DE102014014391A1 - Combined sensor concept for steering systems of motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Überlagerungssteller (9) für eine Kraftfahrzeuglenkung, mit einem Dreiwellengetriebe (22), welches eine Eingangswelle (8) und eine Ausgangswelle (10) sowie eine von einem Elektromotor (20) angetriebene Motorwelle (29) aufweist, wobei wenigstens die Eingangswelle und die Motorwelle oder die Ausgangswelle und die Motorwelle koaxial zueinander angeordnet sind, und mit einer Sensoranordnung zur Erfassung der Winkelstellung der Motorwelle, wobei der Überlagerungssteller eine Sensoranordnung (42, 53) mit ersten Sensorelementen (43, 54) und mit zweiten Sensorelementen (44, 55) aufweist, und dass ein erstes Geberelement (40, 51) vorgesehen ist, welches gegenüber der Sensoranordung (42, 53) drehbar ist und mit den ersten Sensorelementen (43, 54) in Wirkverbindung steht, und wobei ein zweites Geberelement (41, 52) vorgesehen ist, welches gegenüber der Sensoranordung (42, 53) drehbar ist und mit den zweiten Sensorelementen (44, 55) in Wirkverbindung steht, wobei das erste Geberelement (40, 51) oder das zweite Geberelement (41, 52) mit der Motorwelle (29) drehfest verbunden ist, und das jeweils andere des ersten Geberelements (40, 51) und des zweiten Geberelements (41, 52) mit der Eingangswelle (8) oder der Ausgangswelle (10) drehfest verbunden ist.The invention relates to an overlay plate (9) for a motor vehicle steering system, having a three-shaft transmission (22) which has an input shaft (8) and an output shaft (10) and a motor shaft (29) driven by an electric motor (20), at least the input shaft and the motor shaft or the output shaft and the motor shaft are arranged coaxially with one another, and with a sensor arrangement for detecting the angular position of the motor shaft, wherein the overlay plate comprises a sensor arrangement (42, 53) with first sensor elements (43, 54) and with second sensor elements (44, 55), and that a first transmitter element (40, 51) is provided, which is rotatable relative to the sensor arrangement (42, 53) and is in operative connection with the first sensor elements (43, 54), and wherein a second transmitter element (41, 52) which is rotatable relative to the sensor arrangement (42, 53) and is in operative connection with the second sensor elements (44, 55), wherein the first transmitter element (40, 51) or the second transmitter element (41, 52) is non-rotatably connected to the motor shaft (29), and the other of the first transmitter element (40, 51) and the second transmitter element (41, 52) is connected to the Input shaft (8) or the output shaft (10) is rotatably connected.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überlagerungssteller für ein Lenksystem eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to an overlay plate for a steering system of a motor vehicle having the features of the preamble of
Überlagerungssteller sind in Servolenkungen von Kraftfahrzeugen bekannt. Sie weisen üblicherweise ein Getriebe mit zwei Eingangswellen und einer Ausgangswelle auf, bei denen eine Eingangswelle mit dem Lenkrad über eine Lenkwelle verbunden ist, die Ausgangswelle mit dem Ritzel eines Zahnstangenlenkgetriebes verbunden ist, und die zweite Eingangswelle mit einem elektrischen oder hydraulischen Antrieb verbunden ist. Eine besonders kompakte Bauform eines Überlagerungsstellers weist eine Anordnung auf, bei der eine Eingangswelle und die Ausgangswelle koaxial zueinander angeordnet sind, beispielsweise indem die eine Welle in der anderen, als Hohlwelle ausgeführten Welle drehbar gelagert ist. Das Getriebe kann bei einer solchen Anordnung ein Planetengetriebe oder ein Wellgetriebe sein, so dass sich bei diesen Dreiachsgetrieben eine dritte Welle für den Antrieb ergibt.Superposition plates are known in power steering systems of motor vehicles. They usually have a transmission with two input shafts and an output shaft in which an input shaft is connected to the steering wheel via a steering shaft, the output shaft is connected to the pinion of a rack steering gear, and the second input shaft is connected to an electric or hydraulic drive. A particularly compact design of a superposition actuator has an arrangement in which an input shaft and the output shaft are arranged coaxially to each other, for example by one shaft in the other, designed as a hollow shaft shaft is rotatably mounted. The transmission can be a planetary gear or a wave gear in such an arrangement, so that there is a third wave for the drive in these three-axle transmissions.
Die Regelung eines solchen Überlagerungsstellers soll den Antrieb des Überlagerungsgetriebes, der auf die zweite Eingangswelle wirkt, in Abhängigkeit von der Fahrsituation ansteuern. Beispielsweise soll der Ausgangswelle ein zusätzlicher Lenkwinkel aufgeprägt werden, wenn das Fahrzeug rangiert wird, damit die vom Fahrer wahrgenommene Gesamtübersetzung der Lenkung größer und der erforderliche Drehwinkel des Lenkrades zum Erreichen der Lenkanschläge kleiner wird. Es kann auch vorgesehen sein, eine Seitenwindkompensation vorzusehen, bei der der Fahrer mit dem Lenkrad in Geradeausstellung fährt und der zur Kompensation des Seitenwindes erforderliche zusätzliche Lenkwinkel nach Art eines Vorhaltewinkels von dem Stellantrieb des Überlagerungsstellers aufgeprägt wird. Somit ist es möglich, dass sich die Drehzahl und/oder die Drehrichtungen der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle voneinander unterscheiden. Andere Anwendungen betreffen Spurhalteassistenten, autonomes Fahren und ESP-Systeme.The control of such a superposition actuator is to drive the drive of the superposition gearing, which acts on the second input shaft, depending on the driving situation. For example, the output shaft, an additional steering angle to be impressed when the vehicle is ranked so that the perceived by the driver overall translation of the steering is greater and the required rotation angle of the steering wheel to reach the steering stops smaller. It can also be provided to provide a crosswind compensation, in which the driver drives with the steering wheel in the straight ahead position and the additional steering angle required to compensate for the side wind is impressed in the manner of a lead angle of the actuator of the overlay actuator. Thus, it is possible that the rotational speed and / or the rotational directions of the first input shaft and the second input shaft differ from each other. Other applications include lane departure warning, autonomous driving and ESP systems.
Für all diese Anwendungen ist es erforderlich, dass die Steuerung stets über die Lage der jeweiligen Wellen des Überlagerungsgetriebes informiert ist. Zu diesem Zweck weisen bekannte Überlagerungsgetriebe wie z. B. der Überlagerungssteller aus der Offenlegungsschrift
Der Überlagerungssteller benötigt bei den bekannten Ausführungsformen, wie beispielsweise in der oben genannten Offenlegungsschrift, stets ein externes Sensorsignal und die dazu gehörige Datenübertragung, die das Signal an die Steuerung des Überlagerungsstellers liefert.The overlay plate always requires in the known embodiments, such as in the above-mentioned publication, an external sensor signal and the associated data transmission, which supplies the signal to the controller of the overlay controller.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Sensorkonzept für ein Lenksystem bereitzustellen, das einen einfachen Aufbau aufweist und eines geringen Bauraums bedarf.The object of the invention is to provide an improved sensor concept for a steering system, which has a simple structure and requires a small installation space.
Gelöst wird die Aufgabe von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt. Weil der Überlagerungssteller für eine Kraftfahrzeuglenkung, mit einem Dreiwellengetriebe, welches eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle sowie eine von einem Elektromotor angetriebene Motorwelle aufweist, wobei wenigstens die Eingangswelle und die Motorwelle oder die Ausgangswelle und die Motorwelle koaxial zueinander angeordnet sind, und mit einer Sensoranordnung zur Erfassung der Winkelstellung der Motorwelle, wobei der Überlagerungssteller eine Sensoranordnung mit ersten Sensorelementen und mit zweiten Sensorelementen aufweist, und dass ein erstes Geberelement vorgesehen ist, welches gegenüber der Sensoranordung drehbar ist und mit den ersten Sensorelementen in Wirkverbindung steht, und wobei ein zweites Geberelement vorgesehen ist, welches gegenüber der Sensoranordung drehbar ist und mit den zweiten Sensorelementen in Wirkverbindung steht, wobei das erste Geberelement oder das zweite Geberelement mit der Motorwelle drehfest verbunden ist, und das jeweils andere des ersten Geberelements und des zweiten Geberelements mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle drehfest verbunden ist, kann eine kompakte Einrichtung mit einem verbesserten Sensorkonzept dargestellt werden.The object is achieved by a device having the features of
Mit Vorteil ist das Geberelement mit der Eingangswelle und mit einem Lenkrad drehfest verbunden.Advantageously, the transmitter element is rotatably connected to the input shaft and a steering wheel.
Es ist zu bevorzugen, dass die Sensoranordnung als erste Sensorelemente und zweite Sensorelemente jeweils eine in Umfangsrichtung der Sensoranordnung angeordnete, dem ersten Geberelement beziehungsweise dem zweiten Geberelement zugewandte Sender- und Empfängerspule aufweist. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauform erreicht.It is preferable that the sensor arrangement has, as first sensor elements and second sensor elements, in each case a transmitter and receiver coil arranged in the circumferential direction of the sensor arrangement and facing the first transmitter element or the second transmitter element. As a result, a particularly compact design is achieved.
Zur Darstellung einer Abtastung des Lenkradwinkels auch bei mehreren Umdrehungen ist mit Vorteil die Sensoranordnung in Kombination mit dem mit der Eingangswelle verbundenen Geberelement zur Detektion des Lenkradwinkels als Multi-Turn-Sensor ausgeführt sind. Ein Multi-Turn-Sensor kann mehrere volle Umdrehungen erfassen, also Drehwinkel von mehr als 360°. Dabei kann ein Speicherelement vorgesehen sein, dass die Anzahl der Durchlaufe zählt und entsprechend den Offset der vollständigen Umdrehungen auf den Winkelwert innerhalb einer Drehung addiert. To display a scan of the steering wheel angle even with multiple revolutions is advantageously carried out the sensor arrangement in combination with the encoder connected to the input shaft donor element for detecting the steering wheel angle as a multi-turn sensor. A multi-turn sensor can detect several full revolutions, ie rotation angles of more than 360 °. In this case, a memory element can be provided that counts the number of passes and adds the offset of the complete revolutions to the angle value within one rotation.
Zur Erhöhung der Genauigkeit können für jedes Geberelement in der Sensoranordnung zwei Sender- und Empfängerspulen vorhanden sein.To increase the accuracy of two transmitter and receiver coils may be present for each donor element in the sensor array.
Eine besonders kompakte Bauform wird erreicht, wenn die Sensoranordnung zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe angeordnet ist. Dabei ist mit Vorteil die Sensoranordnung in einem Raum eines Motorgehäuses angeordnet ist.A particularly compact design is achieved when the sensor arrangement is arranged between the electric motor and the transmission. In this case, the sensor arrangement is advantageously arranged in a space of a motor housing.
Insbesondere zur Darstellung einer Messung des Differenzwinkels zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle kann die Sensoranordnung in Kombination mit der mit der Motorwelle verbundenen Geberelement zur Detektion des Rotorwinkels als Multi-Turn-Sensor ausgeführt sind.In particular for representing a measurement of the differential angle between the input shaft and the output shaft, the sensor arrangement in combination with the encoder element connected to the motor shaft for detecting the rotor angle can be designed as a multi-turn sensor.
Insbesondere kann die die Sensoranordnung des Überlagerungsstellers dazu ausgebildet ist, den Differenzwinkel zwischen der Rotationsstellung der Ausgangswelle und der Eingangswelle als Messwert auszugeben.In particular, the sensor arrangement of the overlay actuator is adapted to output the difference angle between the rotational position of the output shaft and the input shaft as a measured value.
Mit Vorteil kann die Sensoranordnung des Überlagerungsstellers weiter folgenden Elemente umfassen:
- a) zwei Zähleinheiten umfasst, die die Umdrehungszahl der Eingangswelle und der Motorwelle zählen,
- b) eine Speichereinheit umfasst, die die Anzahl der Umdrehungen der Eingangswelle und der Motorwelle speichert,
- c) eine Recheneinheit, die aus den aktuell gemessenen Drehwinkeln der Eingangswelle und der Motorwelle unter Zuhilfenahme der abgespeicherten Umdrehungszahlen den absoluten Drehwinkel der Eingangswelle und der Motorwelle bestimmt.
- a) comprises two counting units which count the number of revolutions of the input shaft and the motor shaft,
- b) comprises a memory unit which stores the number of revolutions of the input shaft and the motor shaft,
- c) an arithmetic unit which determines the absolute rotation angle of the input shaft and the motor shaft from the currently measured rotation angles of the input shaft and the motor shaft with the aid of the stored revolution numbers.
Durch diese Ausbildung wird die Steuerung des Lenksystems wesentlich vereinfacht.With this design, the control of the steering system is much easier.
Vorteil dieser Lösung ist der geringe Bauraum, da mit einer Steuereinheit zwei Drehbewegungen erfassbar sind.Advantage of this solution is the small space, since two rotational movements can be detected with a control unit.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:Hereinafter, the present invention will be described in two embodiments with reference to the drawings. Show it:
In der
Es sind darüber hinaus Anwendungen bekannt, bei denen der Überlagerungssteller in der Einrichtung
Wichtig ist jedoch, dass für einen sicheren und komfortablen Betrieb des Überlagerungsstellers
Auf Basis dieser Winkelinformationen, sowie weiterer Informationen, kann eine ECU
Die Integration dieser beiden Sensoren in der baulichen Einheit des Überlagerungsstellers
Die
Die genaue relative Anordnung der verschiedenen Bauteile zueinander wird nachfolgend mit Bezug auf die
Der Überlagerungssteller
Die Hohlwelle
Der Planetenträger
Die Drehbewegung des Wellenstumpfs
Das Motorgehäuse
Wenn im Betrieb durch Ansteuerung des Elektromotors
Insgesamt ergibt sich bei diesem Aufbau eine sehr kompakte Anordnung, mit der innerhalb der baulichen Einheit des Überlagerungsstellers
Die
In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Platine
Die
Die
Bei dieser Ausführungsform ist innerhalb des Motorgehäuses
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.Where applicable, all individual features illustrated in the individual embodiments may be combined and / or interchanged without departing from the scope of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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