CN111086554A - 机电式转向组件和用于运行转向组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的机电式转向组件，其包括具有力反馈促动器的方向盘以及通过第一信号管路与所述力反馈促动器连接的转向促动器，该转向促动器与调节模块作用连接，所述调节模块能够通过所述转向促动器操控，用于至少间接地调节两个与相应的车轮悬架连接的车轮的转向角度，所述力反馈促动器设置为调节方向盘上的复位力矩。在所述车轮悬架上布置有用于检测车辆状态参量的传感器装置，该传感器装置通过第二信号管路与所述力反馈促动器连接。本发明还涉及一种具有这种机电式转向组件的机动车以及用于运行该转向组件的方法。

Description

机电式转向组件和用于运行转向组件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的机电式转向组件，其包括具有力反馈促动器的方向盘以及通过第一信号管路与所述力反馈促动器连接用于至少间接地调节机动车车轮的转向角度的转向促动器。本发明还涉及一种具有这种转向组件的机动车以及一种用于运行机电式转向组件的方法。
背景技术
机动车的转向车桥通常具有所谓的线控转向系统，其像在传统的通过手动转动方向盘来机械式转向那样接收驾驶员的转向指令。待转向的车轮的转向角度的调节以机电方式借助于转角传感器或扭矩传感器进行，所述转角传感器或扭矩传感器检测输入到方向盘中的转向指令并且将据此确定的电控制信号发送给转向促动器，该转向促动器通过调节模块来调节转向车桥的车轮的相应的转向角或转向角度。因为转向促动器和由其操作的、具有与其连接的车轮的调节模块并没有与转向轮直接地机械连接，因此在实施转向促动器或调节模块的操作和由此引起的车轮转向角的调节时起初在方向盘上并不提供力反馈，但是这种反馈力原则上是值得期望的。由于缺少了触觉反馈，对于驾驶员来说难于可靠地获知当前的驾驶状况并实施适当的转向操作，因此会损害车辆的操控性并且从而损害行驶安全性。
为了在与方向盘机械解耦的调节模块中也能实现力反馈或复位力矩(也称为力反馈，英文为：Force-Feedback)，设置了力反馈促动器，其构造为使得在转向轴上或直接在方向盘上产生与驾驶状况有关的力反馈或复位力矩，所述力反馈或复位力矩给驾驶员提供触觉的力反馈。换言之，借助于所述力反馈促动器通过在方向盘上调节复位力矩对于驾驶员模仿已知的转向感觉。
EP 24 09 895 A1公开了一种用于在具有机电式外力转向设备的汽车的转向手柄上调节复位力矩的方法。首先，测量该汽车的横向加速度以及该汽车的表征驾驶状态的其他参数值。然后，借助于行驶动态模型从所述至少一个其他参数值确定该汽车的估算的横向加速度并且从测得和估算的横向角速度确定出假定的横向加速度。此外，从测得和估算的横向角速度确定出假定的横向加速度并且从该假定的横向加速度确定需在转向手柄上施加的复位力。最后，借助于转向力矩促动器调节转向手柄上的复位力矩。
发明内容
本发明的任务在于，进一步研发一种机电式转向组件并且特别是改进一种用于调节复位力矩的方法。该任务通过具有优选实施方案特征的机电式转向组件来解决。本发明的有利的实施方式由下面的说明以及附图得出。
本发明的用于机动车的机电式转向组件包括具有力反馈促动器的方向盘以及通过第一信号管路与所述力反馈促动器连接的转向促动器，该转向促动器与调节模块作用连接，其中，所述调节模块能够通过所述转向促动器操控，用于至少间接地调节两个与相应的车轮悬架连接的车轮的转向角度，其中，所述力反馈促动器设置为调节方向盘上的复位力矩，其中，在所述车轮悬架上布置有用于检测车辆状态参量的传感器装置，其中，该传感器装置通过第二信号管路与所述力反馈促动器连接。换言之，通过该力反馈促动器，一方面将转向指令作为电控制信号发送给转向促动器，另一方面，由控制装置将行驶状态参量作为电数据信号接收和分析。
调节模块优选包括小齿轮和齿杆转向系统的与所述小齿轮形成齿啮合的齿杆，其中，所述小齿轮通过所述转向促动器驱动旋转，用于使所述齿杆进行纵向运动以调节两个通过相应的车轮悬架与所述齿杆转向系统连接的车轮的转向角度。替换地也可以考虑使调节模块配备螺纹传动装置，该螺纹传动装置引起该螺纹传动装置的丝杠或丝杠螺母的纵向运动。
因此，在实际的瞬时驾驶状况中可借助于传感器装置检测车辆状态参量，其中，由该车辆状态参量通过力反馈促动器生成复位力矩(也称为力反馈)，以对车辆的驾驶员产生或模仿与驾驶状况相应的实际的转向和驾驶感觉。术语“力反馈”应理解为力的反馈或复位力矩，其中，该复位力矩在方向盘上产生，用于给驾驶员提供关于瞬时驾驶状况的人工模仿的触觉反馈。
力反馈促动器从传感器装置的传感器元件接收电信号并且由接收到的关于车辆状态参量的数据生成反馈信号，借助于该反馈信号在方向盘上产生与行驶状态有关的复位力矩，该复位力矩是驾驶员在方向盘和调节模块之间的传统机械或液压耦合的情况下期望的。换言之，给驾驶员提供通过力反馈促动器产生的触觉信号，借助于该触觉信号，驾驶员可以评估当前的驾驶状况并且对此做出反应。因此，模仿或产生了对于驾驶员已知的像在传统转向系统中那样的转向感觉并由此模仿或产生了实际的驾驶感觉。
优选地，力反馈促动器通过转向轴与方向盘连接，其中，经由该转向轴一方面将驾驶员的手动转向指令通过转动方向盘导入到力反馈促动器，另一方面将反馈力矩沿相反的力路径由力反馈促动器传输至方向盘。
力反馈促动器与转向促动器和/或传感器装置之间的连接可以借助于线缆例如经由总线系统或借助于无线数据传输进行。在该情况下，相应的发送和接收单元布置在力反馈促动器、转向促动器和/或传感器装置上。
传感器装置优选具有多个传感器元件。此外，传感器装置优选包括至少一个应变片和/或至少一个磁致伸缩传感器。传感器装置的传感器元件的类型和数量在此根据要检测的车轮状态参量特别是布置在车轮悬架的车轮轴承上。此外还可以考虑采用基于其他物理作用原理的传感器元件。
根据一个优选实施例，所述力反馈促动器和/或所述转向促动器包括相应的控制和分析单元。如果所述力反馈促动器具有控制和分析单元，则例如可以由通过驾驶员手动操纵的转向指令生成控制信号，该控制信号作为电控制信号发送给转向促动器。如果所述转向促动器也具有控制和分析单元，则可以接收来自力反馈促动器的控制和分析单元的数据并且将其分析或换算用于操控控制模块或用于调节车轮的车轮的角度。还可以考虑设置一个唯一的上级控制和分析单元，其通过相应的控制管线发送或接收并且接着相应地分析力反馈促动器与转向促动器和/或传感器装置之间的数据信号并且产生控制指令。
优选地，所述力反馈促动器和/或所述转向促动器构造为电动机并且优选具有相应的传动装置单元。在此，力反馈促动器特别是与方向盘的转向轴连接，该转向轴同时构造为用于手动输入转向指令的驱动轴以及构造为用于将复位力矩传递到方向盘上的输出轴。转向促动器具有驱动轴，该驱动轴与所述小齿轮作用连接，用于使调节模块的齿杆进行纵向移位。
与所述小齿轮形成齿啮合的齿杆可以与所述齿杆转向系统一体地构成或者与所述齿杆转向系统的一件式或多件式的调节杆固定连接。在此，调节杆与第一车轮的第一车轮悬架以及第二车轮的第二车轮悬架连接，从而使得该调节杆的纵向移位引起转向角度的调节或引起车轮的均匀偏转以实施转向行驶。
根据本发明的一种用于运行机电式转向组件的方法，与方向盘连接的力反馈促动器通过第一信号管路与转向促动器连接，其中，该转向促动器与调节模块的小齿轮作用连接，所述调节模块还包括齿杆转向系统的与所述小齿轮形成齿啮合的齿杆，其中，所述小齿轮通过所述转向促动器驱动旋转，用于使所述齿杆进行纵向运动并且调节两个通过相应的车轮悬架与所述齿杆转向系统连接的车轮的转向角度，其中，借助于相应车轮悬架上的传感器装置检测车辆状态参量，该车轮状态参量通过第二信号管路发送给力反馈促动器，其中，借助于该力反馈促动器调节方向盘上的复位力矩。所述复位力矩通过力反馈促动器由所述车轮状态参量生成。
优选地，在所述力反馈促动器的控制和分析单元上接收和分析检测到的车辆状态参量。在此，该控制和分析单元基本上设置用于检测来自方向盘的转向指令并且将其作为控制信号传送给转向促动器，以及用于由传感器装置接收、处理关于车辆状态参量的数据并且在方向盘上产生复位力矩。替换地，转向促动器和/或传感器装置也可以具有相应的控制和分析单元，它们可以与力反馈促动器的控制和分析单元通信。
此外优选地，借助于所述传感器装置可以检测车轮支承力、纵向力、横向力、制动力、转向力、横向加速度、车轮的转向角度和/或机动车的车辆速度。换言之，车轮支承力、纵向力、横向力、制动力、转向力、横向加速度、车轮的转向角度和/或机动车的车辆速度是车辆状态参量。所述车辆状态参量根据车辆的瞬时行驶状态和行驶动态相关并且由传感器元件连续地或有针对性地检测。
优选地，在所述力反馈促动器的控制和分析单元上提供至少一个特性曲线族、至少一个数学关系、至少一个转向运动学模型和/或至少一个车辆模型，用于分析检测到的车辆状态参量，其中，将经过分析的车辆状态参量用来调节方向盘上的复位力矩。借助于传感器装置的传感器元件检测到的车辆状态参量如车辆速度、横向加速度、转向角度和车轮支承力以及纵向和横向力用作用于生成复位力矩的输入数据。如果提供车辆模型，则可以据此计算出横向加速度。用于所述特性曲线组、所述数学关系和所述至少一个车辆模型和/或所述至少一个转向运动学模型的数据优选基于之前的计算和模拟。
本发明还涉及一种机动车，其包括机电式转向组件。可以考虑的是，该转向组件构造有一个或多个传感器装置，其中，在此要么转向车桥的每个车轮或每个车轮悬架要么转向车桥的所有车轮或所有车轮悬架配备有相应的传感器装置。此外，车辆的其他车桥的车轮悬架可以包括带有一个或多个传感器元件的传感器装置，例如用于检测机动车的车轮速度。
附图说明
下面根据唯一的附图与本发明的优选实施例的说明一起来详细阐述本发明的另外的改进措施。
图1示出机动车的简化的示意图，该机动车具有根据本发明的一个优选实施方式的机电式转向组件。
具体实施方式
根据图1，在机动车10的前桥18上布置有机电式转向组件1。该转向组件1包括具有力反馈促动器3的方向盘2以及通过第一信号管路4与所述力反馈促动器3电连接的转向促动器5。在本例中，所述力反馈促动器3和所述转向促动器5分别构造为电动机并且不仅具有控制和分析单元14而且具有传动装置单元15。所述转向促动器5的传动装置单元15与驱动轴19作用连接，其中，所述力反馈促动器3的传动装置单元22通过转向轴20与方向盘2作用连接。
所述转向促动器5通过传动装置单元15与调节模块6作用连接，该调节模块在本例中具有小齿轮7并且具有齿杆转向系统8的与该小齿轮形成齿啮合的齿杆8a。齿杆8a在两个端部上与相应的调节杆16固定连接。所述调节模块6的小齿轮7通过所述转向促动器5的驱动轴19驱动旋转，其中，该小齿轮7的旋转运动使与该小齿轮啮合的齿杆8a沿纵向运动。在相应调节杆16的车轮侧端部上分别构造有可摆动的车轮悬架9a、9b，所述车轮悬架具有固定在其上的相应的车轮11a、11b，其中，齿杆8a和调节杆16的纵向运动引起车轮11a、11b的摆动，从而调节所述车轮11a、11b的转向角度。
通过驾驶员手动导入到方向盘2中的转向指令通过所述力反馈促动器3的控制和分析单元21确定，其中，然后通过所述第一信号管路4将控制指令发送到转向促动器5。该控制指令由所述转向促动器的控制和分析单元14识别并且使得小齿轮7被驱动，从而根据该小齿轮的旋转位置进行车轮11a、11b的摆动。
在第一车轮悬架9a上布置有用于检测车辆状态参量的传感器装置12，该传感器装置通过第二信号管路13与所述力反馈促动器3电连接。补充或替换地，也可以在第二车轮悬架9b上布置用于检测车辆状态参量的其他传感器装置12。
在本例中，所述传感器装置12包括四个传感器元件17，这些传感器元件根据待检测的参量构造为应变片并且构造为磁致伸缩传感器。也可以考虑更少或更多的传感器元件17。借助于所述传感器装置12的传感器元件17例如检测车轮支承力、纵向力、横向力、制动力、转向力、横向加速度、第一车轮11a的转向角度以及机动车10的车辆速度，其中，通过这些传感器元件17检测到的车辆状态参数被作为数据信号经由第二信号管路13发送至所述力反馈促动器3并且在那里被分析处理。
所述力反馈促动器3设置为借助于控制和分析单元21由传感器装置12的检测到的车辆状态参量生成或调节方向盘2上的复位力矩。为此，所述力反馈促动器3的控制和分析单元21接收由所述传感器装置121检测到的数据并且分析这些数据。为此，所述控制和分析单元21提供特征曲线族、数学关系以及车辆模型以分析接收到的车辆状态参量，它们与检测到的车辆状态参量相比较，以便据此在方向盘2上产生相应的复位力矩。换言之，将经过分析的车辆状态参量用来调节方向盘2上的复位力矩和模仿对于驾驶员熟知的转向感觉。
附图标记清单
1 机电式转向组件
2 方向盘
3 力反馈促动器
4 第一信号管路
5 转向促动器
6 调节模块
7 小齿轮
8 齿杆转向系统
8a 齿杆
9a,9b 车轮悬架
10 车辆
11a,11b 车轮
12 传感器装置
13 第二信号管路
14 控制和分析单元
15 传动装置单元
16 调节杆
17 传感器元件
18 前桥
19 驱动轴
20 转向轴
21 控制和分析单元
22 传动装置单元。

Claims (10)

1.一种用于机动车(10)的机电式转向组件(1)，其包括：
具有力反馈促动器(3)的方向盘(2)；以及
通过第一信号管路(4)与所述力反馈促动器(3)连接的转向促动器(5)，该转向促动器与调节模块(6)作用连接，
其中，所述调节模块(6)能够通过所述转向促动器(5)操控，用于至少间接地调节两个与相应的车轮悬架(9a，9b)连接的车轮(11a，11b)的转向角度，其中，所述力反馈促动器(3)设置为调节方向盘(2)上的复位力矩，
其特征在于，在所述车轮悬架(9a，9b)上布置有用于检测车辆状态参量的传感器装置(12)，其中，该传感器装置(12)通过第二信号管路(13)与所述力反馈促动器(3)连接。
2.根据权利要求1所述的转向组件(1)，其特征在于，所述传感器装置(12)包括至少一个应变片和/或至少一个磁致伸缩传感器。
3.根据权利要求1或2所述的转向组件(1)，其特征在于，所述力反馈促动器(3)和/或所述转向促动器(5)包括相应的控制和分析单元(14，21)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的转向组件(1)，其特征在于，所述力反馈促动器(3)和/或所述转向促动器(5)构造为电动机。
5.根据以上权利要求中任一项所述的转向组件(1)，其特征在于，所述力反馈促动器(3)和/或所述转向促动器(5)包括传动装置单元(15，22)。
6.一种用于运行机电式转向组件(1)的方法，其中，与方向盘(2)连接的力反馈促动器(3)通过第一信号管路(4)与转向促动器(5)连接，该转向促动器与调节模块(6)的小齿轮(7)作用连接，其中，所述调节模块(6)还包括齿杆转向系统(8)的与所述小齿轮(7)形成齿啮合的齿杆(8a)，其中，所述小齿轮(7)通过所述转向促动器(5)驱动旋转，用于使所述齿杆(8a)进行纵向运动并且调节两个通过相应的车轮悬架(9a，9b)与所述齿杆转向系统(8)连接的车轮(11a，11b)的转向角度，其中，借助于相应的车轮悬架(9a，9b)上的传感器装置(12)检测车辆状态参量，所述车辆状态参量通过第二信号管路(13)发送给所述力反馈促动器(3)，其中，借助于该力反馈促动器(3)调节所述方向盘(2)上的复位力矩。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述力反馈促动器(3)的控制和分析单元(21)上接收和分析检测到的车辆状态参量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述力反馈促动器(3)的控制和分析单元(21)上提供至少一个特性曲线族、至少一个数学关系、至少一个转向运动学模型和/或至少一个车辆模型，用于分析检测到的车辆状态参量，其中，将经过分析的车辆状态参量用来调节所述方向盘(2)上的复位力矩。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述传感器装置(12)检测车轮支承力、纵向力、横向力、制动力、转向力、横向加速度、车轮(11a，11b)的转向角度和/或机动车(10)的车辆速度。
10.一种机动车(10)，其包括根据权利要求1至5中任一项所述的机电式转向组件(1)。
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