WO2005100130A1 - Lenksystem - Google Patents

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Publication number
WO2005100130A1
WO2005100130A1 PCT/EP2005/003354 EP2005003354W WO2005100130A1 WO 2005100130 A1 WO2005100130 A1 WO 2005100130A1 EP 2005003354 W EP2005003354 W EP 2005003354W WO 2005100130 A1 WO2005100130 A1 WO 2005100130A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steering
steering system
actuating device
steering column
steering wheel
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/003354
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Ammon
Michael Decker
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
Priority to US11/578,422 priority Critical patent/US20080087491A1/en
Publication of WO2005100130A1 publication Critical patent/WO2005100130A1/de

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Classifications

    • 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
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Definitions

  • the invention relates to steering system according to the preamble of patent claim 1.
  • the steering wheel of the vehicle is mechanically coupled to the steerable vehicle wheels.
  • DE 102 20 123 AI shows an overlay steering system with an overlay device.
  • the handle size generated by the steering actuation of the steering handle and an overlay size generated by an overlay divider are overlaid by the overlay device to form an output size.
  • the steering angle on the steerable vehicle wheels is adjusted by a steering actuator in accordance with the output variable.
  • the actuating device has two friction elements which can be brought into frictional contact, the actuating device holding torque being changeable and depending on the frictional force generated between the two friction elements.
  • the reaction torque which is caused during the actuation of the superposition actuator and acts back on the steering wheel can be reduced and, if desired, also compensated for. Due to the type of design of the actuating device, so to speak, as a friction brake or friction clutch element, there is the possibility of simple and inexpensive implementation of the actuating device.
  • steering system it is possible to undertake driving dynamics interventions. It is known, for example, to influence the steering alternatively or in addition to actuating the brakes by dynamic vehicle systems, such as ESP systems, if the vehicle has an actual yaw rate that deviates from the target yaw rate. Steering interventions of this type can be carried out with the steering system according to the invention without the driver having irritating repercussions from the active steering intervention on the steering handle.
  • driving dynamics interventions It is known, for example, to influence the steering alternatively or in addition to actuating the brakes by dynamic vehicle systems, such as ESP systems, if the vehicle has an actual yaw rate that deviates from the target yaw rate.
  • Steering interventions of this type can be carried out with the steering system according to the invention without the driver having irritating repercussions from the active steering intervention on the steering handle.
  • the reaction torque would not be able to be influenced by a driver-independent steering intervention on the steering wheel.
  • the reaction torque would be set in a steering intervention - for example, independently by the driver Additional steering angle or additional steering torque set independently by the driver - depending on the transmission ratio mechanically determined by the design of the steering system.
  • the driver is supported by the steering system according to the invention when steering his vehicle and is not irritated or unsettled by unexpected reaction moments on the steering wheel.
  • comfort can be increased by the steering system according to the invention.
  • transverse dynamic disturbance variables acting on the vehicle can be suppressed in a targeted manner without disturbing reactions on the steering wheel.
  • the straight running of the vehicle can be improved and interference torques transmitted from the wheels to the steering wheel, e.g. due to bumps in the roadway can be reduced.
  • a target reaction torque is fixed or the parameters are predefined and the reaction torque is set in accordance with the target reaction torque. This measure allows desired reaction moments for haptic driver information about the current Adjust the hurried driving situation of the vehicle without the risk of irritation to the driver.
  • the target reaction torque can also be approximately equal to zero, in which case no reaction is felt on the steering wheel.
  • the actuating device acts on the first steering column section connecting the steering wheel and the superimposition device.
  • first friction element is displaceable relative to the second friction element and the second friction element is arranged in a stationary manner with respect to at least a section of the steering column means that a simple design can be achieved since only one of the friction elements is displaceably mounted.
  • the actuating device can contain a friction clutch that has the two friction elements and is inserted into the steering column. The greater the friction torque, the greater the torque that can be transmitted through the friction clutch.
  • the steering system is designed as an electrical, hydraulic or electro-hydraulic power steering system.
  • the actuating device can be part of the auxiliary power device, so that components of the power steering system that already exist in any case are simultaneously used as the adjusting device. The component and cost expenditure can thereby be reduced.
  • the actuating device can also be designed to be fluid-actuated, as a result of which actuating device holding moments that are greater in terms of amount can be achieved than with an electrically actuated actuating device.
  • the first friction element prefferably be formed by a sealing arrangement which, on the one hand, rests on the steering column and, on the other hand, on a housing part surrounding the steering column and arranged in a rotationally fixed manner relative to the steering column and which causes a frictional force between the steering column and the housing part, the amount of which depends can be changed by a fluid pressure acting on the sealing arrangement.
  • the space requirement is very small in this version.
  • the actuating device has a braking device, in particular a disc brake device.
  • the actuating device holding torque is easy to dose.
  • a high degree of operational safety can be achieved with a simple construction.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a steering system designed as a hydraulic power steering system with an overlay device
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of an actuating device which has a friction clutch
  • Fig. 3 is a schematic representation of a second embodiment of an actuating device with a disc brake device and Fig. 4 is a schematic representation of a third embodiment of an actuating device with a sealing arrangement.
  • a steering system 1 which has a steering wheel 2, which is connected via a steering column 3 to a steering actuator 10, which is provided for adjusting the steering angle ⁇ L on the steerable vehicle wheels 11.
  • the steering system 1 also has an overlay device 6, which is connected to the steering wheel 2 via a first section 7 of the steering column 3.
  • the superimposition device 6 is connected to the steering actuator 10 via a second section 8 and, for example, a hydraulic auxiliary device 9.
  • the superimposition device 6 is implemented as a superposition gear in all of the exemplary embodiments shown here.
  • the hydraulic auxiliary device 9 has an adjusting element 15 which adjusts the valve opening of a steering valve 16 of the auxiliary device 9 as a function of an actuating variable.
  • a first control line 17 and a second control line 18 connect the steering valve 16 to the steering actuator 10.
  • the steering valve 16 Via a supply line 19, the steering valve 16 is connected to a pressure source 20, for example to the pressure side of a motor-pump unit 21.
  • a return line 22 connects the steering valve 16 to a reservoir 23.
  • the setting element 15 is formed by a torsion bar which, as an actuation variable, detects the actuation torque or the actuation angle applied to the second section 8 of the steering column 3.
  • the valve opening of the steering valve 16 is varied depending on the direction and the amount of the actuation variable. As a result, the supply size caused an assistant to operate the steering actuator 10.
  • the superimposition device 6 is connected to an overlay actuator 26 which can be controlled by a control device 25.
  • the overlay divider 26 can be formed by an electric motor and generates an overlay variable U, which is formed, for example, from an overlay angle and is mechanically transmitted to the overlay device 6.
  • the control device 25 also controls an actuating device 27, which can also be formed by an electric motor and which serves to reduce or compensate the reaction torque MR which the driver can feel on the steering wheel 2.
  • an actuating device holding torque MH can be generated via the actuating device 27, which acts on the first section 7 of the steering column 3.
  • the control device 25 determines which overlay variable U and which actuating device holding torque MH is to be set. As a result, the reaction torque MR acting on the steering wheel 2 can be reduced to the desired level or fully compensated.
  • Such input signals in particular input signals describing the current longitudinal and / or transverse dynamic state of the vehicle, can either be sensed in the vehicle or determined from sensor variables. In modern vehicles, many such input variables are already available on a vehicle data bus. In a driver-independent steering intervention, a reaction torque MR acting back on the steering wheel is caused, which in the present invention results from a superimposition torque MU caused by the overlay actuator and the actuating device holding torque MH.
  • the desired target reaction torque can also be non-zero in terms of amount in order to give the driver a desired haptic feedback via the driver independent steering intervention. If the target reaction torque MR is chosen to be approximately zero in terms of amount, the actuating device holding torque MH must be selected such that the superimposition torque MU is compensated for.
  • the setpoint reaction torque As an alternative to the possibility of specifying the setpoint reaction torque in a fixed manner, it is also possible to set the setpoint reaction torque depending on parameters by means of a characteristic curve and / or a characteristic diagram and / or a calculation model.
  • One or more of the following variables or correlated variables can be used as parameters: longitudinal vehicle speed, longitudinal vehicle acceleration, lateral vehicle acceleration, yaw rate, wheel speeds, steering wheel angle, steering wheel angular velocity, angular velocity at the output of the superimposition device 6 or the second section 8 of the steering column 3, angular velocity one on the steering actuator 10 engaging pinion, the auxiliary force provided on the steering actuator 10 via the auxiliary force device 9, the hydraulic pressures prevailing in the control lines 17, 18 or in the steering actuator in the case of a hydraulic auxiliary force device 9, the steering torque on the steerable vehicle wheels 11, the motor current of the superposition actuator 26 designed as an electric motor or the actuating device 27 embodied as an electric motor, the actuating device holding torque MH, the superimposition torque
  • the characteristic curve, the map or the calculation model can also be updated while driving.
  • the auxiliary power device 9 could be arranged in the first section 7 of the steering column 3, so that the second section 8 of the steering column 3 connects the output of the superimposition device 6 directly to the input of the steering actuator 10.
  • the actuating device 27 can engage between the steering wheel 2 and the auxiliary power device 9 and / or between the auxiliary power device 9 and the superimposition device 6 on the first section 7 of the steering column.
  • the steering system 1 could also be designed as an electric power steering system.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the adjusting device 27, which is designed as a friction clutch 38.
  • the first section 7 of the steering column 3, which is connected to the steering wheel 2 is interrupted, whereby a first section part 40 connected to the steering wheel 2 and a second section part 41 connected to the superimposition device 6 are formed.
  • the actuating device 27 has a first friction element 42 and a second friction element 43.
  • the two friction elements 42, 43 are arranged between the two section parts 40, 41, the first friction element 42 being connected to or being formed by the free end of the first section part 40 and the second friction element 43 being connected to the free end of the second section part 41 ,
  • the friction clutch 38 also has a clutch wedge 47 which can be displaced by a clutch motor 45 essentially in the direction 46 of the steering column 3.
  • the coupling wedge 47 tapers in the direction 46 and thereby forms a wedge surface 48 which runs obliquely to the direction 46.
  • An elastic actuating element 49 is supported on the wedge surface 48, the other end of which is connected to the free end of the first section part 40 of the first section 7 of the steering column 3 and thus connected to the first friction element 42.
  • a play in the friction clutch 38 can be compensated for by the elasticity of the actuating element 49.
  • the actuating part 49 is pressed more or less strongly against the first friction element 42, as a result of which the contact pressure between the first friction element 42 and the second friction element 43 can be increased or reduced. If the contact force between the friction elements 42, 43 is low or equal to zero, little or no torque can be transmitted between the two section parts 40 and 41. be transferred. The friction clutch 38 is then in its open state. The reaction torque MR, which is transmitted from the second section element 41 to the steering wheel 2 via the first section element 40, is therefore also low or equal to zero.
  • the friction clutch 38 is completely closed, that is to say the two friction elements 42, 43 and thus the two section parts 40, 41 are pressed against one another with the maximum possible contact pressure, so that in the extreme case no slip occurs, a torque can be transmitted completely between the section elements 40, 41 become.
  • the reaction torque MR reacts unreduced on the steering wheel 2 when the friction clutch 38 is completely closed.
  • the clutch motor 45 - for example an electric motor - is actuated by the control device 25 to displace the clutch wedge 47
  • the actuating device 27 is designed as a disc brake 50.
  • the first section 7 of the steering column 3 has a brake disk 51 which is arranged coaxially to the steering column 3 and is connected in a rotationally fixed manner to the first section 7 of the steering column.
  • the brake disc 51 represents the second friction element 43 of the actuating device 27.
  • a brake caliper 52 with brake pads, not shown, is arranged on the brake disk 51, as is known per se in a disk brake, the brake pads forming the displaceably mounted first friction element.
  • the disc brake 50 can, for example, be operated by an electric motor, hydraulically or pneumatically.
  • FIG. 4 shows a further, third embodiment of an actuating device 27, which is embodied here as part of the auxiliary power device 9.
  • the first friction element 42 is formed by a sealing arrangement and, in the embodiment variant shown, by a sealing ring 60.
  • the sealing ring 60 is seated in a rotationally fixed manner in a groove-like recess 61 which runs in the circumferential direction in a ring shape in the outer surface 62 of the first section 7 of the steering column 3.
  • a housing part 64 coaxially surrounding the first section 7 of the steering column 3 in the circumferential direction and rotatably arranged relative to the first section 7 of the steering column 3 is provided, which can be formed, for example, by the housing of the auxiliary power device 9 if it is arranged in the first section 7 of the steering column 3 ,
  • the sealing ring 60 lies against the inner surface 65 of the housing part 64 which forms the second friction element 43. A frictional force thus arises between the housing part 64 and the first section 7 of the steering column by means of the sealing ring 60.
  • an annular space 66 is formed, to which a fluid pressure p can be applied.
  • This fluid pressure p enables the sealing ring 60 to be elastically deformed, as a result of which the frictional force prevailing between the first section 7 of the steering column 3 and the housing part 64 can be changed.
  • the greater the fluid pressure p the greater the frictional force.
  • the fluid pressure p is controlled by the control device 25.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) eines Fahrzeugs, mit einem Lenkrad (2), das über eine Lenksäule (3) mit den lenkbaren Fahrzeugrädern (11) mechanisch verbunden ist. Zur Erzeugung einer Überlagerungsgröße (U) ist ein Fahrer unabhängig durch eine Steuereinrichtung (25) ansteuerbarer Überlagerungssteller (26) vorgesehen. Eine Überlagerungseinrichtung (6) überlagert eine die Lenkbetätigung des Lenkrades (2) beschreibende Lenkradgröße (δH) und die Überlagerungsgröße (U) zu einer Ausgangsgröße. Ein Lenkaktuator (19) stellt ei­nen Lenkwinkel (δL) an den lenkbaren Fahrzeugrädern (20) in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße ein. Ferner ist eine Stelleinrichtung (27) vorgesehen, die zur Erzeugung eines auf die Lenksäule einwirkenden Stelleinrichtungshaltemoments (MS) durch die Steuereinrichtung (25) angesteuert wird. Die Stelleinrichtung (27) weist zwei in Reibungskontakt bringbare Reibungselemente auf, wobei das Stelleinrichtungshaltemoment (MH) veränderbar ist und durch von der zwischen den beiden Reibungselementen erzeugten Reibungskraft abhängt. Das bei einem Fahrer unabhängigen Lenkeingriff auf das Lenkrad (2) zurück wirkende Rückwirkungsmoment (MR) kann durch das Stelleinrichtungshaltemoment (MH) reduziert oder kompensiert werden.

Description

Lenksystem
Die Erfindung betrifft Lenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Beim Lenksystem ist das Lenkrad des Fahrzeugs mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt.
Aus der DE 102 20 123 AI geht eine Überlagerungslenkung mit einer Überlagerungseinrichtung hervor. Die durch die Lenkbetätigung der Lenkhandhabe erzeugte Handhabengröße und ein von einem Überlagerungssteiler erzeugte Überlagerungsgröße werden durch die Überlagerungseinrichtung zu einer Ausgangsgröße ü- berlagert. Entsprechend der Ausgangsgröße wird der Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern durch einen Lenkaktuator eingestellt .
Bei der Ansteuerung des Uberlagerungsstellers wird immer auch ein Rückwirkungsmoment von der Überlagerungseinrichtung zurück an das Lenkrad gegeben, das für den Fahrer spürbar ist. Ein aktiver, Fahrer unabhängiger Lenkeingriff über der Uberlagerungssteller ist nur möglich, wenn der Fahrer das Rückwirkungsmoment abstützt. Unerwartet auftretende Rückwirkungsmomente können den Fahrer insbesondere bei höheren Fahrzeug- geschwindigkeiten irritieren. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksystem zu schaffen, das die Möglichkeiten für aktive, Fahrer unabhängige Lenkeingriffe verbessert.
Diese Aufgabe wird zum Einen durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst .
Die Stelleinrichtung weist zwei in Reibungskontakt bringbare Reibungselemente auf, wobei das Stelleinrichtungshaltemoment veränderbar ist und durch von der zwischen den beiden Reibungselementen erzeugten Reibungskraft abhängt . Durch das Stelleinrichtungshaltemoment kann das während der Betätigung des Uberlagerungsstellers hervorgerufene, auf das Lenkrad zurück wirkende Rückwirkungsmoment reduziert und -falls gewünscht - auch kompensiert werden. Durch die Art der Ausbildung der Stelleinrichtung sozusagen als Reibungsbrems- oder Reibungskupplungselement besteht die Möglichkeit einer einfachen und kostengünstigen Realisierung der Stelleinrichtung.
Mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem wird es möglich, fahrdynamische Eingriffe vorzunehmen. Es ist beispielsweise bekannt, durch fahrdynamische Systeme, wie ESP-Systeme, die Lenkung alternativ oder zusätzlich zur Betätigung der Bremsen zu beeinflussen, wenn das Fahrzeug eine von der Soll-Gierrate abweichende Ist-Gierrate aufweist. Derartige Lenkeingriffe können mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem erfolgen, ohne dass für den Fahrer irritierende Rückwirkungen durch den aktiven Lenkeingriff auf die Lenkhandhabe stattfinden.
Ohne die zusätzlich zum Überlagerungssteller vorgesehene Stelleinrichtung wäre das Rückwirkungsmoment durch ein Fahrer unabhängigen Lenkeingriff auf das Lenkrad nicht beeinflussbar. Das Rückwirkungsmoment würde sich bei einem Lenkeingriff - beispielsweise durch den Fahrer unabhängig eingestellten Zusatzlenkwinkel oder das Fahrer unabhängig eingestellte Zu- satzlenkmoment - abhängig von dem durch die Konstruktion des Lenksystems mechanisch vorgegebenen Übersetzungsverhältnis ergeben. Der Fahrer wird durch das erfindungsgemäße Lenksystem beim Lenken seines Fahrzeugs unterstützt und nicht durch unerwartete Rückwirkungsmomente auf das Lenkrad irritiert o- der verunsichert.
Außerdem kann durch das erfindungsgemäße Lenksystem der Komfort erhöht werden. Beispielsweise können auf das Fahrzeug einwirkende querdynamische Störgrößen gezielt ohne störende Rückwirkungen am Lenkrad unterdrückt werden. Der Geradeauslauf des Fahrzeugs kann verbessert werden und von den Rädern zum Lenkrad übertragene Störmomente z.B. auf Grund von Unebenheiten der Fahrbahn können verringert werden.
Weiterhin werden, wie bereits erwähnt, fahrdynamische Lenkeingriffe ermöglicht, beispielsweise zur Gierratenregelung, wobei aufgrund des beeinflussbaren Rückwirkungsmoments keine Einschränkung für die Fahrer unabhängige Lenkwinkelbeeinflussung vorliegen. Die Funktionalität des vorliegenden Lenksystems kommt einem Konzept eines sogenannten "Steer-by-wire" - Lenksystems sehr nahe, obwohl hier eine mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und den gelenkten Rädern besteht .
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Lenksystems ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es ist vorteilhaft, wenn ein Soll-Rückwirkungsmoment fest o- der Parameter abhängig vorgegeben ist und das Rückwirkungsmoment entsprechend dem Soll -Rückwirkungsmoment eingestellt wird. Durch diese Maßnahme lassen sich gewünschte Rückwirkungsmomente zur haptischen Fahrerinformation über die aktu- eile Fahrsituation des Fahrzeugs einstellen ohne dass die Gefahr einer Irritation des Fahrers besteht. Das Soll- Rückwirkungsmoment kann dabei auch in etwa gleich null betragen, wobei dann keine Rückwirkung am Lenkrad spürbar ist.
Bei einer einfach zu realisierenden Ausgestaltung wirkt die Stelleinrichtung auf den das Lenkrad und die Überlagerungs- einrichtung verbindenden ersten Lenksäulenabschnitt ein.
Dadurch, dass das erste Reibungselement relativ zum zweiten Reibungselement verlagerbar und das zweite Reibungselement gegenüber zumindest einem Abschnitt der Lenksäule ortsfest angeordnet ist, kann eine einfache konstruktive Ausführung erreicht werden, da nur eines der Reibungselemente verlagerbar gelagert ist.
Die Stelleinrichtung kann eine die beiden Reibungselemente aufweisende Reibungskupplung enthalten, die in die Lenksäule eingesetzt ist. Je größer das Reibungsmoment ist, desto größer ist auch das durch die Reibungskupplung übertragbare Moment .
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Lenksystem als elektrisches, hydraulisches oder elektro-hydraulisches Hilfskraftlenksystemen ausgebildet ist. Dabei kann die Stelleinrichtung Bestandteil der Hilfskrafteinrichtung sein, so dass bereits ohnehin vorhandene Komponenten des Hilfskraftlenksystems gleichzeitig als Stelleinrichtung verwendet werden. Dadurch kann der Bauteil- und Kostenaufwand reduziert werden.
Die Stelleinrichtung kann ferner fluidisch betätigbar ausgeführt sein, wodurch sich auch betragsmäßig größere Stellein- richtungshaltemomente als bei einer elektrisch betätigten Stelleinrichtung erreichen lassen. Dabei ist es möglich, dass das erste Reibungselement von einer Dichtungsanordnung gebildet ist, die einerseits an der Lenksäule und andererseits an einem die Lenksäule umgebenden, relativ zur Lenksäule drehfest angeordneten Gehäuseteil anliegt und die zwischen der Lenksäule und dem Gehäuseteil eine Reibungskraf verursacht, deren Betrag abhängig von einem die Dichtungsanordnung beaufschlagenden Fluiddruck veränderbar ist. Der Bauraumbedarf ist bei dieser Ausführung sehr gering.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Stelleinrichtung eine Bremseinrichtung, insbesondere eine Scheibenbremseinrichtung auf. Das Stelleinrichtungshaltemoment ist dabei einfach zu dosieren. Zudem kann hier bei einer einfachen Bauweise ein hohes Maß an Betriebssicherheit erreicht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines als hydraulisches Hilfskraft- lenksystems ausgeführten Lenksystems mit Überlagerungseinrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Stelleinrichtung, die eine Reibungskupplung aufweist,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Stelleinrichtung mit einer Scheibenbremseinrichtung und Fig. 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Stelleinrichtung mit einer Dichtungsanordnung .
In der Fig. 1 ist ein Lenksystem 1 gezeigt, das ein Lenkrad 2 aufweist, das über eine Lenksäule 3 mit einem Lenkaktuator 10 verbunden ist, der zur Einstellung des Lenkwinkels δL an den lenkbaren Fahrzeugrädern 11 vorgesehen ist. Das Lenksystem 1 weist weiterhin eine Überlagerungseinrichtung 6 auf, die über einen ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 mit dem Lenkrad 2 verbunden ist. Die Überlagerungseinrichtung 6 ist über einen zweiten Abschnitt 8 und eine beispielsgemäß hydraulische Hilfskrafteinrichtung 9 mit dem Lenkaktuator 10 verbunden.
Die Überlagerungseinrichtung 6 ist allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen als Überlagerungsgetriebe realisiert.
Die hydraulische Hilfskrafteinrichtung 9 weist ein Einstellelement 15 auf, das die Ventilöffnung eines Lenkventils 16 der Hilfskrafteinrichtung 9 in Abhängigkeit von einer Betätigungsgröße einstellt. Eine erste Ansteuerleitung 17 und eine zweite Absteuerleitung 18 verbinden das Lenkventil 16 mit dem Lenkaktuator 10. Über eine Zufuhrleitung 19 ist das Lenkventil 16 mit einer Druckquelle 20, beispielsweise mit der Druckseite einer Motor-Pumpen-Einheit 21 verbunden. Eine Rückförderleitung 22 verbindet das Lenkventil 16 mit einem Vorratsbehälter 23. Das Einstellelement 15 ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel von einem Drehstab gebildet, der als Betätigungsgröße das am zweiten Abschnitt 8 der Lenksäule 3 anliegende Betätigungsmoment bzw. den Betätigungswinkel erfasst. In Abhängigkeit der Richtung und des Betrages der Betätigungsgröße wird die Ventilöffnung des Lenkventils 16 variiert. Dadurch wird entsprechend der Betäti- gungsgröße eine Hilfskraft zur Betätigung des Lenkaktuators 10 hervorgerufen.
Die Überlagerungseinrichtung 6 ist mit einem durch eine Steuereinrichtung 25 ansteuerbaren Überlagerungssteller 26 verbunden. Der Überlagerungssteiler 26 kann durch einen Elektromotor gebildet sein und erzeugt eine beispielsgemäß von einem Überlagerungswinkel gebildete Überlagerungsgröße U, die mechanisch an die Überlagerungseinrichtung 6 übertragen wird.
Die Steuereinrichtung 25 steuert auch eine Stelleinrichtung 27 an, die ebenfalls von einem Elektromotor gebildet sein kann und die dazu dient, das am Lenkrad 2 für den Fahrer spürbare Rückwirkungsmoment MR zu reduzieren bzw. zu kompensieren. Über die Stelleinrichtung 27 kann hierfür ein Stelleinrichtungshaltemoment MH erzeugt werden, das auf den ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 einwirkt.
Die Steuereinrichtung 25 ermittelt auf Grund von einem oder mehreren Eingangssignalen wie z.B. der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Istgierrate, dem Schwimmwinkel, der Querbeschleunigung, etc. welche Überlagerungsgröße U und welches Stelleinrichtungshaltemoment MH eingestellt werden soll. Dadurch kann das auf das Lenkrad 2 einwirkende Rückwirkungsmoment MR auf das gewünschte Maß reduziert oder vollständig kompensiert werden. Derartige Eingangssignale, insbesondere den aktuellen längs- und/oder querdynamischen Zustand des Fahrzeugs beschreibende Eingangssignale, können entweder im Fahrzeug sensorisch erfasst oder aus Sensorgrδßen ermittelt werden. In modernen Fahrzeugen sind bereits viele solcher Eingangsgrößen auf einem Fahrzeug-Datenbus verfügbar. Bei einem Fahrer unabhängigen Lenkeinriff wird ein auf das Lenkrad zurück wirkendes Rückwirkungsmoment MR verursacht, das sich bei der vorliegenden Erfindung aus einem durch den Überlagerungssteller hervorgerufenes Überlagerungsmoment MU und dem Stelleinrichtungshaltemoment MH ergibt.
Durch den zusätzlichen Freiheitsgrad, der sich durch das Vorsehen der Stelleinrichtung 27 bietet, besteht die Möglichkeit die Lenksäule 3 durch das Stelleinrichtungshaltemoment MH gegen das Überlagerungsmoment MU zu halten, um das Rückwirkungsmoment MR zu beeinflussen. Dabei kann das gewünschte Soll-Rückwirkungsmoment betragsmäßig auch ungleich null sein, um dem Fahrer eine gewünschte haptische Rückmeldung über den Fahrer unabhängigen Lenkeingriff zu geben. Wird das Soll- Rückwirkungsmoment MR betragsmäßig in etwa gleich null gewählt, so muss das Stelleinrichtungshaltemoment MH so gewählt werden, dass das Überlagerungsmoment MU kompensiert wird. Bei einer zwischen der vom Überlagerungsgetriebe gebildeten Überlagerungseinrichtung 6 und dem Lenkrad 2 am ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angreifenden Stelleinrichtung 27 entspricht das Stelleinrichtungshaltemoment dann dem negativen Überlagerungsmoment MU: MH=-MU.
Alternativ zu der Möglichkeit das Soll-Rückwirkungsmoment fest vorzugeben ist es auch möglich, das Soll-Rückwirkungs- moment durch eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld und/oder ein Rechenmodell Parameter abhängig vorzugeben. Als Parameter können eine oder mehrere der folgenden Größen oder damit kor- relierte Größen verwendet werden: Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, Fahrzeuglängsbeschleunigung, Fahrzeugquerbeschleunigung, Gierrate, Raddrehzahlen, Lenkradwinkel, Lenkradwinkelgeschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit am Ausgang der Überlagerungseinrichtung 6 bzw. des zweiten Abschnitts 8 der Lenksäule 3, Winkelgeschwindigkeit eines am Lenkaktuator 10 an- greifenden Ritzels, die über die Hilfskrafteinrichtung 9 zur Verfügung gestellte Hilfskraft am Lenkaktuator 10, die bei einer hydraulischen Hilfskrafteinrichtung 9 in den Ansteuerleitungen 17, 18 oder im Lenkaktuator herrschenden Hydraulikdrücke, das Lenkmoment an den lenkbaren Fahrzeugrädern 11, der Motorstrom des als Elektromotor ausgeführten Uberlagerungsstellers 26 bzw. der als Elektromotor ausgeführten Stelleinrichtung 27, das Stelleinrichtungshaltemoment MH, das vom Überlagerungssteller 26 hervorgerufene Überlagerungsmo- ment MU und Radbremsmomente an einem oder mehreren der Fahrzeugräder.
Die Kennlinie, das Kennfeld bzw. das Rechenmodell können dabei auch während dem Fahrbetrieb aktualisiert werden.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 könnte die Hilfskrafteinrichtung 9 im ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angeordnet sein, so dass der zweite Abschnitt 8 der Lenksäule 3 den Ausgang der Überlagerungseinrichtung 6 direkt mit dem Eingang des Lenkaktuators 10 verbindet. Die Stelleinrichtung 27 kann dabei zwischen dem Lenkrad 2 und der Hilfskrafteinrichtung 9 und/oder zwischen der Hilfskrafteinrichtung 9 und der Überlagerungseinrichtung 6 am ersten Abschnitt 7 der Lenksäule angreifen.
Weiterhin könnte das Lenksystem 1 auch als elektrisches Hilfskraftlenksystem ausgeführt sein. In Abwandlung zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, ein Lenksystem 1 mit mehreren Stelleinrichtungen 27 vorzusehen, die an mehreren Stellen angreifen.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Stelleinrichtung 27, die als Reibungskupplung 38 ausgebildet ist. Der erste Abschnitt 7 der Lenksäule 3, der mit dem Lenkrad 2 verbunden ist, ist unterbrochen, wodurch ein mit dem Lenkrad 2 verbundenes erstes Abschnittsteil 40 und ein mit der Überlagerungs- einrichtung 6 verbundenes zweites Abschnittsteil 41 gebildet ist.
Die Stelleinrichtung 27 weist ein erstes Reibungselement 42 und ein zweites Reibungselement 43 auf. Die beiden Reibungselemente 42, 43 sind zwischen den beiden Abschnittsteilen 40, 41 angeordnet, wobei das erste Reibungselement 42 mit dem freien Ende des ersten Abschnittsteils 40 und das zweite Reibungselement 43 mit dem freien Ende des zweiten Abschnitts- teils 41 verbunden oder von diesem gebildet ist.
Die Reibungskupplung 38 weist ferner einen von einem Kupplungsmotor 45 im Wesentlichen in Verlaufsrichtung 46 der Lenksäule 3 verlagerbaren Kupplungskeil 47 auf. Der Kupplungskeil 47 verjüngt sich in Verlaufsrichtung 46 gesehen und bildet dadurch eine schräg zur Verlaufsrichtung 46 verlaufende Keilfläche 48. Auf der Keilfläche 48 stützt sich ein elastisches Betätigungselement 49 ab, dessen anderes Ende mit dem freien Ende des ersten Abschnittsteils 40 des ersten Abschnittes 7 der Lenksäule 3 und damit mit dem ersten Reibungselement 42 verbunden ist. Durch die Elastizität des Betätigungselements 49 kann ein Spiel in der Reibungskupplung 38 ausgeglichen werden.
Je nach Verlagerungsstellung des Kupplungskeils 47 wird das Betätigungsteil 49 mehr oder weniger stark gegen das erste Reibungselement 42 gedrückt, wodurch die zwischen dem ersten Reibungselement 42 und dem zweiten Reibungselement 43 herrschende Anpresskraft vergrößert bzw. verringert werden kann. Ist die Anpresskraft zwischen den Reibungselementen 42, 43 gering oder gleich null, kann nur ein geringes oder kein Drehmoment zwischen den beiden Abschnittsteilen 40 und 41 ü- bertragen werden. Die Reibungskupplung 38 ist dann in ihrem geöffneten Zustand. Das Rückwirkungsmoment MR, das vom zweiten Abschnittselement 41 über das erste Abschnittselement 40 zum Lenkrad 2 übertragen wird ist daher ebenfalls gering oder gleich null. Ist die Reibungskupplung 38 dagegen vollständig geschlossen, d.h. werden die beiden Reibungselemente 42, 43 und damit die beiden Abschnittsteile 40, 41 mit maximal möglicher Anpresskraft gegeneinander gedrückt, so dass im Extremfall keinerlei Schlupf auftritt, kann ein Drehmoment zwischen den Abschnittselementen 40, 41 vollständig übertragen werden. Das Rückwirkungsmoment MR wirkt bei vollständig geschlossener Reibungskupplung 38 unreduziert auf das Lenkrad 2 zurück. Der Kupplungsmotor 45 - beispielsweise ein Elektromotor - wird zur Verlagerung des Kupplungskeils 47 von der Steuereinrichtung 25 angesteuert
In der Fig. 3 ist eine alternative, zweite Ausführungsform einer Stelleinrichtung 27 dargestellt. In diesem Fall ist die Stelleinrichtung 27 als Scheibenbremse 50 ausgebildet. Der erste Abschnitt 7 der Lenksäule 3 weist eine koaxial zur Lenksäule 3 angeordnete und drehfest mit dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule verbundene Bremsscheibe 51 auf. Die Bremsscheibe 51 stellt das zweite Reibungselement 43 der Stelleinrichtung 27 dar.
An der Bremsscheibe 51 ist - wie bei einer Scheibenbremse an sich bekannt - ein Bremssattel 52 mit nicht näher dargestellten Bremsbelägen angeordnet, wobei die Bremsbeläge das verlagerbar gelagerte, erste Reibungselement bilden. In Abhängigkeit von der zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe 51 eingestellten Reibungs- bzw. Bremskraft, kann das auf das Lenkrad 2 zurück wirkende Rückwirkungsmoment MR reduziert o- der kompensiert werden. Die Scheibenbremse 50 kann beispiels- weise elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt sein.
Fig. 4 zeigt eine weitere, dritte Ausführungsform einer Stelleinrichtung 27, die hier als Bestandteil der Hilfskrafteinrichtung 9 ausgeführt ist.
Das erste Reibungselement 42 ist dabei von einer Dichtungsanordnung und bei der dargestellten Ausführungsvariante von einem Dichtungsring 60 gebildet. Der Dichtungsring 60 sitzt drehfest in einer nutartigen Ausnehmung 61, die in der Außenfläche 62 des ersten Abschnitts 7 der Lenksäule 3 ringförmig in Umfangsrichtung verläuft .
Ein den ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 in Umfangsrichtung koaxial umgebendes, relativ zum ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 drehfest angeordnetes Gehäuseteil 64 ist vorgesehen, das beispielsweise vom Gehäuse der Hilfskrafteinrichtung 9 gebildet sein kann, wenn diese im ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angeordnet ist. Der Dichtungsring 60 liegt an der das zweite Reibungselement 43 bildenden Innenfläche 65 des Gehäuseteils 64 an. Somit entsteht mittels des Dichtungsrings 60 zwischen dem Gehäuseteil 64 und dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule eine Reibungskraft .
Zwischen dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 und dem Gehäuseteil 64 ist ein Ringraum 66 gebildet, der mit einem Flu- iddruck p beaufschlagbar ist. Durch diesen Fluiddruck p kann der Dichtungsring 60 elastisch verformt werden, wodurch die zwischen dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 und dem Gehäuseteil 64 herrschende Reibungskraft verändert werden kann. Je größer der Fluiddruck p ist, desto größer ist auch die Reibungskraft. Je größer wiederum die Reibungskraft zwischen dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 und dem Gehäuseteil 64 ist, desto mehr wird das auf das Lenkrad 2 zurückwirkende Rückwirkungsmoment MR reduziert. Der Fluiddruck p wird durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert.

Claims

Patentansprüche
Lenksystem eines Fahrzeugs, mit einem Lenkrad (2) , das ü- ber eine Lenksäule (3) mit den lenkbaren Fahrzeugrädern
(11) mechanisch verbunden ist, mit einem zur Erzeugung einer Überlagerungsgröße Fahrer unabhängig durch eine Steuereinrichtung (25) ansteuerbaren Überlagerungssteller
(26) , mit einer Überlagerungseinrichtung (6) , die eine die Lenkbetätigung des Lenkrades (2) beschreibende Lenkradgröße (δH) und die Uberlagerungsgroße (U) zu einer Ausgangsgröße überlagert, mit einem Lenkaktuator (10) zur Einstellung eines Lenkwinkels (δL) an den lenkbaren Fahrzeugrädern (11) in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße, und mit einer Stelleinrichtung (27) , die zur Erzeugung eines auf die Lenksäule (3) einwirkenden Stelleinrich- tungshaltemoments (MH) durch die Steuereinrichtung (25) angesteuert wird dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) zwei in Reibungskontakt bringbare Reibungselemente (42, 43) aufweist, wobei das Stelleinrichtungshaltemoment (MH) veränderbar ist und durch von der zwischen den beiden Reibungselementen (42, 43) erzeugten Reibungskraft abhängt.
Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Betätigung des Uberlagerungsstellers (26) und/oder der Stelleinrichtung (27) ein auf das Lenkrad (2) zurück wirkendes Rückwirkungsmoment (MR) entsteht und dass ein Soll-Rückwirkungsmoment fest oder Parameter abhängig vorgegeben ist und das Rückwirkungsmoment (MR) entsprechend dem Soll-Rückwirkungsmoment eingestellt wird.
3. Lenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Rückwirkungsmoment im Wesentlichen null beträgt .
4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) auf den das Lenkrad (2) und die Überlagerungseinrichtung (6) verbindenden ersten Lenksäulenabschnitt (7) einwirkt.
5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reibungselement (42) relativ zum zweiten Reibungselement (43) verlagerbar und das zweite Reibungselement (43) gegenüber zumindest einem Abschnitt (7) der Lenksäule (3) ortsfest angeordnet ist.
6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) eine die beiden Reibungselemente (42, 43) aufweisende Reibungskupplung (38) enthält.
7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) fluidisch betätigbar ausgeführt ist.
8. Lenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reibungselement (42) von einer Dichtungsanordnung (60) gebildet ist, die einerseits an der Lenksäule (3) und andererseits an einem die Lenksäule (3) umgebenden, relativ zur Lenksäule (3) drehfest angeordneten Gehäuseteil (64) anliegt und die zwischen der Lenksäule (3) und dem Gehäuseteil (64) eine Reibungskraft verursacht, deren Betrag abhängig von einem die Dichtungsan- ' Ordnung (60) beaufschlagenden Fluiddruck (p) veränderbar ist.
9. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass das Lenksystem als Hilfskraftlenksystem ausgebildet ist, mit einer Hilfskrafteinrichtung (9), die zur Unterstützung des Fahrers bei einer Lenkbetätigung des Lenkrades (2) eine Hilfskraft erzeugt.
10. Lenksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) Bestandteil der Hilfs- krafteinrichtung (9) ist.
11. Lenksyste nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (27) eine Bremseinrichtung, insbesondere eine Scheibenbremseinrichtung (50) aufweist.
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