecha­ nismus angetrieben wird. Weil der Lenkwinkel der Hinterräder kleiner als der Lenkwinkel der Vorderräder ist, ist es beson­ ders wichtig, den Lenkwinkel der Vorderräder besonders genau und störungsfrei zu erfassen.

Während der Anfangsperiode des Vorderradlenkvorgangs wird das Vorderradlenkgetriebe zusammen mit der Lenkerstange quer zum Fahrzeugchassis bewegt, weil das Vorderradlenkgetriebe an dem Fahrzeugchassis elastisch montiert ist. Ist der Lenkwinkelde­ tektor fest in dem Vorderradlenkgetriebe eingebaut, so kann es passieren, daß er auf die Vorderräder tatsächlich einwirkende kleine Lenkwinkel nicht erfaßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff Anspruchs 1 anzugeben, mit der der Lenkwinkel wenigstens eines lenkbaren Fahrzeugrads bei geringer Anfäl­ ligkeit gegen Vibrationen oder Schläge des Fahrzeugrads mit einfachen Mitteln genau erfaßt werden kann, auch dann, wenn das Lenkgetriebe elastisch nachgiebig am Fahrzeugkörper montiert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Erfindungsgemäß ist das zweite Gehäuse in Längsrichtung der Lenkerstange von dem ersten Gehäuse entkoppelt, jedoch durch den parallel zu der Lenkerstange laufenden Lenker mit dem Körper des Kraftfahrzeugs in Längsrichtung der verschiebbaren Lenkstange im wesentlichen starr gekoppelt. Der Detektor erfaßt daher nur die zwischen dem Körper des Kraftfahrzeugs und der Lenkerstange in deren Längsrichtung verlaufende Lenkbewegungen ohne Einfluß von Vibrationen zwischen dem ersten Gehäuse und der Lenkerstange.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine vergrößerte perspektivische Schnittansicht eines Lenkwinkeldetektors.

Fig. 2(a) bis 2(f) Seitenansichten bzw. Schnittansichten von unterschiedlich ausgebildeten Stabelementen; und

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Lenk­ getriebes gemäß einer Ausführungsform.

Die Drehung eines Lenkrads wird über eine Lenksäule auf ein Vorderrad-Lenkgetriebe übertragen und mittels eines Zahnstangentriebs im Lenkgetriebe in eine axiale Linearbewegung einer Stange 4 und sodann über Achsschenkel auf Vorderräder zu deren Schwenkung übertragen.

Auf der vom Lenkgetriebe ausgehenden Stange 4 ist ein Lenkwinkeldetektor 11 montiert. Gemäß Fig. 1 besitzt die Wellenstange 4 ein Stabelement 12 größeren Durchmessers, auf das axial beabstandete metallische Ringe 13 aus Alu­ minium an sich gegenüberliegenden Enden aufgepaßt sind, wodurch ein metallischer Kern 14 gebildet wird, der als Kern eines Differentialtransformators dient. Eine Primär­ wicklung 15 sowie zwei auf jeweils einer Seite dieser Primärwicklung 15 angeordnete Sekundärwicklungen 16 sind am Fahrzeugkörper befestigt und in geringem Abstand um das Stabelement 12 größeren Durchmessers angeordnet. Der Kern 14 auf der Stange 4, die Primärwicklung 15 sowie die Sekundärwicklungen 16 bilden zusammen den Lenkwinkeldetek­ tor 11.

Der Lenkwinkeldetektor 11 bildet einen Differentialtrans­ formator. Wird die Primärwicklung 15 durch eine konstante in sie eingespeiste Wechselspannung erregt, so erzeugen die Sekundärwicklungen 16 bei Bewegung des Kerns 14 in Axial­ richtung eine Ausgangsspannung, die ein Maß für die Größe der Bewegung des Kerns 14 aus einer neutralen Stellung ist. Die Ausgangsspannungen der Sekundärwicklungen 16 die­ nen zur direkten Detektierung der Richtung und der Größe der Bewegung der Stange 4 in bezug auf den Fahrzeugkörper und damit zur Gewinnung einer genauen Information über die Lenkrichtung und den Lenkwinkel der Vorderräder 6.

Die auf diese Weise durch den Lenkwinkeldetektor 11 de­ tektierte Vorderrad-Lenkinformation wird zusammen mit einer durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor abgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation in eine Steuereinheit eingespeist, welche daraufhin ein auf der Vorderrad-Lenkinformation und der Fahrzeug­ geschwindigkeitsinformation basierendes Steuersignal in einen Motor eines Hinterrad-Lenksystems einspeist.

Der Kern 14, welcher als Kern eines Differentialtransforma­ tors dient, kann gemäß den Fig. 2(a) bis 2(f) unterschied­ lich ausgebildet sein.

Fig. 2(a) zeigt eine einfache Ausführungsform, bei welcher der Kern 14 lediglich durch das Stabelement 12 größeren Durchmessers der Stange 4 gebildet wird. Bei der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 2(b) sind zwei metallische Ringe 13 an gegenüberliegenden Enden des Stabelements 12 größeren Durchmessers vorgesehen, wie dies auch in Fig. 1 darge­ stellt ist. Gemäß Fig. 2(c) ist ein metallischer Ring 17 größeren Durchmessers aus nicht magnetischem Material, bei­ spielsweise aus Aluminium, auf der Stange 4 montiert. Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2(d) sind magnetische Ab­ schirmdeckschichten 18 an sich gegenüberliegenden Seiten des Stabelements 12 größeren Durchmessers auf der Stange 4 vorgesehen. In der Stange 4 kann eine Umfangsnut vorgesehen sein, in die ein metallischer Ring 19 mit dem gleichen Durchmesser wie der der Stange 4 eingepaßt ist, wie dies in Fig. 2(e) dargestellt ist. Fig. 2(f) zeigt eine Ausführungs­ form, bei der magnetische Abschirmdeckschichten 18 unter Freilassung eines als Kern 14 dienenden Abschnitts auf die Stange 4 aufgebracht sind.

Die Ausführungsform nach Fig. 2(a) kann kein definiertes Signal erzeugen, wenn nicht der Durchmesser des Stabele­ ments 12 größeren Durchmessers wesentlich größer als der Durchmesser der Stange 4 ist, da ein Signal auch von ande­ ren Umfangsteilen der Stange 4 als dem Stabelement 12 größeren Durchmessers aufgenommen wird. Ist der Durchmes­ ser des Stabelements 12 größeren Durchmessers übermäßig groß, so nimmt es einen großen Raum ein und wird zu schwer. Die Ausführungsform nach Fig. 2(c) ist vorteilhaft, da das nicht magnetische metallische Material des Kerns 14 magne­ tische Kraftlinien als Wirbelstrom absorbieren kann und die Stange 4 und der Kern 14 sich eindeutig in ihren Eigenschaften unterscheiden, so daß ein großes Ausgangs­ signal erzeugt werden kann. Versuche haben gezeigt, daß ein Kern 14 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2(c) ein Signal mit größerem Pegel als diejenigen der Ausführungs­ formen nach Fig. 2(a) und 2(b) erzeugt, wodurch sich die beste Detektorgenauigkeit ergibt.

Die genannten Maßnahmen sind auch bei einem Kugel-Schnec­ ken-Lenksystem mit einem Elektromotor, sowie bei einem Schneckentrieb-Lenksystem anwendbar. Obwohl nicht darge­ stellt, ist ein Lenkwinkeldetektor auch bei einem Hinter­ rad-Lenksystem verwendbar, das mechanisch mit einem Vor­ errad-Lenksystem gekoppelt ist und einen mittels eines exzentrischen Stiftes quer zum Fahrzeugkörper bewegbaren Verbindungsstab, ein Planetengetriebe sowie andere Ele­ mente zur Lenkung der Hinterräder aufweist. Allgemein kann der Differentialtransformator des Lenkwinkeldetektors auf einem Stabelement, beispielsweise einem Wellenstab, einer Schraubenwelle, einem Verbindungsstab oder einer Kuppel­ stange, vorgesehen sein, das zur Übertragung der Lenkkraft auf die gelenkten Räder dient und quer zum Fahrzeugkörper bewegbar ist.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Vorderrad- Lenkwinkeldetektor 131 in Form eines Differentialtransfor­ mators ein metallisches Stabelement 133 aufweist, das mit­ tels eines Stifts an eine durch ein Lenkgetriebe 104 ver­ laufende Stange 107 gekoppelt ist. Eine Primärwicklung 134 und Sekundärwicklungen 135 umschließen das Stabelement 133 im Lenkgetriebe 104. Die Wicklungen 134 und 135 sind in einem zylindrischen Gehäuse 137 mittels sich gegenüber­ liegender Halterungsringe 136 gehalten. Das zylindrische Gehäuse 137 ist gleitend in ein hülsenförmiges Gleitlager 138 eingepaßt.

Das Gleitlager 138 ist am Innenumfang des Lenkgetriebes 104 befestigt. Das Gleitlager 138 sowie das Lenkgetriebe 104 besitzen konzentrische Löcher 139 und 105, durch die ein radial in das Gehäuse 137 eingeschraubtes Schraubelement 141 verläuft. Ein Verbindungsstab 143 ist an einem Ende mittels eines Stiftes 142 schwenkbar an das Schraubelement 141 gekoppelt. Der Verbindungsstab 143 verläuft im wesent­ lichen parallel zur Stange 107 und ist mit seinem anderen Ende mittels eines Stiftes 144 schwenkbar an ein Schraub­ element 145 gekoppelt, das in eine am Fahrzeugkörper be­ festigte Klammer 118 eingeschraubt ist. Die Teile des Gehäu­ ses 137 sowie der Verbindungsstab 143, welche miteinander gekoppelt sind, sind mit einer Staubdichtung 147 abgedeckt. Die Stange 107 ist durch ein in einem Ende des Lenkgetriebes 104 montiertes Gleitlager 106 geführt.

Der Verbindungsstab 143 ist in Fig. 3 gesehen in Vertikal­ richtung und in einer Richtung senkrecht zur Zeichen­ ebene der Fig. 3 etwas hin- und herbewegbar, da seine sich gegenüberliegenden Enden schwenkbar gehaltert sind. Eine Be­ wegung des Gehäuses 137 in Querrichtung zum Fahrzeugkörper ist jedoch im wesentlichen vernachlässigbar.

Mittels der beschriebenen Ausführungsformen können Lenk­ winkelinformationen direkt von einem Stabelement detek­ tiert werden, das zur Übertragung der Lenkkraft auf ein lenkbares Rad dient. Daher kann eine Lenkwinkelinforma­ tion genau gewonnen werden, ohne daß sie durch einen Tot­ gang oder durch Torsion des Lenksystems oder durch Umge­ bungsänderungen beeinflußt wird.

Da ein Differentialtransformator als Lenkwinkeldetektor verwendet wird, können die Lenkrichtung und der Lenkwinkel gleichzeitig detektiert werden. Da ein Spalt zwischen dem Stabelement und der Primär- und den Sekundärwicklungen vorhanden ist, d. h. da die Primär- und Sekundärwicklungen mit dem Stabelement nicht in Kontakt stehen, besitzt der Differentialtransformator unabhängig von einem Totgang oder von Torsionen des Stabelements und dem Eindringen von Staub eine große Lebensdauer. Da der Differentialtransformator sehr unabhängig von Umgebungsänderung, beispielsweise von Temperaturänderungen, ist, kann er den Lenkwinkel sehr zu­ verlässig detektieren. Eine Unterbrechung der Wicklungen oder von Leitern sowie Kontaktausfälle können in einfacher Weise durch Überwachung der Spannung der Wicklungen detek­ tiert werden.

Selbst bei einem elastisch an einem Fahrzeugkörper montier­ ten Lenkgetriebe kann die Lenkung der Vorderräder in bezug auf den Fahrzeugkörper im gesamten durch das Lenkrad be­ wirkten Lenkbereich der Vorderräder genau detektiert werden. Somit können die Hinterräder immer zu den Vorderrädern nachlaufend gelenkt werden.

Das Lenken der Vorderräder aufgrund einer Querkraft, beispielsweise aufgrund von Seitenwind, bei Geradeausfahrt mit hoher Geschwindigkeit wird ebenfalls detektiert, so daß die Hinterräder entsprechend gelenkt werden. Es ist nicht erforderlich, für das Lenksystem eine Korrekturein­ richtung vorzusehen, welche eine korrigierende Wirkung un­ ter Berücksichtigung des Einflusses einer Querkraft, bei­ spielsweise von Seitenwind, ausübt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals, das dem Lenkwinkel wenigstens eines lenkbaren Fahrzeugrads eines Kraftfahrzeugs entspricht, mittels eines Detektors (131), der durch die Stellung einer von einem ersten Gehäuse (104) umschlossenen, in ihrer Längsrichtung verschiebbaren Lenkerstange (4; 107) beeinflußt und in dem ersten Gehäuse (104) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (131) eine Primärwicklung (134) sowie wenigstens eine Sekundärwicklung (135) aufweist, die ein die Induktivität der Primärwicklung (134) und der wenigstens einen Sekundärwicklung (135) beeinflussendes Element (12; 17; 19; 133) an der Lenkerstange (4; 107) umschließen und daß die Primärwicklung (134) und die wenigstens eine Sekundärwicklung (135) von einem zweiten Gehäuse (137) umschlossen sind, das gegenüber dem ersten Gehäuse (104) verschiebbar ist und über einen eine Öffnung (105) im ersten Gehäuse (104) durchsetzenden Ansatz (141) und einen im wesentlichen parallel zu der Lenkerstange (107) verlaufenden Lenker (143) mit dem Körper des Kraftfahrzeugs verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerstange (4) und das Element (12) aus magnetisierbarem Material bestehen und daß das Element (12) einen größeren Durchmesser hat als die Lenkerstange (4).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden freien Stirnflächen des Elements, (12) mit Ringen (13) aus nicht magnetisierbarem Material, abgedeckt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerstange (4) beidseitig des Elements (12) rundum mit jeweils einer Schicht (18) aus nicht magnetisierbarem Material abgedeckt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerstange (4) aus magnetisierbarem Material besteht und daß das Element (17; 19) aus einem die Lenkerstange (4) umschließen­ den Ring (17; 19) aus nicht magnetisierbarem Material besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (17) einen größeren Durchmesser aufweist als die Lenkerstange (4).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (19) von einer Ringnut in der Lenker­ stange (4) aufgenommen ist und den gleichen Durch­ messer wie die Lenkerstange (4) hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerstange (4) aus magnetisierbarem Material besteht und daß das Element durch eine Lücke zwischen zwei die Lenkerstange (4) rundum umschließende Schichten (18) aus nicht magne­ tisierbarem Material gebildet ist.