DE2758308A1

DE2758308A1 - Electric motor powered vehicle servo-assisted steering - uses motor current in place of steering moment as control reference

Info

Publication number: DE2758308A1
Application number: DE19772758308
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Grad Steinmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1979-07-05

Abstract

The sterring drive control is effected by monitoring the current to the electric motor (M) and hence the servo-moment as a reference quantity. The motor control unit (10) is coupled with a rotational direction switch (12)which activates the motor. In turn the motor is switched off at a predetermined min. value of current by a relay (R3). An interlocking switch system for the motor keeps it switched on up till the attainment of an absolute min. current value independent of the stering rotational direction. The switch system is coupled via diodes (D1, D2) to both connections (14, 15, L, R) of the rotational direction switch.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer elektromotorischen Servolenkeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches. Eine derartige Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge ist bereits bekannt (DT-OS 23 52 526), wobei zum Steuern des Antriebsaggregates ein Drehmomeno- oder Dreirichtungsschalter vorgesehen ist.The invention is based on an electromotive power steering device according to the genre of the main claim. Such a power steering device for motor vehicles is already known (DT-OS 23 52 526), whereby to control the drive unit a torque or three-way switch is provided.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemä.Se elektromotorische Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge besitzt eine Ansteuerschaltung, die den Servomotor je nach Lenk-Drehrlchtung und -Moment in die richtige Drehrichturlg einschaltet.Advantages of the Invention The electromotive power steering device according to the invention for motor vehicles has a control circuit that controls the servo motor depending on the direction of rotation of the steering and torque switches on in the correct direction of rotation.

Für eine derartige Schaltung könnte ein drehrichtungserkennender Drehmomentschalter benutzt werden, der jedoch wegen des nur sehr geringen zulässigen Torsionswinkels zum Messen des Drehnomentes und wegen der Schwierigkeit, das >eßsignal auf einen mechanischen Festpunkt bezogen zu erzeugen oder alternativ über Schleifringe zu führen, nur scher und damit technisch und wirtschaftlich aufwendig zu realisieren ist. Zwei andere Steuerungsmöglichkeiten, welche leichter zu realisieren wären, sind weder allein noch in Kombination miteinander als Steuersignal ausreichend: Die Drehrichtung, welche mit einem Schleppschalter sehr einfach zu erkennen wäre, würde zwar für eine Parkierhilfe genügen, da beim Stillstand eines Fahrzeuges Lenkungs-Drehrichtung und -Moment immer gegenphasig sind; Fahrgeschwindigkeitsabhängige Rückstellmomente in der Lenkung werden nicht erzeugt. Im Fahrbereich treten jedoch auch glelchphasige Lenkungs-Drehrichtungen und -Momente auf, z.B. bei Kurvenfahrt, wenn sich der Kurvenradius vergrößert: Die itloment-Wirkungsrichtung bleibt erhalten, die Lenkungs-Drehrichtung ändert sich. Weiterhin konnte die Lenkungsposition mit einem Positionsschalter ebenfalls relativ einfach bestimmt werden. Ein derartiger Schalter würde sich zwar für den Fahrbetrieb eignen, da die Phasenlage zwischen Lenkungsposition und -Moment hierbei wegen der fiückstellkraft immer gleich bleibt. Für den Parkierbereich eignet sich ein Positionsschalter nicht, da hier oent und Position durchaus gegenphasig auftreten können. Eine fahrgeschwirddigkeitsabhängige Umschaltung der beiden zuvor genannten Steuerungsmöglichkeiten wäre zwar denkbar, jedoch würde eine derartige Lösung einen unannehmbar hohen technischen Aufwand erfodern.A torque switch that recognizes the direction of rotation could be used for such a circuit can be used, but because of the very low permissible torsion angle to measure the torque and because of the difficulty of the> eating signal on a mechanical fixed point to be generated or alternatively via slip rings lead, only shear and thus technically and economically complex to realize is. Two other control options that would be easier to implement, are neither alone nor in combination with each other sufficient as a control signal: The direction of rotation, which would be very easy to recognize with a drag switch, would be sufficient for a parking aid, since the direction of rotation of the steering wheel when a vehicle is at a standstill and torque are always out of phase; Resetting torques dependent on driving speed in the steering are not generated. However, even-phase ones also occur in the driving area Steering directions of rotation and torques, e.g. when cornering, when the curve radius is enlarged: The itloment direction of action is retained, the direction of rotation of the steering changes. Furthermore, the steering position could with a position switch can also be determined relatively easily. Such a switch would turn out to be Suitable for driving, as the phase position between steering position and torque always remains the same because of the restoring force. Suitable for the parking area a position switch is not, as it is open and the position is definitely out of phase may occur. A speed-dependent switchover of the two previously The control options mentioned would be conceivable, but such a Solution require an unacceptably high technical effort.

Aufgrund der Tatsache, daß beim Einleiten einer Lenkbewegung aus einer Drehmoment-neutralen Lage unabhängig von der Lenkungsposition immer Lenkungs-Drehsinn und -Moment gegenphasig sind, läßt sich mit einem Drehrichtungsschalter ein Steuerungsprinzip aufbauen, das hinsichtlich seiner Funktionsqualität mit einem Drehmomentschalter vergleichbar ist. Bezüglich des erforderlichen Aufwandes ist ein derartiges Steuerungsprinzip wesentlich günstiger: Das Steuerungsprinzip beruht darauf, daß das Drehrichtungssignal mit der Funktion "Servomoment", welches über den Strom des Servomotors einfach feststellbar ist, verknüpft wird.Due to the fact that when initiating a steering movement from a Torque-neutral position regardless of the steering position, always steering direction of rotation and torque are out of phase, a control principle can be implemented with a direction switch build that with a torque switch in terms of its functional quality is comparable. Such a control principle is relevant to the effort required Much more favorable: The control principle is based on the fact that the direction of rotation signal with the "servo torque" function, which can be easily determined via the current of the servo motor is linked.

Die Verknüpíung erfolgt derart, daß der Drehrichtungsschalter die Servounterstützung zu der gewünschten Drehrichtung nur einschaltet, während das Ausschalten vom Servomoment gesteuert wird. Das Ausschalten kann erst dann erfolgen, wenn das Servomoment einen vorbestimmten Mindestwert, den Leerlaufwert, erreicht hat. Eine Verriegelungsschaltung sorgt dafür, daß auch bei Übergang auf Gleichphasigkeit von Lenkungsdrehrichtung und -Moment die richtige Moment-Wirkungsrichtung, solange wie erforderliçh, erhalten bleibt. Damit ist sowohl im Fahr- wie im Parkierbereich die phasenrichtige Zuordnung von Servomement und Lenkmoment gewährleistet.The link is made in such a way that the direction of rotation switch the Servo support for the desired direction of rotation only switches on while the Switching off is controlled by the servo torque. Switching off can only take place when the servo torque reaches a predetermined minimum value, the idle value Has. An interlocking circuit ensures that even in the case of transition to in-phase the correct torque direction of action of the steering direction of rotation and torque, as long as as required, is retained. This is in both the driving and parking areas the correct phase assignment of servomement and steering torque is guaranteed.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispsiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Das Ausführungsbeispicl zeigt eine elektromechanische Steuereinrichtung mit einem mechanischen StromrelaiSim Verriegelungskreis, welches jedoch auch durch ein elektronisches Stromrelais oder durch einen Operationsverstärker ersetzt werden kann, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird.Drawing An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. The execution example shows an electromechanical control device with a mechanical current relay SIM Interlocking circuit, which, however, also by an electronic current relay or can be replaced by an operational amplifier without affecting the inventive concept is left.

Beschreibung der Erfindung In der Abbildung ist eine elektromotorische Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge dargestellt mit einem permanentmagnetisch erregten Gleichstrommton ; als Antrieb, welcher auf das nicht dargestellte Lenkgestänge eines Fahrzeuges einwirkt.Description of the invention In the figure is an electromotive Power steering device for motor vehicles shown with a permanent magnet excited DC sound; as a drive, which on the steering linkage, not shown a vehicle acts.

Der Motor M ist an eine Schaltungsanordnung 10 angeschlossen, welche einerseits über eie Leitung 11 und andererseits über einen Drehrichtungsschalter 12 und einem Getriebeschalter 13 an Masse gelegt ist. Die Strorwersorgung der Schaltungsanordnung 10 erfolgt über die Anschlußklemme U8, welche den Batterieanschltß eines Kraftfahrzeuges bezeichnet. Die Anschlüsse L und R des Drehrichtungsschalters 12 sind über getrennte Leitungen 14 und 15 sowie über jeweils eine Diode D1 und D2 mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt A verbunden, welcher über einen Arbeitskontakt r3 eines Stromrelais R3 an die Leitung 11 und somit an Masse angeschlossen ist. In der Verbindungsleitung zwischen dem Drehrichtungsschalter 12 und Masse liegt noch der Getriebeschalter 13, welcher nur im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang eine Masseverbindung herstellt, während in den höhreren Vorwärtsgängen die lasseleitung unterbrochen wird.The motor M is connected to a circuit arrangement 10, which on the one hand via a line 11 and on the other hand via a direction of rotation switch 12 and a gear switch 13 is connected to ground. The power supply of the circuit arrangement 10 takes place via the connection terminal U8, which is the battery connection of a motor vehicle designated. The connections L and R of the direction of rotation switch 12 are separate Lines 14 and 15 as well as via a respective diode D1 and D2 with a common one Connection point A connected, which via a normally open contact r3 of a current relay R3 is connected to line 11 and thus to ground. In the connecting line The gear switch is still located between the direction of rotation switch 12 and ground 13, which only has a ground connection in first forward gear and in reverse gear produces, while in the higher forward gears the letting line is interrupted will.

Der Batterieanschluß UB ist über die Ruhestellung zweier Umschaltkontakte rl und r2 sowie über die zugehorigen Relaiswicklungen R1 und R2 mit den Ar.schlußleitungen 14 und 15 des Drehrichtungsschalters 12, bzw. mit den Anoden der Dioden D1 und D2 verbunden. Die Arbeitskontakte der Umschalter rl und r2 sind mit dem gemeinsamen hnsch'ußpunkt B verbunden, welcher über das Stromrelais R3 an die Masse leitung 11, sowie über den Arbeitskontakt r3 an die elektrisch verbundenen Kathoden der Dioden D1 und 1)2 angeschlossen ist.The battery connection UB is via the rest position of two changeover contacts rl and r2 as well as the associated relay windings R1 and R2 with the connection lines 14 and 15 of the direction of rotation switch 12, or with the anodes of the diodes D1 and D2 tied together. The normally open contacts of changeover switches rl and r2 are shared with the Connection point B, which is connected to ground via the current relay R3 11, as well as via the normally open contact r3 to the electrically connected cathodes of the Diodes D1 and 1) 2 is connected.

Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Zur Steuerung des Lenkantriebes wird anstelle des normalerweise zu messenden Lenkmomentes der Motorstrom des Elektromotors erfaßt und somit das Servomoment als Bezugsgröße verwendet. Zu diesem Zweck ist die Schaltungsanordnung 10 mit dem Drehrichtungsschalter 12 gekoppelt, welcher den Elektromotor M und somit die Servounterstützung einschaltet, während das Ausschalten des Elektromotors M in Abhängigkeit vom Motorstrom bei einem vorgegebenen Mindestwert desselben mit Hilfe des Stromrelais R3 erfolgt.The circuit arrangement works as follows: To control the The steering drive is the motor current instead of the steering torque that is normally to be measured of the electric motor is detected and thus the servo torque is used as a reference value. to For this purpose, the circuit arrangement 10 is coupled to the direction of rotation switch 12, which switches on the electric motor M and thus the power assistance, while switching off the electric motor M depending on the motor current at a predetermined The minimum value of the same takes place with the aid of the current relay R3.

Die nierzu verwendete Verriegelungsschaltung enthalt im wesentlichen die Stromkreise mit den beiden Dioden D1 und D2. Die Verriegelungsschaltung hält den Elektromotor M bis zum Erreichen eines absoluten Mindest-Stromwertes eingeschaltet, unabhängig von der Lenk-Drehrichtung, d. h.The interlock circuit used nierzu essentially includes the circuits with the two diodes D1 and D2. The interlock circuit holds the electric motor M is switched on until an absolute minimum current value is reached, regardless of the steering direction of rotation, d. H.

unabhängig von der Stellung des beweglichen Schaltarmes des Drehrichtungsschalters 12.regardless of the position of the movable switching arm of the direction of rotation switch 12th

Die erfindungsgemäße Servolenkeinriel-itung ist betriebsbereit, wenn der Getriebeschalter 13 geschlossen ist, d.h. wenn entweder der erste Vorwärtsgang oder der Rückwärtsgang eingelegt sind. Über den Drehrichtungsschalter 12 ist dann je nach Drehrichtung des Lenkrades entweder die Leitung 14 oder die Leitung 15 mit Masse verbunden. Die Schaltungsanordnung 10 erhält Spannung vom BatterieanschlußUB je nach Stellung des Drehrichtungschalters 12 entweder über die Ruhestellung des Umschaltkontaktes rl und das Relais R2 oder über die Ruhestellung des Umschaltkontaktes r2 und das Relais R1. Bei Rechtsdrehung des Lenkrades fließt der Strom von Batterieanschluß B über den Ruhekontakt rl und das Relais R2 zur Masse, so daß der Kontakt r2 in seine Arbeitslage umgeschaltet wird und den Motor M über das Stromrelais R3 und ale Leitung 11 mit Masse verbindet. Bei Lenkeinschlag nach links ist der Motor M mit entgegengesetzter DRchrichtung über den Ruhekontakt r2 und den Kontakt rl in seiner Arbeitsstellung über das Stromrelais R3 mit Masse verbunden. Weiterhin fließt Strom über das Relais R1 bz. R2 und die zugehörige Diode D1 bzw. D2 über den geschlossenen Kontakt r3 nach tasse, so daß nun unabhängig vom Denkeinschlag, d.h. unabhängig von der Stellung des Drehrichtungsschalters 12 eine Verrigelung des Motorspeisekreises über das Stromrelais L und dessen Arbeitskontakt r3 bewirkt wird. Der Motor bleibt solange erregt, bis das Servomement, bzw, der zugehörige Mi Ansprechwert des Stre relais R3 absinkt. Mindeststrom unter den Die zuvor beschrieben Schaltung erfordert also zu dem ohnchin notwendigen Motorstrom-Umpolrelais, welches auch bei anderen elektromotorischen servoienkeinrichtungen erforderlich ist, nur zwei Dioden D1 und D2 und eir, Stromrelais, welches beim Ausführungsbeispiet al mech nisches Str@relais dargestellt ist. Der Dchrichtungs-Ansteuerschalter, welcher z.B. als Schleppschalter ausg@@inrt in kann, wird jedoch um Größenordnungen einfacher als ein sonst notwendiger Drehmomentschalter, wodurch die ganze Schaltung ; @ntlich vereinfacht und verbilligt wird. Außerdem gewährlein t der einfache Drehrichtungsschalter eine hohe betriebssicherheit. Die Schaltungsanordnung Rann selbstverständlich auch ohne den Getriebeschalter 13 ausgeführt den, ein ein Servobetrieb in allen Getriebestufen erwünscht ist; in diesem Fall kann beispielsweise zusätuliob das Servomoment in den verschiedenen Getriebestufen unterschied@ich gewählt werden. Wenn nur im unteren Geschwindigkeitsbereich ein Servomoment erwünscht ist, so braucht der Elektromotor M von einer geschwindigkeitsabhängigen Schalteinrichtung nur bei geringen Fahrgeschwindigkeiten eingeschaltet und bei Überschreiten einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit abgeschaltet zu werden. Dies kann bewerkstelligt werden durch den zuvor beschriebenen Getriebeschalter 13 oder durch eine andere Einschaltvorrichtung für den Elektromotor, beispielsweise einen Tachogenerator, welcher mit dem Antrieb des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist I LeerseiteThe Servolenkeinriel-itung according to the invention is ready for operation when the gear switch 13 is closed, i.e. when either the first forward gear or reverse gear is engaged. The direction of rotation switch 12 is then depending on the direction of rotation of the steering wheel either the line 14 or the line 15 with Ground connected. The circuit arrangement 10 receives voltage from the battery connection UB depending on the position of the direction of rotation switch 12 either via the rest position of the Changeover contact rl and the relay R2 or about the rest position of the changeover contact r2 and the relay R1. When the steering wheel is turned to the right, it flows the current from battery connection B via the normally closed contact rl and the relay R2 to ground, so that the contact r2 is switched to its working position and the motor M over the current relay R3 and ale line 11 connects to ground. After turning the steering on the left is the motor M with the opposite D direction via the normally closed contact r2 and the contact rl in its working position connected to ground via the current relay R3. Current continues to flow through the relay R1 or R2 and the associated diode D1 or D2 via the closed contact r3 to cup, so that now regardless of the impulse of thought, i.e. a lock regardless of the position of the direction of rotation switch 12 of the motor supply circuit via the current relay L and its normally open contact r3 will. The motor remains excited until the servo element or the associated one Mi response value of the scatter relay R3 drops. Minimum current below the previously described Circuit requires to the already necessary motor current pole reversal relay, which is also required for other electromotive servo control devices, only two diodes D1 and D2 and eir, current relay, which in the case of Ausführungsbeispiet al mechanical power relay is shown. The direction control switch, which E.g. as a drag switch can be output @@ inrt in, but it becomes much easier as an otherwise necessary torque switch, which makes the whole circuit; @ntlich is simplified and cheaper. In addition, the simple direction of rotation switch guarantees high operational reliability. The circuit arrangement Rann too, of course executed without the gear switch 13, a servo operation in all gear stages is desirable; in this case, for example, the servo torque in the different gear stages differ @ i can be selected. If only in the If a servo torque is desired in the lower speed range, the electric motor needs it M from a speed-dependent switching device only at low driving speeds switched on and switched off when a certain driving speed is exceeded to become. This can be accomplished by the gear switch previously described 13 or by another switch-on device for the electric motor, for example a tachometer generator, which is coupled to the drive of the motor vehicle I. Blank page

Claims

Claims Electromotive power steering device for motor vehicles with an electric motor, in particular a permanent magnetically excited direct current motor, which acts on the steering linkage of the vehicle, characterized in that to control the steering drive instead of the steering torque, the motor current of the electric motor (M) and thus the servo torque is detected as a reference variable.

2. Power steering device according to claim 1, characterized in that that the control device (10) for the electric motor (M) with a direction of rotation switch (12) is coupled, which the electric motor (M) and thus the servo assistance switches on while switching off the electric motor (M) depending on the motor current takes place at a predetermined minimum value (R3) of the same.

3. Power steering device according to claim 2, characterized in that that a locking circuit is provided, which the electric motor (M) up to the Achieving an absolute Minimum current value (R3) switched on h31t independent of the steering direction of rotation (12, L, R).

4. Power steering device according to claim 3, characterized gekenr.-characterized, that the interlocking circuit for the electric motor has one diode each (D1, D2) coupled to the two connections (14, 15, L, R) of the direction of rotation switch (12) is.

5. Power steering device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electric motor (M) from a speed-5 Üs-dependent switching device (13) Can only be switched on at low driving speeds and when one is exceeded certain driving speed can be switched off.

6. Power steering device according to claim 5, characterized in that a switch-on device (13) for the electric motor (M) with the gearbox of the Motor vehicle is coupled and the electric motor (M) only in certain gear stages switches on, preferably only in first forward gear and in reverse gear.