DE3830654A1 - Differential-action steering system - Google Patents

Differential-action steering system

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DE3830654A1 DE19883830654 DE3830654A DE3830654A1 DE 3830654 A1 DE3830654 A1 DE 3830654A1 DE 19883830654 DE19883830654 DE 19883830654 DE 3830654 A DE3830654 A DE 3830654A DE 3830654 A1 DE3830654 A1 DE 3830654A1
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Herbert Dipl Ing Mehren
Joachim Dipl Ing Trost
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    • B62D5/008—Changing the transfer ratio between the steering wheel and the steering gear by variable supply of energy, e.g. by using a superposition gear

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

The steering wheel (1) bears the sun wheel (4) via the input shaft (2) of the planetary gearing (3) which is constructed as a differential gearing. The output shaft (6) which is connected fixed in terms of rotation to the hollow wheel or dish-shaped wheel (5) drives the steering wheels of the vehicle via a steering gear (7). A motor (11) which is controlled by means of a control device (15) drives the externally toothed planetary carrier (9) via a spindle or worm (12) which forms a second input of the planetary gearing (3). Correspondingly, the transmission ratio between input shaft (2) and output shaft (6) is determined by the direction of rotation and speed of rotation of the motor (11). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorhaltelenkung für Kraftfahr­ zeuge mit manuell durch Lenkhandrad steuerbaren Lenkrädern, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen der Änderung des Drehwinkels des Lenkhandrades und der Änderung des Lenk­ winkels der Lenkräder mittels eines durch die Bewegung des Lenkhandrades steuerbaren Motors in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern, z.B. der Drehgeschwindigkeit des Lenkhandrades, veränderbar ist.The invention relates to a lead steering for motor vehicles witness with steering wheels that can be controlled manually using a steering handwheel, where the gear ratio between the change in Angle of rotation of the steering handwheel and the change in the steering angle of the steering wheels by means of a movement of the steering wheel controllable motor depending on given parameters, e.g. the rotational speed of the Steering handwheel is changeable.

Vorhaltelenkungen sind grundsätzlich bekannt. Dabei kann durch eine von der Drehgeschwindigkeit des Lenkhandrades abhängige Veränderung des Übersetzungsverhältnisses die Handhabung des Fahrzeuges, insbesondere bei Ausweich­ manövern, spürbar verbessert werden.Reserve steering is generally known. It can by one of the rotational speed of the steering handwheel dependent change in the gear ratio Handling of the vehicle, especially in the case of an alternative maneuvers, noticeably improved.

Bekannte Vorhaltelenkungen arbeiten ohne mechanische Zwangskopplung zwischen den Lenkrädern bzw. deren Lenk­ getriebegliedern und dem Lenkhandrad. Das Lenkhandrad betätigt einen Drehwinkelsensor, welcher mit der Eingangs­ seite einer Steuer- bzw. Regelanordnung verbunden ist, die des weiteren eingangsseitig mit einem weiteren, von den Lenkrädern bzw. deren Lenkgetriebegliedern betätigten Drehwinkelgeber bzw. Weggeber verbunden ist und über ihren Ausgang einen mit den Lenkgetriebegliedern der Lenkräder antriebsverbundenen Stellmotor steuert. Sollte die Steuer- bzw. Regelvorrichtung fehlerhaft arbeiten, so kann das Lenkhandrad mittels einer manuell betätigten Kupplung mechanisch mit Lenkgetriebegliedern der Lenkräder zwangs­ gekoppelt werden.Known lead steering works without mechanical Forced coupling between the steering wheels or their steering transmission links and the steering wheel. The steering wheel actuates a rotation angle sensor, which with the input side of a control arrangement is connected, that further on the input side with another, from actuated the steering wheels or their steering gear members Angle encoder or displacement sensor is connected and via their Exit one with the steering gear links of the steering wheels drives connected actuator controls. If the tax or control device work incorrectly, so it can Steering handwheel using a manually operated clutch mechanically with steering gear links of the steering wheels be coupled.

Auch wenn es grundsätzlich möglich erscheint, die genannte Kupplung beim Auftreten eines Fehlers in der Steuer- bzw. Regelanordnung automatisch zu betätigen, bleiben die bekannten Vorhaltelenkungen unter Sicherheitsaspekten problematisch.Even if it seems fundamentally possible, the above Clutch when a fault occurs in the control or The control arrangement to operate automatically remains known security controls problematic.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorhaltelenkung zu schaffen, welche sich einerseits durch einfache Konstruk­ tion und andererseits durch hohe Sicherheit auszeichnet.It is therefore an object of the invention to provide a lead steering to create, which on the one hand by simple construct tion and on the other hand characterized by high security.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mechanisches Differentialgetriebe mit zwei Eingängen und einem Ausgang ausgangsseitig mit den Lenkrädern bzw. damit zwangsgekoppelten Lenkgetriebegliedern und eingangsseitig am einen Eingang mit dem Lenkhandrad und am anderen Eingang mit dem Motor bzw. einem damit zwangsgekoppelten Getriebe­ glied antriebsverbunden ist, wobei der andere Eingang bzw. der damit antriebsverbundene Motor oder ein damit zwangs­ gekoppeltes Getriebeglied selbsthemmend ausgebildet sind.This object is achieved in that a mechanical differential with two inputs and an output on the output side with the steering wheels or so positively coupled steering gear links and input side at one entrance with the steering wheel and at the other entrance with the motor or a gearbox that is positively coupled to it link is connected to the drive, the other input or the motor connected to it or a forced one coupled gear member are designed self-locking.

Erfindungsgemäß genügt es also für einen Notbetrieb der Lenkung, lediglich den Motor stillzusetzen. Aufgrund der Selbsthemmung des Motors bzw. des damit verbundenen Getriebe­ einganges oder Getriebegliedes bleibt dann der genannte Getriebeeingang blockiert, so daß sich ein durch die Konstruktion des Differentialgetriebes vorgegebenes konstan­ tes Übersetzungsverhältnis zwischen der Änderung des Dreh­ winkels des Lenkhandrades und der Änderung des Lenkwinkels der Lenkräder einstellt.According to the invention, it is therefore sufficient for emergency operation Steering, just to stop the engine. Due to the Self-locking of the motor or the associated gear input or transmission link then remains the said Transmission input blocked, so that one through the Construction of the differential gear predetermined constant t translation ratio between the change in rotation angle of the steering wheel and the change in the steering angle the steering wheels adjusts.

Solange eine den Motor steuernde, vorzugsweise rechner­ gesteuerte Regelvorrichtung, welche eingangsseitig mit Sensoren für den Drehwinkel bzw. die Drehwinkelgeschwindig­ keit des Lenkhandrades sowie den Lenkwinkel bzw. die Lenk­ winkeländerungsgeschwindigkeit verbunden ist, fehlerfrei arbeitet, können prinzipiell beliebige Übersetzungsverhält­ nisse eingestellt werden, indem der Motor mit unterschied­ lichen Geschwindigkeiten in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung betätigt wird. As long as a motor controlling, preferably computer Controlled control device, which on the input side Sensors for the rotation angle or the rotation angle speed speed of the steering handwheel as well as the steering angle or the steering angular rate of change is connected, error-free works, can in principle any gear ratio nisse can be set by the engine with difference speeds in the forward or reverse direction is operated.  

Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß bei einem Differential­ getriebe mit zwei Eingängen und einem Ausgang der ausgangs­ seitige Dreh- bzw. Stellhub sowie dessen Geschwindigkeit durch die eingangsseitigen Dreh- bzw. Stellhübe bzw. deren Geschwindigkeiten bestimmt sind.The invention takes advantage of the fact that in a differential gearbox with two inputs and one output of the output -sided turning or adjusting stroke and its speed through the input or rotary strokes or their Speeds are determined.

Gemäß einer konstruktiv bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Differentialgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet, wobei entweder der Planetenträger oder das Hohl- bzw. Schüsselrad mit dem Motor antriebsverbunden und entweder das Sonnenrad bzw. das Hohlrad oder das Sonnenrad bzw. der Planetenträger als einer Eingang bzw. als Ausgang angeordnet sind.According to a constructively preferred embodiment of the Invention is the differential gear as a planetary gear trained, whereby either the planet carrier or the hollow or bowl wheel with the motor and either the sun gear or the ring gear or the sun gear or the Planet carriers arranged as an input or as an output are.

Dabei kann der Motor zweckmäßigerweise eine Spindel treiben, die entweder mit einer Außenverzahnung am Hohl- bzw. Schüssel­ rad oder mit einer Außenverzahnung am Planetenträger kämmt.The motor can expediently drive a spindle, either with external teeth on the hollow or bowl wheel or meshes with an external toothing on the planet carrier.

Grundsätzlich ist es auch möglich, daß der Motor das Sonnen­ rad antreibt, wobei das Hohl- bzw. Schüsselrad und der Plane­ tenträger den einen Eingang und den Ausgang des Planeten­ getriebes bilden. Jedoch ist eine derartige Konstruktion in der Regel aufwendiger.Basically, it is also possible for the engine to sunbathe wheel drives, the ring or bowl wheel and the tarpaulin the one entrance and the exit of the planet form transmission. However, such a construction is in usually more complex.

Im Hinblick auf die in der Regel erwünschten Übersetzungs­ verhältnisse ist eine Anordnung besonders bevorzugt, bei der das Lenkhandrad mit einer das Sonnenrad drehfest tragenden Eingangswelle des Planetengetriebes antriebsverbunden ist, während der Planetenträger auf der Eingangswelle drehgelagert und mittels einer Außenverzahnung mit der vom Motor getriebe­ nen Spindel antriebsverbunden ist, und wobei das Sonnenrad auf der zu den Lenkrädern bzw. deren Lenkgetriebegliedern führenden Ausgangswelle des Planetengetriebes drehfest ange­ ordnet ist. With regard to the translation that is usually desired an arrangement is particularly preferred in which the steering wheel with a rotatably supporting the sun wheel Input shaft of the planetary gear is connected to the drive, while the planet carrier rotates on the input shaft and by means of an external toothing with that of the motor gear NEN spindle is connected to the drive, and the sun gear on the links to the steering wheels or their steering gear leading output shaft of the planetary gear rotatably attached is arranged.  

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung einer besonders bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung verwiesen.Otherwise, the preferred features of Invention on the claims and the following Explanation of a particularly preferred embodiment referred to the drawing.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 einen Axialschnitt des als Planetengetriebe ausgebildeten Differentialgetriebes sowie eine schematische Darstellung der wesentlichen Elemente der Vorhaltelenkung, Fig. 1 shows an axial section of the formed as a planetary gear differential gear and a schematic representation of the essential elements of the Vorhaltelenkung,

Fig. 2 einen Radialschnitt des Planetengetriebes entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig. 1 und Fig. 2 is a radial section of the planetary gear according to the section line II-II in Fig. 1 and

Fig. 3 einen Radialschnitt des Planetengetriebes entsprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 1. Fig. 3 is a radial section of the planetary gear according to the section line III-III in FIG. 1.

Das Lenkhandrad 1 der Vorhaltelenkung betätigt unmittelbar bzw. über nicht dargestellte Getriebeglieder eine Eingangs­ welle 2 eines Planetengetriebes 3. Auf der Eingangswelle 2 ist das Sonnenrad 4 des Planetengetriebes 3 drehfest ange­ ordnet, d.h. Sonnenrad 4 und Lenkhandrad 1 sind miteinander mechanisch zwangsgekoppelt.The steering handwheel 1 of the lead steering actuates an input shaft 2 of a planetary gear 3 directly or via transmission members (not shown ) . On the input shaft 2 , the sun gear 4 of the planetary gear 3 is arranged in a rotationally fixed manner, ie the sun gear 4 and the steering handwheel 1 are mechanically positively coupled to one another.

Gleichachsig zur Eingangswelle 2 ist das Hohl- bzw. Schüssel­ rad 5 des Planetengetriebes auf einer Ausgangswelle 6 desselben drehfest angeordnet, die ihrerseits den Eingang eines die nicht dargestellten Lenkräder eines Fahrzeuges steuernden Lenkgetriebes 7 bildet.Coaxial with the input shaft 2 , the hollow or key wheel 5 of the planetary gear is rotatably arranged on an output shaft 6 of the same, which in turn forms the input of a steering gear 7 that controls the steering wheels of a vehicle, not shown.

Zwischen der Innenverzahnung des Hohl- bzw. Schüsselrades 6 und der Außenverzahnung des Sonnenrades 4 sind die mit den genannten Verzahnungen kämmenden Planetenräder 8 untergebracht, welche an einem auf der Eingangswelle 2 drehgelagerten Plane­ tenträger 9 mittels Achszapfen 10 drehgelagert sind. Between the internal toothing of the ring or key wheel 6 and the external toothing of the sun gear 4 , the meshing with the mentioned toothing planet gears 8 are housed, which are supported on a rotatably mounted on the input shaft 2 tarpaulin plate 9 by means of trunnions 10 .

Der Planetenträger 9 besitzt eine Außenverzahnung, die mit einer mittels Elektromotors 11 antreibbaren Spindel bzw. Schnecke 12 kämmt. Bei Stillstand des Elektromotors 11 ist der Planetenträger 9 aufgrund der Selbsthemmung zwischen seiner Außenverzahnung und der Spindel bzw. Schnecke 12 drehfest blockiert.The planet carrier 9 has an external toothing which meshes with a spindle or worm 12 which can be driven by means of the electric motor 11 . When the electric motor 11 is at a standstill, the planet carrier 9 is blocked against rotation due to the self-locking between its external toothing and the spindle or worm 12 .

Die Spindel bzw. Schnecke 12 bildet neben der Eingangswelle 2 einen weiteren Eingang des als Differentialgetriebes ausge­ bildeten Planetengetriebes 3.The spindle or worm 12 forms, in addition to the input shaft 2, a further input of the planetary gear 3 formed as a differential gear.

An der Eingangswelle 2 sowie an der Ausgangswelle 6 sind Sensoren 13 bzw. 14 angeordnet, deren Signale die jeweilige Drehstellung der Wellen 2 und 6 wiedergeben.Sensors 13 and 14 are arranged on the input shaft 2 and on the output shaft 6 , the signals of which represent the respective rotational position of the shafts 2 and 6 .

Diese Signale werden der Eingangsseite einer rechnergesteuer­ ten Regelvorrichtung 15 zugeführt, welche ausgangsseitig den Elektromotor 11 steuert.These signals are fed to the input side of a computer-controlled control device 15 , which controls the electric motor 11 on the output side.

Gegebenenfalls kann die Regelvorrichtung 15 eingangsseitig mit weiteren nicht dargestellten Sensoren verbunden sein, die beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges registrieren.Optionally, the control device 15 can be connected on the input side to further sensors, not shown, which register, for example, the driving speed of the vehicle.

Die dargestellte Vorhaltelenkung arbeitet wie folgt:The lead steering shown works as follows:

Solange das Lenkhandrad 1 nicht betätigt wird, wird der Elektromotor 11 von der Regelvorrichtung 15 stillgesetzt. Dementsprechend steht auch die Ausgangswelle 6 des Planeten­ getriebes 3 still; der jeweils eingestellte Lenkwinkel der Lenkräder des Fahrzeuges bleibt also unverändert. As long as the steering handwheel 1 is not actuated, the electric motor 11 is stopped by the control device 15 . Accordingly, the output shaft 6 of the planetary gear 3 is stationary; the respectively set steering angle of the steering wheels of the vehicle remains unchanged.

Sobald das Lenkhandrad 1 betätigt wird, wird von der Regelvorrichtung 15 auch der Elektromotor 11 in Abhängigkeit vorgebbarer Parameter - beispielsweise in Abhängigkeit von der mittels des Sensors 13 ermittelbaren Drehgeschwindigkeit des Lenkhandrades 1 und/oder in Abhängigkeit von der Fahrge­ schwindigkeit des Fahrzeuges und/oder in Abhängigkeit von dem jeweiligen, mittels des Sensors 14 ermittelbaren Lenkwinkels der Lenkräder des Fahrzeuges - betätigt, derart, daß die Lenkräder des Fahrzeuges in einer durch die Drehrich­ tung des Lenkhandrades 1 vorgegebenen Richtung ausgelenkt werden. Je nach Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung des Elektromotors 11 stellt sich dabei zwischen der Drehgeschwin­ digkeit des Lenkhandrades 1 und der Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 6 ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis ein.As soon as the steering handwheel 1 is actuated, the control device 15 also switches the electric motor 11 as a function of predeterminable parameters - for example, as a function of the rotational speed of the steering handwheel 1 that can be determined by the sensor 13 and / or as a function of the speed of the vehicle and / or in Dependence on the respective steering angle of the steering wheels of the vehicle , which can be determined by the sensor 14 , is actuated in such a way that the steering wheels of the vehicle are deflected in a direction predetermined by the direction of rotation of the steering handwheel 1 . Depending on the speed and direction of rotation of the electric motor 11 , there is a different transmission ratio between the speed of the steering wheel 1 and the speed of the output shaft 6 .

Die Regelvorrichtung überprüft sich in grundsätzlich bekannter Weise ständig auf fehlerfreie Funktion. Sollte ein Fehler erkannt werden, wird der Elektromotor 11 sofort stillgesetzt. Aufgrund der Selbsthemmung zwischen der Spindel bzw. Schnecke 12 und der Außenverzahnung des Planetenträgers 8 wird der letztere drehfest blockiert, so daß die Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung der Ausgangswelle 6 ausschließlich von der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Lenkhandrades 1 abhängig sind und das Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehgeschwindigkeiten konstant bleibt.The control device continuously checks itself for error-free function in a generally known manner. If an error is detected, the electric motor 11 is stopped immediately. Due to the self-locking between the spindle or worm 12 and the external teeth of the planet carrier 8 , the latter is rotatably blocked, so that the speed and direction of rotation of the output shaft 6 are dependent only on the direction of rotation and speed of the steering wheel 1 and the transmission ratio between the speeds remains constant .

Claims (5)

1. Vorhaltelenkung für Kraftfahrzeuge mit manuell durch Lenkhandrad steuerbaren Lenkrädern, wobei das Übersetzungs­ verhältnis zwischen der Änderung des Drehwinkels des Lenkhandrades und der Änderung des Lenkwinkels der Lenkräder mittels eines durch die Bewegung des Lenkhand­ rades steuerbaren Motors in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern, z.B. der Drehgeschwindigkeit des Lenkhandrades, veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanisches Differentialgetriebe (3) mit zwei Eingängen (2, 12) und einem Ausgang (6) ausgangsseitig mit den Lenkrädern bzw. damit zwangsgekoppelten Lenk­ getriebegliedern (7) und eingangsseitig am einen Eingang (2) mit dem Lenkhandrad (1) und am anderen Eingang (12) mit dem Motor (11) bzw. einem damit zwangsgekoppelten Getriebeglied antriebsverbunden ist, wobei der andere Eingang (12) bzw. der damit antriebsverbundene Motor (11) oder ein damit zwangsgekoppeltes Getriebeglied selbst­ hemmend ausgebildet sind.1. Provision steering for motor vehicles with steering wheels that can be controlled manually by means of a steering handwheel, the transmission ratio between the change in the angle of rotation of the steering handwheel and the change in the steering angle of the steering wheels by means of a motor that can be controlled by the movement of the steering handwheel as a function of predetermined parameters, for example the rotational speed of the Steering handwheel, can be changed, characterized in that a mechanical differential gear ( 3 ) with two inputs ( 2, 12 ) and one output ( 6 ) on the output side with the steering wheels or, as a result, positively coupled steering gear members ( 7 ) and on the input side at one input ( 2 ) is connected to the steering handwheel ( 1 ) and at the other input ( 12 ) to the motor ( 11 ) or a gear member that is positively coupled to it, the other input ( 12 ) or the motor ( 11 ) connected to the drive or a gear member itself that is positively coupled to it are inhibitory. 2. Vorhaltelenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe als Planetengetriebe (3) ausgebildet ist, wobei entweder der Planetenträger (9) oder das Hohl- bzw. Schüsselrad (5) mit dem Motor (11) antriebsverbunden und entweder das Sonnenrad (4) bzw. das Hohl- oder Schüsselrad (5) oder das Sonnenrad (4) bzw. der Planetenträger (9) als ein Eingang bzw. als Ausgang angeordnet sind.2. lead steering according to claim 1, characterized in that the differential gear is designed as a planetary gear ( 3 ), wherein either the planet carrier ( 9 ) or the ring or key wheel ( 5 ) with the motor ( 11 ) drive-connected and either the sun gear ( 4 ) or the ring or bowl gear ( 5 ) or the sun gear ( 4 ) or the planet carrier ( 9 ) are arranged as an input or as an output. 3. Vorhaltelenkung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11) eine Spindel bzw. Schnecke (12) treibt, die entweder mit einer Außenverzahnung am Hohl- bzw. Schüsselrad (5) oder mit einer Außenverzahnung am Planetenträger (9) kämmt.3. lead steering according to one of claims 1 or 2, characterized in that the motor ( 11 ) drives a spindle or worm ( 12 ) which either with an external toothing on the ring or key wheel ( 5 ) or with an external toothing on the planet carrier ( 9 ) combs. 4. Vorhaltelenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkhandrad (1) mit einer das Sonnenrad (4) drehfest tragenden Eingangswelle (2) des Planetengetriebes (3) antriebsverbunden ist, daß der auf der Eingangswelle (2) drehgelagerte Planeten­ träger (9) mittels einer Außenverzahnung mit einer vom Motor (11) getriebenen Spindel bzw. Schnecke (12) antriebsverbunden ist, und daß das Sonnenrad (4) auf der zu den Lenkrädern bzw. zu deren Lenkgetriebegliedern (7) führenden Ausgangswelle (6) des Planetengetriebes (3) drehfest angeordnet ist.4. Provisional steering according to one of claims 1 to 3, characterized in that the steering handwheel ( 1 ) with a sun gear ( 4 ) rotatably supporting input shaft ( 2 ) of the planetary gear ( 3 ) is drive-connected that that on the input shaft ( 2 ) rotatably Planet carrier ( 9 ) is drive-connected by means of an external toothing to a spindle or worm ( 12 ) driven by the motor ( 11 ), and that the sun gear ( 4 ) on the output shaft ( 6 ) leading to the steering wheels or to their steering gear members ( 7 ) ) of the planetary gear ( 3 ) is arranged in a rotationally fixed manner. 5. Vorhaltelenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11) mittels einer rechnergesteuerten Regelvorrichtung (15) steuerbar ist, die eingangsseitig mit Sensoren (13, 14) für den Drehwinkel bzw. die Drehwinkelgeschwindigkeit des Lenkhandrades (1) sowie den Lenkwinkel bzw. die Lenk­ winkeländerungsgeschwindigkeit der Lenkräder verbunden ist.5. lead steering according to one of claims 1 to 4, characterized in that the motor ( 11 ) by means of a computer-controlled control device ( 15 ) is controllable, the input side with sensors ( 13 , 14 ) for the angle of rotation or the angular velocity of the steering wheel ( 1 ) and the steering angle or the steering angle change speed of the steering wheels is connected.
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