DE19941535A1

DE19941535A1 - Lenkvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19941535A1
Application number: DE1999141535
Authority: DE
Inventors: Herbert Lohner; Peter Dominke; Chi-Thuan Cao; Wolfgang Pfeiffer; Ngoc-Thach Nguyen; Bo Yuan; Werner Harter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bei der ein von einem Fahrer am Lenkrad aufgebrachter und/oder von einem Stellmotor eingestellter Lenkradwinkel und ein eingestelltes Lenkradmoment durch Übertragungsmittel zu einer gelenkten Achse des Fahrzeugs übertragen werden, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmittel Zugmittel (6) und Führungsmittel (3, 4) aufweisen. Die Zugmittel (6) können Ketten bzw. Gliederketten, Riemen, insbesondere Zahnriemen und runde oder flache Stangen sowie auch Seile sein, die die Zugkräfte weiterleiten und eine räumliche Umlenkung ermöglichen (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei der ein von einem Fahrer am Lenkrad aufgebrachter und/oder von einem Stellmotor eingestellter Lenkradwinkel und ein eingestelltes Lenkradmoment durch Übertragungsmittel zu einer gelenkten Achse des Fahrzeugs übertragen werden.

Die Lenkung eines Kraftfahrzeugs setzt die vom Fahrer am Lenkrad aufgebrachte Drehbewegung und Kraft bzw. das Lenkradmoment in eine Schwenkbewegung der gelenkten Fahrzeugräder um. Bei gleichem Lenkverhalten und mit bisherigen Anforderungen an das Lenksystem sollte dieses hinsichtlich der unterschiedlich gestalteten Einbauräume im Fahrzeug flexibel sein und möglichst keine auf die Vorderachse wirkenden Kraft, wie sie z. B. bei Frontalzusammenstößen erzeugt wird, auf das Lenkrad weiterleiten, so dass bei einem Zusammenstoß die kinetische Energie nicht über das Lenkrad an den Fahrer weitergegeben wird.

Hinsichtlich der Krafteinwirkung können Lenksysteme in drei Typen unterteilt werden:

1. Lenkung nur mit Muskelkraft des Fahrers;
2. Lenkung mit Muskel- und Hilfskraft, mit einer sogenannten Servolenkung. Die Hilfskraft kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erzeugt werden;
3. Lenkung ausschließlich mit Fremdkraft, wobei die Lenkbewegung des Fahrers nur als Signal für eine oder mehrere Antriebsmaschinen erfasst wird. Dazu gehören die bisher unter dem Namen "Steer-by-Wire" bekannten Lenksysteme, die die bis dahin starre mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und der gelenkten Vorderachse aufbrechen. Zur Sicherheit solcher Steer- by-Wire-Lenksysteme dienen z. B. mechanische oder hydraulische Rückfallebenen, die im Fehlerfall wieder eine mechanische und/oder hydraulische Verbindung des Lenkrads mit der gelenkten Achse herstellen.

Nach den Bauformen der Lenkgetriebe unterscheidet man bisher zwei Bauarten:

1. Lenkung mit Zahnstangen, oder
2. Lenkung mit Kugelumlaufgetriebe plus Lenkgestänge.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Lenkvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge so zu ermöglichen, dass sie für die zur Verfügung stehenden Einbauräume im Fahrzeug höchste Flexibilität, Sicherheit und Schutz für den Fahrer, insbesondere bei Unfällen mit Frontalzusammenstößen, geringen Aufwand bei der Fahrzeugendmontage, hohe Funktionalität, Robustheit und Zuverlässigkeit und geringe Herstellungskosten bietet.

Die obige Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Erfindungsgemäß weisen die Übertragungsmittel Zugmittel und Führungsmittel auf; die Zugmittel können Ketten, Seile und/oder Riemen sowie Zahnriemen, und die Führungsmittel Rollen, Geradführungen, Wälzlager, Stangen etc. aufweisen.

Die vorgeschlagene Lenkvorrichtung läßt sich in der Hauptebene auf vielfältige Weise aus folgenden Bauelementen kombinieren:

1. Das Lenkrad mit Verbindungsstange zum
2. Stellglied bzw. Stellmotor, bei dem ein elektrischer oder pneumatischer bzw. hydraulischer Hilfsmotor, ein Getriebe als Drehmomenten- und Kinematikwandler und eine Windetrommel für ein Seil bzw. ein anderes Zugmittel integriert sein können.
3. Die Führungsmittel können Lager für Drehbewegungen wie Wälz- bzw. Gleitlager und fest installierte Fixierstifte in einem räumlich starren und stabilen Stützrahmen umfassen. Vor allem Umlenkrollen, die an den Zugmitteln reib- oder formschlüssig angreifen, können bei den längeren geraden Strecken als Linearführungen für die Zugmittel eingesetzt werden.
4. Federnde Spannelemente, die roll- und gleitfähig sind, sorgen für eine spielfreie und ausreichend robuste räumliche Kraftübersetzung und dies trotz Elastizität der gesamten Lenkvorrichtung.
5. Übliche Lenk- und Führungshebel, Schubstangen, Spurstange oder Lenkstockhebel;
6. Zugmittel, wie Ketten bzw. Gliederketten, Riemen, insbesondere Zahnriemen, Stangen rund oder flach und Seile sind zur Weiterleitung der Zugkräfte und räumlichen Umlenkung einsetzbar.
7. Schließlich können Lenkradwinkel und Lenkwinkel und Momente durch Sensoren erfasst und einer Lenk- Steuer/Regelungseinheit zugeführt werden, die dem am Lenkrad vorgegebenen Winkel bzw. Moment z. B. einen von Fahrzuständen, Fahrerverhalten und Umgebungszuständen abhängigen Winkel und ein Moment überlagern kann.

Die Erfindung bietet insbesondere folgende Vorteile:

1. Sie ist räumlich höchst flexibel, was bedeutet, dass das Lenkrad links, rechts oder in der Mitte des Fahrzeugs angeordnet werden kann, ohne dass zusätzliche Typenvielfalt nötig ist. Im Motorraum gibt die räumliche Umlenk- bzw. Umleitbarkeit mehr Freiheit bei der Gestaltung und Formgebung der anderen Motorraumaggregate.
2. Die Lenkvorrichtung bietet ein hohes Maß an Sicherheit für den Fahrer, besonders bei Frontalzusammenstößen.
3. Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung ist mit geringem Aufwand bei der Fahrzeugendmontage montierbar.
4. Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung hat hohe Funktionalität durch den Einsatz sowohl in einer Hauptebenenlösung mit und ohne Hilfsmotor als auch als Rückfallebene eines Steer-by-Wire-Lenksystems.
5. Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung realisiert ein robustes und zuverlässiges Lenksystem, welches beispielsweise auch in großen fahrbaren Maschinen und Nutzfahrzeugen einsetzbar ist. Im Kran, Kreisförderern in Fabriken sowie bei Bühnen-, Hallenbäder- Betätigungssystemen usw. haben flexible Seile und/oder Riemen sowie auch starre Elemente aufweisende Zugmittel in Verbindung mit geeigneten Führungsmitteln ihre praktische Funktionalität bereits bewiesen.
6. Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung verursacht geringere Kosten, weil die Mehrzahl der benötigten Elemente Normteile bzw. großseriengefertigte Bauteile sein können und nicht hochspezialisiert sein müssen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, in der auf die Zeichnungsfiguren bezugnehmenden Beschreibung näher erläutert.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit Zugmitteln in der Hauptebene, z. B. für eine Servolenkung in einem Kraftfahrzeug; und

Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit Zugmitteln als "Rückfallebene", ebenfalls beim Kraftfahrzeug.

Ausführungsbeispiele

Fig. 1 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung dar, bei dem diese in der Hauptebene für eine Servolenkung im Kraftfahrzeug eingesetzt ist. Mit einem Lenkrad 1 ist ein Stellglied bzw. Stellmotor 2 verbunden, in dem ein elektrischer oder pneumatischer oder hydraulischer Hilfsmotor, ein Getriebe als Drehmoment- und Kinematikwandler und eine Seil- bzw. Zugmittelwindetrommel integriert sind. Als Zugmittel 6 können Seile, Ketten, wie Gliederketten, Riemen, insbesondere Zahnriemen sowie gerade starre Geradführungsabschnitte auch in Kombination eingesetzt sein. Fig. 1 stellt Führungsmittel als einfache Führungsrollen 3, 4 dar, die an nicht gezeigten Lagern und Abstützelementen gelagert sind, wie z. B. in Wälz- bzw. Gleitlagern und an fest installierten Fixierstiften in einem (nicht gezeigten) räumlich starren und stabilen Stützrahmen. Von den Führungsmitteln sind vor allem die Umlenkrollen 3, die sich mit dem Zugmittel reib- oder formschlüssig verbinden, drehbar jedoch starr an einem stabilen Stützrahmen gelagert. Die Spannrollen 4, die roll- und gleitfähig sind, sind mit Federelementen federnd so gelagert, dass sie für eine spielfreie und ausreichend robuste räumliche Kraftübertragung sorgen trotz Elastizität des gesamten Lenksystems. In den Fig. 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Spannrollen 4 in einer Ansicht von vorne und in einer Draufsicht vergrößert dargestellt. Die in Fig. 1 gezeigte Lenkvorrichtung verwendet am Lenkstock herkömmliche Lenk- und Führungshebel 5, wie Schubstange, Spurstange oder Lenkstockhebel.

Die Zugmittel 6, die Seile, Ketten, wie z. B. Gliederketten, Riemen, insbesondere Zahnriemen und im Querschnitt runde oder flache Stangen sein können, die die Zugkräfte weiterleiten und eine räumliche Umlenkbarkeit ermöglichen, sind in Fig. 1 in einer geschlossenen Schleife angeordnet und schematisch vereinfacht als Linie dargestellt. Eine Einheit 7 dient zur Lenkradwinkel- und Momenterfassung und ist mit einer Steuer/Regelungseinheit zur Lenksteuerung bzw. -regelung verbunden, mit der die durch den Hilfsmotor aufgebrachten Zusatzmomente gesteuert ode geregelt werden können.

Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung, wobei dieselben Bezugszahlen gleiche oder gleichartige Elemente wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bezeichnen. In Fig. 2 dient die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung als Rückfallebene in einem Steer-by-Wire-System.

Mit einem Stellmotor 12, der ein Elektromotor sein kann, wird über einen (nicht gezeigten) Feedback-Aktuator im Steer-by-Wire Betrieb die sensorisch erfasste Rückwirkung der Straße auf das Lenkrad 1 übertragen. Zwischen dem Stellmotor 12 und der die Zugmittel 6 bewegenden Winde oder Trommel 14 befindet sich eine Kupplung 13, die im Steer-by- Wire Betrieb geöffnet ist und im Fehlerfall, d. h. bei Ausfall des Steer-by-Wire-Systems, geschlossen wird. In diesem Fehlerfall wird eine durch die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung gemäß Fig. 2 realisierte Rückfallebene aktiviert und das Lenkrad 1 greift über den Stellmotor 12 und die dann geschlossene Kupplung 13 direkt an der Winde oder Trommel 14 an und bewegt dadurch das Zugmittel 6, welches, genauso wie in Fig. 1, über Führungsmittel 3, 4 mit einem Lenkstock verbunden ist.

Anders als in Fig. 1, ist am Lenkstock ein elektrischer Lenkstellmotor 8 vorgesehen, der für das Steer-by-Wire- System die Einstellung des am Lenkrad 1 vorgegebenen und sensorisch erfassten Lenkwinkels an der Vorderachse über ein Lenkgetriebe vornimmt.

Eine Einheit 17 ist dazu vorgesehen, Lenkradwinkel, Lenkwinkel und -momente zu erfassen und ist mit einer (nicht gezeigten) Steuer- bzw. Regelvorrichtung verbunden, die Funktionen der Steer-by-Wire-Lenkung und einer Überwachung und Aktivierung der Rückfallebene beinhaltet.

Das oben anhand der Fig. 2 beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, dass die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung nach dem Schließen der Kupplung 13 als mechanische Rückfallebene eines Steer-by-Wire-Systems benutzt werden kann.

Somit bietet die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung außer der großen räumlichen Flexibilität, der Sicherheit für den Fahrer beim Frontalzusammenstoß, dem geringen Aufwand bei der Montage des Lenksystems und neben seiner Robustheit und Zuverlässigkeit und seiner geringen Herstellungskosten eine hohe Funktionalität, da sie sowohl in einer Hauptebenenlenkung mit und ohne Servomotor als auch für die Rückfallebene gemäß Fig. 2 verwendet werden kann.

Claims

1. Lenkvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bei der ein von einem Fahrer am Lenkrad aufgebrachter und/oder von einem Stellmotor eingestellter Lenkradwinkel und ein eingestelltes Lenkradmoment durch Übertragungsmittel zu einer gelenkten Achse des Fahrzeugs übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmittel Zugmittel (6) und Führungsmittel (3, 4) aufweisen.

2. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmittel (6) Ketten, insbesondere Gliederketten und/oder flexible Seile und/oder Riemen, insbesondere Zahnriemen aufweisen.

3. Lenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugmittel (6) starre Elemente, wie Stangen aufweisen.

4. Lenkvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel (3, 4) Rollen und/oder Geradführungen und/oder Stifte und/oder Wälzlager oder Gleitlager und/oder Führungsrillen umfassen.

5. Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsmittel (3, 4) als Linearführungen Umlenkrollen aufweisen, die mit den Zugmitteln reib- oder formschlüssig verbunden sind.

6. Lenkvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Zugmitteln (6) und/oder Führungsmitteln (3, 4) federnde Spannmittel angreifen, um eine Elastizität der Lenkvorrichtung zu bewirken.

7. Lenkvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (2, 12) ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Hilfsmotor ist, der ein Getriebe als Drehmomenten- und Kinematikwandler aufweist und mit dem Lenkrad durch eine starre Lenkstange verbunden ist.

8. Lenkvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Stellmotor (2, 12) außerdem eine Windetrommel für ein flexibles Zugmittel vorgesehen ist.

9. Lenkvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zur Erfassung von Lenkradwinkel und -moment und Lenkwinkel und -moment in Wirkverbindung mit den Zugmitteln und/oder den Führungsmitteln vorgesehen sind.

10. Lenkvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lenk-Steuer/Regelungseinheit (7, 17) mit den Sensoren verbunden ist.

11. Verwendung der Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Rückfallebene in einem Steer-by- Wire-System.