DE4141160A1 - Elektrische hilfskraftlenkung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit einem Lenkhandrad, das über einen oberen und einen unteren Lenkspindelteil sowie ein Lenkgetriebe mit gelenkten Rädern in Verbindung steht. Für die Kraftunterstützung sieht man einen reversierenden Elektromotor vor, der über ein Untersetzungsgetriebe die Lenkspindel antreibt. Sollte zum Beispiel in der dem Elektromotor vorgeschalteten Steuerelektronik eine Fehlfunktion auftreten, so ist zur Abkoppelung des Elektromotors eine als Freilauf wirkende Sicherheitskupplung vorgesehen. Der Freilauf besteht aus in einem Käfig geführten und mit Schrägflächen zusammenwirkenden Klemmkörpern.

Eine derartige Lenkeinrichtung ist bereits aus der DE 38 30 283 A1 bekannt. Der dort verwendete, doppelt wirkende Freilauf koppelt bei einer Fehlfunktion den Elektromotor ab. Hierzu müssen die Klemmkörper durch ein entsprechendes Lenkmoment aus ihrer Klemmstellung herausgedrückt werden. Da der Freilauf jedoch auf der Abtriebsseite des dem Elektromotor nachgeordneten Untersetzungsgetriebes eingebaut ist, treten dort verhältnismäßig hohe Kräfte auf. Sollte die Fehlfunktion im Lenksystem während einer großen Belastung auftreten, so muß der Fahrer eine hohe Lenkkraft aufbringen, um die Klemmkörper außer Eingriff zu bringen und diese fehlerhafte Lenkbewegung zu unterbrechen.

Weiter ist aus der EP-B1-00 51 515 eine elektrische Hilfskraftlenkung mit einer Kupplung auf der Ausgangswelle des Elektromotors bekannt. Die Kupplung liegt also vor dem Getriebe. Diese Kupplung ist als doppelte Reibkupplung aufgebaut, bei welcher die Höhe des auf das Untersetzungsgetriebe übertragenen Motormoments von dem durch den Fahrer eingeleiteten Lenkmoment abhängt. Das Lenkmoment läßt sich hierzu in eine Axialkraft umwandeln und über einen Bund auf die Reibflächen der Kupplung übertragen. In dieser Ausführung dreht der Motor immer in einer Richtung und es läßt sich keine beliebige Lenkungskennlinie erzeugen. Außerdem ist der Energieverbrauch gegenüber einem geregelten Motor höher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Freilauf wirkende Sicherheitskupplung vorzusehen, die sich auch bei größeren, auf die Lenkung einwirkenden Kräften leicht lösen läßt. Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Lenkeinrichtung gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung besteht darin, daß der Freilauf hinter dem Elektromotor auf der Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes angeordnet und der Freilauf über eine Vorrichtung durch die Drehung des Lenkhandrades schaltbar ist. Die Hilfskraftlenkung gestaltet man hierbei vorteilhaft so aus, daß der obere und der untere Lenkspindelteil über einen Drehstab miteinander verbunden sind und eine die beiden Lenkspindelteile überbrückende Schiebehülse vorgesehen ist. Die Schiebehülse setzt das Lenkmoment in eine Axialbewegung um und eine Hebelanordnung überträgt die Axialbewegung auf den Käfig des Freilaufs. Die Axialbewegung des Käfigs wird wiederum in eine Relativverdrehung zu der Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes umgewandelt. Durch die Relativverdrehung läßt sich bei einer Fehlfunktion der zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe angeordnete Freilauf entkuppeln. Dazu ist nur ein kleines Lenkmoment nötig. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Momente auf der Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes wesentlich kleiner als auf der Abtriebsseite des Getriebes sind. Der Freilauf läßt sich daher kleiner ausführen. Außerdem sind die Lösekräfte entsprechend niedrig. Nach einem Merkmal der Erfindung ist für eine reibungsarme Verstellung der Schiebehülse im oberen Lenkspindelteil eine Kugelgeradführung und im unteren Lenkspindelteil ein Kugelgewinde vorgesehen. Desgleichen ist nach einem weiteren Merkmal der Käfig des Freilaufs über ein Kugelgewinde auf der Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes abgestützt.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine elektrische Hilfskraftlenkung, ohne das am unteren Lenkspindelteil angeschlossene Lenkgetriebe;

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 steht ein auf einem oberen Lenkspindelteil 1 befestigtes Lenkhandrad 2 über einen Drehstab 3 mit einem unteren Lenkspindelteil 4 in Verbindung. Der untere Lenkspindelteil 4 ist über ein Lenkgetriebe, z. B. in der Zahnstangenbauart, an ein mit den Rädern verbundenes Lenkgestänge angeschlossen. Die drei zuletzt genannten Bauteile wurden in der Zeichnung der Einfachheit halber fortgelassen. Eine Schiebehülse 5 überbrückt die beiden Lenkspindelteile 1 und 4. Am oberen Lenkspindelteil 1 ist die Schiebehülse 5 drehfest auf einer Kugelgeradführung 6 gelagert. Am unteren Lenkspindelteil 4 stützt sich die Schiebehülse 5 über ein Kugelgewinde 7 ab. Leitet man über das Lenkhandrad 2 in den oberen Lenkspindelteil 1 ein Drehmoment ein, so bewegt sich die Schiebehülse innerhalb eines Steuerweges in Axialrichtung. Eine Hebelanordnung 8 überträgt die Axialbewegung auf einen Käfig 10 eines Freilaufs 11. Zwischen einem von einem Elektromotor 12 angetriebenen Außenring 13 und einer Eingangswelle 14 sind in dem Käfig 10 geführte Klemmkörper 15 und 15A angeordnet, die durch Federn 16 auf Schrägflächen 17 der Welle 14 in Richtung Klemmstellung gedrückt werden. Der Käfig 10 steht über ein Kugelgewinde 18 mit der Eingangswelle 14 in Verbindung. Die Eingangswelle 14 ist Bestandteil eines Untersetzungsgetriebes 20, welches den unteren Lenkspindelteil 4 antreibt. Bei der über die Hebelanordnung 8 auf den Käfig 10 übertragenen Axialbewegung verdreht sich dieser relativ zur Eingangswelle 14.

Bei ordnungsgemäßer Funktion der Lenkung wird der Käfig 10 durch das über das Lenkhandrad eingeleitete Lenkmoment relativ so verdreht, daß zum Beispiel die Klemmkörper 15 aus ihrer Klemmposition, das heißt, aus keilförmigen Spalten 21 zwischen den Schrägflächen 17 und dem Innendurchmesser des Außenringes 13, herausgedrückt werden. Gleichzeitig werden die Klemmkörper 15A durch die Kraft der Federn 16 in die keilförmigen Spalte 21A hineingedrückt. Der Außenring 13 und die Ausgangswelle 14 sind miteinander gekuppelt. Dabei ermittelt ein nicht dargestellter Lenkmomentgeber Größe und Richtung des Motormoments, um den Elektromotor 12 über eine Steuereinheit zu betätigen. Der zwischen den beiden Lenkspindelteilen 1 und 4 eingebaute Drehstab hat dabei die Aufgabe, zwischen zwei Festanschlägen einen Steuerweg zum Erfassen des Lenkmoments zu schaffen. Die Antriebskraft des Elektromotors 12 wird über den Außenring 13 eingeleitet, der sich zusammen mit der Eingangswelle 14 z. B. in der Pfeilrichtung (Fig. 2) dreht. Die am Lenkhandrad 2 eingeleitete Handkraft wird daher durch die Hilfskraft des Elektromotors 12 über das Untersetzungsgetriebe 20 unterstützt.

Fällt infolge einer Fehlfunktion der Elektromotor 12 aus oder dreht dieser in die falsche Richtung, so wird beim Drehen des Lenkhandrades 2, wie bereits beschrieben, über die Schiebehülse 5, die Hebelanordnung 8 sowie das Kugelgewinde 18 der mit der Eingangswelle 14 gekuppelte Käfig 10 gegenüber dem Außenring 13 relativ verdreht. Der Klemmkörper 15 verschiebt sich dabei zwangsweise entgegen der Kraft der Feder 16 im Uhrzeigersinn, wodurch sich der Außenring 13 von der Eingangswelle 14 löst. Das am Lenkhandrad 2 wirksame Drehmoment wird daraufhin über zwischen der Schiebehülse 5 und dem unteren Lenkspindelteil 4, nach Überwinden des durch den Drehstab 3 vorgegebenen Steuerspiels, unmittelbar auf die gelenkten Räder übertragen. Dabei muß vom Fahrer eine höhere Lenkkraft aufgebracht werden, da ja die elektrische Unterstützung fehlt. Das Lösen des vorher gesperrten Freilaufs 11 erfolgt jedoch mit einem geringen Lenkmoment, da die Klemmkräfte vor dem Untersetzungsgetriebe 20 verhältnismäßig klein sind.

Bezugszeichen

 1 oberer Lenkspindelteil
 2 Lenkhandrad
 3 Drehstab
 4 unterer Lenkspindelteil
 5 Schiebehülse
 6 Kugelgeradführung
 7 Kugelgewinde
 8 Hebelanordnung
 9 -
10 Käfig
11 Freilauf
12 Elektromotor
13 Außenring
14 Eingangswelle von 20
15, 15A Klemmkörper
16 Feder
17 Schrägfläche
18 Kugelgewinde
19 -
20 Untersetzungsgetriebe
21, 21A keilförmiger Spalt

Claims (4)

1. Elektrische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit folgenden Merkmalen:

• - ein Lenkhandrad (2) steht über eine aus einem oberen und einem unteren Lenkspindelteil (1 bzw. 4) bestehende Lenkspindel und über ein Lenkgetriebe mit gelenkten Rädern in Verbindung;
• - ein reversierender Elektromotor (12) treibt über ein Untersetzungsgetriebe (20) die Lenkspindel an,
• - beim Auftreten einer Fehlfunktion ist zur Abkoppelung des Elektromotors (12) eine als Freilauf (11) wirkende Sicherheitskupplung vorgesehen, der Freilauf (11) besteht aus in einen Käfig (10) geführten und mit Schrägflächen (17) zusammenwirkenden Klemmkörpern (15), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• - der Freilauf (11) ist auf der Eingangswelle (14) des Untersetzungsgetriebes (20) hinter dem Elektromotor (12) angeordnet und
• - die Betätigung des Freilaufs (11) erfolgt über eine Vorrichtung (5, 8, 10) vom Lenkhandrad (2) aus.

2. Elektrische Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - der obere und der untere Lenkspindelteil (1 bzw. 4) sind über einen Drehstab (3) miteinander verbunden;
• - es ist eine die beiden Lenkspindelteile (1 und 4) überbrückende Schiebehülse (5) vorgesehen, die das Lenkmoment in eine Axialbewegung umsetzt;
• - eine Hebelanordnung (8) überträgt die Axialbewegung auf den Käfig (10) des Freilaufs (11), derart, daß die Axialbewegung in eine Relativverdrehung zu der Eingangswelle (14) des Untersetzungsgetriebes (20) umgewandelt wird.

3. Elektrische Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Schiebehülse (5) und der obere Lenkspindelteil (1) greifen über eine Kugelgeradführung (6) ineinander und
• - die Schiebehülse (5) und der untere Lenkspindelteil stehen über ein Kugelgewinde (7) miteinander in Verbindung.

4. Elektrische Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eingangswelle (14) des Untersetzungsgetriebes (20) und dem Käfig (10) des Freilaufs (11) ein Kugelgewinde (18) vorgesehen ist.