DE3817746A1 - Lenksystem fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Das Lenksystem umfaßt einen Untersetzungsgetriebezug, um die Drehung eines Lenkrades auf die Vorderräder des Kraftfahrzeu­ ges zu übertragen. Es ist von Vorteil, wenn man das Unter­ setzungsverhältnis so variieren kann, daß es beidseits der Geradeausposition des Lenkrades einen geringeren Betrag auf­ weist und mit zunehmendem Lenkwinkel des Lenkrades ansteigt. Ein solches Lenksystem wird als Lenksystem mit veränderbarem Verhältnis bezeichnet und ist aus verschiedenen Publikatio­ nen bekannt, z.B. aus der US 32 67 763 und dem japanischen Gebrauchsmuster mit der Offenlegungsnummer 59-16 269.

Bei dem Lenksystem mit variablem Verhältnis kann die Über­ setzung nur auf die eingestellten Werte und nicht auf an­ dere Verhältniswerte eingestellt werden. Es wäre jedoch von Vorteil, wenn das Verhältnis in Übereinstimmung mit Fahrbedingungen, z.B. in Übereinstimmung mit auf das Fahr­ zeug wirkenden Seitenkräften oder in Übereinstimmung mit anderen Parametern einstellbar wäre.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß das Untersetzungsverhältnis in Übereinstimmung mit den Fahr­ bedingungen einstellbar ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug aufgezeigt, das eine erste Getriebeanordnung umfaßt, die in Wirkverbindung mit einem Lenkrad des Fahr­ zeuges steht; eine erste Verbindungsstange, die in Wirk­ verbindung mit der ersten Getriebeanordnung steht und so angeordnet ist, daß sie lateral durch das erste Getriebe verschoben werden kann; eine zweite Getriebeanordnung ist vorgesehen, an welche eine zweite Verbindungsstange wir­ kungsmäßig gekoppelt ist, die so angeordnet ist, daß sie lateral durch die zweite Getriebeanordnung verschiebbar ist; Betätigungsmittel zum Betätigen der zweiten Getrie­ beanordnung sind vorgesehen; ein Fühler zum Abtasten von Fahrbedingungen des Fahrzeuges ist vorgesehen; Steuermittel sind vorgesehen, die auf das Ausgangssignal des Fühlers hin die Betätigungsmittel betreiben; ein Paar von Verbin­ dungsmechanismen verbindet die Enden der ersten und der zweiten Verbindungsstangen mit den Vorderrädern des Fahr­ zeuges, so daß die Auslenkungen der ersten und der zweiten Verbindungsstange kombiniert werden, um die Vorderräder mit einem resultierenden Untersetzungsverhältnis zu lenken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen das erste und das zweite Getriebe eine Ritzel-/Zahnstan­ genanordnung, während die erste und die zweite Verbindungs­ stange jeweils ein Paar von Verbindungsstangen umfassen, die mit beiden Enden der Zahnstange verbunden sind, wo­ bei jeder der Verbindungsmechanismen eine Verbindungs­ stange umfaßt, die schwenkbar zwischen den Enden der er­ sten und der zweiten Verbindungsstange angeordnet ist. Die Steuerungsmittel sind normalerweise so angeordnet, daß die resultierende Lenkuntersetzung mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzug­ ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems; und

Fig. 2a bis 2e Erläuterungen der Wirkung eines Teils der be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt das Lenksystem ein Lenkrad 1, eine Lenkwelle 2, ein Gelenk 3, eine Zwischenwelle 4, ein Gelenk 5 und eine erste Ritzel-/Zahnstangenanordnung 10. Die erste Ritzel-/Zahnstangenanordnung umfaßt ein Getriebe 6 mit einem Ritzel 7. Das Ritzel 7 steht in Ein­ griff mit einer ersten Zahnstange 8 in einem ersten Zahn­ stangengehäuse 9. Eine zweite Ritzel-/Zahnstangenanord­ nung 11 ist parallel zur ersten Ritzel-/Zahnstangenanord­ nung 10 vorgesehen. Ein Ritzel 12 der Anordnung 11 steht in Eingriff mit einer zweiten Zahnstange 13 in einem zwei­ ten Zahnstangengehäuse 14. Das Ritzel 12 steht in Wirk­ verbindung mit einem Elektromotor 15.

Ein Paar von Verbindungsstangen 16, das mit der ersten Zahnstange 8 an dessen beiden Enden verbunden ist, ist (jeweils) schwenkbar mit Verbindungsstangen 17 über Ge­ lenke 18 verbunden. Jede Verbindungsstange 20 der zweiten Zahnstange 13 ist mit der Verbindungsstange 17 über eine Zwischenstange 21 und Gelenke 22, 23 verbunden. Eine Ver­ bindungsstange 24 ist mit der Verbindungsstange 17 über ein Gelenk 25 an einer Stelle verbunden, die nahe beim Gelenk 23 liegt. Die Verbindungsstange 24 steht in Wirk­ verbindung mit den Vorderrädern 26 des Fahrzeuges, und zwar über ein Gelenk 27 und einen Gelenkarm 28.

Das System ist mit einem Lenkwinkelfühler 30, einem Fahr­ zeuggeschwindigkeitsfühler 31 und einem Lateralbeschleu­ nigungsfühler 32 versehen. Die Ausgangssignale der Füh­ ler werden einer Steuereinheit 33 zugeführt, die den Mo­ tor 15 steuert. Die Wirkung des Motors 15 wird vom Aus­ gangssignal der Steuereinheit 33 gesteuert und über ein Rückkopplungssignal von einem Winkelpositionsfühler 34 zum Abtasten des Winkelausgangs des Motors 15 geregelt. Die Steuereinheit 33 ist so ausgebildet, daß sie ein Steuersignal zur Betätigung des Motors 15 in Übereinstim­ mung mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal durchführt, das aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 31 stammt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, so wird der Motor so eingestellt, daß er die zweite Zahnstange 13 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit der ersten Zahnstange 8 ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit steigt, so wird die Ge­ schwindigkeit der zweiten Zahnstange 13 im Verhältnis zur Geschwindigkeit der ersten Zahnstange 8 abgesenkt. Dies bedeutet, daß das Verhältnis der Geschwindigkeiten der zweiten Zahnstange zur ersten Zahnstange bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten Eins ist und bei hohen Fahrzeug­ geschwindigkeiten gegen Null geht.

Wenn im Bereich niedriger Geschwindigkeit des Kraftfahr­ zeuges (unterhalb ca. 30 km/h) das Verhältnis der Ge­ schwindigkeiten der zweiten Zahnstange zur ersten Zahn­ stange auf Eins gesetzt wird, so bewegt sich (während einer Zeiteinheit) die zweite Zahnstange 13 über die glei­ che Entfernung wie die erste Zahnstange 8, wie dies in Fig. 2b gezeigt ist. Demzufolge ist in diesem Fall das Untersetzungsverhältnis gleich dem Untersetzungsverhält­ nis (i) der ersten Zahnstangen-/Ritzelanordnung 11.

Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten, z.B. bei 100 km/h, wird das Geschwindigkeitsverhältnis auf Null gesetzt. In diesem Fall wird dann die Zahnstange 13 nicht bewegt, wie dies in Fig. 2d gezeigt ist.

Unter der Annahme, daß die Länge zwischen dem Verbin­ dungsabschnitt P auf der Verbindungsstange 17 für die Verbindungsstange 24 bei Eins liegt und die Länge der Verbindungsstange 17 bei n liegt (Fig. 2a), ergibt sich das Verhältnis der Auslenkung der Verbindungsstange 24 zur Auslenkung der ersten Zahnstange 8 zu 1/n. Auf diese Weise ergibt sich ein resultierendes Untersetzungsver­ hältnis des Lenksystem zu 1/n × i.

Bei mittlerer Geschwindigkeit, z.B. bei 60 km/h, wird das Geschwindigkeitsverhältnis der zweiten Zahnstange zur er­ sten Zahnstange auf einen mittleren Wert, z.B. auf 0,5 gesetzt, wie dies in Fig. 2c gezeigt ist. Das resultieren­ de Untersetzungsverhältnis ist in diesem Fall 0,5 × (1+1/n), also ein mittlerer Wert zwischen dem Verhältnis i und dem Verhältnis i/n × i.

Bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten, z.B. unterhalb von 3 km/h, wird das Geschwindigkeitsverhältnis der zweiten Zahnstange auf einen Betrag größer als 1 gebracht, wie dies in Fig. 2a gezeigt ist. Demzufolge ergibt sich ein resultierendes Untersetzungsverhältnis, das größer als das Verhältnis i ist.

Bei extrem hohen Geschwindigkeiten, z.B. über 120 km/h, wird die Geschwindigkeit der zweiten Zahnstange auf einen negativen Betrag in der Nähe von Null gebracht, wie dies in Fig. 2e gezeigt ist. Das resultierende Unter­ setzungsverhältnis wird dadurch geringer als das Ver­ hältnis 1/n × i.

Vorzugsweise wird dann, wenn ein zum Untersteuern neigen­ des Fahrzeug in der Kurvenfahrt beschleunigt wird, der Lenkwinkel vergrößert. Um dies zu bewerkstelligen, wird der Motor 15 dann, wenn das Ausgangssignal des Fahrzeug­ geschwindigkeitsfühlers 31 ansteigt, während der Lateral­ beschleunigungsfühler 32 ein Ausgangssignal erzeugt, was eine Kurvenfahrt des Fahrzeuges bedeutet, so betrieben, daß die zweite Zahnstange 13 den Lenkwinkel vergrößert.

Wenn das Fahrzeug von einer seitlichen Kraft, z.B. durch Seitenwind während der Fahrt, beeinflußt wird, so kann das Fahrzeug ausbrechen. In diesem Fall gibt der Lateral­ beschleunigungsfühler ein Ausgangssignal aufgrund der Ab­ weichung. Auf das Ausgangssignal hin verschiebt der Mo­ tor 15 die zweite Zahnstange 13 und korrigiert die Lenk­ richtung.

Aus obigem ergibt sich, daß das Untersetzungsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Lenkwin­ kelfühlers 30 ebenso gesteuert werden kann, wie bei ei­ nem System mit variablem Verhältnis.

Anstelle eines Motors 15 zur Verschiebung der zweiten Zahnstange 13 können auch andere Betätigungsmittel, z.B. ein Hydraulikzylinder, verwendet werden.

Claims (6)

1. Lenksystem für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch
eine erste Getriebeanordnung (10), die in Wirkverbindung mit einem Lenkrad (1) des Kraftfahrzeuges steht;
eine erste Verbindungsstange (16), die in Wirkverbindung mit der ersten Getriebeanordnung (10) steht und von dieser la­ teral verschoben wird;
eine zweite Getriebeanordnung (11);
eine zweite Verbindungsstange (20), die in Wirkverbindung mit der zweiten Getriebeanordnung (11) steht und von dieser lateral verschoben werden kann;
Betätigungsmittel (15) zum Betätigen der zweiten Getrie­ beanordnung (11);
Fühlermittel (31, 32) zum Abtasten der Fahrbedingungen des Fahrzeuges;
Steuermittel (33), die auf das Ausgangssignal der Füh­ lermittel (31, 32) hin die Betätigungsmittel (15) an­ steuern;
ein Paar von Verbindungsmechanismen (17, 18, 21, 23, 24, 25, 27, 28) zum Verbinden der beiden Enden der er­ sten und der zweiten Verbindungsstange (16, 20) mit Vorderrädern (26) des Fahrzeuges, die derart angeordnet sind, daß die Auslenkungen der ersten und der zweiten Verbindungsstangen (16, 20) mit einem resultierenden Lenkuntersetzungsverhältnis zum Lenken der Vorderräder (26) kombiniert werden.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Getriebeanordnung jeweils eine Ritzel-/Zahnstangenanordnung umfassen und die er­ ste und die zweite Verbindungsstange (16, 20) ein Paar von Verbindungsstangen umfaßt, die mit den beiden En­ den der Zahnstangen (8, 13) verbunden sind.

3. Lenksystem nach Anspruch 2, wobei jeder der Verbindungs­ mechanismen ein Paar von Verbindungsstangen (17, 21) umfaßt, die schwenkbar zwischen den Enden der ersten (16) und der zweiten Verbindungsstange (20) verbunden sind.

4. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel einen Elektromotor (15) um­ fassen.

5. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlermittel einen Geschwindigkeitsfühler (31) umfassen.

6. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel so ausgebildet sind, daß das re­ sultierende Untersetzungsverhältnis mit steigender Ge­ schwindigkeit des Fahrzeuges reduziert wird.