DE19814719A1 - Electric servo steering device for an automobile - Google Patents

Electric servo steering device for an automobile

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DE19814719A1
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Peter Brenner
Martin Budaker
Gerhard Ruck
Juergen Schuele
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ZF Friedrichshafen AG
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • H02K7/1166—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion comprising worm and worm-wheel

Abstract

The electric servo steering has an input shaft (2) coupled to a manual steering wheel (4), providing the steering torque for the steered vehicle wheels, with detection of the direction. Magnitude of the steering torque acting on the input shaft is used for controlling an asynchronous electric motor (7) via an external rotary field. An auxiliary torque acting on the input shaft or the steering mechanism controls the steered wheels.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Hilfskraftlenkung enthält eine Ein­ gangswelle, die mit einem Lenkhandrad in Wirkverbindung steht und die zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Drehmomentes dient. Ein Ausgangsglied steht mit den zu lenkenden Rädern in Wirkver­ bindung. Ein Elektromotor, durch den eine Hilfskraft auf die Eingangswelle oder das Ausgangsglied ausgeübt werden kann, ist an der Hilfskraftlenkung angeordnet. Die Ein­ gangswelle und das Ausgangsglied sind über ein drehelasti­ sches Glied derart miteinander verbunden, daß zwischen der Eingangswelle und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdreh­ bewegung möglich ist. Zum Erfassen der Richtung und der Stärke eines auf die Eingangswelle wirkenden Lenkdrehmomen­ tes dient eine Erfassungseinheit.The invention relates to an electrically assisted Power steering for motor vehicles according to the generic term of claim 1. The power steering includes an on gear shaft in operative connection with a steering handwheel stands for the transmission of one for the steering of steering wheels required torque. A The output link is in active connection with the wheels to be steered binding. An electric motor through which an assistant turns up the input shaft or the output member are exerted can, is arranged on the power steering. The one gear shaft and the output member are via a torsional elastic cal link connected so that between the Input shaft and the output member a limited twist movement is possible. To detect the direction and the Strength of a steering torque acting on the input shaft tes serves a registration unit.

Eine derartige elektrisch unterstützte Hilfskraftlen­ kung ist beispielsweise bekannt aus der DE-C2-44 07 729. Bei dieser Hilfskraftlenkung wird ein Elektromotor mit ei­ nem Permanentmagneten verwendet. Eine solche Hilfskraftlen­ kung benötigt zwischen dem Elektromotor und dem Antriebs­ teil der Lenkung eine Kupplung. Dadurch kann bei einem Störfall im elektrischen bzw. elektronischen Teil der Anla­ ge der Elektromotor vom Antriebsteil der Lenkung getrennt werden. Dies ist aus Sicherheitsgründen unbedingt erforder­ lich, da sich im Störfall bei einer Drehung des Rotors die sich auf dem Rotor befindlichen Permanentmagnete in der feststehenden Wicklung bewegen. Ein Magnetfeld, das sich durch diese Bewegung ändert, erzeugt einen elektrischen Strom, so daß sich z. B. bei einem Kurzschluß der Rotor nur noch durch ein von außen aufgebrachtes Drehmoment bewegen läßt. Dieses zusätzliche Drehmoment muß vom Fahrer des Fahrzeugs über das Lenkhandrad aufgebracht werden. Das be­ deutet, daß die Hilfskraftlenkung im Störfall unzulässig schwergängig wird bzw. blockiert.Such an electrically assisted assistant Kung is known for example from DE-C2-44 07 729. In this power steering system, an electric motor with egg used permanent magnet. Such assistants kung is needed between the electric motor and the drive part of the steering a clutch. This can result in a Incident in the electrical or electronic part of the system ge the electric motor is separated from the drive part of the steering become. This is essential for security reasons Lich, because in the event of a malfunction when the rotor rotates permanent magnets located on the rotor in the move the fixed winding. A magnetic field that is through this movement changes, creates an electrical Electricity so that z. B. in the event of a short circuit the rotor only  still move by an externally applied torque leaves. This additional torque must be the driver of the Vehicle can be applied via the steering wheel. That be indicates that the power steering is inadmissible in the event of an accident becomes stiff or blocked.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße, elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung da­ hingehend zu verbessern, daß bei einem Störfall im elektri­ schen oder elektronischen Teil der Lenkung das Antriebsteil der Lenkung durch den Elektromotor nicht in unzulässiger Weise beeinflußt wird.The invention has for its object a gat appropriate, electrically assisted power steering there to improve that in the event of an accident in the electri or electronic part of the steering the drive part the steering by the electric motor is not inadmissible Way is affected.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichnete elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung gelöst. Die Lösung erfolgt insbesondere dadurch, daß bei einer gat­ tungsgemäßen Hilfskraftlenkung daß der Elektromotor als Asynchronmotor ausgebildet ist und über ein von außen vor­ gegebenes Drehfeld angesteuert wird. Durch die Verwendung eines solchen Elektromotors ohne Permanenterregung und ohne elektronische Kommutierung kann auf ein zusätzliches Trenn­ glied zwischen dem Elektromotor und dem Antriebsteil der Lenkung verzichtet werden.This object is characterized by the in claim 1 drew electrically assisted power steering solved. The solution takes place in particular in that at a gat tional power steering that the electric motor as Asynchronous motor is designed and from the outside in front given rotating field is controlled. By using it of such an electric motor without permanent excitation and without Electronic commutation can be separated link between the electric motor and the drive part of the Steering can be dispensed with.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.Appropriate and advantageous embodiments of the Er invention are specified in the subclaims.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu­ tert. In the following the invention is based on one in the Drawing illustrated embodiment explained in more detail tert.  

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den Aufbau einer elektrisch unterstützten Hilfskraftlenkung in schematischer Darstel­ lung; Figure 1 shows the structure of an electrically assisted power steering system in a schematic representation.

Fig. 2 den Längs-Schnitt durch den Elektromotor aus Fig. 1 nach der Linie II-II. Fig. 2 shows the longitudinal section through the electric motor of Fig. 1 along the line II-II.

Die elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung enthält in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ein Lenkgetriebe in der Form einer Zahnstangenlenkung 1. Eine solche Zahnstan­ genlenkung ist allgemein bekannt und wird deshalb nicht näher beschrieben. Ein nicht dargestelltes Ritzel der Zahn­ stangenlenkung trägt eine Eingangswelle 2, die - beispiels­ weise über eine mit Kreuzgelenken versehene Lenksäule 3 - mit einem Lenkhandrad 4 in Wirkverbindung steht. Anstelle einer Zahnstangenlenkung kann auch ein anderes Lenkgetrie­ be, beispielsweise eine Kugelmutterlenkung, verwendet wer­ den.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the electrically assisted power steering system contains a steering gear in the form of a rack and pinion steering system 1 . Such steering rack steering is generally known and is therefore not described in detail. A not shown pinion of the rack and pinion steering carries an input shaft 2 , which is - for example via a steering column provided with universal joints 3 - with a steering handwheel 4 in operative connection. Instead of a rack and pinion steering, another steering gear can be used, for example a ball nut steering, who the.

Eine nicht dargestellte Zahnstange der Zahnstangenlen­ kung 1 bildet zusammen mit zwei Lenkschubstangen 5 und 6 ein Ausgangsglied, das mit nicht dargestellten, zu lenken­ den Rädern in Wirkverbindung steht. Die Zahnstange bildet außerdem das Antriebsteil der Lenkung.A not shown rack of Zahnstangenlen kung 1 forms together with two steering push rods 5 and 6 an output member which is operatively connected to steer the wheels, not shown. The rack also forms the drive part of the steering.

Mit einer solchen Hilfskraftlenkung kann ein Lenk­ drehmoment von dem Lenkhandrad 4 zu den zu lenkenden Rädern übertragen werden.With such power steering, a steering torque can be transmitted from the steering handwheel 4 to the wheels to be steered.

Durch einen Elektromotor 7 kann eine Hilfskraft auf die Eingangswelle 2 ausgeübt werden. In dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1 ist der Elektromotor 7 derart angeordnet, daß seine Achse senkrecht zu der Achse der Eingangswelle 2 und damit des Ritzels steht. Seine Achse kann auch unter einem anderen Winkel zur Achse der Eingangswelle stehen, beispielsweise unter einem Winkel von 60° bis 130°.An auxiliary force can be exerted on the input shaft 2 by an electric motor 7 . In the Ausführungsbei game of FIG. 1, the electric motor 7 is disposed such that its axis is perpendicular to the axis of the input shaft 2 and thus of the pinion. Its axis can also be at a different angle to the axis of the input shaft, for example at an angle of 60 ° to 130 °.

Mit gleicher oder ähnlicher Wirkung kann der Elektro­ motor 7 derart angeordnet werden, daß seine Achse parallel zu der Achse der Eingangswelle 2 und damit des Ritzels oder eines anderen Teiles der Lenksäule 3 angeordnet ist.With the same or similar effect, the electric motor 7 can be arranged such that its axis is arranged parallel to the axis of the input shaft 2 and thus of the pinion or another part of the steering column 3 .

In den beiden bisher beschriebenen Anordnungsarten des Elektromotors 7 wirkt dieser auf die Eingangswelle 2 und das Ritzel der Zahnstangenlenkung 1. Ebenso kann der Elek­ tromotor 7 derart angeordnet werden, daß seine Achse paral­ lel oder koaxial zu der Achse der Zahnstange der Zahnstan­ genlenkung 1 liegt.In the two types of arrangement of the electric motor 7 described so far, it acts on the input shaft 2 and the pinion of the rack and pinion steering 1 . Likewise, the elec tric motor 7 can be arranged such that its axis is parallel or coaxial to the axis of the rack of the toothed rack gene steering 1 .

Erfindungsgemäß ist der Elektromotor 7 als Asynchron­ motor ausgebildet. Der Asynchronmotor besteht im wesentli­ chen aus einem drehbaren Rotor 8 und einer feststehenden Wicklung 9. Die Ansteuerung des Elektromotors 7 erfolgt dadurch, daß über Steuer- und Schaltelemente ein Drehfeld von außen vorgegeben wird.According to the electric motor 7 is designed as an asynchronous motor. The asynchronous motor consists essentially of a rotatable rotor 8 and a fixed winding 9 . The control of the electric motor 7 takes place in that a rotating field is predetermined from the outside via control and switching elements.

Der Rotor 8 ist zweckmäßigerweise als Käfigläufer oder als Kurzschlußläufer ausgeführt. Ein solcher Motor funktio­ niert nach dem Asynchronprinzip. Da ein solcher Elektromo­ tor keine Permanentmagnete benötigt, wird bei einem Stör­ fall im elektrischen bzw. elektronischen Teil der Anlage beim Drehen des Rotors 8 kein Magnetfeld erzeugt, welches die Drehbewegung des Rotors 8 beeinflussen bzw. hemmen wür­ de. Dadurch wird gewährleistet, daß der Kraftfluß von dem Lenkhandrad 4 zu den gelenkten Rädern in einem Störfall nicht beeinträchtigt wird. The rotor 8 is expediently designed as a squirrel-cage rotor or as a short-circuit rotor. Such a motor works on the asynchronous principle. Since such an electromo tor does not require permanent magnets, no magnetic field is generated in the event of a malfunction in the electrical or electronic part of the system when the rotor 8 is rotated, which would influence or inhibit the rotary movement of the rotor 8 . This ensures that the flow of force from the steering handwheel 4 to the steered wheels is not impaired in the event of an accident.

Die Regelung des Elektromotors 7 erfolgt in bekannter Weise durch Drehzahl- und Drehrichtungssensoren.The control of the electric motor 7 is carried out in a known manner by speed and direction sensors.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wicklung 9 platzsparend direkt in einem Lenkungsgehäu­ se 10 eingebaut und durch einen Anschlag 11 und einen axial vorgespannten Deckel 12 gegen axiale und radiale Bewegung gesichert.In the embodiment shown in FIG. 2, the winding 9 is installed directly in a space-saving manner in a steering housing 10 and secured against axial and radial movement by a stop 11 and an axially preloaded cover 12 .

Neben dieser Ausführungsform ist es möglich, den Elek­ tromotor 7 als komplette Einheit an das Lenkungsgehäuse 10 anzuflanschen.In addition to this embodiment, it is possible to flange the electric motor 7 as a complete unit to the steering housing 10 .

Das von dem Elektromotor 7 erzeugte Hilfsdrehmoment wird über eine Schnecke 13 und ein Schneckenrad 14 auf die Eingangswelle 2 übertragen. The auxiliary torque generated by the electric motor 7 is transmitted to the input shaft 2 via a worm 13 and a worm wheel 14 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Zahnstangenlenkung
Rack and pinion steering

22nd

Eingangswelle
Input shaft

33rd

Lenksäule
Steering column

44th

Lenkhandrad
Steering wheel

55

Lenkschubstange
Steering push rod

66

Lenkschubstange
Steering push rod

77

Elektromotor
Electric motor

88th

Rotor
rotor

99

Wicklung
Winding

1010th

Lenkungsgehäuse
Steering housing

1111

Anschlag
attack

1212th

Deckel
cover

1313

Schnecke
slug

1414

Schneckenrad
Worm wheel

Claims (5)

1. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge,
  • - mit einer Eingangswelle (2), die mit einem Lenkhand­ rad (4) in Wirkverbindung steht, zur Übertragung eines für das Lenken von zu lenkenden Rädern erforderlichen Lenkdrehmomentes,
  • - mit einem Ausgangsglied, das mit den zu lenkenden Rä­ dern in Wirkverbindung steht,
  • - mit einem Elektromotor (7), durch den eine Hilfskraft auf die Eingangswelle (2) oder das Ausgangsglied aus­ geübt werden kann,
  • - mit einer Erfassungseinheit zum Erfassen der Richtung und der Stärke eines auf die Eingangswelle (2) wir­ kenden Lenkdrehmomentes,
dadurch gekennzeichnet, daß der Elektro­ motor (7) als Asynchronmotor ausgebildet ist und über ein von außen vorgegebenes Drehfeld angesteuert wird.1. Electrically assisted power steering for motor vehicles,
  • - With an input shaft ( 2 ), which is in operative connection with a steering wheel ( 4 ), for transmitting a steering torque required for steering wheels to be steered,
  • - With an output member that is operatively connected to the wheels to be steered,
  • - With an electric motor ( 7 ) through which an auxiliary force can be exercised on the input shaft ( 2 ) or the output member,
  • with a detection unit for detecting the direction and the strength of a steering torque acting on the input shaft ( 2 ),
characterized in that the electric motor ( 7 ) is designed as an asynchronous motor and is controlled via an externally predetermined rotating field. 2. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehfeld über Steuer- und Schaltelemente von außen vorgege­ ben wird.2. Electrically assisted power steering according to An saying 1, characterized in that the Rotating field from the outside via control and switching elements will. 3. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung nach ei­ nem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektromotor einen Rotor auf­ weist, der als Käfigläufer oder als Kurzschlußläufer ausge­ führt ist. 3. Electrically assisted power steering according to ei nem of claims 1 or 2, characterized records that the electric motor has a rotor points out as a squirrel-cage rotor or as a short-circuit rotor leads is.   4. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Elektromotor (7) mit einer Schlupfregelung ausgeführt ist.4. Electrically assisted power steering according to claim 3, characterized in that the electric motor ( 7 ) is designed with a slip control. 5. Elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektromotor (7) eine Wicklung aufweist, die direkt in einem Lenkungsgehäuse (10) einge­ baut ist.5. Electrically assisted power steering according to egg NEM of claims 1 to 4, characterized in that the electric motor ( 7 ) has a winding that is built directly into a steering housing ( 10 ).
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