DE4207719C2

DE4207719C2 - Fremdkraft-Lenkanlage für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4207719C2
Application number: DE19924207719
Authority: DE
Inventors: Dieter Elser; Thomas Ebenhoech; Werner Tischer; Klaus Rief; Walter Kogel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: DE4207719A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fremdkraft-Lenkanlage für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dabei wird die Lenkkraft ausschließlich von einer Energiequelle, ausgenommen die menschliche Muskelkraft, aufgebracht. An eine Lenkspindel ist eine Betätigungseinrichtung angeschlossen, durch die eine Stelleinrichtung für die Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder gesteuert wird. Die Betätigungseinrichtung wird durch eine Rückstelleinrichtung . in ihre Neutralstellung zentriert.

Eine derartige Fremdkraft-Lenkanlage ist bekannt aus der DE 36 07 709 C2. Definitionsgemäß hat eine solche Fremdkraft-Lenkanlage keine mechanische Verbindung vom Lenkhandrad zu den gelenkten Fahrzeugrädern. In diesem Fall handelt es sich um eine hydrostatische Lenkanlage. Die Muskelkraft des Fahrers dient lediglich zum Verstellen eines Drehschiebers der Betätigungseinrichtung. Aus diesem Grunde ist das Fahrzeug bei einer Störung der Lenkanlage nicht mehr manövrierfähig. Die Einsatzgebiete einer derartigen Lenkanlage liegen deshalb vorwiegend bei langsam fahrenden Arbeitsmaschinen mit einer Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h.

Die zusätzlichen Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch 1 sind bekannt aus DE 40 09 400 A1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fremdkraft-Lenkanlage zu schaffen, bei der bei Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel eine Erhöhung des Rückwirkmomentes erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Fremdkraft-Lenkanlage gelöst.

Die Betätigungseinrichtung enthält wenigstens einen Lenkwinkelsensor für die durch mehrfache Redundanz sichergestellte Ermittlung eines Soll-Wertes für die Steuerung der Stelleinrichtung. Die Betätigungseinrichtung enthält einen Elektromotor für die Erzeugung eines auf die Lenkspindel wirkenden Rückwirkmomentes. Der Elektromotor und damit das Rückwirkmoment wird in Abhängigkeit von wenigstens einem aus dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ermittelten Parameter gesteuert.

Durch einen in sich redundanten Lenkwinkelsensor bzw. durch redundante Anordnung zweier Lenkwinkelsensoren ist die Sicherheit auch bei einer Fehlfunktion eines der beiden Lenkwinkelsensoren gewährleistet. Das erzeugte Rückwirkmoment gibt dem Fahrer ein gutes und sicheres Lenk- und Fahrgefühl, so daß auch höhere Geschwindigkeiten zugelassen werden können.

Zwei Lenkwinkelsensoren sind für einen sicheren Antrieb derart angeordnet, daß einer der Lenkwinkelsensoren direkt an der Lenkspindel angeordnet ist, während der andere Lenkwinkelsensor durch eine Stirnrad-Übersetzungsstufe mit der Lenkspindel verbunden ist. Dabei kann einer der Lenkwinkelsensoren für eine Feinauflösung und der andere für eine Grobauflösung ausgelegt sein. Es ist aber auch möglich, beide Auflösungsarten zusammen in den Lenkwinkelsensoren vorzusehen. Für eine Rückmeldung der Stellung der zu lenkenden Fahrzeugräder enthält die Stellvorrichtung wenigstens einen Sensor. Dort werden Parameter ermittelt für die Stellung der Fahrzeugräder. Mit Hilfe beispielsweise dieser Parameter wird der Elektromotor in der Betätigungs einrichtung zur Erzeugung des Rückwirkmomentes gesteuert.

Durch die Verwendung eines Elektromotors in der Betätigungs einrichtung ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß in der Fahrerkabine nur "saubere" Energie verwendet wird. Der Elektromotor kann direkt oder über eine Übersetzungsstufe auf die Lenkspindel einwirken. Dadurch läßt sich die Größe des Elektromotors und die Charakteristik des Rückwirkmomentes in Grenzen frei wählen.

Zur Lenkwinkelbegrenzung sind in der Betätigungseinrichtung für beide Lenkrichtungen Anschläge vorgesehen. Diese Anschläge sind als "elektronische Anschläge" derart ausgebildet, daß bei Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel dem Elektromotor ein Signal zur Erhöhung des Rückwirkmomentes zugeführt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Betätigungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Fremdkraft- Lenkanlage;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Betätigungseinrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Die Fremdkraft-Lenkanlage besteht gemäß Fig. 1 im wesentlichen aus einer Betätigungseinrichtung 1 und wenigstens einer Stelleinrichtung 2 für die Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder 3.

Die Betätigungseinrichtung 1 enthält eine Lenkspindel 4, die in einem Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. Die Lenkspindel 4 trägt einen ersten Lenkwinkelsensor 6 und eine Ritzelverzahnung 7. Die Ritzelverzahnung 7 kämmt mit einer Innenverzahnung 8 eines Hohlrades 10. Die Innenverzahnung 8 kämmt mit einer Antriebsverzahnung 11 eines zweiten Lenkwinkelsensors 12.

An dem Hohlrad 10 sind zwei Stifte 13 und 14 (nicht sichtbar) angeordnet, die mit zwei mechanischen Anschlägen 15 und 16 (nicht sichtbar) zusammenwirken. Die Anschläge 15 und 16 sind im Gehäuse 1 auf zwei Spindeln 17 und 18 einstellbar.

Die Betätigungseinrichtung 1 enthält zusätzlich eine Rückstelleinrichtung 20. Die Rückstelleinrichtung 20 besteht aus einem Elektromotor 21, der über eine Abtriebsverzahnung ein Zahnrad 23 antreiben kann, das mit der Lenkspindel 4 drehfest verbunden ist. Die Rückstelleinrichtung 20 ist gleichzeitig eine Rückwirkeinrichtung, die im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert wird.

Von den Lenkwinkelsensoren 6 und 12 führen Signalleitungen 24, 25 bzw. 26, 27 zu einer zentralen Elektronikeinheit 28, die zur Verarbeitung, zur Verstärkung und zur Weiterleitung von Signalen eingerichtet ist. Zwei Signalleitungen 30 und 31 dienen zur Ansteuerung des Elektromotors 21.

Die Stelleinrichtung 2 besteht im wesentlichen aus einem Stellmotor 32, der über ein Proportionalventil 33 von einer Druckmittelquelle 34 beaufschlagt werden kann. Die Steuerung erfolgt über zwei Signalleitungen 35 und 36, die die zentrale Elektronikeinheit 28 mit dem Proportionalventil 33 verbinden. In der Stelleinrichtung 2, zweckmäßigerweise an dem Stellmotor 32, ist ein Sensor 37 angebracht für die Ermittlung eines Parameters für die Stellung der Fahrzeugräder und für dessen Weiterleitung über eine Signalleitung 38 an die zentrale Elektronikeinheit 28 und damit an den Elektromotor 21 der Betätigungseinrichtung 1.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 können die Anschläge 15 (und 16) durch folgende Maßnahmen entfallen:
Die mechanischen Anschläge sind als "elektronische Anschläge" in dem ersten Lenkwinkelsensor 6 derart untergebracht, daß beim Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel 4 und damit des Lenkwinkelsensors 6 die zentrale Elektronikeinheit 28 diesen Verdrehwinkel erkennt und ein Signal zur Erhöhung des Rückwirkmomentes des Elektromotors 21 erzeugt. Der zweite Lenkwinkelsensor 12 wird von dem Stirnrad 23 der Rückstelleinrichtung 20 angetrieben.

Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Fremdkraft-Lenkanlage anhand des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 erläutert: Verdreht man über ein nicht dargestelltes Lenkhandrad die Lenkspindel 4, so erzeugen die Lenkwinkel sensoren 6 und 12 Signale, die einem Ist-Wert entsprechen. Diese Signale werden der zentralen Elektronikeinheit 28 zugeführt und nach der entsprechenden Verarbeitung und Verstärkung an das Proportionalventil 33 weitergeleitet. Das Proportionalventil 33 wird entsprechend verstellt, so daß der eine oder andere Druckraum des Stellmotors 32 mit Druckmittel beaufschlagt wird und die Fahrzeugräder 3 entsprechend verstellt werden. Über den Sensor 37 wird die Stellung der Fahrzeugräder 3 an die Elektronikeinheit 28 zurückgemeldet. Entsprechend diesem Signal und gegebenenfalls entsprechend weiterer Signale, die über den Fahrzustand des Fahrzeuges Auskunft geben, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindikeit, den Beladungszustand, die Fahrbahnbeschaffenheit oder andere, wird der Elektromotor 21 angeregt, ein diesen Zuständen ent sprechendes Rückwirkmoment auf die Lenkspindel 4 zu erzeugen. Zu dem Fahrzustand des Fahrzeugs gehören außerdem noch die Meßgrößen der jeweiligen Lenksituation, wie beispielsweise die Lenkgeschwindigkeit, die Stellung des Lenkhandrades u. a.

Claims

1. Fremdkraft-Lenkanlage für Kraftfahrzeuge, bei der die Lenkkraft ausschließlich von wenigstens einer Energiequelle, ausgenommen die menschliche Muskelkraft, aufgebracht wird,
mit einer Betätigungseinrichtung (1), die an einer Lenkspindel (4) angeschlossen ist und
mit einer durch die Betätigungseinrichtung (1) steuerbaren Stelleinrichtung (2) für die Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder (3), wobei die Betätigungs einrichtung (1) eine Rückstelleinrichtung (20) enthält,
wobei die Betätigungseinrichtung (1) wenigstens einen Lenkwinkelsensor (6, 12) enthält für die durch Redundanz sichergestellte Ermittlung des Sollwertes für die Steuerung der Stelleinrichtung (2),
wobei die Meßwerte der Lenkwinkelsensoren (6, 12) über eine zentrale Elektronikeinheit (28) der Stellein richtung (2) zugeführt werden,
wobei die Betätigungseinrichtung (1) einen Elektromotor (21) enthält für die Erzeugung eines auf die Lenkspindel (4) wirkenden Rückwirkmomentes und
wobei der Elektromotor (21) und damit das Rückwirkmoment in Abhängigkeit von wenigstens einem aus dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ermittelten Parameter gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß für beide Lenkrichtungen je ein Anschlag vorgesehen ist, der in dem Lenkwinkelsensor (6) als elektronischer Anschlag derart ausgebildet ist, daß beim Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel (4) und damit des Lenkwinkelsensors (6) die zentrale Elektronikeinheit (28) diesen Verdrehwinkel erkennt und ein Signal erzeugt, das dem Elektromotor (21) zur Erhöhung des Rückwirkmomentes zugeführt wird.

2. Fremdkraft-Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung (1) wenigstens zwei Lenkwinkelsensoren (6, 12) enthält,
daß einer (6) der Lenkwinkelsensoren zur direkten Messung des Verdrehwinkels der Lenkspindel (4) an der Lenkspindel (4) angeordnet ist und
daß der andere Lenkwinkelsensor (12) durch eine Stirnradübersetzungsstufe (7, 8, 10; 23) mit der Lenkspindel (4) verbunden ist.

3. Fremdkraft-Lenkanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stelleinrichtung (2) wenigstens einen Stellmotor (32) enthält mit einer Übertragungseinrichtung für die Verstellung der zu lenkenden Fahrzeugräder (3) und
daß die Stelleinrichtung (2) wenigstens einen Sensor (37) enthält für die Ermittlung wenigstens eines Parameters für die Stellung der Fahrzeugräder (3) und für dessen Weiterleitung an den Elektromotor (21) der Betätigungseinrichtung (1).

4. Fremdkraft-Lenkanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (21) über eine mechanische Übersetzungsstufe, insbesondere eine Stirnradstufe (22, 23), mit der Lenkspindel (4) verbunden ist.