DE4446123A1 - Vorrichtung zur Einwirkung auf die an der Lenkung wirksamen Kräfte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einwir­ kung auf die über die Räder eines Kraftfahrzeuges auf dessen Lenkung ausgeüb­ ten Störkräfte.

Aus der DE 43 07 304 C1 ist ein Verfahren zur Verhinderung unerwünschter Lenk­ bewegungen bei gelenkten Rädern eines Kraftfahrzeuges bekannt. Hierbei wer­ den die Parameter, wie Radlenkwinkel der Räder, die auf die Räder einwirkende Radlenkkraft, sowie der Lenkradwinkel und die am Lenkrad einwirkende Lenk­ radkraft als lenkungsspezifische Signale erfaßt und einer Steuereinrichtung zu­ gänglich gemacht. Hiermit soll unerwünschten Lenkradkräften entgegengewirkt werden.

Bei der Lenkung eines Kraftfahrzeuges kann durch Reifenplatzer oder durch Hin­ dernisse, wie Schlaglöcher, ein plötzlicher, sprunghafter Anstieg der zum Beibe­ halten des Radlenkwinkels erforderlichen Radlenkkraft erfolgen. Dieser sprung­ hafte Kraftanstieg wird den Fahrer überraschen, er bringt die erforderliche Lenk­ radkraft nicht gleich auf, so daß es zu einem Ausbrechen des Kraftfahrzeuges aus der zu fahrenden Bahn kommen kann. Durch anschließende zu plötzliche Korrek­ turen des Fahrers kann dies zu einem Schleudern des Kraftfahrzeuges führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn bei einem degressiv lenkkraftunter­ stützten Kraftfahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten die Radlenkkräfte stärker auf die Lenkung einwirken.

Gemäß der speziellen Funktionsweise der bekannten Steuereinrichtung wird im Falle vorstehend beschriebener Störungen des Lenkbetriebes ein von der Steuer­ einrichtung betätigtes Stellorgan aktiviert, das eine der Radlenkkraft entgegen­ gerichtete Lenkkraft erzeugt. Als Stellorgan wird hierbei ein auf die Lenkspindel der Lenkung einwirkender Elektromotor oder ein Hydraulikzylinder vorgeschla­ gen.

Wird bei eingeschlagenen Rädern der Motor abgestellt, so können bei schweren Fahrzeugen die Räder sich augenblicklich in Geradeausstellung bewegen. Bei die­ ser Rückstellung der Räder kann sich das Lenkrad mit beachtlicher Geschwindig­ keit in Richtung Ausgangslage drehen. Hat der Fahrer aus Unachtsamkeit die Hand im Lenkrad-Speichenbereich, so können Verletzungen, bis zu Knochenbrü­ chen im Handgelenk die Folge sein. Das Zurückschnellen der gelenkten Fahrzeug­ räder wird - durch Spreizung und Nachlauf - infolge des beim Lenken der Räder verursachten Anhebens des Fahrzeuges bewirkt. Die bei diesem Anheben des Kraftfahrzeuges erforderliche Hubarbeit wird bei schweren Kraftfahrzeugen durch die Lenkhydraulik und die Muskelkraft des Fahrers geleistet.

Das bekannte, hier beschriebene Verfahren ist jedoch nicht für die Verwendung und die Betriebsweise der Lenkung eines Kraftfahrzeuges nach Abschalten des Motors vorgesehen und geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, die bei Vereinfachung des Aufbaues unter gleichzeiti­ ger Erweiterung der Funktion darstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 ge­ löst.

Durch die erfindungsgemäß erweiterte Nutzung der Servolenkung zur Verhinde­ rung der durch Störkräfte verursachten, unerwünschten Lenkbewegungen ist ein Verfahren geschaffen, bei dem lediglich ein steuerbares und/oder taktbares Stell­ organ, wie z. B. ein Drosselventil, als zusätzliches Bauteil erforderlich ist.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden die auf die Lenkung wirkenden Stör­ kräfte nicht nur im Fahrbetrieb, sondern auch beim Abstellen des Motors bei ein­ gelenkten Rädern des Kraftfahrzeuges abgebaut. Bei Stillstand des Kraftfahrzeu­ ges kann somit ein unkontrollierter Rücklauf der eingeschlagenen Räder und da­ mit des Lenkrades verhindert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch geeignet, um im Falle eines Motorstillstandes während des Fahrbetriebes auf Radstörkräfte einzuwirken.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung mit einem Stell­ organ ausgestattet sein, das in den Hydraulik-Kreislauf der Servolenkung inte­ griert ist.

Als Stellorgan kann eine fertigungstechnisch einfache Drossel vorgesehen sein, wie beispielsweise ein schaltbares elektromagnetisches Drosselventil mit Ein-/Ausstellung, oder ein in seinem Querschnitt steuerbares Drosselventil, oder im einfachsten Fall eine kurzzeitig wirksame Sperre mit anschließendem kontrol­ lierten Öffnungsvorgang oder eine getaktete Sperre. Im Falle der Verwendung einer elektrisch angetriebenen Pumpe für den Hydraulik-Kreislauf der Servolen­ kung kann die Pumpe auch derart ausgelegt sein, daß sie zusätzlich die Funktion des Stellorganes übernimmt.

Je nach Auslegung des Hydraulik-Kreislaufes der Servolenkung wird ein oder mehrere Stellorgane an geeigneten Stellen im Hydraulik-Kreislauf angeordnet. Beispielsweise bei einem Hydraulik-Kreislauf mit einer Druck- und einer Rücklauf­ leitung werden vorzugsweise in diese beiden Leitungen jeweils ein Stellorgan zwischengeschaltet. Die Verwendung eines der genannten Stellorgane hat den Vorteil, neben geringem Kostenaufwand auch problemlos in den bereits beste­ henden Hydraulik-Kreislauf einbaubar zu sein. Es sind demnach gegenüber dem Stand der Technik keine bauaufwendigen Brems- bzw. Dämpfvorrichtungen er­ forderlich. Die Vorrichtung ist außerdem für den Fall nach Abstellen des Motors geeignet.

Durch das im Hydraulik-Kreislauf vorgesehene Stellorgan wird das schnelle Ent­ leeren des Lenkzylinders verzögert, was somit zu einem langsamen Rückstellen des Lenkrades führt. Die Steuereinrichtung für das Stellorgan kann somit sowohl für den Fahrbetrieb als auch für den Zustand nach dem Abschalten des Motors ausgelegt werden. Bei ungewollten Stillstand des Motors im Fahrbetrieb läßt sich über die Steuereinrichtung ebenfalls eine kontrollierte Rückführung des Lenkein­ schlages bewerkstelligen. Anstelle des Drosselventiles können auch Rückschlag­ ventile oder andere, gegebenenfalls regelbare Mittel wie z. B. entsprechend ausge­ legte Pumpen oder dergleichen im Hydraulik-Kreislauf an geeigneter Stelle, bei­ spielsweise in einer Vorlauf-, Rücklauf-, oder einer Bypaßleitung desselben vorge­ sehen sein. Als Stellorgan kann auch ein entsprechend modifiziertes Wegeventil, z. B. für eine getaktete Funktionsweise, in den Hydraulik-Kreislauf integriert sein.

In vorteilhafter Weise kann dem Stellorgan ein Betätigungselement, z. B. ein Ma­ gnetschalter oder ähnliches zugeordnet oder in das Stellorgan integriert sein.

In vorteilhafter Ausführungsform kann der Steuereinrichtung eine Meßeinrich­ tung zugeordnet werden. Dieser sind über an Rad und Lenkung angeordneten Sensoren lenkungsspezifische Signale zuführbar, wie z. B. Radlenkwinkel und Radlenkwinkel-Beschleunigung und dergleichen. Weiterhin können einer gege­ benenfalls degressiv arbeitenden Steuereinrichtung auch Signale bezüglich der jeweils aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges oder der Windge­ schwindigkeit zuführbar sein.

Für die Rückstellung des Stellorganes kann je nach Ausgestaltung desselben bei­ spielsweise eine mechanische Rückstellfeder vorgesehen sein, die an ersterem an­ geordnet ist.

Gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Vorrichtung neben der Betätigbarkeit mittels der Steuereinrichtung zusätzlich oder ersatzweise durch das Abstellen des Motors aktivierbar. Dies hat den Vorteil, daß die Einwirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die Lenkung des Kraftfahrzeuges über den Betrieb des Motors hinaus an der Lenkung wirksam bleibt. Beim Abschalten des Motors kann ein Signal ausgegeben werden, mit dem das Stellorgan den Hydraulik-Kreislauf derart beeinflußt, daß dessen Fluidstrom gehemmt bzw. ge­ drosselt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung durch einen elektrischen Zeitschalter, beispielsweise ein Zeitrelais, geschaltet werden. Der Zeitschalter kann in vorteilhafter Weise eine genau definierte Rück­ fallverzögerung, beispielsweise von maximal 5 sec. aufweisen. Vorzugsweise ist eine kontrollierte und verzögerte Rückstellung bzw. eine Dämpfung des Lenkein­ schlages möglich. Nach kurzer Zeit - Rückfallverzögerung - wird durch beispiels­ weise eine mechanische Feder, nach Abschaltung des elektrischen Stromes, der ursprüngliche Zustand innerhalb des Hydraulik-Kreislaufes wieder hergestellt. Durch die Funktion der letztgenannten Ausgestaltung der Erfindung wird wirkungsvoll erreicht, daß ein Zurückschnellen der eingelenkten Räder bzw. des Lenkrades nach Abstellen des Motors vermieden wird.

Anstelle der Nutzung der Servolenkung für diesen Zweck können auch mechani­ sche Bremsen oder hydraulische Dämpfer, beispielsweise in Gestalt eines Viscose­ dämpfers vorgesehen sein. Diese können direkt auf die Lenkung einwirken und dabei beispielsweise am Lenkstock der Lenkung wirksam sein. Unabhängig von der Art dieser Vorrichtung können diese generell erst nach Abschalten des Mo­ tors, gegebenenfalls über eine Steuereinrichtung oder einen Zeitschalter akti­ viert werden.

Eine besonders reaktionsschnelle Vorrichtung kann - für das kontrollierte Lenk­ verhalten, sowohl im Betriebszustand als auch nach Abstellen des Motors - durch eine getaktete Bremseinrichtung gegeben sein. Bei dieser Ausführung ist es mög­ lich, die solcherart getaktete Bremseinrichtung zur wirkungsvollen Verhinderung der Auswirkung von Störkräften auf die Lenkeinrichtung im Fahrbetrieb einzu­ setzen.

In vorteilhafter Weise kann die Aktivierung der Vorrichtung im Stillstand des Kraftfahrzeuges durch die Betätigung des Zündschalters erfolgen. Bei der Ver­ wendung eines Zeitschalters kann dieser ebenfalls über den Zündschalter akti­ viert werden. Die Steuereinrichtung kann so ausgelegt sein, daß sie auch über ein ungewolltes Abstellen des Motors (z. B. Abwürgen des Motors, Treibstoffmangel oder ähnliches) hinaus aktiv bleibt. Insgesamt sind die Bauteile der Lenkung bei Vorsehen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegebenenfalls zur Aufnahme der von den Rädern auf die Lenkung übertragenen Störkräfte auszubilden.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von vier in der Zeichnung schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine erste Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 bis 4 je ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor­ richtung.

Fig. 1 zeigt einen Hydraulik-Kreislauf 2 einer herkömmlichen Servolenkung, be­ stehend aus einer Hydraulik-Pumpe 10, die innerhalb des geschlossenen Hydrau­ lik-Kreislaufes 2 Öl aus einem Lenkölbehälter 11 unter Druck über ein steuerbares Wegeventil 12 in einen Lenkzylinder 13 fördert, der zwischen einer Vorlauf- und einer Rücklaufleitung 5 des Hydraulik-Kreislaufes 2 unter Zwischenschaltung des Wegeventiles 12 angeordnet ist.

Um den von den Rädern auf das Lenkrad einwirkenden, stoßartigen Störkräfte entgegenzuwirken, ist ein als steuerbarer Schieber 14 ausgebildetes Stellorgan in die Rücklaufleitung 5 des Hydraulik-Kreislaufes 2 integriert. Dieser Schieber 14 ist durch eine Steuereinrichtung 3 aktivierbar. Der Steuereinrichtung 3 ist eine inter­ ne Meßeinrichtung 7 zugeordnet, der über an Rad und Lenkung angeordneten Sensoren (hier nicht gezeigt), lenkungsspezifische Signale 8, wie beispielsweise Radlenkwinkel, Radlenkwinkel-Beschleunigung, Lenkwinkel-Beschleunigung, Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges oder dergleichen zuführbar sind.

Das System läßt auch eine Einwirkung auf Störkräfte zu, die nach dem Abschalten des Motors bei eingelenkten Rädern auftreten. Hierfür ist am Zündschalter 15 des Kraftfahrzeuges ein Kontakt 16 vorgesehen, dessen Signal über einen Zeitschal­ ter 17 in die Steuereinrichtung 3 zur Aktivierung des Schiebers 14 eingegeben wird. Der Zeitschalter 17 weist dabei eine genau definierte Rückfallverzögerung von beispielsweise 5 sec. auf und aktiviert über die Steuereinrichtung 3 den Schie­ ber 14 derart, daß der Rückfluß des Öles in der Rücklaufleitung 5 verlangsamt und damit der Druckabbau gezielt vonstatten geht.

Wenn beim Abschalten des Motors die Vorlaufleitung 19, 28 als Rücklauf dient, wird druckseitig des Vorlaufes ein zweiter Schieber 6 vorgesehen, der als ge­ trennter Schieber oder zusammen mit dem ersten Schieber 14 als gemeinsames Bauteil ausgeführt ist. Je nach Bauart der Servolenkung werden die Schieber 6, 14 entsprechend im Hydraulik-Kreislauf 2 angeordnet. So ist es beispielsweise auch möglich, die Schieber 6′, 14′ - wie gestrichelt dargestellt - zwischen dem Wege­ ventil 12 und dem Lenkzylinder 13 zwischenzuschalten.

Nach der oben beschriebenen Rückfallverzögerung werden die Schieber 6, 14; 6′, 14′ gezielt und kontrolliert wieder in die Ausgangslage zurückgestellt, d. h. in die Durchflußstellung gebracht und somit ein freier Durchgang der Fluidströmung innerhalb des Hydraulik-Kreislaufes 2 hergestellt. Nach einer weiteren, hier nicht gezeigten Version kann ein Zeitschalter 27 mit vorgenannter Funktion auch in die Steuereinrichtung 3 integriert sein.

Die Arbeitsweise der Schieber 6, 14; 6′, 14′ kann in vielfältiger Weise erfolgen, derart, daß diese beispielsweise schnell schließen und langsam wieder öffnen, oder getaktet arbeiten.

In Fig 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem in der Druckleitung 19 des Hydraulik-Kreislaufes 2 als Stellorgan ein elektromagnetisches Drosselventil 4 zwischengeschaltet ist, das vom Zündschalter 15 über den Zeitschalter 17 gesteu­ ert wird. Diese Ausführung ist für einen Hydraulik-Kreislauf 2 geeignet, bei dem der im Lenkzylinder 13 bestehende Druck durch einen Rückfluß über die Hydrau­ likpumpe 10 abgebaut wird, sobald die Hydraulikpumpe 10 beim Ausschalten des Motors abgeschaltet wird.

Um auch im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges auf die von den Rädern auf die Len­ kung ausgeübten Störkräfte einwirken zu können, kann das Hydrauliksystem durch ein weiteres Drosselventil 4′ ergänzt werden, das in die Rücklaufleitung 5 des Hydraulik-Kreislaufes 2 zwischengeschaltet und gesteuert oder zusammen mit dem ersten Drosselventil 4 betätigt wird. Diesen Drosselventilen 4, 4′ ist eine hier nicht dargestellte Steuereinrichtung zugeordnet, welche der des Ausfüh­ rungsbeispieles in Fig. 1 in etwa entspricht.

Das Drosselventil 4 bzw. die Drosselventile 4, 4′ werden bei Bedarf bei Auftreten der Störkräfte eingeschaltet, derart, daß die Störung in der Druckleitung 19 bzw. in der Druck- und Rücklaufleitung 19, 5 gedrosselt wird, um damit den Einfluß dieser Störkräfte auf das Lenkrad zu hemmen. Nach einer vorbestimmten Reak­ tionszeit von beispielsweise einigen Sekunden werden die Drosselventile 4, 4′ wieder deaktiviert und durch eine Rückstellfeder 9 in ihre Ausgangsposition ge­ bracht. Es ist auch möglich, die Drosselventile 4, 4′ in getakteter Arbeitsweise zu betätigen.

Anstelle von Schieber oder Drosselventilen können auch andere Stellorgane ver­ wendet werden, wobei auch eine Anordnung in der Saugleitung 28 möglich ist. Das Wegeventil 12 kann auch derart modifiziert werden, daß es mittels einer Steuerung 20 gleichzeitig als Stellorgan zur Einwirkung auf die Störkräfte dient. Es ist ebenfalls denkbar, daß die Hydraulikpumpe 10 so ausgebildet wird, daß sie zusätzlich die Funktion des Stellorganes übernimmt.

In Fig. 3 ist schematisch ein als Viscosedämpfer realisierter, hydraulischer Dämpfer 21 dargestellt, der koaxial zur Lenksäule 18 angeordnet ist. Der Viskosedäm­ pfer 21 besteht in seinen Hauptteilen aus einem drehfest mit der Lenksäule 18 verbundenen Rotor 22, einem mit diesem zusammenwirkenden Stator 23 und ei­ ner zwischen diesen beiden kraftübertragend wirkenden Flüssigkeit 24, die in der Fig. 3 zusätzlich als vergrößerte Einzelheit dargestellt ist. Dieser Viscosedämpfer 21 ist über sämtliche Betriebszustände des Fahrzeuges hinweg an dessen Lenkung dergestalt wirksam, daß eine Dämpfwirkung mit der der Drehgeschwindigkeit der Lenksäule zunimmt. Nach einer anderen, hier nicht gezeigten Version kann ein Viscosedämpfer auch nach Abschalten des Motors über ein Steuergerät oder dergleichen aktiviert werden.

Fig. 4 zeigt schematisch eine an der Lenkung eines Kraftfahrzeuges wirksame me­ chanische Bremse 25. Die Bremse 25 ist an der Lenksäule 18 der Lenkung angeord­ net und auf diese druckbeaufschlagend wirksam. Entsprechend den vorbeschrie­ benen Vorrichtungen (gemäß Fig. 1) ist die mechanische Bremse 25 ebenfalls in­ folge des Abschaltens des Motors - z. B. mittels des Zündschalters 15 - über einen in die Steuereinrichtung 3 integrierten Zeitschalter 27 aktivierbar. Dieser weist ebenfalls eine genau definierte Rückfallverzögerung auf und steuert während dieser Phase ein der mechanischen Bremse 25 zugeordnetes Betätigungselement 29 an.

Nach einer anderen, hier nicht dargestellten Version, kann ein separater Zeit­ schalter auch entweder mit einer ihm zugeordneten Steuereinrichtung zusam­ men oder alleine ein Betätigungselement ansteuern. Die Bremsung der Lenk­ säule 18 erfolgt in einer vorgegebenen Taktfrequenz, in Abhängigkeit der Vorga­ be der Signale 8. Diese Funktionsweise gilt sowohl für den Fahrbetrieb, dem Ab­ stellvorgang des Motors als auch über das Abstellen des Motors hinaus.

In weiterer Alternative kann die Steuereinrichtung 3 bzw. der Zeitschalter 27 auch von einem der Lenksäule 18 zugeordneten Sensor 26 mit lenkungspezifi­ schen Signalen 8′ versorgtsein (wie in Fig. 4 in gestrichelter Linie gezeigt).

Die mechanische Bremse 25 wird vorzugsweise getaktet angesteuert. Die mecha­ nische Bremse 25 kann anstelle an der Lenksäule 18 auch an anderweitig geeigne­ ten Bauteilen der Lenkung des Kraftfahrzeuges eingreifen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Einwirkung auf über die Räder eines Kraftfahrzeuges auf des­ sen Servolenkung ausgeübten Störkräfte, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Fluidströmung des Hydraulik-Kreislaufes (2) der Servolenkung dämp­ fend eingewirkt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens zu einem Teil aus einem Hydraulik-Kreislauf (2) einer Servolenkung und mindestens einem auf die­ sen Hydraulik-Kreislauf (2) einwirkenden Stellorgan (4) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellor­ gan (4) zur Beeinflussung der Fluidströmung innerhalb des Hydraulik-Kreis­ laufes (2) der Servolenkung angeordnet ist, und daß dem Stellorgan (4) eine Steuereinrichtung (3) zugeordnet ist, und daß die Steuereinrichtung (3) in Abhängigkeit von lenkungspezifischen Signalen (8) das Stellorgan (4) steu­ ert.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Stellorgan (4) mindestens ein elektromagnetisches Drossel­ ventil vorgesehen ist, dem eine Rückstellfeder (9) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung zur Einwirkung auf über die Räder eines Kraftfahrzeuges auf dessen Lenkung ausgeübten Störkräfte, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung durch das Abstellen des Motors aktivierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung mittels des, Zündschalters (15) des Kraftfahrzeuges aktivierbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung wenigstens aus einer an der Lenkung wirksamen

• - mechanischen Bremse (25), oder
• - einem hydraulischen Dämpfer (21) besteht, oder
• - daß die Vorrichtung wenigstens zu einem Teil aus einem einer Servolen­ kung zugehörigen Hydraulik-Kreislauf (2,) und mindestens einem auf die­ sen Hydraulik-Kreislauf (2) einwirkenden Stellorgan (4) besteht.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorrichtung ein elektrischer Zeitschalter (17) zugeordnet ist, mit dem die Aktivierung der Vorrichtung zeitlich begrenzbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung eine getaktete Bremseinrichtung ist, oder mindestens ein taktbares Stellorgan aufweist.