EP0521121A1 - Hilfskraftlenkung für fahrzeuge - Google Patents

Hilfskraftlenkung für fahrzeuge

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Publication number
EP0521121A1
EP0521121A1 EP92902850A EP92902850A EP0521121A1 EP 0521121 A1 EP0521121 A1 EP 0521121A1 EP 92902850 A EP92902850 A EP 92902850A EP 92902850 A EP92902850 A EP 92902850A EP 0521121 A1 EP0521121 A1 EP 0521121A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering
power steering
motor
steering wheel
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92902850A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Beer
Jürgen Balz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ITT Automotive Europe GmbH
Original Assignee
ITT Automotive Europe GmbH
Alfred Teves GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19914101810 external-priority patent/DE4101810A1/de
Application filed by ITT Automotive Europe GmbH, Alfred Teves GmbH filed Critical ITT Automotive Europe GmbH
Publication of EP0521121A1 publication Critical patent/EP0521121A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/04—Hand wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0215—Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • B62D15/022—Determination of steering angle by measuring on the steering column on or near the connection between the steering wheel and steering column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque

Definitions

  • the invention relates to power steering for vehicles according to the preamble of claim 1.
  • Such an auxiliary power steering system is known from DE-A-3 824 424.
  • the servo motor is arranged coaxially or next to the steering column, but in the engine compartment of the vehicle.
  • Power steering of the aforementioned type are suitable for installing a sensor unit that detects the steering direction.
  • This sensor unit is designed to be a compact, easy to integrate the as well as fail-safe, particularly inexpensive construction.
  • the positioning of the servo motor in the passenger compartment ensures that no influences from oil, gasoline, engine cleaner, etc. in the engine compartment, such as moisture and excessive temperature, can have any negative effects on the servo motor of the power steering system according to the invention.
  • the power steering system according to the invention also gives the advantage of a lighter construction compared to conventional power steering systems, which is moreover cheaper and therefore less expensive and easier to install.
  • the associated motor electronics are also expediently arranged in the passenger compartment, which further simplifies the auxiliary power steering according to the present invention with regard to its assembly.
  • a particularly preferred arrangement of the servo motor and the associated motor electronics is a placement in the immediate vicinity of the steering wheel or, in an alternative embodiment, an integration in the steering wheel, for which purpose the servomotor is designed as a disc rotor or traveling wave motor which is particularly small and represent flat motor variants.
  • a housing is expediently provided, which can be attached, for example, below the steering wheel and the steering shaft to their guide tube.
  • the servomotor meshes with a ring gear integrated in the steering wheel.
  • the particular advantages of the invention include, above all, the possibility of creating a unit which can be retrofitted or exchanged, preferably consisting of a steering wheel, electric motor, integrated ring gear and a sensor device. As a result, an existing motor vehicle can be provided with power steering simply by replacing the old steering wheel with the power steering unit.
  • a collectorless, electronically commutated electric motor is preferably used for this.
  • Such an electric motor cannot block and is coupled directly without an intermediate clutch.
  • the ring gear and the steering handwheel cooperate with the sensor unit in such a way that, depending on the direction of rotation and the applied torque, the servo motor is switched on to generate the electromechanical auxiliary force if necessary.
  • the use of a collectorless, ie electronically commutated electric motor has the advantage that one can do without a coupling between the servo motor and the toothed ring without running the risk that the steering locks if the motor fails.
  • FIG. 1 shows a schematic, slightly simplified illustration of part of an auxiliary power steering system according to the invention
  • FIG. 2 shows the detail denoted by X in FIG. 1, in cross section,
  • FIG. 3 shows the detail X shown in FIG. 2 in a front view
  • FIG. 4 shows a spatial representation of an advantageous sensor unit
  • FIG. 5 shows a functional diagram to explain the detection of the rotary signal
  • FIG. 1 shows an embodiment of an auxiliary power steering system 1 for vehicles with a passenger compartment 2.
  • the power steering system 1 is designed as an electromechanical steering system and has a steering wheel 3 which is carried by a steering shaft 4.
  • the power steering 1 has a steering gear, not shown in FIG. 1, which is connected to the steering shaft 4.
  • the power steering system 1 also has all the other parts which are usually provided for connecting and transmitting the steering torque from the steering shaft 4 to the steered wheels.
  • an electric servo motor 5 with ei ⁇ ner engine electronics 6 can be seen, which generates a torque supporting the rotary movement on the steering wheel 3 to the steering shaft 4 and the steering gear.
  • the servo motor 5 and, in the particularly preferred embodiment shown in FIG. 1, the motor electronics 6 are also arranged in the passenger compartment.
  • both the servo motor 5 and the motor electronics 6 are arranged in the immediate vicinity of the steering wheel 3.
  • a housing 7 is provided, which is fastened to a guide tube 8 of the steering shaft 4 below it in a suitable manner, for example by means of a bracket 9.
  • the housing 7 protects the servo motor 5 and the motor electronics 6 from damage and the like.
  • the arrangement of the servo motor 5 and the motor electronics 6 below the steering shaft 4 results in a very easily accessible positioning in the passenger compartment 2, so that the assembly, as well as any repair work that may become necessary, is simple and Way can be done.
  • the servo motor is then designed as an extremely flat electric motor, such as a disc rotor or traveling wave motor.
  • the steering wheel 3 has an integrated ring gear 10 which, as shown in FIG. 2, is provided with an internal toothing 11.
  • the ring gear 10 is arranged on the steering shaft 4 in a rotationally fixed manner.
  • the steering wheel 3 has a receiving recess 12 which is adapted to its essentially U-shaped cross-sectional shape in order to receive the ring gear 10.
  • the gear rim 10 is connected to the steering wheel 3 within this receiving recess 12 via a bearing 13 shown in FIGS. 2 and 3.
  • the bearing 13 has an outer ring 15 arranged in a wall section 14, while the ring gear 10 has a bearing recess 17 for a rolling element 18 on an annularly encircling collar 16 with the internal toothing 11.
  • the rolling element 18 is guided with the aid of a cage 19.
  • the steering wheel 3 has two stops 20 and 21, the associated stops 22 and 23 face of the ring gear 10.
  • stop pairs 20, 22 and 21, 23 are formed, which cooperate for torque transmission when the servo motor 5 fails when the steering wheel 3 rotates.
  • FIG. 1 further clarifies that the servo motor 5 has a drive shaft 24 on which a drive pinion 25 is mounted such that it cannot rotate.
  • the drive pinion 25 is in constant engagement with the internal toothing 11 of the ring gear 10.
  • the steering wheel 3 is rotated in one of the two possible directions of rotation during operation, the steering wheel 3 is rotated relative to the steering shaft 4 and the ring gear 10. This is detected by a suitable sensor which expediently saves space directly into the servo housing 7 ⁇ motor 5 and motor electronics 6 is integrated and generates a steering signal.
  • This steering signal is passed on to the engine electronics 6 via lines not shown in the figure.
  • the motor electronics 6 accordingly initiates the servomotor 5, which then generates a correspondingly directed supporting torque depending on the desired steering direction and the corresponding steering torque, which torque is transmitted to the ring gear 10 via the drive pinion 25.
  • This torque which is transmitted to the steering shaft 4 via the ring gear 10, gives the auxiliary force which represents the servo assistance of the auxiliary power steering 1 according to the invention when the steering wheel 3 is actuated.
  • the power steering 1 results in addition to the advantages already described, the particular advantage that a simple retrofitting of an existing steering this makes it possible for the existing steering wheel to be replaced by a steering wheel unit corresponding to the previously described unit (steering wheel 3, ring gear 10, motor and electronics). Thereafter, the servo motor 5 and the associated motor electronics 6 with the necessary connections can be installed in the passenger compartment 2 in the manner described above in a simple manner, without other structural changes to the existing parts of the steering being necessary.
  • FIG. 4 shows the basic structure of the sensor unit 31.
  • the sensor unit 31 comprises redundant, horseshoe-shaped, and paired double sensors S1, S2, and opposite to this the concentrically arranged sensor disks 32, 33 which are effective for detecting the direction of rotation, whereby the first sensor disk 33 is arranged within the second sensor disk 32.
  • the second sensor disk 32 is on the inner circumference and the first sensor disk 33 is provided on its outer circumference with recesses 34 of the same signal spacing T.
  • the recesses 34 are designed, for example, as tooth gaps which are in alignment with one another in the neutral position of the steering wheel, as shown in the figure.
  • a pair of double sensors S1, S2 are assigned to each sensor disk 32, 33 in alignment with one another.
  • the second sensor disk 32 connected to the steering wheel rotates, it rotates relative to the first inner sensor disk 33, which originally remains in the rest position with a toothed ring of the power steering system shown in FIG.
  • the resulting relative rotation of the recesses 34 leads, via the double sensor, to a steering angle signal representing the left or right turn of the steering wheel, in order to adjust the power steering in a corresponding manner
  • a servomotor shown in FIG. 6 guides the first sensor disk 33 of the manually controlled steering movement over the ring gear until the recesses 34 of the two sensor disks 32, 33 are again aligned.
  • FIG. 5 shows stylized a development of the outer sensor disk 32 attached to the steering wheel, which corresponds to a voltage signal-time diagram in the example shown.
  • the sensor distance A between the two sensor elements S1, S2 of the double sensor, identified as vectors is larger than the signal distance division T of the cutouts 34 or the corresponding ones Teeth and tooth gaps.
  • the chronologically different sequence of the signal pattern can be used to determine the direction of rotation of the steering wheel on the basis of a comparison of the signal sequence between the first and second sensor elements S1, S2.
  • FIG. 6 shows an advantageous embodiment for arranging the sensor measuring device on the power steering system 1 already explained in FIG. 1.
  • the outer second sensor disk 32 is located on the steering wheel 3, while the inner first sensor disk 33 is a fixed component of the toothed crane is 10.
  • the sensor unit S1, S2 is spaced in the millimeter range from the sensor disks 32, 33 and is preferably fixed in the steering column area.
  • the sensor unit works, for example, according to the Hall effect or according to the magnetoristive principle.
  • the motor electronics 6 are located directly on the electric servomotor 5, which generates a torque on the steering shaft 4 that supports the rotary movement on the steering wheel 3. Both the servo motor 5 and the motor electronics 6 are arranged directly on the steering wheel 3.
  • the steering wheel 3 has an integrated toothed ring 10 which is provided with an internal toothing.
  • the ring gear 10 is connected to the steering wheel 3 via a bearing 13. As can already be seen from FIG. 2 and FIG.
  • the bearing 13 is designed as a driver so that a positive connection between the steering wheel 3 and the ring gear 10 is established after a defined angle of rotation has been exceeded.
  • the servomotor 5 has an output shaft 24 on which a drive pinion 25 is mounted in a rotationally fixed manner.
  • the Antriebsrit ⁇ zel 25 is in constant engagement with the internal teeth of the ring gear 10.
  • the steering wheel 3 If the steering wheel 3 is rotated in one of the two possible directions of rotation during operation, the steering wheel 3 is rotated relative to the steering shaft 4 and the ring gear 10. which is registered by the sensor unit.
  • This steering signal reaches the motor electronics 6 via lines (not shown in more detail in the figure).
  • the motor electronics 6 accordingly initiates the servo motor 5, which then generates, depending on the desired steering direction and the corresponding steering torque, a correspondingly directed, supporting torque which is transmitted via the output pinion 25 is transferred to the ring gear 10.
  • This torque transmitted to the steering shaft 4 via the ring gear 10 gives the auxiliary force which represents the servo support of the auxiliary power steering 1 according to the invention when the steering wheel 3 is actuated.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Hilfskraftlenkung ist aus der DE-A-3 824 424 bekannt. Bei dieser Hilfskraftlenkung ist der Servomotor ko¬ axial oder neben der Lenksäule, jedoch im Motorraum des Fahrzeuges angeordnet.
Hieraus können Probleme hinsichtlich der im Motorraum auf¬ tretenden Verschmutzungen sowie hoher Temperatur auftreten, die u.U. nachteilige Einflüsse auf den elektrischen Servomo¬ tor ausüben können.
Insbesondere bei Schwernutzfahrzeugen wie Erdbewegungsma¬ schinen und dergl. sind die in dem aus Kühlungsgründen all¬ gemein nicht abgeschlossenen Motorraum angeordneten Funktionsteile starker Schmutzeinwirkung ausgesetzt. Ein in¬ dividueller Schmutzschutz für bestimmte Funktionsteile ist im allgemeinen teuer, bei der bekannten Anordnung aber oft unvermeidlich, um die Funktionstüchtigkeit bestimmter Teile zu erhalten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hilfs¬ kraftlenkung für Fahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die die o.g. Probleme vermei¬ det und mithin eine Verhinderung negativer Einflüsse auf den ^ elektrischen Servomotor durch Verschmutzungen und eine mon-
T tagefreundlichere Anordnung ermöglicht. Ferner soll sich die
Hilfskraftlenkung der vorgenannten Art für den Einbau einer die Lenkrichtung erkennenden Sensoreinheit eignen. Diese Sensoreinheit soll einen kompakten, einfach zu integrieren- den sowie ausfallsicheren, besonders billigen Aufbau aufwei¬ sen.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Durch die Positionierung des Servomotors im Fahrgasträum wird erreicht, daß keine Einflüsse von im Motorraum vorlie¬ genden Verschmutzungen durch Öl, Benzin, Motorreiniger usw., wie ferner durch Feuchtigkeit und überhöhte Temperatur, ne¬ gative Auswirkungen auf den Servomotor der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung haben können.
Die erfindungsgemäße Hilfskraftlenkung ergibt ferner den Vorteil einer im Vergleich zu herkömmlichen Servolenkungen leichteren Konstruktion, die überdies billiger und mithin kostengünstiger und montagefreundlicher ist.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Zweckmäßigerweise wird neben dem Servomotor auch die zugehö¬ rige Motorelektronik im Fahrgastraum angeordnet, was die Hilfskraftlenkung gemäß vorliegender Erfindung bezüglich ihrer Montage weiter vereinfacht.
Eine besonders bevorzugte Anordnung des Servomotors und der zugehörigen Motorelektronik ist eine Plazierung in unmittel¬ barer Nachbarschaft zum Lenkrad, oder bei einer alternativen Ausführungsform eine Integrierung im Lenkrad, wozu der Ser¬ vomotor als Scheibenläufer- oder Wanderwellenmotor ausgebil¬ det wird, die besonders kleine und flache Motorvarianten darstellen. Zum Schutz des Servomotors und der Motorelektronik ist zweckmäßigerweise ein Gehäuse vorgesehen, das beispielsweise unterhalb des Lenkrades und der Lenkwelle an deren Führungs¬ rohr befestigt werden kann. Diese Stellen sind einfach zu¬ gänglich, so daß sowohl die Erstmontage wie auch Reparatur¬ arbeiten auf einfache Art und Weise ausgeführt werden können
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung kämmt der Servomotor mit einem im Lenkrad inte¬ grierten Zahnkranz. Dieser gibt zum einen den Vorteil, daß gleichzeitig sowohl die nötige Lenkungsuntersetzung wie auch die nötige Sensierung ermöglicht werden.
Zu den besonderen Vorteilen der Erfindung gehört vor allem die Möglichkeit der Schaffung einer nachrüst- bzw. aus¬ tauschbaren Einheit vorzugsweise bestehend aus Lenkrad, E-Motor, integriertem Zahnkranz und einer Sensoreinrichtung. Dadurch kann ein bestehendes Kraftfahrzeug mit einer Servo¬ lenkung einfach durch Austausch des alten Lenkrades gegen die Servolenkeinheit versehen werden.
Hierzu ist es vorteilhaft, die für die Sensierung notwendige Trennung zwischen Lenkgetriebe und Handrad direkt im Lenkrad vorzunehmen.
Ferner wird hierfür vorzugsweise ein kollektorloser elektro¬ nisch kommutierter E-Motor verwendet. Ein derartiger E-Motor kann nicht blockieren und ist direkt ohne Zwischenkupplung gekoppelt. Der Zahnkranz und das Lenkhandrad wirken mit der Sensoreinheit derart zusammen, daß in Abhängigkeit von der Drehrichtung und dem aufgebrachten Drehmoment der Servomotor zur Erzeugung der elektromechnisehen Hilfskraft im Bedarfs¬ falle zugeschaltet wird. Die Verwendung eines kollektorlosen, d.h. elektronisch ko - mutierten E-Motors hat den Vorteil, daß man auf eine Kupp¬ lung zwischen Servomotor und Zahnkranz verzichten kann, ohne Gefahr zu laufen, daß beim Ausfall des Motors die Lenkung blockiert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahmen sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung angegeben, die im Zu¬ sammenhang mit den weiteren Merkmalen und Vorteilen der Er¬ findung nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen (Figur 1 bis 6) näher dargestellt und erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische leicht vereinfachte Darstellung eines Teiles einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlen¬ kung,
Figur 2 die in Figur 1 mit X bezeichnete Einzelheit im Querschnitt,
Figur 3 die in Figur 2 dargestellte Einzelheit X in einer Frontansicht,
Figur 4 eine räumliche Darstellung einer vorteilhaften Sen¬ soreinheit,
Figur 5 unter Bezug auf Figur 4 eine Funktionsski.zze zur Erläuterung der Drehsignalerfassung,
Figur 6 ein Beispiel zur Anordnung der Sensoreinheit an der Hilfskraf lenkung. In Figur 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung 1 für Fahrzeuge mit einem Fahrgastraum 2 dargestellt. Die Hilfskraftlenkung 1 ist als elektromechani- sche Lenkung ausgebildet und weist ein Lenkrad 3 auf, das von einer Lenkwelle 4 getragen wird.
Ferner weist die Hilfskraftlenkung 1 ein in Figur 1 nicht näher dargestelltes Lenkgetriebe auf, das mit der Lenkwelle 4 verbunden ist.
Selbstverständlich weist die erfindungsgemäße Hilfskraftlen¬ kung 1 ferner alle übrigen Teile auf, die zur Verbindung und Übertragung des Lenkmomentes von der Lenkwelle 4 auf die ge¬ lenkten Räder üblicherweise vorgesehen sind.
In Figur 1 ist ferner ein elektrischer Servomotor 5 mit ei¬ ner Motorelektronik 6 erkennbar, der ein die Drehbewegung am Lenkrad 3 unterstützendes Drehmoment an die Lenkwelle 4 und das Lenkgetriebe erzeugt.
Erfindungsgemäß ist der Servomotor 5 und bei der in Figur 1 dargestellten besonders bevorzugten Ausführungsform auch die Motorelektronik 6 im Fahrgastraum angeordnet. Bei der darge¬ stellten Ausführungsform sind sowohl der Servomotor 5 als auch die Motorelektronik 6 in unmittelbarer Nachbarschaft des Lenkrades 3 angeordnet. Hierzu ist im Beispielsfalle ein Gehäuse 7 vorgesehen, das an einem Führungsrohr 8 der Lenk¬ welle 4 unterhalb derselben auf geeignete Art und Weise, beispielsweise mittels eines Bügels 9, befestigt ist. Das Gehäuse 7 schützt den Servomotor 5 sowie die Motorelektronik 6 vor Beschädigungen und ähnlichem. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ergibt sich aus der Anord¬ nung des Servomotors 5 und der Motorelektronik 6 unterhalb der Lenkwelle 4 eine sehr leicht zugängliche Positionierung im Fahrgastraum 2, so daß die Montage wie auch eventuell er¬ forderlich werdende Reparaturarbeiten auf einfache Art und Weise durchgeführt werden können.
Bei einer in Figur 1 nicht dargestellten alternativen Aus- führungsform ist es ferner möglich, den Servomotor und ge¬ gebenenfalls auch die Motorelektronik im Lenkrad 3 zu inte¬ grieren. In diesem Falle ist der Servomotor dann als extrem flachbauender Elektromotor ausgebildet, wie beispielsweise als Scheibenläufer- oder Wanderwellenmotor.
Bei der dargestellten Ausführungsform jedoch, bei der der Servomotor 5 unterhalb der Lenkwelle 4 angeordnet ist, weist das Lenkrad 3 einen integrierten Zahnkranz 10 auf, der gemäß der Darstellung in Figur 2 mit einer Innenverzahnung 11 ver¬ sehen 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-förmige Querschnittsform angepaßte Aufnahmeausnehmung 12 auf. Der Zahnkranz 10 ist innerhalb dieser Aufnahmeausnehmung 12 über eine in den Fi¬ guren 2 und 3 dargestellte Lagerung 13 mit dem Lenkrad 3 verbunden. Die Lagerung 13 weist hierzu einen in einem Wand¬ abschnitt 14 angeordneten Außenring 15 auf, während der Zahnkranz 10 an einem ringförmig umlaufenden, die Innenver¬ zahnung 11 aufweisenden Bund 16 eine Lagermulde 17 für einen Wälzkörper 18 aufweist. Der Wälzkörper 18 ist mit Hilfe ei¬ nes Käfigs 19 geführt.
Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß das Lenkrad 3 zwei Anschlä¬ ge 20 und 21 aufweist, die zugeordneten Anschlägen 22 und 23 des Zahnkranzes 10 gegenüberstehen. Dadurch werden Anschlag¬ paare 20, 22 und 21, 23 gebildet, die zur Momentübertragung bei Ausfall des Servomotors 5 bei Drehung des Lenkrades 3 zusammenwirken.
Figur 1 verdeutlicht ferner, daß der Servomotor 5 eine An¬ triebswelle 24 aufweist, auf der ein Antriebsritzel 25 ver¬ drehfest gelagert ist. Das Antriebsritzel 25 steht mit der Innenverzahnung 11 des Zahnkranzes 10 in ständigem Eingriff.
Wird im Betrieb das Lenkrad 3 in eine der beiden möglichen Drehrichtungen gedreht, ergibt sich eine Verdrehung des Lenkrades 3 gegenüber der Lenkwelle 4 und dem Zahnkranz 10. Diese wird von einem geeigneten Sensor erfaßt, der zweck¬ mäßigerweise platzsparend direkt in das Gehäuse 7 von Servo¬ motor 5 und Motorelektronik 6 integriert ist und ein Lenk¬ signal erzeugt.
Dieses Lenksignal wird an die Motorelektronik 6 über in der Figur nicht näher dargestellte Leitungen weitergegeben. Die Motorelektronik 6 initiiert entsprechend den Servomotor 5, der daraufhin je nach der gewünschten Lenkrichtung und dem entsprechenden Lenkmoment ein entsprechend gerichtetes un¬ terstützendes Drehmoment erzeugt, das über das Antriebsrit¬ zel 25 auf den Zahnkranz 10 übertragen wird. Dieses über den Zahnkranz 10 auf die Lenkwelle 4 übertragene Drehmoment er¬ gibt die Hilfskraft, die die Servounterstützung der erfin¬ dungsgemäßen Hilfskraftlenkung 1 bei Betätigung des Lenkra¬ des 3 darstellt.
Die erfindungsgemäße Hilfskraftlenkung 1 ergibt neben den bereits geschilderten Vorteilen den besonderen Vorteil, daß ein einfaches Nachrüsten einer bereits bestehenden Lenkung dadurch möglich ist, daß das bestehende Lenkrad durch eine Lenkradeinheit entsprechend der zuvor beschriebenen Einheit (Lenkrad 3, Zahnkranz 10, Motor und Elektronik) ersetzt wird. Danach kann auf einfache Art und Weise im Fahrgastraum 2 in der zuvor beschriebenen Art der Servomotor 5 und die zugehörige Motorelektronik 6 mit den erforderlichen An¬ schlüssen installiert werden, ohne daß sonstige bauliche Veränderungen an den bestehenden Teilen der Lenkung erfor¬ derlich wären.
Die Figur 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Sensoreinheit 31. Die Sensoreinheit 31 umfaßt redundante, hufeisenförmig zusammengefaßte, sowie paarweise angeordnete Doppelsensoren Sl, S2, sowie hierzu gegenüberstehend die konzentrisch ange¬ ordneten und zur Drehrichtungserkennung als Übertragungsele¬ mente 32, 33 wirksamen Sensorscheiben, wobei die erste Sen¬ sorscheibe 33 innerhalb der zweiten Sensorscheibe 32 ange¬ ordnet ist. Die zweite Sensorscheibe 32 ist am inneren Um¬ fang und die erste Sensorscheibe 33 ist an ihrem äußeren Um¬ fang mit Aussparungen 34 gleicher Signal-Abstandsteilung T versehen. Die Aussparungen 34 sind beispielsweise als Zahn¬ lücken 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 Sl, S2 zugeordnet. Bei einer Drehung der mit dem Lenkrad verbundenen zweiten Sensorscheibe 32 ver¬ dreht sich diese relativ zur ersten inneren Sensorscheibe 33, die mit einem in der Figur 6 gezeigten Zahnkranz der Hilfskraftlenkung ursprünglich in Ruheposition verharrt. Die hieraus resultierende Relatiwerdrehung der Aussparungen 34 führt über den Doppelsensor zu einem den Linkseinschlag bzw. Rechtseinschlag des Lenkrades repräsentierenden Lenkwinkel¬ signal, um die Hilfskraftlenkung in einem entsprechenden Lenkmoment unterstützenden Drehsinn zu aktivieren. Ein in der Figur 6 dargestellter Servomotor führt sodann über den Zahnkranz die erste Sensorscheibe 33 der manuell einge¬ steuerten Lenkbewegung solange nach bis wiederum die Aus¬ sparungen 34 der beiden Sensorscheiben 32, 33 miteinander fluchten.
Die Figur 5 zeigt zur Veranschaulichung der Drehrichtungser¬ fassung als Digitalsignal stilisiert eine Abwicklung der äußeren, am Lenkrad befestigten Sensorscheibe 32, die im ge¬ zeigten Beispiel einem Spannungssignal-Zeitdiagramm ent¬ spricht. Hierbei ist zu beachten, daß zur eindeutigen Iden¬ tifizierung der Drehwinkelrichtung der Sensoren-Abstand A zwischen den nebeneinander gelegenen beiden als Vektoren ge¬ kennzeichneten Sensorelementen Sl, 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 Signal¬ musters anhand eines Vergleichs der Signalfolge zwischen dem ersten und zweiten Sensorelement Sl, 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 Sl, S2 einen zeitlichen Vergleich des Signal¬ folgemusters zur Synchronisation der Lenkbewegung ermög¬ licht, wobei gleichzeitig im Rechnerverbund einer Steuer¬ elektronik die Relativposition zur zweiten Sensorscheibe mittels einer an die gewünschte Lenkservocharakteristik an¬ gepaßte Auswertelogik überwacht wird. Die Figur 6 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform zur An¬ ordnung der Sensor-Meßeinrichtung an der bereits in Figur 1 erläuterten Hilfskraftlenkung 1. Die äußere zweite Sensor¬ scheibe 32 befindet sich am Lenkrad 3, während die innere erste Sensorscheibe 33 ein festes Bestandteil des Zahnkran¬ zes 10 ist. Die Sensoreinheit Sl, S2 ist im Millimeterbe¬ reich zu den SensorScheiben 32, 33 beabstandet und vorzugs¬ weise im Lenksäulenbereich fixiert. Die Sensoreinheit arbei¬ tet beispielsweise nach dem Hall-Effekt oder nach dem magnetoristiven Prinzip. Die Motorelektronik 6 befindet sich direkt am elektrischen Servomotor 5, der ein die Drehbewegung am Lenkrad 3 unterstützendes Drehmoment an der Lenkwelle 4 erzeugt. Sowohl der Servomotor 5 als auch die Motorelektronik 6 sind unmittelbar am Lenkrad 3 angeord¬ net. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der der Ser¬ vomotor 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 über eine Lagerung 13 mit dem Lenkrad 3 verbunden. Wie be¬ reits aus Figur 2 und Figur 3 hervorgeht, ist die Lagerung 13 als Mitnehmer ausgebildet, so daß nach überschreiten ei¬ nes 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 Antriebsrit¬ zel 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 dem Zahnkranz 10, die durch die Sensoreinheit registriert wird. Dieses Lenk¬ signal gelangt über in der Figur nicht näher dargestellte Leitungen an die Motorelektronik 6. Die Motorelektronik 6 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 Hilfs¬ kraft, die die ServounterStützung der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung 1 bei Betätigung des Lenkrades 3 darstellt.
Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche
1. Hilfskraftlenkung (1) für Fahrzeuge mit einem Fahrgast¬ raum (2) mit einer ein Lenkrad (3) tragenden Lenkwelle (4); mit einem mit der Lenkwelle (4) verbundenen Lenk¬ getriebe; und mit einem elektrischen Servomotor (5), der ein eine Drehbewegung am Lenkrad (3) unterstützendes Drehmo¬ ment an der Lenkwelle (4) und am Lenkgetriebe er¬ zeugt, dadurch g e k e n n n z e i c h n e t, daß der Servomotor (5) im Fahrgastraum (2) angeord¬ net ist.
2. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß eine Motorelektronik (6) ebenfalls im Fahrgasträum (2) angeordnet ist.
3. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß der Servomotor (5) und die Motorelektronik (6) in unmittelbarer Nachbarschaft des Lenkrades (3) angeordnet sind.
4. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß der Servomotor und die Motorelektronik im Lenkrad (3) integriert sind, wobei der Servomotor insbesondere als Scheibenläufer- oder Wander¬ wellenmotor ausgebildet ist.
5. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da¬ durch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Servomotor (5) und die Motorelektronik (6) sowie ein Sensor als Einheit in einem Gehäuse (7) unterhalb der Lenkwelle (4) angeord¬ net sind.
6. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da¬ durch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Servomotor (5) und die Motorelektronik (6) im Lenkrad integriert sind.
7. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da¬ durch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Servomotor (5) mit einem im Lenkrad (3) integierten Zahnkranz (10) in Eingriff steht.
8. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß der Zahnkranz (10) drehfest auf der Lenkwelle (4) befestigt ist.
9. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß das Lenkrad (3) über eine Lagerung (13) gegenüber dem Zahnkranz (10) abgestützt ist und gegenüber dem Zahnkranz (10) und der Lenkwelle (4) verdrehbar ist.
10. Hilfskraftlenkung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da¬ durch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Lenkrad (3) und der Zahnkranz (10) zusammenwirkende Anschlagpaare (20, 22 bzw. 21, 23) zur Übertragung eines hohen Drehmo¬ mentes auf die Lenkwelle (4) aufweisen.
11. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß eine Sensoreinrichtung die Drehrich¬ tung des Lenkrades (3) und das aufgebrachte Drehmoment zur Initiierung des Servomotors (5) über die Motorelek¬ tronik (6) erfassen.
12. Hilfskraftlenkung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Servomotor (5) ein kollektorloser (elektronisch kommu¬ tierter) Elektro-Motor ist.
13. Hilfskraftlenkung nach mindestens einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwei relativ zueinander bewegbare Übertragungselemente (32, 33) konzentrisch zur Lenkwelle (4) angeordnet sind, die mit einer zugeordneten, wenigstens mit einem Doppel¬ sensor (Sl, S2) versehenen Meßeinrichtung eine Sensor¬ einheit (31) bilden.
14. Hilfskraftlenkung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Übertragungselemente (32, 33) aus zwei Sensorscheiben mit unterschiedlichen Radien be¬ stehen, die über den Scheibenumfang mehrere Aussparungen (34) oder Öffnungen mit gleicher Abstandsteilung (T) auf¬ weisen.
15. Hilfkraftlenkung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Sensoreinheit (31) aus einem re¬ dundanten Doppelsensor (Sl, S2) gebildet ist.
16. Hilfskraftlenkung nach mindestens einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem aus einem ersten und einem zweiten Sensor¬ element (Sl, S2) gebildeten Doppelsensor ein Abstand (A) vorhanden ist, der vorzugsweise um das 1,5-fache größer ist als eine aus den Aussparungen (34) in den Übertra¬ gungselementen (32, 33) gebildete Abstandsteilung (T) .
17. Hilfskraftlenkung nach mindestens einem der vorhergehen¬ den Ansprüche 1 bis 16, dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e t, daß das zweite Übertragungselement (32) Bestand¬ teil des Lenkrades (3) ist und daß das erste Übertra¬ gungselement (33) am Zahnkranz (10) gehalten ist.
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