WO2006045707A1 - Lenksystem für fahrzeuge - Google Patents

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WO2006045707A1
WO2006045707A1 PCT/EP2005/055251 EP2005055251W WO2006045707A1 WO 2006045707 A1 WO2006045707 A1 WO 2006045707A1 EP 2005055251 W EP2005055251 W EP 2005055251W WO 2006045707 A1 WO2006045707 A1 WO 2006045707A1
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WO
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steering
torque
drive
control valve
gear
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Ceased
Application number
PCT/EP2005/055251
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Budaker
Wilfried Leutner
Helmut Knoedler
Klaus-Dieter Leimbach
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Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Original Assignee
ZF Lenksysteme GmbH
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Publication date
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    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/0412—Electric motor acting on the steering column the axes of motor and steering column being parallel
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    • B62D5/065—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by specially adapted means for varying pressurised fluid supply based on need, e.g. on-demand, variable assist
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    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/08—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by type of steering valve used
    • B62D5/081—Seat valves

Definitions

  • the invention relates to a steering system for vehicles, which operates with servo-motor support, according to the preamble of claim 1.
  • Steering systems of the aforementioned type are known from DE 44 22 386 C1 and have as a steering handle on a steering wheel, which is mechanically coupled via a steering shaft, a steering gear and Lenkge ⁇ downstream with the steerable wheels of an axle of the vehicle such that a steering angle of the steered wheels is inevitably coupled ge with a rotation of the steering wheel and vice versa.
  • the steering spindle In the mechanical drive connection between the steering handle forming the steering handle and the steered wheels, the steering spindle is split into two parts rotatable relative to each other against spring force and the relative rotation thereof relative to one another forms the control variable for a hydraulic control valve which has an open center and is supplied via a in the drive connection to the steerable wheels lie ⁇ ing servo actuator.
  • the sum of the moment of actuation applied by the driver side and the torque corresponding to the actuating force of the servo actuator forms the steering torque acting on the steerable wheels, to which the steering torque which acts on the steerable wheels Rad Installations manufacturer conditional counter moments as well as the Actuate ment torque correlate.
  • the actuation torque is to influence at constant steering torque via an electric servomotor, which is coupled into the steering handle associated with the spindle part and the driver depending on the operating torque and driving parameters, in particular the driving speed is driven supportive, z. B. such that the servomotor is driven only at low speeds and thereby reduces the applied torque on the part of the driver.
  • an electric servomotor which is coupled into the steering handle associated with the spindle part and the driver depending on the operating torque and driving parameters, in particular the driving speed is driven supportive, z. B.
  • a system which is similar in mechanical construction but works without a servo motor as a power steering system is known from DE 198 29 531 A1, and in this system the size and direction of the auxiliary power assistance and the return of the wheels to be lenged are stored via a proportional valve, in particular taltetes, common and electronically controlled Elektromag ⁇ netventil determined, namely upon detection of the respective Betä ⁇ t Trentsmomentes via a torque and / or Lenkkraftsen ⁇ sor and its processing in a control unit, via the ge If necessary superimposing driving speed and yaw rate can be taken into account as control parameters.
  • the solenoid valve can be executed with open or closed center, so that energy-saving solutions of a high steering precision enabling power steering can be realized by this design with simple means.
  • a design possibility of a hydraulic Steuerven ⁇ tils for a power steering system in which the valve adjustment takes place mechanically in direct dependence on the current via the Lenk ⁇ steering torque characterized in that the Ein ⁇ gangsglied the steering gear torque-dependent is moved transversely to its extension, the EP 0 shows
  • the control valve is designed with a closed center, has a substantially linear characteristic curve depending on the momentum, and contains poppet valves whose axes extend substantially perpendicularly to the input member in its torque-dependent displacement direction.
  • the electric motor is energized via a Regelschal ⁇ device, namely in case of deviations of the detected by an actual value transmitter position angle of the steerable wheels of a target value missing in a desired value transmitter in association with predetermined by the driver via the steering input Stellbe ⁇ is stored. Deviations from the target value have a speaking adjustment of the rotary valve with thereby vor ⁇ given loading of the servo actuator result.
  • a driver-independent steering intervention as so-called Ak ⁇ tivlenkung depending on driving parameters are reali ⁇ Siert in that the rotary valve superimposed on its predetermined by the driver side steering inputs position in its rotational position is changed and thereby changed via the servo actuator in response to critical driving parameters the jewei ⁇ time position of the steered wheels.
  • a hydraulic control valve is addressed via the steering spindle, depending on the moment, via which a servo actuator which is coupled into the drive connection between the steering gear and the steerable wheels is acted upon.
  • an overlay transmission is coupled between the control valve and the steering gear in the steering spindle, even in this solution, via which, as described above, active and driver-independent steering interventions can be performed.
  • a steering system for vehicles in which on a hydraulic basis, both a servo motor support is possible as well as active Lenk ⁇ interventions, namely for both purposes with the same hy lik lik.
  • This comprises a servo-motor actuator coupled into the drive connection between the steering gear and steerable wheels in the form of an actuating cylinder, which is supplied with a closed center via a control valve designed as a proportional valve, which is fed by a pump with an electromotive, uncoupling drive.
  • the control valve is connected to a computer unit, in which, inter alia, torque / angle-dependent signals of a sensor unit are fed be zugeord ⁇ net adjacent to the steering input of the steering shaft.
  • a superposition gear is integrated aus convincedd on the steering gear, which is Oil ⁇ forms as a planetary gear and whose sun gear is connected to the steering input leading part of the steering shaft, while the Planeten ⁇ carrier is in the connection to the steering gear.
  • the ring gear can be driven, rotate unrestrained or completely blocked, including via a corresponding electric motor drive.
  • the steering behavior can thus be influenced in many ways, even if a constructive and tax technical effort that can hardly be reduced even with reduced requirements.
  • the invention is based on the object, a steering system of the type mentioned starting from a simple Grundbau ⁇ , the servo-assisted driver-side Wunschvorstel ⁇ lungs for the steering characteristic curve justice, can be realized energy-saving with simple units and a suitable basis for functionally extended designs ⁇ represents, to realize.
  • the starting point for the invention is that, on the driver's side depending on the height of the operating torque to be applied for comfort reasons as well as for reasons of safe Füh ⁇ tion of the vehicle at high applied steering forces servo assistance is desired, but that this servo assistance but also a "desire course "should, as a rule over the applied operating moment an approximately parabolic course.
  • Any such servo assistance for the driver requires an energy input that can affect the performance if the respective vehicle is poorly motorized.
  • the situation becomes particularly critical when the power required for power assistance is to be applied electrically, in view of the large number of electrical consumers in vehicles and the corresponding power requirements in the case of weak on-board electrical systems. If it is further taken into account that corresponding driver-side claims are already present for small vehicles, but only functionally relatively simple aggregates can be used within the scope of the price specifications, despite the reliability of the system being essential, then it is essential to have a To find way for the power assistance, can be designed with the desire behavior of the driver side auf ⁇ bringing operating torque with minimized energy use.
  • control valve used as a closed center control valve.
  • additional actuating means for the control valve its arrangement in the drive train of the drive connection between the steering input and the steerable wheels.
  • the drive connection is also at least in the Be Rich formed the drive train mechanically closed, which expires on the steered wheels and the input side of the servomotor is arranged, via which the actuating torque according to the invention in dependence on the characteristic of the control valve to adapt to the predetermined desire course.
  • the steering spindle is on the output side as part of the steering gear associated with the steering pinion and it is the steering spindle in the engagement region of the pinion to a rack transversely to its extension direction steering torque dependent deflected stored, and it is controlled via the corresponding deflection, the control valve.
  • Analogous solutions can also be realized if, instead of the pinion gear, a steering worm or the like is provided as input element to the steering gear. In order to simplify the construction, further contributes when a control valve is used which has a linear course over the torque serving as an input control variable.
  • Fig. 2 in turn, schematically, in a diagram, the degree of power assistance of the hydraulic used Servo actuator as a pressure difference .DELTA.P between the working chambers of the servo actuator via the driver-side operating torque of the steering handle, based on the characteristic of a control valve on the one hand and a driver-side desired characteristic.
  • the steering system 1 schematically illustrated in FIG. 1 comprises a steering handle 2, which is connected via a steering spindle 3 to a steering gear 5 arranged in a steering gear housing 4.
  • the steering gear 5 is designed as a rack and pinion steering with a toothed rack 6 and a pinion 7, which forms a part of the steering spindle 3 here.
  • the steering shaft 3 is held by bearings 8 and 9, which are on both sides of the rack 6 and of which the bearing 9 is slidably guided in a manner not shown, which is a corresponding pivotal support in or on the bearing 8 requires.
  • a servo motor 10 is coupled into the steering shaft 3, wherein the servo motor is designed as a self-locking e-motor.
  • the design of the servomotor 10 corresponds to known solutions, for example such that the motor is supported against the steering spindle housing 30 and engages with a pinion in a corresponding counter-toothing of the steering spindle 3.
  • an adjacent superimposition gear 11 coupled into the steering spindle 3 is merely indicated.
  • the superposition gearing 11 can preferably be formed as a planetary drive whose ring gear is assigned a drive and / or brake device, wherein the drive and brake device may be formed by an electric motor, which acts as a brake and / or drive element with opposite drive directions or as a freewheel.
  • 12 indicates a torque and / or rotational angle sensor, wherein the servo motor
  • the power motor 10 and the superposition gear 11 are not shown power connections assigned and dashed lines are signal connections between the servo motor 10, the Studentsla ⁇ gerungsgetriebe 11 and the one or more sensors 12 and a Re ⁇ chentician 13 is provided. Furthermore, the arithmetic unit 13 is in a signal connection to the pressure limiting valve 14 of the hydraulic supply unit, which is designated overall by 15 and which comprises an electric drive motor 16, a pump 17, a hydraulic accumulator 18 and further elements.
  • the hydraulic supply unit is connected to the control valve 19 and the servo actuator 20 via the dargestell ⁇ th, not designated line paths, the latter having a coupled to the rack 6, and preferably in alignment with the rack 6 lying actuating cylinder, in the ei ⁇ nen over Control piston 21 two working chambers 22 and 23 are delimited from each other.
  • the control valve 19 includes, in a symmetrical structure, two opposing valves 24 and 25, which are made ⁇ forms and each having a pressure-side connection, ei ⁇ nen low-pressure side connection and a connection to one of the chambers 22, 23 have.
  • the respective middle, pressure-side connection is blocked off via an inlet seat valve 26 against the chamber-side connection via a spring-loaded valve member which connects the chamber-side connection to the connection to the low-pressure side via a through-bore, as long as it is not deactivated.
  • This is done via the Exhaust seat valve 27, which encompasses a peg-shaped valve member, via which in its closed position, the through hole in the valve member of the inlet injection seat valve 26 can be shut off.
  • the peg-shaped valve member of both the control valve 19 bil ⁇ Denden valves 24, 25 is supported against the torque dependent aus ⁇ steerable bearing 9 of the valve stem 3, closes with appropriate loading the through hole in federbe ⁇ loaded valve member and pushes this valve member against the spring load in its the pressure side Connection with the respective working chamber 22 or 23 connecting position.
  • a control valve 19 of this construction has a substantially linear characteristic curve 28, as illustrated schematically in the diagram according to FIG. 2.
  • valve characteristic curve 28 the pressure difference between work chambers 22, 23 is plotted above moment M LR present on the part of steering handle 2, and secondly based on a so-called desired characteristic curve 29.
  • This desired characteristic curve 29 gives the course of a desired servo gain, detected as a pressure difference .DELTA.P, based on a given by the steering handle torque M LR again, and shows, based on Fig. 2 as Ausure ⁇ insurance example that the control of the control valve 19 with a desired characteristic 29 corresponding torque M LRW an un ⁇ Desired would have higher servo power result.
  • the servomotor 10 is actuated and a moment is initiated via the servomotor 10 on the steering spindle 3, which counteracts the moment given by the steering handle 2 by the driver, so that a corresponding steering input side occurs reduced torque results, with the result of a reduced deflection of the steering shaft 3 and thereby, as explained, a reduction of the servo assistance to the extent that is predetermined by the desired characteristic 29.
  • the drive connection starting from the steering handle 2 to the steerable wheels, not shown, is mechanically closed in the context of the invention and is at least substantially torsionally rigid, so that an undistorted steering feel is ensured.
  • a Matterlagerungsge ⁇ gear 11 which is designed as a planetary gear, so the steering shaft 3 is separated in the region of the superposition gear 11, corresponding to the connection of the input-side spindle part with the sun gear and the output side spindle part with the planet carrier with actuating access to the ring gear.
  • a substantially torsionally rigid drive connection is also provided, but with the ratio between the input side, that is to say the steering handle 2, predetermined setting angle and the output side changed according to the respective setting position, d. H. the steered wheels adjusting wheel angle.
  • An integration of the superimposed gear 11 provided in the drive train can also be used with appropriate sensory detection of extreme driving conditions for a driver-independent stability intervention by influencing the steerable wheels, ie for an active steering.
  • the wheel position angle is adjusted by Ver ⁇ rotation of the ring gear of the planetary gear on the Göla ⁇ gerungsgetriebe associated electric motor superimposing to the driver's steering requirements, the servo assistance is maintained.

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Abstract

Ein Lenksystem für Fahrzeuge, das mit servomotorischer Unterstützung arbeitet und ein in Antriebsstellverbindung zu den lenkbaren Rädern eingekoppteltes Verstellglied aufweist, sieht für das Servostellglied ein lenkmomentenabhängig gesteuertes Steuerventil (19) vor, dessen die Servowirkung über dem aufgegebenen Lenkmoment darstellende Ventilkennlinie von einer vorgegebenen Wunschkennlinie abweicht, und es wird durch einen auf die Lenkspindel (3) eingekoppelten elektrischen Servomotor (10) überlagernd zum fahrerseitig vorgegebenen, auf die Lenkspindel (3) wirkenden Betätigungsmoment ein Moment aufgegeben, durch das sich seitens des momentenabhängig gesteuerten Steuerventils (19) ein Stellmoment ergibt, das eine der Wunschkennlinie im Bezugspunkt entsprechende Servoverstellung zur Folge hat.

Description

Lenksystem für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Fahrzeuge, das mit servomotorischer Unterstützung arbeitet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Lenksysteme der vorgenannten Art sind aus der DE 44 22 386 Cl bekannt und weisen als Lenkhandhabe ein Lenkrad auf, das über eine Lenkspindel, ein Lenkgetriebe und nachgeordnete Lenkge¬ stänge mit den lenkbaren Rädern einer Achse des Fahrzeuges me¬ chanisch gekoppelt ist, derart, dass ein Lenkeinschlag der ge¬ lenkten Räder zwangsläufig mit einer Drehung des Lenkrades ge¬ koppelt ist und umgekehrt.
In der mechanischen Antriebsverbindung zwischen dem die Lenk¬ handhabe bildenden Lenkrad und den gelenkten Rädern ist die Lenkspindel in zwei relativ zueinander gegen Federkraft be¬ grenzt verdrehbare Teile aufgetrennt und die Relativverdrehung derselben gegeneinander bildet die Steuergröße für ein hydrau¬ lisches Steuerventil, das eine offene Mitte aufweist und über das ein in der Antriebsverbindung zu den lenkbaren Rädern lie¬ gendes Servostellglied versorgt wird. Die Summe der durch das fahrerseitig aufgebrachte Betätigungsmoment und des der Stell¬ kraft des Servostellers entsprechenden Momentes bildet das auf die lenkbaren Räder wirkende Lenkmoment, zu dem die durch die Radführungskräfte bedingten Gegenmomente ebenso wie das Betäti¬ gungsmoment korrelieren.
Das Betätigungsmoment ist bei gleich bleibendem Lenkmoment über einen elektrischen Servomotor zu beeinflussen, der in den der Lenkhandhabe zugeordneten Spindelteil eingekoppelt ist und der in Abhängigkeit vom Betätigungsmoment und von Fahrparametern, insbesondere der Fahrgeschwindigkeit den Fahrer unterstützend angesteuert ist, z. B. derart, dass der Servomotor lediglich bei kleinen Geschwindigkeiten angetrieben ist und dadurch das seitens des Fahrers aufzubringende Betätigungsmoment reduziert. Entsprechend der Ansteuerung des Steuerventiles in Abhängigkeit vom Betätigungsmoment ergibt sich eine von der Kennlinie des Steuerventiles abhängige Servounterstützung sowie bedingt durch die Ausgestaltung des Steuerventiles als Ventil mit offener Mitte auch ein verhältnismäßig hoher Energiebedarf.
Bei einem weiteren bekannten Lenksystem für Kraftfahrzeuge (DE 196 01 826 Al) ist in die die Lenkhandhabe mit dem auf die lenkbaren Räder wirkenden Lenkgetriebe verbindende Lenkspindel ein Überlagerungsgetriebe eingekoppelt, das elektromotorisch verstellbar ist und über das die über das Überlagerungsgetriebe miteinander verbundenen Lenkspindelteile gegeneinander verdreh¬ bar sind, so dass lenkgetriebeseitig ein aus der Überlagerung des durch den Fahrer eingegebenen Lenkwinkels mit der durch die Verstellung des Überlagerungsgetriebes sich ergebenden Lenkwin¬ keländerung resultierender Lenkwinkel gegeben ist, der durch die variabel ausgelegte mechanische Übersetzung des Lenkgetrie¬ bes als Radstellungswinkel auf die gelenkten Räder übertragen wird. Durch die variabel ausgelegte Übersetzung des Lenkgetrie¬ bes in Verbindung mit den Verstellmöglichkeiten des Überlage¬ rungsgetriebes lassen sich Zusammenhänge zwischen dem fahrer- seitig für die Lenkhandhabe vorgegebenen Lenkradwinkel und dem Radstellungswinkel realisieren, die von unterschiedlichen Para- metern, wie Fahrzustand, Fahrzeuggeschwindigkeit usw. abhängig sein können. Durch derartige Verknüpfungen ergeben sich für die Bedienung durch den Fahrer keine Veränderungen bezüglich der gewohnten Verhältnisse bei Lenkgetrieben mit mechanischer vari¬ abler Übersetzung, es lässt sich aber vermeiden, dass die Len¬ kung bei hohen Fahrgeschwindigkeiten und kleinen Lenkradwinkeln durch zu große Leichtgängigkeit ein schwammiges Verhalten zeigt.
Aus der EP 0 440 638 Bl ist es weiter bekannt, die mit einer Lenkhandhabe verbundene Lenkspindel über ein Drehschieberventil mit dem als Lenkschnecke oder Ritzel ausgebildeten Eingangs¬ glied eines Lenkgetriebes zu verbinden und über das Drehschie¬ berventil den Arbeitskolben eines in das Gehäuse des Lenkge¬ triebes integrierten Servostellers in Abhängigkeit von einer Relativverdrehung zwischen Eingangsglied und Lenkspindel mit Druck momentenabhängig zu beaufschlagen. Über einen mit der Lenkspindel antriebsverbundenen elektrischen Servomotor soll eine Mittenzentrierung des Drehschieberventils erreicht werden und es sollen ferner die seitens der Lenkhandhabe spürbaren Rückwirkungskräfte und damit das fahrerseitig aufzubringende Betätigungsmoment parameterabhängig, also in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, dem Beladungszustand des Fahrzeuges oder dergleichen beeinflusst werden können.
Ein im mechanischen Aufbau ähnliches, aber ohne Servomotor als Hilfskraftlenkung arbeitendes System ist aus der DE 198 29 531 Al bekannt, und es wird bei diesem System Größe und Richtung der Hilfskraftunterstützung sowie die Rückstellung der zu len¬ kenden Räder über ein insbesondere als Proportionalventil ges¬ taltetes, gemeinsames und elektronisch gesteuertes Elektromag¬ netventil bestimmt, und zwar bei Erfassung des jeweiligen Betä¬ tigungsmomentes über einen Drehmomenten- und/oder Lenkkraftsen¬ sor und dessen Verarbeitung in einem Steuergerät, über das ge- gebenenfalls überlagernd Fahrgeschwindigkeit und Giergeschwin¬ digkeit als Steuerparameter berücksichtigt werden. Das Elektro¬ magnetventil kann mit offener oder geschlossener Mitte ausge¬ führt sein, so dass sich durch diese Gestaltung mit einfachen Mitteln auch energiesparende Lösungen einer hohe Lenkpräzision ermöglichenden Hilfskraftlenkung realisieren lassen.
Eine Ausgestaltungsmöglichkeit eines hydraulischen Steuerven¬ tils für eine Hilfskraftlenkung, bei dem die Ventilverstellung mechanisch in unmittelbarer Abhängigkeit von dem über das Lenk¬ getriebe laufenden Lenkmoment dadurch erfolgt, dass das Ein¬ gangsglied des Lenkgetriebes momentenabhängig quer zu seiner Erstreckung verschoben wird, zeigt die EP 0 624 135 Bl. Das Steuerventil ist mit geschlossener Mitte ausgebildet, weist mo¬ mentenabhängig eine im Wesentlichen lineare Kennlinie auf und enthält Sitzventile, deren Achsen sich im Wesentlichen senk¬ recht zum Eingangsglied in dessen momentenabhängiger Verlage¬ rungsrichtung erstrecken.
Ferner ist aus der DE 195 41 749 Cl eine hydraulische Servolen¬ kung für Kraftfahrzeuge bekannt, die - ohne mechanische Verbin¬ dung zwischen Lenkhandhabe und lenkbaren Rädern - als sogenann¬ te steer by wire-Lenkung ausgebildet ist und die, in die Ver¬ bindung des Lenkgetriebes zu den lenkbaren Rädern eingekuppelt, ein Servostellglied aufweist, das über ein Drehschieberventil mit offener Mitte angesteuert ist, welches im Wellenstrang zwi¬ schen einem die Lenkkräfte aufbringenden Elektromotor und dem Lenkgetriebe liegt. Der Elektromotor wird über eine Regelschal¬ tung bestromt, und zwar bei Abweichungen des von einem Ist- Wertgeber erfassten Stellungswinkels der lenkbaren Räder von einem Soll-Wert, der in einem Soll-Wertgeber in Zuordnung zu seitens des Fahrers über die Lenkeingabe vorgegebenen Stellbe¬ fehlen abgelegt ist. Abweichungen vom Soll-Wert haben eine ent- sprechende Verstellung des Drehschieberventils mit dadurch vor¬ gegebener Beaufschlagung des Servostellgliedes zur Folge.
Derartige steer by wire-Lenkungen geben zwar in der konstrukti¬ ven Gestaltung des Fahrzeuges zusätzliche Möglichkeiten, bedin¬ gen aber aus Sicherheitsgründen eine redundante, aufwendige Gestaltung.
Wird der elektromotorische Antrieb einem weiteren Ausführungs¬ beispiel zufolge durch einen hydraulischen Drehantrieb ersetzt, so kompliziert dies den Aufbau nicht unwesentlich, ungeachtet dessen, dass eine entsprechend leistungsstarke hydraulische Versorgung sichergestellt sein muss.
Überlagert zur auf fahrerseitigen Lenkeingaben mit Soll-Ist- Vergleich beruhender Lenkung kann einer weiteren Ausgestaltung zufolge ein fahrerunabhängiger Lenkeingriff als sogenannte Ak¬ tivlenkung in Abhängigkeit von Fahrparametern dadurch reali¬ siert werden, dass der Drehschieber überlagert zu seiner durch fahrerseitige Lenkeingaben vorgegebenen Stellung in seiner Drehstellung verändert wird und dadurch über das Ser- vostellglied in Reaktion auf kritische Fahrparameter die jewei¬ lige Stellung der gelenkten Räder verändert.
Entsprechende, von fahrerseitigen Lenkeingaben unabhängige, für aktive Lenkungen notwendige Radstellungsänderungen sind auch bei Lösungen gemäß der DE 100 23 485 Al vorgesehen, bei der in die mechanische Verbindung zwischen Lenkgetriebe und Lenkeinga¬ be in einer ersten Ausführungsform ein Reduziergetriebe und ein Überlagerungsgetriebe integriert sind, die jeweils elektromoto¬ risch angetrieben und über entsprechende Steuereinheiten ange¬ sprochen sind. Abhängig von dem über einen Drehmomentensensor fahrerseitig auf die Lenkeingabe ausgeübten Betätigungsmoment wird zur Servounterstützung der Lenkbetätigung parameterabhän- gig das in die Lenkspindel eingekoppelte, elektromotorisch an¬ getriebene Reduziergetriebe angesprochen. Entsprechendes gilt für ein zwischen Drehmomentensensor und Reduziergetriebe in die Lenkspindel eingekoppeltes Überlagerungsgetriebe bezogen auf aktive Lenkeingriffe.
In einer weiteren Ausgestaltung wird über die Lenkspindel mo- mentenabhängig ein hydraulisches Steuerventil angesprochen, ü- ber das ein in die Antriebsverbindung zwischen Lenkgetriebe und lenkbaren Rädern eingekoppeltes Servostellglied beaufschlagt wird. Überlagert zu diesen dem Fahrkomfort dienenden Servoein- richtungen ist zwischen Steuerventil und Lenkgetriebe in die Lenkspindel auch bei dieser Lösung ein Überlagerungsgetriebe eingekoppelt, über das, wie vorgeschildert, aktive und fahrer¬ unabhängige Lenkeingriffe vorgenommen werden können.
Eine weitere Ausgestaltung eines Lenksystems, das bei mechani¬ scher Verbindung zwischen Lenkgetriebe und Lenkeingabe mit ser¬ vomotorischer Unterstützung arbeitet und zusätzlich aktive, von fahrerseitigen Vorgaben unabhängige Lenkeingriffe ermöglicht, ist aus der DE 42 43 267 Al bekannt.
Schließlich ist aus der DE 102 45 975 Al ein Lenksystem für Fahrzeuge bekannt, bei dem auf hydraulischer Basis sowohl eine servomotorische Unterstützung möglich ist wie auch aktive Lenk¬ eingriffe, und zwar für beide Zwecke mit der gleichen Hydrau¬ lik. Diese umfasst ein in die Antriebsverbindung zwischen Lenk¬ getriebe und lenkbaren Rädern eingekoppeltes servomotorisches Stellglied in Form eines Stellzylinders, der über ein als Pro¬ portionalventil ausgebildetes Steuerventil mit geschlossener Mitte versorgt wird, das über eine Pumpe mit elektromotori¬ schem, abkuppelbarem Antrieb gespeist ist. Das Steuerventil ist mit einer Rechnereinheit verbunden, in der u. a. drehmomenten- /drehwinkelabhängige Signale einer Sensoreinheit eingespeist werden, die benachbart zur Lenkeingabe der Lenkspindel zugeord¬ net ist. In diese ist auslaufend auf das Lenkgetriebe auch ein Überlagerungsgetriebe integriert, das als Planetentrieb ausge¬ bildet ist und dessen Sonnenrad mit dem zur Lenkeingabe führen¬ den Teil der Lenkspindel verbunden ist, während der Planeten¬ träger in der Verbindung zum Lenkgetriebe liegt. Das Hohlrad kann angetrieben sein, ungebremst drehen oder auch vollständig blockiert werden, u. a. über einen entsprechenden elektromoto¬ rischen Antrieb. Damit ist es bei dem geschilderten Lenksystem möglich, fahrerseitige, über die Lenkeingabe vorgegebene Stell¬ befehle servomotorisch unterstützt auf die lenkbaren Räder zu übertragen, oder auch über das hydraulische Stellglied unabhän¬ gig von fahrerseitigen Lenkeingaben aktiv, z. B. in Abhängig¬ keit von fahrzustandsabhängigen Parametern einzugreifen, wobei letzteres in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Planetentrie¬ bes ohne oder mit verminderter Rückwirkung auf die Lenkeingabe möglich ist.
Bei einem Lenksystem dieser Art lässt sich das Lenkverhalten somit in vielfältiger Weise beeinflussen, wenn auch bei einem konstruktivem und steuertechnischem Aufwand, der sich auch bei verringerten Anforderungen kaum reduzieren lässt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem der eingangs genannten Art ausgehend von einer einfachen Grundbau¬ form, die servokraftunterstützt fahrerseitigen Wunschvorstel¬ lungen für den Lenkkennlinienverlauf gerecht wird, sich mit einfachen Aggregaten energiesparend realisieren lässt und eine geeignete Basis auch für funktional erweiterte Bauformen dar¬ stellt, zu verwirklichen.
Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Ausgangspunkt für die Erfindung ist, dass fahrerseits in Abhän¬ gigkeit von der Höhe des aufzubringenden Betätigungsmomentes aus Komfortgründen ebenso wie aus Gründen einer sicheren Füh¬ rung des Fahrzeuges bei hohen aufzubringenden Lenkkräften eine Servounterstützung gewünscht wird, dass diese Servounterstüt- zung aber auch einen „Wunschverlauf" haben soll, in der Regel über dem aufzubringenden Betätigungsmoment einen etwa parabel- förmigen Verlauf.
Jede derartige Servounterstützung für den Fahrer bedingt einen Energieeinsatz, der die Fahrleistungen beeinträchtigen kann, falls das jeweilige Fahrzeug schwach motorisiert ist. Besonders kritisch wird die Situation, wenn die zur Servounterstützung erforderliche Leistung elektrisch aufgebracht werden soll, in Anbetracht der Vielzahl der elektrischen Verbraucher in Fahr¬ zeugen und der entsprechenden Leistungsanforderungen bei schwa¬ chen Bordnetzen. Berücksichtigt man weiter, dass entsprechende fahrerseitige Ansprüche auch schon bei kleinen Fahrzeugen be¬ stehen, im Rahmen der preislichen Vorgaben, trotz unerlässli- cher Zuverlässigkeit des Systems aber nur funktional verhält¬ nismäßig einfache Aggregate eingesetzt werden können, so kommt es wesentlich darauf an, einen Weg für die Servounterstützung zu finden, mit dem sich Wunschverläufe des fahrerseitig aufzu¬ bringenden Betätigungsmomentes bei minimiertem Energieeinsatz gestalten lassen.
Dies bedingt einmal eine entsprechende Ausgestaltung der Hyd¬ raulik durch Ausbildung des verwendeten Steuerventils als mit geschlossener Mitte arbeitendes Steuerventil. Zum anderen, um auf zusätzliche Betätigungsmittel für das Steuerventil verzich¬ ten zu können, dessen Anordnung im Antriebsstrang der Antriebs¬ verbindung zwischen Lenkeingabe und lenkbaren Rädern. Um bei der Ansteuerung des Steuerventils Verfälschungen zu vermeiden, ist des Weiteren die Antriebsverbindung zumindest in dem Be- reich des Antriebsstranges mechanisch geschlossen ausgebildet, der auf die gelenkten Räder ausläuft und zu dem eingangsseitig der Servomotor angeordnet ist, über den das Betätigungsmoment erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Kennlinie des Steuer- ventiles an den vorgegebenen Wunschverlauf anzupassen ist. Durch diese Art der Anpassung lässt sich der Energieeinsatz mi¬ nimieren und es können auch, da die korrigierend über den Ser¬ vomotor aufzubringenden Rückstellkräfte auf die Lenkeingabe verhältnismäßig klein sind, klein bauende, leichte und billige Servomotoren eingesetzt werden. Insgesamt ist somit für ein Lenksystem eine Grundausgestaltung geschaffen, die sich bei gu¬ ter Funktionalität preisgünstig darstellen lässt und die zudem die Möglichkeit bietet, gewünschtenfalls als Ausbaustufen, wei¬ tere Funktionalitäten in dieses System unter Beibehalt des Grundaufbaus zu integrieren.
Für das Steuerventil erweist sich dabei eine Ausgestaltung als zweckmäßig, bei der die Verstellung des Steuerventils in Abhän¬ gigkeit von drehmomentenabhängigen Verlagerungen der Lenkspin¬ del erfolgt, wie dies an sich bekannt ist und beispielsweise der EP 0 624 135 in einer konstruktiven Ausgestaltungsform zu entnehmen ist.
Bei einer derartigen Lösung ist der Lenkspindel abtriebsseitig als Teil des Lenkgetriebes das Lenkritzel zugeordnet und es ist die Lenkspindel im Eingriffsbereich des Ritzels zu einer Zahnstange quer zu ihrer Erstreckungsrichtung lenkmomentenab- hängig auslenkbar gelagert, und es wird über die entsprechende Auslenkung das Steuerventil angesteuert. Analoge Lösungen las¬ sen sich auch realisieren, wenn anstelle des Ritzels als Ein¬ gangsglied zum Lenkgetriebe eine Lenkschnecke oder dergleichen vorgesehen ist. Zur Vereinfachung des Aufbaus trägt weiter bei, wenn ein Steu¬ erventil Verwendung findet, das über dem als Eingangssteuergrö¬ ße dienenden Moment einen linearen Verlauf aufweist.
Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung notwendige Zuordnung zwischen der Kennlinie des Steuerventils und der dem Wunschver¬ lauf entsprechenden Kennlinie des Betätigungsmomentes wird in bekannter Weise rechnerunterstützt, beispielsweise in einer Re¬ cheneinheit vorgenommen, die die Berücksichtigung und/oder An¬ steuerung durch weitere Parameter ermöglicht, so insbesondere die Berücksichtigung des Drehwinkels der Lenkeingabe und/oder des Betätigungsmomentes .
Wird, in einer Ausbaustufe, zusätzlich ein variables Überset¬ zungsverhältnis in der Antriebsverbindung zwischen Lenkhandhabe und lenkbaren Rädern gewünscht und/oder sollen aktive Lenkein¬ griffe parameterabhängig möglich sein, so lässt sich dies durch zusätzliche Integration eines Überlagerungsgetriebes in den Lenkstrang realisieren, wobei das Überlagerungsgetriebe zweck¬ mäßigerweise zwischen dem Servomotor und benachbart zur Lenk¬ handhabe liegendem Drehwinkel- und/oder Drehmomentensensor liegt und als Planetengetriebe ausgestaltet ist. Die diesbezüg¬ lichen Ausgestaltungsmöglichkeiten sind bekannt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an¬ hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems für Fahrzeuge in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltungs¬ form und
Fig. 2 wiederum schematisiert, in einem Diagramm den Grad der Servounterstützung des verwendeten hydraulischen Servostellgliedes als Druckdifferenz ΔP zwischen den Arbeitskammern des Servostellgliedes über dem fahrer- seitigen Betätigungsmoment der Lenkhandhabe, bezogen auf die Kennlinie eines Steuerventils einerseits und eine fahrerseitige Wunschkennlinie.
Das in Fig. 1 schematisiert dargestellte Lenksystem 1 umfasst eine Lenkhandhabe 2, die über eine Lenkspindel 3 mit einem in einem Lenkgetriebegehäuse 4 angeordneten Lenkgetriebe 5 verbun¬ den ist. Das Lenkgetriebe 5 ist als Zahnstangenlenkung mit ei¬ ner Zahnstange 6 und einem Ritzel 7 ausgebildet, das hier einen Teil der Lenkspindel 3 bildet. Im zum Lenkgetriebegehäuse 4 be¬ nachbarten und einstückig zu diesem ausgebildeten Bereich eines Lenkspindelgehäuses 30 ist die Lenkspindel 3 über Lager 8 und 9 gehalten, die beiderseits der Zahnstange 6 liegen und von denen das Lager 9 in nicht gezeigter Weise verschiebbar geführt ist, was eine entsprechend schwenkbare Abstützung im oder über das Lager 8 voraussetzt.
Im Ausführungsbeispiel zwischen dem benachbart zum Ritzel 7 vorgesehenen Lager 8 und dem nur teilweise dargestellten, auf die Lenkhandhabe 2 auslaufenden Teil der Lenkspindel 3 ist in die Lenkspindel 3 ein Servomotor 10 eingekoppelt, wobei der Servomotor als selbsthemmungsfreier E-Motor ausgebildet ist. Die Ausbildung des Servomotors 10 entspricht bekannten Lösun¬ gen, beispielsweise derart, dass der Motor gegen das Lenkspin¬ delgehäuse 30 abgestützt ist und mit einem Ritzel in eine ent¬ sprechende Gegenverzahnung der Lenkspindel 3 eingreift. Ent¬ sprechend der lediglich schematischen Darstellung des Servomo¬ tors 10 ist auch ein benachbartes, in die Lenkspindel 3 einge¬ koppeltes Überlagerungsgetriebe 11 lediglich angedeutet. Das Überlagerungsgetriebe 11 kann bevorzugt als Planetentrieb aus¬ gebildet sein, dessen Hohlrad eine Antriebs- und/oder Bremsein¬ richtung zugeordnet ist, wobei Antriebs- und Bremseinrichtung durch einen Elektromotor gebildet sein können, der als Brems- und/oder Antriebselement mit gegenläufigen Antriebsrichtungen oder als Freilauf wirkt. Ferner ist mit 12 ein Drehmomenten- und/oder Drehwinkelsensor angedeutet, wobei auf den Servomotor
10 in Richtung auf die Lenkhandhabe 2 das Überlagerungsgetriebe
11 und auf dieses der Drehmomenten- und/oder Drehwinkelsensor
12 folgt, gegebenenfalls zu einer Baueinheit zusammengefasst. Dem Servomotor 10 und dem Überlagerungsgetriebe 11 sind nicht dargestellte Leistungsverbindungen zugeordnet und strichliiert sind Signalverbindungen zwischen dem Servomotor 10, dem Überla¬ gerungsgetriebe 11 und dem oder den Sensoren 12 und einer Re¬ cheneinheit 13 vorgesehen. Die Recheneinheit 13 steht des Wei¬ teren in einer Signalverbindung zum Druckbegrenzungsventil 14 der hydraulischen Versorgungseinheit, die insgesamt mit 15 be¬ zeichnet ist und die einen elektrischen Antriebsmotor 16, eine Pumpe 17, einen Hydrospeicher 18 und weitere Elemente umfasst. Die hydraulische Versorgungseinheit steht über die dargestell¬ ten, nicht bezeichneten Leitungswege mit dem Steuerventil 19 und dem Servostellglied 20 in Verbindung, wobei letzteres einen mit der Zahnstange 6 verkoppelten, und bevorzugt in Flucht zur Zahnstange 6 liegenden Stellzylinder aufweist, in dem über ei¬ nen Stellkolben 21 zwei Arbeitskammern 22 und 23 gegeneinander abgegrenzt sind.
Das Steuerventil 19 umfasst, bei symmetrischem Aufbau, zwei einander gegenüberliegende Ventile 24 und 25, die gleich ausge¬ bildet sind und die jeweils einen druckseitigen Anschluss, ei¬ nen niederdruckseitigen Anschluss und einen Anschluss zu einer der Kammern 22, 23 aufweisen. Der jeweils mittlere, druckseiti¬ ge Anschluss ist über ein Einlasssitzventil 26 gegen den kam- merseitigen Anschluss über ein federbelastetes Ventilglied ab¬ gesperrt, das über eine Durchgangsbohrung den kammerseitigen Anschluss mit dem Anschluss zur Niederdruckseite verbindet, so lange dieser nicht abgesteuert ist. Dies geschieht über das Auslasssitzventil 27, das ein zapfenförmiges Ventilglied um- fasst, über das in seiner Schließlage die Durchgangsbohrung im Ventilglied des Einlassspritzsitzventiles 26 absperrbar ist. Das zapfenförmige Ventilglied beider das Steuerventil 19 bil¬ denden Ventile 24, 25 ist gegen das drehmomentenabhängig aus¬ lenkbare Lager 9 der Ventilspindel 3 abgestützt, schließt bei entsprechender Beaufschlagung die Durchgangsbohrung im federbe¬ lasteten Ventilglied und drückt dieses Ventilglied entgegen der Federbelastung in seine den druckseitigen Anschluss mit der je¬ weiligen Arbeitskammer 22 bzw. 23 verbindende Lage.
Ein Steuerventil 19 dieses Aufbaus weist eine im Wesentlichen lineare Kennlinie 28 auf, wie schematisiert im Diagramm gemäß Fig. 2 veranschaulicht. In diesem ist einmal bezogen auf die Ventilkennlinie 28 die Druckdifferenz zwischen den Arbeitskam¬ mern 22, 23 über dem seitens der Lenkhandhabe 2 anstehenden Mo¬ ment MLR abgetragen, und zum anderen bezogen auf eine sogenannte Wunschkennlinie 29. Diese Wunschkennlinie 29 gibt den Verlauf einer gewünschten Servoverstärkung, als Druckunterschied ΔP erfasst, bezogen auf ein seitens der Lenkhandhabe aufgegebenes Moment MLR wieder, und zeigt, bezogen auf Fig. 2 als Ausfüh¬ rungsbeispiel, dass die Ansteuerung des Steuerventiles 19 mit einem der Wunschkennlinie 29 entsprechenden Moment MLRW eine un¬ erwünscht höhere Servokraft zur Folge hätte. Dem wird erfin¬ dungsgemäß dadurch begegnet, dass der Servomotor 10 angesteuert wird und über den Servomotor 10 auf die Lenkspindel 3 ein Mo¬ ment eingeleitet wird, das dem seitens der Lenkhandhabe 2 vom Fahrer aufgegebenen Moment entgegenwirkt, so dass sich lenkge- triebeseitig ein entsprechend verringertes Moment ergibt, mit der Folge einer verringerten Auslenkung der Lenkspindel 3 und dadurch, wie erläutert, einer Reduzierung der Servounterstüt- zung auf das Maß, das durch die Wunschkennlinie 29 vorgegeben ist. Die Antriebsverbindung ausgehend von der Lenkhandhabe 2 bis zu den nicht dargestellten lenkbaren Rädern ist im Rahmen der Er¬ findung mechanisch geschlossen und zumindest im Wesentlichen drehstarr, somit ist auch ein unverfälschtes Lenkgefühl sicher¬ gestellt.
Wird, gegebenenfalls in einer Ausbaustufe, ein Überlagerungsge¬ triebe 11 vorgesehen, das als Planetengetriebe gestaltet ist, so ist die Lenkspindel 3 im Bereich des Überlagerungsgetriebes 11 aufgetrennt, entsprechend der Verbindung des eingangsseiti- gen Spindelteiles mit dem Sonnenrad und des ausgangsseitigen Spindelteiles mit dem Planetenträger bei Stellzugriff auf das Hohlrad. Bezogen auf jeweilige Fixstellungen des Planetenge¬ triebes ist auch so eine im Wesentlichen drehstarre Antriebs¬ verbindung gegeben, aber bei entsprechend der jeweiligen Stell¬ lage geändertem Verhältnis zwischen eingangsseitig, also sei¬ tens der Lenkhandhabe 2 vorgegebenem Stellwinkel und ausgangs- seitig, d. h. der gelenkten Räder sich einstellendem Radwinkel.
Eine in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene Integration des Überlagerungsgetriebes 11 in den Antriebsstrang lässt sich zu¬ dem bei entsprechender sensorischer Erfassung extremer Fahrzu¬ stände für einen fahrerunabhängigen Stabilitätseingriff durch Einflussnahme auf die lenkbaren Räder, also für eine aktive Lenkung nutzen. Hierbei wird der Radstellungswinkel durch Ver¬ drehung des Hohlrades des Planetentriebes über den dem Überla¬ gerungsgetriebe zugehörigen Elektromotor überlagernd zu den fahrerseitigen Lenkvorgaben verstellt, wobei die Servoun- terstützung bestehen bleibt.

Claims

Patentansprüche
1. Lenksystem für Fahrzeuge, das mit servomotorischer Unter¬ stützung arbeitet, mit einer Lenkhandhabe, mit einer Lenkspindel, mit einem Lenkgetriebe, mit lenkbaren, einer Achse des Fahrzeuges zugehörigen Rädern, mit einer über die Lenkspindel und das Lenkgetriebe laufenden mechanischen Antriebsverbindung der Lenkhandhabe zu den gelenk¬ ten Rädern, mit einem abtriebsseitig mit der Lenkhandhabe antriebsverbunde¬ nen, selbsthemmungsfreien, elektrischen Servomotor, mit in Abhängigkeit von von dem zwischen Lenkspindel und Lenk¬ getriebe übertragenen Lenkmoment angesteuertem hydraulischem Steuerventil und mit einem über das Steuerventil versorgten, zwischen Lenkge¬ triebe und lenkbaren Rädern in die Antriebsstellverbindung ein¬ gekoppeltem Servostellglied, wobei über den Servomotor die Größe des an der Lenkhandhabe fahrerseitig aufzubringenden zu einem radseitigen Lenkmoment korrespondierenden Betätigungsmomentes an einen vorgegebenen Wunschverlauf der Servounterstützung anzupassen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsverbindung zu den lenkbaren Rädern zumindest ausgehend von der Einkopplung des Servomotors (10) in die Lenk- spindel (3) mechanisch geschlossen ausgebildet ist, dass das Steuerventil (19) im Antriebsstrang der Antriebsverbindung liegt und als Ventil mit geschlossener Mitte ausgebildet ist und dass über den Servomotor (10) die Größe des fahrerseitig auf die Lenkhandhabe aufzubringenden Betätigungsmomentes (MLR) in Abhängigkeit von der Kennlinie (28) des Steuerventiles (19) an den einer Wunschkennlinie (29) entsprechenden vorgegebenen Wunschverlauf anzupassen ist.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (19) durch einen lenkmomentenabhängige Verlagerung der Lenkspindel (3) zu ventilseitigen Übertragungs¬ gliedern ansteuerbar ist.
3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkspindel (3) abtriebsseitig als Teil des Lenkge¬ triebes (5) ein Lenkritzel (7) zugeordnet ist und dass die Lenkspindel (3) im Eingriffsbereich des Lenkritzels (7) zu ei¬ ner Zahnstange (6) quer zu ihrer Erstreckung lenkmomentenabhän- gig auslenkbar gelagert ist, wobei durch die Auslenkung das Steuerventil (19) angesteuert ist.
4. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im die Antriebsverbindung bildenden Antriebsstrang im Ü- bergang zwischen Lenkhandhabe (2) und Servomotor (10) benach¬ bart zur Lenkhandhabe (2) ein Drehmomentensensor (12) vorgese¬ hen ist.
5. Lenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem die Antriebsverbindung bildenden Antriebsstrang im Übergang der Lenkhandhabe (2) zum Servomotor (10) ein Überlage¬ rungsgetriebe (11) vorgesehen ist.
6. Lenksystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (11) zwischen dem Drehmomenten¬ sensor (12) und der Einkopplung des Servomotores (10) liegt.
7. Lenksystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (11) durch ein Planetengetriebe mit elektrischem Stellantrieb gebildet ist.
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