Die Erfindung betrifft Lenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Beim Lenksystem ist das Lenkrad des Fahrzeugs mechanisch mit den lenkbaren Fahrzeugrädern zwangsgekoppelt.

Aus der DE 102 20 123 Al geht eine Überlagerungslenkung mit einer Überlagerungseinrichtung hervor. Die durch die Lenkbe¬ tätigung der Lenkhandhabe erzeugte Handhabengröße und ein von einem Überlagerungssteiler erzeugte Überlagerungsgröße werden durch die Überlagerungseinrichtung zu einer Ausgangsgröße ü- berlagert. Entsprechend der Ausgangsgröße wird der Lenkwinkel an den lenkbaren Fahrzeugrädern durch einen Lenkaktuator ein¬ gestellt.

Bei der Ansteuerung des Überlagerungsstellers wird immer auch ein Rückwirkungsmoment von der Überlagerungseinrichtung zu¬ rück an das Lenkrad gegeben, das für den Fahrer spürbar ist. Ein aktiver, Fahrer unabhängiger Lenkeingriff über der Über- lagerungssteller ist nur möglich, wenn der Fahrer das Rück¬ wirkungsmoment abstützt. Unerwartet auftretende Rückwirkungs¬ momente können den Fahrer insbesondere bei höheren Fahrzeug- geschwindigkeiten irritieren. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenksys¬ tem zu schaffen, das die Möglichkeiten für aktive, Fahrer un¬ abhängige Lenkeingriffe verbessert.

Diese Aufgabe wird zum Einen durch die Merkmale des Patentan¬ spruches 1 gelöst.

Die Stelleinrichtung weist zwei in Reibungskontakt bringbare Reibungselemente auf, wobei das Stelleinrichtungshaltemoment veränderbar ist und durch von der zwischen den beiden Rei¬ bungselementen erzeugten Reibungskraft abhängt . Durch das Stelleinrichtungshaltemoment kann das während der Betätigung des Überlagerungsstellers hervorgerufene, auf das Lenkrad zu¬ rück wirkende Rückwirkungsmoment reduziert und -falls ge¬ wünscht - auch kompensiert werden. Durch die Art der Ausbil¬ dung der Stelleinrichtung sozusagen als Reibungsbrems- oder Reibungskupplungselement besteht die Möglichkeit einer einfa¬ chen und kostengünstigen Realisierung der Stelleinrichtung.

Mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem wird es möglich, fahrdy¬ namische Eingriffe vorzunehmen. Es ist beispielsweise be¬ kannt, durch fahrdynamische Systeme, wie ESP-Systeme, die Lenkung alternativ oder zusätzlich zur Betätigung der Bremsen zu beeinflussen, wenn das Fahrzeug eine von der Soll-Gierrate abweichende Ist-Gierrate aufweist. Derartige Lenkeingriffe können mit dem erfindungsgemäßen Lenksystem erfolgen, ohne dass für den Fahrer irritierende Rückwirkungen durch den ak¬ tiven Lenkeingriff auf die Lenkhandhabe stattfinden.

Ohne die zusätzlich zum Überlagerungssteller vorgesehene Stelleinrichtung wäre das Rückwirkungsmoment durch ein Fahrer unabhängigen Lenkeingriff auf das Lenkrad nicht beeinfluss¬ bar. Das Rückwirkungsmoment würde sich bei einem Lenkeingriff - beispielsweise durch den Fahrer unabhängig eingestellten Zusatzlenkwinkel oder das Fahrer unabhängig eingestellte Zu- satzlenkmoment - abhängig von dem durch die Konstruktion des Lenksystems mechanisch vorgegebenen Übersetzungsverhältnis ergeben. Der Fahrer wird durch das erfindungsgemäße Lenksys¬ tem beim Lenken seines Fahrzeugs unterstützt und nicht durch unerwartete Rückwirkungsmomente auf das Lenkrad irritiert o- der verunsichert.

Außerdem kann durch das erfindungsgemäße Lenksystem der Kom¬ fort erhöht werden. Beispielsweise können auf das Fahrzeug einwirkende querdynamische Störgrößen gezielt ohne störende Rückwirkungen am Lenkrad unterdrückt werden. Der Geradeaus¬ lauf des Fahrzeugs kann verbessert werden und von den Rädern zum Lenkrad übertragene Störmomente z.B. auf Grund von Un¬ ebenheiten der Fahrbahn können verringert werden.

Weiterhin werden, wie bereits erwähnt, fahrdynamische Lenk¬ eingriffe ermöglicht, beispielsweise zur Gierratenregelung, wobei aufgrund des beeinflussbaren Rückwirkungsmoments keine Einschränkung für die Fahrer unabhängige Lenkwinkelbeeinflus¬ sung vorliegen. Die Funktionalität des vorliegenden Lenksys¬ tems kommt einem Konzept eines sogenannten "Steer-by-wire"- Lenksystems sehr nahe, obwohl hier eine mechanische Verbin¬ dung zwischen der Lenkhandhabe und den gelenkten Rädern be¬ steht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Lenksystems ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Es ist vorteilhaft, wenn ein Soll-Rückwirkungsmoment fest o- der Parameter abhängig vorgegeben ist und das Rückwirkungsmo¬ ment entsprechend dem Soll-Rückwirkungsmoment eingestellt wird. Durch diese Maßnahme lassen sich gewünschte Rückwir¬ kungsmomente zur haptischen Fahrerinformation über die aktu- eile Fahrsituation des Fahrzeugs einstellen ohne dass die Ge¬ fahr einer Irritation des Fahrers besteht. Das Soll- Rückwirkungsmoment kann dabei auch in etwa gleich null betra¬ gen, wobei dann keine Rückwirkung am Lenkrad spürbar ist.

Bei einer einfach zu realisierenden Ausgestaltung wirkt die Stelleinrichtung auf den das Lenkrad und die Überlagerungs- einrichtung verbindenden ersten Lenksäulenabschnitt ein.

Dadurch, dass das erste Reibungselement relativ zum zweiten Reibungselement verlagerbar und das zweite Reibungselement gegenüber zumindest einem Abschnitt der Lenksäule ortsfest angeordnet ist, kann eine einfache konstruktive Ausführung erreicht werden, da nur eines der Reibungselemente verlager¬ bar gelagert ist.

Die Stelleinrichtung kann eine die beiden Reibungselemente aufweisende Reibungskupplung enthalten, die in die Lenksäule eingesetzt ist. Je größer das Reibungsmoment ist, desto grö¬ ßer ist auch das durch die Reibungskupplung übertragbare Mo¬ ment.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Lenksystem als elekt¬ risches, hydraulisches oder elektro-hydraulisches Hilfskraft¬ lenksystemen ausgebildet ist. Dabei kann die Stelleinrichtung Bestandteil der Hilfskrafteinrichtung sein, so dass bereits ohnehin vorhandene Komponenten des Hilfskraftlenksystems gleichzeitig als Stelleinrichtung verwendet werden. Dadurch kann der Bauteil- und Kostenaufwand reduziert werden.

Die Stelleinrichtung kann ferner fluidisch betätigbar ausge¬ führt sein, wodurch sich auch betragsmäßig größere Stellein- richtungshaltemomente als bei einer elektrisch betätigten Stelleinrichtung erreichen lassen. Dabei ist es möglich, dass das erste Reibungselement von ei¬ ner Dichtungsanordnung gebildet ist, die einerseits an der Lenksäule und andererseits an einem die Lenksäule umgebenden, relativ zur Lenksäule drehfest angeordneten Gehäuseteil an¬ liegt und die zwischen der Lenksäule und dem Gehäuseteil eine Reibungskraft verursacht, deren Betrag abhängig von einem die Dichtungsanordnung beaufschlagenden Fluiddruck veränderbar ist. Der Bauraumbedarf ist bei dieser Ausführung sehr gering.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Stelleinrichtung eine Bremseinrichtung, insbesondere eine Scheibenbremseinrichtung auf. Das Stelleinrichtungshaltemo- ment ist dabei einfach zu dosieren. Zudem kann hier bei einer einfachen Bauweise ein hohes Maß an Betriebssicherheit er¬ reicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh¬ rungsbeispiels eines als hydraulisches Hilfskraft- lenksystems ausgeführten Lenksystems mit Überlage¬ rungseinrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer Stelleinrichtung, die eine Reibungskupplung aufweist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer Stelleinrichtung mit einer Scheibenbremseinrichtung und Fig. 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausfüh¬ rungsbeispiels einer Stelleinrichtung mit einer Dichtungsanordnung.

In der Fig. 1 ist ein Lenksystem 1 gezeigt, das ein Lenkrad 2 aufweist, das über eine Lenksäule 3 mit einem Lenkaktuator 10 verbunden ist, der zur Einstellung des Lenkwinkels δL an den lenkbaren Fahrzeugrädern 11 vorgesehen ist. Das Lenksystem 1 weist weiterhin eine Überlagerungseinrichtung 6 auf, die über einen ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 mit dem Lenkrad 2 verbunden ist. Die Überlagerungseinrichtung 6 ist über einen zweiten Abschnitt 8 und eine beispielsgemäß hydraulische Hilfskrafteinrichtung 9 mit dem Lenkaktuator 10 verbunden.

Die Überlagerungseinrichtung 6 ist allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen als Überlagerungsgetriebe realisiert.

Die hydraulische Hilfskrafteinrichtung 9 weist ein Einstell¬ element 15 auf, das die Ventilöffnung eines Lenkventils 16 der Hilfskrafteinrichtung 9 in Abhängigkeit von einer Betäti¬ gungsgröße einstellt. Eine erste Ansteuerleitung 17 und eine zweite Absteuerleitung 18 verbinden das Lenkventil 16 mit dem Lenkaktuator 10. Über eine Zufuhrleitung 19 ist das Lenkven¬ til 16 mit einer Druckquelle 20, beispielsweise mit der Druckseite einer Motor-Pumpen-Einheit 21 verbunden. Eine Rückförderleitung 22 verbindet das Lenkventil 16 mit einem Vorratsbehälter 23. Das Einstellelement 15 ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel von einem Drehstab gebil¬ det, der als Betätigungsgröße das am zweiten Abschnitt 8 der Lenksäule 3 anliegende Betätigungsmoment bzw. den Betäti¬ gungswinkel erfasst. In Abhängigkeit der Richtung und des Be¬ trages der Betätigungsgröße wird die Ventilöffnung des Lenk¬ ventils 16 variiert. Dadurch wird entsprechend der Betäti- gungsgröße eine Hilfskraft zur Betätigung des Lenkaktuators 10 hervorgerufen.

Die Überlagerungseinrichtung 6 ist mit einem durch eine Steu¬ ereinrichtung 25 ansteuerbaren Überlagerungssteller 26 ver¬ bunden. Der Überlagerungssteller 26 kann durch einen Elektro¬ motor gebildet sein und erzeugt eine beispielsgemäß von einem Überlagerungswinkel gebildete Überlagerungsgröße U, die me¬ chanisch an die Überlagerungseinrichtung 6 übertragen wird.

Die Steuereinrichtung 25 steuert auch eine Stelleinrichtung 27 an, die ebenfalls von einem Elektromotor gebildet sein kann und die dazu dient, das am Lenkrad 2 für den Fahrer spürbare Rückwirkungsmoment MR zu reduzieren bzw. zu kompen¬ sieren. Über die Stelleinrichtung 27 kann hierfür ein Stell- einrichtungshaltemoment MH erzeugt werden, das auf den ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 einwirkt.

Die Steuereinrichtung 25 ermittelt auf Grund von einem oder mehreren Eingangssignalen wie z.B. der Fahrzeuglängsgeschwin¬ digkeit, der Istgierrate, dem Schwimmwinkel, der Querbe¬ schleunigung, etc. welche Überlagerungsgröße U und welches Stelleinrichtungshaltemoment MH eingestellt werden soll. Da¬ durch kann das auf das Lenkrad 2 einwirkende Rückwirkungsmo¬ ment MR auf das gewünschte Maß reduziert oder vollständig kompensiert werden. Derartige Eingangssignale, insbesondere den aktuellen längs- und/oder querdynamischen Zustand des Fahrzeugs beschreibende Eingangssignale, können entweder im Fahrzeug sensorisch erfasst oder aus Sensorgrößen ermittelt werden. In modernen Fahrzeugen sind bereits viele solcher Eingangsgrößen auf einem Fahrzeug-Datenbus verfügbar. Bei einem Fahrer unabhängigen Lenkeinriff wird ein auf das Lenkrad zurück wirkendes Rückwirkungsmoment MR verursacht, das sich bei der vorliegenden Erfindung aus einem durch den Überlagerungssteller hervorgerufenes Überlagerungsmoment MU und dem Stelleinrichtungshaltemoment MH ergibt.

Durch den zusätzlichen Freiheitsgrad, der sich durch das Vor¬ sehen der Stelleinrichtung 27 bietet, besteht die Möglichkeit die Lenksäule 3 durch das Stelleinrichtungshaltemoment MH ge¬ gen das Überlagerungsmoment MU zu halten, um das Rückwir¬ kungsmoment MR zu beeinflussen. Dabei kann das gewünschte Soll-Rückwirkungsmoment betragsmäßig auch ungleich null sein, um dem Fahrer eine gewünschte haptische Rückmeldung über den Fahrer unabhängigen Lenkeingriff zu geben. Wird das SoIl- Rückwirkungsmoment MR betragsmäßig in etwa gleich null ge¬ wählt, so muss das Stelleinrichtungshaltemoment MH so gewählt werden, dass das Überlagerungsmoment MU kompensiert wird. Bei einer zwischen der vom Überlagerungsgetriebe gebildeten Über¬ lagerungseinrichtung 6 und dem Lenkrad 2 am ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angreifenden Stelleinrichtung 27 entspricht das Stelleinrichtungshaltemoment dann dem negativen Überlage¬ rungsmoment MU: MH=-MU.

Alternativ zu der Möglichkeit das Soll-Rückwirkungsmoment fest vorzugeben ist es auch möglich, das Soll-Rückwirkungs- moment durch eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld und/oder ein Rechenmodell Parameter abhängig vorzugeben. Als Parameter können eine oder mehrere der folgenden Größen oder damit kor¬ relierte Größen verwendet werden: Fahrzeuglängsgeschwindig¬ keit, Fahrzeuglängsbeschleunigung, Fahrzeugquerbeschleuni¬ gung, Gierrate, Raddrehzahlen, Lenkradwinkel, Lenkradwinkel¬ geschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit am Ausgang der Überla¬ gerungseinrichtung 6 bzw. des zweiten Abschnitts 8 der Lenk¬ säule 3, Winkelgeschwindigkeit eines am Lenkaktuator 10 an- greifenden Ritzels, die über die Hilfskrafteinrichtung 9 zur Verfügung gestellte Hilfskraft am Lenkaktuator 10, die bei einer hydraulischen Hilfskrafteinrichtung 9 in den Ansteuer¬ leitungen 17, 18 oder im Lenkaktuator herrschenden Hydraulik¬ drücke, das Lenkmoment an den lenkbaren Fahrzeugrädern 11, der Motorstrom des als Elektromotor ausgeführten Überlage- rungsstellers 26 bzw. der als Elektromotor ausgeführten Stelleinrichtung 27, das Stelleinrichtungshaltemoment MH, das vom Überlagerungssteller 26 hervorgerufene Überlagerungsmo¬ ment MU und Radbremsmomente an einem oder mehreren der Fahr¬ zeugräder.

Die Kennlinie, das Kennfeld bzw. das Rechenmodell können da¬ bei auch während dem Fahrbetrieb aktualisiert werden.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 könnte die Hilfskrafteinrichtung 9 im ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angeordnet sein, so dass der zweite Abschnitt 8 der Lenksäule 3 den Ausgang der Überlagerungseinrichtung 6 direkt mit dem Eingang des Lenkaktuators 10 verbindet. Die Stelleinrichtung 27 kann dabei zwischen dem Lenkrad 2 und der Hilfskrafteinrichtung 9 und/oder zwischen der Hilfskraftein¬ richtung 9 und der Überlagerungseinrichtung 6 am ersten Ab¬ schnitt 7 der Lenksäule angreifen.

Weiterhin könnte das Lenksystem 1 auch als elektrisches Hilfskraftlenksystem ausgeführt sein. In Abwandlung zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, ein Lenksystem 1 mit mehreren Stelleinrichtungen 27 vorzusehen, die an mehreren Stellen angreifen.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Stelleinrichtung 27, die als Reibungskupplung 38 ausgebildet ist. Der erste Abschnitt 7 der Lenksäule 3, der mit dem Lenkrad 2 verbunden ist, ist unterbrochen, wodurch ein mit dem Lenkrad 2 verbun¬ denes erstes Abschnittsteil 40 und ein mit der Überlagerungs- einrichtung 6 verbundenes zweites Abschnittsteil 41 gebildet ist .

Die Stelleinrichtung 27 weist ein erstes Reibungselement 42 und ein zweites Reibungselement 43 auf. Die beiden Reibungs¬ elemente 42, 43 sind zwischen den beiden Abschnittsteilen 40, 41 angeordnet, wobei das erste Reibungselement 42 mit dem freien Ende des ersten Abschnittsteils 40 und das zweite Rei¬ bungselement 43 mit dem freien Ende des zweiten Abschnitts- teils 41 verbunden oder von diesem gebildet ist.

Die Reibungskupplung 38 weist ferner einen von einem Kupp¬ lungsmotor 45 im Wesentlichen in Verlaufsrichtung 46 der Lenksäule 3 verlagerbaren Kupplungskeil 47 auf. Der Kupp¬ lungskeil 47 verjüngt sich in Verlaufsrichtung 46 gesehen und bildet dadurch eine schräg zur Verlaufsrichtung 46 verlaufen¬ de Keilfläche 48. Auf der Keilfläche 48 stützt sich ein elas¬ tisches Betätigungselement 49 ab, dessen anderes Ende mit dem freien Ende des ersten Abschnittsteils 40 des ersten Ab¬ schnittes 7 der Lenksäule 3 und damit mit dem ersten Rei¬ bungselement 42 verbunden ist. Durch die Elastizität des Be¬ tätigungselements 49 kann ein Spiel in der Reibungskupplung 38 ausgeglichen werden.

Je nach Verlagerungsstellung des Kupplungskeils 47 wird das Betätigungsteil 49 mehr oder weniger stark gegen das erste Reibungselement 42 gedrückt, wodurch die zwischen dem ersten Reibungselement 42 und dem zweiten Reibungselement 43 herr¬ schende Anpresskraft vergrößert bzw. verringert werden kann. Ist die Anpresskraft zwischen den Reibungselementen 42, 43 gering oder gleich null, kann nur ein geringes oder kein Drehmoment zwischen den beiden Abschnittsteilen 40 und 41 ü- bertragen werden. Die Reibungskupplung 38 ist dann in ihrem geöffneten Zustand. Das Rückwirkungstnoment MR, das vom zwei¬ ten Abschnittselement 41 über das erste Abschnittselement 40 zum Lenkrad 2 übertragen wird ist daher ebenfalls gering oder gleich null. Ist die Reibungskupplung 38 dagegen vollständig geschlossen, d.h. werden die beiden Reibungselemente 42, 43 und damit die beiden Abschnittsteile 40, 41 mit maximal mög¬ licher Anpresskraft gegeneinander gedrückt, so dass im Ex¬ tremfall keinerlei Schlupf auftritt, kann ein Drehmoment zwi¬ schen den Abschnittselementen 40, 41 vollständig übertragen werden. Das Rückwirkungsmoment MR wirkt bei vollständig ge¬ schlossener Reibungskupplung 38 unreduziert auf das Lenkrad 2 zurück. Der Kupplungsmotor 45 - beispielsweise ein Elektromo¬ tor - wird zur Verlagerung des Kupplungskeils 47 von der Steuereinrichtung 25 angesteuert

In der Fig. 3 ist eine alternative, zweite Ausführungsform einer Stelleinrichtung 27 dargestellt. In diesem Fall ist die Stelleinrichtung 27 als Scheibenbremse 50 ausgebildet. Der erste Abschnitt 7 der Lenksäule 3 weist eine koaxial zur Lenksäule 3 angeordnete und drehfest mit dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule verbundene Bremsscheibe 51 auf. Die Brems¬ scheibe 51 stellt das zweite Reibungselement 43 der Stellein¬ richtung 27 dar.

An der Bremsscheibe 51 ist - wie bei einer Scheibenbremse an sich bekannt - ein Bremssattel 52 mit nicht näher dargestell¬ ten Bremsbelägen angeordnet, wobei die Bremsbeläge das verla¬ gerbar gelagerte, erste Reibungselement bilden. In Abhängig¬ keit von der zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe 51 eingestellten Reibungs- bzw. Bremskraft, kann das auf das Lenkrad 2 zurück wirkende Rückwirkungsmoment MR reduziert o- der kompensiert werden. Die Scheibenbremse 50 kann beispiels- weise elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere, dritte Ausführungsform einer Stelleinrichtung 27, die hier als Bestandteil der Hilfskraft¬ einrichtung 9 ausgeführt ist.

Das erste Reibungselement 42 ist dabei von einer Dichtungsan¬ ordnung und bei der dargestellten Ausführungsvariante von ei¬ nem Dichtungsring 60 gebildet. Der Dichtungsring 60 sitzt drehfest in einer nutartigen Ausnehmung 61, die in der Außen¬ fläche 62 des ersten Abschnitts 7 der Lenksäule 3 ringförmig in Umfangsrichtung verläuft .

Ein den ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 in Umfangsrichtung koaxial umgebendes, relativ zum ersten Abschnitt 7 der Lenk¬ säule 3 drehfest angeordnetes Gehäuseteil 64 ist vorgesehen, das beispielsweise vom Gehäuse der Hilfskrafteinrichtung 9 gebildet sein kann, wenn diese im ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 angeordnet ist. Der Dichtungsring 60 liegt an der das zweite Reibungselement 43 bildenden Innenfläche 65 des Gehäuseteils 64 an. Somit entsteht mittels des Dichtungsrings 60 zwischen dem Gehäuseteil 64 und dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule eine Reibungskraft .

Zwischen dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 und dem Ge¬ häuseteil 64 ist ein Ringraum 66 gebildet, der mit einem FIu- iddruck p beaufschlagbar ist. Durch diesen Fluiddruck p kann der Dichtungsring 60 elastisch verformt werden, wodurch die zwischen dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 und dem Ge¬ häuseteil 64 herrschende Reibungskraft verändert werden kann. Je größer der Fluiddruck p ist, desto größer ist auch die Reibungskraft. Je größer wiederum die Reibungskraft zwischen dem ersten Abschnitt 7 der Lenksäule 3 und dem Gehäuseteil 64 ist, desto mehr wird das auf das Lenkrad 2 zurückwirkende Rückwirkungsmoment MR reduziert. Der Fluiddruck p wird durch die Steuereinrichtung 25 gesteuert.