DE4236771C2 - Lenkvorrichtung mit variablem Lenkwinkelverhältnis für einen Lenkhebel-Steuermechanismus - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrich­ tung nach Patentanspruch 1.

Lenkhebel-Steuermechanismen umfassen eine mit einem Lenkrad rotierende Sektorwelle sowie einen durch die Sektorwelle winkelmäßig bewegbaren Lenkhebel, der mit lenkbaren Rädern eines Motorfahrzeuges in Wirkverbindung steht. Wenn das Lenkrad gedreht wird, so wird der Lenkhebel durch die Sektorwelle winkelmäßig bewegt, um die Räder zur Lenkung des Motorfahrzeuges zu drehen.

Bestimmte Lenkhebel-Steuermechanismen enthalten einen Dreh­ momentsensor zur Detektierung eines auf das Lenkrad ausge­ übten Lenkdrehmomentes sowie ein mit einem Lenkgetriebeme­ chanismus, wie beispielsweise einem Kugelumlaufspindel-Me­ chanismus kombiniertes hydraulisches Betätigungsglied zwi­ schen der Sektorwelle und dem Lenkrad. Die Lenkhebel-Steuer­ mechanismen mit Drehmomentsensor und hydraulischem Betäti­ gungsglied arbeiten als integrales Servolenksystem. Der dem hydraulischen Betätigungsglied zugeführte Hydraulikdruck wird auf der Basis des durch den Drehmomentsensor detek­ tierten Lenkdrehmomentes gesteuert, wobei das hydraulische Betätigungsglied eine die Lenkwirkung unterstützende Kraft erzeugt.

Es ist bekannt, daß ein Lenkwinkelverhältnis, d. h. das Ver­ hältnis eines Winkels, um den die Räder gedreht werden, zu einem Winkel, um den das Lenkrad gedreht wird, die Manöv­ rierfähigkeit des Motorfahrzeuges, die Stabilität des gera­ deaus fahrenden Motorfahrzeuges und das Fahrergefühl beim Lenken des Motorfahrzeuges beeinflußt.

Die GB-Patentanmeldung 22 52 282A beschreibt eine Lenkvorrichtung mit einem Mechanismus zur Änderung des Lenkwinkelverhältnisses. Dieser Mechanismus zur Änderung des Lenkwinkelverhältnisses kann möglicherweise in eine Lenkwin­ kel-Steuervorrichtung eingebaut werden.

Eine weitere bekannte Lenkvorrichtung mit einem variablen Lenkwinkelverhältnis ist im JP 54-38 664 Y2 beschrieben. Diese Lenkvorrichtung enthält eine durch ein Lenkrad drehba­ re Lenkwelle, eine mit der Eingangswelle über einen Kugelum­ laufspindel-Mechanismus gekoppelte Mutter, welche die Dreh­ bewegung in eine Linearbewegung überführt, einem mit der Mutter über einen Nockenmechanismus in Wirkverbindung stehenden Hebel zur Umsetzung der Linearbewegung des Schie­ bers in eine Drehbewegung sowie eine am Hebel befestigte Kreuzwelle. Diese Kreuzwelle steht beispielsweise über einen Lenkhebel mit den Rädern in Wirkverbindung. Die Stelle, an welcher der Nockenmechanismus mit dem Hebel in Wirkverbin­ dung tritt, ist zur Änderung eines effektiven Hebelradius zwecks Änderung des Lenkwinkelverhältnisses verschiebbar. Der Nockenmechanismus enthält einen Stift, der auf der Mutter montiert ist und gleitend in eine radial im Hebel ausgebildete Nockennut eingreift. Der Stift gleitet in Preß­ verbindung mit einer Fläche der Nockennut. Da eine große Last auf den Stift wirkt, tendiert er zu früher Abnutzung. Ist der Stift abgenutzt, so gleitet er nicht glatt in der Nockennut, wodurch die Steuergenauigkeit und die Dauerhaf­ tigkeit reduziert wird.

Aus der DE 39 38 801 C1 ist eine Lenkvorrichtung mit einem Lenkhebel zur Vorderradlenkung bekannt, die eine Verhältniseinstelleinrichtung an einer Hinterradlenkung aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkvorrichtung mit variablem Lenkwinkelverhältnis zur Ver­ wendung in Verbindung mit einem Lenkhebel-Steuermechanismus anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Lenkvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand entsprechender Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Aus­ führungsbeispielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung, die mit einem Lenkhebel-Steuermechanismus in einem Motor­ fahrzeug kombiniert ist;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt der Lenkvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt in einer Ebene III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt in einer Ebene IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 einen Schnitt in einer Ebene V-V in Fig. 2;

Fig. 6 einen Schnitt in einer Ebene VI-VI in Fig. 3;

Fig. 7 einen Horizontalschnitt einer weiteren Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung;

Fig. 8 einen Schnitt in einer Ebene VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 einen Horizontalschnitt einer weiteren Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung;

Fig. 10 einen Schnitt in einer Ebene X-X in Fig. 9; und

Fig. 11 einen Schnitt in einer Ebene XI-XI in Fig. 9.

In den Zeichnungen sind entsprechende Teile mit gleichen oder sich entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen eine Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Lenkvorrichtung, die mit einem Lenkhebel- Steuermechanismus in einem Motorfahrzeug kombiniert ist. Die Lenkvorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 6 ist eine Servolenk­ vorrichtung. Gemäß Fig. 1 ist ein Lenkrad 11 an einem Ende einer Lenkwelle 99 befestigt, die koaxial mit dem äußeren Ende einer Eingangswelle 12 (siehe Fig. 2) gekoppelt ist, welche ihrerseits drehbar in einem fest auf einem Motor­ fahrzeugchassis montierten Gehäuse 13 gelagert ist. Die Eingangswelle 12 ist im oberen Teil des Gehäuses 13 ange­ ordnet, das weiterhin eine vertikale Sektorwelle 14 im unteren Teil drehbar lagert. Die Eingangswelle 12 steht mit der Sektorwelle 14 über verschiedene Komponenten im Gehäuse 13 in Wirkverbindung, wie dies im folgenden noch beschrieben wird.

Gemäß Fig. 1 ist ein Lenkhebel 15 mit einem seiner Enden im wesentlichen senkrecht mit dem unteren Ende der Sektorwelle 14 verbunden. Dieser Lenkhebel 15 verläuft im wesentlichen in Längsrichtung durch das Motorfahrzeug. Der Lenkhebel 15 ist winkelmäßig um die Achse der Sektorwelle 14 und gemein­ sam mit dieser bewegbar, wenn die Sektorwelle 14 um ihre Achse rotiert. Das entgegengesetzte Ende des Lenkhebels 15 ist über eine Kugelverbindung 20 mit einer Zugstange 16R verbunden, welche mit einem Gelenk 16Ra verbunden ist, auf dem ein Rad 19R drehbar montiert ist. Der Lenkhebel 15 ist weiterhin über eine Kugelverbindung 20 an einer mittleren Stelle mit einem Ende eines Relaiszapfens 17 verbunden. Das andere Ende des Relaiszapfens 17 ist über eine Kugelverbin­ dung 20 an einer mittleren Stelle mit einem Lenkzwischenhe­ bel 18 verbunden. Dieser parallel zum Lenkhebel 15 verlau­ fende Lenkzwischenhebel 18 über eine Kugelverbindung 20 schwenkbar mit dem Motorfahrzeugchassis und mit dem anderen Ende über eine Kugelverbindung 20 mit einer Zugstange 16L gekoppelt. Die Zugstange 16L ist mit einem (nicht darge­ stellten) Gelenk verbunden, auf dem ein Rad 19L drehbar montiert ist.

In der in den Fig. 2 und 3 generell mit 10 bezeichneten Lenkvorrichtung ist die Eingangswelle 12 durch Lager 21, 22 drehbar im Gehäuse 13 gelagert und besitzt einen im Gehäuse 13 angeordneten mit Außengewinde versehenen Teil 12a (Schraubenwelle). Das Lager 21 besitzt einen auf der Ein­ gangswelle 12 befestigten Innenkranz mit im wesentlichen kanalförmigem Querschnitt und einen durch Axial- und Radial­ nadelrollen im Innenkranz drehbar gelagerten Außenkranz. Eine Axialverschiebung der Eingangswelle 12 wird durch das Lager 21 verhindert.

Auf dem mit Außengewinde versehenen Teil 12a ist eine Kugel­ mutter 23 drehbar montiert, wobei Kugeln 24 in in der Kugel­ mutter 23 und dem mit Außengewinde versehenen Teil 12a ge­ bildeten schraubenförmigen Nutenrollen. Der mit Außengewin­ de versehene Teil 12a, die Kugelmutter 23 und die Kugel 24 dienen zusammen als ein erster Kugelumlaufspindel-Mechanis­ mus 25. Wenn die Kugelmutter 23 und die Eingangswelle 12 sich relativ zueinander drehen, so laufen die Kugeln 24 durch ein in der Kugelmutter 23 ausgebildetes Umlaufloch. Die Kugelmutter 23 ist durch Lager 27, 28 drehbar in einer Konventierungsmutter 26 gelagert. Der Kugelumlaufspindel- Mechanismus 25 arbeitet in an sich bekannter Weise, d. h. die Kugelmutter 23 wird längs des mit Außengewinde versehenen Teils 12a axial verschoben, wenn das mit Außengewinde ver­ sehene Teil 12a sich um die Achse der Eingangswelle 12 dreht. Die Winkelverschiebung des mit Außengewinde verse­ henen Teils 12a entspricht daher der Axialverschiebung der Kugelmutter 23.

Ein radial nach außen weisender Stift 29 ist an der Kugel­ mutter 23 befestigt. Wie auch Fig. 6 zeigt, verläuft dieser Stift 29 radial durch die Konvertierungsmutter 26 und ist über eine kugelförmige Laufbuchse 31 mit einem Gleitstück 30 gekoppelt. Das Gleitstück 30 ist gleitend in eine Detektor­ stange 32 eingepaßt und bewegt sich dabei gleitend zusammen mit der Kugelmutter 23 parallel zur Eingangswelle 12. Die axial bewegbare Detektorstange 32 verläuft in Richtung senkrecht zur Eingangswelle 12. Das Gleitstück 30 ist zen­ tral in der Detektorstange 32 angeordnet.

Gemäß Fig. 6 wirkt eine Feder 33 auf ein Ende der Detektor­ stange 32, wobei ein Kern 32a koaxial am anderen Ende der Detektorstange 32 befestigt ist. Die Stellung des Kerns 32a kann durch einen Differentialtransformator 34 detektiert werden. Die Feder 33 ist unter Druck zwischen einem auf dem Ende der Detektorstange 32 befestigten Halter 35a und einem axial gleitend gegen eine Schulter der Detektorstange 32 ge­ haltenen Halter 35b angeordnet. Die Feder 33 drückt die Hal­ ter 35a, 35b gegen entsprechende Stufen im Gehäuse 13 aus­ einander, um die Detektorstange 32 in einer neutralen Stel­ lung gemäß Fig. 6 zu halten.

Der in an sich bekannter Weise aufgebaute Differentialtrans­ formator 34 besitzt eine Primärwicklung, eine Sekundärwick­ lung sowie eine Kompensationswicklung, welche elektrisch an einen Regler 90 (s. Fig. 3) angeschaltet sind. Wird der Pri­ märwicklung des Differentialtransformators 34 ein Wechsel­ strom zugeführt, so wird in Abhängigkeit von der Stellung des Kerns 32a in Bezug auf die Sekundärwicklung in dieser ein Strom induziert, welcher ein Maß für die Stellung des Kerns 32a ist. Der Kern 32a und der Differentialtransfor­ mator 34 bilden zusammen einen Drehmomentsensor 36 zur De­ tektierung eines auf das Lenkrad 11 und damit die Eingangs­ welle 12 wirkenden Lenkdrehmomentes.

Gemäß Fig. 3 ist die Konvertierungsmutter 26 hohl ausgebil­ det, so daß die Eingangswelle 12 lose in sie eingesetzt und axial und winkelmäßig bewegbar vom Gehäuse 13 aufgenommen ist. Die Konvertierungsmutter 26 hält die Kugelmutter 23 in einem Endteil und besitzt eine Axialnut 26 in ihrer Außen­ umfangsfläche des entgegengesetzten Endteils. Die Konver­ tierungsmutter 26 besitzt weiterhin einen einstückig ange­ formten Arm 26b, der sich von einer Zwischenstellung radial nach außen erstreckt. Dieser Arm 26b steht mit einem Hebel 55 in Wirkverbindung. Kugeln 37 werden rollend von der Axialnut 26a und einer in der Innenumfangsfläche eines Schneckenrades 38 ausgebildeten Axialnut 28a aufgenommen. Die Konvertierungsmutter 26 steht daher über die Kugeln 37 mit dem Schneckenrad 38 in Wirkverbindung und ist dabei axial gegen dieses bewegbar und gemeinsam mit diesem dreh­ bar.

Das hohl ausgebildete Schneckenrad 38 ist durch Lager 39, 40 drehbar im Gehäuse 13 gelagert. Das Schneckenrad 38 besitzt ein angetriebenes Zahnrad 41 und ein Sensorzahnrad 42 auf seiner Außenumfangsfläche. Das angetriebene Zahnrad 41 kämmt mit einer Schnecke 43, während das Sensorzahnrad 42 mit einem Lenkzwischenzahnrad 44 kämmt, das seinerseits mit einem Detektorzahnrad 45 eines Lenkwinkelverhältnis-Sensors 49 kämmt.

Gemäß Fig. 2 ist die Schnecke 43 mittels Lagern 46, 47 dreh­ bar im Gehäuse 13 gelagert und mit einem Elektromotor 48 zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses verbunden. Wird der Motor 48 erregt, so wird die Schnecke 43 um ihre eigene Achse gedreht, wodurch wiederum das Schneckenrad 38 und damit die Konvertierungsmutter 26 gedreht werden.

Gemäß Fig. 3 umfaßt der Lenkwinkelverhältnis-Sensor 49 eine Kernwelle 51 mit einem Kern 51a an ihrem einen Ende, die in eine am Gehäuse 13 befestigte Mutter 50 eingeschraubt ist, so daß sie parallel zur Eingangswelle 12 verschiebbar ist. Eine Axialverschiebung der Kernwelle 51 kann durch einen Differentialtransformator 52 detektiert werden. Das Detek­ torzahnrad 45 ist fest auf der Kernwelle 51 montiert. Wird das Detektorzahnrad 45 gedreht, so wird die Axialwelle 51 in Achsrichtung verschoben. Die Axialstellung der Kernwelle 51 repräsentiert die Winkelverschiebung des Schneckenrades 38, d. h. das Lenkwinkelverhältnis. Der Differentialtransformator 42 ist in seinem Aufbau und seiner Funktion mit dem Diffe­ rentialtransformator 34 identisch. Der Differentialtransfor­ mator 52 ist elektrisch mit dem Regler 90 verbunden und lie­ fert ein ein Maß für das Lenkwinkelverhältnis darstellendes Detektorsignal zum Regler 90.

Gemäß Fig. 4 enthält der Hebel 55 ein oberes Loch 55a und ein unteres Loch 55b, welche senkrecht zur Eingangswelle 12 verlaufen. Der Hebel 55 besitzt weiterhin an seinem oberen Ende eine Lagerwelle 56, wobei die Sektorwelle 14 einstückig mit dem unteren Ende des Hebels 55 verbunden ist. Die Lager­ welle 56 und die Sektorwelle 14 sind durch entsprechende La­ ger 57, 58 um eine Vertikalachse C drehbar im Gehäuse 13 ge­ lagert (s. Fig. 3 und 4).

Die Eingangswelle 12 verläuft durch das obere Loch 55a, wäh­ rend durch das untere Loch 55b eine Hilfseingangswelle 59 und eine Kugelmutter 64 verlaufen. Gemäß den Fig. 2 und 3 sind zwei ringförmige Lager 60, welche jeweils durch eine Folge von Kugeln gebildet werden, auf der Innenumfangsfläche des oberen Loches 55a an dessen sich gegenüberliegenden axialen Enden in Axialrichtung der Konvertierungsmutter 26 angeordnet. Die Lager 60 besitzen Innenkränze, in denen ein Kugellager 61 schwenkbar gelagert ist. Entsprechend ist im Hebel 55 quer zum unteren Loch 55b ein Kugellager 62 winkel­ mäßig bewegbar montiert. Der Arm 26b der Konvertierungsmut­ ter 26 greift mit einem radial äußeren Ende in das Kugel­ lager 61 ein. Die axial und winkelmäßig auf der Hilfsein­ gangswelle 59 montierte Kugelmutter 64 besitzt einen radial nach außen weisenden Arm 64a, welcher mit dem Kugellager 62 in Eingriff steht.

Die Konvertierungsmutter 26, das Schneckenrad 38, die Schnecke 43, der Motor 48 und der Hebel 55 bilden zusammen einen Lenkwinkelverhältnis-Änderungsmechanismus 70. Wird der Motor 48 erregt, so wird die Konvertierungsmutter 26 um die Eingangswelle 12 gedreht, wobei sich die Stelle, an welcher der Arm 26b mit dem Hebel 55 in Eingriff tritt, sich in Bezug auf die Achse C des Hebels 55 ändert, wodurch das Lenkwinkelverhältnis geändert wird. Steht der Arm 26b in der in Fig. 4 ausgezogen dargestellten Stellung, so ist der Ab­ stand (Armlänge) von der Achse C zur Stellung, in welcher der Arm 26b mit dem Hebel 55 in Eingriff steht, relativ groß, was zu einem relativ kleinen Lenkwinkelverhältnis führt. Steht der Arm 26b in der in Fig. 4 strichpunktiert dargestellten Stellung, so ist die Armlänge relativ klein, was zu einem relativ großen Lenkwinkelverhältnis führt.

Gemäß Fig. 5 umfaßt die Kugelmutter 64 ein Mutterelement 64b und einen Halter 64c, welcher das Mutterelement 64 b hält. Der Halter 64c ist axial beweglich auf der Hilfseingangswel­ le 59 montiert. Die Hilfseingangswelle 59 besitzt einen mit Außengewinde versehenen Teil 59a. Die Kugelmutter 64 ist axial beweglich jedoch winkelmäßig unbeweglich auf der Hilfseingangswelle 59 im Gehäuse 13 angeordnet, wobei Kugeln 65 in schraubenförmigen Nuten rollend laufen, die im Mutter­ element 64b und im mit Außengewinde versehenen Teil 59a aus­ gebildet sind. Die Hilfseingangswelle 59 ist drehbar jedoch axial unbeweglich mittels eines Lagers 63 im Gehäuse 13 ge­ lagert und mit einem Ende mit einem Elektromotor 77 gekop­ pelt, welcher Hilfskräfte erzeugt. Der mit Außengewinde ver­ sehene Teil 59a und die Kugelmutter 64 dienen zusammen als zweiter Kugelumlaufspindel-Mechanismus 66. Ebenso wie beim ersten Kugelumlaufspindel-Mechanismus 25 wird die Kugelmut­ ter 64 axial längs der Hilfseingangswelle 59 verschoben, wenn diese um ihre eigene Achse rotiert. Die Winkelverschie­ bung der Hilfseingangswelle 59 entspricht daher der Axial­ verschiebung der Kugelmutter 64.

Der Motor 67 ist elektrisch mit dem Regler 90 verbunden. Wird der Motor 67 durch den Regler 90 erregt, so wird die Hilfseingangswelle 59 durch ihn um ihre eigene Achse ge­ dreht. Das durch den Motor 67 erzeugte Ausgangsdrehmoment wird über den zweiten Kugelumlaufspindel-Mechanismus 66 auf den Hebel 55 übertragen, der das Drehmoment auf die Vektor­ welle 14 überträgt und damit deren Drehung unterstützt.

Der Regler 90 umfaßt einen Mikrocomputer oder ähnliches, mit dem der Drehmomentsensor 36 und der Lenkwinkelverhältnis- Sensor 49 verbunden sind. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 80 zur Erzeugung eines ein Maß für die Motorfahrzeugge­ schwindigkeit darstellenden Signals ist ebenfalls mit dem Regler 90 verbunden. Auf der Basis der detektierten Signale von diesen Sensoren 36, 49, 80 steuert der Regler 90 die Er­ regung der Motoren 48, 67 zur Reduzierung des Lenkwinkelver­ hältnisses bei kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten sowie zur Erhöhung des Ausgangsdrehmomentes des Motors 67 bei großen Fahrzeuggeschwindigkeiten.

Wird der Motor 48 erregt, so wird die Konvertierungsmutter 26 winkelmäßig bewegt, um die Armlänge von der Achse C zur Stelle, an welcher der Arm 26b mit dem Hebel 55 in Eingriff tritt, zu ändern, wodurch das Lenkwinkelverhältnis geändert wird. Der Motor 48 wird auf der Basis des Detektorsignals vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 80 gesteuert, so daß das Lenkwinkelverhältnis bei größerer Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner und bei kleinerer Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist. Das Motorfahrzeug kann daher bei kleinerer Fahrzeugge­ schwindigkeit gut manövriert und bei größerer Fahrzeugge­ schwindigkeit stabil angetrieben werden.

Das Ausgangsdrehmoment des Motors 67 wird über den zweiten Kugelumlaufspindel-Mechanismus 66 und den Arm 55 auf die Sektorwelle 14 übertragen, wodurch die Lenkung des Motor­ fahrzeuges unterstützt wird. Die Erregung des Motors 67, d. h. das Lenkdrehmoment und die Fahrzeuggeschwindigkeit werden auf der Basis der Detektorsignale vom Drehmoment­ sensor 36 und vom Geschwindigkeitssensor 80 so gesteuert, daß das Ausgangsdrehmoment des Motors 67 bei größerer Fahr­ zeuggeschwindigkeit kleiner und bei kleinerer Fahrzeugge­ schwindigkeit größer ist. Ein Fahrer des Motorfahrzeugs erhält daher ein gutes Lenkgefühl, weil das die Lenkung unterstützende Drehmoment bei größerer Fahrzeuggeschwin­ digkeit kleiner und bei kleinerer Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist.

Der Drehmomentsensor 36, welcher das Lenkdrehmoment auf der Basis der Winkelbewegung der Kugelmutter 23 detektiert, ist näher als die Sektorwelle 14 am Lenkrad 11 angeordnet, wäh­ rend der Motor 67 und der Lenkwinkelverhältnis-Änderungsme­ chanismus 70 im Weg der Lenkkräfte vom Lenkrad 11 zum Lenk­ hebel 15 angeordnet ist. Das Detektorsignal vom Drehmoment­ sensor 36 wird daher durch eine Änderung des Lenkwinkelver­ hältnisses nicht wesentlich beeinflußt. Der Motor 67 kann daher unabhängig von einer Änderung des Lenkwinkelverhält­ nisses hinsichtlich eines optimalen Lenkgefühls gesteuert werden.

Da der Motor 67 nicht mehr erregt wird, wenn das Lenkrad 11 durch den Fahrer nicht gedreht wird, tritt bei ungelenktem Motorfahrzeug kein durch den Motor 67 hervorgerufener Enegieverlust auf.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform detektiert der Drehmomentsensor 36 das Lenkdrehmoment auf der Basis der Axialverschiebung der Kugelmutter 25. Die Eingangswelle 12 kann jedoch auch zwei durch einen Torsionsstab verbundene Elemente enthalten, wobei das auf die Lenkwelle ausgeübte Drehmoment auf der Basis der Relativverschiebung zwischen diesen beiden Elementen detektiert werden kann.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Lenkvorrichtung. Diese Lenkvorrichtung nach den Fig. 7 und 8 ist nicht als Servolenkung ausgebildet.

Gemäß Fig. 7 besitzt die generell mit 100 bezeichnete Lenk­ vorrichtung ein Gehäuse 110a, in der eine mit dem Lenkrad 11 (siehe Fig. 1) gekoppelte Eingangswelle 111 drehbar gelagert ist, ein axial und winkelmäßig beweglich auf der Ein­ gangswelle 111 über einen Kugelumlaufspindel-Mechanismus 112 montiertes Gleitstück bzw. Konvertierungsmutter 113, welche die Drehbewegung der Eingangswelle 112 in eine Linearbewe­ gung überführt, sowie einen mit der Konvertierungsmutter 113 in Wirkverbindung stehenden Hebel 114 zur Umsetzung der Linearbewegung der Konvertierungsmutter 113 in eine Drehbe­ wegung. Der Hebel 114 ist winkelmäßig um eine Achse C beweg­ lich und mit der Sektorwelle 14 (siehe Fig. 1) gekoppelt.

Die Eingangswelle 111 ist mittels eines Lagers an einem Ende im Gehäuse 110a gelagert, wobei das Lager einen an der Ein­ gangswelle 110 befestigten und im wesentlichen kanalförmigen Querschnitt besitzenden Innenkranz sowie einen am Gehäuse 110a befestigten und mittels Axial- und Radialnadelrollen 111b, 111c im Innenkranz drehbar gelagerten Außenkranz 110b. Die Eingangswelle 110 kann daher im Gehäuse 110a axial nicht verschoben werden. In einem Ende des Gehäuses 110a ist eine Öldichtung 111d montiert, welche dichtend mit der Eingangs­ welle 111 in Eingriff steht.

Der Kugelumlaufspindel-Mechanismus 112 enthält einen mit Außengewinde versehenen Teil 111e, bei dem es sich um einen inneren Endteil der Eingangswelle 111 handelt. Der Kugelum­ laufspindel-Mechanismus 112 enthält weiterhin eine in der Konvertierungsmutter 113 drehbar gehaltene Kugelmutter 112a, wobei Kugeln 112d in schraubenförmigen Nuten in der Kugelmutter 112a und im mit Außengewinde versehenen Teil 111e rollend laufen. Die Kugelmutter 112a besitzt einen radial nach außen gerichteten Stift 112b, der sich durch die Konvertierungsmutter 113 erstreckt und gleitend in eine Axialnut 110c in der Innenfläche des Gehäuses 110a ein­ greift. Wird die Eingangswelle 111 um ihre eigene Achse gedreht, so bewegt sich dabei der Stift 112b in und längs der Nut 110c. Die Kugelmutter 112a ist mittels Axiallagern 112c drehbar in einem Ende der Konvertierungsmutter 113 ge­ lagert.

Die hohle Form aufweisende Konvertierungsmutter 113 ist mit einer Außenumfangsfläche 113a gleitend gegen die Innenum­ fangsfläche des Gehäuses 110a gehalten und axial und winkel­ mäßig in diesen bewegbar. Die Konvertierungsmutter 113 be­ sitzt einen einstückig angeformten Arm 113b, der sich von einem mittleren Bereich radial nach außen erstreckt. Dieser Arm 113b steht mit einem Hebel 114 mit hohler Kreisform in Wirkverbindung. Die Konvertierungsmutter 113 ist über Splin­ te bzw. Zähne 113c an einem Ende mit einem Schneckenrad 115a gekoppelt. Die Konvertierungsmutter 113 ist daher in Bezug auf das Schneckenrad 115a axial bewegbar. Das Schneckenrad 115a ist mittels Lagern drehbar im Gehäuse 110a gelagert und kämmt mit einer Schnecke 115.

Gemäß Fig. 8 steht der Arm 113b über eine Kugellaufbuchse 114b und zwei ringförmige Lager 114c, die jeweils durch eine Folge von Kugeln gebildet sind, mit dem Hebel 114 in Wirk­ verbindung. Die kugelförmige Laufbuchse 114b ist in Innen­ kränzen der Lager 114c gelagert. Die Kugeln der Lager 114c werden rollend gegen die innere Umfangsfläche des Hebels 114 gehalten.

Der Hebel 114 ist in einem Teil 110d größeren Durchmessers des Gehäuses 110a angeordnet und einstückig mit der Sektor­ welle 14 ausgebildet. Die Sektorwelle 14 ist durch Lager 114d drehbar im Teil 110d größeren Durchmessers gelagert.

Die kugelförmige Laufbuchse 114b und die Lager 114c ermögli­ chen eine glatte Verschiebung des Arms 113b und des Hebels 114 gegeneinander. Speziell wird der Arm 113b durch die Lager 114c winkelmäßig glatt in Bezug auf den Hebel 114 ver­ schoben, wenn die Konvertierungsmutter 113 winkelmäßig um die Eingangswelle 111 bewegt wird. Wird die Konvertierungs­ mutter 113 in Achsrichtung linear bewegt, so wird der Hebel 114 durch die kugelförmige Laufbuchse 114b winkelmäßig glatt um die Achse C bewegt.

Gemäß Fig. 8 ist der Arm 113b um die Eingangswelle 111 zwi­ schen einer ausgezogen dargestellten Stellung, in welcher die Stelle, in welcher der Arm 113b mit dem Hebel 114 in Eingriff tritt, von der Achse C um eine Strecke a beab­ standet ist, und einer strichpunktiert dargestellten Stellung, in welcher die Stelle, in welcher der Arm 113b mit dem Hebel 114 in Eingriff tritt, von der Achse c um eine Strecke d beabstandet ist, winkelmäßig bewegbar. Mit anderen Worten ausgedrückt, ändert sich der Abstand (Armlänge) zwi­ schen der Stelle, in welcher der Arm 113b mit dem Hebel 114 in Eingriff tritt, und der Achse C in Abhängigkeit von der Winkelverschiebung der Konvertierungsmutter 113 oder des Arms 113b, wobei die Armlänge das Lenkwinkelverhältnis fest­ legt.

Gemäß Fig. 7 ist die Schnecke 115 mit einem auf dem Gehäuse 110a montierten Elektromotor 115b gekoppelt. Dieser Motor 115b ist elektrisch mit einem Regler 117 verbunden.

Die Schnecke 115 wird über ein Lenkzwischenzahnrad mit einem Detektorzahnrad 115c kämmend gehalten. Das Detektorzahnrad 115c ist auf einer Kernwelle 116a eines Differentialtrans­ formators 116 montiert. Die Kernwelle 116a ist mittels eines Zahnrades 116b an einem ihrer Enden axial beweglich im Ge­ häuse 110a gelagert. Wird das Detektorzahnrad 115c durch die Schnecke 115 gedreht, so wird die Kernwelle 116a axial be­ wegt, wobei der Differentialtransformator 116 ein ein Maß für die Axialbewegung der Kernwelle 116a und damit für das Lenkwinkelverhältnis darstellendes Signal erzeugt.

Der Differentialtransformator 116 ist elektrisch mit dem Regler 117 verbunden. Weiterhin ist mit diesem Regler 117 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 117a verbunden. In Ab­ hängigkeit von den Dektorsignalen vom Differentialtransfor­ mator 116 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 117a steuert der Regler 117 den Motor 115b im Sinne einer Ände­ rung der Winkelverschiebung des Arms 113b durch die Schnecke 115 und das Schneckenrad 115a, wodurch das Lenkwinkelver­ hältnis in Abhängigkeit von der durch das Detektorsignal vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 117 angegebenen Fahrzeugge­ schwindigkeit eingestellt wird. Das eingestellte Lenkwinkel­ verhältnis wird über den Differentialtransformator 116 auf den Regler 117 zurückgeführt.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung.

Bei der generell mit 200 bezeichneten Lenkvorrichtung han­ delt es sich um eine Servolenkung. Da die Lenkvorrichtung 200 viele Komponenten besitzt, die mit denen der Lenkvor­ richtung 100 nach den Fig. 7 und 8 identisch sind, werden lediglich die sich von dieser Lenkvorrichtung 100 unter­ scheidenden Teile oder neu hinzugefügten Teile im folgenden beschrieben.

Gemäß Fig. 9 ist die Eingangswelle 111 drehbar in einem Ge­ häuse 120a mit Ölöffnungen 120b, 120c gelagert. Die Kugel­ mutter 112a wird winkelmäßig bewegbar in einer Konvertie­ rungsmutter 123 gehalten, welche gleitend im Gehäuse 120a angeordnet ist. Der Stift 112b der Kugelmutter 112a ist mit einem Hydraulikdruck-Steuermechanismus 122 (siehe Fig. 10) zur Unterstützung der Drehung des Lenkrades 11 verbunden.

Gemäß Fig. 10 besitzt der Hydraulikdruck-Steuermechanismus 122 eine Detektorstange 122a mit einer Nut 122b, in welche der Stift 112b gleitend eingreift. Die Detektorstange 122a ist axial gleitend im Gehäuse 120a gelagert und kann sich daher gleitend in einer Richtung senkrecht zur Eingangs­ welle 111 bewegen. Die Detektorstange 122a wird durch eine auf eines ihrer Enden wirkende Feder 122b normalerweise in eine neutrale Stellung gedrückt. Dem anderen Ende der De­ tektorstange 122a ist ein hydraulisches Richtungssteuer­ ventil zugeordnet, das eine mit dem anderen Ende der Detek­ torstange 122a verbundene axial bewegliche Spule 122a auf­ weist. Das hydraulische Richtungssteuerventil besitzt eine Eingangsöffnung 122d, der unter Druck stehendes Öl von einer Hydraulikpumpe 126 zugeführt wird, welche Öl aus einem Öl­ behälter 127 zieht. Weiterhin besitzt dieses Ventilausgangs­ öffnungen 122e, 122f, welche mit den Ölöffnungen 120b, 120c des Gehäuses 120a verbunden sind. Das hydraulische Rich­ tungssteuerventil besitzt weiterhin eine mit dem Ölbehälter 127 verbundene Rückführungsöffnung 122d. Bei Drehung der Kugelmutter 112a wird die Spule 122h axial bewegt, um der Ausgangsöffnung 122e oder 122f selektiv Öl von der Ölpumpe 126 zuzuführen.

Gemäß Fig. 9 ist das Innere des Gehäuses 120a durch eine Dichtung 123a in zwei Ölkammern D, E unterteilt, wobei die Dichtung fest im Gehäuse 120 e montiert und gleitend gegen die Außenumfangsfläche der Konvertierungsmutter 123 gehal­ ten ist. Die Ölöffnungen 120b, 120c öffnen sich in die Öl­ kammer D bzw. E. Ein Ende der Konvertierungsmutter 123 im Bereich der Kugelmutter 112a ist der Ölkammer D zugekehrt, wahrend das andere Ende der Konvertierungsmutter 123 der Ölkammer E mit darin angeordnetem Hebel 114 zugekehrt ist. Die Linearbewegung der Konvertierungsmutter 123 wird daher durch den Öldruck, welcher der Ölkammer D von der Ölöffnung 120b oder der Ölkammer E von der Ölöffnung 120c zugeführt wird, unterstützt.

Die Eingangswelle 111 ist axial beweglich jedoch durch Splinte 113c mit einem Ritzel 125a verbunden drehbar im Gehäuse 120a montiert und wird mit einer Zahnstange 125b eines Zahnstangengetriebemechanismus 125 kämmend gehalten. Gemäß Fig. 11 ist die Zahnstange 125b auf einem gleitend im Gehäuse 120a angeordneten Kolben 125c ausgebildet. Einem Ende des Kolbens 125c wird über eine Ölöffnung 125d ein konstanter Öldruck zugeführt, während dem anderen Ende des Kolbens 125c über eine Ölöffnung 125e durch eine Hydraulik­ pumpe 128 ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängender Öldruck zugeführt wird. Auf das andere Ende des Kolbens 125c wirkt eine Feder 125f, um den Kolben 125c bei den auf ihn wirkenden Öldrücken im Gleichgewicht zu halten.

Wird die Eingangswelle 111 durch das Lenkrad 11 gedreht, so bewegt sich die Konvertierungsmutter 123 im Sinne der Drehung des Hebels 114 durch den Arm 113b und damit der Sek­ torwelle 14 zwecks Lenkung des Motorfahrzeuges. Dabei wird die Axialbewegung der Konvertierungsmutter 123 durch den der Ölkammer D oder E zugeführten Öldruck unterstützt.

Da der von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängende Öldruck dem Kolben 125c axial zugeführt wird, wird das Ritzel 125a in eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängende Winkel­ stellung gedreht. Das Lenkwinkelverhältnis wird daher in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt.

Claims (12)

1. Lenkvorrichtung zur Verwendung mit einem einen Lenkhe­ bel (15) aufweisenden Lenkhebel-Steuermechanismus mit
einem Lenkrad (11),
einer in Abhängigkeit von der Drehung des Lenkrades (11) drehbaren Sektorwelle (14) zur Lenkung von Rädern (19L, 19R) über den Lenkhebel (15),
einem Drehmomentsensor (36) zur Detektierung eines auf das Lenkrad (11) wirkenden Lenkdrehmomentes, der im Weg des Lenkdrehmomentes vom Lenkrad (11) zur Sektorwelle (14) näher als die Sektorwelle (14) am Lenkrad (11) angeordnet ist,
einer mit der Sektorwelle (14) in Wirkverbindung ste­ henden elektrischen Betätigungsanordnung (48, 67) zur Aufprägung einer unterstützenden Kraft auf die Sektor­ welle (14),
einer Steueranordnung (90) zur Steuerung der Betäti­ gungsanordnung (48, 67) auf der Basis eines Ausgangs­ signals vom Drehmomentsensor (36) und
einer zwischen der Sektorwelle (14) und dem Drehmoment­ sensor (36) angeordneten Verhältniseinstelleinrichtung (70) zur Änderung des Verhältnisses eines Winkels, um den die Räder (19L, 19R) gedreht werden, bezogen auf den Win­ kel, um den das Lenkrad (11) gedreht wird.

2. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Lenkrad (11) gekoppelte Eingangswelle (12) und einen mit der Eingangswelle (12) gekoppelten Kugel­ umlaufspindel-Mechanismus (25) zur winkelmäßigen Bewe­ gung der Sektorwelle (14) in Abhängigkeit von der Dre­ hung der Eingangswelle (12), wobei der Drehmomentsensor (36) mit dem Kugelumlaufspindel-Mechanismus (25) in Wirkverbindung steht.

3. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kugelumlaufspindel-Mechanismus (25) einen in Abhängigkeit von der Drehung der Eingangswel­ le (12) winkelmäßig bewegbaren Stift (29) aufweist und daß der Drehmomentsensor (36) eine mit dem Stift (29) verbundene und axial in Richtung senkrecht zur Ein­ gangswelle (12) bewegliche Detektorstange (32) sowie eine Detektoranordnung (34) zur Detektierung der Stel­ lung der Detektorstange (32) in dieser Richtung umfaßt.

4. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Betäti­ gungsanordnung (48, 67) einen Elektromotor (67), eine mit dem Elektromotor (67) gekoppelte und mit diesem drehbare Hilfseingangswelle (59) sowie einen mit der Hilfseingangswelle (59) gekoppelten Kugelumlaufspin­ del-Mechanismus (66) zur winkelmäßigen Bewegung der Sektorwelle (14) in Abhängigkeit von der Drehung der Hilfseingangswelle (59) umfaßt.

5. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
ein in Abhängigkeit von der Drehung des Lenkrades (11) bewegbaren einen Radialarm (113b) aufweisenden Konvertierungselement (113),
eine in Abhängigkeit von der Linearbewegung des Kon­ vertierungselementes (113) drehbare Sektorwelle (114),
einen wirkungsmäßig zwischen das Konvertierungselement (113) und die Sektorwelle (14) gekoppelten Verhältnis­ einstellmechanismus (114, 114b, 114c), der einen einstückig mit der Sektorwelle (14) ausge­ bildeten Hebel (114) zur gemeinsamen Winkelbewegung mit der Sektorwelle sowie eine zwischen dem Radialarm (113b) und dem Hebel (114) angeordnete Lagereinrichtung (114b, 114c) zur Ermöglichung einer glatten Bewegung des Radialarms (113b) in Bezug auf den Hebel (114) um­ faßt.

6. Lenkvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (114b, 114c) ein im Hebel (114) montiertes Rollenlager (114c) und eine zwischen das Rollenlager (114c) und den Radialarm (113b) gekoppelte kugelförmige Lagerbuchse (114b) umfaßt.

7. Lenkvorrichtung nach Anspruch 5 und/oder 6, gekennzeichnet durch eine hydraulische Betätigungseinrichtung (D, E, 126), die mit der Eingangsquelle (111) in Wirkverbindung steht und auf diese eine unterstützende Kraft ausübt.

8. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Betätigungseinrichtung (D, E, 126) zwei entgegengesetzten Enden des Konvertierungselementes (113) zugekehrte Ölkammern (D, E) sowie eine Hydraulikpumpe (126) zur selektiven Einleitung eines Hydraulikdrucks in die beiden Ölkammern (D, E) umfaßt.

9. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Drehmomentsensor zur Detektierung eines auf das Lenkrad (11) wirkenden Lenkdrehmomentes, der in einem Drehmomentweg von Lenkrad (11) zur Sektorwelle (14) näher am Lenkrad (11) als die Sek­ torwelle (14) angeordnet ist, und durch eine in der hy­ draulischen Betätigungseinrichtung (D, E, 126) vorge­ sehene Spule (122h) zur Einleitung von Hydraulikdruck in eine der beiden Ölkammern (D, E) in Abhängigkeit von dem durch den Drehmomentsensor detektierten Lenkdrehmo­ ment.

10. Lenkvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
eine mit der Sektorwelle (14) in Wirkverbindung stehen­ de elektrische Betätigungsanordnung (115b, 116, 117) zur Aufprägung einer unterstützenden Kraft auf die Sek­ torwelle (14),
einen Drehmomentsensor zur Detektierung eines auf das Lenkrad (11) wirkenden Lenkdrehmomentes und
eine Steueranordnung (117) zur Steuerung der Betäti­ gungseinrichtung (D, E, 126) auf der Basis eines Aus­ gangssignals vom Drehmomentsensor.

11. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor im Drehmomentweg vom Lenkrad (11) zur Sektorwelle (14) näher am Lenkrad (11) als die Sektorwelle (14) ange­ ordnet ist.

12. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verhältniseinstell­ mechanismus (114, 114b, 114c) eine Hydraulikdruck-Be­ tätigungseinrichtung zur Änderung des Verhältnisses unter Hydraulikdruck umfaßt.