DE10048697A1 - Steer-by-wire steering installation for vehicles has hydro-pump driven by steering wheel and in steer-by-wire operation, steering adjuster is driven by electric motor and assisted hydraulically - Google Patents
Steer-by-wire steering installation for vehicles has hydro-pump driven by steering wheel and in steer-by-wire operation, steering adjuster is driven by electric motor and assisted hydraulicallyInfo
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Steer-by-Wire-Lenkanlage für Fahrzeuge, mit einem auf die gelenkten Räder wirkenden, in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches geregelten hydraulischen Lenksteller, mit einer Druckölpumpe und mit einem Rückwirkungen der Straße auf ein Lenkrad übertragenden Feedback-Aktuator.The invention relates to a steer-by-wire steering system for Vehicles, with one acting on the steered wheels, in Dependency of the driver's steering request regulated hydraulic steering actuator, with a pressure oil pump and with a repercussions of the road on a steering wheel transmitting feedback actuator.
Im Gegensatz zu konventionellen Lenkungen ist bei Steer-by- Wire-Lenkanlagen die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkrad gekoppelt. Der Fahrerlenkwunsch wird von einem Lenkradsensor abgegriffen, ggf. modifiziert. In Abhängigkeit des modifizierten Fahrerlenkwunsches wird über einen Lenksteller die Stellung der gelenkten Räder geregelt. Bei diesen Lenkanlagen können sowohl der Fahrkomfort als auch die Fahrstabilität des Fahrzeugs gegenüber konventionellen Lenkungen weiter erhöht werden. Allerdings ist in jedem Fall eine Rückfallebene vorzusehen, die bei Ausfall der Steer-by-Wire-Lenkanlage eine sichere Übertragung des Fahrerlenkwunsches gewährleistet. Dies wird in der Regel dadurch realisiert, dass zwischen Lenkgetriebe und Lenkrad eine Kupplung vorgesehen wird, die im Steer-by- Wire-Betrieb geöffnet ist und durch deren Einrücken eine mechanische Lenkung, nachfolgend als Rückfallebene bezeichnet, aktiviert wird.In contrast to conventional steering systems, steer-by- Wire steering systems do not control the position of the steered wheels directly coupled to the steering wheel. The driver's steering request is tapped by a steering wheel sensor, modified if necessary. In Dependency of the modified driver's steering request is about a steering position the position of the steered wheels regulated. With these steering systems both Driving comfort as well as the driving stability of the vehicle compared to conventional steering systems. However, a fallback level must be provided in any case, which is safe if the steer-by-wire steering system fails Transmission of the driver's steering request guaranteed. this will usually realized in that between steering gear and steering wheel a clutch is provided, which in steer-by- Wire operation is open and by engaging one mechanical steering, hereinafter referred to as the fallback level designated, is activated.
Eine Lenkanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE PS 198 05 015 bekannt. Nachteilig an dieser Lenkanlage ist, dass eine mechanische Rückfallebene erforderlich ist. Diese mechanische Rückfallebene verbindet über eine konventionelle Lenksäule das Lenkrad über ein Lenkgetriebe mit den gelenkten Rädern. Parallel dazu gibt es einen hydraulischen Lenksteller, welcher in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches von einer Druckölpumpe angetrieben wird. Angesteuert wird der hydraulische Lenksteller durch ein kompliziert aufgebautes Regelventil, welches Betrag und Richtung des in den Lenksteller strömenden Hydraulikfluids regelt.A steering system according to the preamble of claim 1 known from DE PS 198 05 015. Disadvantage of this Steering system is that a mechanical fallback level is required. This mechanical fallback level connects the steering wheel via a conventional steering column Steering gear with the steered wheels. In parallel there there is a hydraulic steering actuator, which is dependent the driver's steering request driven by a pressure oil pump becomes. The hydraulic steering actuator is controlled by a complicated control valve, what amount and Direction of the hydraulic fluid flowing into the steering actuator regulates.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Steer-by-wire- Lenksystem bereitzustellen, dessen Bauteile zum Großteil an sich bekannte und bewährte Bauteile sind und das größere Freiheiten beim Einbau des erfindungsgemäßen Lenksystems in verschiedene Fahrzeugtypen gewährt.The invention has for its object a steer-by-wire To provide steering system, most of its components well-known and proven components and the larger one Freedoms when installing the steering system according to the invention in different vehicle types granted.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steer- by-Wire-Lenkanlage für Fahrzeuge, mit einem auf die gelenkten Räder wirkenden, in Abhängigkeit des Fahrerlenkwunsches geregelten hydraulischen Lenksteller, mit einer Druckölpumpe, mit einem Rückwirkungen der Straße auf ein Lenkrad übertragenden Feedbackaktuator, wobei eine vom Lenkrad angetriebene Hydropumpe vorhanden ist, im Steer-by-Wire-Betrieb der Lenksteller elektromotorisch angetrieben und hydraulisch unterstützt wird, wobei die hydraulische Unterstützung des Lenkstellers von einem elektromotorisch angetriebenen Drehstabventil gesteuert wird und wobei beim Betrieb der Rückfallebene der Lenksteller von der Hydropumpe angetrieben wird.According to the invention, this object is achieved by an by-wire steering system for vehicles, with one on the steered wheels acting, depending on the Driver's steering controlled hydraulic steering actuator, with a pressure oil pump, with a repercussions of the road on a steering wheel transmitting feedback actuator, one hydraulic pump driven by the steering wheel is present in the Steer-by-wire operation of the steering actuator by an electric motor is driven and hydraulically supported, the hydraulic support of the steering actuator from one controlled by electromotive driven torsion bar valve is and with the operation of the fallback level of Steering actuator is driven by the hydraulic pump.
Bei der erfindungsgemäßen Steer-by-Wire-Lenkanlage kann auf eine Lenksäule verzichtet werden, so dass der Einbauort des Lenkstellers und der Lenksäule völlig unabhängig voneinander sind. Die Kopplung von Lenkrad und Lenksteller erfolgt beim Betrieb der Rückfallebene über hydraulische Leitungen. Dadurch können rechts- und linksgelenkte Fahrzeuge mit baugleichen erfindungsgemäßen Lenkanlagen ausgestattet werden. Des Weiteren hat die Verwendung eines an sich bekannten Drehstabventils zur Steuerung des Lenkstellers den Vorteil, dass Drehstabventile seit Jahrzehnten bewährt sind. Außerdem fallen keine Entwicklungskosten für die Entwicklung eines neuartigen Regelventils an.In the steer-by-wire steering system according to the invention, on a steering column can be dispensed with, so that the installation location of the Steering actuator and the steering column completely independent are from each other. The coupling of the steering wheel and steering actuator takes place when operating the fallback level via hydraulic Cables. This allows right and left-hand drive Vehicles with identical steering systems according to the invention be equipped. Furthermore, the use of a known rotary valve to control the Steering actuator the advantage that torsion bar valves since Have been proven for decades. Besides, none fall Development costs for the development of a novel Control valve.
Weitere Varianten der Erfindung sehen vor, dass im Steer- by-wire-Betrieb der Lenksteller und die Druckölpumpe hydraulisch in Verbindung stehen und dass die Hydropumpe kurzgeschlossen ist und/oder, dass beim Betrieb der Rückfallebene der Lenksteller und die Hydropumpe hydraulisch in Verbindung stehen, und dass die Druckölpumpe kurzgeschlossen ist, so dass je nach Betriebsart der Lenksteller Teil der Steer-by-Wire-Lenkanlage oder der Rückfallebene ist. Außerdem wird verhindert, dass im Steer by-wire-Betrieb die Hydropumpe den Lenkbewegungen des Fahrers einen Widerstand entgegensetzt.Further variants of the invention provide that in the steer by-wire operation of the steering actuator and the pressure oil pump are hydraulically connected and that the hydraulic pump is short-circuited and / or that when operating the Fallback level of the steering actuator and the hydraulic pump communicate hydraulically and that the pressure oil pump is short-circuited, so that depending on the operating mode Steering plate part of the steer-by-wire steering system or Fallback level is. It also prevents steer by-wire operation the hydraulic pump the steering movements of the Opposing the driver.
Bei weiteren Ergänzungen der Erfindung sind Hydropumpe, Lenksteller und Druckölpumpe durch hydraulische Leitungen verbunden, erfolgt die Umschaltung zwischen Steer-by-Wire- Betrieb und dem Betrieb der Rückfallebene durch Schaltventile und/oder sind die Schaltventile beim Betrieb der Rückfallebene stromlos, so dass auf einfache und sichere Weise der Übergang von einer Betriebsart zur anderen gewährleistet ist.In further additions to the invention, hydraulic pumps, Steering position and pressure oil pump through hydraulic lines connected, the switchover takes place between steer-by-wire Operation and operation of the fallback level Switching valves and / or are the switching valves during operation the fallback level is de-energized so that on simple and safe way of transition from one operating mode to is guaranteed to others.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass Lenksteller und Drehstabventil von einem ersten Elektromotor angetrieben werden, so dass beim Steer-by- Wire-Betrieb die Steuerarbeit nur teilweise von einem ersten Elektromotor aufgebracht werden muss und der erste Elektromotor gleichzeitig mit der Steuerbewegung über das Drehstabventil die hydraulische Unterstützung des Lenkstellers regelt. Bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Lenksteller und Drehstabventil zu einem hydraulisch unterstützten Lenkgetriebe, insbesondere einem Zahnstangen-Hydro-Lenkgetriebe, zusammengefasst, so dass eine kompakte Bauweise erreicht wird und außerdem auf ein an sich bekanntes Bauteil zurückgegriffen werden kann.In a further addition to the invention it is provided that Steering actuator and torsion bar valve from a first Electric motor are driven, so that with steer-by Wire operation only part of the tax work first electric motor must be applied and the first Electric motor simultaneously with the control movement over the Torsion bar valve the hydraulic support of the Steering actuator controls. In further refinements of the Invention are steering actuator and torsion bar valve into one hydraulically assisted steering gear, especially one Rack and pinion hydraulic steering gear, summarized so that a compact design is achieved and also on a known component can be used.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Hydropumpe ein Servostat einer an sich bekannten hydrostatischen Lenkung ist, so dass auch bei diesem Bauteil auf an sich bekannte und bewährte Bauteile zurückgegriffen werden kann. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung und deren Beschreibung entnehmbar.It is also provided that the hydraulic pump Servostat of a hydrostatic steering system known per se is, so that this component is also known per se and proven components can be used. Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawing and its description removable.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnung, deren Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the Invention are the drawing, its description and the Removable claims.
Die Zeichnung zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steer-by-Wire- Lenkanlage.The drawing shows a simplified representation of a Embodiment of a steer-by-wire according to the invention Steering system.
Aufgabe jeder Lenkanlage ist es, den durch Verdrehen eines Lenkrads 1 geäußerten Fahrerlenkwunsch auf die gelenkten Räder 3 eines nicht dargestellten Fahrzeugs zu übertragen. The task of each steering system is to transmit the driver's steering request expressed by turning a steering wheel 1 to the steered wheels 3 of a vehicle, not shown.
Bei Steer-by-Wire-Lenkanlagen geschieht diese Übertragung indirekt, indem der Fahrerlenkwunsch von einer drehfest mit dem Lenkrad 1 verbundenen Lenksäule 4 mittels eines Lenkraddrehwinkelsensors 5 abgenommen wird. Die Stellung der gelenkten Räder 3 wird von einem Lenkdrehwinkelsensor 7 erfasst. Das Ausgangssignal des Lenkraddrehwinkelsensors 5 wird zusammen mit anderen Größen wie Gier-Rate, Stellung der gelenkten Räder 3, Fahrzeuggeschwindigkeit und anderem mehr in einem Steuergerät 6 verarbeitet.In steer-by-wire steering systems, this transmission takes place indirectly, in that the driver's steering request is removed from a steering column 4, which is connected to the steering wheel 1 in a rotationally fixed manner, by means of a steering wheel angle sensor 5 . The position of the steered wheels 3 is detected by a steering angle sensor 7 . The output signal of the steering wheel angle sensor 5 is processed in a control unit 6 together with other variables such as yaw rate, position of the steered wheels 3 , vehicle speed and more.
Das Steuergerät 6 steuert einen oder mehrere mittelbar oder unmittelbar auf die gelenkten Räder 3 wirkenden Lenksteller 8 an. Der Lenksteller 8 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Zahnstangen-Hydrolenkgetriebe mit einem Lenkgetriebe 9 und einem Arbeitszylinder 10 ausgeführt.The control device 6 controls one or more steering actuators 8 acting directly or indirectly on the steered wheels 3 . The steering actuator 8 is designed in the illustrated embodiment as a rack and pinion hydraulic steering gear with a steering gear 9 and a working cylinder 10 .
Das Lenkgetriebe 9 wird von einem ersten Elektromotor 11, der vom Steuergerät 6 gesteuert wird, angetrieben. Das Antriebsmoment des ersten Elektromotors 11 wird über ein Drehstabventil 12 geleitet, welches in Abhängigkeit vom übertragenen Antriebsmoment den Arbeitszylinder 10 ansteuert. Das diesem Ausführungsbeispiel zugrunde liegende Lenkgetriebe 8 ist ein an sich bekanntes Zahnstangen- Hydrolenkgetriebe, wie es auch bei konventionellen hydraulisch unterstützten Servolenkungen eingesetzt wird. Ein Unterschied besteht darin, dass das Lenkgetriebe 9 nicht von der Lenksäule, sondern vom ersten Elektromotor 11 angetrieben wird.The steering gear 9 is driven by a first electric motor 11 , which is controlled by the control unit 6 . The drive torque of the first electric motor 11 is conducted via a torsion bar valve 12 which controls the working cylinder 10 as a function of the transmitted drive torque. The steering gear 8 on which this exemplary embodiment is based is a rack-and-pinion hydraulic steering gear known per se, as is also used in conventional hydraulically assisted power steering systems. One difference is that the steering gear 9 is not driven by the steering column, but by the first electric motor 11 .
Der Arbeitszylinder 10 ist über hydraulische Leitungen 13 mit dem Drehstabventil 12 verbunden. Das Drehstabventil 12 wiederum ist mit einer Druckölpumpe 14 und einem ersten Reservoir 15 verbunden.The working cylinder 10 is connected to the torsion bar valve 12 via hydraulic lines 13 . The torsion bar valve 12 is in turn connected to a pressure oil pump 14 and a first reservoir 15 .
Zwischen Drehstabventil 12 und Arbeitszylinder 10 ist ein erstes 2/2-Schaltventil 16 vorhanden. In der ersten, in der Zeichnung dargestellten Schaltstellung verbindet das erste Schaltventil 16 den Arbeitszylinder 10 mit dem Drehstabventil 12. In der zweiten Schaltstellung trennt das erste Schaltventil 16 diese Verbindung. Das erste Schaltventil 16 wird vom Steuergerät 6 angesteuert.A first 2/2-way switching valve 16 is present between the rotary rod valve 12 and the working cylinder 10 . In the first switching position shown in the drawing, the first switching valve 16 connects the working cylinder 10 to the torsion bar valve 12 . In the second switching position, the first switching valve 16 separates this connection. The first switching valve 16 is controlled by the control unit 6 .
Um im Steer-by-Wire-Betrieb eine Rückwirkung von der Fahrbahn auf das Lenkrad 1 übertragen zu können, ist ein Feedback-Aktuator 17 drehfest mit der Lenksäule 4 und damit auch mit dem Lenkrad 1 verbunden. Der Feedback-Aktuator 17 besteht im Wesentlichen aus einem zweiten Elektromotor 18 und einem Getriebe 19. Der Lenkraddrehwinkelsensor 5 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an der Welle des zweiten Elektromotor 18 angeordnet. Gesteuert wird der Feedback-Aktuator 17 ebenfalls vom Steuergerät 6.In order to be able to transmit a reaction from the road to the steering wheel 1 in steer-by-wire operation, a feedback actuator 17 is connected in a rotationally fixed manner to the steering column 4 and thus also to the steering wheel 1 . The feedback actuator 17 essentially consists of a second electric motor 18 and a gear 19 . The steering wheel rotation angle sensor 5 is arranged on the shaft of the second electric motor 18 in the exemplary embodiment shown. The feedback actuator 17 is also controlled by the control unit 6 .
An der Lenksäule 4 ist zusätzlich eine Hydropumpe 20 angeordnet, die vom Lenkrad 1 angetrieben wird. Die Hydropumpe 20 kann ein herkömmlicher Servostat mit Speisepumpe und Steuerventil einer hydraulischen Hilfskraftlenkung sein. Über hydraulische Leitungen 21 ist die Hdropumpe 20 mit dem Arbeitszylinder 10 verbunden. Diese Verbindung kann, wie in der Zeichnung dargestellt, durch ein zweites 2/2-Schaltventil 22 unterbrochen werden. In der gezeigten Schaltstellung ist die Hydropumpe 20 kurzgeschlossen.A hydraulic pump 20 , which is driven by the steering wheel 1, is additionally arranged on the steering column 4 . The hydraulic pump 20 can be a conventional servostat with feed pump and control valve of a hydraulic power steering system. The hydraulic pump 20 is connected to the working cylinder 10 via hydraulic lines 21 . As shown in the drawing, this connection can be interrupted by a second 2/2 switching valve 22 . In the switching position shown, the hydraulic pump 20 is short-circuited.
Die Leitungen 21 sind mit einem zweiten Reservoir 23 und einem Drucksensor 24 verbunden. Die Signalverbindung zwischen Steuergerät 6 und den Sensoren 5, 7 und 24 sowie den von ihm angesteuerten Baugruppen 11, 16, 17, 22 und erfolgt über gestrichelt dargestellte Signalleitungen 25.The lines 21 are connected to a second reservoir 23 and a pressure sensor 24 . The signal connection between the control unit 6 and the sensors 5 , 7 and 24 and the modules 11 , 16 , 17 , 22 controlled by it and takes place via signal lines 25 shown in dashed lines.
In der Zeichnung ist der Steer-by-Wire-Betrieb dargestellt. Der Lenksteller 8 wird vom ersten Elektromotor 11 betätigt. Steer-by-wire operation is shown in the drawing. The steering actuator 8 is actuated by the first electric motor 11 .
Unterstützt wird die Stellbewegung von dem Arbeitszylinder 10. Der Arbeitszylinder 10 wird von der Druckölpumpe 14 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt und vom Drehstabventil 12 gesteuert. Die Hydropumpe 20 ist kurzgeschlossen und die Rückwirkungen von der Fahrbahn auf die gelenkten Räder 3 werden über den Feedback-Aktuator 17 auf das Lenkrad 1 übertragen.The actuating movement is supported by the working cylinder 10 . The working cylinder 10 is supplied with hydraulic fluid by the pressure oil pump 14 and controlled by the torsion bar valve 12 . The hydraulic pump 20 is short-circuited and the effects of the road on the steered wheels 3 are transmitted to the steering wheel 1 via the feedback actuator 17 .
Beim Betrieb der Rückfallebene werden erstes Schaltventil 16 und zweites Schaltventil 22 umgeschaltet, so dass die Hydropumpe 20 den Arbeitszylinder 10 antreibt. Die Druckölpumpe 14 fördert in das erste Reservoir 15. Die Rückfallebene ist somit als hydrostatische Lenkung ausgeführt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn erstes und zweites Schaltventil 16 und 22 stromlos in den Betrieb der Rückfallebene schalten.During operation of the fallback level, the first switching valve 16 and the second switching valve 22 are switched over, so that the hydraulic pump 20 drives the working cylinder 10 . The pressure oil pump 14 delivers into the first reservoir 15 . The fallback level is thus designed as a hydrostatic steering. It is advantageous if the first and second switching valves 16 and 22 switch currentless into the operation of the fallback level.
Die Verwendung eines konventionellen Zahnrad- Hydrolenkgetriebes als Lenksteller 8 erlaubt es, eine bewährte und ausgereifte Technik auch bei Steer-by-Wire- Lenkanlagen einzusetzen. Somit werden Entwicklungskosten in erheblichem Umfang eingespart und die Typenvielfalt verringert.The use of a conventional geared hydraulic steering gear as the steering actuator 8 allows a proven and mature technology to be used even in steer-by-wire steering systems. This saves considerable development costs and reduces the variety of types.
Durch den Verzicht auf ein mechanisches Lenkgetriebe ergeben sich große Freiheiten bei der räumlichen Anordnung der Bauteile des erfindungsgemäßen Lenksystems. Dies ist ein weiterer Vorteil, der insbesondere bei modernen Kraftfahrzeugen von Bedeutung ist. Außerdem können rechtsgelenkte und linksgelenkte Fahrzeuge mit identischen Bauteilen realisiert werden.By dispensing with a mechanical steering gear there is great freedom in the spatial arrangement the components of the steering system according to the invention. This is another advantage, especially in modern Motor vehicles is important. You can also right-hand drive and left-hand drive vehicles with identical Components can be realized.
Alle in der Beschreibung, der Zeichnung und deren Beschreibung sowie den Patentansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the drawing and their Description and the claims presented Features can be used individually as well as in any Combination with each other be essential to the invention.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |