DE10023584A1

DE10023584A1 - Verbesserte Anordnung des Drehmomentsensors bzw. des Hydroventils einer servo-unterstützten Lenkung mit Stellglied für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10023584A1
Application number: DE2000123584
Authority: DE
Inventors: Gerd Reimann; Willi Nagel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2000-05-13
Publication date: 2001-11-15
Also published as: WO2001087688A1

Abstract

Es wird eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einem mittelbar über eine Lenksäule (3) auf ein Lenkgetriebe (5) wirkenden Lenkrad (1), mit einem Stellglied (21), wobei das Stellglied (21) lenkradwinkelunabhängig über die Lenksäule (3) auf das Lenkgetriebe (5) einwirkt und mit einer Servoeinheit (9), wobei die Servoeinheit (9) unter anderem einen an der Lenksäule (3) angeordneten Drehmomentsensor (11) aufweist, wobei der Drehmomentsensor (11) zwischen Lenkrad (1) und Stellglied (21) sowie Servoeinheit (9) angeordnet ist. Dadurch misst der Drehmomentsensor (11) das vom Lenkrad (1) auf die Lenksäule (3) übertragene Drehmoment direkt, so dass Reibungsverluste oder Spiel im Stellglied (21) keinerlei Einfluss auf die Messung des Drehmoments haben und sich ein direktes Lenkgefühl für den Fahrer des Kraftfahrzeugs einstellt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem mittelbar über eine Lenksäule auf ein Lenkgetriebe wirkenden Lenkrad, mit einem Stellglied, wobei das Stellglied lenkradwinkelunabhängig auf das Lenkgetriebe einwirkt, mit einer auf das Lenkgetriebe einwirkenden Servoeinheit und mit einem mit der Servoeinheit zusammenwirkenden an der Lenksäule angeordneten Drehmomentsensor und eine hydraulische Lenkung nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 7.

Das Stellglied dient dazu, den Lenkwinkel der Räder unabhängig vom Lenkradwinkel zu verändern, wodurch Vorteile hinsichtlich Fahrdynamik, Fahrsicherheit und Fahrkomfort erzielt werden. Die Servoeinheit bzw. der hydraulische Arbeitszylinder haben die Aufgabe, das zum Lenken erforderliche Drehmoment am Lenkrad zu verringern.

Dies geschieht im Falle einer Lenkung mit Servoeinheit dadurch, dass abhängig von dem Drehmoment, welches über das Lenkrad in die Lenksäule eingeleitet wird, ein mittelbar auf die Lenksäule wirkender erster Elektro-Elektro-Motor angesteuert wird, welcher einen Teil der zum Lenken erforderlichen Arbeit übernimmt. Der dazu erforderliche Drehmomentsensor wird in unmittelbarer Nähe der Servoeinheit angeordnet; teilweise ist er sogar in die Servoeinheit integriert.

Das oben genannte Stellglied wird in der Regel zwischen Lenkrad und Servoeinheit angeordnet, da bei dieser Anordnung die Servoeinheit auch die Stellbewegungen des Stellglieds unterstützt und somit die vom Stellglied aufzubringenden Stellmomente gering sind.

Bei hydraulischen Lenkungen übernimmt der von einem Hydroventil gesteuerte hydraulische Arbeitszylinder einen Teil der Lenkarbeit. Das Hydroventil ist in der Regel in unmittelbarer räumlicher Nähe zum hydraulischen Arbeitszylinder angeordnet.

Als nachteilig hat sich bei diesen Lenkungen erwiesen, dass das Stellglied zwischen Lenkrad und Drehmomentsensor der Servoeinheit bzw. Hydroventil angeordnet ist und wegen der Reibung im Stellglied das vom Fahrer des Kraftfahrzeugs auf das Lenkrad übertragene Drehmoment zur Ansteuerung des Drehmomentsensors bzw. Hydroventils gedämpft wird. Bei manchen Ausführungsformen von Stellgliedern kann auch Spiel zwischen der Bewegung der Lenksäule vor und nach dem Eintritt in das Stellglied auftreten. Beide Effekte führen dazu, dass sich ein unerwünscht "schwammiges" Lenkgefühl einstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkung mit Stellglied und Servoeinheit sowie eine hydraulische Lenkung mit Stellglied bereitzustellen, die ein direktes Lenkgefühl vermitteln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem mittelbar über eine Lenksäule auf ein Lenkgetriebe wirkenden Lenkrad, mit einem Stellglied, wobei das Stellglied lenkradwinkelunabhängig auf das Lenkgetriebe einwirkt, mit einer auf das Lenkgetriebe einwirkenden Servoeinheit und mit einem mit der Servoeinheit zusammenwirkenden, an der Lenksäule angeordneten Drehmomentsensor, wobei der Drehmomentsensor in Richtung des Drehmomentflusses vom Lenkrad zum Lenkgetriebe vor dem Stellglied und der Servoeinheit angeordnet ist.

Vorteile der Erfindung

Diese Lenkung hat den Vorteil, dass der Drehmomentsensor direkt das vom Lenkrad auf die Lenksäule übertragene Drehmoment misst, und dass das Stellglied das vom Drehmomentsensor gemessene Drehmoment nicht dämpft. Reibungsverluste oder Spiel im Stellglied haben keinerlei Einfluss auf die Messung des Drehmoments, so dass sich ein direktes Lenkgefühl für den Fahrer des Kraftfahrzeugs einstellt. Außerdem wird das vom Fahrer aufzubringende Drehmoment am Lenkrad verringert.

Bei einer Ergänzung der Erfindung ist der Drehmomentsensor an der Lenksäule angeordnet, so dass eine direkte Messung des vom Fahrer in das Lenkrad eingekoppelten Drehmoments durch den Drehmomentsensor gewährleistet ist.

Bei einer Variante der Erfindung weist die Servoeinheit eine erste Steuereinheit und einen über ein Reduziergetriebe auf die Lenksäule wirkenden ersten Elektro-Motor auf und steuert die erste Steuereinheit abhängig von dem Ausgangssignal des Drehmomentsensors den ersten Elektro-Motor an, so dass die Lenkunterstützung der Servoeinheit genau auf das Fahrzeug abstimmbar ist.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellglied und die Servoeinheit zu einer Baugruppe zusammengefasst sind, so dass sich eine kompakte Bauweise ergibt und außerdem diese Baugruppe vom Zulieferer fertig montiert und geprüft werden kann. Diese Baugruppe kann entweder in die Lenksäule oder das Lenkgetriebe integriert werden.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Lenkgetriebe ein mechanisches Getriebe, so dass ein zuverlässiges und kostengünstiges Getriebe zur Verfügung steht.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind das Stellglied und/oder die Servoeinheit an das Lenkgetriebe angeflanscht, so dass eine weitere Vereinfachung der Montage der erfindungsgemäßen Lenkung in das Kraftfahrzeug erreicht wird. Außerdem können bei dieser Ausgestaltung Lenkgetriebe, Stellglied und/oder die Servoeinheit beim Zulieferer fertig montiert und geprüft werden. Das Stellglied und/oder die Servoeinheit können/kann auch vollständig in das Lenkgetriebe integriert sein.

Die eingangs genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine hydraulische Lenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem mittelbar über eine Lenksäule auf ein mechanisches Lenkgetriebe wirkenden Lenkrad, mit einem Stellglied, wobei das Stellglied lenkradwinkelunabhängig auf das Lenkgetriebe einwirkt, mit einem auf das Lenkgetriebe wirkenden hydraulischen Arbeitszylinder und mit einem Hydroventil, wobei das Hydroventil in Richtung des Drehmomentflusses vom Lenkrad zum Lenkgetriebe vor dem Stellglied angeordnet ist, so dass das Hydroventil unmittelbar durch das vom Lenkrad auf die Lenksäule übertragene Drehmoment gesteuert wird, und dass das Stellglied das vom Lenkrad auf das Hydroventil wirkende Drehmoment nicht dämpft. Reibungsverluste oder Spiel im Stellglied beeinflussen das Hydroventil nicht, so dass sich ein direktes Lenkgefühl für den Fahrer des Kraftfahrzeugs einstellt. Außerdem wird das vom Fahrer aufzubringende Drehmoment am Lenkrad verringert.

Bei einer Ergänzung der Erfindung ist das Hydroventil an der Lenksäule angeordnet, so dass das Hydroventil direkt mit dem vom Fahrer in das Lenkrad eingekoppelten Drehmoment beaufschlagt wird.

Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Hydroventil ein Drehschieberventil mit Drehstab ist, so dass dieses bewährte Hydroventil auch für erfindungsgemäße hydraulische Lenkungen eingesetzt werden kann.

Bei weiteren Ergänzungen der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellglied ein Überlagerungsgetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, einen zweiten Elektro-Motor und eine zweite Steuereinheit mit mindestens einem Signalzugang aufweist, so dass zur Verbesserung der Fahrdynamik, der Fahrsicherheit und des Fahrkomforts der Lenkwinkel der Räder unabhängig vom Lenkradwinkel verändert werden kann.

Eine Ausgestaltungsform der Erfindung sieht ein mittelbar über die Lenksäule auf das Lenkgetriebe einwirkendes Stellglied vor, so dass das Stellglied den im Fahrzeug herrschenden Platzverhältnissen angeordnet werden kann.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit Servoeinheit und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung bei einer hydraulischen Lenkung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkung schematisch dargestellt. Ein Lenkrad 1 wirkt mittelbar über eine Lenksäule 3 auf ein mechanisches Lenkgetriebe 5, dessen Ausgänge 7 mit den nicht dargestellten Rädern des Kraftfahrzeugs verbunden sind und den Lenkwinkel der Räder bestimmen.

Zur Erhöhung des Fahrkomforts ist eine Servoeinheit 9 vorgesehen, die mit einem Drehmomentsensor 11 zusammenwirkt. Die Servoeinheit 9 besteht im wesentlichen aus einer ersten Steuereinheit 13, einem ersten Elektro- Motor 15 und einem Reduziergetriebe 17. Die erste Steuereinheit 13 kann eine elektronische Steuereinheit sein und ist, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 angedeutet, mit dem Drehmomentsensor 11 verbunden. Des Weiteren kann die erste Steuereinheit 13 weitere Signalzugänge 19 aufweisen, welche eine Verbindung z. B. zu einer übergeordneten, in Fig. 1 nicht dargestellten, Steuereinheit herstellen.

Weiterhin ist ein Stellglied 21 vorgesehen, welches aus einer zweiten Steuereinheit 23, einem zweiten Elektro-Motor 25 und einem zwischen Drehmomentsensor 11 und Reduziergetriebe 17 an der Lenksäule 3 angeordneten Überlagerungsgetriebe 27 besteht. Das Stellglied 21 ist über Signalzugänge 19 mit einer übergeordneten, in Fig. 1 nicht dargestellten, Steuereinheit verbunden und dient dazu, erforderlichenfalls unabhängig vom Lenkradwinkel, das Lenkgetriebe 5 zu betätigen, so dass sich der Lenkwinkel der nicht dargestellten Räder ändert. Das Überlagerungsgetriebe 27 kann als Planetengetriebe ausgeführt sein. Bauartunabhängig ist das Überlagerungsgetriebe 27 jedoch reibungsbehaftet und außerdem kann im Laufe der technischen Lebensdauer Spiel im Überlagerungsgetriebe 27 auftreten.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des Drehmomentsensors 11, nämlich näher am Lenkrad 1 als sowohl das Überlagerungsgetriebe 27 als auch das Reduziergetriebe 17, haben die Getriebe 17 und 27 keinen Einfluss auf das vom Drehmomentsensor 11 gemessene Drehmoment. Infolgedessen reagiert die Servoeinheit 9 unmittelbar auf das vom Fahrer auf das Lenkrad 1 übertragene Drehmoment und vermittelt somit ein direktes Fahrgefühl, welches sich auch im Laufe der technischen Lebensdauer der Lenkung nicht ändert.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die gesamte Anordnung innerhalb des Rahmens 29 direkt an das Lenkgetriebe 5 anzuflanschen. Dies ist durch den strichpunktiert gezeichneten Rahmen 31 andeutungsweise in Fig. 1 dargestellt. Alternativ kann der Drehmomentsensor 11 in unmittelbarer Nähe des Lenkrads 1 verbleiben, so dass das gemessene Drehmoment nicht durch Kardangelenke 32 in der Lenksäule 3 beeinflusst wird.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lenkung schematisch dargestellt. Gleiche Bauteile oder Baugruppen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine hydraulische Lenkung. Das mechanische Lenkgetriebe 5 ist als hydraulisches Lenkgetriebe ausgeführt und weist einen in Fig. 2 nicht dargestellten hydraulischen Arbeitszylinder auf. Das vom Lenkrad 1 auf die Lenksäule 3 übertragene Drehmoment betätigt ein Hydroventil 33 mit einem Drehstab. Das Hydroventil 33 steuert über Verbindungsleitungen 35 den hydraulischen Arbeitszylinder des Lenkgetriebes 5. Das Hydroventil 33 ist zwischen Lenkrad 1 und Stellglied 21 an der Lenksäule 3 angeordnet, dass es direkt mit dem vom Lenkrad 1 auf die Lenksäule 3 übertragenen Drehmoment beaufschlagt wird. Diese Anordnung führt dazu, dass das Hydroventil 33 besonders feinfühlig das vom Fahrer in das Lenkrad eingekoppelte Drehmoment in die Steuerung des hydraulischen Arbeitszylinders umsetzt. Dadurch stellt sich das gewünschte direkte Lenkgefühl beim Fahrer des Kraftfahrzeugs ein.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können Hydroventil 33 und Stellglied 21 zu einer Baugruppe zusammengefasst werden, die optional zusätzlich am Lenkgetriebe 5 angeflanscht werden können.

Gegenüber dem Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Anordnung von Servoeinheit 9 bzw. Hydroventil 33 und Stellglied 21 an der Lenksäule 3 ohne zusätzlichen Bauaufwand, d. h. ohne zusätzliche Kosten, möglich. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Lenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem mittelbar über eine Lenksäule (3) auf ein Lenkgetriebe (5) wirkenden Lenkrad (1), mit einem Stellglied (21), wobei das Stellglied (21) lenkradwinkelunabhängig auf das Lenkgetriebe (5) einwirkt, mit einer auf das Lenkgetriebe (5) einwirkenden Servoeinheit (9) und mit einem mit der Servoeinheit (9) zusammenwirkenden an der Lenksäule (3) angeordneten Drehmomentsensor (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (11) in Richtung des Drehmomentflusses vom Lenkrad (1) zum Lenkgetriebe (5) vor dem Stellglied (21) und der Servoeinheit (9) angeordnet ist.

2. Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (11) an der Lenksäule (3) angeordnet ist.

3. Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Servoeinheit (9) eine erste Steuereinheit (13) und einen über ein Reduziergetriebe (17) auf die Lenksäule (3) wirkenden ersten Elektro-Motor (15) aufweist, und dass die erste Steuereinheit abhängig von dem Ausgangssignal des Drehmomentsensors (11) den ersten Elektro-Motor (15) ansteuert.

4. Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (21) und die Servoeinheit (9) zu einer Baugruppe zusammengefasst sind.

5. Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (5) ein mechanisches Getriebe ist.

6. Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (21) und/oder die Servoeinheit (9) an das Lenkgetriebe (5) angeflanscht sind.

7. Hydraulische Lenkung für ein Kraftfahrzeug, mit einem mittelbar über eine Lenksäule (3) auf ein mechanisches Lenkgetriebe (5) wirkenden Lenkrad (1), mit einem Stellglied (21), wobei das Stellglied (21) lenkradwinkelunabhängig auf das Lenkgetriebe (5) einwirkt, mit einem auf das Lenkgetriebe (5) wirkenden hydraulischen Arbeitszylinder und mit einem Hydroventil (33), dadurch gekennzeichnet, dass das Hydroventil (33) in Richtung des Drehmomentflusses vom Lenkrad (1) zum Lenkgetriebe (5) vor dem Stellglied (21) angeordnet ist.

8. Lenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydroventil (33) an der Lenksäule (3) angeordnet ist.

9. Lenkung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydroventil (33) ein Drehschieberventil mit Drehstab ist.

10. Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (21) ein Überlagerungsgetriebe (27), einen zweiten Elektro-Motor (25) und eine zweite Steuereinheit (23) mit mindestens einem Signalzugang (19) aufweist.

11. Lenkung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (27) als Planetengetriebe ausgeführt ist.

12. Lenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (21) mittelbar über die Lenksäule (3) auf das Lenkgetriebe (5) einwirkt.