DE10256694A1

DE10256694A1 - Drahtlenkungs-Lenkvorrichtung mit betätigbarem Mechanismus

Info

Publication number: DE10256694A1
Application number: DE10256694A
Authority: DE
Inventors: Kenneth A Sherwin; Robert R Ducharme
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2003-08-14
Also published as: JP2003226251A; US6655709B2; US20030141134A1; JP3869803B2; BR0300026A

Abstract

Eine Lenkvorrichtung (10) zum Drehen lenkbarer Räder eines Fahrzeugs, ansprechend auf ein Fahrzeuglenkrad (12), weist eine erste Anordnung (16), eine zweite Anordnung (26) und einen Mechanismus (108) auf. Die erste Anordnung (16) ist betriebsmäßig mit dem Lenkrad (12) gekuppelt und umfasst Komponenten (18 und 22) zum Überwachen angelegten Drehmoments und von Winkeldrehung des Lenkrads. Die zweite Anordnung (26) umfasst ein Lenkgetriebe (34) und Komponenten (28 und 30) zum Empfangen des ersten Signals und zum Betätigen des Lenkgetriebes (34), ansprechend auf das erste Signal. Der Mechanismus (108) sieht im ersten Betriebsmodus eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad (12) und dem Lenkgetriebe (34) vor. Wenn der Mechanismus (108) im zweiten Betriebsmodus ist, fehlt dem Lenkrad (12) und dem Lenkgetriebe (34) eine mechanische Verbindung.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lenkvorrichtung zum Drehen der lenkbaren Räder eines Fahrzeugs ansprechend auf eine Drehung eines Fahrzeuglenkrads.

Hintergrund der Erfindung

Servo- bzw. Hilfskraftlenkgetriebe sind in modernen Fahrzeugen verbreitet. Typischerweise verbinden eine oder mehrere starre Wellen ein Fahrzeuglenkrad mit einer Antriebs- oder Eingangswelle des Hilfskraftlenkgetriebes. Die starren Wellen müssen vom Fahrzeuglenkrad zur Eingangswelle des Hilfskraftlenkgetriebes geführt werden. Das Führen der starren Wellen wischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe ist oft schwierig, da andere Fahrzeugkomponenten die Wellen nicht stören dürfen.

Einige bekannte Fahrzeuglenksysteme haben die starren Wellen eliminiert. Solche Systeme werden allgemein als "Drahtlenk"-Systeme bezeichnet. In Drahtlenksystemen gibt es keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe. Statt dessen sendet eine dem Lenkrad zugeordnete Anordnung ein elektronisches Signal an eine dem Lenkgetriebe zugeordnete Anordnung. Das elektronische Signal betätigt das Lenkgetriebe. Da Drahtlenksysteme keine mechanische Verbindung haben, wird das Führen der starren Wellen zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe vermieden. Ohne mechanische Verbindung geht jedoch die Lenksteuerung des Fahrzeugs verloren, wenn das Drahtlenksystem versagt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist eine Lenkvorrichtung zum Drehen lenkbarer Räder eines Fahrzeugs ansprechend auf eine Drehung des Fahrzeuglenkrads. Die Vorrichtung weist eine erste Anordnung, eine zweite Anordnung und einen Mechanismus auf. Die erste Anordnung ist betriebsmäßig mit dem Lenkrad gekuppelt. Die erste Anordnung umfasst Komponenten zum Überwachen angelegten Drehmoments und der Winkeldrehung des Lenkrads und zum Senden eines ersten Signals, anzeigend für das angelegte Drehmoment und die Winkeldrehung des Lenkrads. Die zweite Anordnung umfasst ein Lenkgetriebe, um bei Betätigung die lenkbaren Räder des Fahrzeugs zu drehen, und Komponenten zum Empfangen des ersten Signals und Betätigen des Lenkgetriebes ansprechend auf das erste Signal. Der Mechanismus hat erste und zweite Betriebsmodi. Der Mechanismus liefert im ersten Betriebsmodus eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe zum Ermöglichen manueller Betätigung des Lenkgetriebes. Wenn sich der Mechanismus im zweiten Betriebsmodus befindet, fehlt dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe eine mechanische Verbindung zum Ermöglichen manueller Betätigung des Lenkgetriebes.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorangegangenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute des Gebietes, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung offensichtlich werden, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeuglenkvorrichtung, konstruiert gemäss der vorliegenden Erfindung, in einem Zustand, der eine mechanische Verbindung zwischen einem Lenkrad und einem Lenkgetriebe vorsieht;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Fahrzeuglenkvorrichtung, konstruiert gemäss der vorliegenden Erfindung, in einem Zustand ohne eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe;
Fig. 3 eine schematische Ansicht, teils geschnitten, durch das Lenkgetriebe der Fahrzeuglenkvorrichtung der Fig. 1;
Fig. 4 eine Querschnittansicht in etwa entlang der Linie 4-4 der Fig. 3;
Fig. 5 eine Querschnittansicht in etwa entlang der Linie 5-5 der Fig. 1;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Teils einer Kupplung der Fahrzeuglenkvorrichtung der Fig. 1, die in einem ersten Eingriffszustand gezeigt ist; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Teils einer Kupplung der Fahrzeuglenkvorrichtung der Fig. 1, die in einem zweiten Eingriffszustand gezeigt ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 stellt schematisch eine Fahrzeuglenkvorrichtung 10 dar, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Fahrzeuglenkvorrichtung 10 umfasst ein Fahrzeuglenkrad 12. Das Lenkrad 12 hat eine bekannte Bauart und ist durch einen Fahrzeugbetreiber bzw. -lenker manuell drehbar.
Eine Welle 14 ist an der Mitte oder Nabe des Lenkrads 12 befestigt. Eine Winkeldrehung des Lenkrads 12 führt zu einer äquivalenten Winkeldrehung der Welle 14. Die Welle 14 erstreckt sich vom Lenkrad 12 durch eine erste Anordnung 16.
Die erste Anordnung 16 ist betriebsmäßig mit dem Fahrzeuglenkrad 12 über die Welle 14 gekuppelt. Die erste Anordnung 16 umfasst einen Drehmoments-/Positionssensor 18, einen ersten Elektromotor 20 ung eine erste elektronische Steuereinheit 22. Die erste Anordnung 16 ist in eine einzelne Einheit integriert, durch die die Welle 14 hindurchgeht.
Der Drehmoments-/Positionssensor 18 der ersten Anordnung 16, in Fig. 1 schematisch gezeigt, kann betrieben werden, um vom Lenker angelegtes Drehmoment und eine Winkeldrehung des Lenkrads 12 abzufühlen. Der Drehmoments-/Positionssensor 18 erzeugt außerdem Signale, die anzeigend für das angelegte Drehmoment und die Winkeldrehung des Lenkrads 12 sind. Der Drehmoments-/Positionssensor 18 kann jeder bekannte Sensor oder Gruppe von Sensoren sein, um angelegtes Drehmoment und Winkeldrehung des Lenkrads 12 abzufühlen und um für die abgefühlten Parameter anzeigende Signale zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel ist der Drehmoments- /Posiionssensor 18 ein optischer Sensor einer bekannten Bauart.
Der erste Elektromotor 20 ist mit der Welle 14 verbunden. Vorzugsweise verbindet eine Getriebeanordnung 24 eine Ausgabe eines ersten Elektromotors 20 mit der Welle 14. Der erste Elektromotor 20 ist betätigbar, um Widerstand gegen eine Drehung des Lenkrads 12 vorzusehen und und daher allgemein als ein "Lenkgefühlmotor" ("steering feel motor") bezeichnet.
Die erste elektronische Steuereinheit 22 ist betriebsmäßig mit dem Drehmoments-/Positionssensor 18 und mit dem ersten Elektromotor 20 gekuppelt. Die erste elektronische Steuereinheit 22 empfängt die für das angelegte Drehmoment und die Winkeldrehung des Lenkrads 12 anzeigenden Signale vom Drehmoments-/Positionssensor 18. Ansprechend auf die Signale vom Drehmoments-/Positionssensor 18 erzeugt und sendet die erste elektronische Steuereinheit 22 ein erstes Signal, das dem abgefühlten Drehmoment und der Winkeldrehung des Lenkrads 12 entspricht, die durch den Drehmoments-/Positionssensor 18 abgefühlt werden.
Die zweite Anordnung 26 umfasst eine zweite elektronische Steuereinheit 28, einen zweiten Elektromotor 30, einen Drehmoments-/Positionssensor 32 und ein hydraulisches Hilfskraftlenkgetriebe 34 zum Drehen der lenkbaren Räder (nicht gezeigt) des Fahrzeugs (nicht gezeigt). Alternativ kann ein elektrisches Hilfskraftlenkgetriebe verwendet werden. Wenn ein elektrisches Hilfskraftlenkgetriebe verwendet wird, wird der zweite Elektromotor 30 eliminiert, und der Elektromotor des elektrischen Hilfskraftlenkgetriebes wird durch die zweite elektronische Steuereinheit 28 gesteuert, um die lenkbaren Räder des Fahrzeugs zu drehen. Die Komponenten der zweiten Anordnung 26 sind in eine einzelne Einheit integriert.
Die zweite elektronische Steuereinheit 28 empfängt das erste Signal von der ersten elektronischen Steuereinheit 22. Die zweite elektronische Steuereinheit 28 ist des weiteren betriebsmäßig mit dem zweiten Elektromotor 30 gekuppelt. Die zweite elektronische Steuereinheit 28 steuert den Betrieb des zweiten Elektromotors 30 ansprechend auf das erste Signal.
Der zweite Elektromotor 30 hat eine Abtriebs- bzw. Ausgangswelle, die mit einer Antriebs- oder Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 gekuppelt ist. Eine Getriebeanordnung 36 kann verwendet werden, um die Ausgangsweile des zweiten Elektromotors 30 mit der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 zu kuppeln. Der zweite Elektromotor 30 kann, beim Empfang eines Signals von der zweiten elektronischen Steuereinheit 28, betrieben werden, um das Hilfskraftlenkgetriebe 34 zu betätigen.
Das Hilfskraftlenkgetriebe 34 ist ein integrales hydraulisches Hilfskraftlenkgetriebe 34. Andere Lenkgetriebe werden durch diese Erfindung ins Auge gefasst, beispielsweise Zahnstangen-/Ritzellenkgetriebe und elektrische Hilfskraftlenkgetriebe. Das integrale hydraulische Hilfskraftlenkgetriebe 34 ist in Fig. 3 dargestellt.
Das Hilfskraftlenkgetriebe 34 umfasst ein Gehäuse 42 und einen Antriebsmechanismus 44. Der Antriebsmechanismus 44 wird ansprechend auf eine Drehung der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 bewegt. Eine Bewegung des Antriebsmechanismus 44 führt zu einem Drehen der lenkbaren Räder des Fahrzeugs.
Der Antriebsmechanismus 44 umfasst ein Sektorzahnrad 46 mit einer Vielzahl von Zähnen 48. Das Sektorzahnrad 46 ist an einer Abtriebs- bzw. Ausgangswelle 50 befestigt, die sich nach außen durch eine Öffnung im Gehäuse 42 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 erstreckt. Die Ausgangswelle 50 ist typischerweise mit einem Lenkhebel (pitman arm) (nicht gezeigt) verbunden, der mit dem Lenkgestänge (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden ist. Wenn sich so das Sektorzahnrad 46 dreht, wird die Ausgangswelle 50 gedreht, um das Lenkgestänge zu betreiben. Infolgedessen werden die lenkbaren Räder des Fahrzeugs gedreht.
Das Hilfskraftlenkgetriebe 34 umfasst des weiteren einen Hydraulikmotor 52 zum Bewegen des Antriebsmechanismus 44. Der Hydraulikmotor 52 ist innerhalb des Gehäuses 42 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 gelegen. Das Gehäuse 42 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 hat eine zylindrische Innenoberfläche 54, die eine Kammer 56 definiert. Ein Kolben 58 ist innerhalb der Kammer 56 gelegen und teilt die Kammer 56 in entgegengesetzte Kammerteile 60 und 62. Ein Kammerteil 60 ist an einer ersten Seite des Kolbens 58 gelegen, und der andere Kammerteil 62 ist an einer zweiten Seite des Kolbens 58 gelegen. Der Kolben 58 erzeugt eine Dichtung zwischen den entsprechenden Kammerteilen 60 und 62 und ist zu einer Axialbewegung in der Kammer 56 in der Lage.
Eine Reihe von Zahnstangenzähnen 64 ist am Umfang des Kolbens 58 ausgebildet. Die Zahnstangenzähne 64 wirken als eine Ausgabe des Hydraulikmotors 52 und stehen in Eingriff mit den am Sektorzahnrad 46 des Antriebsmechanismus 44 ausgebildeten Zähnen 48. Wenn sich der Kolben 58 axial bewegt, wirken die Zahnstangenzähne 64 des Kolbens 58 mit den Kähnen 48 des Sektorzahnrads 46 zusammen, um das Sektorzahnrad 46 zu drehen.
Eine Pumpe (nicht gezeigt) liefert Hydraulikströmungsmittel aus einem Reservoir (nicht gezeigt) an den Hydraulikmotor 52. Typischerweise treibt der Motor (nicht gezeigt) des Fahrzeugs die Pumpe an. Die Pumpe könnte jedoch anderweitig angetrieben werden, beispielsweise durch einen dafür bestimmten Elektromotor. Die Pumpe drückt Hydraulikströmungsmittel in einen Einlass (nicht gezeigt) des Gehäuses 42. Der Einlass leitet die Strömung des Strömungsmittels zu einem Wege- oder Richtungssteuerventil 66.
Das Richtungssteuerventil 66 leitet das Strömungsmittel zu einem geeigneten Kammerteil 60 oder 62 des Hydraulikmotors 52. Das Strömen von Hydraulikströmungsmittel zu einem der Kammerteile 60 oder 62 hin erhöht den Druck in diesem Kammerteil 60 oder 62. Wenn der Druck eines Kammerteils 60 oder 62 sich relativ zum Druck des anderen Kammerteils 60 der 62 erhöht, bewegt sich der Kolben 58 axial, bis der Druck innerhalb jedes Kammerteils 60 oder 62 sich wieder ausgleicht. Wenn sich der Kolben 58 axial bewegt, vergrößert sich das Volumen eines Kammerteils 60 oder 62, und das Volumen des anderen Kammerteils 60 oder 62 verkleinert sich. Der sich verkleinernde Kammerteil 60 oder 62 wird be- bzw. entlüftet, um zu gestatten, dass ein Teil des im sich verkleinernden Kammerteil 60 oder 62 enthaltenen Strömungsmittels entweicht. Das entweichende Strömungsmittel tritt aus dem Gehäuse 42 über einen Rücklauf (nicht gezeigt) aus und wird in das Reservoir geleitet.
Ein Ausführungsbeispiel des Richtungssteuerventils 66 ist in Fig. 4 gezeigt. Das Richtungssteuerventil 66 enthält einen Ventilkernteil 68 und einen Ventilhülsenteil 70. Ein Teil des Ventilkernteils 68 ist innerhalb des Ventilhülsenteils 70 enthalten und ist relativ dazu drehbar.
Der Ventilhülsenteil 70 umfasst drei radial gerichtete Durchlässe 72, die sich von einem Außenumfang des Ventilhülsenteils 70 zu einem Innenumfang des Ventilhülsentelis erstrecken. Jeder dieser Radialdurchlässe 72 wird mit Hydraulikströmungsmittel versorgt, das durch den Einlass in das Gehäuse 42 eintritt. Zwei sich axial erstreckende Nuten 74 und 76 sind jedem Radialdurchlass zugeordnet. Die sich axial erstreckenden Nuten 74 und 76 sind am Innenumfang des Ventilhülsenteils 70 gelegen. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine Nut 76 im Uhrzeigersinn von jedem Radialdurchlass 72 gelegen und eine Nut 74 ist gegen den Uhrzeigersinn von jedem Radialdurchlass gelegen. Die Nuten 74 und 76 sind gleich weit von einem entsprechenden Radialdurchlass 72 beabstandet. Jede Nut 74 führt zu einem Durchlass 78, der sich radial nach außen durch den Ventilhülsenteil 70 erstreckt. Jede Nut 76 führt zu einem Durchlass 80, der sich radial nach außen durch den Ventilhülsenteil 70 erstreckt. Jede Nut 74 und 76 und der zugeordnete Durchlass 78 und 80 ist einem bestimmten Kammerteil 60 und 62 des Hydraulikmotors 52 zugeordnet. Zum Beispiel wird, unter Bezugnahme auf Fig. 4, jede Nut 76 und der zugeordnete Durchlass 80, die unmittelbar im Uhrzeigersinn von einem Radialdurchlass 72 gelegen sind, Hydraulikströmungsmittel an den Kammerteil 62 liefern; wobei jede Nut 74 und der zugeordnete Durchlass 78, die unmittelbar gegen den Uhrzeigersinn von einem Radialdurchlass 72 gelegen sind, Hydraulikströmungsmittel an den Kammerteil 60 liefern.
Sechs Nuten 82 sind um den Außenumfang des Ventilkernteils 68 herum gelegen. Der Ventilkernteil 68 umfasst außerdem sechs Vorsprünge 84 oder Stege. Ein Vorsprung 84 trennt benachbarte Nuten 82 am Außenumfang des Ventilkernteils 68. Seitenwände des Vorsprungs 84 bilden Seitenwände der Nuten 82.
Wenn der Ventilkernteil 68 relativ zum Ventilhülsenteil 10 so gelegen ist, dass jeder Vorsprung 84 des Ventilkernteils 68 relativ zu einer entsprechenden Nut 74 oder 76 des Ventilhülsenteils 70 zentriert ist, befindet sich das Richtungssteuerventil 66 in einer neutralen Position. Fig. 4 stellt das Richtungssteuerventil 66 in der neutralen Position dar. In der neutralen Position ist der Druck innerhalb jedes Kammerteils 60 und 62 des Hydraulikmotors 52 der gleiche, so dass der Kolben 58 stationär ist. Wenn der Ventilkernteil 68 relativ zum Ventilhülsenteil 70 gedreht wird, wird der Zugang zu einer der beiden zugeordneten Nuten 74 oder 76 des Ventilhülsenteils 70 durch einen Vorsprung 84 des Ventilkernteils 68 eingeschränkt, während der Zugang zur anderen der zwei zugeordneten Nuten 74 oder 76 vergrößert wird. Dies gestattet, dass eine größere Menge des Hydraulikströmungsmittels zur offenen Nut 74 oder 76 hin strömen kann, was zu einer Druckerhöhung des entsprechenden Kammerteils 60 oder 62 führt, der dieser Nut 74 oder 76 zugeordnet ist. Infolge des erhöhten Drucks innerhalb des entsprechenden Kammerteils 60 oder 62 wird der Kolben 58 des Hydraulikmotors 52 bewegt. Wenn zum Beispiel der Vertilkernteil 68 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie in Fig. 4 gesehen, wird die Nut 74 des Ventilhülsenteils 70, die auf der Seite gegen den Uhrzeigersinn des Radialdurchlasses 72 gelegen ist, blockiert, und die Nut 76, die auf der Seite im Uhrzeigersinn des Radialdurchlasses 72 gelegen ist, wird offen. So wird eine größere Menge des Hydraulikströmungsmittels zur offenen Nut 76 hin geleitet. Der Druck in dem der offenen Nut 76 zugeordneten Kammerteil 62 des Hydraulikmotors 52 wird relativ zum Druck im Kammerteil 60 erhöht. Infolgedessen wird der Kolben 58 in eine Axialrichtung bewegt und dreht das Sektorzahnrad 46, was bewirkt, dass die lenkbaren Räder des Fahrzeugs in die geeignete Richtung gedreht werden.
Der Kolben 58 des Hydraulikmotors 52 enthält eine Bohrung 86, die zum Richtungssteuerventil 66 hin offen ist. Der Ventilhülsenteil 70 und ein Nachlaufglied 88 bilden eine integrale Einstückeinheit, die für eine Drehung relativ zum Kolben 58 durch eine Vielzahl von Kugeln 90 getragen ist. Der Außenumfang des Nachlaufglieds 88 ist mit Gewinde versehen. Die Vielzahl von Kugeln 90 verbindet den mit Gewinde versehenen Außenumfang des Nachlaufglieds 88 mit einem Innengewinde 92, das in der Bohrung 86 des Kolbens 58 ausgebildet ist. Aufgrund der verbindenden Vielzahl von Kugeln 90 bewirkt eine Axialbewegung des Kolbens 58, dass sich das Nachlaufglied 88 und der Ventilhülsenteil 70 drehen. Die Drehung des Nachlaufglieds 88 und des Ventilhülsenteils 70 bringt das Richtungssteuerventil 66 in die neutrale Position zurück.
Der Ventilkernteil 68 des Richtungssteuerventils 66 ist fest mit einer Eingangswelle 40 verbunden (Fig. 3). Ein erstes Ende 96 eines Torsions- bzw. Drehstabs 94 ist relativ zur Eingangswelle 40 und dem Ventilkernteil 68 befestigt. Ein zweites Ende 98 des Drehstabs 94 ist relativ zum Ventilhülsenteil 70 und dem Nachlaufglied 88 befestigt. Zumindest ein Teil des Drehstabs 94 erstreckt sich durch eine sich axial erstreckende Bohrung 100 im Ventilkernteil 68, wie in den Fig. 3-5 gezeigt ist.
Wenn der Widerstand gegen das Drehen der lenkbaren Räder des Fahrzeugs unter einem vorbestimmten Pegel ist, wird eine Drehung der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 durch den Drehstab 94 übertragen und bewirkt eine Drehung des Nachlaufglieds 88. Infolgedessen bleibt das Richtungssteuerventil 66 in der neutralen Position. Eine Drehung des Nachlaufglieds 88 bewirkt eine Bewegung des Kolbens 58 und führt zum Drehen der lenkbaren Räder.
Wenn Widerstand gegen das Drehen der lenkbaren Räder des Fahrzeugs auf oder über dem vorbestimmten Pegel ist, wird einer Drehung des Nachlaufglieds 88 widerstanden. Infolgedessen dreht eine Drehung der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 das erste Ende 96 des Drehstabs 94 relativ zum zweiten Ende 98 des Drehstabs. Die Drehung des ersten Endes 96 des Drehstabs 94 relativ zum zweiten Ende 98 des Drehstabs legt eine Torsion bzw. Verwindung über den Drehstab 94 an und bewirkt, dass sich der Ventilkernteil 68 relativ zum Ventilhülsenteil 70 dreht.
Wie oben erläutert, wird, wenn der Ventilkernteil 68 sich relativ zum Ventilhülsenteil 70 dreht, Hydraulikströmungsmittel zu einem der Kammerteile 60 und 62 hin geleitet. Infolgedessen bewegt sich der Kolben 58 innerhalb der Kammer 56. Eine Bewegung des Kolbens 58 führt zum Drehen der lenkbaren Räder des Fahrzeugs wie auch zur Drehung des Nachlaufglieds 88. Wie oben erläutert dreht eine Drehung des Nachlaufglieds 88 den Ventilhülsenteil 70 bis das Richtungssteuerventil 66 wieder in der neutralen Position ist. Wenn das Richtungssteuerventil 66 in der neutralen Position ist, wird die Torsion über den Drehstab 94 entfernt, und das erste Ende 96 des Drehstabs 94 wird nicht länger relativ zum zweiten Ende 98 des Drehstabs gedreht.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfasst der Ventilhülsenteil 70 außerdem erste und zweite Nasen bzw. Ansätze 102, die in diametral entgegengesetzten Ausschnitten 104 im Ventilkernteil 68 angeordnet sind. Bei einer Drehung des Ventilkernteils 68 von zwischen 2° und 8° relativ zum Ventilhülsenteil 70, greifen die Ansätze 102 des Ventilhülsenteils 70 an den Ausschnitten 104 des Ventilkernteils 68 ein, um zu bewirken, dass der Ventilhülsenteil 70 gemeinsam mit dem Ventilkernteil 68 gedreht wird. Eine solche Drehung des Ventilhülsenteils 70 bewirkt, dass sich der Kolben 58 innerhalb der Kammer 56 bewegt und so gestattet, dass die lenkbaren Räder des Fahrzeugs durch das Drehen der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 gedreht werden. So gestattet, selbst wenn ein Verlust im Druck des Hydraulikströmungsmittels aufgetreten ist, das Drehen der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 das Drehen der lenkbaren Räder des Fahrzeugs.
Wie schematisch in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, umfasst die zweite Anordnung 26 außerdem mindestens einen Positionssensor 32 zum Abfühlen einer Drehung der Ausgangswelle 50 des Antriebsmechanismus 44 des Hilfskraftlenkgetriebes 34. Der Positionssensor 32 ist vorzugsweise ein nicht-kontaktierender Positionssensor. Beim Abfühlen der Drehung der Ausgangswelle 50 erzeugt der Positionssensor 32 ein Signal, das anzeigend für die Drehung der Ausgangswelle 50 ist.
Die zweite elektronische Steuereinheit 28 empfängt das Positionssignal vom Positionssensor 32. Die zweite elektronische Steuereinheit 28 kann betrieben werden, um ein zweites Signal zu erzeugen und zu senden, das der Position der Ausgangswelle 50 des Antriebsmechanismus 44 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 entspricht, die der Positionssensor 32 abgefühlt hat.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste elektronische Steuereinheit 22 elektrisch mit der zweiten elektronischen Steuereinheit 28 durch einen Verbindungsdraht 106 verbunden. Der Verbindungsdraht 106 überträgt das von der ersten elektronischen Steuereinheit 22 erzeugte erste Signal zur zweiten elektronischen Steuereinheit 28 und überträgt außerdem das von der zweiten elektronischen Steuereinheit 28 erzeugte zweite Signal zur ersten elektronischen Steuereinheit 22. In einem Ausführungsbeispiel ist der Verbindungsdraht 106ein faseroptisches Kabel, und die ersten und zweiten Signale sind optische Signale. Alternativ werden andere Formen der Kommunikation bzw. Verbindung zwischen der ersten elektronischen Steuereinheit 22 und der zweiten elektronischen Steuereinheit 28 von der vorliegenden Erfindung ins Auge gefasst. Zum Beispiel kann eine kabellose Verbindung oder eine Hartverdrahtung zwischen den ersten und zweiten elektronischen Steuereinheiten 22 und 28 verwendet werden.
Die erste elektronische Steuereinheit 22 empfängt das zweite Signal. Ansprechend auf das zweite Signal steuert die erste elektronische Steuereinheit 22 den ersten Elektromotor 20, um den am Lenkrad 12 angelegten Lenkwiderstand zu steuern. Die erste elektronische Steuereinheit 22 kann einen bekannten Algorithmus verwenden, der das zweite Signal und Fahrzeuggeschwindigkeit als Parameter verwendet, um das Ausmaß an Widerstand zu bestimmen, der an das Lenkrad 12 angelegt werden soll. Der erste Elektromotor 20 legt durch die Getriebeanordnung 24 eine Kraft an die Welle 14 an, um einer Drehung des Lenkrads 12 zu widerstehen.
Die Lenkvorrichtung 10 umfasst außerdem einen Mechanismus 108. Der Mechanismus 108 umfasst eine Kupplung 110 und ein flexibles Kabel 112, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Der Mechanismus 108 umfasst zwei Betriebsmodi. Im ersten Betriebsmodus, in Fig. 1 dargestellt, verbindet der Mechanismus 108 mechanisch das Lenkrad 12 mit der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34. Im zweiten Betriebsmodus, in Fig. 2 dargestellt, verbindet der Mechanismus 108 das Lenkrad 12 nicht mechanisch mit der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34, und eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 12 und dem Lenkgetriebe 34 fehlt.
Die Kupplung 110 des Mechanismus 108 ist eine bekannte Einrichtung zum In- Eingriff-Bringen und Außer-Eingriff-Bringen von Gliedern. Die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Kupplung 110 umfasst erste und zweite Glieder 114 bzw. 116. Das erste Glied 114 umfasst eine obere Oberfläche 118 und eine untere Oberfläche 120. Die obere Oberfläche 118 des ersten Glieds 114 ist relativ zur Welle 14 entgegengesetzt dem Lenkrad 12 befestigt. Eine untere Oberfläche 120 des ersten Glieds 114 umfasst eine Vielzahl von Zähnen 122.
Das zweite Glied 116 umfasst ebenfalls eine obere Oberfläche 124 und eine untere Oberfläche 126. Die obere Oberfläche 124 des zweiten Glieds 116 umfasst eine Vielzahl von Zähnen 128, um ineinander an Zähnen 122 des ersten Glieds 114 einzugreifen. Die untere Oberfläche 126 des zweiten Glieds 116 ist am flexiblen Kabel 112 befestigt.
Das zweite Glied 116 der Kupplung 110 ist relativ zum ersten Glied 114 getragen und zu ihm hin vorgespannt. Eine Einrichtung (nicht gezeigt), die einen Teil der Kupplung 110 bildet, ist mit dem zweiten Glied 116 gekuppelt, um das zweite Glied 116 außer Eingriff mit dem ersten Glied 114 zu bewegen. Die Einrichtung kann ein Elektromagnet, ein pneumatischer Zylinder oder jede andere bekannte Einrichtung zum Bewegen des zweiten Gliedes 116 außer Eingriff mit dem ersten Glied 114 sein. Die Kupplung 110 ist normalerweise geschlossen, was bedeutet, dass, wenn die Einrichtung zum Bewegen des zweiten Glieds 116 außer Eingriff nicht betätigt ist, das erste Glied 114 sich in Zahneingriff mit dem zweiten Glied 116 befindet.
Die Kupplung 110 ist mit einer Leistungsquelle (nicht gezeigt) gekuppelt. Vorzugsweise ist die Leistungsquelle die Fahrzeugbatterie oder Luftversorgung. Wenn die Kupplung 110 elektrische, pneumatische oder andere Energie von der Leistungsquelle empfängt, wird die Einrichtung zum Außer-Eingriff-Bringen des zweiten Glieds 116 vom ersten Glied 114 betätigt, und das zweite Glied 116 wird aus dem Zahneingriff mit dem ersten Glied 114 bewegt.
Wenn die Kupplung 110 sich in Eingriff befindet, führt eine Drehung des Lenkrads 12 zu einer Drehung des zweiten Glieds 116. Wem die Kupplung 110 sich außer Eingriff befindet, wird das zweite Glied 116 durch eine Drehung des Lenkrads 12 nicht gedreht.
Fig. 6 stellt schematisch einen Teil der Kupplung 110 der, wobei das erste Glied 114 sich in Eingriff mit dem zweiten Glied 116 befindet. Wenn die Kupplung 110 sich in Eingriff befindet, sind abgewinkelte Teile der Zähne 122 des ersten Glieds in abgewinkelten Teilen des zweiten Glieds 116 aufgenommen, und abgewinkelte Teile der Zähne 128 des zweiten Glieds sind in abgewinkelten Teilen des ersten Glieds aufgenommen, wie in Fig. 6 während einer Drehung in die Richtung R gezeigt ist. Dieser Eingriff der ersten und zweiten Glieder 114 und 116 ist ausreichend, um das Lenkgetriebe 34 der zweiten Anordnung 26 zu betätigen. Dieser Zustand der Kupplung 110 kann, zum Beispiel, auftreten, wenn ein Teil der ersten Anordnung 16 nicht ordnungsgemäß arbeitet, die zweite Anordnung 26 jedoch ordnungsgemäß arbeitet.
Wenn jedoch die zweite Anordnung 26 nicht ordnungsgemäß arbeitet, können übermäßig Drehmomentpegel erforderlich sein, um die lenkbaren Räder zu drehen. Infolgedessen erhöhen sich die Drehmomentpegel, die durch die Kupplung 110 übertragen werden müssen. Die erhöhten Drehmomentpegel führen dazu, dass die ersten und zweiten Glieder 114 und 116 der Kupplung 110 sich relativ zueinander drehen, so dass Teile der Zähne 122 und 128, die sich senkrecht zur Drehrichtung R erstrecken, einander kontaktieren, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Die Relativdrehung führt zu einem Gefühl von Lockerheit oder Spiel im Lenkrad 12. Die Lockerheit gibt dem Betreiber bzw. Benutzer eine physische Anzeige, dass Wartung oder Reparaturen an der Vorrichtung 10 nötig sein können.
Das flexible Kabel 112 des Mechanismus 108 umfasst einen ersten Endteil 130 und einen zweiten Endteil 132. Der erste Endteil 130 des flexiblen Kabels 112 ist am zweiten Glied 116 der Kupplung 110 befestigt und ist mit einer Drehung des zweiten Glieds 116 drehbar. Der zweite Endteil 132 des flexiblen Kabels 112 ist an der Eingangswelle 40 des Lenkgetriebes 34 befestigt.
Das flexible Kabel 112 ist vorzugsweise ein geflochtenes Stahlkabel. Obwohl es radial flexibel ist, hat das flexible Kabel 112 eine hohe Torsions- bzw. Drehsteifigkeit. Die Flexibilität gestattet es dem flexiblen Kabel 112, leicht zwischen der ersten Anordnung 16 und der zweiten Anordnung 26 geführt zu werden, indem es dem flexiblen Kabel 112 gestattet wird, um Fahrzeugkomponenten herum und durch sie hindurch geführt zu werden, die eine steife Verbindung stören würden. Das flexible Kabel 112 gestattet es außerdem, dass das Lenkgetriebe 34 an einem Teil des Fahrzeugs angebracht ist, der relativ zum Lenkrad 12 bewegbar ist. Die hohe Torsions- bzw. Drehsteifigkeit des flexiblen Kabels 112 bewirkt, dass der zweite Endteil 132 des flexiblen Kabels 112 sich dreht, wenn der erste Endteil 130 des flexiblen Kabels 112 gedreht wird.
Während des normalen Betriebs der Lenkvorrichtung 10 wird Leistung an die Kupplung 110 geliefert. Infolgedessen ist das zweite Glied 116 der Kupplung 110 mit dem ersten Glied 114 der Kupplung außer Eingriff gebracht, und der Mechanismus 108 befindet sich im zweiten Betriebsmodus, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn der Mechanismus 108 im zweiten Betriebsmodus ist, ist die Lenkvorrichtung 10 drahtgelenkt, und es gibt keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad 12 und dem Lenkgetriebe 34. Es sei bemerkt, dass, wenn die Kupplung 110 sich außer Eingriff befindet, eine Drehung der Eingangswelle 40 des Hilfskraftlenkgetriebes 34 das zweite Glied 116 der Kupplung 110 drehen wird. Da sich die Kupplung 110 jedoch außer Eingriff befindet, wird eine Drehung des zweiten Gliedes 116 keine Drehung des Lenkrads 12 bewirken.
Im Falle eines Versagens, das bewirkt, dass der Drahtlenkbetrieb der Lenkvorrichtung 10 automatisch herunterfährt, oder im Falle eines absichtlichen Abschaltens des Drahtlenkbetriebs bewegt sich das zweite Glied 116 der Kupplung 110 in Zahneingriff mit dem ersten Glied 114 der Kupplung. So ist der Mechanismus 108 im ersten Betriebsmodus, und eine mechanische Verbindung ist zwischen dem Lenkrad 12 und dem Lenkgetriebe 34 hergestellt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn der Mechanismus 108 im ersten Betriebsmodus ist, wird eine Drehung des Lenkrads 12 durch die Kupplung 110 und das flexible Kabel 112 an die Eingangswelle 40 des Lenkgetriebes 34 übertragen, um eine manuelle Betätigung des Hilfskraftlenkgetriebes 34 zu ermöglichen. Die mechanische Verbindung ermöglicht außerdem das manuelle Drehen der lenkbaren Räder des Fahrzeugs, wenn die Ansätze 102 des Ventilhülsenteils 70 den Ventilkernteil 68 kontaktieren.
Alternativ kann die Kupplung 110 betriebsmäßig mit der ersten elektronischen Steuereinheit 22 gekuppelt sein. Die erste elektronische Steuereinheit 22 kann den Betriebsmodus des Mechanismus 108 ansprechend auf das zweite Signal von der zweiten elektronischen Steuereinheit 28 steuern. Wenn, zum Beispiel, ansprechend auf das zweite Signal die erste elektronische Steuereinheit 22 bestimmt, dass das Lenkgetriebe 34 ansprechend auf das erste Signal nicht ordnungsgemäß betätigt wird, kann die erste elektronische Steuereinheit den Drahtlenkbetrieb abschalten und die ersten und zweiten Glieder 114 und 116 der Kupplung 110 in Eingriff bringen, um die manuelle Betätigung des Lenkgetriebes 34 zu ermöglichen.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen entnehmen. Zum Beispiel können, wenn sie mit der Kupplung 110 in Eingriff arbeiten, infolge eines hydraulischen Versagens im Lenkgetriebe 34, die Elektromotoren 20 und 30 ihre Leistung kombinieren, um eine redundante Kraftunterstützung zu erzielen. Alternativ kann entweder Motor 30 oder Motor 20 arbeiten, um eine Kraftunterstützung vorzusehen.
Außerdem kann der Elektromotor 20 so betrieben werden, dass sein Widerstandsdrehmoment dramatisch ansteigt, wenn sich das Lenkgetriebe 34 seinem mechanischen Bewegungsende nähert. Dieser erhöhte Widerstand wird dem Benutzer anzeigen, aufzuhören, das Lenkrad 12 zu drehen, bevor Strömungsmittel vom Ventil 66 abgeschaltet wird, wodurch ein kühlender Strömungsmittelstrom im Lenkgetriebe 34 erhalten wird. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen von den angefügten Ansprüchen abgedeckt sein (20379).

Claims

1. Eine Lenkvorrichtung zum Drehen lenkbarer Räder eines Fahrzeugs ansprechend auf eine Drehung eines Fahrzeuglenkrads, die Folgendes aufweist:
eine erste Anordnung, betriebsmäßig gekuppelt mit lem Lenkrad, wobei die erste Anordnung Komponenten zum Überwachen angelegten Drehmoments und von Winkeldrehung des Lenkrads aufweist und zum Senden eines für das angelegte Drehmoment und die Winkeldrehung des Lenkrads anzeigenden ersten Signals;
eine zweite Anordnung, die ein Lenkgetriebe umfasst, um, bei Betätigung, die lenkbaren Räder des Fahrzeugs zu drehen, und Komponenten zum Empfangen des ersten Signals und zum Betätigen des Lenkgetriebes ansprechend auf das erste Signal; und
einen Mechanismus mit ersten und zweiten Betriebsmodi, wobei der Mechanismus im ersten Betriebsmodus eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe vorsieht, um eine manuelle Betätigung des Lenkgetriebes zu ermöglichen, wobei, wenn der Mechanismus im zweiten Betriebsmodus ist, dem Lenkrad und der Lenkgetriebe eine mechanische Verbindung fehlt, um eine manuelle Betätigung des Lenkgetriebes zu ermöglichen.

2. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Mechanismus eine Kupplung umfasst mit einem ersten Glied und einem zweiten Glied, wobei das zweite Glied sich in Zahneingriff mit dem ersten Glied befindet, wenn der Mechanismus im ersten Betriebsmodus ist, wobei das zweite Glied außer Eingriff mit dem ersten Glied ist, wenn der Mechanismus im zweiten Betriebsmodus ist.

3. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Mechanismus des weiteren ein flexibles Kabel umfasst, wobei das flexible Kabel mit einem der ersten und zweiten Glieder der Kupplung verbunden ist.

4. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das flexible Kabel einen ersten Endteil und einen zweiten Endteil hat, wobei eine Drehung des ersten Endteils des flexiblen Kabels zu einer Drehung des zweiten Endteils des flexiblen Kabels führt.

5. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das flexible Kabel ein geflochtenes Drahtkabel ist.

6. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Lenkgetriebe hydraulisch be- bzw. angetrieben ist, und wobei das flexible Kabel an einer Antriebs- oder Eingangswelle des Lenkgetriebes befestigt ist, wobei eine Drehung der Eingangswelle einen Strömungsmittelstrom in das Lenkgetriebe leitet.

7. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Komponenten der zweiten Anordnung eine elektronische Steuereinheit und einen Elektromotor umfassen, wobei die elektronische Steuereinheit das erste Signal empfängt und den Elektromotor steuert, um das Lenkgetriebe zu betätigen.

8. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Elektromotor einer oder beider Anordnungen eine Lenkunterstützung zum Drehen der lenkbaren Räder des Fahrzeugs vorsieht.

9. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Komponenten der ersten Anordnung einen Drehmoments-/Positionssensor und eine elektronische Steuereinheit umfassen.

10. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Anordnung des weiteren einen Elektromotor umfasst, um einer Drehung des Lenkrads zu widerstehen.

11. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der vom Elektromotor der ersten Anordnung vorgesehene Widerstand in der Nähe eines mechanischen Bewegungsendes des Lenkgetriebes der zweiten Anordnung ansteigt.

12. Die Lenkvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Zahneingriff zwischen den ersten und zweiten Gliedern der Kupplung eine physische Anzeige eines nicht ordnungsgemäßen Betriebs von Teilen der Vorrichtung liefert.