DE10307567A1 - Steering device with a steering force simulator generating a steering force - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkhandhabe (1), die an einer drehbar gelagerten, mit einem elektrischen Lenksignalgeber in Wirkverbindung stehenden Lenkwelle (2) befestigt ist. Die Lenkvorrichtung verfügt ferner über einen eine Lenkkraft erzeugenden, auf die Lenkwelle (2) einwirkenden Lenkkraftsimulator, der als Reibungsbremse ausgebildet ist. Zwecks Funktionssicherheit und einfachen Aufbaus der Lenkvorrichtung weist erfindungsgemäß der Lenkkraftsimulator einen axial beweglichen Kolben (4) auf, der zur Steuerung der Flächenpressung mindestens eines Reibflächenpaars des Lenkkraftsimulators in Axialrichtung kraftbeaufschlagbar ist. Das Reibflächenpaar ist bevorzugt konisch ausgebildet und weist metallische Reibflächen auf. Ein in dem Kolben (4) stirnseitig angeordneter Innenkonus (4a) ist zur Aufnahme eines Außenkonus (2a) ausgebildet, der am unteren Ende der Lenkwelle (2) angeformt ist. Es sind mit dem Kolben (4) in Wirkverbindung stehende Mittel zum Erzeugen einer Vorspannkraft und Mittel zum Erzeugen einer Betriebskraft vorgesehen.The invention relates to a steering device with a steering handle (1) which is fastened to a rotatably mounted steering shaft (2) which is operatively connected to an electrical steering signal transmitter. The steering device also has a steering force simulator that generates a steering force and acts on the steering shaft (2) and is designed as a friction brake. For the purpose of functional reliability and simple construction of the steering device, according to the invention the steering force simulator has an axially movable piston (4) which can be acted upon in the axial direction to control the surface pressure of at least one pair of friction surfaces of the steering force simulator. The pair of friction surfaces is preferably conical and has metallic friction surfaces. An inner cone (4a) arranged at the end in the piston (4) is designed to receive an outer cone (2a) which is molded onto the lower end of the steering shaft (2). Means for generating a prestressing force and means for generating an operating force are provided which are operatively connected to the piston (4).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung mit einer Lenkhandhabe, die an einer drehbar gelagerten, mit einem elektrischen Lenksignalgeber in Wirkverbindung stehenden Lenkwelle befestigt ist, und mit einem eine Lenkkraft erzeugenden, auf die Lenkwelle einwirkenden Lenkkraftsimulator, der als Reibungsbremse ausgebildet ist.The invention relates to a steering device a steering handle on a rotatably mounted, with an electric Steering signal transmitter in operatively connected steering shaft attached is, and with a steering force generating, on the steering shaft acting steering force simulator, which is designed as a friction brake is.
In derartigen Lenkvorrichtungen gibt es keine mechanische Verbindung zwischen der Lenkwelle und den zu lenkenden Rädern eines Fahrzeugs. Vielmehr wird durch elektrische Signale des Lenksignalgebers eine elektrische oder elektrohydraulische Stellvorrichtung gesteuert, die mit den zu lenkenden Rädern gekoppelt ist. Diese sogenannte „by-wire"-Technologie kommt beispielsweise in Flurförderzeugen zum Einsatz.In such steering devices there is no mechanical connection between the steering shaft and the steering wheels of a vehicle. Rather, electrical signals from the steering signal transmitter controlled an electrical or electrohydraulic actuator, the one with the wheels to be steered is coupled. This so-called "by-wire" technology is used, for example Industrial trucks for use.
Da es bei solchen Lenkvorrichtungen keine für den Fahrer an der Lenkhandhabe als Lenkkraft fühlbare Rückmeldung über eine Bewegung der zu lenkenden Räder gibt, wird ein Lenkkraftsimulator eingesetzt.Since it is with such steering devices none for feedback to the driver on the steering handle as steering force perceptible about a movement of the to be steered Wheels there, a steering force simulator is used.
Eine gattungsgemäße Lenkvorrichtung ist in der
Ferner ist in der genannten Druckschrift erwähnt, dass alternativ ein auf dem Prinzip der mechanischen Reibung arbeitender Dämpfer verwendet werden kann, bei dem die Reibungskraft über eine Vorspannung der Reibflächen veränderbar ist. Nähere Einzelheiten über die Konstruktion eines solchen Lenkkraftsimulators lassen sich der Druckschrift nicht entnehmen.Furthermore, in the mentioned publication mentioned, that alternatively one working on the principle of mechanical friction damper can be used in which the frictional force via a preload the friction surfaces variable is. details Details about the construction of such a steering force simulator can be Do not remove the publication.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lenkvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die funktionssicher und einfach aufgebaut ist.The present invention lies the task is based on a steering device of the aforementioned Kind available to provide a functionally reliable and simple structure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lenkkraftsimulator einen axial beweglichen Kolben aufweist, der zur Steuerung der Flächenpressung mindestens eines Reibflächenpaars in Axialrichtung kraftbeaufschlagbar ist.This object is achieved according to the invention solved, that the steering force simulator has an axially movable piston, to control the surface pressure at least one pair of friction surfaces can be acted upon in the axial direction.
Das Reibflächenpaar kann beispielsweise aus planen Reibflächen bestehen. Es kann jedoch gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhafter sein, wenn das Reibflächenpaar konisch ausgebildet ist. Mit Hilfe von konischen Reibflächen lässt sich durch gezielte Auslegung der Konizität platzsparend und einfach bei minimalem Bedienweg (Kolbenweg) eine geringe Bedienkraft des Lenkkraftsimulators erzielen, wobei dennoch eine relativ große Lenkkraft erreichbar ist.The pair of friction surfaces can be made, for example plan friction surfaces consist. However, according to one Embodiment of the invention may be more advantageous if the pair of friction surfaces is conical. With the help of conical friction surfaces through targeted design of the taper space-saving and simple with minimal operating travel (piston travel) a low operating force of the Achieve steering force simulator, while still having a relatively large steering force is achievable.
Sofern die Reibflächen metallisch sind, ist der Lenkkraftsimulator praktisch verschleissfrei.If the friction surfaces are metallic, the Steering force simulator practically free of wear.
Der Lenkkraftsimulator weist mit Vorteil einen Außenkonus und einen in dem Kolben stirnseitig angeordneten Innenkonus auf, der zur Aufnahme des Außenkonus ausgebildet ist. Eine umgekehrte Anordnung mit an dem Kolben angeformten Außenkonus ist prinzipiell auch möglich.The steering force simulator has Advantage of an outer cone and an inner cone arranged on the end face in the piston, the one for holding the outer cone is trained. A reverse arrangement with molded on the piston outer cone is also possible in principle.
Sofern der Außenkonus am unteren Ende der Lenkwelle angeformt ist, braucht kein separates Bauteil hergestellt und an der Lenkwelle befestigt zu werden.If the outer cone at the lower end of the Steering shaft is molded, no separate component needs to be made and to be attached to the steering shaft.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Lenkkraftsimulator mit dem Kolben in Wirkverbindung stehende Mittel zum Erzeugen einer Vorspannkraft und Mittel zum Erzeugen einer Betriebskraft auf.In a further development of the invention the steering force simulator is operatively connected to the piston Means for generating a biasing force and means for generating an operator.
Hierbei kann die Betriebskraft gleichsinnig zur Vorspannkraft wirken. Es wird dann ein bestimmtes Grunddrehmoment erzeugt, das bei einer Drehbewegung der Lenkhandhabe (z. B. Lenkrad) stets wirksam ist. Ein durch die Betriebskraft erzeugtes zusätzliches Drehmoment ist hingegen variabel und wird abhängig von einem oder mehreren Betriebsparametern gesteuert.Here, the operating force in the same direction Preload act. It then becomes a certain basic torque generated when the steering handle rotates (e.g. steering wheel) is always effective. An additional one generated by the operator Torque, on the other hand, is variable and depends on one or more Operating parameters controlled.
In Umkehr dieses Prinzips ist es auch möglich, dass die Betriebskraft gegensinnig zur Vorspannkraft wirkt. Hierbei wird die Lenkwelle und damit die Lenkhandhabe durch eine relativ große Vorspannkraft zunächst blockiert. Die Betriebskraft hebt diese Blockierung gesteuert auf und reduziert die Lenkkraft auf das dem jeweiligen Betriebszustand angepasste Maß.It is the reverse of this principle also possible, that the operating force acts in the opposite direction to the pretensioning force. in this connection the steering shaft and thus the steering handle by a relative size Preload initially blocked. The operator releases this block in a controlled manner and reduces the steering force to that adapted to the respective operating state Measure.
Besonders einfach lässt sich die Vorspannkraft durch eine Feder, insbesondere Druckfeder, aufbringen.It is particularly easy apply the preload force using a spring, especially a compression spring.
Die Betriebskraft kann sehr leicht dadurch erzielt werden, dass der Kolben hydraulisch beaufschlagbar ist.The operating force can be very easy can be achieved in that the piston can be acted upon hydraulically is.
Es ist aber auch möglich, zur Erzeugung der Betriebskraft den Kolben mechanisch zu beaufschlagen, insbesondere elektromechanisch.But it is also possible to Generating the operating force to mechanically press the piston, especially electromechanical.
Dabei ist es günstig, wenn mit dem Kolben ein Elektromagnet in Wirkverbindung steht, der an eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeschlossen ist. Durch Ansteuerung des Elektromagneten mit Hilfe der Steuer- und/oder Regeleinrichtung lässt sich die Betriebskraft gezielt einstellen.It is beneficial if with the piston Electromagnet is operatively connected to a control and / or Control device is connected. By controlling the electromagnet with the help of the control and / or regulating device adjust the operating force in a targeted manner.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Endung liegt auf der dem Konus entgegengesetzten Seite des Kolbens eine Druckfeder und eine Kolbenstange an, deren kolbenfernes Ende mit einem ersten Hebelarm eines gelenkig gelagerten Hebels gekoppelt ist, dessen zweiter Hebelarm mit dem Elektromagnet in Verbindung steht. Durch geschickte Wahl der Hebelverhältnisse lässt sich eine Kraftverstärkung erzielen, so dass der für das Aufbringen der Betriebskraft vorhandene Elektromagnet relativ klein dimensioniert sein kann.According to an expedient embodiment of the end, there is a compression spring and a piston rod on the side of the piston opposite the cone, the end of which is remote from the piston with a first lever arm of an articulated lever is coupled, the second lever arm is connected to the electromagnet. By skillfully selecting the lever ratios, a force amplification can be achieved, so that the electromagnet available for applying the operating force can be of relatively small dimensions.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die von dem Lenkkraftsimulatorerzeugte Lenkkraft abhängig von der Drehgeschwindigkeit der Lenkwelle und/oder der Winkelstellung mindestens eines gelenkten Rades steuerbar ist.An advantageous embodiment of the Invention provides that that generated by the steering force simulator Steering force dependent at least on the rotational speed of the steering shaft and / or the angular position a steered wheel is controllable.
Dadurch lassen sich mehrere Wirkungen erzielen: Bei zu schnellem Drehen des Lenkrads, also dann, wenn die gelenkten Räder der Drehbewegung der Lenkhandhabe nicht schnell genug folgen können, kann die Lenkkraft deutlich spürbar erhöht werden. Der Fahrer erhält also eine analoge Rückmeldung.This can have several effects achieve: If the steering wheel is turned too quickly, i.e. if the steered wheels cannot follow the turning movement of the steering handle quickly enough the steering force is clearly noticeable elevated become. The driver receives so an analog feedback.
Ferner ist es möglich, die Lenkkraft zu erhöhen, wenn sich ein gelenktes Rad (oder beide) am Anschlag befindet. Schließlich kann auch die Lenkkraft proportional zum Einschlag der gelenkten Räder bzw. zum Drehwinkel der Lenkhandhabe gesteuert werden. Hierbei steigt bei Kurvenfahrt für kleine Lenkradien (großer Lenkeinschlag) die Lenkkraft zunehmend an. Dadurch wird beispielsweise bei einem Gabelstapler die Sicherheit gegen Umkippen erhöht. Auch eine zusätzliche Beeinflussung der Lenkkraft in Abhängigkeit von der vorhandenen Fahrgeschwindigkeit ist möglich.It is also possible to increase the steering force if a steered wheel (or both) is at the stop. Finally, can also the steering force proportional to the turning of the steered wheels or can be controlled to the angle of rotation of the steering handle. This increases when cornering for small steering radii (large Steering angle) the steering force increasingly. This will, for example The safety against tipping over is increased in a forklift. Also an additional Influencing the steering force depending on the existing one Driving speed is possible.
Sofern der Kolben in einem Gehäuse angeordnet ist, in dem die Lenkwelle gelagert ist, wird kein separates Gehäuse für den Lenkkraftsimulator benötigt.If the piston is arranged in a housing is in which the steering shaft is mounted, no separate housing for the steering force simulator needed.
Zweckmäßigerweise ist in dem Gehäuse auch der Lenksignalgeber angeordnet, beispielsweise axial zwischen zwei zur Lagerung der Lenkwelle vorgesehenen Wälzlagern.It is also expedient in the housing the steering signal transmitter arranged, for example axially between two Rolling bearings provided for the bearing of the steering shaft.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse zumindest im Bereich des Kolbens flüssigkeitsdicht ausgebildet. Dadurch lässt sich der Kolben auf einfachste Weise mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit beaufschlagen, wobei durch Druckmodulation die Betriebskraft im gewünschten Maße gesteuert wird. Der Flüssigkeitsdruck kann von einem im Fahrzeug ohnehin vorhandenen System abgezweigt werden, wodurch sich der Aufwand auf eine geeignete Druckmodulationseinrichtung beschränkt.According to a further embodiment the invention is the housing liquid-tight at least in the region of the piston. This allows the piston in the simplest way with hydraulic fluid under pressure act upon, the pressure in the operating force in desired Dimensions controlled becomes. The fluid pressure can branch off from a system already present in the vehicle be, which affects the effort on a suitable pressure modulation device limited.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung in einem Flurförderzeug, weil das Fahrverhalten und die Fahrsicherheit günstig beeinflusst werden.The use is particularly advantageous the steering device according to the invention in an industrial truck, because driving behavior and driving safety are influenced favorably.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigtOther advantages and details The invention are illustrated in the schematic figures embodiment explained in more detail. there shows
Die Lenkvorrichtung weist eine im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Lenkrad ausgebildete Lenkhandhabe
Unterhalb der Lenkwelle
Das flüssigkeitsdicht ausgeführte Gehäuse
Durch die Vorspannkraft und die Betriebskraft
wird infolge der Wirkung des durch den Außenkonus
Bei der in
Zu diesem Zweck ist ein Elektromagnet
Die konische Ausbildung des Reibflächenpaars
erweist sich für
die Betätigung
des Kolbens
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