ITMI20011761A1 - VEHICLE STEERING WITH DRIVING DEVICE OPERATED BY THE DRIVER, IN PARTICULAR STEERING WHEEL - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
L'invenzione riguarda uno sterzo di un veicolo con dispositivo di guida azionato dal guidatore, in particolare volante dello sterzo, nonché un dispositivo di regolazione a motore associato alle ruote sterzanti del veicolo sterzate, come un cilindro idraulico, con cui è connesso operativamente il dispositivo di guida attraverso un percorso di regolazione, il cui regolatore è collegato dal lato dell'ingresso ad un trasduttore di valore nominale, azionato dal dispositivo di guida, come un sensore dell'angolo dello sterzo, nonché è collegato ad un trasduttore di valore effettivo, come un sensore dell'angolo dello sterzo, che registra l'angolo di sterzata delle ruote sterzanti del veicolo. Attualmente gli autoveicoli passeggeri e simili autoveicoli sono equipaggiati di regola con servosterzi idraulici, in cui il volante dello sterzo è meccanicamente accoppiato forzatamente con le ruote sterzanti del veicolo, cioè è prevista una trasmissione meccanica fra sterzo e ruote del veicolo sterzanti. In questo caso le ruote del veicolo sterzanti sono connesse inoltre cinematicamente con un dispositivo di regolazione a motore, il quale viene comandato in funzione delle forze e dei momenti trasmessi fra il volante dello sterzo e le ruote sterzanti del veicolo. Nel caso di questi sistemi di guida, attraverso i dispositivi meccanici vengono ricondotte forze corrispondentemente ridotte dalla trasmissione dello sterzo al volante dello sterzo. Così pure, la fine corsa del cilindro di regolazione idraulico è percepibile grazie ad un aumento della pressione e grazie alla forza corrispondentemente percepibile sullo sterzo. The invention relates to a steering of a vehicle with a driving device operated by the driver, in particular the steering wheel, as well as a motor-driven adjustment device associated with the steering wheels of the steered vehicle, such as a hydraulic cylinder, with which the device is operationally connected guiding through an adjustment path, the controller of which is connected from the input side to a nominal value transducer, operated by the steering device, such as a steering angle sensor, as well as connected to an actual value transducer, such as a steering angle sensor, which records the steering angle of the vehicle's steered wheels. Passenger motor vehicles and similar motor vehicles are currently equipped as a rule with hydraulic power steering, in which the steering wheel is mechanically coupled forcibly with the steering wheels of the vehicle, i.e. a mechanical transmission is provided between the steering and the steering wheels of the vehicle. In this case, the steering wheels of the vehicle are also kinematically connected to a motor-driven adjustment device, which is controlled as a function of the forces and moments transmitted between the steering wheel and the steering wheels of the vehicle. In the case of these steering systems, correspondingly reduced forces are returned by the steering transmission to the steering wheel via the mechanical devices. Likewise, the stroke end of the hydraulic adjusting cylinder is perceptible by an increase in pressure and by the correspondingly perceptible force on the steering.
Inoltre nel frattempo sono anche già noti sistemi di guida per autoveicoli indicati anche come cosiddetti sistemi Steer-by-Wire, in cui il volante dello sterzo per mezzo di un sensore sul volante genera soltanto ancora il segnale di valore nominale per l'azionamento dello sterzo. Il cilindro di regolazione idraulico per lo spostamento delle ruote sterzanti viene azionato per mezzo di una o più valvole proporzionali, la quale o le quali viene/vengono comandata/e da un calcolatore per la sterzata. Un simile sistema è rappresentato per esempio nella pubblicazione brevettuale EP 0898539 B1 con i circuiti valvolari corrispondenti rilevanti per la sicurezza e due circuiti idraulici indipendenti. La pompa idraulica standard, che viene azionata dal motore a combustione interna, nel funzionamento normale alimenta il sistema di guida. Furthermore, in the meantime, driving systems for motor vehicles are also already known, also referred to as so-called Steer-by-Wire systems, in which the steering wheel by means of a sensor on the steering wheel only generates the set value signal for the steering actuation. . The hydraulic adjustment cylinder for moving the steering wheels is operated by means of one or more proportional valves, which or are controlled by a steering computer. Such a system is represented for example in EP 0898539 B1 with the corresponding valve circuits relevant to safety and two independent hydraulic circuits. The standard hydraulic pump, which is driven by the internal combustion engine, powers the drive system in normal operation.
In caso di guasto del sistema di guida entra in funzione un circuito idraulico di emergenza, alimentato da una pompa azionata a motore elettrico. In tale pubblicazione il volante dello sterzo viene descritto soltanto per 1 <1 >azionamento del trasduttore di valore nominale per il circuito di regolazione dello sterzo. Una retrosegnalazione delle forze agenti sulle ruote sterzanti e/o un raggiungimento della fine corsa delle ruote ed una retrosegnalazione di questa fine corsa sul volante e quindi sul guidatore non sono menzionati in tale pubblicazione. In the event of a fault in the driving system, an emergency hydraulic circuit is activated, powered by a pump driven by an electric motor. In this publication, the steering wheel is only described for 1 <1> actuation of the setpoint sensor for the steering control loop. A back-signaling of the forces acting on the steering wheels and / or an reaching of the end of stroke of the wheels and a back-signaling of this end of stroke on the steering wheel and therefore on the driver are not mentioned in this publication.
Inoltre dal campo dei servosterzi sono noti sterzi con arresti di fine corsa, che applicano con motore elettrico un momento torcente o sono eseguiti con un blocco meccanico. Per l'applicazione del momento torcente richiesto mediante motori elettrici (ritenuta costante) è necessario l'impiego di grandi motori elettrici, anche se la potenza convertita è soltanto molto ridotta. Il motore è costoso, grande e pesante. I blocchi meccanici danno come risultato una sensazione di guida scadente, generano rumori e sono sensibili all'usura. Entrambi i sistemi agiscono in prima linea monodirezionalmente dalla trasmissione dello sterzo al volante. Se si manifesta un guasto della generazione di forza della trasmissione dello sterzo, questi due sistemi non possono venire impiegati per la guida in caso di emergenza. Furthermore, steering systems with end-of-stroke stops are known from the field of power steering, which apply a twisting moment with an electric motor or are performed with a mechanical lock. For the application of the torque required by electric motors (considered constant) it is necessary to use large electric motors, even if the converted power is only very low. The engine is expensive, large and heavy. Mechanical locks result in poor driving feel, generate noise and are sensitive to wear. Both systems act primarily one-way from the steering transmission to the steering wheel. If there is a failure of the power generation of the steering transmission, these two systems cannot be used for driving in an emergency.
E' quindi scopo dell'invenzione realizzare un sistema di guida idraulico connesso con il volante dello sterzo, in cui sia possibile la retroazione del momento sul volante dello sterzo attraverso un circuito idraulico. It is therefore an object of the invention to provide a hydraulic steering system connected to the steering wheel, in which the feedback of the moment on the steering wheel is possible through a hydraulic circuit.
Questo scopo viene raggiunto secondo l'invenzione per il fatto che è rappresentato uno sterzo di veicolo con un dispositivo di guida azionato dal guidatore, in particolare volante dello sterzo, nonché con un dispositivo di regolazione a motore, associato alle ruote sterzanti del veicolo, con cui il dispositivo di guida è connesso operativamente attraverso un percorso di regolazione, il cui regolatore è collegato dal lato dell'ingresso ad un trasduttore di valore nominale, azionato dal dispositivo di guida, nonché ad un trasduttore di valore effettivo che registra l'angolo di sterzata delle ruote sterzanti del veicolo, ove il dispositivo di regolazione a motore è azionato idraulicamente o a fluido in pressione e ove il dispositivo di guida o il volante dello sterzo è connesso operativamente con un motore idraulico o con un motore azionato da fluido in pressione. This object is achieved according to the invention in that a vehicle steering is shown with a driving device operated by the driver, in particular the steering wheel, as well as with a motor-driven adjustment device, associated with the steering wheels of the vehicle, with which the guiding device is operationally connected through a regulating path, the regulator of which is connected from the input side to a nominal value transducer, operated by the guiding device, as well as to an actual value transducer which records the angle of steering of the steering wheels of the vehicle, where the motor-driven adjustment device is operated hydraulically or with pressurized fluid and where the steering device or steering wheel is operationally connected to a hydraulic motor or to a motor driven by pressurized fluid.
Secondo l'invenzione, attraverso il motore idraulico avviene una retroazione di forza al volante di sterzo. Viene preferito uno sterzo di veicolo in cui la retroazione di forza avviene attraverso una pressione che diviene efficace nel motore idraulico. In un'esecuzione preferita la retroazione di forza o la pressione genera un momento torcente sul volante dello sterzo. In un'esecuzione preferita il momento torcente sul volante dello sterzo riproduce per il guidatore le condizioni di forza rispettivamente nel dispositivo di regolazione e nella trasmissione dello sterzo. According to the invention, a force feedback to the steering wheel takes place via the hydraulic motor. A vehicle steering is preferred in which the force feedback occurs through a pressure which becomes effective in the hydraulic motor. In a preferred embodiment, the force feedback or pressure generates a torque on the steering wheel. In a preferred embodiment, the torque on the steering wheel reproduces the force conditions in the steering control and transmission respectively for the driver.
In un'ulteriore forma di esecuzione secondo l'invenzione, il momento torcente sul volante riproduce il raggiungimento della fine corsa della trasmissione dello sterzo. Viene preferita una guida del veicolo, in cui la posizione angolare della fine corsa è variabile in funzione di altri parametri, come per esempio lo stato del veicolo. In a further embodiment according to the invention, the torque on the steering wheel reproduces the reaching of the stroke end of the steering transmission. Driving of the vehicle is preferred, in which the angular position of the limit stop is variable as a function of other parameters, such as for example the state of the vehicle.
Viene preferita una guida del veicolo, in cui la pressione viene derivata dalla trasmissione dello sterzo. Nel caso di un'ulteriore esecuzione secondo l'invenzione, la pressione viene generata indipendentemente dalla pressione nella trasmissione dello sterzo, per esempio con una pompa a motore elettrico separata. Viene preferita analogamente una guida del veicolo, in cui in caso di guasto del sistema di alimentazione di pressione normale, come della pompa, di valvole, condutture o parti elettroniche etc. è impiegabile per la generazione delle forze di guida il motore idraulico come pompa dello sterzo di emergenza. Driving the vehicle is preferred, where the pressure is derived from the steering transmission. In the case of a further embodiment according to the invention, the pressure is generated independently of the pressure in the steering transmission, for example with a separate electric motor pump. Similarly, driving of the vehicle is preferred, in which in case of failure of the normal pressure supply system, such as of the pump, valves, pipes or electronic parts etc. The hydraulic motor can be used as an emergency steering pump to generate driving forces.
Infine per quanto riguarda caratteristiche preferite si rimanda al seguente descrizione del disegno, con l'aiuto del quale vengono illustrate varianti di esecuzione particolarmente preferite. Finally, as regards preferred characteristics, reference is made to the following description of the drawing, with the aid of which particularly preferred embodiment variants are illustrated.
La figura mostra una rappresentazione circuitale di una forma di esecuzione dello sterzo secondo l'invenzione. Secondo la figura, un autoveicolo, per il resto non riprodotto in dettaglio, possiede due ruote di veicolo sterzanti 1, il cui movimento di sterzata viene azionato da un dispositivo di regolazione, come per esempio un cilindro di regolazione 2 idraulico. Le due cavità di cilindro 3 e 4 del dispositivo di regolazione 2 vengono collegate attraverso una valvola 5, che è eseguita qui come valvola proporzionale, e attraverso corrispondenti condutture idrauliche, con una pompa 6 e con un serbatoio di liquido 7. Inoltre le cavità di lavoro 3 e 4 appena menzionate del cilindro di regolazione idraulico sono collegate attraverso valvole 8 e 9 con un motore idraulico 10, cosicché le pressioni efficaci nelle cavità di cilindro 3 e/o 4 divengono efficaci attraverso le condutture idrauliche e le valvole 8 e 9 nel motore idraulico 10. Il motore idraulico 10 è connesso a sua volta attraverso la colonna di guida 11 con il volante dello sterzo 12. Il volante 12 con la colonna di guida 11 e il motore idraulico 10 nella zona di questo cosiddetto dispositivo di regolazione ha un sensore dell'angolo di sterzata 13, che fornisce il segnale di valore nominale per il circuito di regolazione, il quale è rappresentato qui dal cosiddetto dispositivo di guida Steer-By-Wire completo. Il sensore dell'angolo di sterzo 13 passa il segnale dell'angolo di sterzo attraverso un conduttore di comando 14 ad una unità di controllo elettronico o ad un calcolatore 15. Inoltre un sensore dell'angolo di sterzo 26 trasmette il segnale di valore effettivo, la posizione delle ruote di veicolo 1, attraverso un conduttore di segnale 27, al calcolatore 15. Il calcolatore 15, corrispondentemente a parametri supplementari sullo stato di marcia del veicolo di altri sensori, crea segnali di comando per la valvola proporzionale 5, i quali attraverso in conduttori di segnali 16 e 17 vengono trasmessi ai magneti proporzionali 18 e 19 della valvola proporzionale. Corrispondentemente ai segnali di comando la valvola proporzionale 5 provoca in modo continuo uno spostamento dello stantuffo di valvola, che provvede affinchè la corrente di fluido generata dalla pompa 6, e la corrente di fluido che ritorna nel serbatoio 7, conducano ad una differenza di pressione più o meno grande nelle camere 33 e 4 dei cilindri di regolazione e quindi ad uno spostamento delle ruote 1 sterzanti. Questa differenza di pressione, come si è già precedentemente menzionato, diviene efficace attraverso la conduttura di comando 20, la valvola 9 e la conduttura di comando 21 nonché attraverso la conduttura di comando 22, la valvola 8 e la conduttura di comando 23, sul motore idraulico 10. In una forma di esecuzione di questa retroazione idraulica, il motore idraulico 10 può essere dimensionato in modo tale che tutte le differenze di pressione della trasmissione dello sterzo, manifestantisi nello stato di funzionamento, ridotte alle forze manuali consentite sullo sterzo, vengano trasmesse come momento torcente di retroazione al guidatore attraverso lo sterzo. L'invenzione può però venire eseguita inoltre in modo tale che le valvole 8 e/o 9 a partire da una pressione di retroazione determinata, massima consentita per il motore idraulico 10, riducano la pressione dietro la valvola, cioè nelle condutture 23 e 21, cosicché sia regolabile una limitazione di momento torcente o una separazione di pressione per il motore idraulico. Questo può venire ottenuto per il fatto che le valvole 8 e/o 9 sono eseguite come valvole proporzionali o addirittura come valvole riduttrici di pressione proporzionali, che limitano la pressione agente dietro alla valvola, corrispondentemente al loro valore nominale. A tal scopo le valvole sono collegate con il calcolatore 15 attraverso conduttori di segnale 24 e 25. Con questo tipo di influenzamento del momento torcente sul volante si possono generare curve caratteristiche dello sterzo qualsiasi. Oltre a questo tipo di retroazione idraulica, questo sistema può funzionare però anche con un ulteriore modo di utilizzo, cioè con un ulteriore vantaggio. Nel caso di un eventuale guasto dell'alimentazione di pressione principale attraverso la pompa 6, per esempio il motore idraulico 10 può venire utilizzato come pompa del servosterzo di emergenza, in quanto mediante rotazione del volante 12, il motore 10 può attivare addizionalmente una corrente di olio nella trasmissione dello sterzo. A tal scopo le valvole 8 e 9, che sono eseguite eventualmente come valvole riduttrici di pressione, devono rendere possibile adesso un ritorno dell'olio del motore idraulico 10, che viene impiegato adesso come pompa idraulica, alla trasmissione dello sterzo. Questo deve venire reso possibile o mediante corrispondenti valvole di by-pass o mediante funzioni supplementari nelle valvole esistenti, che nel caso di una valvola riduttrice di pressione standard non sono così previste. Se si prendono pure valvole proporzionali come valvole a cassetto proporzionali, che vengono comandate soltanto da segnali elettrici del calcolatore, questo ritorno si può rendere possibile senz'altro. La corrente di olio, generata dal motore idraulico 10 agente adesso come pompa, può ora con corrispondente riduzione della velocità di sterzata divenire attivo nelle metà di cilindro 3 e 4, se precedentemente la valvola proporzionale 5 è stata portata in una posizione di sicurezza, come rappresentato qui semplificato nella posizione centrale, e la corrente volumetrica di olio, spostata da un motore idraulico 10, sposta corrispondentemente i volumi di olio nelle metà di cilindro 3 e 4. Per semplicità non sono rappresentati dispositivi di compensazione di volume supplementari, come compensazione di temperatura o compensazione delle perdite, che possono essere previsti nel caso di un simile sistema idraulico. E1 qui importante soltanto la rappresentazione di principio della funzione delle ripercussioni idrauliche sul volante e della funzione della pompa ausiliaria di emergenza idraulica dal volante. La funzione della pompa ausiliaria di emergenza può venire realizzata anche mediante un motore elettrico aggiungibile. The figure shows a circuit representation of an embodiment of the steering according to the invention. According to the figure, a motor vehicle, which is not otherwise reproduced in detail, has two steering vehicle wheels 1, the steering movement of which is actuated by an adjustment device, such as for example a hydraulic adjustment cylinder 2. The two cylinder cavities 3 and 4 of the regulating device 2 are connected via a valve 5, which is implemented here as a proportional valve, and via corresponding hydraulic lines, with a pump 6 and with a liquid reservoir 7. In addition, the cylinder cavities work 3 and 4 just mentioned of the hydraulic control cylinder are connected through valves 8 and 9 with a hydraulic motor 10, so that the effective pressures in the cylinder cavities 3 and / or 4 become effective through the hydraulic lines and the valves 8 and 9 in the hydraulic motor 10. The hydraulic motor 10 is in turn connected via the guide column 11 with the steering wheel 12. The steering wheel 12 with the guide column 11 and the hydraulic motor 10 in the area of this so-called adjusting device has a Steering angle sensor 13, which supplies the setpoint signal for the control loop, which is represented here by the so-called Stee steering device r-By-Wire complete. The steering angle sensor 13 passes the steering angle signal via a control lead 14 to an electronic control unit or to a computer 15. Furthermore, a steering angle sensor 26 transmits the actual value signal, the position of the vehicle wheels 1, via a signal lead 27, to the computer 15. The computer 15, corresponding to additional parameters on the vehicle running status of other sensors, creates control signals for the proportional valve 5, which through in signal leads 16 and 17 are transmitted to the proportional magnets 18 and 19 of the proportional valve. Corresponding to the control signals, the proportional valve 5 continuously causes a displacement of the valve piston, which ensures that the fluid stream generated by the pump 6, and the fluid stream returning to the tank 7, lead to a greater pressure difference. or less large in the chambers 33 and 4 of the adjustment cylinders and therefore to a displacement of the steering wheels 1. This pressure difference, as previously mentioned, becomes effective through the control line 20, the valve 9 and the control line 21 as well as through the control line 22, the valve 8 and the control line 23, on the motor. hydraulic motor 10. In one embodiment of this hydraulic feedback, the hydraulic motor 10 can be dimensioned in such a way that all pressure differences of the steering transmission, manifesting in the operating state, reduced to the allowed manual forces on the steering, are transmitted as feedback torque to the driver through the steering. However, the invention can also be implemented in such a way that the valves 8 and / or 9 reduce the pressure behind the valve, i.e. in the lines 23 and 21, starting from a determined, maximum permissible feedback pressure for the hydraulic motor 10. so that a torque limitation or pressure separation for the hydraulic motor is adjustable. This can be achieved due to the fact that the valves 8 and / or 9 are designed as proportional valves or even as proportional pressure reducing valves, which limit the pressure acting behind the valve, corresponding to their nominal value. For this purpose, the valves are connected to the computer 15 via signal lines 24 and 25. Any steering characteristic curves can be generated with this type of influence of the torque on the steering wheel. In addition to this type of hydraulic feedback, this system can also operate with another mode of use, i.e. with a further advantage. In the event of a possible failure of the main pressure supply through the pump 6, for example the hydraulic motor 10 can be used as an emergency power steering pump, since by turning the steering wheel 12, the motor 10 can additionally activate a current of oil in the steering transmission. For this purpose, the valves 8 and 9, which are optionally designed as pressure reducing valves, must now make it possible to return the oil of the hydraulic motor 10, which is now used as a hydraulic pump, to the steering drive. This must be made possible either by corresponding by-pass valves or by additional functions in existing valves, which are not so provided in the case of a standard pressure reducing valve. If proportional valves are also taken as proportional slide valves, which are controlled only by electrical signals from the computer, this return can certainly be made possible. The oil current, generated by the hydraulic motor 10 now acting as a pump, can now with a corresponding reduction in the steering speed become active in the cylinder halves 3 and 4, if previously the proportional valve 5 has been brought to a safety position, such as represented here simplified in the central position, and the volumetric flow of oil, displaced by a hydraulic motor 10, correspondingly shifts the volumes of oil in the cylinder halves 3 and 4. For simplicity, no additional volume compensation devices are shown, as compensation of temperature or loss compensation, which can be expected in the case of such a hydraulic system. Only the basic representation of the function of the hydraulic repercussions on the steering wheel and the function of the auxiliary hydraulic emergency pump from the steering wheel is important here. The function of the emergency auxiliary pump can also be realized by means of an add-on electric motor.
Le rivendicazioni brevettuali depositate con la domanda sono proposte di formulazione senza pregiudizio dell'ottenimento di ulteriore protezione brevettuale. La richiedente si riserva di rivendicare ancora ulteriori combinazioni di caratteristiche, descritte finora soltanto nella descrizione e/o nei disegni. The patent claims filed with the application are proposed for formulation without prejudice to obtaining further patent protection. The Applicant reserves the right to claim still further combinations of characteristics, so far described only in the description and / or in the drawings.
I richiami impiegati in sottorivendicazioni sono rivolti all'ulteriore esecuzione dell'oggetto della rivendicazione principale mediante le caratteristiche della rispettiva sottorivendicazione; essi non sono da intendere come una rinuncia all'ottenimento di una protezione oggettiva autonoma per le combinazioni di caratteristiche delle sottorivendicazioni richiamate. The references used in the sub-claims are aimed at the further execution of the object of the main claim by means of the characteristics of the respective sub-claim; they are not to be understood as a renunciation of obtaining autonomous objective protection for the combinations of characteristics of the aforementioned sub-claims.
Poiché gli oggetti delle sottorivendicazioni per quanto riguarda lo stato della tecnica alla data di priorità possono formare invenzioni proprie e autonome, la richiedente si riserva di renderle oggetto di rivendicazioni indipendenti o di illustrazioni parziali. Esse possono contenere inoltre anche invenzioni autonome, che presentano una configurazione indipendente dagli oggetti delle precedenti sottorivendicazioni. Since the objects of the sub-claims as regards the state of the art at the priority date can form their own and autonomous inventions, the applicant reserves the right to make them the subject of independent claims or partial illustrations. They may also contain autonomous inventions, which have a configuration independent of the objects of the preceding sub-claims.
Gli esempi di esecuzione non sono da intendere come limitazione dell'invenzione. Invece nell'ambito della presente descrizione sono possibili numerose variazioni e modifiche, in particolare tali varianti, elementi e combinazioni e/o materiali, che per esempio sono desumibili dall'esperto in vista del raggiungimento dello scopo mediante combinazione o modifiche di singole caratteristiche o elementi o passi di procedimento, descritte in connessione con la descrizione generale delle forme di esecuzione nonché contenute nelle rivendicazioni o nei disegni, e mediante caratteristiche combinabili conducono ad un nuovo oggetto o a nuovi passi di procedimento o sequenze di passi di procedimento, anche per quanto riguarda procedimenti di fabbricazione, di prova e di lavoro. The exemplary embodiments are not to be intended as a limitation of the invention. On the other hand, within the scope of the present description, numerous variations and modifications are possible, in particular such variants, elements and combinations and / or materials, which for example can be inferred by the expert in view of achieving the purpose by combining or modifying individual characteristics or elements. or process steps, described in connection with the general description of the embodiments as well as contained in the claims or drawings, and by means of combinable features lead to a new object or to new process steps or sequences of process steps, including with respect to processes manufacturing, testing and work.
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