DE102006040689B3 - Protection device for e.g. electrically powered steering of passenger car, has evaluation circuit activating regulating mechanism with integrated brake function that brakes electrical servo motor connected with steerable wheel - Google Patents

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Abstract

The device (1) has an electrical servo motor (3) connected with a steerable wheel (4) and controlled according to measure of a steering angle of a controlling- and regulating mechanism (6). The motor is connected with an evaluation circuit (7) that registers a signal e.g. position signal of a gear unit (10) of a power steering (2) of a vehicle e.g. passenger car, produced by a rotational speed change of an engine shaft (8) of the motor in a de-energized ignition. The circuit activates the regulating mechanism with an integrated brake function (9) that brakes the motor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für eine Servolenkung eines Fahrzeugs mit einem Servomotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a protective device for a power steering system of a vehicle with a servomotor according to the preamble of claim 1.

Bei Wartungsarbeiten und Reparaturen in KFZ-Werkstätten kann es vorkommen, dass ein Monteur bei Fahrzeugen auf der Hebebühne die Lenkung von einem Endanschlag zum anderen Endanschlag bringt, indem er ein lenkbares Rad um seine Lenkachse schnell bewegt. Bei elektrischen Servolenkungen wird dabei ein Rotor eines elektrischen Servomotors und andere bewegliche Elemente der Servolenkung hohen Beschleunigungen, insbesondere beim oft schlagartigen Abbremsen des lenkbaren Rads am Endanschlag ausgesetzt. Durch die Massenträgheit von Lenkrad und Rotor des Servomotors und den weiteren beweglichen Elementen der Lenkung werden Teile der elektrischen Servolenkung überlastet, mit der Folge, dass diese Teile, wie z.B. der Rotor des elektrischen Servomotors beschädigt bzw. zerstört werden können.at Maintenance work and repairs in car repair shops, it may happen that a fitter on vehicles on the lift the steering of an end stop The other end stop brings by a steerable wheel to his Steering axle moves quickly. When electric power steering is doing a rotor of an electric servomotor and other movable elements the power steering high accelerations, especially in the often abrupt Braking the steerable wheel exposed at the end stop. By the Inertia of Steering wheel and rotor of the servomotor and the other moving elements the steering are overloaded parts of the electric power steering, with the consequence that these parts, e.g. the rotor of the electric Servomotor damaged or destroyed can.

Um diese Überlastung von elektrischem Servomotor und Lenkgetriebe zu verhindern, bedarf es Überdimensionierungen der betroffenen Bauteile sowie zusätzlicher Bauteile für mechanische Dämpfungs- und Verzögerungsmaßnahmen.Around this overload of electric servomotor and steering gear to prevent needs it oversizes the affected components and additional components for mechanical damping and delay measures.

In der DE 100 13 133 A1 wird eine Schutzeinrichtung für eine elektrische Servolenkung vorgeschlagen, die eine aktivierbare Bremsschaltung aufweist, welche einen Elektromotor mit einer elektrischen Last beaufschlagt, wenn die Drehzahl des Elektromotors einen vorgegebenen Wert übersteigt. Der Bremsschaltung wird hierfür die durch den Generatorbetrieb des Elektromotors erzeugte Spannung zugeführt. Mittels passiven Bauelementen wird der Schwellwert entsprechend einer Drehzahl des Motors erkannt und mittels eines elektromechanischen Relais in Steuerleitungen zwischen der Treiberschaltung und den Gate- Elektroden der Feldeffekt- Transistoren derart zugeführt, dass eine niederohmige Verbindung zwischen den Wicklungsleitungen des Elektromotors entsteht, sodass eine Bremswirkung desselben erzielt wird.In the DE 100 13 133 A1 a protective device for an electric power steering is proposed which has an activatable brake circuit which acts on an electric motor with an electrical load when the rotational speed of the electric motor exceeds a predetermined value. For this purpose, the braking circuit is supplied with the voltage generated by the generator operation of the electric motor. By means of passive components, the threshold value is detected in accordance with a rotational speed of the motor and fed by means of an electromechanical relay in control lines between the driver circuit and the gate electrodes of the field effect transistors such that a low-resistance connection between the winding leads of the electric motor, so that achieved a braking effect thereof becomes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkung zu schaffen, die eine mit einfachen Mitteln darstellbare Überlastsicherung aufweist.Of the Invention has for its object to provide a power steering, which has a simple representable overload protection.

Die Aufgabe wird mit einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The Task is with a power steering with the features of the claim 1 solved.

Dadurch dass der elektrische Servomotor mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, die bei ausgeschalteter Zündung oder Betriebsschalter und stehendem Fahrzeug eine durch Drehzahländerungen (von Null ansteigend) einer Motorwelle oder Rotors des elektrischen Servomotors erzeugtes Signal erkennt und die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung für den Servomotor, in der eine Bremsfunktion integriert ist, aus einem Ruhezustand in einen aktivierten Zustand versetzt und den elektrischen Servomotor abbremst, ist eine Schutzeinrichtung geschaffen, die im abgestellten Zustand des Fahrzeugs zwar eine Bewegung des oder der gelenkten Räder des Fahrzeugs erlaubt, aber eine schnelle Lenkwinkeländerung, welche zur Zerstörung mechanischer Teile der Servolenkung führen würden, auf einfache Weise verhindert. Die Schutzeinrichtung benötigt einen sehr geringen Ruhestrom. Zweckmäßigerweise geht die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (Motorsteuergerät) mit ihrer Bremsfunktion nach einem vorgebbaren Zeitintervall wenn die Drehzahl wieder Null ist, in den Ruhezustand. Bei eingeschalteter Zündung oder bei Aufnahme eines Betriebs eines Fahrmotors des Fahrzeugs oder beim Rollen des Fahrzeugs ist die Bremsfunktion deaktiviert.Thereby that the electric servomotor connected to an evaluation circuit is, with the ignition off or operation switch and stationary vehicle one by speed changes (rising from zero) of a motor shaft or rotor of the electric Servomotor detected signal detects and the control and / or regulating device for the Servomotor, in which a brake function is integrated, from a Sleep mode is set to an activated state and the electrical Servomotor decelerates, a protective device is created, the in the parked state of the vehicle, although a movement of or the steered wheels of the vehicle, but a quick change of steering angle, which for the destruction of mechanical Guide parts of the power steering would prevented in a simple manner. The protective device requires one very low quiescent current. Conveniently, goes the control and / or regulating device (engine control unit) with their Braking function after a predefinable time interval when the speed is zero again, into hibernation. With ignition switched on or when recording an operation of a drive motor of the vehicle or when rolling the vehicle, the brake function is disabled.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.preferred versions emerge from the dependent claims.

Das von der Auswerteschaltung bevorzugte Signal kann zweckmäßigerweise ein Signal von in einer Servolenkung vorhandenen Sensoren, wie etwa einem Lenkradwinkelsensor, einem Drehwinkelsensor für den Rotor des elektrischen Servomotors oder einem Positionssensor für Getriebeelemente, wie eine Zahnstange oder dgl. eines Lenkgetriebes sein. Es kann auch zweckmäßig sein, die Auswerteschaltung mit einer separaten Sensorik, etwa zur Aufnahme eines Spannungssignals (UEMK) beim Generatorbetrieb des elektrischen Servomotors auszustatten.The signal preferred by the evaluation circuit may suitably be a signal from sensors provided in a power steering such as a steering wheel angle sensor, a rotation angle sensor for the rotor of the electric servomotor or a position sensor for transmission elements such as a rack or the like of a steering gear. It may also be expedient to equip the evaluation circuit with a separate sensor system, for example for receiving a voltage signal (U EMF ) during generator operation of the electric servomotor.

Damit nicht bereits bei geringster Signalhöhe die Auswerteschaltung die Bremsfunktion in den Betriebszustand versetzt, wertet vorteilhafterweise die Auswerteschaltung das Signal oder Spannungssignal nach seinem Betrag aus und versetzt in Abhängigkeit von einem Schwellenwert, der vorgebbar ist, die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung mit Bremsfunktion aus dem Ruhezustand in einen Betriebsstand.In order to not already at the lowest signal level, the evaluation circuit the Braking function placed in the operating state evaluates advantageously the evaluation circuit the signal or voltage signal after his Amount off and offset depending from a threshold that can be specified, the tax and / or Control device with brake function from rest to one Plant stand.

Die Bremsfunktion der Schutzeinrichtung in der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung bedient sich in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des elektrischen Servomotors im generatorischen Betrieb bzw. schließt mit Feldeffekttransistoren der Endstufe die Wicklung des Servomotors oder Teile davon kurz bzw. speist einen Gleichstrom in die Wicklung zur Erzeugung von Wirbelströmen ein, um die an dem lenkbaren Rad eingegebene Verschwenkbewegung zu bremsen.The Braking function of the protective device in the control and / or regulating device uses in a particularly preferred embodiment of the electrical Servomotor in generator operation or closes with field effect transistors of Final stage, the winding of the servomotor or parts thereof short or feeds a direct current into the winding to generate eddy currents, to brake the pivoting movement inputted to the steerable wheel.

Die Schutzeinrichtung ist in gleicher Weise für eine elektrische Hilfskraftlenkung wie etwa eine Zahnstangen-Elektrolenkung oder eine elektrische Fremdkraftlenkung (steer-by-wire) geeignet.The protective device is in the same way for an electric power steering system such as a rack-and-pinion electric or electric Power steering (steer-by-wire) suitable.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigt:The Invention will now be closer based on an embodiment described and reproduced with reference to the accompanying drawings. In the drawing shows:

1 eine schematische Darstellung einer Schutzeinrichtung für eine Servolenkung eines Kraftfahrzeugs. 1 a schematic representation of a protective device for a power steering of a motor vehicle.

In 1 ist in einer schematischen Ansicht eine als Zahnstangen-Elektrolenkung gebildete Hilfskraft-Servolenkung 2 für einen Personenkraftwagen gezeigt. Auf ein als Zahnstange 11 gebildetes Getriebeelement 10 eines Lenkgetriebes wirken über eine Lenkwelle 12 eine Lenkhandhabe 5 und eine Motorwelle 8 eines elektrischen Servomotors 3 zur Lenkwinkelverstellung lenkbarer Räder 4. Der elektrische Servomotor 3 wirkt über ein Zugmittelgetriebe 13 auf eine Kugelumlaufmutter und einen Spindelabschnitt der Zahnstange 11. Die lenkbaren Räder 4 sind über Radlenkhebel und Spurstangen mit der Zahnstange 11 gelenkig verbunden und ihr Lenkwinkel ist über eine Axialverschiebung der Zahnstange 11 in an sich bekannter Weise veränderbar.In 1 is a schematic view of an electric power steering system formed as a rack and pinion electric power steering 2 shown for a passenger car. On as a rack 11 formed transmission element 10 a steering gear act via a steering shaft 12 a steering handle 5 and a motor shaft 8th an electric servomotor 3 for steering angle adjustment of steerable wheels 4 , The electric servomotor 3 acts via a traction mechanism 13 on a ball nut and a spindle portion of the rack 11 , The steerable wheels 4 are about wheel steering and tie rods with the rack 11 articulated and their steering angle is about an axial displacement of the rack 11 changeable in a conventional manner.

Um zu verhindern, dass im abgestelltem Zustand des Fahrmotors und des Fahrzeugs etwa aus Wartungsgründen bei einer Lenkwinkeländerung der Räder 4 durch deren rasches Verschwenken Getriebeteile oder der Rotor des elektrischen Servomotors 3 durch hohe Beschleunigungen beschädigt wird, sieht die Servolenkung 2 eine Schutzeinrichtung 1 zur Bremsung der Schwenkbewegung der Räder 4 vor. Die Schutzeinrichtung 1 ist in eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 6 für den elektrischen Servomotor 3 integriert und besteht aus einer Auswerteschaltung 7 die Signale eines Positionssensors 14 der Zahnstange 11 und/oder eines Drehwinkelsensors 15 für die Motorwelle 8 und/oder eines Spannungssensors für die von dem elektrischen Servomotors 3 bei dem genannten Wartungsfall durch dessen drehenden Rotor erzeugte Spannung empfängt und auswertet. Die Auswerteschaltung 7 wird wie die gesamte Schutzeinrichtung 1 bei abgeschalteter Zündung des Fahrzeugs vom Bordnetz gespeist. Die Auswerteschaltung 7 versetzt bei Überschreiten eines Schwellenwertes des Signals die als Motorsteuergerät dienende Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 6 mit einer integrierten Bremsfunktion 9 aus einem Ruhezustand (sleepmode) in einen Betriebszustand, in dem die Bremsfunktion 9 der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 6 den Servomotor 3 aktiv bremst bzw. dessen Wicklungen zum Bremsen kurzschließt.To prevent that in the off state of the drive motor and the vehicle about for maintenance reasons in a steering angle change of the wheels 4 by their rapid pivoting gear parts or the rotor of the electric servo motor 3 is damaged by high accelerations, the power steering looks 2 a protective device 1 for braking the pivoting movement of the wheels 4 in front. The protective device 1 is in a control and / or regulating device 6 for the electric servomotor 3 integrated and consists of an evaluation circuit 7 the signals of a position sensor 14 the rack 11 and / or a rotation angle sensor 15 for the motor shaft 8th and / or a voltage sensor for that of the electric servomotor 3 receives voltage generated by the rotating rotor in the said maintenance case and evaluates. The evaluation circuit 7 will be like the whole protection device 1 powered off the vehicle electrical system with the ignition of the vehicle switched off. The evaluation circuit 7 when a threshold value of the signal is exceeded, the control and / or regulating device serving as the engine control unit is displaced 6 with an integrated brake function 9 from a sleep state (sleep mode) to an operating state in which the brake function 9 the control and / or regulating device 6 the servomotor 3 actively brakes or short-circuits its windings for braking.

Die Servolenkung 2 wird schwergängig und es sind keine gefährlichen Beschleunigungen einzelner Komponenten der Servolenkung 2 in diesem Betriebszustand möglich.The power steering 2 becomes stiff and there are no dangerous accelerations of individual components of the power steering 2 possible in this operating state.

Während des Betriebs des Fahrzeugs ist die Bremsfunktion 9 durch die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 6 abgeschaltet.During operation of the vehicle is the brake function 9 by the control and / or regulating device 6 off.

11
Schutzeinrichtungguard
22
ServolenkungPower steering
33
Servomotorservomotor
44
Rad, lenkbarWheel, steerable
55
LenkhandhabeSteering handle
66
Steuer – RegelungseinrichtungControl - regulation device
77
Auswerteschaltungevaluation
88th
Motorwellemotor shaft
99
Bremsfunktion (Teil der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung)brake function (Part of the control and / or regulating device)
1010
Getriebeelementgear element
1111
Zahnstangerack
1212
Lenkwellesteering shaft
1313
Zugmittelgetriebetraction drives
1414
Positionssensorposition sensor
1515
DrehwinkelsensorRotation angle sensor

Claims (9)

Schutzeinrichtung für eine Servolenkung (2) eines Fahrzeugs, mit einem elektrischen Servomotor (3) der mit zumindest einem lenkbaren Rad (4) wirkverbunden ist und nach Maßgabe eines an einer Lenkhandhabe (5) eingegebenen Lenkwinkels von einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (6) angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Servomotor (3) mit einer Auswerteschaltung (7) verbunden ist, die bei einer ausgeschalteten Zündung oder Betriebsschalter ein durch eine Drehzahländerung einer Motorwelle (8) des elektrischen Servomotors (3) erzeugtes Signal registriert und die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (6) mit integrierter Bremsfunktion (9) aktiviert, die den elektrischen Servomotor (3) abbremst.Protective device for a power steering ( 2 ) of a vehicle, with an electric servomotor ( 3 ) with at least one steerable wheel ( 4 ) is operatively connected and in accordance with one of a steering handle ( 5 ) entered steering angle of a control and / or regulating device ( 6 ), characterized in that the electric servomotor ( 3 ) with an evaluation circuit ( 7 ), which, when the ignition is switched off or the operating switch, is switched on by a change in the speed of a motor shaft ( 8th ) of the electric servomotor ( 3 ) and the control and / or regulating device ( 6 ) with integrated brake function ( 9 ) which activates the electric servomotor ( 3 ) decelerates. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein Drehwinkelsignal der Motorwelle (8) oder ein Positionssignal eines Getriebeelements (10) der Servolenkung (2) ist.Protective device according to claim 1, characterized in that the signal is a rotational angle signal of the motor shaft ( 8th ) or a position signal of a transmission element ( 10 ) of the power steering ( 2 ). Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein Spannungssignal ist.Protective device according to Claim 1, characterized that the signal is a voltage signal. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Spannungssignal um die Gegen – EMK des elektrischen Servomotors (3) handelt.Protective device according to Claim 3, characterized in that the voltage signal is the counter-EMF of the electric servomotor ( 3 ). Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (7) die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (6) mit integrierter Bremsfunktion (9) bei Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes des Signals aktiviert.Protective device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaluation circuit ( 7 ) the control and / or Regelseinrich tion ( 6 ) with integrated brake function ( 9 ) is activated when a predefinable threshold value of the signal is exceeded. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsung durch Ansteuerung des elektrischen Servomotors (3) im generatorischen Bereich durch die Endstufe des elektrischen Servomotors (3) erfolgt.Protective device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the braking by driving the electric servo motor ( 3 ) in the regenerative region by the output stage of the electric servomotor ( 3 ) he follows. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsung durch einen Kurzschluss ein oder mehrere Motorwicklungen des elektrischen Servomotors (3) erzeugt ist.Protective device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the braking by a short circuit one or more motor windings of the electric servomotor ( 3 ) is generated. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsung durch Einspeisung eines Gleichstroms in den elektrischen Servomotor (3) erzeugt ist.Protective device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the braking by feeding a direct current into the electric servomotor ( 3 ) is generated. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (1) zum Schutz einer elektrischen Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung in einem Personen- oder Nutzkraftwagen dient.Protective device according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the protective device ( 1 ) is used to protect an electric power or power steering in a passenger or commercial vehicle.
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