DE4207719A1 - Power-assisted steering gear e.g. for high-speed motor vehicles - uses redundant sensors of steering angle in control of hydraulic proportional valves and provision of reaction torque on steering column - Google Patents
Power-assisted steering gear e.g. for high-speed motor vehicles - uses redundant sensors of steering angle in control of hydraulic proportional valves and provision of reaction torque on steering columnInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Fremdkraft-Lenkanlage für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dabei wird die Lenkkraft ausschließlich von einer Energiequelle, ausgenommen die menschliche Muskelkraft, aufgebracht. An eine Lenkspindel ist eine Betätigungseinrichtung angeschlossen, durch die eine Stelleinrichtung für die Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder gesteuert wird. Die Betätigungseinrichtung wird durch eine Rückstelleinrichtung in ihre Neutralstellung zentriert.The invention relates to a power steering system for Motor vehicles according to the preamble of claim 1 steering power comes from an energy source, except human muscle power. To one Steering spindle an actuator is connected, through the one adjusting device for the adjustment of the steerable vehicle wheels is controlled. The Actuator is by a reset device centered in their neutral position.
Eine derartige Fremdkraft-Lenkanlage ist bekannt aus der DE-C2-36 07 709. Definitionsgemäß hat eine solche Fremdkraft-Lenkanlage keine mechanische Verbindung vom Lenkhandrad zu den gelenkten Fahrzeugrädern. In diesem Fall handelt es sich um eine hydrostatische Lenkanlage. Die Muskelkraft des Fahrers dient lediglich zum Verstellen eines Drehschiebers der Betätigungseinrichtung. Aus diesem Grunde ist das Fahrzeug bei einer Störung der Lenkanlage nicht mehr manövrierfähig. Die Einsatzgebiete einer derartigen Lenkanlage liegen deshalb vorwiegend bei langsam fahrenden Arbeitsmaschinen mit einer Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h.Such a power steering system is known from DE-C2-36 07 709. By definition it has one Power steering system no mechanical connection from Steering handwheel to the steered vehicle wheels. In this case it is a hydrostatic steering system. The Muscle strength of the driver is only used to adjust one Rotary valve of the actuator. For this reason the vehicle is no longer in the event of a fault in the steering system maneuverable. The areas of application of such Steering systems are therefore predominantly slow-moving Working machines with a maximum speed of 30 km / h.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fremdkraft-Lenkanlage zu schaffen, bei der auch beim Auftreten eines Fehlers eines Teiles die sichere Funktion der Lenkung erhalten bleibt. Die Lenkanlage soll auch bei schnell fahrenden Fahrzeugen eingesetzt werden können.The invention has for its object a To create power steering system, in which also Occurrence of an error of a part the safe function of the Steering remains intact. The steering system should also go fast moving vehicles can be used.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Fremdkraft-Lenkanlage gelöst. Die Lösung besteht insbesondere darin, daß die Betätigungseinrichtung zwei Lenkwinkelsensoren enthält für die durch mehrfache Redundanz sichergestellte Ermittlung eines Soll-Wertes für die Steuerung der Stelleinrichtung, daß die Betätigungseinrichtung einen Motor enthält für die Erzeugung eines auf die Lenkspindel wirkenden Rückwirkmomentes und daß der Motor und damit das Rückwirkmoment in Abhängigkeit von wenigstens einem aus dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ermittelten Parameter gesteuert wird.This object is achieved by the in claim 1 marked external power steering system solved. The solution consists in particular in that the actuator contains two steering angle sensors for the by multiple Redundancy ensured determination of a target value for the control of the actuator that the Actuator contains a motor for generation a reaction torque acting on the steering spindle and that the motor and thus the reaction torque depending on at least one from the driving state of the motor vehicle determined parameters is controlled.
Durch die redundante Anordnung der beiden Lenkwinkelsensoren ist die Sicherheit auch bei einer Fehlfunktion eines der beiden Lenkwinkelsensoren gewährleistet. Das erzeugte Rückwirkmoment gibt dem Fahrer ein gutes und sicheres Lenk- und Fahrgefühl, so daß auch höhere Geschwindigkeiten zugelassen werden können.Due to the redundant arrangement of the two Steering angle sensors is safety even with one Malfunction of one of the two steering angle sensors guaranteed. The generated reaction torque gives the driver a good and safe steering and driving feel, so that too higher speeds can be allowed.
Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Für einen sicheren Antrieb der beiden Lenkwinkelsensoren sind diese derart angeordnet, daß der eine Lenkwinkelsensor direkt an der Lenkspindel angeordnet ist, während der andere Lenkwinkelsensor durch eine Stirnrad-Übersetzungsstufe mit der Lenkspindel verbunden ist. Dabei kann der eine Lenkwinkelsensor für eine Feinauflösung und der andere für eine Grobauflösung ausgelegt sein. Es ist aber auch möglich, beide Auflösungsarten zusammen in den Lenkwinkelsensoren vorzusehen. Für eine Rückmeldung der Stellung der zu lenkenden Fahrzeugräder enthält die Stellvorrichtung wenigstens einen Sensor. Dort werden Parameter ermittelt für die Stellung der Fahrzeugräder. Mit Hilfe beispielsweise dieser Parameter wird der Motor in der Betätigungseinrichtung zur Erzeugung des Rückwirkmomentes gesteuert. Der Motor in der Betätigungseinrichtung ist zweckmäßigerweise ein Elektromotor. Dadurch ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß in der Fahrerkabine nur "saubere" Energie verwendet wird. Einen ähnlichen Vorteil bietet ein pneumatischer Motor für die Erzeugung des Rückwirkmomentes. Es ist jedoch auch ein hydraulischer Motor vorstellbar. Der Motor kann direkt oder über eine Übersetzungsstufe auf die Lenkspindel einwirken. Dadurch läßt sich die Größe des Motors und die Charakteristik des Rückwirkmomentes in Grenzen frei wählen.Appropriate and advantageous embodiments of the Invention are specified in the subclaims. For one these are safe drives for the two steering angle sensors arranged such that the one steering angle sensor directly on the steering spindle is arranged while the other Steering angle sensor with a spur gear ratio the steering spindle is connected. One can Steering angle sensor for fine resolution and the other for a rough resolution can be designed. But it is also possible both types of resolution together in the steering angle sensors to provide. For feedback on the position of the steering vehicle wheels contains the actuator at least one sensor. There parameters are determined for the position of the vehicle wheels. With help, for example this parameter becomes the motor in the actuator controlled to generate the reaction torque. The engine in the actuator is advantageously a Electric motor. This gives the additional advantage that only "clean" energy is used in the driver's cabin. A pneumatic motor offers a similar advantage the generation of the reaction torque. However, it is also a hydraulic motor imaginable. The engine can be direct or act on the steering spindle via a gear ratio. This allows the size of the engine and the characteristics of the reaction torque within limits.
Zur Lenkwinkelbegrenzung sind in der Betätigungseinrichtung für beide Lenkrichtungen Anschläge vorgesehen. Diese Anschläge können entweder als einstellbare mechanische Anschläge ausgebildet sein oder als "elektronische Anschläge", derart, daß bei Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel dem Elektromotor ein Signal zur Erhöhung des Rückwirkmomentes zugeführt wird.To limit the steering angle are in the Actuator for both steering stops intended. These stops can either be adjustable mechanical stops can be designed or as "Electronic attacks", such that when a certain angle of rotation of the steering spindle of the electric motor a signal to increase the reaction torque is supplied.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.The invention is not based on the combinations of features of claims limited. For the person skilled in the art further sensible combinations of requirements and individual claim characteristics from the task.
Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigtThe invention is based on three in the Drawing illustrated embodiments explained. It shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Betätigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Fremdkraft-Lenkanlage in einem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 1 shows a longitudinal section through the actuator of the invention servo-steering system in a first embodiment;
Fig. 2 den Querschnitt durch die Betätigungseinrichtung der Fig. 1 gemäß der Linie II-II in Fig. 1; Figure 2 shows the cross section through the actuator of Figure 1 according to the line II-II in Figure 1...;
Fig. 3 und 4 Längsschnitte durch Betätigungseinrichtungen der Fremdkraft-Lenkanlage in weiteren Ausführungsbeispielen. FIGS. 3 and 4 are longitudinal sections through actuators of the power-assisted steering system in other embodiments.
Die Fremdkraft-Lenkanlage besteht gemäß Fig. 1 im wesentlichen aus einer Betätigungseinrichtung 1 und wenigstens einer Stelleinrichtung 2 für die Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder 3.The servo-steering system is shown in FIG. 1 consists essentially of an actuating device 1 and at least one control device 2 for the adjustment of the steerable vehicle wheels 3.
Die Betätigungseinrichtung 1 enthält eine Lenkspindel 4, die in einem Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. Die Lenkspindel 4 trägt einen ersten Lenkwinkelsensor 6 und eine Ritzelverzahnung 7. Die Ritzelverzahnung 7 kämmt mit einer Innenverzahnung 8 eines Hohlrades 10. Die Innenverzahnung 8 kämmt mit einer Antriebsverzahnung 11 eines zweiten Lenkwinkelsensors 12.The actuating device 1 contains a steering spindle 4 which is rotatably mounted in a housing 5 . The steering spindle 4 carries a first steering angle sensor 6 and a pinion toothing 7 . The pinion toothing 7 meshes with an internal toothing 8 of a ring gear 10 . The internal toothing 8 meshes with a drive toothing 11 of a second steering angle sensor 12 .
An dem Hohlrad 10 sind zwei Stifte 13 und 14 angeordnet, die mit zwei Anschlägen 15 und 16 zusammenwirken. Die Anschläge 15 und 16 sind im Gehäuse 1 auf zwei Spindeln 17 und 18 einstellbar.On the ring gear 10 , two pins 13 and 14 are arranged, which cooperate with two stops 15 and 16 . The stops 15 and 16 are adjustable in the housing 1 on two spindles 17 and 18 .
Die Betätigungseinrichtung 1 enthält zusätzlich eine Rückstelleinrichtung 20. Die Rückstelleinrichtung 20 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Elektromotor 21, der über eine Abtriebsverzahnung 22 ein Zahnrad 23 antreiben kann, das mit der Lenkspindel 4 drehfest verbunden ist. Die Rückstelleinrichtung 20 ist erfindungsgemäß gleichzeitig eine Rückwirkeinrichtung, die im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert wird.The actuating device 1 additionally contains a reset device 20 . In this exemplary embodiment, the resetting device 20 consists of an electric motor 21 , which can drive a toothed wheel 23 via an output toothing 22, which gear wheel is connected to the steering spindle 4 in a rotationally fixed manner. The reset device 20 is at the same time a feedback device according to the invention, which will be explained in the further course of the description.
Von den Lenkwinkelsensoren 6 und 12 führen Signalleitungen 24, 25 bzw. 26, 27 zu einer zentralen Elektronikeinheit 28, die zur Verarbeitung, zur Verstärkung und zur Weiterleitung von Signalen eingerichtet ist. Zwei Signalleitungen 30 und 31 dienen zur Ansteuerung des Elektromotors 21. Signal lines 24 , 25 and 26 , 27 lead from the steering angle sensors 6 and 12 to a central electronics unit 28 which is set up for processing, amplifying and forwarding signals. Two signal lines 30 and 31 are used to control the electric motor 21 .
Die Stelleinrichtung 2 besteht im wesentlichen aus einem Stellmotor 32, der über ein Proportionalventil 33 von einer Druckmittelquelle 34 beaufschlagt werden kann. Die Steuerung erfolgt über zwei Signalleitungen 35 und 36, die die zentrale Elektronikeinheit 28 mit dem Proportionalventil 33 verbinden. In der Stelleinrichtung 2, zweckmäßigerweise an dem Stellmotor 32, ist ein Sensor 37 angebracht für die Ermittlung eines Parameters für die Stellung der Fahrzeugräder und für dessen Weiterleitung über eine Signalleitung 38 an die zentrale Elektronikeinheit 28 und damit an den Elektromotor 21 der Betätigungseinrichtung 1.The actuating device 2 consists essentially of an actuator 32 which can be acted upon by a pressure medium source 34 via a proportional valve 33 . The control takes place via two signal lines 35 and 36 , which connect the central electronics unit 28 to the proportional valve 33 . A sensor 37 is mounted in the actuating device 2 , expediently on the servomotor 32 , for determining a parameter for the position of the vehicle wheels and for forwarding it via a signal line 38 to the central electronics unit 28 and thus to the electric motor 21 of the actuating device 1 .
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 können das Hohlrad 10 und die Anschläge 15 und 16 durch folgende Maßnahmen entfallen: . In the embodiment of Figure 3, the ring gear 10 and the stops 15 and 16 can be omitted by the following measures:
Die mechanischen Anschläge sind als "elektronische Anschläge" in dem ersten Lenkwinkelsensor 6 derart untergebracht, daß beim Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel 4 und damit des Lenkwinkelsensors 6 die zentrale Elektronikeinheit 28 diesen Verdrehwinkel erkennt und ein Signal zur Erhöhung des Rückwirkmomentes des Elektromotors 21 erzeugt. Der zweite Lenkwinkelsensor 12 wird von dem Stirnrad 23 der Rückstelleinrichtung 20 angetrieben.The mechanical stops are housed as "electronic stops" in the first steering angle sensor 6 in such a way that when a certain angle of rotation of the steering spindle 4 and thus the steering angle sensor 6 is reached, the central electronics unit 28 detects this angle of rotation and generates a signal for increasing the reaction torque of the electric motor 21 . The second steering angle sensor 12 is driven by the spur gear 23 of the resetting device 20 .
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 unterscheidet sich von dem Beispiel der Fig. 1 dadurch, daß der Elektromotor 21 und der aus dem Stirnrad 23 und der Abtriebsverzahnung 22 bestehende Stirntrieb ersetzt werden durch einen hydraulischen oder pneumatischen Motor 40, der über eine mechanische Übersetzungsstufe 41 mit der Lenkspindel 4 verbunden ist. Die Übersetzungsstufe 41 besteht aus einem Zahnstangenprofil 42, das auf einer Kolbenstange des Motors 40 angeordnet ist, und einer Ritzelverzahnung 43, die auf der Lenkspindel 4 angebracht ist. The embodiment of FIG. 4 differs from the example of FIG. 1 in that the electric motor 21 and the spur gear consisting of the spur gear 23 and the output toothing 22 are replaced by a hydraulic or pneumatic motor 40 which has a mechanical transmission stage 41 the steering shaft 4 is connected. The gear ratio 41 consists of a rack profile 42 , which is arranged on a piston rod of the engine 40 , and a pinion toothing 43 , which is attached to the steering spindle 4 .
Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Fremdkraft-Lenkanlage anhand des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 erläutert: Verdreht man über ein nicht dargestelltes Lenkhandrad die Lenkspindel 4, so erzeugen die Lenkwinkelsensoren 6 und 12 Signale, die einem Ist-Wert entsprechen. Diese Signale werden der zentralen Elektronikeinheit 28 zugeführt und nach der entsprechenden Verarbeitung und Verstärkung an das Proportionalventil 33 weitergeleitet. Das Proportionalventil 33 wird entsprechend verstellt, so daß der eine oder andere Druckraum des Stellmotors 32 mit Druckmittel beaufschlagt wird und die Fahrzeugräder 3 entsprechend verstellt werden. Über das Potentiometer 37 wird die Stellung der Fahrzeugräder 3 an die Elektronikeinheit 28 zurückgemeldet. Entsprechend diesem Signal und gegebenenfalls entsprechend weiterer Signale, die über den Fahrzustand des Fahrzeuges Auskunft geben, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindikeit, den Beladungszustand, die Fahrbahnbeschaffenheit oder andere, wird der Elektromotor 21 angeregt, ein diesen Zuständen entsprechendes Rückwirkmoment auf die Lenkspindel 4 zu erzeugen. Zu dem Fahrzustand des Fahrzeugs gehören außerdem noch die Meßgrößen der jeweiligen Lenksituation, wie beispielsweise die Lenkgeschwindigkeit, die Stellung des Lenkhandrades u. a.The function of the power steering system according to the invention is explained below using the exemplary embodiment of FIG. 1: If the steering spindle 4 is rotated via a steering handwheel (not shown), the steering angle sensors 6 and 12 generate signals which correspond to an actual value. These signals are fed to the central electronics unit 28 and, after the corresponding processing and amplification, are passed on to the proportional valve 33 . The proportional valve 33 is adjusted accordingly, so that one or the other pressure chamber of the servo motor 32 is pressurized and the vehicle wheels 3 are adjusted accordingly. The position of the vehicle wheels 3 is reported back to the electronics unit 28 via the potentiometer 37 . Corresponding to this signal and, if appropriate, further signals that provide information about the driving state of the vehicle, such as the vehicle speed, the loading state, the road surface or the like, the electric motor 21 is excited to generate a reaction torque on the steering spindle 4 corresponding to these states. The driving state of the vehicle also includes the measured variables of the respective steering situation, such as the steering speed, the position of the steering handwheel and others
BezugszeichenReference numerals
1 Betätigungseinrichtung
2 Stelleinrichtung
3 Fahrzeugrad
4 Lenkspindel
5 Gehäuse
6 erster Lenkwinkelsensor
7 Ritzelverzahnung
8 Innenverzahnung
9 -
10 Hohlrad
11 Antriebsverzahnung
12 zweiter Lenkwinkelsensor
13 Stift
14 Stift
15 Anschlag
16 Anschlag
17 Spindel
18 Spindel
19 -
20 Rückstelleinrichtung
21 Elektromotor
22 Abtriebsverzahnung
23 Stirnrad
24 Signalleitung
25 Signalleitung
26 Signalleitung
27 Signalleitung
28 Elektronikeinheit
29 -
30 Signalleitung
31 Signalleitung
32 Stellmotor
33 Proportionalventil
34 Druckmittelquelle
35 Signalleitung
36 Signalleitung
37 Sensor
38 Signalleitung
39 -
40 Motor
41 Übersetzungsstufe
42 Zahnstangenprofil
43 Ritzelverzahnung 1 actuator
2 adjusting device
3 vehicle wheel
4 steering spindle
5 housing
6 first steering angle sensor
7 pinion toothing
8 internal teeth
9 -
10 ring gear
11 drive teeth
12 second steering angle sensor
13 pin
14 pin
15 stop
16 stop
17 spindle
18 spindle
19 -
20 reset device
21 electric motor
22 output teeth
23 spur gear
24 signal line
25 signal line
26 signal line
27 signal line
28 electronics unit
29 -
30 signal line
31 signal line
32 servomotor
33 proportional valve
34 pressure medium source
35 signal line
36 signal line
37 sensor
38 signal line
39 -
40 engine
41 translation stage
42 rack profile
43 sprocket teeth
Claims (11)
- - mit einer Betätigungseinrichtung (1), die an einer Lenkspindel (4) angeschlossen ist und
- - mit einer durch die Betätigungseinrichtung (1) steuerbaren Stelleinrichtung (2) für die Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder (3), wobei die Betätigungseinrichtung (1) eine Rückstelleinrichtung (20) enthält, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Betätigungseinrichtung (1) wenigstens einen Lenkwinkelsensor (6, 12) enthält für die durch Redundanz sichergestellte Ermittlung des Sollwertes für die Steuerung der Stelleinrichtung (2),
- - daß die Betätigungseinrichtung (1) einen Motor (21, 40) enthält für die Erzeugung eines auf die Lenkspindel (4) wirkenden Rückwirkmomentes und
- - daß der Motor (21, 40) und damit das Rückwirkmoment in Abhängigkeit von wenigstens einem aus dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ermittelten Parameter gesteuert wird.
- - With an actuating device ( 1 ) which is connected to a steering spindle ( 4 ) and
- with an actuating device ( 2 ) which can be controlled by the actuating device ( 1 ) for the adjustment of the steerable vehicle wheels ( 3 ), the actuating device ( 1 ) including a resetting device ( 20 ), characterized in that
- - That the actuating device ( 1 ) contains at least one steering angle sensor ( 6 , 12 ) for determining the setpoint for the control of the actuating device ( 2 ), which is ensured by redundancy,
- - That the actuating device ( 1 ) contains a motor ( 21 , 40 ) for generating a reaction torque acting on the steering spindle ( 4 ) and
- - That the motor ( 21 , 40 ) and thus the reaction torque is controlled as a function of at least one parameter determined from the driving state of the motor vehicle.
- - daß die Betätigungseinrichtung (1) wenigstens zwei Lenkwinkelsensoren (6, 12) enthält,
- - daß der eine Lenkwinkelsensor (6) zur direkten Messung des Verdrehwinkels der Lenkspindel (4) an der Lenkspindel (4) angeordnet ist und
- - daß der andere Lenkwinkelsensor (12) durch eine Stirnradübersetzungsstufe (7, 8, 10; 23) mit der Lenkspindel (4) verbunden ist.
- - That the actuating device ( 1 ) contains at least two steering angle sensors ( 6 , 12 ),
- - That the one steering angle sensor ( 6 ) for direct measurement of the angle of rotation of the steering spindle ( 4 ) on the steering spindle ( 4 ) is arranged and
- - That the other steering angle sensor ( 12 ) is connected by a spur gear ratio stage ( 7 , 8 , 10 ; 23 ) to the steering spindle ( 4 ).
- - daß die Stelleinrichtung (2) wenigstens einen Stellmotor (32) enthält mit einer Übertragungseinrichtung für die Verstellung der zu lenkenden Fahrzeugräder (3) und
- - daß die Stelleinrichtung (2) wenigstens einen Sensor (37) enthält für die Ermittlung wenigstens eines Parameters für die Stellung der Fahrzeugräder (3) und für dessen Weiterleitung an den Motor (21, 40) der Betätigungseinrichtung (1).
- - That the actuating device ( 2 ) contains at least one servomotor ( 32 ) with a transmission device for the adjustment of the vehicle wheels to be steered ( 3 ) and
- - That the actuating device ( 2 ) contains at least one sensor ( 37 ) for determining at least one parameter for the position of the vehicle wheels ( 3 ) and for forwarding it to the motor ( 21 , 40 ) of the actuating device ( 1 ).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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