DE10015922B4

DE10015922B4 - steering system

Info

Publication number: DE10015922B4
Application number: DE2000115922
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Bohner; Eugen Dipl.-Ing. Kolon
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta Muelheim GmbH
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: DE10015922A1

Abstract

Lenksystem für ein nicht spurgebundenes Kraftfahrzeug, dessen gelenkte Fahrzeugräder (1) bei Normalbetrieb mit einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkhandrad (11), über eine sich ständig auf korrekte Funktion überprüfende elektronische Regelanordnung (23) wirkungsmäßig verbunden sind, welche einen mit den gelenkten Fahrzeugrädern (1) zu deren Lenkverstellung verbundenen Lenkstellantrieb (5) regelt und dazu mit einem von der Lenkhandhabe betätigten Lenkwinkel-Sollwertgeber (14) sowie einem mit den gelenkten Fahrzeugrädern betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber (16) verbunden ist, wobei die Regelanordnung (23) vorzugsweise auch einen mit der Lenkhandhabe zur Simulation eines Lenkwiderstandes verbundenen Handkraftsteller (12) regelt und dazu mit einem übertragene Kräfte zwischen Lenkstellantrieb (5) und gelenkten Fahrzeugrädern (1) erfassenden Handkraft-Sollwertgeber (21, 22) sowie einem übertragene Kräfte zwischen Handkraftsteller und Lenkhandhabe erfassenden Handkraft-Istwertgeber (13, 14, 15) verbunden ist, wobei bei anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb die gelenkten Fahrzeugräder (1) zur Lenkverstellung mit der Lenkhandhabe mechanisch zwangsgekoppelt werden, indem eine bei Normalbetrieb offene Kupplung (6) in einer zwischen Lenkhandhabe und gelenkten...steering system for a non-tracked motor vehicle whose steered vehicle wheels (1) at Normal operation with a steering handle, in particular a steering wheel (11), above one constantly checking for correct function electronic Control arrangement (23) operatively connected are, which one with the steered vehicle wheels (1) connected to the steering adjustment Steering actuator (5) controls and with one of the steering handle actuated Steering angle setpoint generator (14) and one with the steered vehicle wheels actuated steering angle feedback (16), wherein the control arrangement (23) preferably also one with the steering handle to simulate a steering resistance Connected manual power controller (12) regulates and with a transmitted personnel between steering actuator (5) and steered vehicle wheels (1) detecting manual force setpoint generator (21, 22) and a transmitted personnel between manual force actuator and steering handle detecting manual force feedback (13, 14, 15), wherein in abnormal operation or emergency operation the steered vehicle wheels (1) mechanically forcibly coupled to the steering adjustment with the steering handle be by a normally open clutch (6) in one between steering handle and steered ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein nicht spurgebundenes Kraftfahrzeug, dessen gelenkte Fahrzeugräder bei Normalbetrieb mit einer Lenkhandhabe, insbesondere einem Lenkhandrad, über eine sich ständig auf korrekte Funktion überprüfende elektronische Regelanordnung wirkungsmäßig verbunden sind, welche einen mit den gelenkten Fahrzeugrädern zu deren Lenkverstellung verbundenen Lenkstellantrieb regelt und dazu mit einem von der Lenkhandhabe betätigten Lenkwinkel-Sollwertgeber sowie einem mit den gelenkten Fahrzeugrädern betätigten Lenkwinkel-Istwertgeber verbunden ist, wobei die Regelanordnung vorzugsweise auch einen mit der Lenkhandhabe zur Simulation eines Lenkwiderstandes verbundenen Handkraftsteller regelt und dazu mit einem übertragene Kräfte zwischen Lenkstellantrieb und gelenkten Fahrzeugrädern erfassenden Handkraft-Sollwertgeber sowie einem übertragene Kräfte zwischen Handkraftsteller und Lenkhandhabe erfassenden Handkraft-Istwertgeber verbunden ist. Bei anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb werden die gelenkten Fahrzeugräder zur Lenkverstellung mit der Lenkhandhabe mechanisch zwangsgekoppelt, indem eine bei Normalbetrieb offene Kupplung in einer zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern angeordneten mechanischen Lenkgetriebeanordnung schließt, wobei koaxial zur Eingangs- bzw. Ausgangswelle der Kupplung ein Hülsenteil angeordnet ist, welches zur Übertragung der Schließkraft auf die Kupplung in einem Kupplungs- bzw. Getriebegehäuse axial beweglich ohne Selbsthemmung angeordnet ist.The The invention relates to a steering system for a non-track bound Motor vehicle, the steered vehicle wheels in normal operation with a Steering handle, especially a steering wheel, over a constantly on correct function checking electronic Control arrangement operatively connected are, which one with the steered vehicle wheels to the steering adjustment Connected steering actuator controls and to one of the steering handle actuated Steering angle setpoint generator as well a operated with the steered vehicle wheels steering angle feedback is connected, wherein the control arrangement preferably also with a the steering handle connected to simulate a steering resistance Manual power actuator regulates and does so with a transmitted force between Steering actuator and steered vehicle wheels detecting manual force setpoint generator as well as a transferred one personnel between manual force actuator and steering handle detecting manual force feedback connected is. In case of abnormal operation or emergency operation the steered vehicle wheels mechanically positively coupled to the steering adjustment with the steering handle, by a clutch that is open during normal operation in a between steering handle and steered vehicle wheels arranged mechanical steering gear assembly closes, wherein coaxial with the input or output shaft of the coupling a sleeve part is arranged, which for transmission the closing force on the clutch in a clutch or transmission housing axially movably without self-locking is arranged.

Lenksysteme, welche nach dem Konzept „Steer by wire" arbeiten, sind aus der DE 195 46 733 C1 sowie der DE 690 22 848 T2 grundsätzlich bekannt. Diese für zukünftige Kraftfahrzeuge vorgesehenen Systeme bieten den grundsätzlichen Vorteil, daß sie zumindest hinsichtlich der Regelanordnung sowie der zugehörigen Sensorik ohne konstruktive Abänderungen für unterschiedliche Fahrzeuge geeignet sind. Durch entsprechende Programmierung kann bei Normalbetrieb praktisch jedes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Stellhub der Lenkhandhabe und der Lenkwinkeländerung der gelenkten Fahrzeugräder verwirklicht werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Regelanordnung mit zusätzlichen Sensoren zu verbinden, um vorzugebende Parameter, z.B. Seitenwindeinflüsse, selbsttätig zu berücksichtigen bzw. auszuregeln.Steering systems, which work according to the concept "Steer by wire", are from the DE 195 46 733 C1 as well as the DE 690 22 848 T2 basically known. These systems provided for future motor vehicles offer the fundamental advantage that they are suitable for different vehicles at least with regard to the control arrangement and the associated sensors without constructive modifications. By appropriate programming can be realized in normal operation, virtually any ratio between the control stroke of the steering handle and the steering angle change of the steered vehicle wheels. In addition, it is possible to connect the control arrangement with additional sensors in order to automatically take into account or correct parameters to be given, eg crosswind influences.

Um die erforderliche Sicherheit bei Systemfehlern gewährleisten zu können, ist vorgesehen, daß beim Auftreten eines Fehlers in der Regelanordnung oder bei Ausfall von Signalen, die von der Regelanordnung ausgewertet werden müssen, automatisch eine Betriebsweise für anormalen Betrieb bzw. Notfallbetrieb eingeschaltet wird. Bei dieser Betriebsweise wird im Falle des eingangs angegebenen Lenksystems eine mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern wirksam, so daß das Lenksystem prinzipiell nach Art einer herkömmlichen mechanischen Lenkung arbeitet, wobei allerdings die bei herkömmlichen Lenkungen übliche mechanische Lenksäule gegebenenfalls durch andere mechanische Systeme ersetzt sein kann.Around ensure the required security in case of system errors to be able to is provided that the Occurrence of a fault in the control arrangement or failure of Signals that need to be evaluated by the rule arrangement, automatically a mode of operation for abnormal operation or emergency operation is turned on. At this Operation is in the case of the initially indicated steering system a mechanical positive coupling between the steering handle and steered vehicle wheels effective, so that the Steering system in principle like a conventional mechanical steering works, however, the usual in conventional steering mechanical steering column optionally replaced by other mechanical systems.

Das bei anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb wirksam werdende mechanische System besitzt eine Kupplung, die beim Normalbetrieb geöffnet gehalten wird und damit das mechanische System bei Normalbetrieb unwirksam macht.The in case of abnormal operation or emergency operation becoming effective mechanical System has a clutch that kept open during normal operation and thus the mechanical system in normal operation ineffective power.

Bei Normalbetrieb sollte mit entsprechender Sensorik ständig überwacht werden, ob die Kupplung geöffnet ist. Dadurch kann vermieden werden, daß durch fehlerhaftes Schließen der Kupplung kritische Betriebszustände aufzutreten vermögen: Bei einer Lenkung der eingangs angegebenen Art ist zwischen dem Stellhub der Lenkhandhabe und der Lenkwinkeländerung der gelenkten Fahrzeugräder bei anormalem Betrieb bzw. Notfallbetrieb und dementsprechend geschlossener Kupplung regelmäßig ein anderes Übersetzungsverhältnis gegeben als bei Normalbetrieb mit geöffneter Kupplung. Sollte bei diesem Normalbetrieb die Kupplung unbemerkt ganz oder teilweise schließen, könnten Stellbewegungen der gelenkten Fahrzeugräder zu einer unerwünschten Rückwirkung auf die Lenkhandhabe und damit auf den Lenkwinkel-Sollwertgeber führen. Dies hätte dann zur Folge, daß die elektronische Regelanordnung eine der Sollwertänderung entsprechende Verstellung der gelenkten Fahrzeugräder vorzunehmen suchte, wodurch dann erneut eine Verstellung des Lenkwinkel-Sollwertgebers verursacht würde. Damit könnten sich erhebliche Fehlsteuerungen „aufschaukeln", wenn bei Normalbetrieb ein Schließen der Kupplung unbemerkt bleiben sollte.at Normal operation should be constantly monitored with appropriate sensors Be sure the clutch is open is. This can be avoided that by incorrectly closing the Clutch critical operating conditions to be able to perform: In a steering of the type specified is between the Stellhub the steering handle and the change in the steering angle of the steered vehicle wheels at abnormal operation or emergency operation and accordingly closed Clutch in regularly given another gear ratio as in normal operation with open Clutch. Should the clutch go unnoticed in this normal operation close in whole or in part, could Stellbewegungen the steered vehicle wheels to an undesirable retroactive effect on the steering handle and thus on the steering angle setpoint generator to lead. This would have then with the result that the electronic control arrangement one of the setpoint change corresponding adjustment the steered vehicle wheels sought to make, then again an adjustment of the steering angle setpoint generator would cause. With that could Significant dysregulations "rocking" when in normal operation lock in the clutch should go unnoticed.

Ein gattungsgemäßes Lenksystem geht aus der DE 198 05 015 C1 hervor. Im Normalbetrieb sind Lenkhandhabe und gelenkte Fahrzeugräder nicht miteinender verbunden. Im Notfallbetrieb wird eine mechanische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und den gelenkten Fahrzeugrädern durch das Schließen der Kupplung hergestellt. Die als Lemellenkupplung ausgestaltete Kupplung wird im Normalbetrieb des Lenksystems durch einen Hydraulikdruck in geöffnetem Zustand gehalten. Der Hydraulikdruck drückt dabei das Hülsenteil von den Lamellen der Kupplung entgegen der Federkraft eines Federpaketes weg. Liegt kein Hydraulikdruck an, drückt das Hülsenteil die Lamellen der Kupplung gegeneinander, so dass die Kupplung geschlossen ist.A generic steering system goes out of the DE 198 05 015 C1 out. In normal operation steering handle and steered vehicle wheels are not miteinender connected. In emergency mode, a mechanical connection between the steering handle and the steered vehicle wheels is made by closing the clutch. The clutch designed as a clutch is held in normal operation of the steering system by a hydraulic pressure in the open state. The hydraulic pressure presses the sleeve part of the slats of the clutch against the spring force of a spring assembly away. If no hydraulic pressure is applied, the sleeve part presses the slats of the clutch against each other so that the clutch is closed.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Betätigung sowie zur Offenhaltung der Kupplung zu schaffen.task The invention is now a particularly advantageous possibility for operation as well as to keep open the clutch.

Diese Aufgabe wird durch ein Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.These Task is by a steering system with the features of claim 1 solved.

Das koaxial zur Übertragung der Schließkraft auf die Kupplung dienende Hülsenteil ist schraubbeweglich angeordnet und drehfest mit einem zum Hülsenteil koaxialen Rotor eines Elektromotors verbunden. Der Elektromotor dreht bei Bestromung den Rotor in eine Richtung, bei der das Hülsenteil axial gegen die Schließkraft vorgeschoben wird.The coaxial with the transmission the closing force the clutch serving sleeve part is arranged schraubbeweglich and rotatably with a sleeve to the part coaxial rotor of an electric motor connected. The electric motor When energized, the rotor rotates in one direction, with the sleeve part axially against the closing force is advanced.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein die Schließkraft auf die Kupplung übertragendes Teil als Rotorträger eines Elektromotors auszubilden, welcher das vorgenannte Teil bei Bestromung unter Schraubverstellung gegen die Schließkraft verstellt und damit die Kupplung sicher öffnet bzw. offenhält.The Invention is based on the general idea, a the closing force the coupling transmitting Part as a rotor carrier to form an electric motor, which is the aforementioned part when energized adjusted under screw adjustment against the closing force and thus the coupling opens safely or holds open.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Schraubbeweglichkeit durch Lagerung mittels Kugelumläufen außerordentlich reibungsarm sein.According to one particularly preferred embodiment the invention, the Schraubbeweglichkeit by storage means ball races extraordinarily be low-friction.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform beschrieben wird.Otherwise, will in terms of preferred features of the invention to the claims and the following explanation referred to the drawing, based on a particularly preferred embodiment is described.

Dabei zeigtthere shows

1 eine schaltplanmäßige Darstellung des gesamten Lenksystems und 1 a schematic representation of the entire steering system and

2 ein Schnittbild eines Lenkgetriebes mit Kupplung zur Unterbrechung eines Durchtriebes zwischen gelenkten Fahrzeugrädern und Lenkhandhabe. 2 a sectional view of a steering gear with clutch to interrupt a through drive between steered vehicle wheels and steering handle.

Im Beispiel der 1 besitzt ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug lenkbare Vorderräder 1, die über Spurstangen 2 sowie eine Stange 3 miteinander lenkverstellbar gekoppelt sind. Die Stange 3 besitzt einen als Zahnstange ausgebildeten Teil 3', welcher mit einem Ritzel 4 kämmt, sowie einen als Kolbenstange eines doppeltwirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Aggregates 5 ausgebildeten Teil 3''.In the example of 1 has a not shown motor vehicle steerable front wheels 1 that have tie rods 2 as well as a pole 3 coupled steering adjustable with each other. The pole 3 has a trained as a rack part 3 ' , which with a pinion 4 meshes, as well as a piston rod of a double-acting hydraulic piston-cylinder unit 5 trained part 3 '' ,

Das Ritzel 4 ist mit einer Seite einer kraft- und/oder formschlüssig arbeitenden Kupplung 6 verbunden, welche durch ein Federaggregat 7 ständig in Schließrichtung belastet und in weiter unten dargestellter Weise mittels eines Stellaggregates 8 geöffnet sowie durch eine Arretierung 9 in Offenlage festgehalten werden kann. Die andere Seite der Kupplung 6, ist über eine vorzugsweise gelenkige Welle 10 mit einem Lenkhandrad 11 antriebsmäßig verbunden.The pinion 4 is with one side of a non-positive and / or positive-working clutch 6 connected, which by a spring unit 7 constantly loaded in the closing direction and in a manner shown below by means of a control unit 8th opened as well as by a lock 9 can be recorded in the open. The other side of the clutch 6 , is via a preferably articulated shaft 10 with a steering wheel 11 drivingly connected.

Parallel zum Lenkhandrad 11 ist ein mit der Welle 10 mechanisch zwangsgekoppelter, selbsthemmungsfreier Elektromotor 12 angeordnet, welcher bei festgehaltener Motorwelle als reiner Krafterzeuger zu arbeiten vermag und dessen Zweck weiter unten erläutert wird.Parallel to the steering wheel 11 is one with the wave 10 mechanically positively coupled, self-locking electric motor 12 arranged, which is able to work when the motor shaft is held as a pure force generator and whose purpose will be explained below.

Zwischen der Antriebsverbindung zwischen Elektromotor 12 und Welle 10 einerseits und dem Lenkhandrad 11 andererseits ist ein Torsionsstab 13 angeordnet, so daß das Lenkhandrad 11 mit der Welle 10 mit einer gewissen Drehelastizität verbunden ist. Beidseitig des Torsionsstabes 13 sind Winkelsensoren 14 und 15 angeordnet, deren Zweck weiter unten erläutert wird.Between the drive connection between the electric motor 12 and wave 10 on the one hand and the steering wheel 11 on the other hand is a torsion bar 13 arranged so that the steering wheel 11 with the wave 10 associated with a certain torsional elasticity. On both sides of the torsion bar 13 are angle sensors 14 and 15 whose purpose will be explained below.

Ein weiterer Winkelsensor 16 ist am Ritzel 4 vorgesehen.Another angle sensor 16 is on the pinion 4 intended.

Die beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 lassen sich über ein normal offenes Absperrventil 17 miteinander verbinden, derart, daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 unter allen Umständen auf Freilauf geschaltet ist. Durch Bestromung seines Stellmagnetes wird das Absperrventil 17 in seine Schließlage gebracht.The two sides of the piston-cylinder unit 5 can be accessed via a normally open shut-off valve 17 connect together, such that the piston-cylinder unit 5 is switched to freewheel under all circumstances. By energizing its actuating solenoid, the shut-off valve 17 brought into its closed position.

Im übrigen ist das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 mit zwei Anschlüssen eines Regelventiles 18 verbunden, welches über zwei weitere Anschlüsse mit einem Reservoir 19 bzw. mit der Druckseite einer Hydraulikpumpe 20 verbunden ist. In der vom Regelventil 18 normal eingenommenen dargestellten Lage ist das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 auf Freilauf geschaltet. Durch Bestromung eines seiner Stellmagnete läßt sich das Regelventil 18 derart steuern, daß bei arbeitender Pumpe 20 zwischen den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 eine mehr oder weniger große Druckdifferenz auftritt und das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 eine entsprechende Stellkraft in der einen oder anderen Richtung erzeugt. Die Druckdifferenz und damit die Stellkraft können mit Drucksensoren 21 und 22 an den beiden Seiten des Aggregates 5 erfaßt werden.Otherwise, the piston-cylinder unit 5 with two connections of a control valve 18 connected, which has two more connections with a reservoir 19 or with the pressure side of a hydraulic pump 20 connected is. In the from the control valve 18 normally assumed position is the piston-cylinder unit 5 switched to freewheel. By energizing one of its actuating magnets can be the control valve 18 to control so that when working pump 20 between the two sides of the piston-cylinder unit 5 a more or less large pressure difference occurs and the piston-cylinder aggregate 5 generates a corresponding force in one direction or the other. The pressure difference and thus the force can with pressure sensors 21 and 22 on the two sides of the unit 5 be detected.

Eine elektronische Regel- bzw. Steueranordnung 23 ist eingangsseitig mit den Winkelsensoren 14 bis 16 sowie den Drucksensoren 21 und 22 verbunden. Ausgangsseitig steuert die Regel- bzw. Steueranordnung 23 das Stellaggregat 8, die Arretierung 9, den Elektromotor 12, die Stellmagnete der Ventile 17 und 18 sowie gegebenenfalls die Hydraulikpumpe 20.An electronic control arrangement 23 is input side with the angle sensors 14 to 16 as well as the pressure sensors 21 and 22 connected. On the output side controls the control arrangement 23 the control unit 8th , the catch 9 , the electric motor 12 , the solenoids of the valves 17 and 18 and optionally the hydra likpumpe 20 ,

Das Lenksystem der 1 funktioniert wie folgt, wobei zunächst der Normalbetrieb dargestellt wird:
Beim Normalbetrieb wird das Absperrventil 17 geschlossen und die Kupplung 6 in Offenstellung gehalten. Die Lenkbetätigung der Vorderräder 1 erfolgt dadurch, daß mit dem Lenkhandrad 11 der Winkelsensor 14 betätigt wird, welcher an die Regelanordnung 23 ein den Lenkwinkel-Sollwert wiedergebendes Signal weiterleitet. Vom Winkelsensor 16 erhält die Regelanordnung 23 ein den Lenkwinkel-Istwert wiedergebendes Signal. Die Regelanordnung 23 führt einen Soll-Istwert-Vergleich durch und steuert in Abhängigkeit davon das Regelventil 18. Aufgrund des geschlossenen Absperrventiles 17 wird durch die Betätigung des Regelventiles 18 vom Kolben-Zylinder-Aggregat 5 eine mehr oder weniger große Stellkraft mit steuerbarem Richtungssinn erzeugt, derart, daß die Soll-Istwert-Abweichung ausgeregelt wird und der Istwert des Lenkwinkels an den Vorderrädern 1 dem vom Lenkhandrad 11 über den Drehwinkelsensor 14 vorgegebenen Lenkwinkel-Sollwert entspricht.The steering system of the 1 works as follows, whereby first the normal operation is shown:
In normal operation, the shut-off valve 17 closed and the clutch 6 held in open position. The steering operation of the front wheels 1 takes place in that with the steering wheel 11 the angle sensor 14 is actuated, which to the control arrangement 23 transmits a signal representing the steering angle command value. From the angle sensor 16 receives the rule arrangement 23 a signal representing the steering angle actual value. The rule arrangement 23 performs a setpoint-actual value comparison and controls the control valve as a function of this 18 , Due to the closed shut-off valve 17 is by the operation of the control valve 18 from the piston-cylinder unit 5 generates a more or less large actuating force with controllable sense of direction, such that the desired-actual value deviation is corrected and the actual value of the steering angle at the front wheels 1 from the steering wheel 11 via the rotation angle sensor 14 predetermined steering angle setpoint corresponds.

Die Signale der den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 zugeordneten Drucksensoren 21 und 22 lassen die zwischen diesen beiden Seiten vorliegende Druckdifferenz nach Betrag und Richtung erkennen. Diese Druckdifferenz ist analog zu den an den Vorderrädern 1 wirksamen Lenk- und Störkräften. In Korrelation zu diesem Lenk- und Störkräften wird nun von der Regelanordnung 23 ein Sollwert für die am Lenkhandrad 11 fühlbare Handkraft vorgegeben, die durch den Elektromotor 12 simuliert wird: Der Istwert der Handkraft wird von der Regelanordnung 23 aus den Signalen der Winkelsensoren 14 und 15 ermittelt. Denn je nach dem Maß der Handkraft wird der Torsionsstab 13 mehr oder weniger stark tordiert, mit der Folge, daß die Signale der Winkelsensoren 14 und 15 eine entsprechende Winkeldifferenz in der einen oder anderen Richtung anzeigen. Somit kann die Regelanordnung 23 in Abhängigkeit von einem Soll-Istwert-Vergleich den Elektromotor 12 so steuern, daß die am Lenkhandrad 11 fühlbare Handkraft im Ergebnis entsprechend den an den gelenkten Vorderrrädern 1 wirksamen Lenk- und Störkräften variiert wird.The signals of the two sides of the piston-cylinder unit 5 associated pressure sensors 21 and 22 allow the pressure difference between these two sides to be detected in terms of amount and direction. This pressure difference is analogous to that at the front wheels 1 effective steering and disturbing forces. In correlation to this steering and disturbing forces is now from the control arrangement 23 a setpoint for the steering wheel 11 tangible hand force given by the electric motor 12 The actual value of the manual force is determined by the control arrangement 23 from the signals of the angle sensors 14 and 15 determined. Because depending on the degree of hand strength of the torsion bar 13 more or less strongly twisted, with the result that the signals of the angle sensors 14 and 15 indicate a corresponding angular difference in one or the other direction. Thus, the control arrangement 23 as a function of a desired-actual value comparison, the electric motor 12 so control that on the steering wheel 11 tangible hand force as a result corresponding to the front wheels steered 1 effective steering and disturbing forces is varied.

Die Regelanordnung 23 überprüft sich selbst sowie die mit ihr zusammenwirkenden Systemteile ständig auf korrekte Funktion, wobei auch die Plausibilität der Signale der verschiedenen Sensoren überwacht wird.The rule arrangement 23 Checks itself and the system parts interacting with it constantly for correct function, whereby also the plausibility of the signals of the different sensors is supervised.

Wenn die Sicherheit des Lenksystems beim vorangehend beschriebenen Normalbetrieb nicht mehr mit Sicherheit gewährleistet werden kann, werden die Stellmagnete der Ventile 17 und 18 stromlos geschaltet, so daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 unter allen Umständen hydraulisch auf Freilauf geschaltet wird. Gleichzeitig wird auch die Arretierung 9 für die Offenstellung der Kupplung 6 unwirksam geschaltet (dies wird weiter unten näher dargestellt). Damit wird die Kupplung 6 durch das Federaggregat 7 geschlossen. Somit sind das Lenkhandrad 11 und die lenkbaren Vorderräder 1 miteinander zur Lenkverstellung mechanisch zwangsgekoppelt. Nunmehr kann also das Fahrzeug in herkömmlicher Weise mechanisch gelenkt werden.If the safety of the steering system in the normal operation described above can no longer be guaranteed with certainty, the solenoids of the valves 17 and 18 de-energized, so that the piston-cylinder unit 5 hydraulically switched to freewheel under all circumstances. At the same time also the lock 9 for the open position of the clutch 6 disabled (this will be shown below). This will be the clutch 6 through the spring unit 7 closed. Thus, the steering wheel 11 and the steerable front wheels 1 mechanically positively coupled together for steering adjustment. Now, therefore, the vehicle can be mechanically steered in a conventional manner.

Soweit bei Beendigung des Normalbetriebes noch hinreichende Restfunktionen der Regelanordnung 23 zur Verfügung stehen, kann der Elektromotor 12 als Servomotor eingesetzt werden. Dazu werden die von den Winkelsensoren 14 und 15 gelieferten Signale ausgewertet, welche die jeweils auf das Lenkhandrad 11 ausgeübte Handkraft wiedergeben. In Abhängigkeit von dieser Handkraft wird nun der Elektromotor 12 von der Regelanordnung 23 so gesteuert, daß eine mehr oder weniger starke Verminderung der bei den jeweiligen Lenkmanövern ausgeübten Handkräfte erreicht wird.As far as the termination of normal operation still sufficient residual functions of the control arrangement 23 are available, the electric motor 12 be used as a servomotor. These are by the angle sensors 14 and 15 delivered signals, which are respectively on the steering wheel 11 reproduce applied hand force. Depending on this manual force is now the electric motor 12 from the rule arrangement 23 controlled so that a more or less strong reduction of the force exerted in the respective steering maneuvers hand forces is achieved.

Grundsätzlich ist es auch möglich, bei geschlossener Kupplung 6 und dadurch bewirkter mechanischer Zwangskopplung von Lenkhandrad 11 und gelenkten Vorderrädern 1 das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 als Servomotor zu betreiben. Dazu muß der Elektromagnet des Absperrventiles 17 unter Schließung dieses Ventiles bestromt und das Regelventil 18 in Abhängigkeit von den die Handkräfte wiedergebenden Signalen der Winkelsensoren 14 und 15 mittels der Regelung 23 derart betätigt werden, daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 5 eine die jeweils am Lenkhandrad 11 fühlbare Handkraft vermindernde Stellkraft erzeugt.In principle, it is also possible with the clutch closed 6 and thereby effected mechanical forced coupling of steering handwheel 11 and steered front wheels 1 the piston-cylinder unit 5 to operate as a servo motor. For this purpose, the solenoid of the shut-off valve must 17 energized by closing this valve and the control valve 18 depending on the signals of the angle sensors reproducing the hand forces 14 and 15 by means of the regulation 23 be operated so that the piston-cylinder unit 5 one at each steering wheel 11 tactile hand force generating diminishing force.

2 zeigt nun eine vorteilhafte Ausführungsform der Kupplung 6, die zusammen mit dem Ritzel 4 sowie dem damit kämmenden Teil 3' der Zahnstange in einer gemeinsamen Gehäuseanordnung 24 untergebracht ist. 2 now shows an advantageous embodiment of the coupling 6 that together with the pinion 4 and the part meshing with it 3 ' the rack in a common housing arrangement 24 is housed.

Der Kupplungseingang wird durch eine mit der Welle 10 (vgl. 1) verbindbare Eingangswelle 25 und der Kupplungsausgang durch eine einstückig mit dem Ritzel 4 verbundene Ritzelwelle 26 gebildet. Beide Wellen 25 und 26 sind einerseits im Gehäuse 24 und andererseits aneinander drehgelagert, indem das der Ritzelwelle 26 zugewandte Ende der Eingangswelle 25 eine gestufte Sackbohrung aufweist, die ein Kugellager für einen stirnseitigen Axialfortsatz der Ritzelwelle 26 aufnimmt.The clutch input is through one with the shaft 10 (see. 1 ) connectable input shaft 25 and the clutch output through an integral with the pinion 4 connected pinion shaft 26 educated. Both waves 25 and 26 are on the one hand in the housing 24 and on the other hand rotatably mounted to each other by the pinion shaft 26 facing end of the input shaft 25 a stepped blind bore having a ball bearing for a front axial extension of the pinion shaft 26 receives.

Im übrigen ist an der Ritzelwelle 26 zugewandten Ende der Eingangswelle 25 ein zur Ritzelwelle 26 hin offenes Hohlrad 27 angeordnet bzw. ausgebildet, welches mit seiner in 2 nach links weisenden Stirnseite axial am Gehäuse 24 drehgelagert ist. Innerhalb des Hohlrades 27 sind erste Kupplungslamellen 28' axial verschiebbar, jedoch relativ zum Hohlrad 27 undrehbar gehaltert. Weitere Kupplungslamellen 28' sind an dem in das Hohlrad 27 hineinragenden Ende der Ritzelwelle 26 axial verschiebbar, jedoch relativ zur Ritzelwelle 26 undrehbar angeordnet. Die Lamellen 28' und 28' folgen in Achsrichtung abwechselnd aufeinander, wobei vor einer das Lamellenpaket abschließenden Andruckplatte 29, die wie die weiteren Lamellen 28'' auf der Ritzelwelle 26 axial verschiebbar und undrehbar angeordnet ist, eine der ersten Lamellen 28' vorgesehen ist, während vor dem scheibenförmigen Teil des Hohlrades 27 eine der weiteren Lamellen 28'' angeordnet ist.Incidentally, on the pinion shaft 26 facing the end of the input shaft 25 one to the pinion shaft 26 open ring gear 27 arranged or formed, which with its in 2 to the left facing end face axially on the housing 24 is rotatably mounted. Inside the ring gear 27 are first clutch plates 28 ' axially displaceable, but relative to the ring gear 27 held non-rotatably. Other clutch plates 28 ' are at the in the ring gear 27 protruding end of the pinion shaft 26 axially displaceable, but relative to the pinion shaft 26 arranged non-rotatably. The slats 28 ' and 28 ' follow one another alternately in the axial direction, wherein in front of a pressure plate closing the plate pack 29 that like the other slats 28 '' on the pinion shaft 26 axially displaceable and non-rotatably arranged, one of the first fins 28 ' is provided while in front of the disc-shaped part of the ring gear 27 one of the other fins 28 '' is arranged.

Koaxial zur Ritzelwelle 26 ist eine relativ zur Ritzelwelle 26 axial verschiebbare Spannhülse 30 angeordnet, welche in einer gehäusefesten Hülse 60 mittels Lagerkugeln 61 schraubverschiebbar geführt ist, d.h. die Spannhülse 30 führt bei Drehung relativ zur Hülse 60 einen Axialhub bezüglich der Hülse 60 und der Ritzelwelle 26 aus.Coaxial with the pinion shaft 26 is a relative to the pinion shaft 26 axially displaceable clamping sleeve 30 arranged, which in a housing-fixed sleeve 60 by means of bearing balls 61 is guided schraubverschiebbar, ie the clamping sleeve 30 leads with rotation relative to the sleeve 60 an axial stroke with respect to the sleeve 60 and the pinion shaft 26 out.

Die Spannhülse 30 wird von einem Tellerfederpaket 33, welches sich an einem gehäuseseitigen Widerlagerring 34 abstützt, gegen die Lamellen 28' und 28'' gespannt. Der Widerlagerring 34 dient auch dazu, eine Lagerschale eines Kugellagers 35 gehäuseseitig unter Einwirkung der Kraft des Tellerfederpaketes 33 axial festzuhalten. Dieses Lager 35, welches als Rillenkugellager ausgebildet ist und dessen innere Lagerschale axial an der Ritzelwelle 26 fest gehaltert ist, dient zur radialen und axialen Lagerung der Ritzelwelle 26.The clamping sleeve 30 is from a plate spring package 33 , which is located on a housing-side abutment ring 34 supports, against the slats 28 ' and 28 '' curious; excited. The abutment ring 34 also serves a bearing shell of a ball bearing 35 on the housing side under the action of the plate spring package 33 axially hold. This camp 35 , which is designed as a deep groove ball bearing and its inner bearing shell axially on the pinion shaft 26 is firmly held, serves for the radial and axial bearing of the pinion shaft 26 ,

Das spannhülsenseitige Widerlager des Tellerfederpaketes 33 wird durch eine ringscheibenförmige Druckplatte 62 gebildet, die axial einer Ringstufe eines die Spannhülse 30 in 2 nach rechts fortsetzenden, mit der Spannhülse 30 verschraubten Hülsenteiles 31 gegenüberliegt. Zwischen dem Hülsenteil 31 und der Druckplatte 62 ist ein Axiallager 63 angeordnet. Ein weiteres Axiallager 32 befindet sich zwischen der Andruckplatte 29 der Kupplung 6 und dem der Kupplung 6 zugewandten Ende der Spannhülse 30. Zwischen dem Hülsenteil 31 und der Hülse 60 ist ein Radiallager 64 angeordnet, welches eine axiale Verschiebung des Hülsenteiles 31 und damit der Spannhülse 30 zuläßt.The tension sleeve-side abutment of the plate spring package 33 is through an annular disc-shaped pressure plate 62 formed, the axially an annular step of the clamping sleeve 30 in 2 continuing to the right, with the clamping sleeve 30 screwed sleeve part 31 opposite. Between the sleeve part 31 and the printing plate 62 is a thrust bearing 63 arranged. Another thrust bearing 32 located between the pressure plate 29 the clutch 6 and that of the clutch 6 facing the end of the clamping sleeve 30 , Between the sleeve part 31 and the sleeve 60 is a radial bearing 64 arranged, which is an axial displacement of the sleeve part 31 and thus the clamping sleeve 30 allows.

Somit kann sich die Spannhülse 30 mit dem Hülsenteil 31 relativ zum Federpaket 33 sowie relativ zur Andruckplatte 29. drehen, wobei die Spannhülse 30 und das Hülsenteil 31 gleichzeitig eine Axialbewegung entsprechend der Schraubführung durch die Kugeln 61 ausführt.Thus, the clamping sleeve 30 with the sleeve part 31 relative to the spring package 33 as well as relative to the pressure plate 29 , Turn, with the clamping sleeve 30 and the sleeve part 31 at the same time an axial movement corresponding to the screw through the balls 61 performs.

Auf einem Mittelabschnitt der Spannhülse 30 ist der Rotor 65 eines Elektromotors 66 drehfest angeordnet, dessen Stator an der Hülse 60 befestigt ist und von dieser ummantelt wird. Dabei ist der Rotor 65 axial verschiebbar zum Stator des Elektromotors 66 ausgebildet.On a middle section of the clamping sleeve 30 is the rotor 65 an electric motor 66 arranged rotationally fixed, the stator of the sleeve 60 attached and is covered by this. Here is the rotor 65 axially displaceable to the stator of the electric motor 66 educated.

Für den Normalbetrieb des Lenksystems wird die Kupplung 6 geöffnet, indem der Elektromotor 66 mit elektrischem Strom beaufschlagt wird und den Rotor 65 unter Mitnahme der Spannhülse 30 derart dreht, daß die Spannhülse 30 mit dem Hülsenteil 31 gegen die Kraft des Tellerfederpaketes 33 in eine in 2 rechte Endlage axial verschoben wird.For normal operation of the steering system, the clutch 6 opened by the electric motor 66 is supplied with electric current and the rotor 65 under entrainment of the clamping sleeve 30 such that the clamping sleeve 30 with the sleeve part 31 against the force of the plate spring package 33 in an in 2 right end position is moved axially.

In dieser Endlage wird vorzugsweise ein Sensor 67 betätigt, d.h. in dieser Endlage wird ein der Endlage zugeordnetes Signal erzeugt.In this end position is preferably a sensor 67 actuated, ie in this end position a signal associated with the end position is generated.

Sollte nun eine Störung des Lenksystems auftreten, wird der elektrische Versorgungsstrom für den Elektromotor 66 abgeschaltet. Damit kann das Tellerfederpaket 33 die Spannhülse 30 unter Drehung axial gegen die Druckplatte 29 in die in 2 linke Endlage verschieben, in der die Kupplung 6 geschlossen ist.Should a disturbance of the steering system now occur, the electric supply current for the electric motor 66 off. So that the plate spring package 33 the clamping sleeve 30 with rotation axially against the pressure plate 29 in the in 2 Move left end position in which the clutch 6 closed is.

Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform ist vorgesehen, daß bei Normalbetrieb des Lenksystems der Elektomotor 66 ständig bestromt ist und die Spannhülse 30 in der rechten Endlage hält.In the embodiment described above, it is provided that during normal operation of the steering system of the electric motor 66 constantly energized and the clamping sleeve 30 holds in the right end position.

Statt dessen kann auch vorgesehen sein, daß der Elektromotor 66 nur zum Öffnen der Kupplung 6 bestromt wird, d.h. zur Verstellung der Spannhülse 30 in deren rechte Endlage. Sobald diese Endlage erreicht wird, kann die Spannhülse 30 durch ein nicht selbsthaltendes Riegelorgan (nicht dargestellt) gegen die Kraft des Tellerfederpaketes 33 in der vorgenannten Endlage festgehalten werden. Dazu muß dann ein nicht dargestellter Stellmagnet oder sonstiges Stellorgan für das Riegelorgan bestromt bzw. mit Energie beliefert werden. Sobald dieser elektrische Strom bzw. die Energiezufuhr abgeschaltet wird, fällt das Riegelorgan in seine Entriegelungslage zurück, und das Tellerfederpaket kann die Spannhülse 30 wiederum unter Schließung der Kupplung 6 nach links verschieben.Instead, it may also be provided that the electric motor 66 only to open the clutch 6 is energized, ie for adjusting the clamping sleeve 30 in its right end position. Once this end position is reached, the clamping sleeve 30 by a non-latching locking member (not shown) against the force of the plate spring package 33 be recorded in the aforementioned end position. For this purpose, an unrepresented solenoid or other actuator for the locking member must then be energized or supplied with energy. As soon as this electric current or the energy supply is switched off, the locking member falls back into its unlocking position, and the disc spring assembly can the clamping sleeve 30 again with closure of the clutch 6 move to the left.

Der Notfallzustand, d.h. der Schließzustand der Kupplung 6, wird grundsätzlich auch dann automatisch unter Abschaltung der Strom- bzw. Energiezufuhr zum Elektromotor 66 bzw. zum Stellorgan des vorgenannten Riegelorgans eingestellt, wenn keine Signale des Sensors 67 für die rechte Endlage der Spannhülse 30 und damit für den geöffneten Zustand der Kupplung 6 vorliegen.The emergency condition, ie the closed state of the clutch 6 , is basically then automatically switching off the power or energy supply to the electric motor 66 or set to the actuator of the aforementioned locking member, if no signals from the sensor 67 for the right end position of the clamping sleeve 30 and thus for the open state of the clutch 6 available.

Gegebenenfalls kann der Elektromotor 66 bei einem Notfall, d.h. wenn die Kupplung 6 geschlossen werden soll, auch in entgegengesetzter Richtung zum Normalbetrieb (geöffnete Kupplung 6) elektrisch bestromt werden, so daß der Schließzustand der Kupplung 6 besonders schnell erreicht wird, da der beim Schließen der Kupplung 6 mitwirkende Elektromotor 66 die Massenträgheit des Systems kompensiert.Optionally, the electric motor 66 in an emergency, ie when the clutch 6 to be closed, also in the opposite direction to normal operation (open clutch 6 ) be energized electrically, so that the closed state of the clutch 6 is reached particularly quickly, because when closing the clutch 6 cooperating electric motor 66 compensates for the inertia of the system.

Claims

Steering system for a non-track-bound motor vehicle whose steered vehicle wheels ( 1 ) in normal operation with a steering handle, in particular a steering wheel ( 11 ) via an electronic control system which constantly checks for correct functioning ( 23 ) are operatively connected, which one with the steered vehicle wheels ( 1 ) connected to the steering adjustment steering actuator ( 5 ) and with a steering angle setpoint generator actuated by the steering handle ( 14 ) and a steering angle feedback sensor operated by the steered vehicle wheels ( 16 ), the control arrangement ( 23 ) preferably also connected to the steering handle for simulating a steering resistance manual force actuator ( 12 ) and with a transmitted forces between the steering actuator ( 5 ) and steered vehicle wheels ( 1 ) detecting hand force setpoint generator ( 21 . 22 ) and a transmitted forces between manual force actuator and steering handle detecting manual force value sensor ( 13 . 14 . 15 ), wherein in abnormal operation or emergency operation, the steered vehicle wheels ( 1 ) for the steering adjustment with the steering handle mechanically positively coupled by a normally open clutch ( 6 ) in a mechanical steering gear arrangement arranged between steering handle and steered vehicle wheels ( 3 . 4 . 10 ), wherein coaxial with the input or output shaft ( 25 . 26 ) of the coupling ( 6 ) a sleeve part ( 30 ) is arranged, which for transmitting the closing force ( 33 ) on the clutch in a clutch or transmission housing ( 24 ) is arranged axially movable without self-locking, characterized in that, the sleeve part ( 30 ) is arranged axially schraubbeweglich and that the sleeve part ( 30 ) rotatably with a coaxial to the sleeve part rotor ( 65 ) of an electric motor ( 66 ) is connected, which rotates when energized, the rotor in a direction in which the sleeve member is axially displaced against the closing force.

Steering system according to claim 1, characterized in that the sleeve part ( 30 ) within the clutch or transmission housing ( 24 ) by means of balls or a ball circulation arrangement ( 61 ) is guided by a screw.

Steering system according to claim 1 or 2, characterized in that coaxial to the sleeve part ( 30 ) a housing-fixed sleeve ( 60 ) is arranged, on the one hand, the stator of the electric motor ( 66 ) and on the other hand, the screw or Schraubführungselemente for the sleeve part ( 30 ).

Steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that a sensor ( 67 ) is arranged, with the clutch ( 6 ) or in against the closing force in its end position advanced sleeve part ( 30 ) Generates signals.

Steering system according to one of claims 1 to 4, characterized in that a sensor is arranged, which when the clutch is closed ( 6 ) and / or not fully open clutch ( 6 ) Generates signals.

Steering system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sleeve part ( 30 ) or a part permanently connected to it ( 31 ) can be locked in its against the closing force advanced end position by means of a non-latching latch assembly which can take their latch state only when energized or can hold.

Steering system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electric motor ( 66 ) can also be energized electrically in accordance with a direction of rotation assisting the closing force and, in the event of abnormal operation or emergency operation, for rapid closing of the clutch ( 6 ) is energized.