WO2005102821A1 - Lenkungsvorrichtung für kraftfahrzeuge - Google Patents

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WO2005102821A1
WO2005102821A1 PCT/EP2005/004221 EP2005004221W WO2005102821A1 WO 2005102821 A1 WO2005102821 A1 WO 2005102821A1 EP 2005004221 W EP2005004221 W EP 2005004221W WO 2005102821 A1 WO2005102821 A1 WO 2005102821A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering
steering device
rack
master
volume
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/004221
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Röll
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
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Priority to JP2007509929A priority patent/JP2007534545A/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/008—Changing the transfer ratio between the steering wheel and the steering gear by variable supply of energy, e.g. by using a superposition gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/22—Arrangements for reducing or eliminating reaction, e.g. vibration, from parts, e.g. wheels, of the steering system
    • B62D7/228—Arrangements for reducing or eliminating reaction, e.g. vibration, from parts, e.g. wheels, of the steering system acting between the steering gear and the road wheels, e.g. on tie-rod

Definitions

  • the invention relates to a steering device according to the preamble of claim 1.
  • a steering device in which a steering wheel and vehicle wheels are hydraulically coupled.
  • the steering device has a transmitter and a slave unit.
  • the master and slave units are constructed as double-sided piston-cylinder units.
  • a pinion connected to the steering wheel transmits the steering movements of a driver to a rack that performs a sliding movement.
  • the rack is connected to the piston of the master unit, hereinafter referred to as the master piston.
  • a piston of the slave unit hereinafter referred to as slave piston, is connected to the vehicle wheels.
  • a volume filled with hydraulic fluid is arranged on both sides between the master piston and the slave piston. The volumes are distributed proportionately to the master and slave units and the hydraulic lines.
  • the volumes have a constant value, the areas of the master and slave pistons are the same size.
  • the volumes arranged on both sides of the piston shift, so that the slave piston shifts to the same extent and steering of the vehicle wheels can be achieved.
  • the object of the invention is to provide a steering device which makes it possible to change the steering ratio. This object is achieved by a steering device with the features of claim 1.
  • the steering device is characterized by a hydraulic line connecting a first volume and a second volume, hydraulic fluid being displaceable between the volumes in order to influence a steering ratio.
  • a first and a second volume are arranged between the master and slave pistons.
  • the volumes are filled with hydraulic fluid.
  • the first and second volumes can be changed via a hydraulic fluid flow flowing in the hydraulic line. If the first volume decreases or increases by a value, the second volume increases or decreases by this value.
  • the displacement path of the slave piston can advantageously be decoupled from the displacement path of the master piston.
  • a variable throttle element is switched on in the hydraulic line.
  • the throttle element changes the flow resistance by changing the cross-section or by clocked opening and closing of a flow opening.
  • the hydraulic line can be completely shut off via the throttle element, so that the steering device has a steering ratio specified by a pinion and rack.
  • An opening of the throttle element leads to a flow through the hydraulic line during a steering operation, which increases the steering ratio.
  • the throttle element can be controlled electrically.
  • the electrical controllability of the throttle element enables control via a control device, so that, for example, depending on what is available on an in-vehicle computer network (GAN) vehicle-related data the flow resistance of the throttle element can be changed.
  • GAN in-vehicle computer network
  • the volumes are connected to one another via a pump.
  • Hydraulic fluid can be conveyed from the first volume into the second volume and vice versa via the preferably electrically controllable pump.
  • the pump enables the slave pistons connected to the vehicle wheels to be displaced, as a result of which a steering movement which is independent of a movement of the toothed rack can be carried out.
  • the direction of rotation and the delivery rate of the pump are advantageously variable.
  • the toothed rack has a master piston at both ends.
  • the pistons are connected to the rack by a positive process such as a screw connection, a non-positive process such as a press connection and / or a joining process such as welding or soldering.
  • the master pistons are made in one piece with the toothed rack. The pistons are sealed against a running surface by means of sealing rings.
  • the rack with the master piston is arranged in a tubular element connected to the vehicle wheels.
  • the rack with the master piston is slidably arranged in the tubular element, so that the tubular element is movable relative to the rack.
  • the tubular element is inexpensive to manufacture.
  • the tubular element has a high degree of rigidity, so that no deformation occurs under the influence of the steering forces.
  • the end faces of the tubular element are designed as slave pistons.
  • the end parts closing the tubular element are referred to here as end faces.
  • the end faces can be made in one piece with the tubular element; one or both end faces are equally executable as an additional part.
  • An end face designed as an additional part can be connected to the tubular element, for example, by means of a screw connection.
  • the first and the second volume are limited by the master piston and the end faces. In an inexpensive design, the end faces are used as slave pistons.
  • the tubular element is articulated to the vehicle wheels via tie rods.
  • the tubular element represents a fixed connection between the vehicle wheels, so that the steering angles of both wheels always have a fixed association with one another.
  • springs are arranged between the master and slave pistons.
  • the springs are arranged in the first and second volumes.
  • the rack is thus clamped between the springs.
  • the rack assumes a defined position in the no-load condition.
  • the springs are designed as coil springs. Springs with a temperature-dependent characteristic curve can be used to compensate for a temperature-dependent change in viscosity of the hydraulic fluid.
  • the volume can also be arranged in a parallel and / or series connection.
  • the steering device has hydraulic steering support.
  • the same hydraulic fluid as in the first and second volumes can be used in the hydraulic steering support.
  • a common oil supply for the steering assistance and the steering device according to the invention can thus advantageously be used.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a steering device according to the invention
  • Fig. 2 shows a device from Fig.l to illustrate a variable steering ratio.
  • FIGS. 1-2 Identical components in FIGS. 1-2 are designated with the same reference symbols in the following.
  • Fig. 1 shows a steering device according to the invention of a motor vehicle, not described in detail, which has a hydraulic device 5 for steering assistance and a device for variable steering ratio.
  • a steering column 2 transmits the steering torque exerted by a driver to a steering handle 1, which is designed as a steering wheel, to an input shaft 3 of a steering gear 16.
  • the current steering angle and the steering angle speed are detected via a steering angle sensor 28.
  • the steering gear 16 has a housing to which a pinion 8 and a rack 9 are assigned.
  • the pinion 8 is on the one hand in operative connection with the input shaft 3 and on the other hand in engagement with the rack 9. This arrangement converts the rotary movement of the input shaft 3 or the pinion 8 into a sliding movement of the rack 9.
  • the rack 9 is connected to a left and right tie rod 7 via a first and a second volume 17, 17 * which are filled with hydraulic fluid.
  • the volumes 17, 17 * filled with hydraulic fluid are connected via a hydraulic line 18, into which an electrically controllable throttle element 19 is connected.
  • In the steering gear 16 there is also a device 5 for steering assistance with a double-sided piston-cylinder unit 10 which is coupled to the rack 9.
  • a steering valve 4 controls the required oil pressure as a function of the steering torque.
  • FIG. 1 for better understanding of the function.
  • a mechanically or electrically driven power steering pump 12 generates an oil pressure required for steering assistance.
  • the power steering pump 12 pumps oil from a storage tank 11 via an inlet line and a valve 13 to the steering valve 4 and from there via pressure lines 15 to the steering gear 16. Regulated oil flows back into the storage tank 11 via a return line.
  • the Oil circuit arranged a pressure accumulator 14. If the function of the power steering pump 12 fails, the steering assistance is retained for a certain time.
  • the device of the steering gear 16, which enables a variable steering ratio, is shown in detail in FIG. 2.
  • Two master pistons 20 are arranged on the toothed rack 9.
  • the rack 9 is guided over the master piston 20 in a tubular element 22.
  • the rack 9 is axially displaceable by rotating the pinion 8, which is in operative connection with the steering wheel 1 from FIG. 1.
  • the pinion 8 has teeth on the entire circumference, 9 teeth are drawn only in engagement with the rack for simplified illustration.
  • Volumes 17, 17 * filled with hydraulic fluid are provided between the master piston 20 and the end faces 26 of the tubular element 22, which are designed as slave pistons.
  • Rod elements 23 are assigned to the tubular element 22 and establish a connection to the tie rods 7 shown in FIG. 1.
  • the volumes 17, 17 * delimited by the tubular element 22 and the master piston 20 are connected to one another via a hydraulic line 18.
  • An electrically controllable throttle element 19 is switched on in the hydraulic line 18.
  • the throttle element 19 is connected to a control device 29, which controls the throttle element 19 as a function of parameters such as vehicle speed, steering torque, yaw rate, steering angle and / or steering angle speed.
  • the hydraulic volumes 17, 17 ' are connected to a tank 24.
  • a check valve 25 arranged in front of the tank 24 prevents hydraulic fluid from flowing back into the tank 24.
  • the tank 24 is preferably combined in a functional unit with the storage tank 11 in FIG. 1.
  • the hydraulic volumes 17, 17 * are always filled with hydraulic fluid via the connection to the tank 24.
  • valve 19 If the valve 19 is closed, the steering has a very sporty character due to a directly selected steering ratio. This ratio is advantageous for fast steering movements, when parking or at low driving speeds. If the pinion 8 rotates, for example, in the direction of the arrow shown in FIG. 2, a pressure of the following height builds up in the volume 17 filled with hydraulic fluid to the left of the pinion 8:
  • This pressure P 17 acts on the inner surface 26 of the tubular element 22 corresponding to the area A ⁇ in size.
  • the force on the rack 9 resulting from the steering torque M ⁇ thus acts on the tubular element 22, which is connected via the tie rods 7 to the Vehicle wheels 6 is connected.
  • a steering ratio i x is set which corresponds to a conventional system with a fixed mechanical connection between the rack 9 and the tie rod 7.
  • the pinion 8 rotates with an open throttle element 19, for example into the position shown in Fig. 2 arrow direction, so the rack 9 is moved relative to the tube element 22.
  • the relative velocity v rel ⁇ by the predetermined from the throttle member 19 hydraulic fluid flow rate Q through the hydraulic line 18 given, which is determined according to the following equation: v rel Q / A k .
  • the displacement speed of the tubular element 22 depends on the pressure P ⁇ 7 built up in the left volume 17, which acts on the surface 26 of the tubular element 22.
  • This pressure depends on the steering speed, ie on the speed of displacement of the rack 9 and the flow resistance set on the throttle element 19.
  • the resistance value is, for example, a small v re ⁇ at a first high steering speed, ie the relative movement of the toothed rack 9 to the tubular element 22 is very low.
  • a larger v re ⁇ occurs compared to the first lower steering speeds.
  • the steering wheel rotation angle ⁇ is larger due to the additional relative movement than in an arrangement with a fixed steering gear ratio ii, i.e. the steering has a higher ratio i2> il.
  • two springs 27 arranged in the volume 17 are provided.
  • the spring 27 is clamped between the master piston 20 and the inner surfaces 26 of the tubular element 22.
  • the return to the central position is to be influenced by controlling the throttle element 19 during the steering return.
  • a steering process with a steering ratio i2 proceeds, for example, as follows.
  • the steering angle sensor 28 detects a turning into a curve, the steering angle sensor 28 sends this information to the control unit 29, for example via an in-vehicle computer network, which adjusts a flow resistance at the throttle element 19 as a function of the steering angle and driving speed.
  • the driver turns the steering wheel 1 while driving around a curve until the desired steering angle ⁇ m is set on the vehicle wheels 6.
  • a relative movement between rack 9 and tubular element 22 occurs.
  • the driver holds the steering wheel 1 in a largely fixed position in which the throttle element 19 closes again.
  • the driver turns the steering wheel 1 back to the straight-ahead position, assisted by a steering return torque.
  • the throttle element 19 opens, so that the springs 27 aligns the rack 9 in the center of the tubular element 22 again.
  • the steering device according to the invention can advantageously be used to dampen impacts, shimmy or flutter, for example.
  • impacts excited by the road can be dampened by partially opening the throttle element 19, the use of an additional steering damper is unnecessary.
  • direct steering can also be represented via an additional valve which interrupts the hydraulic line.
  • an electrically controllable pump is switched on in the hydraulic line 18.
  • An active steering intervention can be represented by a pump.
  • a steering angle ⁇ m can thus be increased by a value ⁇ m without the steering wheel angle ⁇ H changing.
  • both a throttle element 19 and a pump are provided in the steering device.
  • An electrically controllable valve switches the throttle element 19 and the pump together or optionally in the hydraulic line 18.
  • the pump can be arranged in parallel or in series with the throttle element 19.
  • Steering handle steering wheel, steering column, input shaft, steering valve, steering assistance device, vehicle wheels, tie rod, pinion, rack, piston and cylinder unit, storage tank, power steering pump, valve, pressure accumulator, pressure line, steering gear, hydraulic volume, filled with hydraulic fluid, second volume, hydraulic line, electrically controllable throttle element, master piston, sealing ring, tubular element, rod elements, tank, non-return valve, internal control unit, spring element, tubular element

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Abstract

Es wird eine Lenkungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einer Lenkhandhabe (1), das mit einem Ritzel (8) verbunden ist, wobei das Ritzel (8) mit einer Zahnstange (9) im Eingriff steht, die mit einem Geberkolben (20) verbunden ist, Nehmerkolben (26), die mit den Fahrzeugrädern (6) verbunden sind und Volumina (17, 17‘), die zwischen Nehmerkolben (26) und Geberkolben (20) angeordnet und zur Übertragung von Lenkräften mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind. Erfindungsgemäss ist bei der Lenkungsvorrichtung, vorgesehen, dass ein erstes Volumen (17) mit einem zweiten Volumen (17‘) über eine Hydraulikleitung (18) verbunden ist, wobei zur Beeinflussung einer Lenkürbersetzung Hydraulikflüssigkeit zwischen den Volumina (17, 17‘) verlagerbar ist. Andwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen.

Description

Lenkungsvorrichtung für Kraf fahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Patentschrift DE 196 03 568 AI ist eine Lenkungsvorrichtung bekannt, bei der ein Lenkrad und Fahrzeugräder hydraulisch gekoppelt sind. Die Lenkungsvorrichtung weist ein Geber- und ein Nehmeraggregat auf . Das Geber- und das Nehmeraggregat sind als doppelseitige Kolben-Zylinderaggregate aufgebaut. Ein mit dem Lenkrad verbundenes Ritzel überträgt die Lenkbewegungen eines Fahrers auf eine Zahnstange, die eine Schiebebewegung ausführt. Die Zahnstange ist mit dem Kolben des Geberaggregates, im weiteren Geberkolben genannt, verbunden. Ein Kolben des Nehmeraggregates, im weiteren Nehmerkolben genannt, ist mit den Fahrzeugrädern verbunden. Zwischen dem Geberkolben und dem Nehmerkolben ist beidseitig jeweils ein mit Hydraulikflüssigkeit gefülltes Volumen angeordne .Die Volumen sind anteilig auf das Geber- und Nehmeraggregat und die Hydraulikleitungen verteilt.
Die Volumen weisen einen konstanten Wert auf, die Flächen des Geber- und Nehmerkolbens sind gleich groß. Bei Verschiebung des Geberkolbens verschieben sich die beidseitig des Kolbens angeordneten Volumen, so dass sich der Nehmerkolben im selben Maße verschiebt und ein Einlenken der Fahrzeugräder erzielbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Lenkungsvor- richtung zur Verfügung zu stellen, die eine Veränderung der Lenkungsübersetzung ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Lenkungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lenkungsvorrichtung zeichnet sich durch eine ein erstes Volumen und ein zweites Volumen verbindende Hydraulikleitung aus, wobei zur Beeinflussung einer Lenkübersetzung Hydraulikflüssigkeit zwischen den Volumina verlagerbar ist. Zwischen Geber- und Nehmerkolben ist ein erstes und ein zweites Volumen angeordnet. Die Volumina sind mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Über einen in der Hydraulikleitung fließenden Hydraulikflüssigkeitsstrom ist das erste und zweite Volumen veränderbar. Reduziert bzw. vergrößert sich das erste Volumen um einen Wert, so vergrößert bzw. reduziert sich das zweite Volumen um diesen Wert . In vorteilhafter Weise ist der Verschiebeweg des Nehmerkolbens vom Verschiebeweg des Geberkolbens entkoppelbar. Über die Vorgabe eines über die Hydraulikleitung strömenden Hydraulikflüssigkeitsstroms ist mit beschriebener Vorrichtung die Übersetzung zwischen dem Geber- und Nehmerkolben und damit die Lenkübersetzung bestimmbar.
In Ausgestaltung der Erfindung ist in der Hydraulikleitung ein variables Drosselelement eingeschaltet. Das Drosselelement verändert den Durchflusswiderstand über Veränderung des Querschnittes oder durch getaktetes Öffnen und Schließen einer Durchflussöffnung. In vorteilhafter Weise ist über das Drossel- element die Hydraulikleitung vollständig absperrbar, damit weist die Lenkungsvorrichtung eine durch ein Ritzel und Zahnstange vorgegebene Lenkübersetzung auf. Eine Öffnung des Drosselelementes führt während eines Lenkvorganges zu einer Durchströmung der Hydraulikleitung, wodurch sich die Lenkübersetzung erhöht .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Drosselelement elektrisch ansteuerbar. Die elektrische Ansteuerbarkeit des Drosselelements ermöglicht die Ansteuerung über ein Steuergerät, so dass beispielsweise in Abhängigkeit von auf einem fahrzeuginternen Computernetzwerk (GAN) zu Verfügung stehenden fahrzeugbezogenen Daten der Durchflusswiderstand des Drossel- elementes veränderbar ist .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Volumina über eine Pumpe miteinander verbunden. Über die vorzugsweise elektrisch ansteuerbare Pumpe ist Hydraulikflüssigkeit von dem ersten Volumen in das zweite Volumen und umgekehrt förderbar. Die Pumpe ermöglicht eine Verschiebung der mit den Fahrzeugrädern verbundenen Nehmerkolben, wodurch eine von einer Bewegung der Zahnstange unabhängige Lenkbewegung ausführbar ist. In vorteilhafter Weise ist die Drehrichtung und die Fδrdermenge der Pumpe variabel .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Zahnstange an beiden Enden jeweils einen Geberkolben auf. Die Kolben sind mit der Zahnstange über ein formschlüssiges Verfahren wie einer Schraubenverbindung, ein kraftschlüssiges Verfahren wie einer Press erbindung und/oder über ein Fügeverfahren wie Schweißen oder Löten verbunden. In einer weiteren Alternative sind die Geberkolben mit der Zahnstange einteilig ausgeführt. Die Abdichtung der Kolben gegenüber einer Lauffläche erfolgt über Dichtringe.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Zahnstange mit den Geberkolben in einem mit den Fahrzeugrädern verbundenen Rohrelement angeordnet. Die Zahnstange mit den Geberkolben ist verschieblich in dem Rohrelement angeordnet, so dass das Rohrelement relativ zur Zahnstange beweglich ist. Das Rohrelement ist kostengünstig herstellbar. Zudem weist das Rohrelement eine hohe Steifigkeit auf, so dass unter Einfluss der Lenkkräfte keine Verformungen auftreten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Stirnflächen des Rohrelementes als Nehmerkolben ausgeführt. Als Stirnflächen sind hier die das Rohrelement verschließenden Bodenteile bezeichnet. Die Stirnflächen sind mit dem Rohrelement einteilig ausführbar, gleichermaßen ist eine oder sind beide Stirnflächen als Zusatzteil ausführbar. Eine als Zusatzteil ausgeführte Stirnfläche ist beispielsweise mittels einer Verschraubung mit dem Rohrelement verbindbar. Das erste und das zweite Volumen ist von den Geberkolben und den Stirnflächen begrenzt. In kostengünstiger Ausführung sind die Stirnflächen als Nehmerkolben genutzt .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohrelement über Spurstangen gelenkig mit den Fahrzeugrädern verbunden. Das Rohrelement stellt eine feste Verbindung zwischen den Fahrzeugrädern dar, so dass die Lenkwinkel beider Räder immer eine feste Zuordnung zueinander aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen dem Geber- und Nehmerkolben Federn angeordnet . Die Federn sind in dem ersten und zweiten Volumen angeordnet. Die Zahnstange ist somit zwischen den Federn eingespannt. Die Zahnstange nimmt im lastfreien Zustand eine definierte Position ein. Die Federn sind als Schraubenfedern ausgeführt. Zum Ausgleich einer temperaturabhängigen Viskositätsänderung des Hydraulikflüssigkeit sind Federn mit einer temperaturabhängigen Kennlinie einsetzbar. In den Volumen sind neben einzelnen Federn auch Federn in einer Parallel- und/oder Hintereinanderschaltung anordenbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Lenkungsvorrichtung eine hydraulische Lenkunterstützung auf. In der hydraulischen Lenkunterstützung ist die gleiche Hydraulikflüssigkeit wie im ersten und zweiten Volumen verwendbar. In vorteilhafter Weise ist damit eine gemeinsame Ölversorgung für die Lenkunterstützung und die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung nutzbar.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbei- spiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkungsvorrichtung,
Fig. 2 eine Einrichtung aus Fig.l zur Darstellung einer variablen Lenkübersetzung.
Gleiche Bauteile in den Figuren 1-2 sind im folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße LenkungsVorrichtung eines nicht näher beschriebenen Kraftfahrzeuges, die eine hydraulische Vorrichtung 5 zur Lenkunterstützung und eine Einrichtung zur variablen Lenkübersetzung aufweist. Eine Lenksäule 2 überträgt das von einem Fahrer auf eine Lenkhandhabe 1, die als Lenkrad ausgeführt ist, ausgeübte Lenkmoment auf eine Eingangswelle 3 eines Lenkgetriebes 16. Der aktuelle Lenkwinkel und die Lenkwinkelgeschwindigkeit sind über einen Lenkwinkelsensor 28 erf sst .
Das Lenkgetriebe 16 weist ein Gehäuse auf, dem ein Ritzel 8 und eine Zahnstange 9 zugeordnet ist. Das Ritzel 8 steht einerseits in Wirkverbindung mit der Eingangswelle 3 und andererseits im Eingriff mit der Zahnstange 9. Diese Anordnung setzt die Drehbewegung der Eingangswelle 3 bzw. des Ritzels 8 in eine Schiebebewegung der Zahnstange 9 um.
Die Zahnstange 9 ist über ein erstes und ein zweites Volumen 17,17*, die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind, mit einer linken und rechten Spurstange 7 verbunden. Die Volumina 17,17' übertragen eine Schiebebewegung der Zahnstange 9 auf die Fahrzeugräder 6. Je nach Bewegungsrichtung der Zahnstange 9 lenken die Fahrzeugräder 6 nach links oder rechts. Die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Volumina 17,17* sind über eine Hydraulikleitung 18, in die ein elektrisch ansteuerbares Drosselelement 19 eingeschaltet ist, verbunden. Im Lenkgetriebe 16 ist des weiteren eine Vorrichtung 5 zur Lenkungsunterstützung mit einem doppelseitiges Kolben-Zylinderaggregat 10 angeordnet, das mit der Zahnstange 9 gekoppelt ist. In Abhängigkeit der Drehrichtung des Lenkrades 1 ist entweder die rechte oder die linke Kolbenseite zur Lenkungsunterstützung mit Druck beaufschlagt. Ein Lenkventil 4 steuert den erforderlichen Öldruck in Abhängigkeit des Lenkmomentes. Neben der schematischen Darstellung des Lenkventils 4 ist in der Fig. 1 zum besseren Verständnis der Funktion über einen Pfeil auf das symbolische Blockschaltbild des Lenkventils 4 verwiesen.
Eine mechanisch oder elektrisch angetriebene Lenkhelfpumpe 12 erzeugt einen für die LenkungsunterStützung erforderlichen Öldruck. Die Lenkhelfpumpe 12 fördert Öl aus einem Vorratstank 11 über eine Zulaufleitung und ein Ventil 13 zu dem Lenkventil 4 und von dort über Druckleitungen 15 zu dem Lenkgetriebe 16. Über eine Rücklaufleitung strömt abgeregeltes Öl zurück in den Vorratstank 11. In einer modifizierten Ausführungsform ist in dem Ölkreislauf ein Druckspeicher 14 angeordnet. Fällt die Funktion der Lenkhelfpumpe 12 aus, bleibt damit die Lenkungsunterstützung noch eine gewisse Zeit erhalten.
In Fig. 2 ist die Einrichtung des Lenkgetriebes 16, die eine variable Lenkübersetzung ermöglicht, detailliert dargestellt. An der Zahnstange 9 sind zwei Geberkolben 20 angeordnet. Die Zahnstange 9 ist über die Geberkolben 20 in einem Rohrelement 22 geführt. Über eine Drehung des Ritzels 8, das mit dem Lenkrad 1 aus Fig. 1 in Wirkverbindung steht, ist die Zahnstange 9 axial verschiebbar. Das Ritzel 8 weist am gesamten Umfang Zähne auf, zur vereinfachten Darstellung sind nur im Eingriff mit der Zahnstange 9 Zähne gezeichnet. Zwischen den Geberkolben 20 und den Stirnflächen 26 des Rohrelementes 22, die als Nehmerkolben ausgestaltet sind, sind mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Volumina 17,17* vorgesehen. Dem Rohrelement 22 sind Stangenelemente 23 zugeordnet, die eine Verbindung zu den in Fig. 1 gezeigten Spurstangen 7 herstellen. Die von dem Rohrelement 22 und den Geberkolben 20 abgegrenzten Volumen 17,17* sind über eine Hydraulikleitung 18 miteinander verbunden. In der Hydraulikleitung 18 ist ein elektrisch ansteuerbares Drosselelement 19 eingeschaltet. Das Drosselelement 19 ist mit einem Steuergerät 29 verbunden, das in Abhängigkeit von Parametern wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkmoment, Gierwinkelgeschwindigkeit, Lenkwinkel und/oder Lenkwinkelgeschwindigkeit das Drosselelement 19 ansteuert. Darüber hinaus sind die Hydraulikvolumen 17,17' mit einem Tank 24 verbunden. Ein vor dem Tank 24 angeordnetes Rückschlagventil 25 verhindert, dass Hydraulikflüssigkeit in den Tank 24 zurückfließt. In bevorzugter Weise ist der Tank 24 in einer Funktionseinheit mit dem Vorratstank 11 in Fig. 1 zusammengefasst . Über die Verbindung mit dem Tank 24 sind die Hydraulikvolumen 17,17* stets mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt.
Ist das Ventil 19 geschlossen, so weist die Lenkung aufgrund einer direkt gewählten Lenkübersetzung einen sehr sportlichen Charakter auf. Diese Übersetzung ist vorteilhaft bei schnellen Lenkbewegungen, beim Parkieren oder bei geringen Fahrgeschwindigkeiten. Dreht sich das Ritzel 8 beispielsweise in die in Fig. 2 dargestellte Pfeilrichtung, so baut sich in dem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Volumen 17 links von dem Ritzel 8 ein Druck folgender Höhe auf :
Figure imgf000009_0001
mit P17: Druck im Hydraulikflüssigkeitsvolumen 17 i,: Lenkmoment dKRizei: Teilkreisdurchmesser Ritzel 8 Aκ: Fläche Geberkolben 20.
Dieser Druck P17 wirkt auf die der Fläche Aκ in der Größe entsprechenden Innenfläche 26 des Rohrelementes 22. Die aus dem Lenkmoment M^ resultierende Kraft an der Zahnstange 9 wirkt damit auf das Rohrelement 22, das über die Spurstangen 7 mit den Fahrzeugrädern 6 in Verbindung steht. Bei geschlossenem Drosselelement 19 stellt sich eine Lenkübersetzung ix ein, die einem konventionellen System mit einer festen mechanischen Verbindung zwischen Zahnstange 9 und Spurstange 7 entspricht. Die Lenkgetriebeübersetzung ist durch ii = δH/δm bestimmt, wobei δm = (δa+δi)/2 den mittleren Radeinschlagswinkel und δπ den Lenkraddrehwinkel beschreibt, siehe Fig. 1.
Bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten ist eine direkte Lenkung unkomfortabel, zum einen führen schon kleine Ausschläge am Lenkrad 1 zu einer hohen Gierbeschleunigung und zum anderen sind von der Fahrbahn erregte Schwingungen störend spürbar. Daher ist angestrebt bei höheren Geschwindigkeiten eine weniger direkte Lenkung als beispielsweise beim Parkieren zur Verfügung zu stellen. Durch Öffnung des elektrischen Drosselelementes 19 ist ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit zwischen dem links und rechts der Zahnstange 9 angeordneten Volumen 17,17* erzielbar. Über der elektrische Ansteuerung des Drosselelementes 19 ist der Durchflusswiderstand des Drosselelementes 19 einstellbar.
Dreht sich das Ritzel 8 bei geöffnetem Drosselelement 19 beispielsweise in die in Fig. 2 dargestellte Pfeilrichtung , so bewegt sich die Zahnstange 9 relativ zu dem Rohrelement 22. Die Relativgeschwindigkeit vreι ist durch den von dem Drosselelement 19 vorgegebenen Hydraulikflüssigkeitsvolumenstrom Q durch die Hydraulikleitung 18 vorgegeben, die sich nach folgender Gleichung bestimmt: vrel=Q/Ak.
Die Verschiebegeschwindigkeit des Rohrelementes 22 hängt von dem im linken Volumen 17 aufgebauten Druck Pι7 ab, der auf die Fläche 26 des Rohrelementes 22 wirkt. Dieser Druck hängt von der Lenkgeschwindigkeit d.h. von der Verschiebegeschwindigkeit der Zahnstange 9 sowie dem eingestellten Durchflusswiderstand am Drosselelement 19 ab. Bei einem vorgegebenen Durchflusswi- derstandswert stellt sich beispielsweise bei einer ersten hohen Lenkgeschwindigkeit ein kleines vreι ein, d.h. die Relativbewegung der Zahnstange 9 zu dem Rohrelement 22 ist sehr gering. Hingegen bei gegenüber der ersten niedrigeren Lenkgeschwindigkeiten tritt ein größeres vreι auf.
Um bei geöffnetem Drosselelement 19 einen Radeinschlagswinkel δm einzustellen, ist der Lenkraddrehwinkel δπ aufgrund der zusätzlichen Relativbewegung größer als bei einer Anordnung mit fester Lenkgetriebeübersetzung ii, d.h. die Lenkung weist eine höhere Übersetzung i2>il auf.
Um die Zahnstange 9 in einer Mittellage zu zentrieren bzw. diese in die Mittellage zurückzubewegen sind zwei in den Volumen 17 angeordnete Federn 27 vorgesehen. Die Feder 27 sind zwischen den Geberkolben 20 und den Innenflächen 26 des Rohrelements 22 eingespannt. Die Rückstellung in die Mittellage ist während des Lenkungsrücklaufes durch Ansteuerung des Drossel- elements 19 zu beeinflussen.
Ein Lenkungsvorgang mit einer Lenkungsübersetzung i2 läuft beispielsweise wie folgt ab. Der Lenkwinkelsensor 28 erkennt ein Einlenken in eine Kurve, diese Information stellt der Lenkwinkelsensor 28 beispielsweise über ein fahrzeuginternes Computernetzwerk dem Steuergerät 29 zu, das in Abhängigkeit von Lenkwinkel- und Fahrgeschwindigkeit am Drosselelement 19 einen Durchflusswiderstand einstellt. Der Fahrer dreht das Lenkrad 1 beim Befahren einer Kurve solange, bis sich der gewünschte Lenkwinkel δm an den Fahrzeugrädern 6 einstellt . Dabei tritt eine Relativbewegung zwischen Zahnstange 9 und Rohrelement 22 auf . Nach Beendigung des Einlenkvorganges hält der Fahrer das Lenkrad 1 in einer weitgehend fixen Position in der das Drosselelement 19 wieder schließt. Nach Beendigung der Kurvenfahrt dreht der Fahrer das Lenkrad 1 unterstützt von einem Lenkrück- stellmoment wieder in Geradeausstellung. In dieser Rückstellungsphase öffnet das Drosselelement 19, so dass die Federn 27 die Zahnstange 9 wieder mittig zu dem Rohrelement 22 ausrichtet.
Zur Dämpfung von beispielweise Stößigkeiten, Shimmy oder Flattern ist die erfindungsgemäße LenkungsVorrichtung vorteilhaft nutzbar. Bei Geradeausfahrt sind von der Fahrbahn angeregte Stöße durch teilweises Öffnen des Drosselelement 19 bedämpfbar, der Einsatz eines zusätzlichen Lenkungsdämpfers ist überflüssig.
Mit der vorangehend beschriebenen Lenkungsvorrichtung lassen sich über die Ansteuerung des elektrischen Drosselelementes 19 in vorteilhafter Weise verschiedenste Lenkungscharakteristiken abbilden.
Die Darstellung einer direkten Lenkung kann neben dem vollständigen Schließen des elektrischen Drosselelementes 19 auch über ein die Hydraulikleitung unterbrechendes zusätzliches Ventil erfolgen.
In einer nicht dargestellten modifizierten Ausführungsform ist in der Hydraulikleitung 18 eine elektrisch ansteuerbare Pumpe eingeschaltet. Über eine Pumpe ist ein aktiver Lenkungseingriff darstellbar. Hier besteht die Möglichkeit, die Grundübersetzung ii groß, d.h. mit einer indirekten Charakteristik auszuführen. Durch Umpumpen von Hydraulikflüssigkeit von dem ersten Volumen 17 in das zweite Volumen 17* oder umgekehrt tritt eine Re- latiwerSchiebung der Zahnstange 9 zu dem Rohrelement 22 auf. Damit ist ein Lenkwinkel δm um einen Wert Δδm vergrößerbar, ohne dass sich der Lenkradwinkel ÖH ändert .
Die Möglichkeit einen zusätzlichen Lenkwinkel Δδm zustellen zu können ist zur Darstellung einer direkteren Lenkung mit i2 < iα nutzbar. Darüber hinaus sind aktive Lenkeingriffe auch zu Fahrzeugstabilisierung nutzbar, insbesondere in Verbindung mit anderen über Bremseingriff arbeitenden Systemen. In einer weiteren modifizierten Ausfuhrungsform ist in der Lenkungsvorrichtung sowohl ein Drosselelement 19 als auch eine Pumpe vorgesehen. Ein elektrisch ansteuerbares Ventil schaltet das Drosselelement 19 und die Pumpe gemeinsam oder wahlweise in die Hydraulikleitung 18 ein. Die Pumpe kann dabei parallel oder in Reihenschaltung zu dem Drosselelement 19 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
Lenkhandhabe , Lenkrad Lenksäule Eingangswelle Lenkventil Vorrichtung zur Lenkungsunterstützung Fahrzeugräder Spurstange Ritzel Zahnstange Kolben-Zylinderaggregat Vorratstank Lenkhelfpumpe Ventil Druckspeicher Druckleitung Lenkgetriebe Mit Hydraulikflüssigkeit gefülltes erstes Volumen Mit Hydraulikflüssigkeit gefülltes zweites Volumen Hydraulikleitung Elektrisch ansteuerbares Drosselelement Geberkolben Dichtring Rohrelement Stangenelemente Tank Rückschlagventil Innenfläche Rohrelement, Nehmerkolben Feder Lenkwinkelsensor Steuergerät

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Lenkungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit - einer Lenkhandhabe (1) , die mit einem Ritzel (8) wirkverbunden ist, wobei das Ritzel (8) mit einer Zahnstange (9) im Eingriff steht, die mit einem Geberkolben (20) verbunden ist, - Nehmerkolben (26) , die mit Fahrzeugrädern (6) verbunden sind und - Volumina (17,17*), die zwischen Nehmerkolben (26) und Geberkolben (20) angeordnet und zur Übertragung von Lenkkräften mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet , dass ein erstes Volumen (17) mit einem zweiten Volumen (17*) über eine Hydraulikleitung (18) verbunden ist, wobei zur Beeinflussung einer Lenkübersetzung Hydraulikflüssigkeit zwischen den Volumina (17,17*) verlagerbar ist .
2. Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hydraulikleitung (18) ein variables Drosselelement (19) eingeschaltet ist.
3. Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (19) elektrisch ansteuerbar ist.
4. Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumina (17,17*) über eine Pumpe miteinander verbunden sind.
5. Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (9) an beiden Enden jeweils einen Geberkolben (20) aufweist.
6. Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (9) mit den Geberkolben (20) in einem mit den Fahrzeugrädern (6) verbundenen Rohrelement (22) angeordnet ist .
7. Lenkungsvorrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen des Rohrelementes (22) als Nehmerkolben (26) ausgeführt sind.
8. LenkungsVorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (22) über Spurstangen (7) gelenkig mit den Fahrzeugrädern verbunden ist .
9. Lenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Geber- und Nehmerkolben (20,26) Federn (27) angeordnet sind .
10. LenkungsVorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkungsvorrichtung eine Vorrichtung (5) zur Lenkungsunterstützung aufweist.
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