DE4040003A1

DE4040003A1 - POWER STEERING FOR VEHICLES

Info

Publication number: DE4040003A1
Application number: DE19904040003
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Miller; Peter Dipl Ing Ahner; Siegfried Dr Ing Schustek; Heiner Dipl Ing Fees; Frank Dipl Ing Frister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-12-14
Publication date: 1992-01-02
Also published as: WO1992000215A1; CS191191A3

Abstract

In a servo-assisted steering system for vehicles it is proposed to fit an electric control device (12) to which a torque sensor (17') in the steering region supplies at least the torque applied by the driver and, where appropriate, a differential pressure output signal (12C) and which controls an electric motor (11') driving a hydraulic pump (13'). The hydraulic pump is connected to a hydraulic regulator in the steering region via two pressure lines. It is thus possible to operate without play and with slip in the steering region and provide a sensitive electric control for the servo system with a possible hydraulic bypass between the two pressure lines to the regulator to obtain variable damping and/or the separation of the hydraulic steering region from the drive section.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Servolenkung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a power steering for Vehicles according to the preamble of claim 1.

Es sind eine Vielzahl von Ausführungsformen von Servo lenkungen oder Fahrzeuglenkungen mit Lenkhilfen be kannt, die mit motorischer Lenkkraftunterstützung arbeiten und hierdurch wesentlich zur Verbesserung des Fahrkomforts beitragen. Servolenkungen können mit allen möglichen Lenkungsarten bei Fahrzeuglenkungen wie z. B. Zahnstangenlenkung, Schneckenlenkung, Spin dellenkung oder Kugelumlauflenkung realisiert werden.There are a variety of embodiments of servo Steering or vehicle steering with steering aids knows that with motorized power steering work and thereby significantly improve of driving comfort. Power steering can with all possible types of steering in vehicle steering such as B. rack and pinion steering, worm steering, spin dent control or recirculating ball steering can be realized.

Servolenkungen auf hydraulischer Basis arbeiten zu meist mit einer eigenen, ständig arbeitenden Förder pumpe, die vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs permanent angetrieben wird. Die unter Druck stehende Hydraulik flüssigkeit verrichtet ihre Arbeit dann an einer Kolbenfläche im Lenkgetriebe, beispielsweise indem der Druck symmetrisch auf die Seiten eines Arbeitszylinders verteilt wird. Dabei kann ein vom Fahrer eingeleitetes Lenkmoment einen Stab tordie ren, wodurch die Öffnung von Steuerschlitzen bewirkt wird, die den unterstützenden Hydraulikdruck auf die jeweilige Kolbenseite lenken. Diese beim Lenken entstehende Druckdifferenz ergibt also eine proportionale Kraft auf den Servokolben.Hydraulic power steering systems work too mostly with its own, constantly working funding pump that from the drive motor of the motor vehicle permanent is driven. The pressurized hydraulics liquid then does its work on one Piston surface in the steering gear, for example by the print symmetrically on the sides of a Working cylinder is distributed. One of the Driver initiated steering torque a rod tordie ren, which causes the opening of control slots which is the supporting hydraulic pressure steer the respective piston side. This when steering the resulting pressure difference is one proportional force on the servo pistons.

Bekannt sind ferner elektrisch unterstützte Servolen kungen (SAE-Paper 8 51 639), die über einen Sensorbe reich verfügen, der die Momenteneinleitung durch den Fahrer eines Kraftfahrzeugs an der Lenksäule infolge Betätigen des Lenkrads erfaßt. Dies geschieht üblicherweise ebenfalls mittels einer Torsionseinrich tung, wodurch dann letztendlich ein Elektroservomotor entsprechend der gewünschten Drehrichtung angesteuert wird. Dieser unterstützt dann über ein geeignetes mechanisches Untersetzungsgetriebe direkt die vom Fahrer eingeleitete Drehbewegung der Lenksäule und damit die Radverstellung in der gewünschten Drehrich tung des Fahrzeugs. Die elektrische Grundkonzeption einer solchen Servolenkung ermöglicht den gesteuerten Eingriff bei der Stromzuführung zum Servomotor, so daß sich bei der Auslegung der Servolenkung eine Vielzahl von Variablen anbieten, um die Servowirkung in gewünschter Weise zu beeinflussen. Besonders eignen sich solche elektromotorischen Servolenkungen als Lenkhilfen für den Parkiergeschwindigkeitsbereich, da sie kostengünstig sind und als Park-Servo ganz allgemein Vorteile hinsichtlich der Handhabbarkeit eines mit einer solchen elektromotorischen Lenkhilfe ausgestatteten Fahrzeugs aufweisen.Electrically assisted servoles are also known kung (SAE paper 8 51 639), which uses a sensor rich who have the moment initiation the driver of a motor vehicle on the steering column detected as a result of operating the steering wheel. this happens usually also by means of a torsion device tion, which ultimately results in an electric servo motor controlled according to the desired direction of rotation becomes. This then supports a suitable one mechanical reduction gear directly from the Driver initiated rotary motion of the steering column and thus the wheel adjustment in the desired direction device of the vehicle. The basic electrical concept such a power steering enables the controlled Intervention in the power supply to the servo motor, see above that in the design of the power steering Offer variety of variables to the servo effect to influence in the desired way. Particularly suitable such electromotive power steering as Steering aids for the parking speed range, because they are inexpensive and quite as a park servo general advantages in terms of manageability one with such an electromotive steering aid equipped vehicle.

Bei Einsatz solcher elektromotorischen Lenkhilfen ist es andererseits aber erforderlich, bestimmte Einrichtungen oder Trennsysteme vorzusehen, die bei Ausfall oder Störungen im elektrischen System oder bei den mechanischen Komponenten der elektromotori schen Servolenkung eine Lenkbetätigung unter allen Umständen möglich machen, also den Servobereich von der manuell beeinflußbaren Lenkung abkoppeln, bei spielsweise in Form von vergleichsweise groß bauenden, elektrisch schaltbaren Trennkupplungen oder auch Freiläufen.When using such electromotive steering aids on the other hand, it is necessary to make certain To provide facilities or separation systems that at Failure or malfunction in the electrical system or in the mechanical components of the electric motor power steering one steering control among all Make circumstances possible, i.e. the servo area of Disconnect the manually controllable steering at for example in the form of comparatively large buildings, electrically switchable clutches or Freewheels.

Eine solche Trennkupplung bzw. ein Freilauf ist auch dann notwendig, wenn die elektromotorisch unterstütz ten Lenkhilfen lediglich als Park-Servo bei Parkier geschwindigkeit eingesetzt werden sollen, um also das Einparken zu erleichtern, was gleichzeitig bedeu tet, daß sie auch nur bei Geschwindigkeiten unterhalb einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit, die beispiels weise bei 25 km/h liegen kann, zum Einsatz kommen.Such a clutch or a freewheel is also then necessary if the electromotive support steering aids only as a parking servo at Parkier speed should be used, so to make parking easier, which is also important tet that they only at speeds below a predetermined limit speed, for example wise at 25 km / h can be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahr zeuglenkung mit hinsichtlich Komfort, Dynamik und fahrdynamischer Sicherheit gegenüber den herkömmlichen Servolenkungen verbesserten Eigenschaften darzustellen, die dennoch kostengünstig und einfach aufgebaut ist und in der Lage ist, eine Dämpfung in der Lenkung sicherzustellen, daß ein Aufschaukeln des Fahrzeugs bei allen vorkommenden, hauptsächlich hohen Geschwindigkeiten verhindert ist.The invention has for its object a driving steering with regard to comfort, dynamics and Dynamic driving safety compared to conventional ones To present power steering improved properties, which is nevertheless inexpensive and simple and is able to dampen in the Steering to ensure that a rocking of the Vehicle with all occurring, mainly high Speeds is prevented.

Advantages of the invention

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnen den Merkmalen des Anspruchs 1 und hat den Vorteil, daß gemäß der Erfindung zwar der Wirkungseingriff im Bereich der Spurstange bzw. Lenksäule hydraulisch spielfrei erfolgt, andererseits aber durch eine mögli che elektronische Gewinnung und Verarbeitung der jeweiligen Steuer- und Ausgangssignale universellen Ansprüchen, auch hinsichtlich Feinsteuerung der zu erzielenden Wirkungen gerecht wird, so daß die Erfin dung aus den Vorteilen beider bisher bekannten Servo lenkungs-Grundkonzeptionen, nämlich der hydrauli schen Servolenkung sowie der elektromechanischen Servolenkung ein optimales Funktionsergebnis erzielt, andererseits aber die diesen bekannten Lenkungen innewohnenden Nachteile sicher vermeidet.The invention solves this problem with the mark the features of claim 1 and has the advantage that according to the invention, the intervention hydraulic in the area of the tie rod or steering column done without play, but on the other hand by a poss electronic extraction and processing of respective control and output signals universal Claims, also with regard to fine control of the achieving effects, so that the inven from the advantages of both previously known servos basic steering concepts, namely the hydrauli power steering and electromechanical Power steering achieves an optimal functional result, on the other hand, however, the known steering systems avoids inherent disadvantages.

Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen hydrauli schen Servolenksystemen besteht ferner darin, daß die erfindungsgemäße elektrohydraulische Servolenkung über keine verschmutzungsanfälligen Ventile und Spalte verfügt, die den Druckölstrom zu den Arbeitsflächen steuern. Hydraulische Servolenksysteme herkömmlicher Art verfügen über einen umlaufenden Ölstrom, der bei dem vorliegenden elektrohydraulischen Aggregat entfällt.Another advantage over conventional hydrauli rule power steering systems is also that the Electro-hydraulic power steering according to the invention about no dirt-prone valves and gaps which has the pressure oil flow to the work surfaces Taxes. Hydraulic power steering systems more conventional Art have a circulating oil flow that in the present electrohydraulic unit not applicable.

Hieraus ergeben sich nicht nur Vorteile bezüglich des Wirkungsgrads, sondern es wird auch nur eine geringe Ölmenge benötigt. Dies führt folgerichtig dazu, daß auch nur eine geringere Ölsäule beschleunigt werden muß, im Vergleich zu den bekannten Speicherlenk systemen.This not only gives advantages in terms of of efficiency, but it will only be one small amount of oil needed. This leads logically that even a smaller oil column accelerates must be compared to the known memory steering systems.

Günstig ist ferner, daß durch eine entsprechende Motoransteuerung die hydraulische Pumpe reversibel durch den antreibenden Elektromotor das Anlenkverhalten insbe sondere gegenüber Speicherservolenksystemen wesent lich verbessert werden kann.It is also favorable that by a corresponding Motor control reversible through the hydraulic pump driving electric motor especially the articulation behavior special compared to memory power steering systems Lich can be improved.

Aufgrund der Komplettaggregatausführung bei vorliegen der Erfindung, bei der sich der Handmomentsensor am Getriebeeingang befindet und das Pumpaggregat direkt auf dem Zahnstangen- bzw. Kugelumlenk-Getriebe angeordnet werden kann, entfällt ein sonst erforder licher aufwendiger Verrohrungsaufbau. Durch die geringe Anzahl der Verschraubungen reduziert sich auch die Gefahr von Leckagen.Due to the complete unit design at present of the invention, in which the hand torque sensor at the gearbox input and the pump unit directly on the rack or ball deflection gear can be arranged, an otherwise required elaborate piping construction. Because of the low The number of screw connections is also reduced Risk of leakage.

Das erfindungsgemäße Komplettaggregat stellt ein in sich geschlossenes System dar und kann vor Einbau in ein Kraftfahrzeug geprüft werden. Dabei ist es möglich, aufgrund der hohen Energiedichte hydrauli scher Systeme die erfindungsgemäße elektrohydraulische Servolenkung problemlos durch Anpassung der Pumpen leistung an Fahrzeuge mit verschiedenen Vorderachsla sten und somit an verschiedene Lenkkräfte anzupassen. The complete unit according to the invention adjusts self-contained system and can be installed be checked in a motor vehicle. It is possible due to the high energy density hydrauli shear systems the electrohydraulic according to the invention Power steering without problems by adapting the pumps performance on vehicles with different front axles most and thus adapt to different steering forces.

Das Steuerungsteil des erfindungsgemäßen elektrohydrau lischen Komplettaggregats kann dem einer Elektroser volenkung entsprechen, mit dem wesentlichen Unter schied, daß bei einer Elektroservolenkung das erfor derliche mechanische Übersetzungsgetriebe nicht spiel frei und auch nicht verschleißfrei arbeiten kann, im Gegensatz zu einem elektrohydraulischen Getriebe wie bei vorliegender Erfindung, welches spielfrei arbeitet, aber in vorteilhafter Weise schlupfbehaf tet ist, wodurch nicht nur der Komfort und die fahrdynamische Sicherheit gegenüber herkömmlichen Servolenkungen verbessert wird, sondern beispielsweise auch die Lamellen des antreibenden Elektromotors vor schädli cher örtlicher Überhitzung und Verschleiß geschützt werden.The control part of the electrohydrau according to the invention Complete assembly can be that of an electric scooter correspond with the essential sub decided that the need for electric power steering Such mechanical transmission gear does not play can work freely and not wear-free, in contrast to an electro-hydraulic transmission as in the present invention, which is free of play works, but advantageously slip tet, which means not only comfort and driving dynamics Safety compared to conventional power steering is improved, but also, for example Slats of the driving electric motor against harmful Protected against local overheating and wear will.

Schließlich gelingt es bei vorliegender Erfindung auch, die sonst nicht zu vermeidende Momentenwellig keit sowohl des Antriebsmotors als auch des Getrie bes bei einer üblichen Elektroservolenkung, die zu Schwankungen des Unterstützungsmomentes führt, zu vermeiden, da eventuell auftretende Schwankungen bei dem bei vorliegender Erfindung verwendeten elektro hydraulischen Aggregat, bedingt durch Pumpenpulsation, mittels Miniaturdruckausgleichbehältern geglättet werden können.Finally, the present invention succeeds also, the otherwise unavoidable moments wavy speed of both the drive motor and the transmission bes with a conventional electric power steering, which too Fluctuations in the support torque leads to Avoid as fluctuations may occur in the electro used in the present invention hydraulic unit caused by pump pulsation, smoothed using miniature pressure expansion tanks can be.

Ein weiterer besonderer Vorteil vorliegender Erfin dung besteht darin, daß die Trennung der Servolenkung vom antreibenden Elektromotor durch einen einfachen hydraulischen Bypaß zwischen den beiden Anschlüs sen des hydraulischen Stellers, jedoch mittels eines elektrisch betätigbaren Ventils entsprechenden Quer schnitts realisiert werden kann, wodurch einerseits eine freie Beweglichkeit von Zylinder, Lenkrad und Spurstange auch dann sichergestellt ist, wenn der Elektromotor bzw. die von ihm angetriebene Hydraulik pumpe blockieren sollten, andererseits aber, ebenfalls durch dieses eine elektrisch betätigbare, hydrauli sche Bypaßventil eine definierte Dämpfung einge führt werden kann, die die fahrdynamische Stabilität sicherstellt. Dabei kann die Dämpfung der rückwirken den Lenkungskräfte über ein Drosselventil erfolgen oder über entsprechende Pulsationen des soeben er wähnten elektrisch betätigbaren Sicherheitsventils, welches zwischen die beiden Ausgangsanschlüsse der Pumpe geschaltet ist. Schließlich läßt sich auf diese Weise auch das gesamte Lenkhilfesystem oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit, falls gewünscht, passi vieren, um elektrische Energie zu sparen oder, insbe sondere in Verbindung mit kleineren Lenkausschlägen, überhaupt jede Lenkhilfe auszuschließen, was bei spielsweise bei Spurwechseln auf Autobahnen bei hoher Geschwindigkeit durchaus erwünscht ist, wodurch sich ein erheblicher Beitrag zur fahrdynamischen Sicher heit ergibt.Another particular advantage of the present invention tion is that the separation of the power steering from the driving electric motor to a simple one hydraulic bypass between the two connections sen of the hydraulic actuator, but by means of a electrically operable valve corresponding cross cut can be realized, which on the one hand free movement of cylinder, steering wheel and Tie rod is ensured even when the Electric motor or the hydraulics driven by it block the pump, but also, on the other hand through this an electrically operated, hydrauli cal bypass valve a defined damping that can lead to dynamic stability ensures. The damping can have a retroactive effect the steering forces take place via a throttle valve or about corresponding pulsations of the just he mentioned electrically operated safety valve, which is between the two output connections of the Pump is switched. Finally, on this Also the entire steering assistance system above one certain speed, if desired, passi four to save electrical energy or, esp especially in connection with smaller steering swings, to exclude any steering aid whatsoever for example when changing lanes on motorways at high Speed is quite desirable, which makes a significant contribution to safe driving dynamics results.

Die Erfindung stellt sicher, daß selbst bei einem starken Lenkwinkelimpuls mit anschließend freiem Lenkrad das Fahrzeug in der Lage ist, lediglich eine möglichst schnell abklingende Schwingung auszufüh ren, ohne daß ein Aufschaukeln erfolgt.The invention ensures that even with one strong steering angle pulse with free afterwards Steering wheel the vehicle is capable of only one to execute decaying vibration as quickly as possible ren without rocking.

Vorteilhaft ist ferner, daß durch den hydraulischen Steller in Form eines Hydraulikzylinders, eines auf die Lenksäule direkt arbeitenden Hydraulikmotors oder eines sonstigen, im Lenkgetriebe angeordneten hydraulischen Stellers die Lenkung, wie erwähnt, spiel frei arbeitet und dennoch sichergestellt ist, daß die Vorteile der elektrischen Auswertung eingehender Signale und der entsprechenden elektrischen Ansteue rung zum krafterzeugenden Teil feinfühlig und beson ders präzise vorgenommen werden können.It is also advantageous that the hydraulic Actuator in the form of a hydraulic cylinder, one on the steering column directly working hydraulic motor or another, arranged in the steering gear hydraulic actuator the steering, as mentioned, play works freely and yet it is ensured that the advantages of electrical evaluation in more detail Signals and the corresponding electrical control tion to the force-generating part sensitive and special that can be made precisely.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah men sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vor teilhaft ist die zusätzliche Anordnung eines Kraft sensors etwa im Bereich der Spurstange, wodurch die eingebrachte Servokraft erfaßt werden kann. Auch das Ausgangssignal gerade dieses Kraftsensors zusätz lich zu einem elektrischen Drehmomentsensor in der Lenksäule gelangt zum Steuergerät und wird wie die Momentensignale sowie eventuell weitere vorgesehene Sensorsignale (Lenkwinkel und Drehzahl des antrei benden Elektromotors) im Sinne einer Regelung verar beitet, so daß dem Leistungsteil im Steuergerät, welches den Elektromotor ansteuert, ein Stromsollwert zur Verfügung gestellt werden kann, nach dem sich die Ansteuerung des Elektromotors im Istwert dann richtet.By the measure listed in the subclaims Men are further advantageous training and Improvements of the invention possible. Especially before the additional arrangement of a force is par- ticular sensors in the area of the tie rod, whereby the introduced servo force can be detected. Also the output signal of this force sensor in addition Lich to an electrical torque sensor in the Steering column reaches the control unit and becomes like that Moment signals as well as any other intended Sensor signals (steering angle and speed of the drive electric motor) in the sense of a regulation processes so that the power section in the control unit, which controls the electric motor, a current setpoint can be made available after which the control of the electric motor in the actual value then judges.

drawing

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfol genden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Several embodiments of the invention are in the drawing and are shown in the following ing detailed description explained. Show it:

Fig. 1 schematisiert eine erste den prinzipiellen Grundaufbau angebende Ausführungsform einer elektrohydraulischen Servolenkung mit auf die Lenksäule arbeitendem Hydraulikmotor; Fig. 1 schematically shows a first embodiment of the basic structure of an electrohydraulic power steering system with hydraulic motor working on the steering column;

Fig. 2 eine mit der Darstellung der Fig. 1 vergleich bare Ausführungsform einer elektrohydrauli schen Servolenkung, bei der das Kraftwirkungs teil in Form eines Hydraulikzylinders unmittel bar auf die Spurstange arbeitet, und Fig. 2 is a comparable with the representation of Fig. 1 embodiment of an electrohydraulic power steering rule, in which the force action part in the form of a hydraulic cylinder works directly on the tie rod, and

Fig. 3 eine dritte Variante einer elektrohydrauli schen Servolenkung mit einem hydraulischen Steller im Bereich des Lenkgetriebes und Fig. 3 shows a third variant of an electrohydraulic power steering system with a hydraulic actuator in the area of the steering gear and

Fig. 4 in einer detaillierteren Darstellung die Aus führungsform einer elektrohydraulischen Servo lenkung mit zusätzlichem Differenzdrucksensor und weiteren, das Komplettaggregat ergänzenden Schaltungs- und Arbeitskomponenten. Fig. 4 in a more detailed representation of the management form of an electrohydraulic power steering system with an additional differential pressure sensor and further, the complete unit additional circuit and working components.

Description of the embodiments

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, Grundprinzipien einer hydraulischen und einer elektro mechanischen Servolenkung so zu kombinieren, daß im Sensorbereich bis zur Feinsteuerung eines eine Hydraulikpumpe antreibenden Elektromotors elektrisch/ elektronisch gearbeitet wird, während die Kraftbeauf schlagung im Lenksäulen/Spurstangenbereich über hydrau lische Steller erfolgt, die mit einem von dem antreiben den Elektromotor mitbestimmten hydraulischen Druck beaufschlagt werden.The basic idea of the present invention is Basic principles of a hydraulic and an electric to combine mechanical power steering so that in the sensor area up to the fine control of a one Hydraulic pump driving electric motor electric / is worked electronically while the Kraftbeauf Impact in the steering column / tie rod area over hydraulic The actuator is one that drives one of them the electric motor with certain hydraulic pressure be charged.

Dabei greift die elektrische Steuerung mit Vorteil noch im Bereich der symmetrischen Druckzuführung zum hydraulischen Steller ein, durch Beaufschlagung eines elektromagnetischen, also elektrisch ansteuerbaren 2/2-Wegeventils, welches bevorzugt als Proportional ventil ausgebildet ist, so daß gleichzeitig auch je weils gewünschte Dämpfungseigenschaften im hydrauli schen Stellerbereich vorgegeben werden können.The electrical control has an advantage here still in the area of the symmetrical pressure supply to hydraulic actuator by applying a electromagnetic, ie electrically controllable 2/2-way valve, which is preferred as proportional valve is designed so that at the same time depending because desired damping properties in the hydraulic controller area can be specified.

In den nachfolgenden Figuren sind gleiche und gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen; die in Fig. 1 gezeigte Servolenkung 10 umfaßt einen Elektromotor 11, der von einem elektrischen/elektroni schen Steuergerät 12 angesteuert ist und eine Hydrau likpumpe 13 je nach gewünschter Wirkungsrichtung an treibt. Dabei sind beide Drehrichtungen des Elektromo tors und damit auch der Hydraulikpumpe möglich, so daß diese einem im Bereich der Lenkung angeordneten Hydraulikmotor 14 entweder auf einer ersten hydrauli schen Druckleitung 15a oder auf einer zweiten hydrau lischen Druckleitung 15b ein geeignetes hydraulisches Druckmittel zuführt, so daß der den von der Pumpe ge lieferten Druck in Drehmoment umwandelnde Hydraulikmo tor entweder eine Links- oder Rechts-Drehbewegung aus führt. Das von dem Hydraulikmotor erzeugte Drehmoment wirkt dabei direkt auf die Lenksäule 16.In the following figures, the same and equivalent parts are provided with the same reference numerals; The power steering 10 shown in Fig. 1 comprises an electric motor 11 which is controlled by an electrical / electronic control unit's 12 and a hydraulic lik pump 13 drives depending on the desired direction of action. Both directions of rotation of the electric motor and thus also the hydraulic pump are possible, so that this supplies a suitable hydraulic pressure medium to a hydraulic motor 14 arranged in the steering area 14 either on a first hydraulic pressure line 15 a or on a second hydraulic pressure line 15 b that the ge delivered by the pump pressure in torque converting Hydraulikmo tor performs either a left or right rotary motion. The torque generated by the hydraulic motor acts directly on the steering column 16 .

Bei Lenkbewegung wird im Hydraulikmotor ein Differenz druck erzeugt, der durch den Differenzdrucksensor (27) gemessen wird und als Steuersignal für den Motor dient. During steering movement, a differential pressure is generated in the hydraulic motor, which is measured by the differential pressure sensor ( 27 ) and serves as a control signal for the motor.

Im Bereich der Lenksäule sind geeignete Drehmomentsen soren angeordnet - in den Fig. 2 und 3 mit 17 be zeichnet. Ein solcher Drehmomentsensor ist für sich gesehen bekannt und kann beispielsweise durch einen Torsionsstabbereich in der Lenksäule realisiert wer den, so daß sich hier eine Relativverdrehung ergibt, die über geeignete, auch mechanische Systeme erfaßt und in ein elektrisches, proportionales Signal umge setzt werden kann. Als einfachstes Beispiel kann durch die relative Verdrehung der Lenksäule im Torsionsstab bereich ein Potentiometer angetrieben werden, welches ein entsprechend der Momenteneinleitung durch den Fahrer proportionales Signal erzeugt und dem elektrischen Steuergerät 12 zuführt.In the area of the steering column, suitable torque sensors are arranged - in FIGS . 2 and 3 with 17 be. Such a torque sensor is known per se and can be realized, for example, by a torsion bar area in the steering column, so that there is a relative rotation that can be detected by suitable mechanical systems and converted into an electrical, proportional signal. As the simplest example, the relative rotation of the steering column in the torsion bar area can be used to drive a potentiometer which generates a signal proportional to the moment initiation by the driver and supplies it to the electrical control unit 12 .

Es ist ferner vorgesehen, zusätzlich zu dem von dem Fahrer eingespeisten Drehmoment das Summenmoment mit tels geeigneter Drehmomentsensoren zu messen. Das Sum menmoment bildet sich durch die Addition von Lenkmo ment plus dem im Servobereich erzeugten Servomoment.It is also contemplated, in addition to that of the Driver fed torque with the total torque to be measured using suitable torque sensors. The sum men moment is formed by adding Lenkmo ment plus the servo torque generated in the servo area.

Im Steuergerät 12 können verschiedene Unterstützungs kennlinien hinterlegt werden. Somit kann je nach Fahrerwunsch eine Servounterstützung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit 12b realisiert wer den.Various support curves can be stored in the control unit 12 . Thus, depending on the driver's request, servo support can be implemented as a function of the vehicle speed 12 b.

Das Steuergerät 12 verarbeitet die zugeführten Momentensignale und Fahrzeuggeschwindigkeitssignale sowie gegebenenfalls weitere Sensorsignale zu einer Istwertgröße für die Ansteuerung des Elektro motors 11, beispielsweise einen Stromsollwert, der einem im Steuergerät 12 angeordneten, nicht weiter dargestellten Leistungsteil zugeführt wird, der dann in entsprechender Weise nach Istwert/Sollwertvergleich den die Hydraulikpumpe 13 antreibenden Elektromotor 11 bestromt.The control unit 12 processes the supplied torque signals and vehicle speed signals and, if appropriate, further sensor signals into an actual value variable for the control of the electric motor 11 , for example a current setpoint value, which is supplied to a power unit, which is arranged in the control unit 12 and is not shown in any more detail. Setpoint comparison energizes the electric motor 11 driving the hydraulic pump 13 .

Durch den Einsatz eines hydraulischen Getriebes im Lenkungsbereich ist sichergestellt, daß sich ein spielfreies System ergibt, welches sich darüber hinaus auch noch in einfacher Weise vom elektrischen Bereich, also vom antreibenden Elektromotor trennen läßt. Hierzu ist es in einer Ausgestaltung vorliegender Erfindung möglich, zwischen den beiden hydraulischen Druckleitungen 15a, 15b eine hydraulische Bypaß- Querleitung 18 einzuführen, so daß zwischen den beiden Anschlüssen des hydraulischen Stellers in Form eines Hydraulikmotors 14 ein Kurzschluß hergestellt werden kann, und zwar je nach Querschnittfreigabe durch ein elektrisch betätigtes Ventil 19.The use of a hydraulic transmission in the steering area ensures that there is a backlash-free system which, moreover, can also be easily separated from the electrical area, that is, from the driving electric motor. For this purpose, it is possible in one embodiment of the present invention to introduce a hydraulic bypass cross line 18 between the two hydraulic pressure lines 15 a, 15 b, so that a short circuit can be produced between the two connections of the hydraulic actuator in the form of a hydraulic motor 14 , specifically depending on the cross-section approval by an electrically operated valve 19 .

Dadurch kann der Hydraulikmotor bzw. der hydraulische Steller frei durchdrehen, auch wenn der Elektromotor 11 bzw. die von ihm angetriebene Pumpe blockiert sein sollten.This allows the hydraulic motor or the hydraulic actuator to turn freely, even if the electric motor 11 or the pump driven by it should be blocked.

Vorteilhaft ist ferner, daß sich über den Querschnitt des hydraulischen Kurzschlusses in der Querleitung 18 ergänzend eine definierte Dämpfung einführen läßt, die für die fahrdynamische Stabilität im Lenkungsbe reich sorgt. It is also advantageous that a defined damping can additionally be introduced over the cross section of the hydraulic short circuit in the cross line 18 , which ensures rich driving dynamics in the steering area.

Vergleicht man dies mit einer elektromotorischen Servolenkung, bei der das inaktive bzw. abgeschaltete System seine Dämpfung nur aufgrund der Massenträgheit des Rotors des Elektromotors, übersetzt durch das Getriebe erfährt, so ist es im Gegensatz hierzu bei vorliegender Erfindung möglich, je nach Ansteuerung des elektrischen Ventils, vorzugsweise Proportional magnetventil in 2/2-Wegeausführung eine Variation der Dämpfung einzuführen, ohne die Eigenschaften des aktiven Systems zu beeinflussen.If you compare this with an electric motor Power steering, in which the inactive or switched off System its damping only due to inertia of the rotor of the electric motor, translated by that Gearbox experiences, it is in contrast to it The present invention possible, depending on the control of the electric valve, preferably proportional 2/2 way solenoid valve a variation of damping without introducing the properties of the active system.

Als weitere, dem Steuergerät 12 zugeführte Sensor signale können beispielsweise Lenkwinkel und Drehzahl des Elektromotors dienen; es ist aber auch möglich, hier noch weitere, in der Praxis auftretende Betriebs parameter des mit einer solchen Servolenkung ausge statteten Fahrzeugs einzuführen wie momentane Ge schwindigkeit, Gierwinkel, gegebenenfalls auch Stra ßenzustand u. dgl., so daß es in einfacher Weise und in Ergänzung zu den sich derzeit stärker entwickeln den aktiven Dämpferbeeinflussungen auch möglich ist, auf der Lenkungsseite durch die Elektronik ergänzende Signale zu verarbeiten und einzubeziehen und eine Gesamtregelung des Fahrverhaltens unter Berücksichti gung der jeweils anderen Komponenten vorzunehmen.Steering angle and speed of the electric motor can be used as further sensor signals supplied to the control unit 12 ; but it is also possible here to introduce further operating parameters of the vehicle equipped with such a power steering, such as current speed, yaw angle, possibly also road condition and the like. Like., So that it is also possible in a simple manner and in addition to the currently developing more active damper influences to process and incorporate additional signals on the steering side by the electronics and to make an overall control of driving behavior taking into account the other components .

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von der Servolenkung der Fig. 1 lediglich dadurch, daß anstelle eines Hydraulikmotors ein Hydraulikzy linder 14′ vorgesehen ist, der von der Hydraulikpumpe 13 angetrieben wird und der ebenfalls in beiden Ar beitsrichtungen den von der Hydraulikpumpe 13 erzeug ten Druck in Kraft umsetzt, die hier vorzugsweise direkt auf die Spurstange 20 einwirkt. In Fig. 2 er kennt man auch einen Spurstangen-Kraftsensor 21, der die in die Spurstange eingebrachte Servokraft in dieser erfaßt und dem Steuergerät 12 zuführt.The embodiment of Fig. 2 differs from the power steering of Fig. 1 only in that instead of a hydraulic motor a Hydraulikzy cylinder 14 'is provided, which is driven by the hydraulic pump 13 and which also in both Ar beitsrichtung generate by the hydraulic pump 13 converts th pressure into force, which preferably acts directly on the tie rod 20 here. In Fig. 2 he is also known a tie rod force sensor 21 , which detects the servo force introduced into the tie rod in this and supplies the control unit 12 .

Schließlich umfaßt die Servolenkung 10′′ entsprechend Fig. 3 einen unmittelbar im Lenkgetriebe 22 angeordne ten hydraulischen Steller in Form eines geeigneten Hydraulikzylinders. Auch hier wirkt die erzeugte hydraulische Kraft direkt auf die Spurstange, wobei der Hydraulikzylinder wie bei hydraulischen Servo lenkungen an sich üblich, in dem Lenkgetriebe 22 integriert ist.Finally, the power steering 10 '' according to FIG. 3 comprises a hydraulic actuator arranged directly in the steering gear 22 th in the form of a suitable hydraulic cylinder. Here, too, the hydraulic force generated acts directly on the tie rod, the hydraulic cylinder, as is customary in hydraulic servo steering systems, being integrated in the steering gear 22 .

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 zeigt in größerem Detail ein Komplettaggregat einer elektrohydrauli schen Servolenkung, wobei gleiche Teile wie bei den Fig. 1, 2 und 3 gleiche Bezugszeichen tragen und diesen gegenüber durch einen Beistrich oben unter schieden sind.The embodiment of FIG. 4 shows in greater detail a complete unit of an electrohydraulic power steering system, the same parts as in FIGS . 1, 2 and 3 bearing the same reference numerals and differentiated by a comma above.

Das elektronische Steuergerät 12′, welches mit Vorteil und zur schnellen sicheren Verarbeitung eingehender Signale einen Mikroprozessor, Kleinrechner o.dgl. enthalten kann, steuert über einen Leistungsteil 25 den reversiblen Elektromotor 11′ des elektro hydraulischen Druckerzeugungsaggregats an, wozu dem Elektromotor 11′ eine hydraulische Pumpe 13′ nachge schaltet ist, deren beide Ausgangsdruckanschlüsse 13a, 13b zur Zuführung des erzeugten Arbeitsdrucks über kurze Rohrverbindungsleitungen 26a, 26b mit den zugeordneten Kolbenflächen des hydraulischen Stellers und insofern auch herkömmlicher Servolenk systeme (Kugelumlauf-, Zahnstangenlenkung) verbunden sind. Das hydraulische Stelleraggregat 14′ bei der Ausführungsform der Fig. 4 umfaßt eine Zahnstange mit Hydrokolben.The electronic control unit 12 ', which advantageously and for fast, secure processing of incoming signals, a microprocessor, small computer or the like. may contain, controls the reversible electric motor 11 'of the electro-hydraulic pressure generating unit via a power unit 25 , for which purpose the electric motor 11 ' is connected to a hydraulic pump 13 ', the two output pressure connections 13 a, 13 b for supplying the generated working pressure via short pipe connecting lines 26 a, 26 b with the associated piston surfaces of the hydraulic actuator and in this respect also conventional power steering systems (recirculating ball, rack and pinion steering) are connected. The hydraulic actuator assembly 14 'in the embodiment of Fig. 4 comprises a rack with hydraulic pistons.

Zwischen die beiden Ausgangsdruckleitungen 26a, 26b ist ein Differenzdrucksensor 27 geschaltet, dessen Ausgangssignal über eine weitere Signalleitung 12c zum elektronischen Steuergerät 12′ gelangt und der Ermittlung der Unterstützungskraft (Druck) dient, wo bei der Differenzdrucksensor gleichzeitig auch rück wirkende Kräfte (Drücke) von der Straße auf die Len kung erfaßt.Between the two output pressure lines 26 a, 26 b, a differential pressure sensor 27 is connected, the output signal of which passes through a further signal line 12 c to the electronic control unit 12 'and serves to determine the support force (pressure), where the differential pressure sensor also has retroactive forces (pressures ) from the road to the steering.

Sein Sensorsignal wird zusammen mit dem auf der Steuerleitung 12a liegenden Fahrerwunsch nach Unter stützungskennlinie im Steuergerät 12′ eingelesen und mit dem über die Leitung 12b zugeführten Aus gangssignal des schon erwähnten Handmomentsensors 17′ und dem über die Anschlußleitung 12e zugeführten Aus gangssignal eines Lenkradstellungssensors 28 verar beitet.Its sensor signal is 'read and the b via line 12 supplied from output signal of the already mentioned manual torque sensor 17', together with that on the control line 12 a lying driver's wish for sub-support characteristic in the control unit 12 and supplied via the connecting line 12 E from output signal of a steering wheel position sensor 28 processed.

Entsprechende, aus diesen Eingangssignalen erarbeitete Ansteuersignale gelangen von einem Steuerteil 29, welches auch mit einer zusätzlichen Sicherheits und Selbstüberwachungsschaltung 30 korrespondiert, als Sicherheitsausgangssignal über die Verbindungslei tung 12f zum elektromagnetischen Sicherheitsventil 19′ sowie als schon erwähntes, sein Vorzeichen umkeh rendes Stromsignal über die Verbindungsleitung 12g zum Elektromotor 11′.Corresponding control signals developed from these input signals arrive from a control part 29 , which also corresponds to an additional safety and self-monitoring circuit 30 , as a safety output signal via the connecting line 12 f to the electromagnetic safety valve 19 'and, as already mentioned, its sign reversing current signal via the connecting line 12 g to the electric motor 11 '.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das elektromagnetische Sicherheitsventil 19′ als 2/3-Wegeventil ausgebildet und kann aus der in der Fig. 4 dargestellten Kurzschlußposition für die Ausgangsdruckanschlüsse der Pumpe 13′ in eine Sperr position sowie ergänzend in eine Drosselposition umgeschaltet werden, wodurch sich jeweils spezielle Wirkungen erzielen lassen. Wie weiter vorn schon mit Bezug auf das gleichwirkende elektrisch betätigte Ventil 19 erwähnt, dient die Durchlaßposition des elektromagne tischen Ventils der Herstellung eines Bypaß, so daß sich von der hydraulischen Seite her die sofor tige Passivierungsmöglichkeit für die elektrohydrau lische Servolenkung ergibt. Eine Dämpfung rückwirken der Lenkungskräfte kann über die Drosselposition des elektromagnetischen Ventils erfolgen oder durch entsprechend schnelle, also pulsierende Ansteuerungen, bei welchen das elektromagnetische Ventil schnell zwischen der Durchlaßposition und der Sperrposition umschaltet.In the embodiment shown in Fig. 4, the electromagnetic safety valve 19 'is designed as a 2/3-way valve and can be switched from the short-circuit position shown in Fig. 4 for the outlet pressure connections of the pump 13 ' in a blocking position and additionally in a throttle position , whereby special effects can be achieved in each case. As mentioned above with reference to the equivalent electrically operated valve 19 , the passage position of the electromagnetic valve serves the production of a bypass, so that from the hydraulic side there is the immediate passivation option for the electro-hydraulic power steering. A damping of the steering forces can take place via the throttle position of the electromagnetic valve or by correspondingly fast, ie pulsating controls, in which the electromagnetic valve quickly switches between the open position and the blocking position.

Vorteilhaft ist ferner die Anordnung von jeweils einem Pulsations-Ausgleichsbehälter 31a, 31b vorzugs weise angrenzend an die Pumpenauslässe 13a, 13b, so daß Wärmedehnungen, Leckverluste und Pumpenpulsa tionen ausgeglichen werden können. Mit Vorteil handelt es sich hierbei um jeweils einen Miniaturpulsations- Ausgleichsbehälter mit Entlüftung; der Luftabschei der dient dann dazu, das System inkompressibel zu gestalten.Also advantageous is the arrangement of a pulsation expansion tank 31 a, 31 b preferably adjacent to the pump outlets 13 a, 13 b, so that thermal expansion, leakage losses and pump pulsations can be compensated for. Advantageously, this is a miniature pulsation expansion tank with ventilation; the air separator then serves to make the system incompressible.

Die durch die Erfindung gewährleisteten, sehr kurzen Leitungsverbindungen ermöglichen wirkungsvoll das Vermeiden von Totzeiten, wie sie bei Speicherlenkungssystemen unvermeidlich sind. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 stellt ein kompakt bauendes Komplettaggregat dar, bei dem das Pumpaggregat aus Elektromotor 11′ und Pumpe 13′ direkt auf dem Zahnstangen- bzw. Kugelum lauflenkgetriebe angeordnet werden kann, bei dann nur sehr geringem Verrohrungsaufbau. Das elektronische Steuergerät kann an beliebiger Stelle angeordnet werden, so daß es möglich ist, auch vorhandene Len kungen oder hydraulische Servolenksysteme problemlos auf eine elektrohydraulische Servolenkung umzustellen.The very short line connections guaranteed by the invention effectively enable dead times to be avoided, as are unavoidable in memory control systems. The embodiment of FIG. 4 represents a compact complete unit, in which the pump unit from the electric motor 11 'and pump 13 ' can be arranged directly on the rack or Kugelum Lauflenkg gearbox, then with very little piping. The electronic control unit can be arranged at any point, so that it is possible to easily convert existing steering or hydraulic power steering systems to an electro-hydraulic power steering.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprü che und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungs versuche der Erfindung ohne umfassende Kenntnis des Stands der Technik und daher ohne einschränkende Präjudiz sind. Daher bleibt es vorbehalten, alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander als erfindungs wesentlich anzusehen und in den Ansprüchen niederzu legen sowie den Hauptanspruch auch durch Merkmalsredu zierung zu ändern.Finally, it is pointed out that the claims che and in particular the main claim wording try the invention without extensive knowledge of State of the art and therefore without limitation Are prejudice. Therefore, it is reserved, everyone in the description, the claims and the drawing shown features both individually as also in any combination with each other as fiction essential to look at and down in the claims as well as the main claim through feature reduction adornment to change.

Claims

1. Power steering for vehicles, characterized by

a) by an electric motor ( 11 ) driven in the desired direction of action hyd lik pump ( 13 );
b) an electrical control unit ( 12 ) which controls the electric motor ( 11 ) and has at least a torque sensor or force sensor ( 17 , 21 ) which detects at least the steering torque fed into the steering column ( 16 ) by the driver, and
c) a hydraulic actuator ( 14 , 14 '), which is connected to the hydraulic pump ( 13 ) via connecting lines ( 15 a, 15 b) for each direction of rotation and the pressure applied by this converts into force acting on the steering.

2. Power steering according to claim 1, characterized in that the hydraulic actuator is a Hydraulikmo gate ( 14 ) which converts the pressure supplied by the hydraulic pump ( 13 ) into a torque acting directly on the steering column ( 16 ).

3. Power steering according to claim 1, characterized in that the hydraulic actuator is a Hydraulikzy cylinder ( 14 '), the force generated by it acts directly on the tie rod ( 20 ) in the steering area.

4. Power steering according to claim 3, characterized in that the hydraulic pump ( 13 ) controlled hydraulic cylinder ( 14 ') is integrated in the steering gear ( 22 ).

5. Power steering according to one of claims 1 to 4, characterized in that the torque sensing device by the driver detecting torque sensor ( 17 ) is arranged in the region of the steering column.

6. Power steering according to claim 5, characterized in that the torque sensor ( 17 ) rich in the Lenksäulenbe comprises a torsion bar, the Relativver rotation after mechanical / electrical conversion is supplied to the control unit ( 12 ).

7. Power steering according to one of claims 1 to 6, characterized in that a force sensor ( 21 ) is provided and is arranged in the area of the tie rod ( 20 ) of the steering, which detects the total applied servo force and the electrical / electronic control unit ( 12 ) leads back, the additional sensor signals (steering angle, speed of the electric motor ( 11 ), operating parameters of the vehicle) are supplied and which creates a setpoint as a control variable for the hydraulic pump ( 13 ) driving electric motor ( 11 ).

8. Power steering according to one of claims 1 to 7, characterized in that a further torque sensor in the steering column forms the total torque as an addition of steering torque plus servo torque and supplies the control unit ( 12 ).

9. Power steering according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the area of hydrau mical actuator from hydraulic pumps area or hydraulic motor decoupling short circuit is provided.

10. Power steering according to claim 9, characterized in that the hydraulic short circuit is a cross connection ( 18 ) between the two hydraulic pump pe ( 13 ) with hydraulic actuator ( 14 , 15 ') connec ding pressure lines ( 15 a, 15 b).

11. Power steering according to claim 9 or 10, characterized characterized in that in the hydraulic bypass line a valve changing its cross section is arranged.

12. Power steering according to claim 11, characterized in that the valve is a from the control unit ( 12 ) controlled electromagnetic 2/2-way valve.

13. Power steering according to claim 12, characterized in that the passage cross section of the hydraulic short-determining electromagnetic valve ( 19 ) for variable damping adjustment is continuously proportional adjustable.

14. Power steering according to claim 11, 12 or 13, characterized in that the cross-section of the hy metallic short-circuit line ( 18 ) determining valve is an electromagnetic proportional valve.

15. Power steering according to one of claims 1 to 14, characterized in that the electronic control unit ( 12 ') in addition to a desired by the driver support characteristic, a vehicle speed signal, a steering wheel position sensor signal, a hand moment sensor signal, a differential pressure sensor signal is supplied to determine the support force supplied by the unit and for simultaneous detection of pressure forces acting on the steering, with appropriate processing of the signals in the control unit ( 12 ') and for controlling the electric motor and the electromagnetic safety valve ( 19 ').

16. Power steering according to one of claims 1 to 15, characterized in that the signal provided by the manual torque sensor ( 17 ') in connection with stored in the electronic control unit ( 12 ') support characteristic curves of the generation of the work required by the hydraulic pump ( 13 ') pressure for steering power support by appropriate control of this driving electric motor ( 11 ') is used.

17. Power steering according to one of claims 1 to 16, characterized in that the two pressure output connections ( 13 a, 13 b) for hydraulic short-circuiting connecting electromagnetic safety valve ( 19 ') is a 2/3-way valve with an in addition to the blocking position and the third position of the valve which generates a throttling effect.

18. Power steering according to one of claims 1 to 17, characterized in that in the hydraulic connecting lines from the pump outputs ( 13 a, 13 b) to the piston surfaces of the hydraulic power steering control actuator pulsation expansion tank ( 31 a, 31 b) are arranged .

19. Power steering according to claim 18, characterized records that the pulsation reservoir as a miniature pulsation expansion tank with Ventilation are trained.

20. Power steering according to one of claims 1 to 19, characterized in that the driving electric motor ( 11 ') and hydraulic pump ( 13 ') best existing hydraulic unit to achieve short pressure lines is arranged directly on the rack or ball planetary gear.