DE3541009C2

DE3541009C2 -

Info

Publication number: DE3541009C2
Application number: DE3541009A
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Hiroshima Jp Kanazawa
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-11-19
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1991-02-28
Also published as: US4658927A; DE3541009A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Fahrzeuge mit veränderlichem Lenkverhältnis entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Als Lenkverhältnis wird im folgenden das Verhältnis zwischen dem Einschlagwinkel der lenkbaren Räder - gewöhnlich der Vorderräder - zum Lenkwinkel, gemessen am Lenkrad, verstanden

Bei einem bekannten Lenksystem der vorstehend angegebenen Art (JP-OS 54-1 00 031) ist die Einrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, durch die das Lenkverhältnis veränderbar ist, so gesteuert, daß jeweils eine Veränderung des Lenkverhältnisses proportional zu dem Kehrwert des Quadrats der Fahrgeschwindigkeit vorgenommen wird. Daraus folgt, daß bei niedriger Fahrgeschwindigkeit der Änderungsgradient des Lenkverhältnisses größer ist als bei hoher Fahrgeschwindigkeit.

Es ist weiterhin auch ein Lenksystem bekannt, bei dem die Winkelgeschwindigkeit der Lenkraddrehung ermittelt und in Abhängigkeit davon die Einrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, durch die das Lenkverhältnis veränderbar ist, so gesteuert wird, daß mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit der Lenkraddrehung das Übersetzungsverhältnis erhöht wird, um das Lenkverhältnis zu verringern (DE-OS 31 21 008). Hierdurch soll für den Fahrzeugführer eine angenehmere Charakteristik des Lenkverhaltens erzielt werden, indem beispielsweise zu hastig ausgeführte Lenkbewegungen abgeschwächt werden, und zwar um so stärker, je rascher die Bewegung des Lenkrades erfolgt.

Schließlich ist auch ein geschwindigkeitsabhängiges Lenksystem bekannt (JP-OS 58-2 24 852), bei dem das Lenkverhältnis in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit derart eingestellt wird, daß es bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit herabgesetzt wird. Die Veränderung des Lenkverhältnisses erfolgt dabei linear bezüglich der Fahrgeschwindigkeit, d. h. das Lenkverhältnis wird mit einem festen Änderungsfaktor über den ganzen Fahrgeschwindigkeitsbereich hinweg verstellt. Von Nachteil ist hierbei, daß mit einer linearen Veränderung des Lenkverhältnisses den am Fahrzeug auftretenden Roll- und Gierbewegungen sowie der Seitenbeschleunigung, die alle mit der Fahrgeschwindigkeit nach einer Exponentialfunktion zunehmen, nicht ausreichend Rechnung getragen wird. Das hat zur Folge, daß Roll- und Gierbewegungen am Fahrzeugkörper bei hoher Fahrgeschwindigkeit ausgeprägter als im unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich in Erscheinung treten. Auch kann während der Kurvenfahrt sich der Einschlagwinkel an den gelenkten Rädern verstellen, selbst wenn das Lenkrad festgehalten wird.

Den geschilderten bekannten Lenksystemen ist gemeinsam, daß das Lenkverhältnis nur in Abhängigkeit von einem Parameter verändert wird, um die Fahrsicherheit zu verbessern. Das individuelle Fahrverhalten ist jedoch komplexer. So kann es durchaus vorkommen, daß auch bei Langsamfahrt größere Ausschläge am Lenkrad nicht so rasch vollzogen werden, daß hierdurch das Lenkverhältnis ausreichend groß bleibt, um eine einwandfreie Kurvenfahrt zu ermöglichen. Umgekehrt gibt es auch ein Fahrverhalten, gemäß dem auch bei hoher Fahrgeschwindigkeit Lenkausschläge mit hoher Winkelgeschwindigkeit durchgeführt werden, z. B. dann, wenn sehr schnell einem Hindernis ausgewichen werden muß. Die bekannten Lenksysteme bei denen das Lenkverhältnis in Abhängigkeit nur von der Fahrgeschwindigkeit oder nur von der Winkelgeschwindigkeit der Lenkraddrehung verändert wird, können solchen Gegebenheiten nicht Rechnung tragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lenksystem der eingangs beschriebenen Art, bei dem der Änderungsgradient des Lenkverhältnisses verändert wird, so zu gestalten, daß zusätzliche Sicherheit im Hinblick auf unterschiedliches individuelles Fahrverhalten oder auf Gefahrensituationen bei hoher Fahrgeschwindigkeit gewonnen wird. Dabei soll das Lenksystem einfach aufgebaut sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Ausgestaltung gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Beeinflussung des Änderungsgradienten des mit der Fahrgeschwindigkeit veränderlichen Lenkverhältnisses zusätzlich durch den Drehwinkel am Lenkrad, wobei mit zunehmendem Lenkwinkel der Änderungsgradient des Lenkverhältnisses kleiner wird. Hierdurch wird in allen Fahrgeschwindigkeitsbereichen dem Fahrer ein gleichbleibendes gutes Fahrgefühl vermittelt. Zu diesem Zweck ist die Einrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, durch die das Lenkverhältnis veränderbar ist, so gesteuert, daß das Änderungsausmaß für das fahrgeschwindigkeitsabhängige Lenkverhältnis im unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich größer als in einem oberen Fahrgeschwindigkeitsbereich ist. Zugleich wird aber das Änderungsausmaß für das Lenkverhältnis von dem Drehwinkel am Lenkrad beeinflußt. Hierdurch wird die durch eine Fahrgeschwindigkeitsänderung verursachte Änderung des Einschlagwinkels an den gelenkten Rädern, insbesondere bei einer scharfen Fahrtrichtungsänderung, bei der das Lenkrad stark eingeschlagen ist, reduziert. Dies führt zu einer Verbesserung der Fahrstabilität bei enger Kurvenfahrt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die die Art der Abhängigkeit des Änderungsgradienten von der Fahrgeschwindigkeit und vom Lenkwinkel sowie die gegenständliche Ausbildung des Lenksystems betreffen, sind aus den Unteransprüchen zu entnehmen.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Mechanismus zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, der in dem Lenksystem gemäß Fig. 1 zur Anwendung kommt;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 eine grafische Darstellung, die ein Beispiel für eine Kennlinie wiedergibt, gemäß der die Steuereinrichtung den Mechanismus zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses in dem Lenksystem gemäß Fig. 1 steuert;

Fig. 6 eine grafische Darstellung für ein weiteres Beispiel eines Kennlinienverlaufes, gemäß dem die Steuereinrichtung den Mechanismus zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses in dem Lenksystem gemäß Fig. 1 steuert;

Fig. 7 ein drittes Beispiel für einen Kennlinienverlauf, gemäß dem die Steuereinrichtung den Mechanismus zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses in dem Lenksystem gemäß Fig. 1 steuert, und

Fig. 8 eine Teil-Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels für ein Lenkgetriebe, das in dem Lenksystem nach der Erfindung eingesetzt werden kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lenksystems 101 weist ein Lenkrad 102 auf, das mit dem oberen Ende einer Lenkspindel 3 verbunden ist, weiterhin einen Mechanismus 1 zur Veränderung des Lenkverhältnisses, der mit dem unteren Ende der Lenkspindel 3 antriebsverbunden ist, sowie ein Lenkgetriebe 107, das mit einer später noch im einzelnen zu beschreibenden Abtriebswelle 7 des Mechanismus 1 sowie mit den Vorderrädern 106 über eine gelenkige Anordnung 105 bestehend aus einem Lenkhebel 103 und einer Spurstange 104 oder dgl. in Verbindung steht. Der Mechanismus 1 stellt eine Einrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Lenkspindel 3 und der Abtriebswelle 7 dar.

Der Mechanismus 1 umfaßt gemäß Fig. 2 bis 4 eine Eingangswelle 6, die sich parallel zur Lenkspindel 3 erstreckt und mit der Lenkspindel 3 durch den Kämmeingriff zweier Zahnräder 4 und 5 verbunden ist, von denen das Zahnrad 4 mit der Lenkspindel 3 und das Zahnrad 5 mit der Eingangswelle 6 verbunden ist. Weiterhin sind die Abtriebswelle 7, die axial mit der Eingangswelle 6 fluchtet, sowie ein Differentialgetriebe 8 vorgesehen, das zwischen der Eingangswelle 6 und der Abtriebswelle 7 eingeschaltet ist. Das Differentialgetriebe 8 ist ein Planetengetriebe und umfaßt dementsprechend ein Sonnenrad 9, das fest auf der Eingangswelle 6 sitzt, ein Hohlrad 10, das auf der Abtriebswelle 7 befestigt ist, sowie eine Mehrzahl (im vorliegenden Fall drei) von Planetenrädern 11, die zwischen dem Sonnenrad 9 und dem Hohlrad 10 mit gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.

Außerdem ist ein Planetenradträger 13 vorgesehen, der die Planetenräder 11 mittels Achszapfen 12 lagert. Der Planetenradträger 13 weist einen einstückig damit ausgebildeten Zahnsektor 14 auf, der mit einem an der Welle eines Schrittmotors 15 befestigten Ritzel 16 in Eingriff steht.

Die Drehbewegung des Schrittmotors 15 wird durch eine Steuereinrichtung 17 gesteuert. An dieser liegt ein Geschwindigkeitssignal a einer Detektoreinrichtung in Gestalt eines Fahrgeschwindigkeitsfühlers 18 sowie ein Lenkwinkelsignal b einer Detektoreinrichtung in Gestalt eines Lenkwinkelfühlers 19 an, der den Einschlagwinkel des Lenkrades 102 erfaßt. Die Steuereinrichtung 17 bestimmt das Ausmaß der Drehbewegung (sowie die Drehrichtung), um das der Schrittmotor 15 auf der Grundlage der Signale a und b zu verdrehen ist, und gibt zu diesem Zweck ein Steuersignal c, das dem Drehbetrag des Schrittmotors 15 entspricht, aus.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird der Planetenradträger 13 durch eine Feder 21 in Richtung auf eine Neutralstellung beaufschlagt. Die Feder 21 greift an einem der Achszapfen 12 mit ihrem einen Ende und mit dem anderen Ende an einem Stift 20 an, der an einem geeigneten stationären Teil sitzt.

Wenn das Lenkrad 102 bei fahrendem Fahrzeug eingeschlagen wird, dann wird seine Drehbewegung mittels der Zahnräder 4 und 5 auf die Eingangswelle 6 übertragen und hierdurch auch das Sonnenrad 9 in Drehung versetzt. Zu gleicher Zeit gibt die Steuereinrichtung 17 ein Steuersignal c aus, um den Schrittmotor 15 entsprechend der Fahrgeschwindigkeit und entsprechend dem Einschlagwinkel des Lenkrades 102 zu verdrehen, die jeweils durch die Signale a und b des Fahrgeschwindigkeitsfühlers 18 bzw. des Lenkwinkelfühlers 19 repräsentiert sind. Hierdurch wird der Planetenradträger 13 durch den Eingriff zwischen dem Ritzel 16 und dem Zahnsektor 14 verdreht. Dementsprechend erfährt das Sonnenrad 9 des Differentialgetriebes 8 eine Verdrehung um einen Betrag, der proportional zum Einschlagwinkel des Lenkrades 102 ist, während zu gleicher Zeit der Planetenradträger 13 um ein Ausmaß verdreht wird, das der Drehung des Schrittmotors 15 entspricht. Folglich werden das Hohlrad 10 und demzufolge auch die Abtriebswelle 7 um einen Betrag verdreht, der durch Subtraktion des Drehbetrages des Planetenradträgers 13 von dem Drehbetrag des Sonnenrades 9 oder durch Addition des erstgenannten zu dem letztgenannten Drehbetrag erhalten wird, jeweils abhängig davon, in welcher Richtung der Planetenradträger 13 verdreht wird. Die Vorderräder 106 werden durch das Lenkgetriebe 107 um einen Betrag eingeschlagen, der der Verdrehung der Abtriebswelle 7 entspricht. Auf diese Weise läßt sich durch die Steuerung des Drehbetrages an dem Schrittmotor 15 das Dreh-Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 6 und der Abtriebswelle 7, d. h. der Winkel, um den die Abtriebswelle 7 bei einer Verdrehung der Eingangswelle 6 um einen Einheitswinkel verdreht werden soll, steuern. Folglich kann auch das Lenkverhältnis bzw. das Verhältnis zwischen dem Einschlagwinkel der Vorderräder 106 und dem gegebenen Drehwinkel des Lenkrades 102 gesteuert werden. Auf diese Weise läßt sich das Lenkverhältnis mannigfaltig durch entsprechende Wahl der Beziehung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung 17 zu den Eingangssignalen des Fahrgeschwindigkeitsfühlers 18 und des Lenkwinkelfühlers 19, d. h. den Signalen a und b, verändern. Dabei wird das Lenkverhältnis in Abhängigkeit sowohl von der Fahrgeschwindigkeit als auch von dem Drehwinkel an dem Lenkrad 102 verändert.

Beispielsweise kann das Übersetzungsverhältnis bzw. das Lenkverhältnis bei einer Veränderung der Fahrgeschwindigkeit so verändert werden, daß der Änderungsfaktor für das Lenkverhältnis gemäß Fig. 5 mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit verringert wird. Wenn eine Kennlinie für die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit und dem Übersetzungsverhältnis entsprechend der Darstellung in Fig. 5 vorgegeben ist, dann bedeutet dies, daß das Änderungsausmaß ΔR bezüglich des Übersetzungsverhältnisses bei einem gegebenen Änderungsbetrag ΔV der Fahrgeschwindigkeit mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit größer wird. (Das Änderungsausmaß des Übersetzungsverhältnisses bei niedriger Fahrgeschwindigkeit ist in Fig. 5 mit ΔR1 angegeben, während das Änderungsausmaß des Übersetzungsverhältnisses bei hoher Fahrgeschwindigkeit mit ΔR2 bezeichnet ist).

Eine solche Einstellung ist insofern von Vorteil, als hierdurch das Fahrzeugverhalten, verursacht durch eine Fahrgeschwindigkeitsänderung bei der Kurvenfahrt und bei einem gegebenen Lenkwinkel, über den gesamten Fahrgeschwindigkeitsbereich hinweg weitgehend gleichförmig bleibt. Denn mit einem Einschlagen der Vorderräder bei fahrendem Fahrzeug führt der Fahrzeugkörper aufgrund der Seitenbeschleunigung Roll- oder Gierbewegungen aus, wobei diese Bewegungen sowie die Seitenbeschleunigung, die der Fahrzeugkörper bei einem gegebenen Einschlagwinkel der Räder erfährt, mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit nach einer Exponentialfunktion zunehmen.

Wenn der Änderungsfaktor für das Lenkverhältnis mit Bezug auf die Fahrgeschwindigkeit eine feste Größe ist und der Einschlagwinkel der Räder ebenfalls mit einem festen Betrag über den ganzen Fahrgeschwindigkeitsbereich hinweg bei einer Fahrgeschwindigkeitsänderung und bei einer Einstellung des Lenkrades in einer gegebenen Winkelstellung verändert wird, dann treten Roll- oder Gierbewegungen des Fahrzeugkörpers auf, die im hohen Drehzahlbereich stärker ausgeprägt sind als im niedrigen Drehzahlbereich und sich folglich nachteilig auf das Lenkverhalten des Fahrzeuges insbesondere bei Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit auswirken. Durch die Veränderung des Gradienten der Kennlinie (Änderungsfaktor), d. h. des Lenkverhältnisses gemäß Fig. 5 kann jedoch das Fahrzeugverhalten, verursacht durch Fahrgeschwindigkeitsänderungen während der Kurvenfahrt und bei einem gegebenen Lenkwinkel, weitgehend gleichförmig über den ganzen Geschwindigkeitsbereich beibehalten werden.

Eine Kennlinie für das Übersetzungsverhältnis bezogen auf die Fahrgeschwindigkeit, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, läßt sich beispielsweise auf folgende Weise erzielen: Bezeichnet man den Lenkwinkel (den Einschlagwinkel am Lenkrad), den Einschlagwinkel der Räder und das Übersetzungsverhältnis (oder Geschwindigkeitsverringerungs- Verhältnis = Untersetzungsverhältnis) jeweils mit Rh, Rw und R (R = Rh/Rw) und die Fahrgeschwindigkeit, den Radstand und den Stabilitätsfaktor mit V, l bzw. A, dann gilt für die Seitenbeschleunigung G während einer gleichförmigen Kreis-Kurvenfahrt die Gleichung:

G = V² · Rw/[l (1 + AV²)]

Entsprechend gilt für die Zunahme Ga der Seitenbeschleunigung G bei einem gegebenen Lenkwinkel Rh (Ga = G/Rh) die Gleichung:

Ga = V² · Rw/[Rh · l (1 + AV²)] = V²/[R · l (1 + AV²)]

Das Übersetzungsverhältnis R läßt sich folgendermaßen wiedergeben:

R = V²/[Ga · l (1 + AV²)]

Folglich gilt für die Zunahme Ga der Seitenbeschleunigung unter der Bedingung, daß diese Zunahme unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit konstant bleibt, daß das Übersetzungsverhältnis R der folgenden Gleichung genügt:

R = V²/(α + βV²) (I)

worin α = Ga · l und β = Ga · l · A jeweils eine positive Konstante darstellen.

Durch die Bestimmung der Übersetzungsverhältnis/ Fahrgeschwindigkeit-Charakteristik (gemäß der das Steuergerät 17 den Schrittmotor 15 steuert) auf der Basis der Gleichung (I) läßt sich erreichen, daß die auf den Fahrzeugkörper während der Kurvenfahrt und bei Einstellung des Lenkrades 102 in einer gegebenen Winkelstellung wirkende Seitenbeschleunigung weitgehend konstant und unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit gehalten wird.

Anstelle der Gleichung (I) kann auch die folgende Gleichung (II) verwendet werden, die eine Annäherung der Gleichung (I) ist:

R = α′ · Vⁿ + β′ (II)

wobei α′, β′ positive Konstanten sind und 0 < n < 1 gilt.

Um über den ganzen Fahrgeschwindigkeitsbereich hinweg die Giergeschwindigkeit konstant zu machen, wird die Kennlinie für das Übersetzungsverhältnis bezogen auf die Fahrgeschwindigkeit folgendermaßen bestimmt:

Die Zunahme Gb der Giergeschwindigkeit für einen gegebenen Lenkwinkel Rh (Gb = /Rh) ist durch die folgende Gleichung gegeben:

Gb = (V · Rw/Rh)/l (1 + AV²) = V/R · l · (1 + AV²)

Hierbei kann das Übersetzungsverhältnis R durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

R = V/[Gb · l (1 + AV²)]

Folglich gilt für einen unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit konstanten Wert der Zunahme Gb der Giergeschwindigkeit für das Übersetzungsverhältnis R die nachfolgende Gleichung (III):

R = V/(γ + δV²) (III)

worin γ = Gb · 1 und δ = Gb · 1 · A jeweils positive Konstanten darstellen.

Die Gleichungen (I), (II) und (III) gelten nicht im Bereich sehr niedriger Fahrgeschwindigkeit, weil in diesem Bereich die Änderung des Übersetzungsverhältnisses R zu groß ist, um das Übersetzungsverhältnis zu steuern, und zu gleicher Zeit das Übersetzungsverhältnis R zu klein ist, um es zu erhalten.

Das Übersetzungsverhältnis läßt sich sowohl aufgrund einer Geschwindigkeitsänderung als auch aufgrund einer Änderung des Lenkwinkels verändern, wie in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 nimmt das Übersetzungsverhältnis (das Geschwindigkeits-Verringerungs-Verhältnis) mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit zu, jedoch mit zunehmendem Lenkwinkel ab. Zugleich wird das Änderungsausmaß für das Übersetzungsverhältnis (der Gradient) bezogen auf die Fahrgeschwindigkeit mit zunehmendem Lenkwinkel kleiner, wie sich aus dem Vergleich der Kurven (I) und (II) in Fig. 6 ersehen läßt. Dementsprechend wird der Einschlagwinkel an den Vorderrädern 106 bei einem gegebenen Drehwinkel am Lenkrad 102 (Lenkverhältnis) mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit oder bei kleinerem Lenkwinkel kleiner, wodurch eine ausgezeichnete Fahrstabilität bei hoher Fahrgeschwindigkeit erzielbar ist. Umgekehrt wird dieser Einschlagwinkel größer, wenn sich die Fahrgeschwindigkeit verringert oder der Lenkwinkel größer ist, wodurch das Ansprechen des Fahrzeuges auf die Lenkradbetätigung verbessert wird. Da außerdem bei zunehmendem Lenkwinkel das Änderungsausmaß bezüglich des Geschwindigkeits-Verringerungs- Verhältnisses kleiner ist, ist auch das Änderungsausmaß bezüglich des Einschlagwinkels an den Vorderrädern 106 bei einer Fahrgeschwindigkeitsänderung und bei einem gegebenen Lenkwinkel kleiner, je größer dieser gegebene Lenkwinkel ist. Folglich ändert sich der Einschlagwinkel an den Vorderrädern 106 nur um einen geringfügigen Betrag bei einer Fahrgeschwindigkeitsänderung während scharfer Kurvenfahrt, wodurch eine hinreichende Stabilität während scharfer Kurvenfahrt gewährleistet ist.

Vorzugsweise wird das Ausmaß der Änderung des Geschwindigkeits- Verringerungs-Verhältnisses bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit kleiner gemacht, wie das in Fig. 7 gezeigt ist, so daß der in Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebene Effekt erzielt wird.

Die Beziehung zwischen dem Geschwindigkeits-Verringerungs- Verhältnis und der Fahrgeschwindigkeit sowie dem Lenkwinkel gemäß Fig. 7 kann beispielsweise durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

R = αVⁿ + β - γR^m

in der R, V und R jeweils das Geschwindigkeits-Verringerungs- Verhältnis (Übersetzungsverhältnis), die Fahrgeschwindigkeit und den Lenkwinkel und α, β und γ jeweils positive Konstanten bedeuten; außerdem gilt 0 < n < 1 und m = aV^k + b < 0 (a, b, k < 0).

Wenn das Lenkgetriebe 107 ein drehzahlveränderliches Getriebe ist, wie ein solches in Fig. 8 gezeigt ist, dann braucht die Steuereinrichtung 17 lediglich den Mechanismus 1 für die Veränderung des Lenkverhältnisses entsprechend der Fahrgeschwindigkeit zu steuern, um die in den Fig. 6 bzw. 7 gezeigten Kennfelder für das Lenkverhältnis zu erhalten. Bei einem Lenkgetriebe 107a dieser Bauart ändert sich das Übersetzungsverhältnis (Eingriffsverhältnis) mit dem Lenkverhältnis. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, umfaßt das Lenkgetriebe 107a mit variablem Übersetzungsverhältnis einen Gewindeabschnitt 7a an dem freien Ende der Abtriebswelle 7, eine Wandermutter 31, die mittels einer Anzahl von nicht gezeigten Kugeln im Schraubeingriff mit dem Gewindeabschnitt 7a steht und an ihrer Außenseite als Zahnstange 31a gestaltet ist, und einen Zahnsektor 32, der an einer Sektorwelle 33 sitzt, welche wiederum an dem Lenkhebel 103 befestigt ist. Der Zahnsektor 32 kämmt mit der Zahnstange 31a an der Wandermutter 31. Bei einer Drehung der Abtriebswelle 7 verstellt sich die Wandermutter 31 (in Fig. 8) nach rechts oder links, so daß dadurch der Zahnsektor 32 zusammen mit der Sektorwelle 33 verdreht wird und dadurch den Lenkhebel 103 verschwenkt. Der Zahnsektor 32 besitzt eine ungleichmäßige Verzahnung und der Teilkreisdurchmesser des Zahnsektors 32 hat in dem durch a gekennzeichneten Zentrum sein Maximum und verringert sich zu den Enden hin, was durch den mit b bezeichneten Teilkreisdurchmesser angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Übersetzungsverhältnis verringert (oder die Verdrehung des Zahnsektors 32 erhöht), sobald die Verdrehung der Abtriebswelle 7 des Mechanismus 1 zur Veränderung des Lenkverhältnisses zunimmt. Folglich kann durch geeignete Auswahl der durch die Durchmesser a und b angegebenen Teilkreisdurchmesser das Lenkverhältnis, das bereits in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit durch den Mechanismus 1 verändert worden ist, zusätzlich in Abhängigkeit vom Lenkwinkel entsprechend den Kennfeldern in den Fig. 6 oder 7 verändert werden.

Diese Anordnung ist insofern von Vorteil, als die Steuereinrichtung einfach aufgebaut sein kann. Denn diese braucht lediglich den Mechanismus 1 zur Veränderung des Lenkverhältnisses in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit zu steuern, wobei aber trotzdem das Lenkverhältnis sowohl in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit als auch von dem Lenkwinkel steuerbar ist, ohne daß der Herstellungsaufwand dadurch merklich erhöht wird.

Obwohl das Lenkgetriebe 107a mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß Fig. 8 eine sog. Kugelmutter beinhaltet, kann im Rahmen der Erfindung auch ein Zahnstangen/Ritzel- Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis eingesetzt werden, bei dem die Teilung der Zahnstange ungleichmäßig gewählt ist.

Wie oben erläutert, wird der Planetenradträger 13 durch die Feder 21 in Richtung auf die Neutralstellung beaufschlagt (s. Fig. 2 und 3). Wenn der Planetenradträger 13 durch den Schrittmotor 15 verstellt wird, dehnt die Feder 21 sich aus bzw. zieht sich zusammen, um hierdurch die Verdrehung des Planetenradträgers 13 zu gestatten. Fällt der Schrittmotor 15 beispielsweise aus und wird der Planetenradträger 13 freigegeben, dann könnte die Drehung des Sonnenrades 9 ohne die Feder 21 nicht auf das Hohlrad 10 übertragen werden. Diese Feder 21 hält den Planetenradträger 13 in seiner Neutralstellung, sobald der Schrittmotor 15 außer Antriebsverbindung mit dem Planetenradträger 13 kommt, so daß das Sonnenrad 9, die Planetenräder 12 und das Hohlrad 10 als fester Getriebezug wirken. Folglich kann die Lenkkraft auch dann zum Zweck der Lenkung des Fahrzeuges auf die Vorderräder 106 übertragen werden, wenn der Schrittmotor 15 oder die Steuereinrichtung 17 ausfällt und die Antriebsverbindung zum Planetenradträger 13 aufgehoben ist.

Claims

1. Lenksystem für Fahrzeuge, mit einer zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern angeordneten Einrichtung (1, 107) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses (R), durch die das Lenkverhältnis veränderbar ist, mit einer Detektoreinrichtung (18) für die Fahrgeschwindigkeit und mit einer Steuereinrichtung (17), die aufgrund eines Geschwindigkeitssignals der Detektoreinrichtung (18) die Einrichtung (1, 107) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses (R) im Sinne einer Verringerung des Lenkverhältnisses bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit (V) so steuert, daß der Änderungsgradient des Lenkverhältnisses in einem niedrigen Fahrgeschwindigkeitsbereich größer als in einem hohen Fahrgeschwindigkeitsbereich ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Detektoreinrichtung (19) für den Lenkwinkel vorgesehen ist und die Steuereinrichtung (17) aufgrund eines Lenkwinkelsignals der Detektoreinrichtung (19) für den Lenkwinkel die Einrichtung (1, 107) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses (R) derart steuert, daß der Änderungsgradient des mit der Fahrgeschwindigkeit (V) veränderlichen Lenkverhältnisses mit zunehmendem Lenkwinkel kleiner wird.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) die Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß das Übersetzungsverhältnis (R) entsprechend der Gleichung R = V²/(α + βV²) verändert wird, wobei R und V das Übersetzungsverhältnis bzw. die Fahrgeschwindigkeit sowie α und β Konstanten bezeichnen, die das Produkt aus der Zunahme der Seitenbeschleunigung bei einem gegebenen Lenkwinkel und dem Radstand des Fahrzeuges bzw. das Produkt aus der Zunahme der Seitenbeschleunigung bei einem gegebenen Lenkwinkel, dem Radstand des Fahrzeuges und einem Stabilitätsfaktor sind.

3. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) die Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß das Übersetzungsverhältnis entsprechend der Gleichung R = α′ Vⁿ + β′verändert wird, wobei R und V das Übersetzungsverhältnis bzw. die Fahrgeschwindigkeit und α′ und β′ positive Konstanten bezeichnen, die auf die Zunahme der Seitenbeschleunigung bei einem gegebenen Lenkwinkel bezogen sind, und wobei für n 0 < n < 1 gilt.

4. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) die Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß das Übersetzungsverhältnis entsprechend der Gleichung R = V/(γ + δV²)verändert wird, wobei R und V das Übersetzungsverhältnis bzw. die Fahrgeschwindigkeit und γ und δ Konstanten bezeichnen, die das Produkt aus der Zunahme der Giergeschwindigkeit bei einem gegebenen Lenkwinkel und dem Radstand des Fahrzeuges bzw. das Produkt aus der Zunahme der Giergeschwindigkeit bei einem gegebenen Lenkwinkel, dem Radstand des Fahrzeuges und einem Stabilitätsfaktor sind.

5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen das Lenkrad (102) und das Lenkgetriebe (107) ein Differentialgetriebe eingesetzt ist, das ein mit dem Lenkrad (102) verbundenes Antriebs-Getriebeelement (9), ein mit dem Lenkgetriebe (107) verbundenes Abtriebs-Getriebeelement (10) und ein eine Reaktionskraft übertragendes Getriebeelement (11) aufweist, und daß eine Betätigungseinrichtung (13-16) vorgesehen ist, die aufgrund eines Steuersignals der Steuereinrichtung (17) eine Drehung des eine Reaktionskraft übertragenden Getriebeelements (11) so steuert, daß zur Verringerung des Lenkverhältnisses bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit das Übersetzungsverhältnis erhöht wird.

6. Lenksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (9), einem Hohlrad (10) und einem Planetenrad (11) ist.

7. Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (9) mit dem Lenkrad (102), das Hohlrad (10) mit dem Lenkgetriebe (107) und das Planetenrad (11) mit der Betätigungseinrichtung (13-16) verbunden sind.

8. Lenksystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Reaktionskraft übertragende Getriebeelement (11) durch eine Feder (21) in Richtung auf eine Neutralstellung beaufschlagt ist.

9. Lenksystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkgetriebe (107) ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis ist, dessen Übersetzungsverhältnis mit dem Lenkwinkel veränderbar ist.