DE4142992A1 - Hilfskraftlenkung fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und stellt eine weitere Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung nach Patent . . . (Patentanmeldung Az: P 41 01 810.9) dar.

Bei der in der Hauptanmeldung beschriebenen Hilfskraftlenkung hat es sich gezeigt, daß unter Beachtung der komplexen und teilweise gegenläufigen Anforderungen bezüglich Leistungs- und Integrationsfähigkeit der Einsatz bereits bekannter Lenkwinkelsensoren mit angemessenem technischen Aufwand nicht zu der gewünschten Erkennung unterschiedlicher Lenkrichtungen führt.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Hilfskraftlenkung der vorgenannten Art mit einer die Drehrichtung erkennenden Sensoreinheit zu versehen, die sich durch einen kompakten, einfach zu integrierenden sowie ausfallsicheren und besonders billigen Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahmen sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung angegeben, die im Zusammenhang mit den weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen (Fig. 1 bis 3) näher dargestellt und erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen Sensoreinheit,

Fig. 2 eine Funktionsskizze zur Erläuterung der Drehsignalerfassung,

Fig. 3 ein Beispiel zur Anordnung der Sensoreinheit an der Hilfskraftlenkung.

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Sensoreinheit 31. Die Sensoreinheit 31 umfaßt redundante, hufeisenförmig zusammengefaßte, sowie paarweise angeordnete Doppelsensoren S1, S2, sowie hierzu gegenüberstehend die konzentrisch angeordneten und zur Drehrichtungserkennung als Übertragungselemente 32, 33 wirksamen Sensorscheiben, wobei die erste Sensorscheibe 33 innerhalb der zweiten Sensorscheibe 32 angeordnet ist. Die zweite Sensorscheibe 32 ist am inneren Umfang und die erste Sensorscheibe 33 ist an ihrem äußeren Umfang mit Aussparungen 34 gleicher Signal-Abstandsteilung T versehen. Die Aussparungen 34 sind beispielsweise als Zahnlücken ausgebildet, die in der Neutralstellung des Lenkrades wie in der Abbildung gezeigt, miteinander fluchten. Jeder Sensorscheibe 32, 33 sind übereinander fluchtend jeweils ein Paar Doppelsensoren S1, S2 zugeordnet. Bei einer Drehung der mit dem Lenkrad verbundenen zweiten Sensorscheibe 32 verdreht sich diese relativ zur ersten inneren Sensorscheibe 33, die mit einem in der Fig. 3 gezeigten Zahnkranz der Hilfskraftlenkung ursprünglich in Ruheposition verharrt. Die hieraus resultierende Relativverdrehung der Aussparungen 34 führt über den Doppelsensor zu einem den Linkseinschlag bzw. Rechtseinschlag des Lenkrades repräsentierenden Lenkwinkelsignal, um die Hilfskraftlenkung in einem entsprechenden Lenkmoment unterstützenden Drehsinn zu aktivieren. Ein in der Fig. 3 dargestellter Servomotor führt sodann über den Zahnkranz die erste Sensorscheibe 33 der manuell eingesteuerten Lenkbewegung solange nach bis wiederum die Aussparungen 34 der beiden Sensorscheiben 32, 33 miteinander fluchten.

Die Fig. 2 zeigt zur Veranschaulichung der Drehrichtungserfassung als Digitalsignal stilisiert eine Abwicklung der äußeren, am Lenkrad befestigten Sensorscheibe 32, die im gezeigten Beispiel einem Spannungssignal-Zeitdiagramm entspricht. Hierbei ist zu beachten, daß zur eindeutigen Identifizierung der Drehwinkelrichtung der Sensoren-Abstand A zwischen den nebeneinander gelegenen beiden als Vektoren gekennzeichneten Sensorelementen S1, S2 des Doppelsensors größer ist als die Signal-Abstandsteilung T der Aussparungen 34, bzw. der entsprechenden Zähne und Zahnlücken. Hierdurch kann durch die zeitlich unterschiedliche Abfolge des Signalmusters anhand eines Vergleichs der Signalfolge zwischen dem ersten und zweiten Sensorelement S1, S2 die Drehrichtung des Lenkrades ermittelt werden.

Analog hierzu erfolgt die Nachführung und Überwachung der von der Lenkservoeinrichtung gleichsinnig mitbewegten ersten inneren Sensorscheibe 33, die über einen redundanten zweiten Doppelsensor S1, S2 einen zeitlichen Vergleich des Signalfolgemusters zur Synchronisation der Lenkbewegung ermöglicht, wobei gleichzeitig im Rechnerverbund einer Steuerelektronik die Relativposition zur zweiten Sensorscheibe mittels einer an die gewünschte Lenkservocharakteristik angepaßte Auswertelogik überwacht wird.

Die Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform zur Anordnung des Erfindungsgegenstandes an der Hilfskraftlenkung 1. Die äußere zweite Sensorscheibe 32 befindet sich am Lenkrad 3, während die innere erste Sensorscheibe 33 ein festes Bestandteil des Zahnkranzes 10 ist. Die Sensoreinheit S1, S2 ist im Millimeterbereich zu den Sensorscheiben 32, 33 beabstandet und vorzugsweise im Lenksäulenbereich fixiert. Die Sensoreinheit arbeitet beispielsweise nach dem Hall-Effekt oder nach dem magnetoristiven Prinzip. Die Hilfskraftlenkung 1 ist als elektromechanische Lenkung ausgebildet und weist ein Lenkrad 3 auf, das von einer Lenkwelle 4 getragen wird. Ferner weist die Hilfskraftlenkung 1 ein Lenkgetriebe auf, das mit der Längssäule 4 verbunden ist. Eine Motorelektronik 6 befindet sich am elektrischen Servomotor 5, der ein die Drehbewegung am Lenkrad 3 unterstützendes Drehmoment an der Lenkwelle 4 und am Lenkgetriebe erzeugt. Sowohl der Servomotor 5 als auch die Motorelektronik 8 sind in unmittelbarer Nachbarschaft des Lenkrades 3 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der der Servomotor 5 unterhalb des Lenkwelle 4 angeordnet ist, weist das Lenkrad 3 einen integrierten Zahnkranz 10 auf, der mit einer Innenverzahnung versehen ist. Der Zahnkranz 10 ist drehfest auf der Lenkwelle 4 angeordnet. Das Lenkrad 3 weist zur Aufnahme des Zahnkranzes 10 eine an dessen im wesentlichen u-förmigen Querschnittsform angepaßte Gestalt auf. Der Zahnkranz 10 ist über eine Lagerung 13 mit dem Lenkrad 3 verbunden. Die Lagerung 13 ist als Mitnehmer ausgebildet, so daß nach überschreiten eines definierten Drehwinkels eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Lenkrad 3 und dem Zahnkranz 10 hergestellt ist. Der Servomotor 5 weist eine Abtriebswelle 24 auf, an der ein Antriebsritzel 25 verdrehfest gelagert ist. Das Antriebsritzel 25 steht mit der Innenverzahnung des Zahnkranzes 10 in ständigem Eingriff.

Wird im Betrieb das Lenkrad 3 in eine der beiden möglichen Drehrichtungen gedreht, so ergibt sich eine Verdrehung des Lenkrades 3 gegenüber der Lenkwelle 4 und den Zahnkranz 10, die durch die Sensoreinheit registriert wird. Dieses Lenksignal gelangt über in der Figur nicht näher dargestellte Leitungen an die Motorelektronik 6. Die Motorelektronik 8 initiiert dementsprechend den Servomotor 5, der daraufhin je nach der gewünschten Lenkrichtung und dem entsprechenden Lenkmoment ein entsprechend gerichtetes, unterstützendes Drehmoment erzeugt, das über das Abtriebsritzel 25 auf den Zahnkranz 10 übertragen wird. Dieses über den Zahnkranz 10 auf die Lenkwelle 4 übertragene Drehmoment ergibt die Hilfskraft, die die Servounterstützung der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung 1 bei Betätigung des Lenkrades 3 darstellt.

Bezugszeichenliste

 1 Hilfskraftlenkung
 3 Lenkrad
 4 Lenkwelle
 5 Servomotor
 6 Motorelektronik
10 Zahnkranz
13 Lagerung
24 Abtriebswelle
25 Abtriebsritzel
31 Sensoreinheit
32 Übertragungselement (Sensorscheibe)
33 Übertragungselement (Sensorscheibe)
34 Aussparung
S1, S2 Doppelsensor (Sensorelement)
T Abstandsteilung
A Abstand

Claims (5)

1. Hilfskraftlenkung mit einer ein Lenkrad tragenden Lenkwelle, mit einem mit der Lenkwelle verbundenen Lenkgetriebe, und mit einem elektrischen Servomotor, der ein eine Drehbewegung am Lenkrad unterstützendes Drehmoment an der Lenksäule und am Lenkgetriebe erzeugt, wobei der Servomotor mit einem im Lenkrad integrierten Zahnkranz in Eingriff steht und wobei das Lenkrad über eine Lagerung gegenüber dem Zahnkranz abgestützt ist und gegenüber dem Zahnkranz und der Lenkwelle verdrehbar ist, nach Patent . . . (Patentanmeldung Az: P 41 01 810.9), dadurch gekennzeichnet, daß zwei relativ zueinander bewegbare Übertragungselemente (32, 33) konzentrisch zur Lenkwelle (4) angeordnet sind, die mit einer zugeordneten, wenigstens mit einem Doppelsensor (S1, S2) versehenen Meßeinrichtung eine Sensoreinheit (31) bilden.

2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente (32, 33) aus zwei Sensorscheiben mit unterschiedlichen Radien bestehen, die über den Scheibenumfang mehrere Aussparungen (34) oder Öffnungen mit gleicher Abstandsteilung (T) aufweisen.

3. Hilfkraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (31) aus einem redundanten Doppelsensor (S1, S2) gebildet ist.

4. Hilfskraftlenkung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) zwischen dem aus einem ersten und einem zweiten Sensorelement (S1, S2) gebildeten Doppelsensor vorzugsweise um das 1,5-fache größer ist als die Abstandsteilung (T) der Aussparungen (34) in den Übertragungselementen (32, 33).

5. Hilfskraftlenkung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Übertragungselement (32) Bestandteil des Lenkrades (3) ist und daß das erste Übertragungselement (33) am Zahnkranz (10) gehalten ist.