DE4338493A1

DE4338493A1 - Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE4338493A1
Application number: DE4338493A
Authority: DE
Inventors: Reinhart Dipl Ing Uhde
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Vincorion Advanced Systems GmbH
Priority date: 1993-11-11
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1995-05-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für ein Fahr zeug, insbesondere Kraftfahrzeug, wobei die Drehbewegun gen eines Lenkrades über eine Lenkspindel und ein in einem Getriebegehäuse angeordnetes Lenkgetriebe auf einen die Verstellung der Räder des Fahrzeuges bewirkenden Lenkhe bel übertragbar sind und wobei das Lenkgetriebe die Un tersetzung zwischen Lenkrad und Lenkhebel in einem für die Fahrt ohne Lenkhilfe benötigten Verhältnis herstellt.

Servolenkungen in Fahrzeugen werden üblicherweise hydrau lisch unterstützt, indem eine separat angetriebene Hydrau likpumpe das Drucköl für den Drehmotor im Lenkgetriebe lie fert. So sind z. B. ZF-Kugelmutter-Hydrolenkungen für den PKW- und Sportwagenbereich wie auch für leichte Nutzfahr zeuge bekannt geworden, mit denen die an den Lenkrädern aufzubringenden Kräfte durch hydraulische Unterstützung auf ein leicht zu handhabendes Maß reduziert werden (vgl. Prospekt G 8052 P-WA1/91d der Firma Zahnradfabrik Fried richshafen AG). Bei bekannten hydraulischen Lenkhilfen ist bei Ausfall der Hydraulikversorgung oder bei stehendem Motor ein Bewegen der Lenkung nur mit großem Kraftaufwand möglich. Dieser ist größer als beim gleichen Fahrzeug ohne Servolen kung, da die Untersetzung des Lenkgetriebes geringer gewählt wird. Damit im Störungsfall überhaupt das Lenkmoment auf ge bracht werden kann, benötigen die Lenkräder aus Sicherheits gründen oft große Durchmesser.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elek trisch unterstützte mechanische Lenkvorrichtung der ein gangs genannten Art zu schaffen, die bei stehendem Fahrzeug motor voll funktionsfähig ist und die gleiche Lenkmomente am Lenkrad für den Servo- oder Notbetrieb, d. h. ein kleines Lenkmoment und einen geringen Lenkraddrehbereich beim Servo betrieb sowie ein kleines Lenkmoment und einen großen Lenk raddrehbereich bei einer Störung (beispielsweise Stromaus fall), ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Getriebegehäuse, welches das Gegenmoment zu einem Lenk moment aufnimmt, von einem elektrischen Schwenkantrieb in einem durch den maximalen Einschlag der Räder bestimmten Bereich derart verschwenkbar angeordnet ist, daß bei einer Drehbewegung des Lenkrades das Gegenmoment des Lenkhebels additiv über den elektrischen Schwenkantrieb und mit einem Bruchteil der Lenkgetriebeübersetzung auf das Lenkrad über tragen wird.

Gegenüber den bekannten hydraulischen Servolenkungen bringt die erfindungsgemäße elektrisch unterstützte Lenkvorrich tung neben dem Vorteil einer bzw. eines elektrisch modu lierbaren Ansprechempfindlichkeit bzw. Lenkverhaltens kon struktive Vorteile mit sich, die einen Wegfall der Anbau teile am Motor für die Hydraulikversorgung, einen Wegfall der Hydraulikleitungen, kleinere Lenkräder, einen geringeren Leistungsbedarf und eine kostengünstige Integrierbarkeit bei der Fahrzeugmontage betreffen. Weitere Vorteile sind in einer Anwendung in Elektrofahrzeugen, in einer Anschlußmög lichkeit für BUS-Systeme, in einer unabhängigen Einstellung der gelenkten Räder für dynamische Lenkgeometrie bei zwei Lenksystemen und in einer Lenkung mit einer Knüppelsteuerung ("Sidestick") zu sehen.

Erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfin dung dargestellt, und zwar zeigt die einzige Figur eine Prinzipskizze einer elektrisch unterstützten Lenkvorrich tung für Fahrzeuge in der Form eines Planetengetriebes.

Zur Herstellung der Untersetzung zwischen einem zeichnerisch nicht dargestellten, an der Lenkspindel 1 mechanisch befe stigten Lenkrad und einem, die Verstellung von zeichnerisch ebenfalls nicht dargestellten Rädern eines Fahrzeuges be wirkenden Lenkhebel 2 ist ein Planetengetriebe vorgesehen, bei welchem das Sonnenrad 3 direkt mit der Lenkspindel 1 und der Planetenradhalter 4 über eine Getriebeausgangswelle 5 mit dem Lenkhebel 2 mechanisch befestigt sind. Diese An ordnung ist für hohe Drehzahlen an der Eingangsseite und niedrige Drehzahlen an der Ausgangsseite des Lenkgetriebes vorteilhaft. Es sind wenigstens drei Planetenräder 6 vorge sehen, die zum einen in das Sonnenrad 3 und zum anderen in einen an der Innenseite eines zylindrischen Getriebegehäu ses 7 befestigten inneren Zahnkranz 8 (Hohlrad) eingreifen. Die Untersetzung des Lenkgetriebes ist so gewählt, daß eine Fahrt ohne Lenkhilfe einwandfrei ermöglicht wird. Das Lenk getriebe kann zu Dämpfungszwecken mit hoch viskosem Öl ge füllt sein, zusätzlich ist die Sonnenradwelle (Lenkspindel) mit einer Dämpfungseinrichtung 18 gegen rasche Drehbewegun gen versehen.

Das Getriebegehäuse 7 (Hohlradgehäuse) ist mit seinen Außen wellen 9 in Lagern 10 eines Außengehäuses 11 schwenkbar ge lagert, wobei sein Schwenkbereich durch den maximalen Ein schlag der Räder bestimmt ist. Zur Verschwenkung des Getrie begehäuses 7 ist ein Schwenkantrieb vorgesehen, der einen innerhalb des Außengehäuses 11 angeordneten elektrischen Stellmotor 12, ein auf der Welle 13 des Stellmotors 12 be festigtes Antriebsritzel 14 und einen mit dem Antriebsritzel 14 zusammenwirkenden, an der zylindrischen Außenfläche des Getriebegehäuses 7 (Hohlradgehäuse) befestigten äußeren Zahn kranz 15 aufweist.

An der Lenkspindel 1 und an der mit dem Lenkhebel 2 in me chanischer Verbindung stehenden Getriebeausgangswelle 5 sind jeweils ein Drehwinkelsensor 16 bzw. 17 befestigt, bei denen es sich um analoge oder digitale Sensoren handeln kann. Die jeweils eine Winkellage der Lenkspindel 1 bzw. der Getriebe ausgangswelle 5 wiedergebenden Ausgangssignale der Drehwin kelsensoren 16 bzw. 17 werden einem zeichnerisch nicht dar gestellten Steuergerät zugeführt. Das Steuergerät steuert den elektrischen Stellmotor 12 an, der über seine Welle 13, das Antriebsritzel 14 und den äußeren Zahnkranz 15 das Ge triebegehäuse 7 und damit das Planetengetriebe in dem Außen gehäuse 11 verdreht. Der Stellmotor 12 wird von dem Steuer gerät derart angesteuert, daß der Lenkhebel 2 einer rechten oder linken Drehbewegung des Lenkrades folgt. Bei einer Drehbewegung des Lenkrades wird somit das Gegenmoment des Lenkhebels 2 additiv über den elektrischen Schwenkantrieb 12 bis 15 und mit einem Bruchteil der Lenkgetriebeüberset zung auf die Lenkspindel übertragen. Hierbei kann das Steu ergerät den Stellmotor derart ansteuern, daß die Drehwin keldifferenz zwischen der Lenkspindel 1 und der mit dem Lenkhebel 2 direkt zusammenwirkenden Getriebeausgangswelle 5 zu Null wird. Es wird somit einer Bedienungsperson des Lenk rades eine Lenkhilfe dadurch gegeben, daß durch eine Wegere gelung ein Teil des auf den Lenkhebel 2 wirkenden Lenkmomen tes durch den das (auf) Getriebegehäuse 7 verschwenkenden elektrischen Schwenkantrieb 12 bis 15 aufgebracht wird.

Eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Verschwenkung des Getriebegehäuses 7 durch den elektrischen Stellantrieb 12 und das Steuergerät in Ab hängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges derart er folgt, daß die Verschwenkgeschwindigkeit bzw. der Schwenkwin kel des Getriebegehäuses 7 bei hohen Fahrzeuggeschwindigkei ten reduziert und bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten er höht wird. Durch letzteres wird bei höheren Geschwindigkeiten die Untersetzung der Lenkung scheinbar erhöht. Auch kann der Verschwenkwinkel des Getriebegehäuses 7 reduziert werden, wo bei die Drehwinkeldifferenz mit höherer Geschwindigkeit grö ßer wird.

Bezugszeichenliste

1 Lenkspindel
2 Lenkhebel
3 Sonnenrad
4 Planetenradträger
5 Getriebeausgangswelle
6 Planetenräder
7 Getriebegehäuse (Hohlgehäuse)
8 innerer Zahnkranz (Hohlrad)
9 Außenwellen des Getriebegehäuses 7
10 Lager
11 Außengehäuse
12 elektrischer Stellmotor
13 Welle des Stellmotors
14 Antriebsritzel
15 äußerer Zahnkranz
16 Drehwinkelsensor
17 Drehwinkelsensor
18 Dämpfungsanordnung

Claims

1. Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraft fahrzeug, wobei die Drehbewegungen eines Lenkrades über eine Lenkspindel und ein in einem Getriebegehäuse angeord netes Lenkgetriebe auf einen die Verstellung der Räder des Fahrzeuges bewirkenden Lenkhebel übertragbar sind und wobei das Lenkgetriebe die Untersetzung zwischen Lenkrad und Lenk hebel in einem für die Fahrt ohne Lenkhilfe benötigten Ver hältnis herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Getrie begehäuse (7), welches das Gegenmoment zu einem Lenkmoment aufnimmt, von einem elektrischen Schwenkantrieb (12 bis 15) in einem durch den maximalen Einschlag der Räder bestimmten Bereich derart verschwenkbar angeordnet ist, daß bei einer Drehbewegung des Lenkrades das Gegenmoment des Lenkhebels (2) additiv über den elektrischen Schwenkantrieb (12 bis 15) und mit einem Bruchteil der Lenkgetriebeübersetzung auf das Lenkrad übertragen wird.

2. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß als Lenkgetriebe ein Planetengetriebe vorgesehen ist.

3. Lenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß das Sonnenrad (3) des Planetengetriebes mit der Lenkspindel (1) und der Planetenradhalter (4) des Plane tengetriebes mit dem Lenkhebel (2) mechanisch verbunden sind.

4. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse (7) des Lenk getriebes auf seinen Außenwellen (9) verschwenkbar in La gern (10) eines Außengehäuses (11) angeordnet ist.

5. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkantrieb für das Getriebege häuse (7) des Lenkgetriebes einen an der zylindrischen Außen fläche des Getriebegehäuses (7) befestigten äußeren Zahnkranz (15) aufweist, in den ein von einem elektrischen Stellmotor (12) angetriebenes Antriebsritzel (14) bzw. angetriebener Schneckenantrieb eingreift.

6. Lenkvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen innerhalb des Außengehäuses (11) angeordneten elektrischen Stellmotor (12).

7. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß an der Lenkspindel (1) und der mit dem Lenkhebel (2) in mechanisch fester Verbindung stehenden Getriebeausgangswelle (5) jeweils ein Drehwinkelsensor (16 bzw. 17) befestigt sind, oder nur ein Drehwinkeldifferenzge ber zwischen der Lenkspindel (1) und dem Lenkhebel (2) ange ordnet wird, dessen Ausgangssignale einem Steuergerät zur Ansteuerung des elektrischen Stellmotors (12) zugeführt wer den, und daß der Stellmotor (12) zur Verschwenkung des Ge triebegehäuses (7) von dem Steuergerät derart angesteuert wird, daß der Lenkhebel (2) einer rechten oder linken Dreh bewegung des Lenkrades folgt.

8. Lenkvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer rechten oder linken Drehbewegung des Lenkrades das Steuergerät den Stellmotor (12) zur Verstellung des Ge triebegehäuses (7) derart ansteuert, daß die Drehwinkeldif ferenz zwischen der Lenkspindel (1) und der mit dem Lenkhebel (2) zusammenwirkenden Getriebeausgangswelle (5) zu Null wird.

9. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkung des Getriebegehäuses (7) durch den elektrischen Stellantrieb (12) und das Steuer gerät in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges derart erfolgt, daß die Verschwenkgeschwindigkeit des Getrie begehäuses (7) bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten reduziert und bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten erhöht wird.

10. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die Verschwenkung des Getriebege häuses (7) durch den elektrischen Stellantrieb (12) und das Steuergerät in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahr zeuges derart erfolgt, daß der Verschwenkungswinkel des Ge triebes reduziert wird, wobei die Drehwinkeldifferenz mit höherer Geschwindigkeit größer wird.