CN104755357A - 用于辅助地或自动地引导汽车的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于辅助地或自动地引导汽车的装置(1)，其包括具有配属的转向控制器(3)的第一转向执行器(2)，齿条(14)，转向柱(20)和方向盘(19)，其中转向柱(20)和转向执行器(2)作用在共同的齿条(14)上，其中存在至少一个具有另外配属的转向控制器(5)的第二转向执行器(4)，其中第二转向执行器(4)作用在所述共同的齿条(14)上。

Description

用于辅助地或自动地引导汽车的装置

本发明涉及一种用于辅助地或自动地引导汽车的装置。

驾驶员辅助系统在引导汽车时越来越多地支持汽车驾驶员。这种提高提供了对汽车部分自动地、高度自动地或完全自动地引导。其中出现的问题在于，在汽车自动引导返回到驾驶员引导的驾驶时需要一定的时间，用于再次转交完全的控制。因此尤其个别故障不应突然导致系统的切断。另一方面用于多部件的耗费不应不必要地提高。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于辅助地或自动地引导汽车的装置，其中更安全地保证自动的或辅助的转向运动。

所述技术问题通过具有权利要求1的特征的技术方案解决。本发明其他的有利的技术方案由从属权利要求得出。

为此，用于辅助地或自动地引导汽车的装置包含具有配属的转向控制器的第一转向执行器，齿条，转向柱和方向盘，其中转向柱和转向执行器作用在共同的齿条上，其中存在至少一个具有另外配属的转向控制器的第二转向执行器，其中第二转向执行器作用在共同的齿条上。

本发明的基础构思在于，传统的转向设备在其机构中仅设计为单回路的(einkreisig)，也就是说仅有一个方向盘、一个转向柱、一个转向传动器，并且两个车轮在右侧和左侧通过转动支座的摇杆臂、转向横拉杆和齿条相互固定连接。其中以此为出发点，通过以金属或相似材料的足够的尺寸设计和制造和在试验台上或行驶运行中的足够的实验，这些机械部件的冗余是不需要的。因此仅具有其配属的转向控制器的转向执行器设计为冗余的，但是齿条、方向盘和转向柱不用。优选也为各个转向执行器分配一个适用的传感器用于检测实际值。其中，两个转向控制器通过用于辅助或自动引导汽车的上级控制器获得它们的理论值，其中在上级控制器和转向控制器之间的数据连接还优选通过分开的总线系统进行，使得在此方面也存在冗余，用于弥补单次故障。此外，两个转向控制器还优选通过另外的总线系统直接相互连接，使得在其中一个总线系统故障时，配属该总线系统的转向控制器通过另一个总线系统和另外的总线系统获得它的理论值以及通过另一个总线系统和另外的总线系统向上级控制器传送理论值。

在另一种实施形式，两个转向执行器设计为伺服电机，它们与相互独立的电力的供能单元相连。两个供能单元设计为电池，它们通过二极管与共同的发电机或共同的高压电池相连，其中通过二极管可以阻止反作用。取代二极管也可以使用其他构件，它们确保定向的电流。

两个伺服电机优选设计为相同的，其中，两个伺服电机并联或串联地工作。例如两个伺服电机设计为3Nm的最大力矩。在故障情况中可借助仅仅一个伺服电机，在行驶过程中借助减小的最大动力继续转向。只是在需要最大电机力矩的泊车到静止的过程中，所述那个单个伺服电机是过载的。但是那时候通常驾驶员又接手所述控制。自动泊车的汽车就此简单地停止。无论如何一个伺服电机的单独故障不会导致危险状况。

两个伺服电机优选设计为无碳刷的伺服电机。这为耐久性带来优点，因为不再存在磨损的碳刷。两个伺服电机可以设计为直流电机、三相电流电机或交流电机，其中在实施形式中一个伺服电机设计为同步电机并且另一个伺服电机设计为异步电机。

为了两个伺服电机的转换或整流必然存在两个角度传感器或分解器。因为此时电机角度冗余地提供，则电子的稳定性程序的单独的方向盘角度传感器被替代。两个伺服电机优选相互略有扭转地构造。每个电机根据其极数和磁性布局具有所谓的定位转矩或锁止力矩(Rastmoment)。当转子开动时，则其转动到一位置，其中锁止力矩最大。通过伺服电机可以简单扭转的设置，锁止点的数量被加倍，并且锁止点变小。因此可以实现更均匀的力矩曲线。

两个伺服电机的连接可以以不同的形式进行，其中，从电力的伺服转向领域的经验看没有或仅具有极小失效可能性的构件优选也仅单份地构造。

在一种实施形式中，两个伺服电机通过各个自己的转向小齿轮与共同的齿条相连。优选两个伺服电机的两个转向小齿轮相互靠近地安置，因此齿部仅必须略微延长。

在一种备选的实施形式中，两个伺服电机通过共同的转向小齿轮与齿条相连，由此节省一个转向小齿轮并且齿条的齿部不必延长。这也可以通过不同的实施形式实现。

在一种实施形式中，两个伺服电机作用在共同的转向小齿轮的不同的侧面。

在一种备选的实施形式中，两个伺服电机安置在共同的轴上。

在另一种备选的实施形式中，伺服电机的轴借助共同的传动机构(Mitnehmer)与转向小齿轮相连，其中转向小齿轮与齿条相连。

在另一种实施形式中，两个伺服电机通过具有皮带传动器的循环球式传动机构与齿条相连。这种实施形式优选用在轴平行-转向装置中，其中进一步优选皮带传动器被加倍。其中，循环球式传动机构的母体(Mutter)设计得较宽，因此两个皮带传动器可以缠绕，其中每个皮带传动器与伺服电机相连。为了循环球式传动机构的对称的负载，两个皮带之一也可以分为两个较窄的皮带，其然后靠外地设置在循环球式传动机构上并且与伺服电机相连，其中在两个窄的皮带之间设置较宽的皮带，其与另一个伺服电机相连。在此，关于电机和驱动器的冗余存在。备选地，两个伺服电机位于共同的轴上并且皮带传动器被加倍。

在另一种实施形式中，一个伺服电机设置在转向柱上并且另一个伺服电机设置发动机舱内。在转向柱上的伺服电机在汽车内部空间中也被称为转向柱EPS系统。发动机舱内的伺服电机按照所谓的单小齿轮EPS(Einritzel-EPS)构造并且与转向柱分享共同的转向小齿轮用于将转向柱的转动运动转化成齿条的平移运动。备选地，发动机舱内的伺服电机和转向柱也可以分别具有自己的转向小齿轮。在另一种备选的实施形式中，发动机舱内的伺服电机与转向柱分享共同的转向小齿轮，相对地转向柱上的伺服电机通过自己的转向柱与齿条耦连。

在另一种实施形式中，两个伺服电机设计为双电机，它们设置在共同的壳体内，其中在共同的转子轴上固定设置永磁体，优选粘结，并且两个伺服电机的绕组交替地设置在定子侧上。附加地装备两个电机角度传感器。由此使用许多共同的、不易受干扰发生故障的部件。仅一个转向小齿轮被需要并且发动机支承装置可以像在具有仅一个伺服电机的传统的转向装置中那样被保留。

以下结合优选的实施例进一步描述本发明。在附图中：

图1示出具有分别用于各伺服电机的分开的转向小齿轮的机电式转向装置，

图2示出具有第一实施形式中的共同的转向小齿轮的机电式转向装置，

图3示出具有第二实施形式中的用于两个伺服电机的共同的转向小齿轮的机电式转向装置，

图4示出具有第三实施形式中的用于两个伺服电机的共同的转向小齿轮的机电式转向装置的俯视图，

图5示出按照图4的机电式转向装置的侧视图，

图6示出具有第一实施形式的共同的循环球式传动机构的机电式转向装置，

图7示出具有第二实施形式的共同的循环球式传动机构的机电式转向装置，

图8示出具有第三实施形式的共同的循环球式传动机构的机电式转向装置，

图9示出具有在转向柱上的伺服电机和在发动机舱中的伺服电机的机电式转向装置的第一实施形式，

图10示出具有在转向柱上的伺服电机和在发动机舱中的伺服电机的机电式转向装置的第二实施形式，

图11示出具有在转向柱上的伺服电机和在发动机舱中的伺服电机的机电式转向装置的第三实施形式，

图12示出双电机的示意图。

在图1中示意地示出作为用于辅助地或自动地引导汽车的装置1的部件的机电式转向装置。装置1包括具有配属的转向控制器3的第一转向执行器2以及具有配属的转向控制器5的第二转向执行器4。其中第一转向控制器3连接在第一总线系统6上并且第二转向控制器5连接在第二总线系统7上。此外，两个转向控制器3、5通过另外的(为了清楚性原因没有显示的)总线系统直接相互连接。转向控制器3、5通过总线系统6、7从用于辅助或自动引导汽车的至少一个上级控制器获得用于转向执行器2、4的理论值。同样转向控制器3、5的实际值通过总线系统6、7向上级的控制器传送。通过转向控制器3、5之间的另外的总线系统，它们可以建立冗余的通信，方法是例如用于第一转向控制器3的理论值也可以通过第二总线系统和另外的总线系统向第一转向控制器3传送，因此其通过两种途径获得其理论值。这可以用于所有的信息传送，例如第二转向控制器的理论值以及第一和第二转向执行器2、4的实际值。在控制器3、5中理论转向角α_Soll转化成各个转向执行器2、4的轴8、9的实际旋转U。转向执行器2、4在此优选设计为伺服电机。电机小齿轮10设置在轴8上并且电机小齿轮11设置在轴9上。各个转向小齿轮12、13与各个电机小齿轮10、11相连，转向小齿轮12、13与齿条14啮合。齿条14通过轴承15保持并且在其端部具有转向横拉杆16，其与转动支座的摇杆臂17相连，该转动支座与车轮18相连。此外，方向盘19与转向柱20相连，在转向柱的自由端设置另外的转向小齿轮21，其同样与齿条啮合。在此在转向角α_Lenkrad和转向柱20的旋转U之间形成传动比。在转向执行器2、4或其配属的元件出现单份故障时，仍还提供一半的转向力，因此汽车直至转交汽车驾驶员时也可以保持可靠的可控性。

在图2中示出备选的实施形式，其中相同的元件标以相同的附图标记，其中总线系统6、7在该实施形式和其他实施形式中不再显示。与按照图1的实施形式的唯一不同在于，此时两个发动机小齿轮10、11与共同的转向小齿轮22相连，其中它们作用在转向小齿轮22的不同侧面上。在此的出发点在于，若共同的小齿轮22与齿条14相似地坚固地构造，则一个转向小齿轮连同其支承装置相对于图1被省略，其中在单份或单个故障方面其与图1相同地适用。另外的优点在于，齿条14的齿部23不必被延长。

在图3中示出另一种备选的实施形式，其中两个设计为伺服电机的转向执行器2、4安置在具有电机小齿轮25的共同的轴24上。

在图4和5中示出另一种备选的实施形式，其中两个电机轴8、9通过蜗轮蜗杆传动机构与转向小齿轮26、27相连。转向小齿轮27与齿条14啮合。

在图6中示出另一种备选的实施形式，其中与图2相比共同的转向小齿轮22被共同的循环球式传动机构28代替，并且取消电机小齿轮10、11。第一转向执行器2的轴8出于对称的原因通过两个窄的外部的皮带传动器29、30与循环球式传动机构28相连。第二转向执行器4的轴9通过较宽的中间的皮带传动器31与循环球式传动机构28相连。

在图7和8中示出具有循环球式传动机构28的备选实施形式，其中两个转向执行器2、4分别安置在共同的轴24上，其通过双重的皮带传动器32、33与循环球式传动机构28相连。

在图9中示出另一种备选的实施形式，其中第一转向执行器2设置在转向柱20上并且第二转向执行器4设置在发动机舱中。在此，电机小齿轮10作用在转向柱20的齿部上，相对地电机小齿轮11与转向柱20的转向小齿轮21相连。

备选地电机小齿轮11通过自己的转向小齿轮13与齿条14相连，如图10所示。

最后在图11中示出另一种备选方案，其中转向执行器2通过自己的转向小齿轮12与齿条14相连，相对地第二转向执行器4以其电机小齿轮11作用在转向柱20的共同的转向小齿轮21上。

在图12中示意示出双电机35。未示出的永磁体粘接在共同的转子轴36上，其中第一转向执行器2和第二转向执行器4的绕组38、39交替地分段地设置在定子37上，其中绕组38、39分别仅针对一个部段示出。

附图标记清单

1  装置

2  转向执行器

3  转向控制器

4  转向执行器

5  转向控制器

6  总线系统

7  总线系统

8  轴

9  轴

10  电机小齿轮

11  电机小齿轮

12  转向小齿轮

13  转向小齿轮

14  齿条

15  轴承

16  转向横拉杆

17  摇杆臂

18  车轮

19  方向盘

20  转向柱

21  转向小齿轮

22  转向小齿轮

23  齿部

24  轴

25  电机小齿轮

26  转向小齿轮

27  转向小齿轮

28  循环球式传动机构

29  皮带传动器

30  皮带传动器

31  皮带传动器

32  皮带传动器

33  皮带传动器

35  双电机

38  绕组

39  绕组

Claims (10)

1.一种用于辅助地或自动地引导汽车的装置(1)，其包括具有配属的转向控制器(3)的第一转向执行器(2)，齿条(14)，转向柱(20)和方向盘(19)，其中转向柱(20)和转向执行器(2)作用在共同的齿条(14)上，其特征在于，存在至少一个具有另外配属的转向控制器(5)的第二转向执行器(4)，其中第二转向执行器(4)作用在所述共同的齿条(14)上。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，两个转向执行器(2,4)设计为伺服电机，它们与相互独立的供电单元相连。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，两个伺服电机分别通过自己的转向小齿轮(12,13)与共同的齿条(14)相连。

4.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，两个伺服电机通过共同的转向小齿轮(22)与齿条(14)相连。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，两个伺服电机作用在共同的转向小齿轮(22)的不同的侧面上。

6.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，两个伺服电机安置在共同的轴(24)上。

7.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，两个伺服电机通过具有皮带传动器(29-33)的循环球式传动机构(28)与齿条(14)相连。

8.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，两个伺服电机的轴(8,9)借助共同的中间传动机构与多个转向小齿轮(26,27)相连，其中转向小齿轮(27)与齿条(14)相连。

9.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，一个伺服电机设置在转向柱(20)上并且另一个伺服电机设置发动机舱内。

10.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，两个伺服电机设计为双电机(35)，它们设置在共同的壳体内，其中在共同的转子轴(36)上固定设置永磁体，并且两个伺服电机的绕组(38,39)交替地设置在定子(37)上。