DE10017272A1

DE10017272A1 - Steering system has one steering wheel and steering actuators connected together via control loop and sensors for detecting forces integrated at least into tie rod

Info

Publication number: DE10017272A1
Application number: DE2000117272
Authority: DE
Inventors: Hartmut Werries; Uenal Gazyakan; Johannes Kaltenbach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2001-10-11

Abstract

The system has at least one steering wheel actuator and at least one steering actuator that are connected together via a control loop and sensors for detecting the forces arising. The sensors are integrated at least into a tie rod (2). Capacitive or inductive sensors are used.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a steering system according to the The preamble of claim 1 defined in more detail.

Lenksysteme, die nach dem steer-by-wire-Prinzip arbei ten, unterscheiden sich von konventionellen Lenksystemen dadurch, daß keine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkhandrad und dem gelenkten Rad besteht. Durch die Auf trennung des Lenksystems fällt das von den konventionellen Lenksystemen über die Lenksäule an das Lenkhandrad gelie ferte Drehmoment weg. Das bisher von der Fahrbahn, den Rei fen, dem Fahrwerk und dem Übertragungsverhalten des Lenksy stems bestimmte Lenkgefühl wird ersatzweise durch einen Lenkradaktuator erzeugt. Die durch einen oder mehrere Kraft-/Drehmomentsensoren erfaßten Kräfte oder Drehmomente im Lenkgestänge der gelenkten Räder werden an eine zentrale Steuereinheit weitergeleitet. Über einen Lenkradaktuator wird dem Fahrer in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszu standes eine Rückwirkung weitergegeben, die ähnlich den bei einem konventionellen Lenksystem auftretenden Kräften und Drehmomenten ist.Steering systems that work according to the steer-by-wire principle differ from conventional steering systems in that no mechanical connection between the Steering handwheel and the steered wheel. By the up separation of the steering system falls from the conventional Steering systems via the steering column to the steering wheel removed torque. So far from the road, the Rei fen, the chassis and the transmission behavior of the Lenksy stems certain steering feel is replaced by a Steering wheel actuator generated. The one or more Force / torque sensors detected forces or torques in the steering linkage of the steered wheels are connected to a central Control unit forwarded. Via a steering wheel actuator is dependent on the respective company a retroactive effect that is similar to that in a conventional steering system and Torques is.

Im Fahrbetrieb liefern Kraft-/Drehmomentsensoren im Lenkge stänge der gelenkten Räder Kraftsignale, die proportional zu den an den gelenkten Rädern auftretenden Lenkkräften sind. Die auftretenden Kräfte/Drehmomente werden erfaßt, von einer Steuereinheit ausgewertet und an den Lenkhandra daktuator zur Drehmomenterzeugung am Lenkhandrad weiterge leitet. Die Ansteuerung des Lenkhandradaktuators erfolgt derart, daß der vom Fahrer wahrgenommene Drehwiderstand bzw. Drehmomentverlauf demjenigen entspricht, der von einem konventionellen Lenksystem bei gleicher Kraft-/Dreh momenteinwirkung im Lenkgestänge hervorgerufen worden wäre.Force / torque sensors deliver in the steering wheel when driving rods of the steered wheels force signals that are proportional to the steering forces occurring on the steered wheels are. The forces / torques that occur are recorded, evaluated by a control unit and sent to the steering handrail actuator for torque generation on the steering handwheel directs. The steering handwheel actuator is activated such that the rotational resistance perceived by the driver or torque curve corresponds to that of a conventional steering system with the same power / torque moment would have been caused in the steering linkage.

Aus der DE 198 04 821 A1 ist eine Lenkungssteuerungs vorrichtung bekannt geworden, die einen Motor zum Drehen einer Lenkwelle, an der ein Lenkrad befestigt ist, einen Lenkwinkel- und einen Lenkkraftsensor aufweist. Durch Um wandlung der Drehbewegung eines Drehwellenmotors in eine lineare Bewegung werden gelenkte Räder über Zugstangen und Gelenkarme entsprechend dem Betrag und der Richtung einer Verlagerung gedreht. Die Zugstangen weisen Drehreaktions kraftsensoren zur Erfassung der Axialkräfte auf, die durch die gelenkten Räder eingeleitet werden.From DE 198 04 821 A1 is a steering control device has become known which has a motor for turning a steering shaft to which a steering wheel is attached, one Steering angle and a steering force sensor has. By order conversion of the rotary motion of a rotary shaft motor into one linear motion will be steered wheels over tie rods and Articulated arms according to the amount and direction of one Shift rotated. The tie rods have a rotating reaction force sensors for detecting the axial forces caused by the steered wheels are initiated.

Über die Lenkwelle wird abhängig von den Faktoren Lenk kraft, Drehreaktionskraft, Lenkwinkel und Drehbetrag die Rückwirkung auf das Lenkhandrad und damit auf den Fahrer weitergeleitet.The steering shaft becomes dependent on the factors steering force, turning reaction force, steering angle and turning amount Reaction on the steering wheel and thus on the driver forwarded.

Nachteilig an dieser Lenkungssteuerungsvorrichtung ist die Vielzahl an Sensoren, die zusätzlich im Kraftfahrzeug untergebracht und miteinander verbunden werden müssen und die aufwendige Erzeugung der Rückwirkung, die durch viele Faktoren beeinflußt wird. Durch die vielen Einflußgrößen auf der Übertragungsstrecke zwischen gelenktem Rad und Lenkhandrad kann es zu bleibenden Abweichungen zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert kommen.A disadvantage of this steering control device is the multitude of sensors that are also in the motor vehicle must be housed and connected with each other and the elaborate generation of retroactive effects caused by many Factors is influenced. Due to the many influencing factors on the transmission path between the steered wheel and Steering handwheel can cause permanent discrepancies between the The target value and the actual value come.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Lenksystem darzustellen, bei dem die Einflußgrößen mi nimiert sind und die Kenngrößen zur Erzeugung der Rückwir kung am Lenkhandrad leicht zu erfassen sind. The present invention is based on the object to represent a steering system in which the influencing variables mi are minimized and the parameters for generating the back kung on the steering wheel are easy to grasp.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Lenksystem gelöst.The object underlying the invention is achieved by a, also the characteristic features of the main claim having a generic steering system solved.

Durch Integration von Erfassungseinheiten in die Spur stange kann die Längenänderung des in der Spurstange be findlichen Dämpfungselementes zur Bestimmung der an den Spurstangen wirkenden Kräften verwendet werden.By integrating registration units into the track rod can be the change in length of the in the tie rod sensitive damping element for determining the at the Tie rod acting forces are used.

Die einfache und kostengünstige Integrationsmöglichkeit ermöglicht auch eine leichte Nachrüst- oder Umbaumöglich keit in bereits bestehenden Lenksystemen. Als Erfassungs einheiten werden bevorzugt kapazitive und induktive Senso ren verwendet, die leicht in dem begrenzten Einbauraum un terzubringen sind. Der Lenkaktuator kann beispielsweise ein Elektromotor mit Kugelumlaufgetriebe oder ein Arbeitskolben mit einem Proportionalventil sein.The simple and inexpensive integration option also enables easy retrofitting or conversion existing steering systems. As a capture units are preferred capacitive and inductive Senso ren used that easily and in the limited space are to be brought. The steering actuator can be, for example Electric motor with recirculating ball gear or a working piston be with a proportional valve.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.Advantageous and expedient embodiments of the Er invention are specified in the subclaims. The Erfin but is not on the combinations of features of the application limited sayings, rather arise for the expert further useful combinations of requirements and individual claim characteristics from the task.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnungen ein Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß be schrieben. The following is an embodiment based on the drawings Example of the present invention in principle be wrote.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenksystems für Kraftfahrzeuge und Fig. 1 is an illustration of a steering system for motor vehicles and

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Anbindungs bereiches zwischen dem Lenkaktuator und ei nem gelenkten Rad: Fig. 2 is an enlarged view of area Anbindungs between the steering actuator and steered wheel ei nem:

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einem Lenkaktuator 1, der über Spurstan gen 2 und 3 mit Fahrzeugrädern 4 und 5 verbunden ist. Die Spurstangen 2 und 3 sind über ein Verbindungselement 6 fest miteinander verbunden. Der Lenkaktuator 1 kann beispiels weise ein Elektromotor mit Kugelumlaufgetriebe oder ein Arbeitskolben mit einem Proportionalventil sein. Die über die Fahrzeugräder 4, 5 und die Spurstangen 2, 3 eingeleite ten Kräfte wirken durch das Verbindungselement 6 direkt auf Befestigungselemente 7 und 8, die den Lenkaktuator 1 mit einem Karosserieaufbau 9 verbinden und bewirken eine Län genänderung eines elastischen Elementes, das in den Spur stangen 2, 3 integriert ist. Diese Längenänderung wird von einem nicht dargestellten Sensor erfaßt und dient zur Be stimmung der auftretenden Spurstangenkräfte. Mit Hilfe die ser Spurstangenkräfte wird anschließend die Rückwirkung durch einen nicht dargestellten Lenkradaktuator auf das nicht dargestellte Lenkhandrad erzeugt und so dem Fahrer ein künstlich erzeugtes Lenkgefühl vermittelt, das der mo mentanen Fahrsituation entspricht. Fig. 1 shows a steering system for motor vehicles according to the invention with a steering actuator 1 , which is connected to Spursan gene 2 and 3 with vehicle wheels 4 and 5 . The tie rods 2 and 3 are firmly connected to one another via a connecting element 6 . The steering actuator 1 can, for example, be an electric motor with a ball screw or a working piston with a proportional valve. The introduced over the vehicle wheels 4 , 5 and the tie rods 2 , 3 th forces act through the connecting element 6 directly on fasteners 7 and 8 , which connect the steering actuator 1 with a body structure 9 and cause a length change of an elastic element in the track rods 2 , 3 is integrated. This change in length is detected by a sensor, not shown, and is used to determine the tie rod forces that occur. With the help of this tie rod forces, the reaction is then generated by a steering wheel actuator, not shown, on the steering hand wheel, not shown, and thus gives the driver an artificially generated steering feel that corresponds to the current driving situation.

In Fig. 2 ist eine Spurstange 2 dargestellt, die den Lenkaktuator 1 mit einem gelenkten Rad 4 verbindet. Die Spurstange 2 ist über einen Gewindezapfen 10 mit dem Ver bindungselement 6 verbunden. Ein Außengelenk 11 weist einen weiteren Gewindezapfen 12 auf, durch den die Spurstange 2 mit dem Außengelenk 11 gekoppelt ist. Ein Faltenbalg 13 schützt die Spurstange 2 vor Verschmutzungen. In dem Außen gelenk 11 ist ein Dämpfungselement 14 integriert, mit Hilfe dessen Längenänderung ein nicht dargestellter Sensor eine Spurstangenkraft bestimmt. In Fig. 2, a tie rod 2 is shown, which connects the steering actuator 1 with a steered wheel 4 . The tie rod 2 is connected via a threaded pin 10 to the connecting element 6 Ver. An outer joint 11 has a further threaded pin 12 through which the tie rod 2 is coupled to the outer joint 11 . A bellows 13 protects the tie rod 2 from dirt. In the outer joint 11 , a damping element 14 is integrated, with the aid of the change in length a sensor, not shown, determines a tie rod force.

reference numeral

11

Lenkaktuator
Steering actuator

22

Spurstange
Tie rod

33rd

Spurstange
Tie rod

44

Fahrzeugrad
Vehicle wheel

55

Fahrzeugrad
Vehicle wheel

66

Verbindungselement
Fastener

77

Befestigungselement
Fastener

88th

Befestigungselement
Fastener

99

Karosserieaufbau
Body construction

1010th

Gewindezapfen
Threaded pin

1111

Außengelenk
Outer joint

1212th

Gewindezapfen
Threaded pin

1313

Faltenbalg
Bellows

1414

Dämpfungselement
Damping element

Claims

1. Steering system with at least one steering wheel actuator and at least one steering actuator, which are connected to one another via a control loop and sensors for detecting the forces occurring, characterized in that the sensors are integrated at least in one tie rod.

2. Steering system according to claim 1, characterized records that the sensor is a capacitive or is inductive sensor.

3. Steering system according to claim 1, characterized records that the sensor changes the length of a Rubber element detected, which is integrated in the tie rod is to the based on this change in length of the rubber element to determine forces acting on the tie rod.

4. Steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the Lenkak tuator ( 1 ) has an electric motor which sets the torsional moment in a tie rod force via a mechanism.

5. Steering system according to one of claims 1 to 3, there characterized in that the steering actua Tor has a proportional valve that has a working col ben controls.