DE19914383A1

DE19914383A1 - Lenkanlage

Info

Publication number: DE19914383A1
Application number: DE1999114383
Authority: DE
Inventors: Jochen Schneider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-05

Abstract

Lenkanlage mit einem Aktuator, welcher mit einer Steuereinheit in Verbindung steht, welche bei einer Lenkbewegung am Aktuator über eine Fremdkrafteinrichtung die Fahrzeugräder bewegt. Der Lenkradaktuator besteht aus einem Antriebsmotor (6), welcher der Lenkbewegung entgegenwirkt und koaxial aufgebauten Sensoren (2, 4) und einem Drehmomenterfassungsgerät (8), welche die Lenkwinkel und das anstehende Drehmoment am Lenkrad ermitteln. Der Antriebsmotor (6) und die Sensoren (2, 4) sind koaxial aufgebaut.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkanlage nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Bei diesen Lenkanlagen führt eine Fremdkrafteinrich tung immer dann eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder aus, wenn eine Veränderung des Lenkwinkels an einem Lenkradak tuator, hervorgerufen durch einen Lenkeinschlag an einem Lenkrad, gegeben ist. Um dem Fahrer ein realistisches Lenk gefühl am Lenkrad zu vermitteln, ist es notwendig, am Lenk radaktuator über einen Antriebsmotor eine Gegenkraft zu erzeugen. Damit auch bei schnellen Änderungen der Lenkbewe gung die Gegenkraft dieser Lenkbewegung folgen kann, ist es notwendig, den Lenkradaktuator hochdynamisch auszuführen. Da keine mechanische Verbindung zwischen der Fremdkraftein richtung für die Lenkbewegung der Fahrzeugräder und dem Lenkradaktuator besteht, ist es notwendig, den Lenkradak tuator als Teil der Lenkanlage, als redundantes System auf zubauen. Da für die Abmessungen des Lenkradaktuators nur der Bauraum einer derzeitigen mechanischen Lenkung zur Ver fügung steht, ist der Lenkradaktuator kompakt auszuführen.

Die EP 0 339 612 B1 offenbart einen Lenkradaktuator, bei welchem die Gegenkraft zur Erzeugung eines realisti schen Lenkgefühls über einen Antriebsmotor erzeugt wird, welcher über Stirnradgetriebe mit dem Lenkrad verbunden ist. Durch die Verwendung eines Stirnradgetriebes benötigt dieser Aktuator einen hohen Raumbedarf. Da der Antriebsmo tor über mehrere Stirnradgetriebe mit dem Lenkrad verbunden ist, ist es nicht möglich, bei schnellen Lenkbewegungen ein ausreichendes Gegendrehmoment zu erzeugen, welches den me chanischen Lenkanlagen entspricht, da durch die erhöhte Massenträgheit dieses Systems keine ausreichende Dynamik vorhanden ist. Zur Messung des Lenkwinkels wird nur ein inkrementaler Sensor verwendet. Durch die Verwendung nur eines Sensors ist bei Ausfall dieses Sensors kein redundan tes System vorhanden. In dem ein inkrementaler Sensor ver wendet wird, kann nach abgeschalteter Spannungsversorgung die Position des Lenkrads nicht mehr bestimmt werden, da diese Art von Sensor nur Lenkwinkeländerungen aufzeichnen kann.

Die DE 42 07 719 A1 offenbart eine Lenkanlage, bei welcher über einen Antriebsmotor, welcher auf ein Stirnrad getriebe wirkt ein Gegendrehmoment erzeugt wird, um ein realistisches Lenkgefühl zu vermitteln. Bei der Steuerung des Antriebsmotors welcher ein Gegendrehmoment erzeugt wird das tatsächliche Drehmoment, das dieser Antriebsmotor ab gibt, nicht gemessen, wodurch kein Soll-Ist-Wert-Vergleich möglich ist und somit das aufgebrachte Gegendrehmoment nicht geregelt werden kann. In dem als Untersetzungsge triebe zwischen Antriebsmotor und Lenkspindel ein Stirnrad getriebe verwendet wird, kann der Antriebsmotor den schnel len Lenkbewegungen nicht folgen, und zeichnet sich somit durch eine ungenügende Dynamik aus. Auch wird durch diese Anordnung keine ausreichend kompakte Antriebseinheit ge schaffen.

Die EP 0 447 626 B1 offenbart eine kybernetische Len kung, welche zur zeitweiligen Nachrüstung rechnergesteuer ter Fahrzeuge vorgesehen ist. Der Aktuator beinhaltet zwei Elektromotoren sowie Sensoren zur Drehwinkelerfassung des Lenkrades. Ein Erfassungsgerät für das Drehmoment des Lenk rades ist nicht vorhanden, so daß ein geregeltes Gegen drehmoment nicht aufgebracht werden kann. Indem der Aktua tor zwei Elektromotoren enthält, benötigt er sehr viel Bau raum. Auch ist der Einbau nur in schon vorhandene Lenksäu len möglich, welche somit nicht ersetzt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkanlage zu schaffen, welche sich dadurch auszeich net, daß der Aktuator einen geringen radialen Bauraum benö tigt, auf das Lenkrad ein geregeltes Drehmoment aufgebracht werden kann, welches auch schnellen Lenkbewegungen folgt und somit hochdynamisch ist und die Lenkradlagerung bein halten soll und eine hohe Betriebssicherheit aufweist.

Die Aufgabe wird mit einer, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen Lenkanlage gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Aktuator der Lenkanlage so ausgeführt, daß der Lenkwinkel des Lenkrades von mindestens zwei oder mehr Sensoren aufgenommen werden kann. Von diesen zwei Sensoren gibt mindestens ein Sensor ein Absolutsignal aus, um nach unterbrochener Spannungsversorgung die absolu te Stellung des Lenkrades bestimmen zu können. Der Lenkein schlag kann auch von einem anderen Bedienelement erzeugt werden, welches nicht den Aufbau eines Lenkrades aufweist. Durch die Verwendung von zwei und mehr Sensoren erhält das System eine hohe Betriebssicherheit, da es eine mehrfach Redundanz aufweist. Die zwei Sensoren sind koaxial angeord net, wobei mindestens ein Sensor gleichzeitig die Aufgabe der Lagerung der Aufnahme des Lenkrades erfüllt. Alle Sen soren weisen einen mittigen Durchbruch auf, welcher eben falls koaxial angeordnet ist, um in diesem Durchbruch das Drehmomenterfassungsgerät installieren zu können. Durch die Verwendung eines Drehmomenterfassungsgerätes ist es mög lich, die Gegenkraft, welche ein Antriebsmotor auf das Lenkrad aufbringen kann, geregelt aufzubringen. Das Drehmo menterfassungsgerät kann das Drehmoment über einen Meßvor gang der elastischen Verformung von Bauteilen oder einer Spannungs- und/oder Stromaufnahme eines Antriebsmotors be stimmen. Der Antriebsmotor ist koaxial zu den Sensoren und dem Drehmomenterfassungsgerät so wie der Aufnahme des Lenk rades angeordnet, wodurch eine sehr kompakte Bauform ent steht, welche sich zusätzlich dadurch auszeichnet, daß kei ne Stirnraduntersetzungsgetriebe mit hohen Massenträgheits momenten bewegt werden müssen und sich somit auf die Dyna mik des Systems auswirkt. Der Antriebsmotor ist vorzugswei se als bürstenloser Gleichstrommotor mit Permanentmagnet läufer und einer ein- oder mehrsträngigen Ständerwicklung ausgeführt, welche sich weiter positiv durch ein geringes Trägheitsmoment und Sinusbestromung der Wicklung auf das dynamische Verhalten des Systems auswirkt. Durch den koa xialen Aufbau der Sensoren des Drehmomenterfassungsgerätes und des Antriebsmotors, welcher sich vorzugsweise durch seine längliche Bauform auszeichnet, kann der Aktuator in den vorhandenen Bauraum, welcher normaler Weise durch eine Längssäule vorgegeben ist, eingebaut werden. Indem die Lenkradlagerung gleichzeitig die Funktion der Drehwinkeler fassung erfüllt, kann eine sehr kompakte Bauform mit wenig Bauteilen realisiert werden. Durch die Verwendung von meh reren Sensoren und der Verwendung eines Drehmomenterfas sungsgerätes wird ein regelbares System geschaffen, welches sich durch Mehrfachredundanz sowie einer geregelten Drehmo mentabgabe auszeichnet. Die Signale der Sensoren und des Drehmomenterfassungsgerätes werden an eine elektronische Steuerung übermittelt, welche dann den Antriebsmotor des Aktuators ansteuert und gleichzeitig eine Fremdkraftein richtung ansteuert, welche die Lenkbewegung der Fahrzeugrä der übernimmt.

Fig. 1 zeigt einen Lenkradaktuator, bei welchem der Antriebsmotor direkt mit der Lenkradhalterung verbunden ist.

Fig. 2 zeigt einen Lenkradaktuator, bei welchem der Antriebsmotor über eine Planetenstufe mit der Lenkradhalte rung verbunden ist.

Fig. 1

Ein Teil 1, welches zur Aufnahme eines nicht darge stellten Lenkrades verwendet wird, ist in zwei Lagern 2 in einem Gehäuse 3 gelagert. Die Lager 2 sind als Drehwinkel sensoren ausgeführt. Koaxial der Lagerung 2 nachgeschaltet ist ein Drehwinkelsensor 4 angeordnet, welcher mit dem Teil 1 in Verbindung steht und in dem Gehäuse 3 drehfest gehalten wird. Das Gehäuse 3 weist einen Flansch 5 auf, an welchem ein Antriebsmotor 6 befestigt ist. Der Antriebsmo tor 6 ist vorzugsweise als bürstenloser Gleichstrommotor mit Permanentmagnetläufer und einer ein- oder mehrsträngi gen Ständerwicklung ausgeführt. Die Abtriebswelle 7 des Antriebsmotors 6 ist drehfest mit einem Drehmomenterfas sungsgerät 8 verbunden, welches einerseits das zwischen Antriebsmotor 6 und dem Teil 1 anliegende Drehmoment ermit telt und andererseits das Drehmoment des Antriebsmotors 6 auf das Teil 1 und somit auf das Lenkrad überträgt. Somit erhält das Lenkrad ein geregeltes Gegendrehmoment vom An triebsmotor 6, wodurch der Fahrer ein realistisches Lenkge fühl erhält. Vorzugsweise besteht das Drehmomenterfassungs gerät 8 aus einem Torsionsstab mit aufgeklebten Dehnmeß streifen. Dadurch ist das Drehmomenterfassungsgerät einfach einzubauen und befindet sich in axialer Richtung im Bereich der Sensoren wodurch eine sehr kompakte Bauweise erreicht wird. Das Gehäuse 3 kann über Befestigungselemente an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt werden.

Fig. 2

Ein Teil 1 welches zur Aufnahme des Lenkrades dient ist in den Lagern 2, welche gleichzeitig die Sensoren zur Erfassung des Lenkwinkels beinhalten gelagert. Koaxial zu den Lagern 2 ist ein Drehwinkelsensor 4 angeordnet, welcher mit dem Teil 1 in Verbindung steht. Ist und sich in dem Gehäuse 3 abstützt. Durch die Öffnung in dem Sensor 4 und den Lagern 2, ist koaxial ein Drehmomenterfassungsgerät 8 zwischen dem Teil 1 und einer Planetenstufe 9 welche von einem Antriebsmotor 6 angetrieben wird, eingebaut. Die Ab triebswelle 7 des Antriebsmotors 6 treibt ein inneres Zen tralrad 10 der Planetenstufe 9 an, bei welcher das Hohl rad 11 drehfest mit dem Antriebsmotor 6 verbunden ist und der Planetenträger 12 den Abtrieb bildet und mit dem Drehmomenterfassungsgerät 8 in Verbindung steht. Durch die Verwendung einer Planetenstufe kann der Antriebsmotor 6 kompakter ausgeführt werden.

Das Drehmomenterfassungsgerät 8 kann aus einem Torsionsstab mit Dehnmesstreifen bestehen.

Da das Drehmomenterfassungsgerät 8 nicht den Sensoren 2 und 4 vor- oder nachgeschaltet angeordnet ist, sondern sich im axialen Bereich der Sensoren 2 und 4 befindet, wird ein kompakter Lenkradaktuator geschaffen.

Bezugszeichen

1

Teil

2

Lager

3

Gehäuse

4

Sensor

5

Flansch

6

Motor

7

Abtriebswelle

8

Drehmomenterfassungsgerät

9

Planetenstufe

10

inneres Zentralrad

11

Hohlrad

12

Planetenträger

Claims

1. Lenkanlage bei welcher eine Fremdkrafteinrichtung eine Lenkbewegung der Fahrzeugräder erzeugt und über eine Steuereinheit mit einem Lenkradaktuator in Verbindung steht, bei welchem über Sensoren (2, 4) ein Lenkwinkel am Bedienelement ermittelt wird und über einen Antriebsmo tor (6) ein Drehmoment erzeugt wird, welches der Lenkkraft am Lenkradaktuator entgegenwirkt und über ein Drehmomenter fassungsgerät (8) das Drehmoment des Antriebsmotors (6) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Sensoren (2, 4) den Lenkwinkel ermit teln, wovon mindestens ein Sensor (4) den Absolutwert er mittelt und das Drehmomenterfassungsgerät (8) koaxial zwi schen dem Antriebsmotor (6) und einem Teil (1) zur Aufnahme eines Lenkrades angeordnet ist.

2. Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Antriebsmotor (6) ein Drehmo menterfassungsgerät (8) und Sensoren (2, 4) für die Bestim mung eines Lenkwinkels koaxial angeordnet sind.

3. Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens eine Lagerung (2) welche ein Teil (1) zur Aufnahme eines Lenkrades lagert, als Sen sor (2) für den Lenkwinkel ausgebildet ist.

4. Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Sensor (4), welcher den Abso lutwert des Lenkwinkels bestimmt, als Hohlwellensensor aus geführt ist.

5. Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Drehmomenterfassungs gerät (8) in axialer Richtung im Bereich der Sensoren (2, 4) zur Bestimmung des Drehwinkels angeordnet ist.

6. Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Antriebsmotor (6) ein bürstenloser Gleichstrommotor mit Permanentmagnetläufer mit ein- oder mehrsträngigen Ständerwicklungen ist.

7. Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Drehmomenterfassungsge rät (8) das Drehmoment eines Antriebsmotors auf ein Teil (1) zur Aufnahme eines Lenkrades überträgt.

8. Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Drehmomenterfassungsge rät (8) als Torsionsstab mit Dehnmeßstreifen ausgebildet ist.