DE19935283A1 - Electrically aided auxiliary power steering for fitting to motor vehicles has an incoming shaft to transfer steering torque required for steering a vehicle's wheels and an electrical motor supplying auxiliary power. - Google Patents
Electrically aided auxiliary power steering for fitting to motor vehicles has an incoming shaft to transfer steering torque required for steering a vehicle's wheels and an electrical motor supplying auxiliary power.Info
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Abstract
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 Servomotor, durch den direkt oder indirekt eine Hilfskraft auf das Ausgangsglied ausgeübt werden kann, ist an der Hilfskraftlenkung angeordnet. Die Eingangswelle und das Ausgangsglied sind über ein drehelastisches Glied derart miteinander verbunden, daß zwischen der Eingangswel le und dem Ausgangsglied eine begrenzte Verdrehbewegung möglich ist. Zum kontaktfreien Erfassen der Richtung und der Stärke eines auf die Eingangswelle wirkenden Lenk drehmomentes und weiterer lenkungsspezifischer Parameter dient eine berührungsfreie Erfassungseinheit. Die Erfas sungseinheit umfaßt wenigstens einen mit der Eingangswelle bzw. dem Ausgangsglied verbundenen Sensor.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. On The output link is in active connection with the wheels to be steered binding. A servo motor, through which directly or indirectly an assistant can be exercised on the output member, is located on the power steering. The input shaft and the output member are via a torsionally elastic member connected in such a way that between the input wel le and the output member a limited twisting movement is possible. For contactless detection of the direction and the strength of a steering acting on the input shaft torque and other steering-specific parameters serves a non-contact registration unit. The Erfas solution unit comprises at least one with the input shaft or the output member connected sensor.
Eine derartige Hilfskraftlenkung ist bekannt aus der DE 38 44 578 C2. Diese Hilfskraftlenkung besteht aus einem Drehmomentmeßgerät, das einen kontaktlosen Drehmomentfühler zur Ermittlung eines längs zur Lenkwelle übertragenen Drehmomentes, eine elektronische Steuerung für das auf die Lenkwelle zu übertragende Zusatz-Drehmoment und einen Ser vomotor aufweist. Das Drehmomentmeßgerät beinhaltet neben Antriebswelle, Kupplungslager und Auswerteeinrichtung auch eine magnetische Sensoreinrichtung, die aus zwei Trommeln mit magnetisierbaren Oberflächen besteht und mit einer Ein gangs- bzw. mit einem Ausgangsglied verbunden sind.Such power steering is known from the DE 38 44 578 C2. This power steering system consists of a Torque meter, which is a contactless torque sensor to determine a longitudinally transmitted to the steering shaft Torque, an electronic control for that on the Steering shaft additional torque to be transmitted and a Ser vomotor has. The torque meter also includes Drive shaft, clutch bearing and evaluation device too a magnetic sensor device consisting of two drums with magnetizable surfaces and with an on gear or are connected to an output member.
Die Trommeln sind auf ihrem Umfang oder an ihrer Stirnflä che derart mit magnetisierbaren Medien versehen, daß sie abwechselnd magnetische Nord- und Südpole bilden. Durch Messen der Differenz der Drehwinkel der beiden Trommeln wird unter Verwendung von magnetoresistiven Elementen das Drehmoment erfaßt.The drums are on their circumference or on their forehead che provided with magnetizable media such that they alternately form magnetic north and south poles. By Measure the difference in the angle of rotation of the two drums is using magnetoresistive elements Torque detected.
Diese Anordnung erfordert eine Wickelfeder oder eine Schleifereinheit für die elektrische Verbindung der sich drehenden Trommeln.This arrangement requires a clock spring or a Grinder unit for the electrical connection of the rotating drums.
Bei Verwendung einer Wickelfeder werden für die elektrische Verbindung mehrere Kabel mit einer Länge von bis zu 2 m be nötigt. Über diese Kabel können sich elektromagnetische Störungen negativ auf die Meßsignale auswirken. Zusätzlich bergen diese langen Kabelverbindungen Risiken hinsichtlich Kabel- und Lötstellenbruch.When using a clock spring for electrical Connection of several cables with a length of up to 2 m compelled. Electromagnetic Interferences have a negative impact on the measurement signals. In addition These long cable connections pose risks in terms of Cable and solder joint break.
Wird anstelle einer Wickelfeder eine Schleifereinheit für die elektrische Verbindung verwendet, so kann es hier im Übergangsbereich zwischen Schleifer und Kontaktfläche durch Faktoren wie Verschleiß, Korrosion und Schmutzablagerungen zu ungenauen Meßergebnissen kommen.Instead of a clock spring, a grinder unit for used the electrical connection, so here it can Transition area between grinder and contact surface Factors such as wear, corrosion and dirt deposits to inaccurate measurement results.
Zudem kann es im eingebauten Zustand im Kraftfahrzeug bei Schleifereinheit und Wickelfeder durch Öl-, Schmutz- und Fettablagerungen zu Fehlfunktionen und ungenauen Meßergeb nissen kommen.In addition, when installed in the motor vehicle Grinder unit and clock spring through oil, dirt and Fat deposits for malfunctions and inaccurate measurement results nits come.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektrisch unterstützte Hilfskraftlenkung für Kraft fahrzeuge darzustellen, die lenkungsspezifische Parameter ohne zusätzliche elektrische Verbindungseinheiten erfassen kann. Insbesondere soll dadurch auch der Montageaufwand und die Störanfälligkeit reduziert werden.The present invention is based on the object an electrically assisted power steering system for power vehicles depict the steering-specific parameters without additional electrical connection units can. In particular, the assembly effort and the susceptibility to failure can be reduced.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisende, gattungsgemäße elektrisch unterstützte Hilfs kraftlenkung für Kraftfahrzeuge gelöst.The object underlying the invention is achieved by one, also the characteristic features of the main claim having generic, electrically assisted auxiliary Power steering for motor vehicles solved.
Die Lösung erfolgt insbesondere dadurch, daß der Ver drehwinkel zwischen Eingangs- und Ausgangsglied nicht di rekt gemessen wird, sondern mittels eines spielfreien Ge triebes in eine dem Verdrehwinkel proportionalen Längsbewe gung umgewandelt wird. Diese Längsbewegung ist ein Maß für das anliegende Drehmoment und wird auf ein, mindestens ei nen Nord- und mindestens einen Südpol aufweisendes, ring förmiges Element übertragen. Im Übergangsbereich zwischen Nord- und Südpol muß darauf geachtet werden, daß die Aus richtung exakt senkrecht zu einer Achse des ringförmigen Elementes erfolgt, um exakte Meßergebnisse zu erreichen. Weiterhin ist es für eine hohe Genauigkeit der Meßergebnis se erforderlich, das Getriebe so auszuführen, daß das ring förmige Element nur eine Längsbewegung entlang einer vorbe stimmten Achse ausführen kann. Diese Längsbewegung wird von einem magnetoresistiven Sensor aufgezeichnet, an die Elek tronikeinheit weitergeleitet und dort verarbeitet.The solution is particularly in that the Ver angle of rotation between input and output link not di is measured directly, but using a backlash-free Ge drive in a longitudinal movement proportional to the angle of rotation is converted. This longitudinal movement is a measure of the applied torque and is on a, at least egg ring with a north and at least one south pole shaped element transferred. In the transition area between The north and south poles must ensure that the out direction exactly perpendicular to an axis of the annular Element is done in order to achieve exact measurement results. Furthermore, it is for a high accuracy of the measurement result se required to design the gearbox so that the ring shaped element just a longitudinal movement along a vorbe aligned axis can perform. This longitudinal movement is from a magnetoresistive sensor recorded to the elec tronic unit forwarded and processed there.
Für diese Erfordernisse sind verschiedene Getriebetypen geeignet, besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung von elastischen Gelenkgetrieben und Schraubengetrieben.There are different types of gears for these requirements suitable, but the use is particularly advantageous of elastic joint gears and screw gears.
Zweckmäßigerweise kann die Elektronikeinheit zum Er fassen der lenkungsspezifischen Parameter Drehmoment und Lenkrichtung in einem einzigen Bauteil zusammengefaßt wer den. Dies ergibt wiederum einen geringen Montageaufwand. The electronics unit can expediently be used for the Er summarize the steering-specific parameters torque and Steering direction summarized in a single component the. This in turn results in little assembly effort.
Durch die Verwendung eines Elektromotors als Servomo tor können die gemessenen Parameter für die Regelung der Motordrehzahl in einfacher Weise verwendet werden und somit zu einem verbesserten Regelverhalten führen.By using an electric motor as a Servomo The measured parameters can be used to control the Engine speed can be used in a simple manner and thus lead to improved control behavior.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.Advantageous and expedient embodiments of the Er invention are specified in the subclaims. The Erfin but is not on the combinations of features of the application limited sayings, rather arise for the expert further useful combinations of requirements and individual claim characteristics from the task.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipge mäß beschrieben.Below are different based on the drawings Embodiments of the present invention in principle as described.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elek trisch unterstützten Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge am Beispiel einer Zahnstan genlenkung mit einem Getriebe der Bauart Schraubengetriebe; Fig. 1 shows a first embodiment of an elec trically assisted power steering system for motor vehicles using the example of a toothed rack gene steering with a gear of the screw gear type;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer ein elastisches Gelenkgetriebe aufweisenden elektrisch unterstützten Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge der Bauart Zahnstangen lenkung; Fig. 2 shows a second embodiment of an elastic linkage comprising electrically assisted power steering system for motor vehicles of the type steering rack;
Fig. 3 eine Darstellung der Abwicklung des in Fig. 2 dargestellten elastischen Gelenkge triebes und Fig. 3 is a representation of the processing of the elastic joint shown in Fig. 2 gear and
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen vorzugsweise zu verwendenden Elektromotor. Fig. 4 shows a longitudinal section through an electric motor to be used preferably.
Die Erfindung wird am Beispiel einer Hilfskraftlenkung mit einem Zahnstangengetriebe erläutert. Mit gleicher Wir kung kann die Erfindung jedoch auch auf andere Hilfskraft lenkungen angewendet werden, beispielsweise solche mit Ku gelmuttergetriebe oder solche, bei denen die Servoeinheit in der Lenksäule angeordnet ist oder die Zahnstange um schließt.The invention is based on the example of power steering explained with a rack and pinion gear. With the same we However, the invention can also apply to other assistants steering systems are used, for example those with Ku gel nut gearbox or those where the servo unit is arranged in the steering column or the rack around closes.
In der Fig. 1 ist als eine erste vorteilhafte Ausfüh rungsform der Erfindung ein Gehäuse 1 dargestellt, in dem ein mit einem Ausgangsglied 2 verbundenes Antriebsritzel 3 drehbar gelagert ist. Das Antriebsritzel 3 steht über eine Zahnstange 4 mit nicht dargestellten, lenkbaren Rädern ei nes Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung.In Fig. 1, a housing 1 is shown as a first advantageous embodiment of the invention, in which a drive pinion 3 connected to an output member 2 is rotatably mounted. The drive pinion 3 is operatively connected via a rack 4 with steerable wheels, not shown, of a motor vehicle.
Bei Hilfskraftlenkungen mit Kugelmuttergetriebe ersetzt eine Gewindespindel das Antriebsritzel 3.In the case of power steering systems with ball nut gears, a threaded spindle replaces the drive pinion 3 .
Das Ausgangsglied 2 ist über ein drehelastisches Glied 5 mit einer Eingangswelle 6 der Hilfskraftlenkung verbunden.The output member 2 is connected via a torsionally elastic member 5 to an input shaft 6 of the power steering system.
Die Zahnstange 4 steht über ein, vorzugsweise als Schneckengetriebe 7 ausgebildetes, Untersetzungsgetriebe antriebsseitig mit einem als Elektromotor ausgeführten Ser vomotor in Wirkverbindung. Der Servomotor kann auch als Hydromotor ausgebildet sein.On the drive side, the rack 4 is operatively connected via a reduction gear, preferably designed as a worm gear 7 , to a servomotor designed as an electric motor. The servo motor can also be designed as a hydraulic motor.
Das Gehäuse 1 ist mit einem Deckel 9 und einer Erfas sungseinheit 8 verbunden, die einen magnetoresistiven Sen sor 10, nachfolgend (MR-)Sensor genannt, enthält.The housing 1 is connected to a cover 9 and a detection unit 8 , which contains a magnetoresistive sensor 10 , hereinafter referred to as (MR) sensor.
Durch ein am Lenkhandrad aufgebrachtes Drehmoment wer den das Ausgangsglied 2 und die Eingangswelle 6 relativ zueinander verdreht. By a torque applied to the steering handwheel, who rotates the output member 2 and the input shaft 6 relative to each other.
Diese Relativbewegung wird mittels eines spielfreien Ge triebes in eine proportionale Längsbewegung 11 umgesetzt und auf ein ringförmiges Element 12 übertragen. Dieses ringförmige Element 12 weist dabei mindestens einen, minde stens einen Nord- und Südpol aufweisenden, Magnet 17 auf. Ein Übergangsbereich 13 zwischen den einzelnen Polen liegt exakt in einer Ebene, die senkrecht zu einer Längsachse des ringförmigen Elements 12 verläuft. Über ein Gewinde 15 schraubt sich das ringförmige Element 12 entlang einer vor gegebenen Achse 14 und führt somit eine definierte Längsbe wegung 11 aus. Dabei gleitet das ringförmige Element 12 in einer Längsbewegung 11 spielfrei durch die Verwendung einer Führung 16. Die Längsbewegung 11 wird von einem (MR-)Sen sor 10 gemessen und in einer Erfassungseinheit 8 weiterver arbeitet.This relative movement is implemented by means of a backlash-free gear in a proportional longitudinal movement 11 and transmitted to an annular element 12 . This annular element 12 has at least one, at least one north and south pole having magnet 17 . A transition region 13 between the individual poles lies exactly in a plane that runs perpendicular to a longitudinal axis of the annular element 12 . Via a thread 15 , the annular element 12 screws along a given axis 14 and thus performs a defined movement 11 in the longitudinal direction. In this case, the annular element 12 slides in a longitudinal movement 11 without play by using a guide 16 . The longitudinal movement 11 is measured by an (MR) sensor 10 and is further processed in a detection unit 8 .
Eine Feder 18 sorgt dafür, daß das Getriebe spielfrei ar beitet.A spring 18 ensures that the gear ar works without play.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein elasti sches Gelenkgetriebe 21 dargestellt, bei dem die Eingangs welle 6 und das Ausgangsglied 2 durch Verbindungsstellen 19 und 20 drehfest und axial fixiert miteinander verbunden sind. Das ringförmige Element 12 trägt den Magnet 17 und ist über elastische Zwischenglieder 21 mit den Verbindungs stellen 19 und 20 gekoppelt.In the embodiment according to FIG. 2, an elastic joint transmission 21 is shown, in which the input shaft 6 and the output member 2 are connected to one another in a rotationally fixed and axially fixed manner by connecting points 19 and 20 . The annular element 12 carries the magnet 17 and is via elastic intermediate members 21 with the connection points 19 and 20 coupled.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Abwicklung des in Fig. 2 dargestellten elastischen Gelenkgetriebes. Das ring förmige Element 12 und die Verbindungsstellen 19 und 20 sind über elastische Zwischenglieder 21 miteinander verbun den. Wird am Lenkhandrad ein Lenkmoment aufgebracht, so wird dies über eine Kinematik 23 von der Eingangswelle 6 an das Ausgangsglied 2 weitergeleitet. Fig. 3 shows an illustration of the development of the elastic joint transmission shown in Fig. 2. The ring-shaped element 12 and the connecting points 19 and 20 are interconnected via elastic intermediate members 21 . If a steering torque is applied to the steering handwheel, this is transmitted from the input shaft 6 to the output member 2 via kinematics 23 .
Der auftretende Verdrehwinkel von Eingangswelle 6 und Ausgangsglied 2 zueinander ist ein Maß für das anliegende Lenkmoment und wird über den (MR)-Sensor 10 gemessen und an die Erfassungseinheit 8 weitergeleitet.The angle of rotation that occurs between the input shaft 6 and the output member 2 relative to one another is a measure of the applied steering torque and is measured by the (MR) sensor 10 and passed on to the detection unit 8 .
Das Ausgangsglied 2 ist über ein Schneckengetriebe 7 mit einem in Fig. 4 dargestellten Elektromotor verbunden. Die Hauptkomponenten des Elektromotors 24 sind ein Rotor 25 und ein Stator 26. Der Stator 26 ist gehäusefest, der Ro tor 25 ist mit einer Abtriebswelle 27 und damit mit einer Schnecke 28 verbunden. Diese Schnecke 28 bildet zusammen mit einem Schneckenrad 29 das Schneckengetriebe 7. Über einen Magnetring 30 wird die Rotordrehzahl gemessen. Über die Schnecke 28 und das Schneckenrad 29 des Schneckenge triebes 7 besteht eine mechanische Verbindung zwischen dem Magnetring 30 und dem mit dem Ausgangsglied 2 verbundenen Antriebsritzel 3. The output member 2 is connected via a worm gear 7 to an electric motor shown in FIG. 4. The main components of the electric motor 24 are a rotor 25 and a stator 26 . The stator 26 is fixed to the housing, the ro tor 25 is connected to an output shaft 27 and thus to a worm 28 . Together with a worm wheel 29, this worm 28 forms the worm gear 7 . The rotor speed is measured via a magnetic ring 30 . Via the worm 28 and the worm wheel 29 of the worm gear 7 there is a mechanical connection between the magnetic ring 30 and the drive pinion 3 connected to the output member 2 .
11
Gehäuse
casing
22nd
Ausgangsglied
Output link
33rd
Antriebsritzel
Drive pinion
44th
Zahnstange
Rack
55
drehelastisches Glied
torsionally elastic link
66
Eingangswelle
Input shaft
77
Schneckengetriebe
Worm gear
88th
Erfassungseinheit
Registration unit
99
Deckel
cover
1010th
(MR)-Sensor
(MR) sensor
1111
Längsbewegung
Longitudinal movement
1212th
ringförmiges Element
annular element
1313
Übergangsbereich
Transition area
1414
Achse
axis
1515
Gewinde
thread
1616
Führung
guide
1717th
Magnet
magnet
1818th
Feder
feather
1919th
Verbindungsstelle
Liaison
2020th
Verbindungsstelle
Liaison
2121
elastisches Zwischenglied
elastic pontic
2222
Steg
web
2323
Kinematik
kinematics
2424th
Elektromotor
Electric motor
2525th
Rotor
rotor
2626
Stator
stator
2727
Abtriebswelle
Output shaft
2828
Schnecke
slug
2929
Schneckenrad
Worm wheel
3030th
Magnetring
Magnetic ring
Claims (6)
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