DE60103062T2

DE60103062T2 - Elektrisches lenksystem mit mechanischer rückfalleinrichtung

Info

Publication number: DE60103062T2
Application number: DE60103062T
Authority: DE
Inventors: Henning Hans WITTMEIJER
Original assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Current assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-13
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2021-07-14
Also published as: KR20030017627A; DE60103062D1; NL1015723C2; EP1301386B1; AU2001276783A1; JP2004504207A; EP1301386A1; CN1232420C; US6932184B2; US20040007418A1; WO2002006109A1; CN1446162A

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein Automobilfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und wie es aus der US 5 275 250 bekannt ist.
Gewöhnlich weist ein Lenksystem ein rein mechanisches drehbares Verbindungsstück, beispielsweise eine rohrförmige Welle, auf. Diese Welle ist ebenso mit einem Absorbermechanismus versehen, um den Fahrer im Falle eines Frontalzusammenstoßes zu schützen.
Obwohl solch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Lenksystem zufriedenstellend arbeitet, weist es nichtsdestotrotz auch Nachteile auf. Die kurze rohrförmige Welle kann immer noch eine potentielle Gefährdung für den Fahrer darstellen. Ferner liegen ihrer Anwendung in der umgebenden Fahrzeugkonstruktion auch hinsichtlich der Konstruktion bzw. der Gestaltung des Fahrzeuges Beschränkungen auf. Die Strecke der Welle von dem Lenkrad zu der Verbindung verläuft ziemlich geradlinig und kann nur schwer entlang einer anderen bzw. unterschiedlichen Strecke variiert oder gelenkt werden.
Gewöhnlich ist ferner eine Kraftunterstützungsvorrichtung mit dem Lenksystem verbunden, um das durch den Fahrer auf das Lenkrad auszugebende Drehmoment hinsichtlich der Lenkung zu erleichtern. Obwohl im Allgemeinen bei diesem Verbindungsstück hydraulische Kraftunterstützungsvorrichtungen angewandt werden, sind auch elektrische Kraftunterstützungsvorrichtungen vorgeschlagen worden. Solche elektrischen Kraftunterstützungsvorrichtungen weisen, den Vorteil auf, dass keine Hydraulik benötigt wird. Das Hydrauliköl, welches Nachteile in Bezug auf die Umgebung darstellt, und die etwas beschwerliche Anordnung von Hydraulikverbindungen können dann entfallen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Lenksystem bereitzustellen, welches auf einer vielseitigeren Art und Weise angewandt werden kann, und welches nicht die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten, hydraulisch unterstützten Lenkvorrichtungen aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 gelöst.
Der Elektromotor kann auf verschiedene Art und Weisen das angetriebene Ende bzw. Treibende des drehbaren Verbindungsstückes antreiben. Zunächst kann der Elektromotor in Analogie zu den hydraulischen Unterstützungsvorrichtungen als eine Kraftunterstützungsvorrichtung dienen. In diesem Fall gibt das drehbare Verbindungsstück nach wie vor ein Drehmoment zum Zwecke der Lenkung aus. Jedoch ist es ebenso möglich, das gesamte Drehmoment hinsichtlich der Lenkung durch den Elektromotor bereitzustellen. In diesem Fall dient das drehbare Verbindungsstück lediglich als eine mechanische Rückfalleinrichtung des vollständig elektrischen Lenksystems, beispielsweise für einen elektrischen Spannungsausfall.
In bevorzugter Weise ist ein erster Sensor in einem ersten Lager und ein zweiter Sensor in einem zweiten Lager enthalten, wobei die Lager mit dem drehbaren Verbindungsstück verbunden sind, um das drehbare Verbindungsstück hinsichtlich des Fahrzeuges zu tragen bzw. zu halten. Solche mit Sensoren ausgerüstete Lager begründen handelsüblich verfügbare, erprobte Komponenten, und sie können auf einfache Weise und zuverlässig in dem Lenksystem eingebaut werden.
Wenn das drehbare Verbindungsstück als ein mechanischer Rückfallantrieb aufgeführt wird, kann es ein flexibles Verdrehkabel, wie etwa ein Bowdenzug, darstellen. Solch ein Kabel kann in Hinblick auf Platzeinschränkungen wesentlich einfacher innerhalb eines Fahrzeuges angepasst werden. Nichtsdestotrotz kann solch ein Kabel ebenso mit einem Wellenabschnitt kombiniert werden.
Als ein Ergebnis der in Frage stehenden Getriebeantriebe weist das drehbare Verbindungsstück eine relativ hohe Umdrehungsgeschwindigkeit auf. Von daher ist es möglich, ein drehbares Verbindungsstück, wie etwa ein Bowdenzug oder eine Welle, mit relativ kleinen Querschnittsabmessungen anzuwenden, ohne dass die Torsionssteifigkeit beeinträchtigt wird.
Darüber hinaus ermöglicht eine relativ hohe Drehzahl des drehbaren Verbindungsstücks, dass relativ einfache Sensoren mit einer nur geringen Auflösung angewandt werden. Die relativ hohe Drehzahl, die das drehbare Verbindungsstück an den Tag legt, ermöglicht es, dass solche einfachen, ökonomischen Sensoren ferner die erforderliche Winkelgenauigkeit liefern können.
Die Sensoren sind zwischen den Beschleunigungs- und Verzögerungsgetriebeantrieben angeordnet. Das kombinierte Verhältnis kann ausgewählt werden, um der Lenkungsbauart bzw. Auslegung zu entsprechen, jedoch wird es häufig geeignet mit 1 ausgewählt.
Der Elektromotor kann zwischen den Beschleunigungs- und den Verzögerungsgetriebeantrieben angeordnet werden, obwohl auch andere Positionen ebenso möglich sind, wie beispielsweise bei dem Verzögerungsgetriebe. Von daher kann ein Elektromotor ohne Getriebeherabsetzung direkt an dem drehbaren Verbindungsstück und an der Verbindung angewandt werden.
Die Erfindung wird nun ferner unter Hinzunahme auf eine in der Figur gezeigten Ausführungsform beschrieben.
Die Figur zeigt einen schematischen Aufbau eines elektrischen Lenksystems 1 gemäß der Erfindung, welches mit dem Rad 2 eines Fahrzeuges über eine mechanische Verbindung 3 verbunden ist, wobei die Verbindung an sich bekannt ist und von daher nicht weiter beschrieben wird.
Das Lenksystem 1 weist ein Lenkrad 4 sowie ein flexibles Kabel 5 auf, welches sich zwischen dem Lenkrad 4 und der Verbindung 3 erstreckt. Dieses Kabel kann beispielsweise als ein sogenannter Bowdenzug ausgeführt sein, was ein flexibles Kabel darstellt, das ein feststehendes, hohles, röhrenförmigen Außenkabel in Kombination mit einem innerhalb des Außenkabels angeordneten, hinsichtlich der Drehung steifen Innenkabel aufweist. Solche Bowdenzüge sind an sich auch bekannt und werden von daher nicht weiter erläutert.
Der Bowdenzug ist an seinem angetriebenen Ende bzw. Treibende 6 mit einem Beschleunigungsgetriebegehäuse 7 verbunden, welches wiederum mit dem Lenkrad 4 verbunden ist.
Der Bowdenzug ist an seinem angetriebenen Ende 8 mit einem Verzögerungsgetriebe 9 verbunden, welches wiederum mit der Verbindung 3 verbunden ist. Das kombinierte Übersetzungsverhältnis bzw. Untersetzungsverhältnis des Beschleunigungsgetriebes 7 und des Verzögerungsgetriebes 9 kann 1 betragen; es sind jedoch auch andere Verhältnisse möglich.
An dem Ausgabeende des Beschleunigungsgetriebes 7 ist eine mit Sensoren bestückte Auflagerung 10 vorgesehen, und eine ähnliche mit Sensoren bestückte Auflagerung 11 ist bei dem Eingabeende des Verzögerungsgetriebes 9 vorgesehen. Diese mit Sensoren bestückten Auflagerungen 10, 11 sind mit einer Steuereinheit 12 verbunden.
Wenn das Lenkrad 4 gedreht wird, nimmt die mit Sensoren bestückte Auflagerung 10 die beschleunigte Drehung bei dem Ausgabeende des Beschleunigungsgetriebes 7 auf. Die Steuereinheit 12 empfängt Signale von dieser mit Sensoren bestückten Auflagerung 10 und ebenso von der mit Sensoren bestückten Auflagerung 11 bei dem Eingabeende des Verzögerungsgetriebes 9. Wenn Unterschiede gemessen werden, gibt die Steuereinheit über die Leitung 15 ein Steuersignal zu dem elektrischen Lenkmotor 16 aus, um derart die gewünschte Drehgeschwindigkeit bei dem Eingabeende des Verzögerungsgetriebes 9 bereitzustellen, was selbstverständlich von den Drehungen des Lenkrades 4 abhängt.
In bevorzugter Weise liefert der elektrische Lenkmotor 16 das gesamte zum Antreiben bzw. Ansteuern des Verbindungssystems erforderliche Drehmoment. In diesem Fall arbeitet der Bowdenzug 5 bloß als ein mechanischer Rückfall, der die Steuerung der Lenkung im Falle eines elektrischen Spannungsausfalles übernehmen würde.
Die Lenkvorrichtung ist mit einem Kraft-Rückkopplungsmotor 18 verbunden, um die Kräfte zu simulieren, die während des Fahrens auf die Räder des Fahrzeuges ausgeübt werden. Dieser Kraft-Rückkopplungsmotor wird durch die Steuereinheit 12 über die Leitung 17 gesteuert. Der Kraft-Rückkopplungsmotor 18 erhält ein Signal, welches in Bezug auf die Kraft steht, die benötigt wird, um den Lenkmotor 16 anzutreiben. Je größer die Kraft ist, die für eine Lenkaktion der Räder 2 durch den Lenkmotor 16 abgegeben wird, um so größer ist das Drehmoment, das dann mittels des Kraft-Rückkopplungsmotors 18 zu dem Lenkrad 4 übertragen wird.

Claims

Lenksystem (1) für ein Automobilfahrzeug, bei dem das Lenksystem eine von einem Fahrer zu bedienende Lenkvorrichtung (4), ein drehbares Verbindungsstück (5), welches ein mit der Lenkvorrichtung (4) verbundenes Antriebsende (6) hat, und ein mit einer Verbindung (3) der Lenkräder (2) des Fahrzeuges verbindbares angetriebenes Ende bzw. Treibende (8) aufweist, wobei das Antriebsende (6) des drehbaren Verbindungsstückes (5) mit einem ersten Sensor (10) versehen ist, das angetriebene Ende bzw. Treibende (8) des drehbaren Verbindungsstückes (5) mit einem zweiten Sensor (11) und mit einem elektrischen Lenkmotor (16) versehen ist, wobei der erste und zweite Sensor (10, 11) mit einer Steuervorrichtung (12) verbunden sind, wobei die Steuervorrichtung (12) den elektrischen Lenkmotor (16) auf der Basis von Signalen, die von dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor (10, 11) abgegeben werden, steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsende (6) des drehbaren Verbindungsstückes (5) mit einem Beschleunigungs-Getriebeantrieb (7) versehen ist, und dass das angetriebene Ende bzw. das Treibende (8) des drehbaren Verbindungsstückes (5) mit einem Verzögerungs-Getriebeantrieb (9) versehen ist.
Lenksystem nach Anspruch 1, bei dem der erste Sensor (10) in einem ersten Lager enthalten ist, und bei dem der zweite Sensor (11) in einem zweiten Lager enthalten ist, wobei die Lager mit dem drehbaren Verbindungsstück (5) verbunden sind, um das drehbare Verbindungsstück (5) hinsichtlich des Fahrzeuges zu tragen bzw. zu halten.
Lenksystem nach Anspruch 2, bei dem das drehbare Verbindungsstück (5) ein flexibles Verdrehkabel, wie etwa ein Bowdenzug, aufweist.
Lenksystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das drehbare Verbindungsstück (5) eine Welle aufweist.
Lenksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Sensoren (10, 11) zwischen den Beschleunigungs- und Verzögerungs-Getriebeantrieben (7, 9) angeordnet sind.
Lenksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das kombinierte Übersetzungsverhältnis bzw. Untersetzungsverhältnis der Beschleunigungs- und der Verzögerungs-Getriebeantriebe (7, 9) etwa 1 beträgt.
Lenksystem nach Anspruch 6, bei dem der elektrische Lenkmotor (16) zwischen den Beschleunigungs- und Verzögerungs-Getriebeantrieben (7, 9) angeordnet ist.
Lenksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Lenkvorrichtung (4) mit einem Kraft-Rückkopplungsmotor (18) verbunden ist.
Lenksystem nach Anspruch 8, bei dem der Kraft-Rückkopplungsmotor (18) über die Steuervorrichtung (12) steuerbar (17) ist.
Lenksystem nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Kraft-Rückkopplungsmotor (18) zwischen den Beschleunigungs- und Verzögerungs-Getriebeantrieben (7, 9) angeordnet ist.