DE10317990A1

DE10317990A1 - Kraftfahrzeuglenkung

Info

Publication number: DE10317990A1
Application number: DE2003117990
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Lienkamp
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-04-19
Filing date: 2003-04-19
Publication date: 2004-10-28

Abstract

Eine Kraftfahrzeuglenkung umfaßt eine Vielzahl von bewegbaren Elementen, wie insbesondere ein Lenkrad (3), eine Lenksäule (4), ein Lenkgetriebe (5), eine Zahnstange und ein Lenkgestänge (6), welche im Verbund einen fahrerseitig eingegebenen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder (2) übertragen. Weiterhin ist eine schaltbare Einrichtung (7) vorgesehen, die im aktivierten Zustand die Dämpfung an den bewegbaren Elementen erhöht. Eine Steuereinrichtung (9) aktiviert bei Anliegen eines Bremssignals die schaltbare Einrichtung (7). Damit wird bei einer Kraftfahrzeuglenkung die Neigung zu Lenkraddrehschwingungen (LDS) ohne eine Beeinträchtigung der Leichtgängigkeit der Lenkung vermindert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeuglenkung, mit einer Vielzahl von bewegbaren Elementen, wie insbesondere einem Lenkrad, einer Lenksäule, einem Lenkgetriebe, einer Zahnstange und einem Lenkgestänge, die im Verbund einen fahrerseitig eingegebenen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder übertragen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine besonders leichtgängige Lenkung, die gegebenenfalls auch durch eine elektrische und/oder hydraulische Hilfskraft unterstützt sein kann.

Die Leichtgängigkeit der Lenkung ist ein wesentliches Komfortmerkmal für ein Kraftfahrzeug, da hierdurch insbesondere bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten oder beim Rangieren der Kraftaufwand für den Fahrer gering bleibt. Zudem wird ein gutes Fahrzeughandling gewährleistet.

Beim Bremsen kann eine solche Lenkung jedoch zu Schwingungen angeregt werden, die sich für den Fahrer am Lenkrad durch Drehschwingungen, Zittern oder Vibrationen unangenehm bemerkbar machen. Ursache hierfür sind beispielsweise Radialkraftschwankungen der Reifen, ungleichförmige Bremsscheiben und dergleichen. Dieses Phänomen wird auch als Lenkraddrehschwingung (LDS) bezeichnet.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe, bei einer Kraftfahrzeuglenkung der eingangs genannten Art die Neigung zu Lenkraddrehschwingungen (LDS) zu vermindern ohne dabei deren Leichtgängigkeit merklich zu beeinträchtigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Kraftfahrzeuglenkung vor, die im folgenden umfaßt: eine Vielzahl von bewegbaren Elementen, wie insbesondere ein Lenkrad, eine Lenksäule, ein Lenkgetriebe, eine Zahnstange und ein Lenkgestänge, welche im Verbund einen fahrerseitig eingegebenen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder übertragen, eine schaltbare Einrichtung, die im aktivierten Zustand die Dämpfung an den bewegbaren Elementen erhöht, und eine Steuereinrichtung, die bei Anliegen eines Bremssignals die schaltbare Einrichtung aktiviert.

Dadurch bleibt im normalen Fahrbetrieb die Leichtgängigkeit der Lenkung gewahrt. Lediglich in Zuständen, in denen die Gefahr von Lenkraddrehschwingung (LDS) auftreten kann, wird die Dämpfung in der Lenkung gezielt erhöht, so daß die Anregungen durch die Bremse in der Lenkung geschluckt werden.

Prinzipiell kann dazu ein hydraulischer Lenkungsdämpfer vorgesehen werden, dessen Dämpfung in Abhängigkeit eines Bremssignals erhöht wird. Liegt kein Bremssignal mehr an, so wird die Dämpfung auf ihr ursprüngliches Niveau vermindert oder ausgeschaltet. Praktisch läßt sich dies beispielsweise durch die Verwendung eines hydraulischen Dämpfers realisieren, der mit einem elektro-resistiven Medium befüllt ist, dessen Dämpfung von der angelegten Spannung abhängt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die zusätzliche Dämpfung während eines Bremsvorganges jedoch durch eine temporäre Erhöhung der Reibung in der Lenkung bewirkt. Dazu weist die schaltbare Einrichtung einen Aktuator auf, der im aktivierten Zustand mindestens eines der bewegbaren Elemente mit einer Reibkraft beaufschlagt.

Der Aktuator kann dabei derart konfiguriert und angeordnet sein, daß dieser stets mit den bewegbaren Elementen verbunden ist und lediglich durch das Ausmaß einer auf die bewegbaren Elemente ausgeübten Kraft die Dämpfung im System erhöht oder vermindert wird. Vorzugsweise ist der Aktuator jedoch derart angeordnet, daß dieser im deaktivierten Zustand von den bewegbaren Elementen entkoppelt ist. Dies hat den Vorteil, daß der Aktuator die Leichtgängigkeit der Lenkung in allen Fahrzuständen, in denen nicht gebremst wird, nicht beeinträchtigen kann.

Gemäß eine weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Bremssignal aus einem Bremsdruck und/oder der Fahrgeschwindigkeit und/oder einem Zustand eines Bremslichtschalters abgeleitet. Die Steuereinrichtung kann dabei ein ABS-Steuergerät sein. Auf diese Weise läßt sich der Aufwand für die Unterdrückung von Lenkradschwingungen beim Bremsen besonders gering halten.

Alternativ hierzu kann das System jedoch auch unabhängig von einem Antiblockiersystem arbeiten. In diesem Fall wird dann beispielsweise als Steuereinrichtung ein Relais verwendet, welches über einen Bremslichtschalter die schaltbare Einrichtung aktiviert. Auch hierbleibt der Aufwand außerordentlich gering. Insbesondere bietet sich diese Lösung auch als Nachrüstmöglichkeit für bereits in Fahrzeuge eingebaute Lenkungen an.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeuglenkung nach der Erfindung.
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Lenkung 1 für ein Kraftfahrzeug. Diese zeichnet sich durch eine hohe Leichtgängigkeit aus. Wie 1 zeigt, umfaßt die Lenkung 1 eine Vielzahl von bewegbaren Elementen, um einen fahrerseitigen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder 2 zu übertragen. Die Lenkung 1 ist dabei in herkömmlicher Art und Weise aufgebaut. Sie umfaßt insbesondere ein Lenkrad 3, eine daran anschließende Lenksäule 4 mit einer Lenkspindel, ein Lenkgetriebe 5, eine nicht dargestellte Zahnstange sowie zu den Rädern 2 führende Lenkgestänge 6.
Weiterhin ist an der Lenkung 1 eine schaltbare Einrichtung 7 vorgesehen, die im aktivierten Zustand die Dämpfung an den bewegbaren Elementen erhöht. Durch das Aktivieren der Einrichtung 7 lassen sich durch einen Bremsvorgang angeregte Schwingungen dämpfen. Im deaktivierten Zustand beeinträchtigt die Einrichtung 7 die Leichtgängigkeit der Lenkung 1 hingegen nicht.
Die schaltbare Einrichtung 7 weist hier einen Aktuator 8 auf, der im aktivierten Zustand eines der bewegbaren Elemente der Lenkung 1 mit Reibung beaufschlagt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel hemmt der Aktuator 8 das Drehvermögen der Lenksäule 4 bzw. einer Lenkspindel derselben durch die Aufbringung einer Reibkraft F_R. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, den Aktuator 8 auch an einem anderen bewegbaren Element der Lenkung 1 angreifen zu lassen. So kann in einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Aktuator 8 die Bewegung der Zahnstange oder des Lenkrads 3 durch die Aufbringung einer Reibkraft F_R einschränken.
Auch ist es möglich, an mehreren bewegbaren Elementen eine zusätzliche Reibkraft F_R aufzubringen. Dazu können einer oder auch mehrere Aktuatoren 8 vorgesehen sein.
Im deaktivierten Zustand sind der bzw. die Aktuatoren 8 von den bewegbaren Elementen entkoppelt.
Die Betätigung des bzw. der Aktuatoren 8 erfolgt über eine Steuereinrichtung 9, die bei Anliegen eines Bremssignals ein entsprechendes Steuersignal s generiert. Das Bremssignal steht in der Regel an einem Kraftfahrzeug ohnehin zur Verfügung. Es wird beispielsweise benötigt, um die Bremslichter ein- und auszuschalten. Durch einen Abgriff dieses Signals s_L können der bzw. die Aktuatoren 8 über eine als Relais ausgebildete Steuereinrichtung 9 aktiviert und deaktiviert werden.
Selbstverständlich kann ein entsprechendes Signal auch an anderer Stelle abgegriffen werden.
Es ist beispielsweise auch möglich, das Vorliegen eines Bremsvorganges aus einem Bremsdrucksignal s_P oder aus der Fahrgeschwindigkeit s_F oder einer entsprechende Größe, z.B. der Fahrzeuglängsbeschleunigung abzuleiten. Derartige Informationen sind an dem Kraftfahrzeug in der Regel stets vorhanden. Sie werden beispielsweise in einem Antiblockiersystem eingesetzt. In das zugehörige ABS-Steuergerät kann die Funktion der Steuereinrichtung 9 für die Aktivierung der schaltbaren Einrichtung 7 bzw. der Aktuatoren 8 implementiert werden.
Lenkraddrehschwingungen (LDS) treten meist nur in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen auf. Der kritische Geschwindigkeitsbereich hängt von der Eigenfrequenz des Lenksystems ab. Man kann sich dies zunutze machen, indem die Dämpfung bzw. Reibung fahrgeschwindigkeitsabhängig nur für den kritischen Bereich zugeschaltet wird. Bei Personenkraftfahrzeugen liegt dieser bei ca. 80 bis 120 km/h. Mit der Eingangsgröße Fahrgeschwindigkeit kann so die Dämpfung z.B. nur in einem kritischen Geschwindigkeitsbereich von vorzugsweise 90 bis 120 km/h aktiviert werden.
Beim Lenken wird die Dämpfung hingegen sofort abgeschaltet. Die Sensierung kann z.B. über Lenkwinkelsensoren eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) realisiert werden, über die entsprechende Signale s_LW erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, daß das Lenkgefühl nicht beeinträchtigt wird. Das Lenksystem wird beim Lenken ohnehin so stark verspannt, daß keine Lenkraddrehschwingungen (LDS) mehr auftreten können. Als Grenzwerte können die Lenkgeschwindigkeit und/oder ein Winkel als Schwelle vorgegeben werden. Praktikabel ist für die Lenkgeschwindigkeit ein Wert von 20°/s und für den Lenkwinkel ein Wert von 8°.
Die Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel beschrieben, ist jedoch nicht auf dieses beschränkt. Vielmehr sind weitere Abwandlungen im Rahmen der beigefügten Ansprüche möglich.
So kann insbesondere anstelle eines Aktuators 8, welcher eine definierte Reibung erzeugt, auch ein hydraulischer Dämpfer vorgesehen werden, der ständig mit einem oder mehreren der bewegbaren Elemente gekoppelt ist und dessen Dämpfung bei einer Aktivierung zunimmt.

1: Lenkung
2: Fahrzeugrad
3: Lenkrad
4: Lenksäule
5: Lenkgetriebe
6: Lenkgestänge
7: schaltbare Einrichtung
8: Aktuator
9: Steuereinrichtung
F_R: Reibkraft
s: Stellsignal
s_L: Bremslichtsignal
s_P: Bremsdrucksignal
s_F: Fahrgeschwindigkeitssignal
s_LW: Signal für den Lenkwinkel aus Lenkwinkelsensoren

Claims

Kraftfahrzeuglenkung, umfassend: – eine Vielzahl von bewegbaren Elementen, wie insbesondere ein Lenkrad (3), eine Lenksäule (4), ein Lenkgetriebe (5), eine Zahnstange und ein Lenkgestänge (6), welche im Verbund einen fahrerseitig eingegebenen Lenkbefehl an die Fahrzeugräder (2) übertragen, – eine schaltbare Einrichtung (7), die im aktivierten Zustand die Dämpfung an den bewegbaren Elementen erhöht, und – eine Steuereinrichtung (9), die bei Anliegen eines Bremssignals die schaltbare Einrichtung (7) aktiviert.
Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Einrichtung (7) einen Aktuator (8) aufweist, der im aktivierten Zustand mindestens eines der bewegbaren Elemente mit Reibung beaufschlagt.
Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (8) im deaktivierten Zustand von den bewegbaren Elementen entkoppelt ist.
Kraftfahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Einrichtung (7) einen hydraulischen Dämpfer aufweist, der ständig mit den bewegbaren Elementen gekoppelt ist und dessen Dämpfung bei einer Aktivierung zunimmt.
Kraftfahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremssignal aus einem Bremsdruck und/oder der Fahrgeschwindigkeit und/oder einem Zustand eines Bremslichtschalters abgeleitet wird.
Kraftfahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) ein Relais ist, welches über einen Bremslichtschalter die schaltbare Einrichtung (7) aktiviert.
Kraftfahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) ein ABS-Steuergerät ist.
Kraftfahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Einrichtung (7) zur Erhöhung der Dämpfung bzw. Reibung fahrgeschwindigkeitsabhängig aktivierbar ist.
Kraftfahrzeuglenkung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Einrichtung (7) zur Erhöhung der Dämpfung bzw. Reibung lediglich in einem Fahrgeschwindigkeitsbereich von 80 km/h bis 120 km/h aktivierbar ist.
Kraftfahrzeuglenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Einrichtung (7) bei Erfassung einer Überschreitung eines Grenzwertes für eine Lenkbewegung, insbesondere eines Grenzwertes für die Lenkgeschwindigkeit und/oder eines Grenzwertes für den Lenkwinkel, automatisch deaktiviert wird.