WO1999067119A1 - Steering system with a hydraulic reactivation stage - Google Patents

Steering system with a hydraulic reactivation stage Download PDF

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WO1999067119A1
WO1999067119A1 PCT/DE1999/001796 DE9901796W WO9967119A1 WO 1999067119 A1 WO1999067119 A1 WO 1999067119A1 DE 9901796 W DE9901796 W DE 9901796W WO 9967119 A1 WO9967119 A1 WO 9967119A1
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WO
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steering
hydraulic
wheel
emergency
steering system
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/001796
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Ahner
Herbert Lohner
Peter Dominke
Cao Chi-Thuan
Helmut Janetzke
Michael Tischer
Wolfgang Pfeiffer
Thorsten Allgeier
Bo Yuan
Klaus-Dieter Leimbach
Bernd Müller
Werner Harter
Thomas Sauer
Matthias Hommel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001—Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/003—Backup systems, e.g. for manual steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/14—Steering gears hydraulic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/30—Safety devices, e.g. alternate emergency power supply or transmission means to ensure steering upon failure of the primary steering means

Definitions

  • the invention relates to a steering system for motor vehicles with at least one electromotive steering divider attached to the steering gear of a steered wheel or to the steering linkage of the steered wheels, an encoder connected to the steering divider via a control system and detecting the driver's steering request, which is attached to the steering wheel, and an emergency steering circuit which, in the event of safety-relevant malfunctions or a failure of the steering divider (s) and / or the encoder or the
  • Control system enables an emergency steering operation that bridges these components or disables them.
  • a steering system of this type is generally referred to as an SBW steering system (steer-by-wire).
  • the steering of the steered wheels takes place without a defined mechanical coupling between the steering wheel and the steered wheels by means of an electromotive steering divider which is attached to the steering gear of the front axle or to both front wheels.
  • Driver steering request is picked up on the steering wheel by an encoder.
  • the repercussions of the road can be communicated to the driver by a simulator or reset motor attached to the steering wheel.
  • a self-service system can be regarded as critical if no means are simply provided to switch off its function in the event of a failure. For this fault, an additional "fallback level" must be provided, which allows the vehicle to be steered in emergency mode. You can
  • Steering gear arrangement provided for steering actuation of the vehicle wheels.
  • This mechanical drive connection can be broken by opening a clutch, in which case the steering handle is only coupled to the steering gear arrangement, and allows setpoints for the steering angle of the vehicle steering wheels to be specified as a function of an actuating stroke and / or an actuating speed of the steering handle .
  • the safety aspect is taken into account in the known steering system in that the clutch can be easily put into its closed state, whereby the mechanical drive through between the steering handle, i.e. the steering wheel and the steered vehicle wheels can be restored as soon as errors occur in the controlled system.
  • a closed hydraulic circuit which consists of a first hydraulic piston unit which has a piston which can be displaced with the steering wheel movement, and which is connected by hydraulic lines to at least one second hydraulic piston unit on the wheel side, which serves as a fall-back level, that is to say as an emergency steering circuit Have or has steering position of the wheels or the associated wheel-adjusting displaceable piston.
  • the emergency steering circuit also has switching means which, in emergency steering operation, switch on the frictional connection of the hydraulic emergency steering circuit between the steering wheel and the steered axle or the steered wheels and switch it off in normal operation.
  • both sides of these hydraulic piston units are connected to one another by hydraulic lines.
  • one of the two hydraulic piston units is bridged by a bypass valve in normal operation.
  • this bypass valve is switched off by an electric valve. This valve must be closed when de-energized in order to prevent the
  • the switching means have a clutch located between the steering wheel and the hydraulic emergency steering unit. In normal operation of the
  • the switching means ie the bypass valve or the clutch, can be functionally connected to an electronic control unit, the signals, the malfunctions or the failure of the components of the control system, the steering actuator and / or the
  • Encoder concern recognizes or generates and generates a switching signal with which the bypass valve for emergency steering operation is closed or the clutch is closed.
  • a steering ratio can be produced that allows the driver to steer the vehicle despite the failure of the power assistance.
  • Monitoring the condition of the hydraulic emergency steering circuit can be achieved by means of a small spring accumulator that creates a defined pressure in the hydraulic circuit. This defined pressure can be monitored with a sensor and thus a possible leak can be recognized.
  • each wheel is steered by a separate electromotive steering divider. Accordingly, each wheel also has its own hydraulic piston unit
  • Emergency steering circuit which is structurally coupled to the electric motor of the steering actuator so that the wheels can be steered via the hydraulic piston unit of the emergency steering circuit if the electric motors fail.
  • the two electric motors that serve to steer the steered wheels are designed so that they can move these wheels when the vehicle is stationary. If the vehicle is moving, the wheel forces decrease significantly, so that one of the two electric motors can steer both wheels, as a rule the front wheels.
  • a coupling of the two wheels is automatically ensured by the closed hydraulic circuit, so that the wheel in which the electric motor has failed is automatically steered by the other electric motor via the hydraulic emergency steering circuit.
  • the bypass valve is still open (open
  • both wheels are steered by the remaining functioning electric motor.
  • the wheels are automatically coupled by the hydraulic one
  • the steering wheel has direct access to the second hydraulic piston units by closing the bypass valve or the clutch.
  • the steering system according to the invention achieves the advantages that no rigid mechanical connection between the steering wheel and the steering actuator is necessary. That means extensive freedom in the construction and design of the Security system. Furthermore, a variable steering ratio is possible for emergency steering operation through the targeted design of the piston cross sections of the hydraulic piston units.
  • Steering assistance fails and all of the steering forces have to be applied suddenly by the driver. In order to mitigate this sudden transition in the course of the manual force and not to let it rise suddenly, but gradually or only to a limited extent, so that the driver relies on it
  • the steering system is equipped according to claim 12 with a device for manual power assistance.
  • the transition phase from normal operation to the fallback level is thus easier for the driver to control, since instead of an abrupt transition in the course of the manual force, this is considerably reduced or limited; This is particularly noticeable in driving situations such as strong cornering or slow driving, where high steering force is required.
  • the device for steering power assistance is carried out hydraulically; the hydraulic device can be advantageously connected to the closed hydraulic circuit and provides sufficient energy is available so that hand power requirements and hand power support can be adjusted to each other at least temporarily.
  • the already existing reset motor is used, which is now switched to a support mode instead of its reset operation by a suitable controller program of the electronic control unit; Even if the need for manual power increases when switching to an emergency because the available reset motor cannot usually compensate for the entire energy requirement, the jump is so much softened for the driver that he can be easily and safely handled by him .
  • Fig.l shows schematically a first embodiment of the steering system according to the invention, an electromotive steering divider with hydraulic coupling and a first and second alternative embodiments A and B are shown for the activation of the emergency steering circuit; and Fig. 2 shows schematically a second embodiment of the steering system according to the invention with two coupled electromotive steering actuators, also with both alternatives A and B of the activation of the hydraulic emergency steering circuit.
  • Fig. 3 shows a third in a simplified form
  • Embodiment of the steering system according to the invention wherein the steering system according to FIG. 1 is additionally designed with a hydraulic hand power assist in the emergency steering circuit,
  • FIG. 4 shows a diagram in which the manual force requirement during the transition to the hydraulic fallback level is shown in the third exemplary embodiment according to FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a part of the third embodiment according to FIG. 3 with another continuous energy supply for manual power support
  • the steering system according to FIG. 1 additionally having an electromechanical manual power assistance in the emergency steering circuit;
  • FIG. 7 shows a diagram in which the manual force requirement during the transition to the hydraulic fallback level is shown in the fourth exemplary embodiment according to FIG. 6.
  • FIG. 1 shows a so-called SBW steering system (steer-by-wire), in which there is no direct mechanical coupling between a steering wheel 1 and steered wheels 13, 14 (not shown). Instead, the SBW steering system (steer-by-wire), in which there is no direct mechanical coupling between a steering wheel 1 and steered wheels 13, 14 (not shown). Instead, the SBW steering system (steer-by-wire), in which there is no direct mechanical coupling between a steering wheel 1 and steered wheels 13, 14 (not shown). Instead, the
  • the transmitter and the electromotive steering actuator 17 are operatively connected to one another via a control system (also not shown), wherein the control system can also be supplied with other variables (not shown) influencing the steering in addition to the driver's steering request.
  • Simulator 2 has its own second control system (not shown).
  • a fall-back level forming an emergency steering circuit which consists of a closed hydraulic circuit comprising a first hydraulic piston unit 5, 6 with a piston 4 displaceable with the steering movement via a gear 4, which is exemplified as a pinion meshing in a rack, and, according to. Fig. 1, one with the first Hydraulic unit 5, 6 by hydraulic lines 11 connected second hydraulic piston unit 15, which has a displaceable piston which adjusts the steering position of the wheels.
  • two hydraulic piston units are not absolutely necessary.
  • the hydraulic circuit has switching means which produce the non-positive connection of the hydraulic emergency steering circuit between the steering wheel 1 and the steered axle 20 or the wheels 13, 14 in emergency steering mode and switch it off in normal operation.
  • a first alternative designated by A, has a bypass 9 which can be switched off in emergency steering mode by a changeover valve and which, as shown, bridges the second hydraulic piston unit 15. In the error or
  • bypass 9 is therefore switched off by the changeover valve.
  • This valve must be closed without current in order to be able to activate the fallback level in the event of a failure of the vehicle's electrical system.
  • the bypass valve is closed, i.e. open bypass path 9, a hydraulic frictional connection between the first hydraulic piston unit 5, 6 and the second
  • the closed hydraulic circuit is monitored by means of a small spring accumulator 8 via a check valve 7.
  • the spring accumulator 8 produces the defined pressure in the hydraulic circuit. This defined pressure can be monitored with a sensor and thus a leak in the hydraulic system can be detected.
  • bypass 9 or the bypass valve is replaced by a clutch 3, which is between the steering wheel 1 and the
  • Simulator 2 and the transmission 4 of the hydraulic emergency steering circuit are similar to Simulator 2 and the transmission 4 of the hydraulic emergency steering circuit.
  • the difference of alternative B is that in normal SBW steering mode the entire hydraulic emergency steering circuit is separated from steering wheel 1.
  • the clutch 3 is open in normal operation and is closed in the event of a fault.
  • Closing must be carried out without current in order to ensure that the fallback level, i.e. to activate the hydraulic emergency steering circuit.
  • an electronic control unit 10 for generating the switching signals either for the valve for opening the bypass 9 in normal steering mode or for closing the bypass for emergency steering mode or for opening the clutch 3 in normal mode and for closing the same in the event of a fault or malfunction.
  • the control unit 10 can in turn receive, process and process signals relating to malfunctions or failure of components in the control system, the steering actuator and / or the transmitter, and signals to act on the bypass valve or the clutch 3 output .
  • the second exemplary embodiment shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that in normal SBW steering operation each steered wheel 13, 14 or its steering axis
  • each wheel 13, 14 also has its own hydraulic piston unit 15, 16 of the hydraulic emergency steering circuit.
  • Each of the last-mentioned hydraulic piston units 15, 16 is structurally coupled to the electromotive steering actuator 17, 18 so that if these electromotive steering actuators 17, 18 fail, the wheels 13, 14 can be steered via the hydraulic piston unit 15, 16 of the hydraulic emergency steering circuit.
  • the two electromotive steering actuators 17, 18, which are used to steer the steered front wheels 13, 14 in normal SBW steering operation, are designed so that they can move the wheels 13, 14 when the vehicle is stationary. If the vehicle is moving, the wheel forces decrease sharply so that one of the two electromotive steering actuators 17, 18 can steer both front wheels 13, 14.
  • Coupling of the two wheels 13, 14 ensures that the wheel in which the electromotive steering actuator 17, 18 has failed is automatically steered by the other electromotive steering actuator via the fallback level of the hydraulic emergency steering circuit.
  • the bypass valve is 9 according to alternative A or the clutch 3 according to alternative B still open.
  • bypass valve 9 Only when both electromotive steering actuators 17, 18 fail, is the bypass valve 9 closed, i.e. the bypass line is interrupted hydraulically, or the clutch 3 is closed, and thus the wheels 13, 14 are driven by the hydraulic piston unit
  • both wheels 13, 14 are steered by the remaining functioning electric motor.
  • the coupling of the wheels 13, 14 takes place automatically through the hydraulic fallback level.
  • Embodiment ie the monitoring of the pressure in the hydraulic circuit 11 by the spring accumulator 8 and the two switching means, ie the bypass valve or the clutch 3 according to alternatives A and B are identical to those shown in Fig. 1 and therefore need not be explained again here.
  • 3 shows in simplified form a third exemplary embodiment of the steering system, which differs from the steering system according to FIG. 1 as follows, the same components being provided with the same reference numerals.
  • the third steering system is provided with the same reference numerals.
  • the device 31 differs primarily by a device 31 for manual power support, which is designed here hydraulically.
  • the device 31 has a hydraulic steering control valve 32, the inlet connection 33 of which can be supplied with pressure medium from a pressure accumulator 34 serving as an energy source.
  • a second check valve 36 and a second changeover valve 37 are connected into the inlet line 35 leading from the pressure accumulator 34 to the inlet connection 33.
  • a drain line 39 leads from a return connection 38 of the steering control valve 32 via a third switching valve 41 to one
  • the steering control valve 32 also has two consumer connections 43, 44 which are hydraulically connected to a hydraulic module 45.
  • This hydraulic module 45 essentially accommodates the functions of the transmission 4 according to FIG. 1 and of the two hydraulic piston units 5 and 6, so that hydraulic lines 11 extend from it to the hydraulic piston unit 15 on both sides.
  • a measuring element 46 is operatively connected to the transmission 4 and thus to the steering wheel 1, which detects the manual torque on the steering wheel 1 and controls the steering control valve 32 as a function thereof. In the operative connection between
  • Steering wheel 1 and measuring element 46 is connected to simulator 2, which is also referred to as a reset motor.
  • the device 31 When the electrical system is switched off in the third steering system 30, the device 31 becomes at the same time Manual power assistance is switched on by simultaneously switching the first switching valve 9 and the second switching valve 37 by means of a common control.
  • the hydraulic fall-back level is activated in the event of the currentless state of the control circuits of the changeover valves 9 and 37, the two changeover valves 9 and 37 advantageously being able to be accommodated in a common valve block.
  • High pressure is then passed from the pressure accumulator 34 via the second check valve 36 and the opened second changeover valve 37 via the inlet connection 33 into the steering control valve 32.
  • the position of the control member in the steering control valve 32 is now changed so that the differential pressure on the working cylinder 15 is set so that the desired support on the tie rod 20 takes place.
  • the pressure medium from the pressure accumulator 34 is passed from the steering control valve 32 via the first consumer connection 43 to the hydraulic module 45, and this controls the high pressure at its connection R, so that it acts on the chamber of the working cylinder which is on the right in FIG 15 is performed.
  • pressure medium is led from the piston in the working cylinder 15 to the tie rod 20 via the connection L in the hydraulic module 45 and the second consumer connection 44 on the steering control valve 32 to the return connection 38 and further to the tank 42.
  • the step characteristic 48 illustrates the need for manual force in one Steering system without manual power assistance.
  • the second characteristic curve 49 shows the course of the manual power requirement as can be achieved with a device 31 for manual power support. This results in a gradual increase in hand power that can be better controlled by the driver.
  • the increase in manual power requirement is steeper the more support is needed in the transition phase, i.e. the larger the required steering angle after the electrical system is switched off.
  • the hydraulic support for the manual torque is reduced over time by reducing the high pressure in the pressure accumulator 34.
  • the proposed connection of the hydraulic module 45 and the working cylinder 15 forms the counter-torque to the manual torque on the steering wheel 1 through the hydraulic reaction of the differential pressure on the working cylinder 15.
  • the third changeover valve 41 is in its open position as long as the high pressure is present in the pressure accumulator 34.
  • the connection to the tank 42 is interrupted by the third switching valve 41, so that it does not become active after the assisted operation
  • FIG. 5 shows part of the third steering system 30 with another device 51 for manual power assistance
  • Hydraulic pressure to support the hand torque is generated by a hydraulic pump 52 which is driven electrically or by the internal combustion engine or by the drive train of the vehicle. When switching off the electric SBW steering system, it is thus ensured that a continuous Hand strength support is provided.
  • the device 51 must be designed so that when the hydraulic pump 52 is electrically driven, electrical energy for operating the hydraulic pump is still available in the emergency situation.
  • the devices 31 and 51 can be combined in such a way that the pressure accumulator is continuously charged to high pressure via a pump.
  • the overpressure from the accumulator to the tank is relieved via a pressure relief valve.
  • a pressure sensor or displacement sensor can be used to switch the pump on only when the pressure in the pressure accumulator falls below a minimum.
  • 31, 51 for hand power support can be achieved that the abrupt transition of the hand power curve is mitigated.
  • the course of the manual force does not increase suddenly but gradually, so that the driver can adjust to the hydraulic fallback system and is not only dependent on the warning display when the electrical system is switched off.
  • the transition phase from normal operation to the fallback level is therefore easier for the driver to control.
  • Fig. 6 shows a simplified form of an inventive
  • Embodiment of a fourth steering system 60 which differs from that according to FIG. 1 primarily as follows, the same components being provided with the same reference numerals.
  • the fourth steering system 60 differs primarily by a device 61 for manual power assistance, which is shown here is electromechanical by using the already existing reset motor 2 for this purpose.
  • the steering system 60 also has an electronic control unit 62, to which signals for the manual torque on the steering wheel 1 are fed at a first input 63, while it receives signals for the wheel torque at the electromotive steering actuator 17 at a second input 64.
  • inputs 65 for operating voltages, such as battery voltage and ignition voltage, 66 for control signals, such as ignition key and generator control and door lock, and 67 for pressure monitoring of the pressure accumulator 8 are provided on this control unit.
  • a control connection 68 serves to control the changeover valve 9 controlling the bypass.
  • the reset motor 2 and the steering actuator 17 are controlled by the control connections 69 and 71 of the electronic control unit 62.
  • Activation of these motors is associated with a first motor relay 72 for the reset motor 2 and a second motor relay 73 for the steering actuator 17 with the electronic control unit 62.
  • Motor relays 72 and 73 serve as shutdown paths for the two motors.
  • the electronic control unit 62 can interrupt the undesired flow of current through the reset motor 2 or through the steering actuator 17 by appropriate control of the two motor relays 72 and 73, which was caused by electrical errors in the motors or in the motor control.
  • Control unit 62 also has two motor output stages.
  • the mode of operation of the fourth steering system 60 is explained as follows, the functions of the steering systems according to FIGS. 1 to 5 being assumed to be known. If in one of the modules of the fourth steering system 60
  • Steering system 60 an error occurs and the hydraulic fallback level is still error-free, the system is switched from the electronic control unit 62 to the hydraulic fallback level.
  • the driver receives warning information and the vehicle is braked to a predetermined maximum speed for the fallback level.
  • the electromotive steering actuator 17 is switched off, and as a result, the manual power requirement on the steering wheel 1 increases abruptly, as previously explained, this jump, for example, being able to reach ten times the initial value.
  • the reset motor 2 can be used as manual power support for the driver.
  • the controller program of the resetting motor 2 is normally reset to one by the electronic control unit 62
  • Resetting motor 2 device 61 achieve a manual force support, provided that the electrical system is fault-free and the fault that led to the actuator being switched off is only in the electrical system of the actuator. This is done by an appropriate
  • Switch-off strategy of the steer-by-wire steering system achieved, which switches off only those system parts that are faulty and configures the remaining system parts so that optimum system behavior is achieved with regard to safety and driver support. Even if the reset motor 2 can only apply a part of the required steering torque, this prevents a jump to a maximum value which is dangerous for the driver and achieves a considerably improved emergency situation.

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Abstract

The invention relates to a steering system for motor vehicles, comprising the following: at least one electromotive steering plate (17) disposed on the steering mechanism (20) of the wheels (13, 14) that are steered; a sensor mounted on the steering wheel (1) and connected to the steering plate (17) by means of a regulating system, whereby the steering direction desired by the driver is detected by said sensor; and an emergency steering circuit (5-11, 15) that enables emergency steering to be provided whenever a safety-related failure or failure of the steering plate (17) and/or sensor or regulating system occurs, by overriding said components or disconnecting them. Said steering circuit is characterized by a closed hydraulic circuit consisting of a first hydraulic piston unit (5, 6) with a piston that can be displaced when the steering wheel is moved, at least one second hydraulic piston unit (15) that is placed on the side of the wheel that is connected to the first hydraulic piston unit (5, 6) by means of hydraulic pipes, whereby the second hydraulic piston unit consists of a sliding piston that adjusts the steering position of the wheels (13, 14). The steering system is also characterized by means of engagement (3; 9) that activate the operative connection or non-positive connection of the hydraulic emergency steering circuit between the steering wheel (1) and the axle or wheels that are steered in emergency steering mode, or deactivate said connection in normal operational mode.

Description

LENKSYSTEM MIT HYDRAULISCHER RÜCKFALLEBENESTEERING SYSTEM WITH HYDRAULIC RESIDUAL LEVEL
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit wenigstens einem am Lenkgetriebe eines gelenkten Rades bzw. an den Lenkgestängen der gelenkten Räder angebrachten elektromotorischen Lenksteiler, einem mit dem Lenksteiler über ein Regelsystem verbundenen, den Lenkwunsch des Fahrers erfassenden Geber, der am Lenkrad angebracht ist, und einem Notlenkkreis, der bei sicherheitsrelevanten Störungen oder einem Ausfall des oder der Lenksteiler und/oder des Gebers oder desThe invention relates to a steering system for motor vehicles with at least one electromotive steering divider attached to the steering gear of a steered wheel or to the steering linkage of the steered wheels, an encoder connected to the steering divider via a control system and detecting the driver's steering request, which is attached to the steering wheel, and an emergency steering circuit which, in the event of safety-relevant malfunctions or a failure of the steering divider (s) and / or the encoder or the
Regelsystems einen diese Komponenten überbrückenden oder außer Funktion setzenden Notlenkbetrieb ermöglicht.Control system enables an emergency steering operation that bridges these components or disables them.
Ein derartiges Lenksystem ist aus DE 195 40 956 Cl bekannt. Ein Lenksystem dieser Art wird allgemein als ein SBW-Lenksystem (steer-by-wire) bezeichnet. Die Lenkung der gelenkten Räder geschieht dabei ohne eine definierte mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern durch einen elektromotorischen Lenksteiler, der am Lenkgetriebe der Vorderachse oder an beiden Vorderrädern angebracht ist. DerSuch a steering system is known from DE 195 40 956 Cl. A steering system of this type is generally referred to as an SBW steering system (steer-by-wire). The steering of the steered wheels takes place without a defined mechanical coupling between the steering wheel and the steered wheels by means of an electromotive steering divider which is attached to the steering gear of the front axle or to both front wheels. The
Fahrerlenkwunsch wird am Lenkrad durch einen Geber abgegriffen. Die Rückwirkungen der Straße können dem Fahrer durch einen am Lenkrad angebrachten Simulator bzw. Rückstellmotor übermittelt werden. Sicherheitstechnisch ist ein solches SB -System als kritisch anzusehen, wenn keine beim Ausfall seine Funktion einfach abschaltenden Mittel vorgesehen sind. Für diesen Fehlerfall muß also eine zusätzliche "Rückfallebene" vorgesehen sein, die es erlaubt, das Fahrzeug im Notbetrieb weiterzulenken. Dabei könnenDriver steering request is picked up on the steering wheel by an encoder. The repercussions of the road can be communicated to the driver by a simulator or reset motor attached to the steering wheel. In terms of safety, such a self-service system can be regarded as critical if no means are simply provided to switch off its function in the event of a failure. For this fault, an additional "fallback level" must be provided, which allows the vehicle to be steered in emergency mode. You can
Einbußen des Lenkkomforts in Kauf genommen werden.Loss of steering comfort can be accepted.
Die Rückfallebene des in der oben genannten DE 195 40 956 Cl beschriebenen Lenksystems ist mit einer mechanischen Antriebsverbindung zwischen dem Lenkrad und einerThe fallback level of the steering system described in the above-mentioned DE 195 40 956 Cl is with a mechanical drive connection between the steering wheel and one
Lenkgetriebeanordnung zur Lenkbetätigung der Fahrzeugräder versehen. Diese mechanische Antriebsverbindung läßt sich durch Öffnen einer Kupplung auftrennen, wobei in diesem Fall die Lenkhandhabe lediglich mit der Lenkgetriebeanordnung gekoppelt ist, und erlaubt, daß in Abhängigkeit von einem Stellhub- und/oder einer Stellgeschwindigkeit der Lenkhandhabe Sollwerte für den Lenkwinkel der Fahrzeuglenkräder vorgegeben werden können. Dem Sicherheitsaspekt ist bei dem bekannten Lenksystem dadurch Rechnung getragen, daß sich die Kupplung ohne weiteres in ihren geschlossenen Zustand versetzen läßt, womit der mechanische Durchtrieb zwischen der Lenkhandhabe, d.h. dem Lenkrad, und den gelenkten Fahrzeugrädern, sobald Fehler in der Regelstrecke auftreten, wiederherstellbar ist.Steering gear arrangement provided for steering actuation of the vehicle wheels. This mechanical drive connection can be broken by opening a clutch, in which case the steering handle is only coupled to the steering gear arrangement, and allows setpoints for the steering angle of the vehicle steering wheels to be specified as a function of an actuating stroke and / or an actuating speed of the steering handle . The safety aspect is taken into account in the known steering system in that the clutch can be easily put into its closed state, whereby the mechanical drive through between the steering handle, i.e. the steering wheel and the steered vehicle wheels can be restored as soon as errors occur in the controlled system.
Aufgaben und Vorteile der ErfindungObjects and advantages of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lenksystem mit einem flexibleren Notlenkkreis durch den Einsatz einer hydraulischen Rückfallebene zu ermöglichen. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung dient als Rückfallebene, d.h. als Notlenkkreis, ein geschlossener Hydraulikkreis, der aus einer ersten Hydraulikkolbeneinheit besteht, die einen mit der Lenkradbewegung verschiebbaren Kolben hat, und die durch Hydraulikleitungen mit wenigstens einer zweiten radseitigen Hydraulikkolbeneinheit verbunden ist, die einen die Lenkstellung der Räder bzw. des zugehörigen Rades einstellenden verschiebbaren Kolben haben bzw. hat. Der Notlenkkreis weist ferner Schaltmittel auf, die im Notlenkbetrieb den Kraftschluß des hydraulischen Notlenkkreises zwischen dem Lenkrad und der gelenkten Achse bzw. den gelenkten Rädern ein- und im Normalbetrieb abschalten. Somit sind beide Seiten dieser Hydraulikkolbeneinheiten durch Hydraulikleitungen miteinander verbunden.It is an object of the invention to enable a steering system with a more flexible emergency steering circuit through the use of a hydraulic fallback level. According to an essential aspect of the invention, a closed hydraulic circuit, which consists of a first hydraulic piston unit which has a piston which can be displaced with the steering wheel movement, and which is connected by hydraulic lines to at least one second hydraulic piston unit on the wheel side, which serves as a fall-back level, that is to say as an emergency steering circuit Have or has steering position of the wheels or the associated wheel-adjusting displaceable piston. The emergency steering circuit also has switching means which, in emergency steering operation, switch on the frictional connection of the hydraulic emergency steering circuit between the steering wheel and the steered axle or the steered wheels and switch it off in normal operation. Thus, both sides of these hydraulic piston units are connected to one another by hydraulic lines.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist eine der beiden Hydraulikkolbeneinheiten im Normalbetrieb durch ein Bypassventil überbrückt. Dieses Bypassventil wird im Fehler- oder Störungsfall durch ein elektrisches Ventil abgeschaltet. Dieses Ventil muß stromlos geschlossen sein, um bei Ausfall desAccording to a first embodiment, one of the two hydraulic piston units is bridged by a bypass valve in normal operation. In the event of a fault or malfunction, this bypass valve is switched off by an electric valve. This valve must be closed when de-energized in order to prevent the
Bordnetzes die Rückfallebene starten zu können.Electrical system to start the fallback level.
Gemäß einer zweiten alternativen Ausführungsform weisen die Schaltmittel eine zwischen dem Lenkrad und der hydraulischen Notlenkeinheit liegende Kupplung auf. Im Normalbetrieb desAccording to a second alternative embodiment, the switching means have a clutch located between the steering wheel and the hydraulic emergency steering unit. In normal operation of the
Lenksystems ist der gesamte Notlenk-Hydraulikkreis vom Lenkrad abgetrennt. Die Kupplung ist somit im Normalbetrieb offen und wird im Fehlerfall geschlossen. Auch hier muß das Schließen der Kupplung stromlos erfolgen, um auch bei Ausfall des Bordnetzes die Rückfallebene aktivieren zu können. Die Schaltmittel, d.h. das Bypassventil oder die Kupplung können funktioneil mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden sein, die Signale, die Störungen oder den Ausfall der Komponenten des Regelsystems, des Lenkstellers und/oder desSteering system, the entire emergency steering hydraulic circuit is separated from the steering wheel. The clutch is thus open in normal operation and is closed in the event of a fault. Here, too, the clutch must be closed without current in order to be able to activate the fallback level even if the vehicle electrical system fails. The switching means, ie the bypass valve or the clutch, can be functionally connected to an electronic control unit, the signals, the malfunctions or the failure of the components of the control system, the steering actuator and / or the
Gebers betreffen, erkennt oder erzeugt und die ein Schaltsignal erzeugt, mit dem das Bypassventil für den Notlenkbetrieb geschlossen oder die Kupplung geschlossen wird.Encoder concern, recognizes or generates and generates a switching signal with which the bypass valve for emergency steering operation is closed or the clutch is closed.
Durch gezielte Auslegung der Kolbenquerschnitte der ersten und zweiten Hydraulikkolbeneinheit kann eine Lenkübersetzung hergestellt werden, die es dem Fahrer erlaubt, trotz Ausfall der Servounterstützung das Fahrzeug zu lenken.Through a targeted design of the piston cross sections of the first and second hydraulic piston units, a steering ratio can be produced that allows the driver to steer the vehicle despite the failure of the power assistance.
Überwachungsmittel, die den geschlossenen, d.h. nicht defekten,Monitoring means that the closed, i.e. not broken,
Zustand des hydraulischen Notlenkkreises überwachen, können mittels eines kleinen Federspeichers realisiert werden, der einen definierten Druck im Hydraulikkreis herstellt. Dieser definierte Druck läßt sich mit einem Sensor überwachen und damit eine evtl. Leckage erkennen.Monitoring the condition of the hydraulic emergency steering circuit can be achieved by means of a small spring accumulator that creates a defined pressure in the hydraulic circuit. This defined pressure can be monitored with a sensor and thus a possible leak can be recognized.
Bei einer erweiterten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems wird jedes Rad durch einen separaten elektromotorischen Lenksteiler gelenkt. Dementsprechend besitzt auch jedes Rad eine eigene Hydraulikkolbeneinheit desIn an extended embodiment of the steering system according to the invention, each wheel is steered by a separate electromotive steering divider. Accordingly, each wheel also has its own hydraulic piston unit
Notlenkkreises, die konstruktiv mit dem Elektromotor des Lenkstellers so gekoppelt ist, daß bei Ausfall der Elektromotoren die Räder über die Hydraulikkolbeneinheit des Notlenkkreises gelenkt werden können. Die beiden Elektromotoren, die zur Lenkung der gelenkten Räder dienen, sind so ausgelegt, daß sie diese Räder bei Fahrzeugstillstand bewegen können. Bewegt sich das Fahrzeug, nehmen die Radkräfte stark ab, so daß jeweils einer der beiden Elektromotoren beide Räder, im Regelfall die Vorderräder, lenken kann. Durch den geschlossenen Hydraulikkreis ist automatisch eine Kopplung der beiden Räder sichergestellt, so daß das Rad, bei dem der Elektromotor ausgefallen ist, automatisch durch den anderen Elektromotor über den hydraulischen Notlenkkreis mitgelenkt wird. Dabei ist das Bypassventil weiterhin offen (aufEmergency steering circuit, which is structurally coupled to the electric motor of the steering actuator so that the wheels can be steered via the hydraulic piston unit of the emergency steering circuit if the electric motors fail. The two electric motors that serve to steer the steered wheels are designed so that they can move these wheels when the vehicle is stationary. If the vehicle is moving, the wheel forces decrease significantly, so that one of the two electric motors can steer both wheels, as a rule the front wheels. A coupling of the two wheels is automatically ensured by the closed hydraulic circuit, so that the wheel in which the electric motor has failed is automatically steered by the other electric motor via the hydraulic emergency steering circuit. The bypass valve is still open (open
Durchgang) . Somit können die Räder weiterhin unabhängig von der Lenkradstellung gelenkt werden. Erst wenn beide Elektromotoren ausgefallen sind, wird das Bypassventil geschlossen (hydraulisch unterbrochen) , und damit sind die Räder über die ihnen zugeordneten Hydraulikkolbeneinheiten lenkbar. Auf diese Weise stehen zwei Rückfallebenen zur Verfügung:Passage). Thus, the wheels can still be steered regardless of the steering wheel position. The bypass valve is only closed (hydraulically interrupted) when both electric motors have failed, and the wheels can thus be steered via the hydraulic piston units assigned to them. In this way, two fallback levels are available:
l.Bei Ausfall eines Elektromotors werden beide Räder durch den verbleibenden funktionierenden Elektromotor gelenkt. Die Kopplung der Räder erfolgt automatisch durch die hydraulischeIf an electric motor fails, both wheels are steered by the remaining functioning electric motor. The wheels are automatically coupled by the hydraulic one
Rückfallebene .Fallback level .
2.Bei Ausfall beider Elektromotoren wird durch Schließen des Bypassventils oder der Kupplung der direkte Zugriff des Lenkrads auf die zweiten Hydraulikkolbeneinheiten hergestellt.2.If both electric motors fail, the steering wheel has direct access to the second hydraulic piston units by closing the bypass valve or the clutch.
Insgesamt erzielt das erfindungsgemäße Lenksystem die Vorteile, daß keine starre mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenksteller notwendig ist. Das bedeutet eine weitgehende Freiheit bei der Konstruktion und der Auslegung des Sicherheitssystems. Weiterhin ist für den Notlenkbetrieb durch gezielte Auslegung der Kolbenquerschnitte der Hydraulikkolbeneinheiten eine variable Lenkübersetzung möglich.Overall, the steering system according to the invention achieves the advantages that no rigid mechanical connection between the steering wheel and the steering actuator is necessary. That means extensive freedom in the construction and design of the Security system. Furthermore, a variable steering ratio is possible for emergency steering operation through the targeted design of the piston cross sections of the hydraulic piston units.
Bei einem derartigen SBW-Lenksystem (steer-by-wire) mit einer hydraulischen Rückfallebene, die mit einem geschlossenen Hydraulikkreis und mit Hydraulikkolbeneinheiten arbeitet, wird bei einem Ausfall des elektrischen Systems abrupt auf den hydraulischen Notlenkkreis umgeschaltet. Dabei kann der Fahrer zwar durch eine Anzeige gewarnt werden; aber dieIn such an SBW steering system (steer-by-wire) with a hydraulic fallback level, which works with a closed hydraulic circuit and with hydraulic piston units, the hydraulic emergency steering circuit is switched over abruptly in the event of a failure of the electrical system. The driver can be warned by a display; but the
Lenkunterstützung fällt aus und es müssen die gesamten Lenkkräfte schlagartig vom Fahrer aufgebracht werden. Um diesen schlagartigen Übergang des Handkraftverlaufs abzumildern und ihn nicht sprunghaft sondern allmählich beziehungsweise nur begrenzt ansteigen zu lassen, so daß sich der Fahrer auf dasSteering assistance fails and all of the steering forces have to be applied suddenly by the driver. In order to mitigate this sudden transition in the course of the manual force and not to let it rise suddenly, but gradually or only to a limited extent, so that the driver relies on it
Rückfallsystem besser einstellen kann, ist es vorteilhaft, wenn das Lenksystem gemäß Anspruch 12 mit einer Einrichtung zur Handkraftunterstützung ausgerüstet wird. Somit ist die Übergangsphase vom Normalbetrieb auf die Rückfallebene für den Fahrer besser beherrschbar, da anstelle eines abrupten Übergangs des Handkraftverlaufs dieser erheblich abgemildert beziehungsweise begrenzt wird; vor allem in Fahrsituationen, wie starke Kurvenfahrt oder langsame Fahrt, wo eine hohe Lenkkraft erforderlich ist, macht sich dies besonders vorteilhaft bemerkbar .Can adjust the fallback system better, it is advantageous if the steering system is equipped according to claim 12 with a device for manual power assistance. The transition phase from normal operation to the fallback level is thus easier for the driver to control, since instead of an abrupt transition in the course of the manual force, this is considerably reduced or limited; This is particularly noticeable in driving situations such as strong cornering or slow driving, where high steering force is required.
Besonders günstig ist es, wenn dabei die Einrichtung zur Lenkkraftunterstützung gemäß Anspruch 13 hydraulisch ausgeführt wird; die hydraulische Einrichtung läßt sich vorteilhaft an den geschlossenen Hydraulikkreis anschließen und stellt dabei ausreichend Energie zur Verfügung, so daß Handkraftbedarf und Handkraftunterstützung zumindest zeitweise aneinander angeglichen werden können.It is particularly expedient if the device for steering power assistance is carried out hydraulically; the hydraulic device can be advantageously connected to the closed hydraulic circuit and provides sufficient energy is available so that hand power requirements and hand power support can be adjusted to each other at least temporarily.
Es ist aber auch zweckmäßig, wenn zur Unterstützung derBut it is also useful if to support the
Handkraft gemäß Anspruch 21 der ohnedies vorhandene Rückstellmotor verwendet wird, der nun anstelle seines Rückstellbetriebs durch ein geeignetes Reglerprogramm der elektronischen Steuereinheit auf einen Unterstützungsbetrieb umgeschaltet wird; auch wenn sich hierbei der Handkraftbedarf beim Umschalten auf den Notfall erhöht, weil der verfügbare Rückstellmotor in der Regel nicht den gesamten Energiebedarf ausgleichen kann, so ergibt sich doch für den Fahrer ein so stark abgemilderter Sprung, daß er leicht und ohne Gefahr von ihm beherschbar ist.Hand force according to claim 21, the already existing reset motor is used, which is now switched to a support mode instead of its reset operation by a suitable controller program of the electronic control unit; Even if the need for manual power increases when switching to an emergency because the available reset motor cannot usually compensate for the entire energy requirement, the jump is so much softened for the driver that he can be easily and safely handled by him .
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenksystems sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the steering system according to the invention are characterized in the subclaims.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, die vier grundsätzliche Ausführungsbeispiele darstellt.The invention is explained below with reference to the drawing, which represents four basic exemplary embodiments.
Die Fig.lzeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems, wobei ein elektromotorischer Lenksteiler mit hydraulischer Kopplung und eine erste und zweite alternative Ausführungsform A und B für die Aktivierung des Notlenkkreises dargestellt sind; und Fig. 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems mit zwei gekoppelten elektromotorischen Lenkstellern, ebenfalls mit beiden Alternativen A und B der Aktivierung des hydraulischen Notlenkkreises.Fig.l shows schematically a first embodiment of the steering system according to the invention, an electromotive steering divider with hydraulic coupling and a first and second alternative embodiments A and B are shown for the activation of the emergency steering circuit; and Fig. 2 shows schematically a second embodiment of the steering system according to the invention with two coupled electromotive steering actuators, also with both alternatives A and B of the activation of the hydraulic emergency steering circuit.
Fig. 3 zeigt in vereinfachter Form ein drittesFig. 3 shows a third in a simplified form
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems, wobei das Lenksystem nach Fig. 1 zusätzlich mit einer hydraulischen Handkraftunterstützung im Notlenkkreis ausgebildet ist,Embodiment of the steering system according to the invention, wherein the steering system according to FIG. 1 is additionally designed with a hydraulic hand power assist in the emergency steering circuit,
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem der Handkraftbedarf beim Übergang auf die hydraulische Rückfallebene bei dem dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dargestellt ist;FIG. 4 shows a diagram in which the manual force requirement during the transition to the hydraulic fallback level is shown in the third exemplary embodiment according to FIG. 3;
Fig. 5 zeigt einen Teil der dritten Ausführungsform nach Fig. 3 mit einer anderen kontinuierlichen Energieversorgung zur Handkraftunterstützung;FIG. 5 shows a part of the third embodiment according to FIG. 3 with another continuous energy supply for manual power support;
Fig. 6 zeigt in vereinfachter Form ein viertes6 shows a fourth in a simplified form
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems, wobei das Lenksystem nach Fig. 1 zusätzlich eine elektromechanische Handkraftunterstützung im Notlenkkreis aufweist;Exemplary embodiment of the steering system according to the invention, the steering system according to FIG. 1 additionally having an electromechanical manual power assistance in the emergency steering circuit;
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in dem der Handkraftbedarf beim Übergang auf die hydraulische Rückfallebene bei dem vierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 dargestellt ist.FIG. 7 shows a diagram in which the manual force requirement during the transition to the hydraulic fallback level is shown in the fourth exemplary embodiment according to FIG. 6.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Das in Fig. 1 schematisch gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lenksystems zeigt ein sogenanntes SBW- Lenksystem (steer-by-wire) , bei dem keine direkte mechanische Kopplung zwischen einem Lenkrad 1 und (nicht dargestellten) gelenkten Rädern 13, 14 besteht. Statt dessen wird derDescription of the embodiments The exemplary embodiment of the steering system according to the invention shown schematically in FIG. 1 shows a so-called SBW steering system (steer-by-wire), in which there is no direct mechanical coupling between a steering wheel 1 and steered wheels 13, 14 (not shown). Instead, the
Fahrerlenkwunsch am Lenkrad 1 durch einen (nicht gezeigten) Geber abgegriffen. Die Rückwirkungen der Straße werden durch einen am Lenkrad 1 angebrachten Simulator 2 an den Fahrer übermittelt. Ein elektromotorischer Lenksteller 17 greift am Lenkgetriebe der Vorderachse 20 an. Der am Lenkrad 1 angebrachteDriver steering request on the steering wheel 1 tapped by an encoder (not shown). The repercussions of the road are transmitted to the driver by a simulator 2 attached to the steering wheel 1. An electromotive steering actuator 17 engages the steering gear of the front axle 20. The one attached to the steering wheel 1
(nicht gezeigte) Geber sowie und der elektromotorische Lenksteller 17 stehen über ein (gleichfalls nicht dargestelltes) Regelsystem miteinander in Wirkverbindung, wobei dem Regelsystem außer dem Fahrerlenkwunsch auch noch weitere (nicht gezeigte) , die Lenkung beeinflussende Größen zugeführt werden können. Der(Not shown) the transmitter and the electromotive steering actuator 17 are operatively connected to one another via a control system (also not shown), wherein the control system can also be supplied with other variables (not shown) influencing the steering in addition to the driver's steering request. The
Simulator 2 weist ein eigenes, zweites (nicht dargestelltes) Regelsystem auf.Simulator 2 has its own second control system (not shown).
Sicherheitstechnisch ist das beschriebene reine SBW-System als kritisch anzusehen, da es keine Fail-Safe-Funktion ermöglicht.In terms of safety, the pure SBW system described is to be regarded as critical, since it does not enable a fail-safe function.
D.h., daß bei Ausfall nicht, wie z.B. bei einem Antiblockiersystem, die Funktion einfach abgeschaltet werden kann.This means that in the event of a failure, e.g. with an anti-lock braking system, the function can be simply switched off.
Erfindungsgemäß ist deshalb eine einen Notlenkkreis bildende Rückfallebene vorgesehen, die aus einem geschlossenen Hydraulikkreis aus einer ersten Hydraulikkolbeneinheit 5, 6 mit einem mit der Lenkbewegung über ein beispielhaft als Ritzel, das in einer Zahnstange kämmt, dargestelltes Getriebe 4 verschiebbaren Kolben und, gem. Fig. 1, einer mit der ersten Hydraulikeinheit 5, 6 durch Hydraulikleitungen 11 verbundenen zweiten Hydraulikkolbeneinheit 15 besteht, die einen die Lenkstellung der Räder einstellenden verschiebbaren Kolben hat. Hierbei sei darauf hingewiesen, daß nicht unbedingt zwei Hydraulikkolbeneinheiten erforderlich sind. Weiterhin weist der Hydraulikkreis Schaltmittel auf, die im Notlenkbetrieb den Kraftschluß des hydraulischen Notlenkkreises zwischen dem Lenkrad 1 und der gelenkten Achse 20 bzw. den Räder 13, 14 herstellen und im Normalbetrieb abschalten.According to the invention, therefore, a fall-back level forming an emergency steering circuit is provided, which consists of a closed hydraulic circuit comprising a first hydraulic piston unit 5, 6 with a piston 4 displaceable with the steering movement via a gear 4, which is exemplified as a pinion meshing in a rack, and, according to. Fig. 1, one with the first Hydraulic unit 5, 6 by hydraulic lines 11 connected second hydraulic piston unit 15, which has a displaceable piston which adjusts the steering position of the wheels. It should be noted that two hydraulic piston units are not absolutely necessary. Furthermore, the hydraulic circuit has switching means which produce the non-positive connection of the hydraulic emergency steering circuit between the steering wheel 1 and the steered axle 20 or the wheels 13, 14 in emergency steering mode and switch it off in normal operation.
Diese Schaltmittel sind in Fig. 1 in zwei alternativen Ausführungsbeispielen dargestellt. Eine erste mit A bezeichnete Alternative weist einen im Notlenkbetrieb durch ein Umschaltventil abschaltbaren Bypass 9 auf, der, wie gezeigt, die zweite Hydraulikkolbeneinheit 15 überbrückt. Im Fehler- bzw.These switching means are shown in Fig. 1 in two alternative embodiments. A first alternative, designated by A, has a bypass 9 which can be switched off in emergency steering mode by a changeover valve and which, as shown, bridges the second hydraulic piston unit 15. In the error or
Störungsfall des SB -Lenksystems wird deshalb der Bypass 9 durch das Umschaltventil abgeschaltet. Dieses Ventil muß stromlos geschlossen sein, um bei Ausfall des Bordnetzes des Fahrzeugs die Rückfallebene aktivieren zu können. Somit ist bei geschlossenem Bypassventil, d.h. offenem Bypassweg 9, ein hydraulischer Kraftschluß zwischen der ersten Hydraulikkolbeneinheit 5, 6 und der zweitenIn the event of a fault in the SB steering system, the bypass 9 is therefore switched off by the changeover valve. This valve must be closed without current in order to be able to activate the fallback level in the event of a failure of the vehicle's electrical system. Thus, when the bypass valve is closed, i.e. open bypass path 9, a hydraulic frictional connection between the first hydraulic piston unit 5, 6 and the second
Hydraulikkolbeneinheit 15 zur Lenkung der gelenkten Achse 20 bzw. der Räder 13, 14 hergestellt.Hydraulic piston unit 15 for steering the steered axle 20 or the wheels 13, 14 manufactured.
Durch gezielte Auslegung der Kolbenquerschnitte der ersten und zweiten Hydraulikkolbeneinheit 5 , 6 und 15 kann eine Lenkübersetzung realisiert werden, die es dem Fahrer erlaubt, trotz Ausfall der Servounterstützung das Fahrzeug zu lenken. Die Überwachung des geschlossenen Hydraulikkreises erfolgt mittels eines kleinen Federspeichers 8 über ein Rückschlagventil 7. Der Federspeicher 8 stellt den definierten Druck im Hydraulikkreis her. Dieser definierte Druck läßt sich mit einem Sensor überwachen und damit eine Leckage des Hydrauliksystems erkennen.Through a targeted design of the piston cross-sections of the first and second hydraulic piston units 5, 6 and 15, a steering ratio can be realized which allows the driver to steer the vehicle despite the failure of the power assistance. The closed hydraulic circuit is monitored by means of a small spring accumulator 8 via a check valve 7. The spring accumulator 8 produces the defined pressure in the hydraulic circuit. This defined pressure can be monitored with a sensor and thus a leak in the hydraulic system can be detected.
Bei der zweiten in Fig. 1 dargestellten, mit B bezeichneten Alternative ist der Bypass 9 bzw. das Bypassventil durch eine Kupplung 3 ersetzt, die zwischen dem Lenkrad 1 bzw. demIn the second alternative shown in FIG. 1, designated B, the bypass 9 or the bypass valve is replaced by a clutch 3, which is between the steering wheel 1 and the
Simulator 2 und dem Getriebe 4 des hydraulischen Notlenkkreises liegt. Der Unterschied der Alternative B besteht darin, daß im normalen SBW-Lenkbetrieb der gesamte hydraulischen Notlenkkreis vom Lenkrad 1 abgetrennt ist . Die Kupplung 3 ist im Normalbetrieb offen und wird im Fehlerfall geschlossen. DasSimulator 2 and the transmission 4 of the hydraulic emergency steering circuit. The difference of alternative B is that in normal SBW steering mode the entire hydraulic emergency steering circuit is separated from steering wheel 1. The clutch 3 is open in normal operation and is closed in the event of a fault. The
Schließen muß stromlos erfolgen, um auch bei Ausfall des Bordnetzes die Rückfallebene, d.h. den hydraulischen Notlenkkreis, aktivieren zu können.Closing must be carried out without current in order to ensure that the fallback level, i.e. to activate the hydraulic emergency steering circuit.
Gestrichelt dargestellt ist eine elektronische Steuereinheit 10 zur Erzeugung der Schaltsignale entweder für das Ventil zum Öffnen des Bypasses 9 im normalen Lenkbetrieb bzw. zum Schließen des Bypasses für den Notlenkbetrieb oder zum Öffnen der Kupplung 3 im Normalbetrieb und zum Schließen derselben im Fehler- oder Störungsfall.Shown in dashed lines is an electronic control unit 10 for generating the switching signals either for the valve for opening the bypass 9 in normal steering mode or for closing the bypass for emergency steering mode or for opening the clutch 3 in normal mode and for closing the same in the event of a fault or malfunction.
Die Steuereinheit 10 kann ihrerseits Signale, die Störungen oder Ausfall von Komponenten im Regelsystem, des Lenkstellers und/oder des Gebers betreffen, empfangen, verarbeiten und Signale zur Beaufschlagung des Bypassventils oder der Kupplung 3 ausgeben .The control unit 10 can in turn receive, process and process signals relating to malfunctions or failure of components in the control system, the steering actuator and / or the transmitter, and signals to act on the bypass valve or the clutch 3 output .
Das in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß im normalen SBW-Lenkbetrieb jedes gelenkte Rad 13, 14 oder dessen LenkachseThe second exemplary embodiment shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that in normal SBW steering operation each steered wheel 13, 14 or its steering axis
21, 22 durch einen separaten elektormotorischen Lenksteller 17, 18 gelenkt wird. Dementsprechend besitzt auch jedes Rad 13, 14 eine eigene Hydraulikkolbeneinheit 15, 16 des hydraulischen Notlenkkreises. Jede der zuletzt genannten Hydraulikkolbeneinheiten 15, 16 ist konstruktiv mit dem elektromotorischen Lenksteller 17, 18 so gekoppelt, daß bei Ausfall dieser elektromotorischen Lenksteller 17, 18 die Räder 13, 14 über die Hydraulikkolbeneinheit 15, 16 des hydraulischen Notlenkkreises gelenkt werden können.21, 22 is steered by a separate elector-motor-driven steering actuator 17, 18. Accordingly, each wheel 13, 14 also has its own hydraulic piston unit 15, 16 of the hydraulic emergency steering circuit. Each of the last-mentioned hydraulic piston units 15, 16 is structurally coupled to the electromotive steering actuator 17, 18 so that if these electromotive steering actuators 17, 18 fail, the wheels 13, 14 can be steered via the hydraulic piston unit 15, 16 of the hydraulic emergency steering circuit.
Die beiden elektromotorischen Lenksteller 17, 18, die zur Lenkung der gelenkten Vorderräder 13 , 14 im normalen SBW- Lenkbetrieb dienen, sind so ausgelegt, daß sie die Räder 13, 14 bei Fahrzeugstillstand bewegen können. Bewegt sich das Fahrzeug, nehmen die Radkräfte stark ab, so daß jeweils einer der beiden elektromotorischen Lenksteller 17, 18 beide Vorderräder 13, 14 lenken kann.The two electromotive steering actuators 17, 18, which are used to steer the steered front wheels 13, 14 in normal SBW steering operation, are designed so that they can move the wheels 13, 14 when the vehicle is stationary. If the vehicle is moving, the wheel forces decrease sharply so that one of the two electromotive steering actuators 17, 18 can steer both front wheels 13, 14.
Über die Rückfallebene des hydraulischen Notlenkkreises ist durch den geschlossenen Hydraulikkreis 11, 12 automatisch eineVia the fallback level of the hydraulic emergency steering circuit, one is automatically created by the closed hydraulic circuit 11, 12
Kopplung der beiden Räder 13, 14 sichergestellt, so daß das Rad, bei welchem der elektromotorische Lenksteller 17, 18 ausgefallen ist, automatisch durch den anderen elektromotorischen Lenksteller über die Rückfallebene des hydraulischen Notlenkkreises mitgelenkt wird. Dabei ist das Bypassventil 9 gemäß Alternative A oder die Kupplung 3 gemäß Alternative B weiterhin offen. Somit können auch in diesem Fehlerfall, d.h. bei Ausfall eines der elektromotorischen Lenksteller 17, 18, die Räder 13, 14 weiterhin unabhängig von der Stellung des Lenkrads 1 gelenkt werden.Coupling of the two wheels 13, 14 ensures that the wheel in which the electromotive steering actuator 17, 18 has failed is automatically steered by the other electromotive steering actuator via the fallback level of the hydraulic emergency steering circuit. The bypass valve is 9 according to alternative A or the clutch 3 according to alternative B still open. Thus, even in the event of a fault, ie if one of the electromotive steering actuators 17, 18 fails, the wheels 13, 14 can continue to be steered independently of the position of the steering wheel 1.
Erst wenn beide elektromotorischen Lenksteller 17, 18 ausfallen, wird das Bypassventil 9 geschlossen, d.h. die Bypassleitung hydraulisch unterbrochen, oder die Kupplung 3 geschlossen, und damit werden die Räder 13, 14 durch die HydraulikkolbeneinheitOnly when both electromotive steering actuators 17, 18 fail, is the bypass valve 9 closed, i.e. the bypass line is interrupted hydraulically, or the clutch 3 is closed, and thus the wheels 13, 14 are driven by the hydraulic piston unit
5, 6 am Lenkrad 1 lenkbar. Auf diese Weise stehen zwei Rückfallebenen zur Verfügung:5, 6 steerable on steering wheel 1. In this way, two fallback levels are available:
l.Bei Ausfall eines elektromotorischen Lenkstellers 17, 18 werden beide Räder 13, 14 durch den verbleibenden funktionierenden Elektromotor gelenkt. Die Kopplung der Räder 13, 14 erfolgt dabei automatisch durch die hydraulische Rückfallebene .If an electromotive steering actuator 17, 18 fails, both wheels 13, 14 are steered by the remaining functioning electric motor. The coupling of the wheels 13, 14 takes place automatically through the hydraulic fallback level.
2. Bei Ausfall beider elektromotorischen Lenksteller 17, 18 wird durch Schließen des Bypassventils 9 bzw. der Kupplung 3 der direkte Zugriff des Lenkrads über die Hydraulikkolbeneinheit 5, 6 hergestellt.2. In the event of failure of both electromotive steering actuators 17, 18, the bypass valve 9 or the clutch 3 is closed to provide direct access to the steering wheel via the hydraulic piston unit 5, 6.
Die weiteren Merkmale des in Fig. 2 gezeigtenThe further features of that shown in FIG. 2
Ausführungsbeispiels , d.h. die Überwachung des Drucks im Hydraulikkreis 11 durch den Federspeicher 8 und die beiden Schaltmittel, d.h. das Bypassventil oder die Kupplung 3 gemäß Alternativen A und B sind mit den in Fig. 1 gezeigten identisch und müssen deshalb hier nicht noch einmal erläutert werden. Die Fig. 3 zeigt in vereinfachter Form ein drittes Ausführungsbeispiel des Lenksystems, das sich vom Lenksystem nach Fig. 1 wie folgt unterscheidet, wobei gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das dritte LenksystemEmbodiment, ie the monitoring of the pressure in the hydraulic circuit 11 by the spring accumulator 8 and the two switching means, ie the bypass valve or the clutch 3 according to alternatives A and B are identical to those shown in Fig. 1 and therefore need not be explained again here. 3 shows in simplified form a third exemplary embodiment of the steering system, which differs from the steering system according to FIG. 1 as follows, the same components being provided with the same reference numerals. The third steering system
30 unterscheidet sich primär durch eine Einrichtung 31 zur Handkraftunterstützung, die hier hydraulisch ausgebildet ist. Zu diesem Zweck weist die Einrichtung 31 ein hydraulisches Lenksteuerventil 32 auf, dessen Zulaufanschluß 33 von einem als Energiequelle dienenden Druckspeicher 34 mit Druckmittel versorgbar ist. In die vom Druckspeicher 34 zum Zulaufanschluß 33 führende Zulaufleitung 35 ist ein zweites Rückschlagventil 36 sowie ein zweites Umschaltventil 37 geschaltet. Von einem Rücklaufanschluß 38 des Lenksteuerventils 32 führt eine Ablaufleitung 39 über ein drittes Umsehaltventil 41 zu einem30 differs primarily by a device 31 for manual power support, which is designed here hydraulically. For this purpose, the device 31 has a hydraulic steering control valve 32, the inlet connection 33 of which can be supplied with pressure medium from a pressure accumulator 34 serving as an energy source. A second check valve 36 and a second changeover valve 37 are connected into the inlet line 35 leading from the pressure accumulator 34 to the inlet connection 33. A drain line 39 leads from a return connection 38 of the steering control valve 32 via a third switching valve 41 to one
Tank 42. Das Lenksteuerventil 32 weist ferner zwei Verbraucheranschlüsse 43, 44 auf, die mit einem Hydraulikmodul 45 hydraulisch verbunden sind. In diesem Hydraulikmodul 45 sind im wesentlichen die Funktionen des Getriebes 4 nach Figur 1 sowie der beiden Hydraulikkolbeneinheiten 5 und 6 untergebracht, so daß von ihm Hydraulikleitungen 11 auf beiden Seiten zur Hydraulikkolbeneinheit 15 abgehen. Mit dem Getriebe 4 und damit mit dem Lenkrad 1 steht ein Meßglied 46 in Wirkverbindung, welches das Handmoment am Lenkrad 1 erfaßt und davon abhängig das Lenksteuerventil 32 steuert. In die Wirkverbindung zwischenTank 42. The steering control valve 32 also has two consumer connections 43, 44 which are hydraulically connected to a hydraulic module 45. This hydraulic module 45 essentially accommodates the functions of the transmission 4 according to FIG. 1 and of the two hydraulic piston units 5 and 6, so that hydraulic lines 11 extend from it to the hydraulic piston unit 15 on both sides. A measuring element 46 is operatively connected to the transmission 4 and thus to the steering wheel 1, which detects the manual torque on the steering wheel 1 and controls the steering control valve 32 as a function thereof. In the operative connection between
Lenkrad 1 und Meßglied 46 ist der Simulator 2 geschaltet, der auch als Rückstellmotor bezeichnet wird.Steering wheel 1 and measuring element 46 is connected to simulator 2, which is also referred to as a reset motor.
Wenn bei dem dritten Lenksystem 30 das elektrische System abgeschaltet wird, wird gleichzeitig die Einrichtung 31 zur Handkraftunterstützung eingeschaltet, indem zugleich das erste Umschaltventil 9 und das zweite Umschaltventil 37 durch eine gemeinsame Ansteuerung umgeschaltet werden. Dabei wird die hydraulische Rückfallebene im Fall des stromlosen Zustandes der Ansteuerkreise der Umschaltventile 9 und 37 aktiviert, wobei die beiden Umschaltventile 9 und 37 vorteilhaft in einem gemeinsamen Ventilblock untergebracht sein können. Aus dem Druckspeicher 34 wird dann Hochdruck über das zweite Rückschlagventil 36 und das geöffnete zweite Umsehaltventil 37 über den Zulaufanschluß 33 in das Lenksteuerventil 32 geführt. Abhängig von der Drehung, also von der Richtung und Höhe des Handmomentes am Lenkrad 1, wird nun die Stellung des Steuerglieds im Lenksteuerventil 32 so verändert, daß der Differenzdruck am Arbeitszylinder 15 so eingestellt wird, daß die gewünschte Unterstützung an der Spurstange 20 erfolgt. So wird zum Beispiel beim Lenken nach rechts das Druckmittel aus dem Druckspeicher 34 vom Lenksteuerventil 32 über den ersten Verbraucheranschluß 43 zum Hydraulikmodul 45 durchgelassen und dieser steuert den Hochdruck an seinem Anschluß R aus, so daß er auf die in der Figur 3 rechte Kammer des Arbeitszylinders 15 geführt wird. Gleichzeitig wird vom Kolben im Arbeitszylinders 15 an der Spurstange 20 Druckmittel über den Anschluß L im Hydraulikmodul 45 und dem zweiten Verbraucheranschluß 44 am Lenksteuerventil 32 zum Rücklaufanschluß 38 und weiter zum Tank 42 geführt.When the electrical system is switched off in the third steering system 30, the device 31 becomes at the same time Manual power assistance is switched on by simultaneously switching the first switching valve 9 and the second switching valve 37 by means of a common control. The hydraulic fall-back level is activated in the event of the currentless state of the control circuits of the changeover valves 9 and 37, the two changeover valves 9 and 37 advantageously being able to be accommodated in a common valve block. High pressure is then passed from the pressure accumulator 34 via the second check valve 36 and the opened second changeover valve 37 via the inlet connection 33 into the steering control valve 32. Depending on the rotation, that is, on the direction and amount of the hand torque on the steering wheel 1, the position of the control member in the steering control valve 32 is now changed so that the differential pressure on the working cylinder 15 is set so that the desired support on the tie rod 20 takes place. For example, when steering to the right, the pressure medium from the pressure accumulator 34 is passed from the steering control valve 32 via the first consumer connection 43 to the hydraulic module 45, and this controls the high pressure at its connection R, so that it acts on the chamber of the working cylinder which is on the right in FIG 15 is performed. At the same time, pressure medium is led from the piston in the working cylinder 15 to the tie rod 20 via the connection L in the hydraulic module 45 and the second consumer connection 44 on the steering control valve 32 to the return connection 38 and further to the tank 42.
In der Fig. 4 ist ein Diagramm dargestellt, das den Handkraftbedarf über der Zeit veranschaulicht. Wenn hierbei in einem Zeitpunkt 47 ein Abschalten des elektrischen Systems und dabei eine Warnung des Fahrers erfolgt, so veranschaulicht die sprungförmige Kennlinie 48 den Handkraftbedarf in einem Lenksystem ohne Handkraftunterstützung. Demgegenüber zeigt die zweite Kennlinie 49 den Verlauf des Handkraftbedarfs wie er mit einer Einrichtung 31 zur Handkraftunterstützung erreichbar ist. Somit ergibt sich ein allmählicher Handkraftanstieg, wie er vom Fahrer besser beherrschbar ist. Der Anstieg des Handkraftbedarfs ist um so steiler, je mehr Unterstützung in der Übergangsphase gebraucht wird, das heißt je größer der erforderliche Lenkwinkel nach Abschalten des elektrischen Systems ist. Die hydraulische Unterstützung für das Handmoment wird über der Zeit zurückgenommen, dadurch daß der Hochdruck im Druckspeicher 34 abgebaut wird. Durch die vorgeschlagene Verschaltung von Hydraulikmodul 45 und Arbeitszylinder 15 wird das Gegenmoment zum Handmoment am Lenkrad 1 durch die hydraulische Rückwirkung des Differenzdruckes am Arbeitszylinder 15 gebildet. Bei dem geschilderten Notfallbetieb des Lenksystems 30 befindet sich das dritte Umsehaltventil 41 in seiner Durchlaß-Stellung, solange der hohe Druck im Druckspeicher 34 vorhanden ist. Wenn schließlich der Druck im Druckspeicher 34 erschöpft ist, wird die Verbindung zum Tank 42 durch das dritte Umsehaltventil 41 unterbrochen, damit es nach dem unterstützten Betrieb nicht zum4 shows a diagram which illustrates the manual power requirement over time. If the electrical system is switched off and the driver is warned at a point in time 47, the step characteristic 48 illustrates the need for manual force in one Steering system without manual power assistance. In contrast, the second characteristic curve 49 shows the course of the manual power requirement as can be achieved with a device 31 for manual power support. This results in a gradual increase in hand power that can be better controlled by the driver. The increase in manual power requirement is steeper the more support is needed in the transition phase, i.e. the larger the required steering angle after the electrical system is switched off. The hydraulic support for the manual torque is reduced over time by reducing the high pressure in the pressure accumulator 34. The proposed connection of the hydraulic module 45 and the working cylinder 15 forms the counter-torque to the manual torque on the steering wheel 1 through the hydraulic reaction of the differential pressure on the working cylinder 15. In the described emergency operation of the steering system 30, the third changeover valve 41 is in its open position as long as the high pressure is present in the pressure accumulator 34. When the pressure in the pressure accumulator 34 is finally exhausted, the connection to the tank 42 is interrupted by the third switching valve 41, so that it does not become active after the assisted operation
Verlust vom Druckmittel aus dem hydraulischen Rückfallsystem kommt .Loss of pressure medium comes from the hydraulic fallback system.
Die Fig. 5 zeigt einen Teil des dritten Lenksystems 30 mit einer anderen Einrichtung 51 zur Handkraftunterstützung, wobei derFIG. 5 shows part of the third steering system 30 with another device 51 for manual power assistance, the
Hydraulikdruck zur Unterstützung des Handmoments durch eine Hydropumpe 52 erzeugt wird, die elektrisch oder vom Verbrennungsmotor oder vom Antriebsstrang des Fahrzeugs angetrieben wird. Beim Abschalten des elektrischen SBW- Lenksystems ist somit dafür gesorgt, daß eine kontinuierliche Unterstützung der Handkraft erfolgt. Dabei muß die Einrichtung 51 so ausgelegt sein, daß bei einem elektrischen Antrieb der Hydropumpe 52 in der Notfallsituation noch elektrische Energie zum Betrieb der Hydropumpe verfügbar ist.Hydraulic pressure to support the hand torque is generated by a hydraulic pump 52 which is driven electrically or by the internal combustion engine or by the drive train of the vehicle. When switching off the electric SBW steering system, it is thus ensured that a continuous Hand strength support is provided. The device 51 must be designed so that when the hydraulic pump 52 is electrically driven, electrical energy for operating the hydraulic pump is still available in the emergency situation.
Ferner lassen sich in einer nicht dargestellten Variante die Einrichtungen 31 und 51 so kombinieren, daß der Druckspeicher über eine Pumpe kontinuierlich auf hohem Druck aufgeladen wird. Dabei wird über ein Überdruckventil der Überdruck vom Speicher zum Tank entlastet. Damit die Pumpe nicht ständig arbeiten muß kann dabei über einen Drucksensor oder Wegsensor (Schalter) erreicht werden, daß die Pumpe nur dann eingeschaltet wird, wenn ein Mindestdruck im Druckspeicher unterschritten wird.Furthermore, in a variant not shown, the devices 31 and 51 can be combined in such a way that the pressure accumulator is continuously charged to high pressure via a pump. The overpressure from the accumulator to the tank is relieved via a pressure relief valve. So that the pump does not have to work continuously, a pressure sensor or displacement sensor (switch) can be used to switch the pump on only when the pressure in the pressure accumulator falls below a minimum.
Bei dem dritten Lenksystem 30 kann mit Hilfe der EinrichtungenIn the third steering system 30 can with the help of the facilities
31, 51 zur Handkraftunterstützung erreicht werden, daß der abrupte Übergang des Handkraftverlaufs abgemildert wird. Wie besonders deutlich Figur 4 zeigt, steigt der Handkraftverlauf nicht sprunghaft sondern allmählich an, so daß sich der Fahrer auf das hydraulische Rückfallsystem einstellen kann und nicht nur auf die Warnanzeige beim Abschalten des elektrischen Systems angewiesen ist . Somit ist die Übergangsphase vom Normalbetrieb auf die Rückfallebene für den Fahrer besser beherrschbar.31, 51 for hand power support can be achieved that the abrupt transition of the hand power curve is mitigated. As is particularly clearly shown in FIG. 4, the course of the manual force does not increase suddenly but gradually, so that the driver can adjust to the hydraulic fallback system and is not only dependent on the warning display when the electrical system is switched off. The transition phase from normal operation to the fallback level is therefore easier for the driver to control.
Die Fig. 6 zeigt in vereinfachter Form ein erfindungsgemäßesFig. 6 shows a simplified form of an inventive
Ausführungsbeispiel eines vierten Lenksystems 60, das sich von demjenigen nach Figur 1 vor allem wie folgt unterscheidet, wobei gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das vierte Lenksystem 60 unterscheidet sich vor allem durch eine Einrichtung 61 zur Handkraftunterstützung, die hier elektromechanisch ausgebildet ist, indem hier unmittelbar der ohnedies vorhandene Rückstellmotor 2 für diesen Zweck verwendet wird. Das Lenksystem 60 weist ferner eine elektronische Steuereinheit 62 auf, der an einem ersten Eingang 63 Signale für das Handmoment am Lenkrad 1 zugeführt werden, während es an einem zweiten Eingang 64 Signale für das Radmoment am elektromotorischen Lenkstellers 17 erhält. Ferner sind an dieser Steuereinheit 62 Eingänge 65 für Betriebsspannungen, wie Batteriespannung und Zündspannung, 66 für Steuersignale, wie Zündschlüssel und Generatorenkontrolle und Türschloß, sowie 67 für die Drucküberwachung des Druckspeichers 8 vorgesehen. Ein Steueranschluß 68 dient zur Steuerung des den Bypass steuernden Umsehaltventils 9. Mit den Steueranschlüssen 69 und 71 der elektronischen Steuereinheit 62 werden der Rückstellmotor 2 beziehungsweise der Lenksteller 17 angesteuert. Für dieEmbodiment of a fourth steering system 60, which differs from that according to FIG. 1 primarily as follows, the same components being provided with the same reference numerals. The fourth steering system 60 differs primarily by a device 61 for manual power assistance, which is shown here is electromechanical by using the already existing reset motor 2 for this purpose. The steering system 60 also has an electronic control unit 62, to which signals for the manual torque on the steering wheel 1 are fed at a first input 63, while it receives signals for the wheel torque at the electromotive steering actuator 17 at a second input 64. Furthermore, inputs 65 for operating voltages, such as battery voltage and ignition voltage, 66 for control signals, such as ignition key and generator control and door lock, and 67 for pressure monitoring of the pressure accumulator 8 are provided on this control unit. A control connection 68 serves to control the changeover valve 9 controlling the bypass. The reset motor 2 and the steering actuator 17 are controlled by the control connections 69 and 71 of the electronic control unit 62. For the
Ansteuerung dieser Motoren sind der elektronischen Steuereinheit 62 ein erstes Motorrelais 72 für den Rückstellmotor 2 und ein zweites Motorrelais 73 für den Lenksteller 17 zugeordnet.Activation of these motors is associated with a first motor relay 72 for the reset motor 2 and a second motor relay 73 for the steering actuator 17 with the electronic control unit 62.
Die Motorrelais 72 und 73 dienen als Abschaltpfade für die beiden Motoren. Die elektronische Steuereinheit 62 kann durch entsprechende Ansteuerung der beiden Motorrelais 72 und 73 einen unerwünschten Stromfluß durch den Rückstellmotor 2 bzw. durch den Lenksteller 17 unterbrechen, der durch elektrische Fehler in den Motoren oder in der Motoransteuerung hervorgerufen wurde.Motor relays 72 and 73 serve as shutdown paths for the two motors. The electronic control unit 62 can interrupt the undesired flow of current through the reset motor 2 or through the steering actuator 17 by appropriate control of the two motor relays 72 and 73, which was caused by electrical errors in the motors or in the motor control.
An einem Steuerausgang 74 werden Signale abgegeben, um eine optische Warnung, eine akustische Warnung, einen Motoreingriff oder zum Beispiel eine Bremsanforderung zu aktivieren. Entsprechend den beiden Motorrelais 72, 73 weist die Steuereinheit 62 auch zwei Motorendstufen auf.Signals are emitted at a control output 74 in order to activate a visual warning, an acoustic warning, an engine intervention or, for example, a braking request. Corresponding to the two motor relays 72, 73, the Control unit 62 also has two motor output stages.
Die Wirkungsweise des vierten Lenksystems 60 wird wie folgt erläutert, wobei die Funktionen der Lenksysteme nach Figur 1 bis 5 als bekannt vorausgesetzt werden. Wenn in einem der Module desThe mode of operation of the fourth steering system 60 is explained as follows, the functions of the steering systems according to FIGS. 1 to 5 being assumed to be known. If in one of the modules of the
Lenksystems 60 ein Fehler auftritt und die hydraulische Rückfallebene noch fehlerfrei ist, wird das System von der elektronischen Steuereinheit 62 in die hydraulische Rückfallebene geschaltet. Der Fahrer erhält eine Warninformation und das Fahrzeug wird auf eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit für die Rückfallebene abgebremst. In der hydraulischen Rückfallebene ist der elektromotorische Lenksteller 17 abgeschaltet und dadurch steigt der Handkraftbedarf am Lenkrad 1 wie bereits früher erläutert schlagartig an, wobei dieser Sprung zum Beispiel den zehnfachen Ausgangswert erreichen kann. In demSteering system 60 an error occurs and the hydraulic fallback level is still error-free, the system is switched from the electronic control unit 62 to the hydraulic fallback level. The driver receives warning information and the vehicle is braked to a predetermined maximum speed for the fallback level. In the hydraulic fallback level, the electromotive steering actuator 17 is switched off, and as a result, the manual power requirement on the steering wheel 1 increases abruptly, as previously explained, this jump, for example, being able to reach ten times the initial value. By doing
Diagramm nach Figur 7 ist dieser Sachverhalt beispielsweise durch die Kennlinie 75 dargestellt, welche den Handkraftbedarf ohne Unterstützung nach dem UmsehaltZeitpunkt 47 darstellt. Solange der Fehler nur im Radmodul oder dessen Elektronikkomponenten wie Sensoren, Motorrelais oderThis situation is illustrated, for example, by the characteristic curve 75 in FIG. 7, which represents the manual power requirement without support after the changeover time 47. As long as the fault only in the wheel module or its electronic components such as sensors, motor relays or
Motorendstufen liegt, kann in der hydraulischen Rückfallebene der Rückstellmotor 2 als Handkraftunterstützung für den Fahrer benutzt werden. Zu diesem Zweck wird von der elektronischen Steuereinheit 62 das Reglerprogramm des Rückstellmotors 2 von seinem Rückstellbetrieb im Normalfall auf einenIn the hydraulic fallback level, the reset motor 2 can be used as manual power support for the driver. For this purpose, the controller program of the resetting motor 2 is normally reset to one by the electronic control unit 62
Unterstützungsbetrieb im Notfall umgeschaltet. Der Handkraftbedarf am Lenkrad 1 steigt in diesem Notfall für den Fahrer beispielsweise auf einen doppelt so großen Wert an, wie dies durch die Kennlinie 76 in Figur 7 näher veranschaulicht ist. Eine solche Verdoppelung des Handkraftbedarfs wird aber für den Fahrer noch als beherrschbar angesehen, da keine sprunghafte Steigerung auf einen Maximalwert erfolgt und sich der Fahrer auf das Rückfallsystem einstellen kann.Support operation switched in an emergency. The manual power requirement on the steering wheel 1 increases in this emergency for the driver, for example, to a value twice as large as is illustrated in more detail by the characteristic curve 76 in FIG. Such a doubling of the hand power requirement is for the driver is still considered manageable, since there is no sudden increase to a maximum value and the driver can adjust to the fallback system.
Bei dem vierten Lenksystem 60 läßt sich somit mit der denIn the fourth steering system 60 can thus with the
Rückstellmotor 2 aufweisenden Einrichtung 61 eine Handkraftunterstützung erreichen, sofern das elektrische System fehlerfrei ist und der Fehler, der zum Abschalten des Stellantriebes geführt hat, nur im elektrischen System des Stellantriebs liegt. Dies wird durch eine entsprechendeResetting motor 2 device 61 achieve a manual force support, provided that the electrical system is fault-free and the fault that led to the actuator being switched off is only in the electrical system of the actuator. This is done by an appropriate
Abschaltstrategie des steer-by-wire-Lenksystems erreicht, die nur diejenigen Systemteile abschaltet, die fehlerhaft sind und die verbleibenden Systemteile so konfiguriert, daß bezüglich Sicherheit und Fahrerunterstützung ein optimales Systemverhalten erzielt wird. Auch wenn der Rückstellmotor 2 nur einen Teil des erforderlichen Lenkmoments aufbringen kann, so wird doch dadurch ein für den Fahrer gefährlicher Sprung auf einen Maximalwert verhindert und eine erheblich verbesserte Notfallsituation erreicht .Switch-off strategy of the steer-by-wire steering system achieved, which switches off only those system parts that are faulty and configures the remaining system parts so that optimum system behavior is achieved with regard to safety and driver support. Even if the reset motor 2 can only apply a part of the required steering torque, this prevents a jump to a maximum value which is dangerous for the driver and achieves a considerably improved emergency situation.
Selbstverständlich sind an den gezeigten Ausführungsformen Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Of course, changes are possible to the embodiments shown without departing from the spirit of the invention.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit wenigstens einem am1. Steering system for motor vehicles with at least one on
Lenkgetriebe (20) eines gelenkten Rades (13, 14) bzw. an den Lenkgestängen (21, 22) der gelenkten Räder (13, 14) angebrachten elektromotorischen Lenksteller (17; 17, 18), einem mit dem Lenksteller (17; 17, 18) über ein Regelsystem verbundenen, den Lenkwunsch des Fahrers erfassenden Geber, der am Lenkrad (1) angebracht ist, und einem Notlenkkreis (5-11, 15, 16), der bei sicherheitsrelevanten Störungen oder einem Ausfall des oder der Lenksteller (17; 17, 18) und/oder des Gebers oder des Regelsystems einen diese Komponenten überbrückenden oder außer Funktion setzenden Notlenkbetrieb ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Notlenkkreis (5-11, 15, 16) einen geschlossenen Hydraulikkreis (11) , bestehend aus einer ersten Hydraulikkolbeneinheit (5, 6) mit einem mit der Lenkradbewegung verschiebbaren Kolben, wenigstens einer mit der ersten Hydraulikkolbeneinheit (5, 6) durch Hydraulikleitungen verbundenen radseitigen zweiten Hydraulikkolbeneinheit (15; 15, 16), die eine die Lenkstellung der Räder (13, 14) stellenden verschiebbaren Kolben hat, und Schaltmittel (3; 9) aufweist, die im Notlenkbetrieb die Wirkverbindung oder den Kraftschluß des hydraulischen Notlenkkreises zwischen dem Lenkrad (1) und der gelenkten Achse bzw. den Rädern ein- und im Normalbetrieb abschalten.Steering gear (20) of a steered wheel (13, 14) or electromotive steering actuator (17; 17, 18) attached to the steering linkages (21, 22) of the steered wheels (13, 14), one with the steering actuator (17; 17, 18) via a control system connected sensor which detects the driver's steering request, which is attached to the steering wheel (1), and an emergency steering circuit (5-11, 15, 16) which in the event of safety-relevant malfunctions or a failure of the steering actuator (s) (17; 17, 18) and / or the transmitter or the control system enables an emergency steering operation that bridges these components or disables them, characterized in that the emergency steering circuit (5-11, 15, 16) is a closed hydraulic circuit (11) consisting of a first hydraulic piston unit (5, 6) with a piston displaceable with the steering wheel movement, at least one wheel-side second hydraulic piston unit (15; 15, 16) connected to the first hydraulic piston unit (5, 6) by hydraulic lines, one of which is the steering column llung of the wheels (13, 14) displaceable piston, and switching means (3; 9), which in emergency steering mode, the active connection or the frictional connection of the hydraulic emergency steering circuit between the steering wheel (1) and the steered axle or the wheels on and off in normal operation.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen im Notlenkbetrieb durch ein elektrisches Umsehaltventil abschaltbaren hydraulischen Bypass (9) aufweisen, der die erste und/oder zweite Hydraulikkolbeneinheit (15; 15, 16) im Normalbetrieb überbrückt.2. Steering system according to claim 1, characterized in that the switching means in an emergency steering mode by an electrical Have switching valve hydraulic bypass (9) which bridges the first and / or second hydraulic piston unit (15; 15, 16) in normal operation.
3. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die3. Steering system according to claim 1, characterized in that the
Schaltmittel eine zwischen dem Lenkrad (1) und dem hydraulischen Notlenkkreis liegende Kupplung (3) aufweisen.Switching means have a clutch (3) located between the steering wheel (1) and the hydraulic emergency steering circuit.
4. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (3; 9) funktionell mit einer elektronischen Steuereinheit (10) verbunden sind, die Signale über Störungen und/oder den Ausfall der Komponenten des Regelsystems , des oder der Lenksteller und/oder des Gebers erkennt bzw. erzeugt und damit die Schaltmittel beaufschlagt.4. Steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the switching means (3; 9) are functionally connected to an electronic control unit (10), the signals about faults and / or the failure of the components of the control system, the or Steering actuator and / or the encoder recognizes or generates and thus acts on the switching means.
5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (3; 9) zur Aktivierung des Notlenkbetriebs durch Abschalten eines Stroms geschaltet werden.5. Steering system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switching means (3; 9) for activating the emergency steering mode are switched by switching off a current.
6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Lenkübersetzung durch eine gezielte Auslegung der Kolbenquerschnitte der Kolben der beiden Hydraulikkolbeneinheiten (5, 6, 15; 5, 6, 15, 16).6. Steering system according to one of claims 1 to 5, characterized by a steering ratio by a specific design of the piston cross sections of the pistons of the two hydraulic piston units (5, 6, 15; 5, 6, 15, 16).
7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Überwachungsmittel (7, 8) zur Überwachung des geschlossenen Zustande des hydraulischen Notlenkkreises .7. Steering system according to one of claims 1 to 6, characterized by monitoring means (7, 8) for monitoring the closed state of the hydraulic emergency steering circuit.
8. Lenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel einen definierten Druck im Hydraulikkreis einstellenden Federspeicher (8) und einen diesen Druck erfassenden Sensor aufweisen.8. Steering system according to claim 7, characterized in that the monitoring means have a defined pressure in the hydraulic circuit have adjustable spring accumulator (8) and a sensor detecting this pressure.
9. Lenksystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher mit dem Hydraulikkreis durch ein9. Steering system according to claim 7 or 8, characterized in that the spring accumulator with the hydraulic circuit by a
Rückschlagventil (7) verbunden ist.Check valve (7) is connected.
10.Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes gelenkte Rad (13, 14) einen eigenen elektrischen Lenkstellmotor (17, 18) aufweist, die jeweils so ausgelegt sind, daß sie die Räder (13, 14) bei Fahrzeugstillstand lenken können, daß jeweils einer der Lenkstellmotoren (17, 18) beide Räder (13, 14) bei bewegtem Fahrzeug lenken kann, und daß auch jedes gelenkte Rad (13, 14) eine eigene zweite Hydraulikeinheit (15, 16) aufweist, die jeweils mit dem zugehörigen Lenkstellmotor (17, 18) so gekoppelt ist, daß sie bei Ausfall beider Lenkstellmotoren (17, 18) die Räder lenken können.10. Steering system according to one of claims 1 to 9, characterized in that each steered wheel (13, 14) has its own electric steering actuator (17, 18), which are each designed so that they the wheels (13, 14) Can stop the vehicle that one of the steering actuators (17, 18) can steer both wheels (13, 14) when the vehicle is moving, and that each steered wheel (13, 14) has its own second hydraulic unit (15, 16), which is each coupled to the associated steering actuator (17, 18) so that they can steer the wheels if both steering actuators (17, 18) fail.
11.Lenksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zweiten Hydraulikkolbeneinheiten (15, 16) auch bei geöffnetem Bypassventil (9) hydraulisch gekoppelt sind oder bleiben, so daß durch diese hydraulische Kopplung (12) beider Räder, das Rad, dessen Lenkstellmotor (17, 18) ausgefallen ist, durch den intakten Lenkstellmotor (17, 18) des anderen Rades über diese hydraulische Kopplung (12) mitgelenkt wird.11. Steering system according to claim 10, characterized in that the two second hydraulic piston units (15, 16) are or remain hydraulically coupled even when the bypass valve (9) is open, so that this hydraulic coupling (12) of both wheels, the wheel, the steering actuator (17, 18) has failed, is steered by the intact steering servomotor (17, 18) of the other wheel via this hydraulic coupling (12).
12. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß der Notlenkkreis eine Einrichtung (31, 51, 61) zur Handkraftun erstützung aufweist, die in Abhängigkeit von der Drehung des Lenkrads (1) steuerbar ist.12. Steering system according to one of claims 1-11, characterized in that the emergency steering circuit has a device (31, 51, 61) for Handkraftun support, which is a function of the rotation of the steering wheel (1) is controllable.
13. Lenksystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (31, 51) zur Handkraftunterstützung hydraulisch ausgebildet ist und an den geschlossenen Hydraulikkreis (11, 12) des Notlenksystems anschließbar ist.13. Steering system according to claim 12, characterized in that the device (31, 51) is designed to support manual power hydraulically and can be connected to the closed hydraulic circuit (11, 12) of the emergency steering system.
14. Lenksystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (31, 51) zur Handkraftunterstützung ein hydraulisches Lenksteuerventil (32) aufweist, das mit einer hydraulischen Energiequelle (34, 52) und einem Rücklauf (38) verbunden ist und mit seinen beiden Verbraucheranschlüssen (43, 44) mit den beiden hydraulischen Seiten des geschlossenen Hydraulikkreises (11, 12) Verbindung hat, und daß das Lenksteuerventil (32) abhängig von der Richtung und Größe des14. Steering system according to claim 12 or 13, characterized in that the device (31, 51) for manual power assistance has a hydraulic steering control valve (32) which is connected to a hydraulic energy source (34, 52) and a return (38) and with its two consumer connections (43, 44) with the two hydraulic sides of the closed hydraulic circuit (11, 12) connection, and that the steering control valve (32) depending on the direction and size of the
Handmoments am Lenkrad (1) so steuerbar ist, daß es eine dazu proportionale Druckdifferenz zur Unterstützung der Handkraft in dem geschlossenen Hydraulikkreis (11, 12) steuert.Hand torque on the steering wheel (1) is controllable so that it controls a proportional pressure difference to support the hand force in the closed hydraulic circuit (11, 12).
15. Lenksystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (37) vorgesehen sind, die beim Umschalten auf die hydraulische Notfallebene die hydraulische Energiequelle (34, 52) zuschalten.15. Steering system according to one of claims 12 to 14, characterized in that means (37) are provided which switch on the hydraulic energy source (34, 52) when switching to the hydraulic emergency level.
16. Lenksystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die16. Steering system according to claim 15, characterized in that the
Mittel ein Umschaltventil (37) aufweisen, das in die Verbindung zwischen Energiequelle (34) und Zulaufanschluß (33) des hydraulischen Lenksteuerventils (32) geschaltet ist und das die im Normalfall hydraulisch blockierte Verbindung im Notfall aufsteuert . Means have a changeover valve (37) which is connected to the connection between the energy source (34) and the inlet connection (33) of the hydraulic steering control valve (32) and which opens the connection which is normally hydraulically blocked in an emergency.
17. Lenksystem nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle ein hydraulischer Druckspeicher (34) ist.17. Steering system according to one of claims 13-16, characterized in that the energy source is a hydraulic pressure accumulator (34).
18. Lenksystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle eine Hydropumpe (52) vorgesehen ist.18. Steering system according to claim 15 or 16, characterized in that a hydraulic pump (52) is provided as the energy source.
19. Lenksystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß in die vom Rücklaufanschluß (38) des Lenksteuerventils (32) zum Tank (42) geführte Rücklaufleitung (39) ein drittes Umsehaltventil (41) geschaltet ist, das diese Verbindung abhängig vom Druck im Druckspeicher (34) steuert.19. Steering system according to claim 17 or 18, characterized in that in the return line (38) of the steering control valve (32) to the tank (42) return line (39) a third switching valve (41) is connected, this connection depending on the pressure controls in the pressure accumulator (34).
20. Lenksystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die20. Steering system according to claim 12, characterized in that the
Einrichtung zur Handkraftunterstützung elektromechanisch ausgebildet ist und in die mechanische Wirkverbindung zwischen Lenkrad (1) und Lenkradgetriebe (4) eingreift.Device for manual power support is electromechanical and engages in the mechanical connection between the steering wheel (1) and steering wheel gear (4).
21. Lenksystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als21. Steering system according to claim 20, characterized in that as
Einrichtung zur Handkraftunterstützung der Rückstellmotor (2) verwendet wird, der über eine elektronische Steuereinheit (62) so ansteuerbar ist, daß er ein unterstützendes Moment in Abhängigkeit von der Drehung des Lenkrads (1) bewirkt.Device for manual power support of the return motor (2) is used, which can be controlled via an electronic control unit (62) so that it produces a supportive moment depending on the rotation of the steering wheel (1).
22. Lenksystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronischen Steuereinheit (62) zumindest vom Lenkradmoment des Lenkrades (1) und vom Radmoment der elektromotorischen Lenksteller (17) abhängige Signale (63, 64) zugeführt werden und davon abhängig der Rückstellmotor (2) und der Lenksteller (17) gesteuert werden, wozu der elektronischen Steuereinheit (62) wenigstens zwei Motorendstufen und zwei Motorrelais (72, 73) zugeordnet sind.22. Steering system according to claim 21, characterized in that the electronic control unit (62) at least from the steering wheel torque of the steering wheel (1) and the wheel torque of the electromotive steering actuator (17) dependent signals (63, 64) are supplied and depending on the return motor (2nd ) and the steering actuator (17) are controlled, for which purpose the electronic control unit (62) is assigned at least two motor output stages and two motor relays (72, 73).
23. Lenksystem nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinheit (62) mindestens einen Steuerausgang (74) aufweist, an dem Signale für eine optische und/oder eine akustische Warnung und/oder für einen Motoreingriff und/oder für eine Bremsanforderung abgreifbar sind. 23. Steering system according to claim 21 or 22, characterized in that the electronic control unit (62) has at least one control output (74) on which signals for an optical and / or an acoustic warning and / or for an engine intervention and / or for an Brake request can be tapped.
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