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Die Erfindung hat eine hydraulische
Kraftfahrzeug-Zahnstangen-Servolenkung zum Ziel, der Art nach mit Servosteuerung,
in der das Lenkgestänge von einem Stellantrieb bzw. Zylinder
betätigt wird, der durch ein Servogehäuse, das durch das
Lenkrad gesteuert wird, mit unter Druck stehendem
Strömungsmittel gespeist wird, in der Ausführungsweise gemäß Anspruch
1, und die ausgestattet ist mit einer
Servo-Rückstellvorrichtung, die es gestattet, auf das Lenkrad ein
Rückstellmoment auszuüben, das eine Funktion beispielsweise der
Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
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Eine Lenkung der oben umrissenen Art ist im französischen
Patent Nr. FR-A-2 132 948 beschrieben. In einer solchen
Lenkung ist die Kraft am Lenkrad zum Versetzen der Räder
praktisch Null. Es ist demzufolge bekannt, ein Rückstellmoment,
das eine Funktion beispielsweise von der
Fahrzuggeschwindigkeit ist, auf das Lenkrad mittels eines Stellantriebs bzw.
Zylinders auszuüben, der auf eine Anordnung aus Nocken und
Tastrolle einwirkt, die mit der Lenkrsäule verbunden ist und
einem hydraulischen Druck unterzogen wird, der durch ein
Proportional-Elektroventil hergestellt wird, das von einem
elektronischen Rechner angesteuert wird, der auf
verschiedene Parameter, wie die Fahrzeuggeschwindigkeit oder den
Bodenzustand, reagiert.
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Man kennt im übrigen Lenk-Hilfssteuerungen, die dazu
geeignet sind, auf die Fahrzeuglenkung beispielsweise im Fall der
Erfassung von Hindernissen oder einer Kurve einzuwirken
(FR-A-2 634 523). In diesen Vorrichtungen sind Trennmittel
zwischen dem Lenkrad und der Lenksäule derart vorgesehen,
daß das Hilfssteuersystem wirksam werden kann, ohne eine
zusätzliche Kraft überwinden zu müssen. In diesen Fällen
ist, wenn die Lenkung vom Hilfssteuersystem angetrieben
wird, die Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Lenksäule
unterbrochen, wobei der Fahrer infolge des leerdrehenden
Lenkrades einen unangenehmen Eindruck erfährt.
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Die Erfindung hat demnach eine hydraulische Kraftfahrzeug-
Zahnstangen-Servolenkung zum Ziel, der Art nach mit
Servosteuerung, in der das Lenkgestänge von einem Zylinder
betätigt wird, der durch ein Servogehäuse, das vom Lenkrad
gesteuert wird, mit unter Druck stehendem Strömungsmittel
gespeist wird, und die ausgestattet ist mit einer
Servo-Rückstellvorrichtung, die es gestattet, auf das Lenkrad ein
Rückstellmoment auszuüben, das eine Funktion
unterschiedlicher Parameter des Fahrzeugs ist, beispielsweise der
Geschwindigkeit. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen
Hilfssteuermechanismus aufweist, der dazu eingerichtet ist,
auf die Lenkung als Funktion von Anweisungen einzuwirken,
die von einem elektronischen Rechner im Fall der Erfassung
von Hindernissen oder Kurven ausgegeben werden, sowie
Trennmittel zwischen einer ersten Welle der Lenksäule, die mit
dem Lenkrad verbunden ist, und einer zweiten Welle der
Lenksäule, die mit dem Ritzel verbunden ist, das in Eingriff mit
der Zahnstange steht, und zwar derart, daß auf eine vom
elektronischen Rechner empfangene Anweisung hin die
Verbindung zwischen dem Lenkrad und der Lenksäule unterbrochen
wird, wenn die Lenkung von der Hilfssteuervorrichtung
gesteuert wird, wobei die Servo-Rückstellvorrichtung an der
ersten Welle der Lenksäule zwischen dem Lenkrad und der
Trennvorrichtung vergesehen ist, und daß der
Hilfssteuermechanismus einen Elektromotor aufweist, der dazu
eingerichtet ist, von Signalen gesteuert zu werden, die vom
elektronischen Rechner ausgesendet werden, und der mit der zweiten
Welle der Lenksäule durch einen Getriebestrang verbunden
ist, wobei ein erster Meßfühler vorgesehen ist, um an den
elektronischen Rechner ein Signal zu übertragen, das die
Position des Motors darstellt, und ein zweiter Meßfühler
vorgesehen ist, um an den elektronischen Rechner ein Signal
zu übertragen, das die Position der zweiten Welle der
Lenksäule und demzufolge der Zahnstange darstellt.
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Gemäß einer Variante, die im Anspruch 6 umrissen ist, hat
die Erfindung in gleicher Weise auch eine Lenkung derselben
Art zum Ziel, doch ohne Trennmittel, wobei die beiden Wellen
demnach unabhängig sind.
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Bevorzugt wird die Trennvorrichtung auf ein Signal hin
angesteuert, das vom elektronischen Rechner gleichzeitig mit dem
Signal ausgesendet wird, das dazu ausgesendet wird, um den
Elektromotor der Hilfssteuerung anzusteuern.
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Die erfindungsgemäße Lenkung weist bevorzugt einen Meßfühler
auf, der dazu vorgesehen ist, an den elektronischen Rechner
die Lage der ersten Welle der Lenksäule und demzufolge des
Lenkrades zu übertragen.
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Bevorzugt weist die Servo-Rückstellvorrichtung eine Nocken-
Tastrollen-Anordnung auf, die in einem Gehäuse angeordnet
ist und dazu eingerichtet ist, auf die erste Welle der
Lenksäule ein Rückstellmoment auszuüben, das eine Funktion der
Kraft ist, die von einem Zylinder ausgeübt wird, der dem
regulierten Druck unterzogen wird, der von einem
Proportional-Elektroventil abgegeben wird, das vom elektronischen
Rechner in Funktion von Parametern wie etwa der
Geschwindigkeit
des Fahrzeugs gesteuert wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist bevorzugt eine zweite
Servo-Rückstellvorrichtung auf, die in an sich bekannter
Weise von einer Nocken-Tastrollen-Anordnung gebildet ist,
die im hydraulischen Servogehäuse angeordnet ist und dazu
eingerichtet ist, auf die zweite Welle der Lenksäule ein
Rückstellmoment auszuüben, das eine Funktion der Kraft ist,
die von einem Zylinder ausgeübt wird, der dem Druck
ausgesetzt ist, der durch ein Proportional-Elektroventil
abgegeben wird, das vom elektronischen Rechner in Funktion der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs gesteuert wird, und dadurch, daß
gleichzeitig zum Signal, das ausgesendet wird, um den
Elektromotor der Hilfssteuerung anzusteuern, der elektronische
Rechner ein Signal an das Proportional-Elektroventil derart
aussendet, daß dieses keinen Druck mehr an den Zylinder
abgibt, und daß das Servo-Rückstellmoment unterdrückt wird.
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Nachfolgend werden als nichteinschränkende Beispiele zwei
Ausführungsformen einer Lenkung, beispielsweise einer
hydraulisch unterstützten Zahnstangenlenkung, gemäß der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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- Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Lenkung
darstellt;
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- Fig. 2 eine zweite Ausführungsform darstellt.
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Fig. 1 zeigt eine hydraulisch unterstützte
Zahnstangenlenkung, die der Art nach servogesteuert ist, und ein Lenkrad
1, eine Lenksäule 2, die aus einer ersten Welle 2a, die mit
dem Lenkrad 1 verbunden ist, und einer zweiten Welle 2b
gebildet ist, die das Zahnstangenritzel 3 trägt, das mit der
Zahnstange 4 zusammenwirkt, sowie eine eine
elektromagnetische
Trennkupplung 5 aufweist, die normalerweise
eingekuppelt ist und zwischen den zwei Wellen 2a und 2b der
Lenksäule 2 vorgesehen ist.
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Die hydraulische Unterstützungsvorrichtung weist in einer an
sich beispielsweise durch das französische Patent Nr. 2 132
948 bekannten Weise ein Servogehäuse 6 auf&sub1; das imstande
ist, ein Stömungsmittel unter Druck in die Kammer 7a eines
Zylinders 7 abzugeben, in welchem sich ein Kolben 8
verlagert, der durch eine Stange 9 mit der Zahnstange 4 verbunden
ist, wobei die Kammer 7b durch die
Druckströmungsmittelquelle gespeist wird.
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Die Servo-Rückstellvorrichtung, die dazu bestimmt ist, auf
das Lenkrad ein Rückstellmoment auszuüben, das eine Funktion
beispielsweise von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist,
weist in bekannter Weise einen Zylinder 10 auf, der dazu
eingerichtet ist, auf die Lenksäule 2b einzuwirken
(beispielsweise über eine Nocken-Rollen-Anordnung (nicht
dargestellt), die im Inneren des Servogehäuses 6 angeordnet ist),
und der einem hydraulischen, regulierten Druck ausgesetzt
ist, der durch ein Proportional-Elektroventil 11 hergestellt
wird. Dieses Elektroventil 11 ist an einen elektronischen
Rechner 12 angeschlossen, der unterschiedliche Informationen
erhält, wie etwa in 13 ein Signal, das die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs repräsentiert, und in 14 ein Signal, das den
Motor-Betriebsbereich oder den Zustand des Bodens
repräsentiert. Das Elektroventil 11 kann demnach von einem Strom
durchflossen werden, der eine Funktion dieser
Fahrzeugparameter ist, beispielsweise der Geschwindigkeit, und kann
einen hydraulischen Druck an die Kammer des Zylinders 10
abgeben, der eine Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs
ist.
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Der hilfssteuermechanismus weist einen Elektromotor 15,
beispielsweise einen Schrittmotor, auf, der durch einen
Getriebestrang 16-17 mit der Welle 2b der Lenksäule verbunden ist.
Der Motor 15 ist mit dem elektronischen Rechner 12
verbunden. Dieser letztgenannte empfängt im übrigen in 18 und 19
Signale, die beispielsweise Informationen repräsentieren,
die von einem Sichtsystem übertragen werden, das die
Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Straße erfaßt, oder von
jedem System zur Erfassung der Lage des Fahrzeugs, das mit
der Infrastruktur des Straßennetzes verbunden ist.
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Der elektronische Rechner empfängt außerdem in 20 ein
Signal, das vom Meßfüher 21 her übertragen wurde und die Lage
des Elektromotors 15 repräsentiert, und in 22 ein Signal,
das vom Meßfühler 23 her übertragen wurde und die Lage der
Zahnstange 4 repräsentiert. Die Kupplung ist an der Stelle
24 mit dem elektronischen Rechner 12 verbunden.
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Eine zweite Servo-Rückstellvorrichtung ist an der Welle 2a
der Lenksäule zwischen dem Lenkrad 1 und der Kupplung 5
vorgesehen. Diese zweite Vorrichtung weist einen Zylinder 25
auf, der dazu eingerichtet ist, eine Kraft über eine Nocken-
Tastrollen-Anordnung (nicht dargestellt), die im Gehäuse 27
angeordnet ist, auf die Welle 2a auszuüben, die eine
Funktion beispielsweise der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, und
der einem regulierten hydraulischen Druck unterzogen ist,
der von einem Proportional-Elektroventil (nicht dargestellt)
her geliefert wird, das mit dem elektronischen Rechner 12
verbunden ist, der einen Strom abgibt, der eine Funktion der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Ein Meßfühler 26 ist
vorgesehen, um an den Rechner 12 ein Signal zu übertragen, das
die Lage der Welle 2a und demzufolge der Lenksäule 1
repräsentiert.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Lenkung ist die
folgende:
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Bei normaler Wirkungsweise treibt das Lenkrad die Welle 2a
an, welche die Welle 2b antreibt, wobei die Kupplung 5
eingekuppelt ist. Die Zahnstange 4 wird nun in der gewünschten
Richtung über die Zwischenwirkung des Zahnstangenritzels 3
verstellt, wobei diese Verstellung durch die
Servo-Befehlsvorrichtung befohlen wird, die im Servogehäuse 6 angeordnet
ist, und ein Druckströmungsmittel in die Kammer 7a des
Zylinders 7 derart abgibt, daß der Kolben 8 in der gewünschten
Richtung verstellt wird, der mit der Zahnstange 4 durch die
Stange 9 verbunden ist.
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Im übrigen gibt der elektronische Rechner 12 einen Strom,
der eine Funktion der verschiedenen Parameter des Fahrzeugs,
beispielsweise der Geschwindigkeit, ist, an das
Elektroventil 11 ab, welches somit an die Kammer des Zylinders 10
einen hydraulischen Druck abgibt, der proportional ist zur
Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Zylinder 10 kann demnach
auf die Welle 2b der Lenksäule und demzufolge auf das
Lenkrad 1 ein Rückstellmoment ausüben, das eine Funktion dieses
Druckes und demnach der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.
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Im Fall einer Anomalie, wenn der elektronische Rechner 12 in
18 und 19 Signale der Erfassungsvorrichtungen empfängt, die
beispielsweise eine schlechte Lage des Fahrzeugs bezüglich
der Route anzeigen, die auf der Straße markiert ist, dann
gibt der Rechner 12 demnach ein Signal an den Elektromotor
15 derart ab, daß er auf die Zahnstange 4 über den
Getriebestrang 16-17, die Welle 2b, die Lenksäule und die
Servovorrichtung 6 einwirkt.
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Der Rechner gibt gleichzeitig die folgenden Befehle aus:
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- An die Kupplung 5 solchermaßen, daß die Verbindung
der Welle 2a und der Welle 2b der Lenksäule unterbrochen
wird.
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- An das Elektroventil 11 solchermaßen, daß die
Einspeisung des Zylinders 10 und demzufolge das
Rückstellmoment unterdrückt wird, welches er auf die Welle 2b der
Lenksäule ausübt. Die für den Motor 15 notwendige Kraft,
um die Welle 2b anzutreiben, wird demnach viel kleiner
sein, was zum Vorteil hat, daß die notwendige Leistung
des Motors 15 verringert ist.
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- An das Magnetventil, das an den Zylinder 25 einen
regulierten hydraulischen Druck abgibt, der eine Funktion
der verschiedenen Parameter des Fahrzeugs,
beispielsweise der Geschwindigkeit, ist, solchermaßen, daß auf die
Welle 2a und demzufolge auf das Lenkrad 1 ein
Rückstellmoment ausgeübt wird, das eine Funktion der
Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Obwohl das Lenkrad 1 nicht mehr mit
der Zahnstange verbunden ist, da die Kupplung 5 ja offen
ist, hat der Fahrer somit nicht das unangenehme Gefühl
eines leerdrehenden Lenkrads.
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Der Rechner 12, der vom Meßfühler 26 ein Signal empfängt,
das die Lage des Lenkrades überträgt, kann in Funktion der
anderen Signale 18-19 sowie der Signale, die durch den
Meßfühler 21 über die Lage des Motors, und 23 über die Lage
der Zahnstange abgegeben werden, den Motor 15 steuern.
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Diese Vorrichtung ist besonders vorteilhaft durch die
Tatsache, daß die gesamte Servo-Rückstelleinrichtung kompakt ist
und sehr wenig Energie benötigt. Diese Anordnung gestattet
es dank der Kupplung 5, eine herkömmliche Servolenkung zu
haben. Im übrigen verringert sie erheblich die Kräfte und
die Größe von Motor und elektronischen Steuerorganen.
Außerdem wird die Trägheit des Motors, weil sie gering ist, nicht
als eine Störung während rascher Bewegungen des Lenkrades
empfunden, wobei der Motor dann vom Getriebestrang 16-17
angetrieben wird.
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Die in der Fig. 2 dargestellte Lenkung weist eine ständige
Trennung zwischen den Wellen 2a und 2b der Lenksäule auf, da
die Kupplung 5 weggelassen ist. Die Zahnstange 4 ist ständig
vom Motor 15 unter Zwischenwirkung des Getriebstranges 16-17
angetrieben, wobei der Motor 15 durch den elektronischen
Rechner 12 gesteuert ist, der die Informationen über die
Lage des Lenkrades durch den Meßfühler 26 erhält. Da die Welle
2b nicht mehr unmittelbar mit dem Lenkrad verbunden ist, ist
die Servo-Rückstellvoichtung (Elektroventil 11 und
Zylinder 10, die auf die Nocken-Tastrollen-Anordnung einwirken),
die auf der Höhe des Servogehäuses 6 vorgesehen ist, nicht
mehr notwendig.
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Die Wirkungsweise einer solchen Lenkung ist die folgende:
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Die Einwirkung des Fahrers auf das Lenkrad wird an den
elektronischen Rechner 12 dank des Lagefühlers 26 übertragen.
Der elektronische Rechner 12 steuert den Motor 15 in
Funktion der vom Fühler 26 über die Lage des Lenkrades und der vom
Fühler 23 über die Lage der Zahnstange 4 aufgenommenen
Informationen, der Signale, die für die verschiedenen
Erfassungsvorrichtungen an 18 und 19 übertragen werden, sowie der
Signale in 13 und 14 über die die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs, den Zustand des Bodens oder den Betriebsbereich des
Hauptantriebsmotors, und durch den Fühler 21 über die Lage
des Motors 15.
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Der Fahrer hat nicht das Gefühl eines leerdrehenden
Lenkrades, weil ja die Servo-Rückstellvorrichtung in Funktion der
verschiedenen Parameter des Fahrzeugs vorgesehen ist, dank
des Zylinders 25, der auf die Welle 2a ein Rückstellmoment
über Zwischenwirkung einer Nocken-Tastrollen-Anordnung
(nicht dargestellt) ausübt, die im Gehäuse 27 angeordnet
ist. Der Zylinder 25 empfängt einen regulierten Druck, der
von einem proportionalen Elektroventil (nicht dargestellt)
abgegeben wird, das vom elektronischen Rechner 12 in
Funktion beispielsweise der Geschwindigkeit des Fahrzeugs
gesteuert wird.
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Es versteht sich von selbst, daß die vorliegende Erfindung
nicht als auf die beschriebenen und dargestellten
Ausführungsformen beschränkt angesehen werden darf, sondern ganz
im Gegenteil alle Verianten abdeckt. Beispielsweise könnten
im Fall eines Fahrzeugs mit vier gelenkten Rädern die
vorderen Räder entsprechend der Anordnung gesteuert werden, die
in Fig. 1 dargestellt ist, während die hinteren Räder
entsprechend der Anordnung gesteuert werden könnten, die in
Fig. 2 dargestellt ist.