DE102018205576A1

DE102018205576A1 - Steering device for motor vehicles

Info

Publication number: DE102018205576A1
Application number: DE102018205576.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bruckmaier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2019-10-17

Abstract

Nach der Erfindung besteht eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mindestens aus einem betätigbaren, nicht mit einem Lenkmechanismus mechanisch gekoppelten Bedienelement, einem Aktor für den Lenkmechanismus und einer Erfassungsanordnung für eine Eingangsgröße für ein Steuergerät aus der Betätigung des Bedienelements, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsanordnung aus wenigstens aus einem Sensor besteht, der eine Ausgangsgröße des Bedienelements weglos erfasst.According to the invention, there is a steering device for a motor vehicle, at least one actuatable, not mechanically coupled to a steering mechanism control element, an actuator for the steering mechanism and a detection arrangement for an input variable for a control device from the operation of the operating element, characterized in that the detection arrangement at least consists of a sensor that detects an output of the control weglos.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to a steering device for motor vehicles according to the preamble of the first claim.

Die DE 197 38 183 A1 beschreibt eine Pedaleinheit für ein Kraftfahrzeug, zum Bedienen eines Leistungssteuer- oder Stellelementes eines Kraftfahrzeuges durch einen Fahrzeugführer, mit einem in dessen Bedienbereich angeordneten, im Wesentlichen flächenförmigen Bedienelement. Die Pedaleinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bedienelement einen Kraftaufnehmer aufweist, der ein elektrisches Steuersignal bzw. Stellsignal in Abhängigkeit von einer auf das Bedienelement einwirkenden Kraft bildet, mit dem das Leistungssteuer- oder Stellelement steuer- bzw. stellbar ist.The DE 197 38 183 A1 describes a pedal unit for a motor vehicle, for operating a power control or actuating element of a motor vehicle by a driver, with a arranged in its operating area, substantially planar control element. The pedal unit is characterized in that the operating element has a force transducer which forms an electrical control signal or actuating signal as a function of a force acting on the operating element with which the power control or actuating element can be controlled or adjusted.

Des Weiteren beschreibt die DE 10 2005 049 042 B4 Lenkungssysteme für lenkbare Fahrzeuge, die ein elektrisches Lenksystem, ein so genanntes Steer-by-wire-System umfassen.Furthermore, the describes DE 10 2005 049 042 B4 Steering systems for steerable vehicles, comprising an electric steering system, a so-called steer-by-wire system.

Zudem ist bekannt, dass insbesondere Spezialfahrzeuge mit Hilfe eines Joysticks gesteuert werden. Hierbei werden Längs- und Querführung über diesen Joystick mit der Hand ausgeführt. Der zurückgelegte Weg des Joysticks wird für die Steuerung der Fahrzeugaktorik verwendet.In addition, it is known that in particular special vehicles are controlled by means of a joystick. Here, the longitudinal and transverse guidance are carried out by this joystick by hand. The distance traveled by the joystick is used to control the vehicle actuators.

Ausgehend von einem steer-by-wire Lenkungssystem, das den Lenkwunsch des Fahrers über geeignete Signale an einen Aktor weiterleitet, der entsprechend die Drehung der Räder steuert, hat die Erfindung die Aufgabe, eine solche Lenkeinrichtung so weiterzubilden, dass für das automatisierte Fahren von Kraftfahrzeugen, in diesen ein Innenraum bereit gestellt werden kann, ohne zentral angeordnetes Lenkrad, wodurch Freiheiten bei der Packagegestaltung des Innenraums, Flexibilität bei der Platzierung und Ausgestaltung der Lenkung und Vorteile bei wegfahrbaren bzw. wegklappbaren Lenkrädern entstehen.Starting from a steer-by-wire steering system, which forwards the steering request of the driver via suitable signals to an actuator which controls the rotation of the wheels accordingly, the invention has the object to develop such a steering device so that for the automated driving of motor vehicles , in this an interior can be provided without centrally located steering wheel, creating freedom in the package design of the interior, flexibility in the placement and design of the steering and advantages in wegfahrbaren or fold-away steering wheels arise.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object is achieved with the characterizing features of claim 1. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Vorteilhafterweise ist, wenn der Lenkwunsch des Fahrers über einen Kraftsensor weitergeleitet wird, keine Drehung eines Lenkrads nötig. Als Kraftsensorik bzw. Drucksensorik eignen sich Dehnmessstreifen sowie Piezoelektrische oder magnetoelastische Sensoren in der Erfassungsanordnung. Die Kraft kann allerdings auch hydraulisch oder pneumatisch an die Sensorik weitergegeben werden. In diesem Fall muss die Sensorik nicht zwangsläufig an der Lenksäule angebracht werden, sondern kann auch an einer anderen geeigneten Position wie z.B. dem Lenkgetriebe angebracht werden. Außerdem ist eine reine Kraftweiterleitung an das Lenkgetriebe denkbar. Um große Anforderungen an die Funktionssicherheit zu erfüllen, sind die Leitungen vorteilhafterweise mindestens einfach redundant ausgeführt.Advantageously, when the steering request of the driver is forwarded via a force sensor, no rotation of a steering wheel is necessary. Strain gauges as well as piezoelectric or magnetoelastic sensors in the detection arrangement are suitable as force sensors or pressure sensors. However, the force can also be passed on hydraulically or pneumatically to the sensors. In this case, the sensor does not necessarily have to be attached to the steering column, but can also be mounted in another suitable position, such as e.g. be attached to the steering gear. In addition, a pure force transmission to the steering gear is conceivable. In order to meet high demands on the reliability, the lines are advantageously at least easily redundant.

Bei bevorzugten Ausführungen der Erfindung kann die Erfassungsanordnung je nach verbauter Sensorik Teil des Bedienelements oder des Lenkmechanismus oder des Steuergeräts sein und der Aktor kann druckgesteuert sein.In preferred embodiments of the invention, the detection arrangement may be part of the operating element or of the steering mechanism or of the control device depending on the sensor system installed, and the actuator may be pressure-controlled.

Eine solche Lenkeinrichtung mit Bedienelement und Kraft- bzw. Druckerfassungsanordnung, wobei die auf das Bedienelement ausgeübte Kraft wegfrei an den jeweilig verwendeten Sensor in der Erfassungsanordnung weitergegeben wird, hat den Vorteil, dass sie einfach hergestellt werden kann und dass die gesamte Betätigungseinrichtung sehr einfach, mit wenigen Teilen aufgebaut werden kann. Außerdem wird von dem Bedienelement auch bei verklemmtem Lenkrad die vom Fahrer gewünschte Führungsgröße ermittelt.Such a steering device with operating element and force or pressure detection arrangement, wherein the force exerted on the operating force is passed away wegfrei to the sensor used in the detection arrangement, has the advantage that it can be easily manufactured and that the entire actuator very easy, with few parts can be built. In addition, the command desired by the driver is determined by the control element even with jammed steering wheel.

Ein Lenkrad wird bisher nur zur Querführung eingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform lässt sich das Lenkrad mit einer weiteren Sensorik ausstatten die über Zug bzw. Druck eine Längsführung eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.A steering wheel is previously used only for lateral guidance. In a further embodiment, the steering wheel can be equipped with a further sensor system which allows a longitudinal guidance of a motor vehicle via train or pressure.

Das Bedienelement kann vorteilhafterweise auch kompakt in einer ergonomisch günstigen Position, zum Beispiel an einer Mittelkonsole, Instrumententafel oder an Armauflagen integriert werden.The operating element can advantageously also be integrated compactly in an ergonomically favorable position, for example on a center console, instrument panel or on armrests.

Da der Fahrer keine zum Drehwinkel des Lenkrads proportionale Fahrtrichtungsänderung mehr spürt, ist ein Auswerteverfahren nötig, das ein angenehmes Lenkgefühl vermittelt. Hierzu können hinter das Auswerteglied der Kraft verschiedene Regelglieder geschaltet werden. Das Ausgangssignal dieser Regelglieder kann in geeigneter Weise von einer Fahrzeuggeschwindigkeit, von Beschleunigungen in drei karthesischen Raumrichtungen und/oder von einer Gierrate, vom aktuellen Drehwinkel der Räder und einer Drehwinkeländerung der Räder abhängig gemacht werden. Die Beschleunigung und Gierrate kann von einer bereits im Kraftfahrzeug vorhandenen Sensorik auf einem Kommunikationsbus, zum Beispiel CAN, LIN, Flexray oder Ethernet, der Steuergeräte untereinander bereitgestellt werden. Für eine Verbesserung des Lenkgefühls kann eine Hysterese in die Verarbeitung des Kraftsignals aufgenommen werden.Since the driver no longer senses a change in direction of travel that is proportional to the angle of rotation of the steering wheel, an evaluation method is necessary which gives a pleasant steering feel. For this purpose, different control elements can be switched behind the evaluation element of the force. The output signal of these control elements may be suitably made dependent on a vehicle speed, on accelerations in three Cartesian spatial directions and / or on a yaw rate, on the current angle of rotation of the wheels and on a rotation angle change of the wheels. The acceleration and yaw rate can be detected by a sensor already present in the motor vehicle on a communication bus, for Example CAN, LIN, Flexray or Ethernet, the control devices are provided with each other. To improve the steering feel, a hysteresis can be included in the processing of the force signal.

Eine Auswerteeinheit kann außerdem die Einhaltung der Funktionssicherheit überwachen und Fehler in Signalen über in einer Software implementierten Gleichlauf- und Plausibilitätskontrolle erkennen. Diese erkannten Fehler können zum Beispiel elektrischer Defekt sowie auch mechanischer Defekt, wie zum Beispiel undichte Hydraulikleitungen sein.An evaluation unit can also monitor compliance with functional reliability and detect errors in signals via synchronization and plausibility checks implemented in a software. These detected errors may be, for example, electrical failure as well as mechanical failure, such as leaking hydraulic lines.

Des Weiteren ist eine Ausführungsform der Lenkeinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass deren Steifigkeit der Lenkeinrichtung, insbesondere durch eine Elastizität veränderbar ist.Furthermore, an embodiment of the steering device is characterized in that its rigidity of the steering device, in particular by an elasticity is variable.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bedienelement für eine steer-by-wire Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, ausgebildet als Lenkrad, auf das Wesentliche beschränkt, schematisch gezeichnet in einer Draufsicht. Die 2 zeigt, entsprechend 1, eine weitere Ausführungsform eines solchen Lenkrads.A preferred embodiment of the invention is illustrated in more detail in the following description and the accompanying drawings. 1 shows an inventive control element for a steer-by-wire steering device for a motor vehicle, designed as a steering wheel, limited to the essentials, drawn schematically in a plan view. The 2 shows, accordingly 1 , Another embodiment of such a steering wheel.

In 1 besteht ein Bedienelement für eine nicht gezeichnete steer-by-wire Lenkeinrichtung für ein nicht gezeichnetes Kraftfahrzeug aus einem Kraftaufnahmeglied 3, das aus einem Sensor besitzt, der eine Ausgangsgröße des Bedienelements weglos erfasst. Dazu verbindet ein elastisches Element 2 in der Art eines Biegebalkens das Kraftaufnahmeglied 3 mit einem Lenkradkranz 1, der von einem nicht gezeichneten Fahrer verdreht wird. Diese Verdrehung verspannt das elastische Element, dessen Reaktionskraft an seiner Einspannstelle vom Kraftaufnahmeglied 3 weglos als Eingangsgröße für eine nicht gezeichnete Steuereinrichtung aus der vom Fahrer entsprechend seiner Lenkvorgabe am Lenkradkranz 1 als Ausgangsgröße eingeleiteten Drehmomentvorgabe abgenommen wird. Nach Beendigung der Lenkvorgabe durch den Fahrer stellt das elastische Element 2 die Auslenkung des Lenkradkranzes 1 zurück und die Ausgangsgröße Drehmomentvorgabe und die Eingangsgröße Reaktionskraft des Kraftaufnahmeglieds 3 gehen auf Null zurück.In 1 there is an operating element for a not shown steer-by-wire steering device for a motor vehicle not drawn from a force receiving member 3 , which has a sensor that captures an output of the control weglos. For this purpose, an elastic element connects 2 in the manner of a bending beam, the force receiving member 3 with a steering wheel rim 1 which is twisted by a driver not drawn. This rotation braces the elastic element whose reaction force at its clamping point of the force receiving member 3 weglos as an input variable for a not shown control device from the driver according to his steering input on the steering wheel rim 1 taken as the output size introduced torque specification. After completion of the steering input by the driver provides the elastic element 2 the deflection of the steering wheel rim 1 back and the output variable torque input and the input value reaction force of the force receiving member 3 go back to zero.

Die Ausführungsform der Erfindung nach 2 besitzt neben dem Lenkradkranz 1, dem elastischen Element 2, hier ausgebildet als Schraubenfedern, und dem Kraftaufnahmeglied 3, mit entsprechend der in 1 beschriebenen Wirkung dieser Merkmale, ein Kraftübertragungselement 4 zwischen elastischem Element 2 und Kraftaufnahmeglied 3.The embodiment of the invention according to 2 owns next to the steering wheel rim 1 , the elastic element 2 , designed here as coil springs, and the force receiving member 3 , with according to the in 1 described effect of these features, a power transmission element 4 between elastic element 2 and force receiving member 3 ,

Alternativ und nicht gezeichnet kann jeder Lenkradkranz 1 zusätzlich noch einen nicht gezeichneten Sensor nach dem Stand der Technik beaufschlagen, dass die Kraft über einen weiteren physikalischen Effekt ermittelt wird. Dadurch die Bereitstellung eines Redundanzwertes der Eingangsgröße für das Steuergerät möglich und das Führungsgrößensignal kann auf Plausibilität überprüft werden. Alternatively and not drawn, each steering wheel rim 1 additionally apply an unillustrated sensor according to the prior art, that the force is determined by a further physical effect. This makes it possible to provide a redundancy value of the input variable for the control unit and the reference variable signal can be checked for plausibility.

Außerdem sind noch Packagevorteile und Kostenreduktion gegeben, da das Lenksignal identisch mit den Werten der Kraftsensoren ist, aber früher gemessen wird als bei einem wegabhängigen Lenksignal.In addition, package advantages and cost reduction are given, since the steering signal is identical to the values of the force sensors, but is measured earlier than a path-dependent steering signal.

Zusätzlich kann das Bedienelement noch durch einen nicht gezeichneten Reaktionskraftsteller beaufschlagt werden.In addition, the control element can still be acted upon by a reaction force plate, not shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19738183 A1 [0002]
DE 102005049042 B4 [0003]

Claims

Steering device for a motor vehicle, at least consisting of an actuatable, not mechanically coupled to a steering mechanism control element (1), an actuator for the steering mechanism and a detection arrangement for an input variable for a control unit from the operation of the operating element (1), characterized in that Detection arrangement consists of at least one sensor which detects an output of the operating element (1) without a way.

Steering device after Claim 1 , characterized in that the detection arrangement consists of at least one force (3) and / or pressure sensor.

Steering device after Claim 1 , characterized in that the detection arrangement is part of the operating element (1).

Steering device after Claim 1 , characterized in that the detection arrangement is a part of the steering mechanism.

Steering device after Claim 1 , characterized in that the detection arrangement is part of the control device ..

Steering device according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the actuator is pressure-controlled.

Steering device according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the rigidity of the steering device, in particular by an elasticity (2) is variable.

Steering device according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the operating element is acted upon by a reaction force actuator.