WO2001066406A1 - Lenksystem - Google Patents

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WO2001066406A1
WO2001066406A1 PCT/DE2001/000639 DE0100639W WO0166406A1 WO 2001066406 A1 WO2001066406 A1 WO 2001066406A1 DE 0100639 W DE0100639 W DE 0100639W WO 0166406 A1 WO0166406 A1 WO 0166406A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering
servo valve
clutch
steering system
actuator
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/000639
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Lohner
Peter Dominke
Chi-Thuan Cao
Wolfgang Pfeiffer
Klaus-Dieter Leimbach
Werner Harter
Jens Hafermalz
Helmut KNÖDLER
Wilfried Leutner
Juergen Schuele
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Zf Lenksysteme Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
    • 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
    • B62D5/09—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by means for actuating valves

Definitions

  • the invention is based on the genus as stated in independent claim 1.
  • a corresponding steering is known from EP 858 408 B1.
  • Patent specification DE 198 05 015 shows a steering column connection with a hydraulic clutch.
  • Control falls back into a mechanical steering system, which demands a large steering force from the driver.
  • the SbW steering system according to the invention preferably has an electrical one
  • Steering wheel actuator a two-part steering column with the clutch and a hydraulically assisted power steering (with hydraulic steering actuator), whereby the servo motor serves as an electrically controlled valve actuator for the steering servo valve (e.g. rack and pinion steering, ball nut hydraulic steering).
  • the steering servo valve e.g. rack and pinion steering, ball nut hydraulic steering.
  • the clutch closes the connection between the steering handle (especially the steering wheel) and the hydraulic power steering automatically.
  • the vehicle can be steered with the aid of hydraulic servo valves with the high level of steering comfort that is common today.
  • the hydraulic return level preferably has a purely mechanical return level.
  • the electrically operated steering wheel actuator can be constructed in the same way as the servomotor that controls the servo valve. Thanks to these elements and the use of series components, low-risk SbW steering with all the advantages of this system can be implemented. Even vehicles with large steering forces can be used without changing today's vehicle concepts (hydraulic pump is included V-belts driven by the combustion engine) can be equipped with this SbW system.
  • the hydraulic energy for this system can also be provided via an electric motor-pump unit, the pump or the motor being able to be controlled electrically depending on the energy requirement.
  • a hydraulic steering actuator 6 with a cylinder and a piston, the piston rods 10, 11 of which engage on lever arms of steerable vehicle wheels 1,
  • Steering wheel 3 is transmitted to the steering gear via the steering column.
  • the servo valve 4 (for example a rotary slide valve) scatters the inflow and outflow of oil via pressure lines 13 to the cylinder of the steering actuator 6. (Further lines and an oil pump are omitted for the sake of clarity.)
  • a clutch 5 is provided which, in the closed state, connects the upper partial steering column 2a to the lower partial steering column 2b in a torsionally rigid manner; in this state, the steering system shown works as a conventional hydraulic power steering.
  • the steering system described so far is supplemented by two electric motors which make the steering system an SbW steering system when the clutch 5 is open.
  • the electric motor 8 acting directly on the upper part of the steering column 2a or via a gear serves as an actuator for exercising rotary
  • the other motor when the clutch 5 is open, serves as a servomotor 7 for the hydraulic servo valve 4 and acts on this servo valve 4 from the same side as the partial steering column 2b, which is connected to the lower part of the clutch 5 in a rotationally fixed manner.
  • the servomotor 7 thus serves as a valve actuator - and this is the main feature of the invention.
  • the electrical actuator 8 controlled by a sensor (not shown), gives the driver the feeling of driving.
  • an angle sensor (not shown) above the clutch 5 determines the deflection of the steering handle 3 and accordingly controls the servomotor 7, which continuously adjusts the servo valve 4, which in turn controls the steering actuator 6 so that it helps to steer the vehicle wheels 1.
  • the clutch 5 is automatically closed and at least the steep motor 7 is switched off. Then the steering system shown acts like a commercial hydraulic power steering.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

Bei einem Lenksystem für schwenkbare Fahrzeugräder (1) ist in einer Lenksäule (2a, 2b) zwischen einem Lenkrad (3) und einem Servoventil (4) eine Schaltkupplung (5) vorgesehen. Das Servoventil (4) steuert bei geschlossener Schaltkupplung (5) einen hydraulischen Lenksteller (6) und wird seinerseits in Abhängigkeit von einem Drehmoment gesteuert, das über die Lenksäule (3) übertragen wird. Zur Verwirklichung eines SbW-Lenksystems (SbW = steer by wire) ist ein elektrischer Stellmotor (7) derart vorgesehen, dass durch diesen bei aufgetrennter Schaltkupplung (5) ein Drehmoment zur Steuerung des Servoventils (4) aufbringbar ist.

Description

Lenksvstem
Stand der Technik
Die Erfindung geht von der Gattung aus, wie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben. Eine entsprechende Lenkung ist bekannt aus EP 858 408 B1.
Neben hydraulischen SbW-Lenkungen (SbW = Steer by wire) sind auch solche mit elektrischen Antrieben bekannt, vergleiche auch DE 42 32 256 A1 , DE 195 40 956 Cl , DE 195 46 942 C1.
In den Patentschriften DE 198 01 393 C1 und DE 198 05 015 C 1 ist jeweils ein hydraulischer Lenksteller beschrieben, welcher über ein elektrisch betätigbares Steuer- bzw. Regelventil gesteuert wird. Diese elektrisch betätigbaren Ventile für hydraulische Lenkungen sind nicht im Serieneinsatz und erfordern einen großen
Entwicklungsaufwand mit entsprechenden Kosten. In der Patentschrift DE 198 05 015 ist eine Lenksäulenverbindung mit einer hydraulischen Kupplung dargestellt.
Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass beim Ausfall der elektrischen
Regelung in ein mechanisches Lenksystem zurückgefallen wird, was dem Fahrer eine große Lenkkraft abfordert.
Weiterhin sind SbW-Systeme entwickelt worden, die mit einer Kupplung und einem elektrischen Lenkaktuator (= Lenksteiler) ausgerüstet sind. Die Energieversorgung bei großen Lenkkräften ist bei elektrischen Lenkaktuatoren bei heutigen Fahrzeugkonzepten schwierig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Lenksystem zu schaffen, mit dem ein Fahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug steuerbar ist, weiches Lenkbewegungen auch unabhängig vom Fahrer ausführen kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale auch, soweit sinnvoll, miteinander kombiniert werden können. Dabei soll für den Fahrer das von konventionellen Lenkungen bekannte Fahrgefühl und der ständige Zugriff auf die Radstellung gewährleistet sein.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße SbW-Lenkung einen elektrischen
Lenkradaktuator, eine zweiteilige Lenksäule mit der Schaltkupplung und eine hydraulisch unterstützte Servolenkung (mit hydraulischem Lenksteller) auf, wobei der Stellmotor als elektrisch geregelter Ventilaktuator für das Servoventil der Lenkung (zum Beispiel Zahnstangenhydrolenkung, Kugelmutterhydrolenkung) dient.
Dieses Konzept einer Steer-by-wire-Lenkung hat mehrere Vorteile gegenüber den bekannten Lösungen:
Beim Ausfall der elektrischen Steer-by-wire-Funktion schließt die Schaltkupplung die Verbindung zwischen Lenkhandhabe (insbesondere Lenkrad) und hydraulischer Servolenkung selbsttätig. In der dadurch entstehenden hydraulischen Rückfallebene kann mit dem heute üblichen hohen Lenkkomfort das Fahrzeug mit Hilfe hydraulischen Servoventils gelenkt werden. Bevorzugt hat die hydraulische Rüchfallebene ihrerseits eine rein mechanische Rüchfallebene.
Der elektrisch betätigte Lenkradaktuator kann ebenso aufgebaut sein, wie der Stellmotor, der das Servoventil steuert. Durch diese Gleichteiie und den Einsatz von Serienkomponenten ist eine risikoarme SbW-Lenkung mit allen Vorteilen dieses Systems realisierbar. Auch Fahrzeuge mit großen Lenkkräften können ohne Änderung der heutigen Fahrzeugkonzepte (Hydraulikpumpe wird mit Keilriemen vom Verbrennungsmotor angetrieben) mit diesem SbW-System ausgestattet werden. Die hydraulische Energie für dieses System kann auch über ein Elektromotor-Pumpen-Aggregat bereitgestellt werden, wobei die Pumpe oder der Motor elektrisch in Abhängigkeit vom Energiebedarf geregelt werden kann.
Zeichnung
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei ist von einem Aufbau ausgegangen, der bekannte Komponenten einer hydraulischen Zahnstangenhydrolenkung enthält, nämlich
• einen hydraulischen Lenksteller 6 mit einem Zylinder und einem Kolben, dessen Kolbenstangen 10, 1 1 an Spurhebeln von lenkbaren Fahrzeugrädern 1 angreifen,
• als Drehmoment-Übertragungsstrang eine Lenksäule 2a, 2b mit einem Lenkrad als Lenkhandhabe,
• ein Lenkgetriebe 12 zur Umsetzung der Drehbewegung der Lenksäule in eine Seitwärtsbewegung einer Zahnstange, die zugleich Kolbenstange 1 1 ist, und » ein Servoventil 4, das von dem Drehmoment gesteuert wird, welches vom
Lenkrad 3 über die Lenksäule auf das Lenkgetriebe übertragen wird. Das Servoventil 4 (beispielsweise ein Drehschieberventil) streuert den Zu- und Abfluss von Öl über Druckleitungen 13 zum Zylinder des Lenkstellers 6. (Weitere Leitungen und eine Ölpumpe sind der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.)
Weiterhin ist eine Schaltkupplung 5 vorgesehen, die im geschlossenen Zustand die obere Teil-Lenksäule 2a mit der unteren Teil-Lenksäule 2b drehsteif verbindet; in diesem Zustand arbeitet das dargestellte Lenksystem als übliche hydraulische Servolenkung.
Ergänzt wird das bisher beschriebene Lenksystem durch zwei elektrische Motoren, die das Lenksystem bei geöffneter Schaltkupplung 5 zu einem SbW- Lenksystem machen. Der auf die obere Teil-Lenksäule 2a direkt oder über ein Getriebe einwirkende Elektromotor 8 dient als Aktuator zur Ausübung von Dreh-
Kräften auf den oberen Teil 2a der Lenksäule und wird Lenkradaktuator genannt. Er überträgt über die Lenkhandhabe auf einen das Lenksystem bedienenden Fahrer Kräfte, die ein Gefühl vermitteln für die von den Fahrzeugrädern 1 auf das Lenksystem zurück wirkenden Kräfte.
Der andere Motor dient bei geöffneter Schaltkupplung 5 als Stellmotor 7 für das hydraulische Servoventil 4 und wirkt auf dieses Servoventil 4 von derselben Seite ein wie die Teil-Lenksäule 2b, die drehfest mit dem unteren Teil der Schaltkupplung 5 verbunden ist. Der Stellmotor 7 dient also als Ventiiaktuator - und darin ist das Hauptmerkmal der Erfindung zu sehen.
Im Normalbetrieb (also bei geöffneter Schaltkupplung 5) vermittelt der von einem nicht dargestellten Sensor gesteuerte elektrische Aktuator 8 dem Fahrer das Fahrgefühl. Zugleich ermittelt ein nicht dargestellter Winkelsensor oberhalb der Schaltkupplung 5 die Auslenkung der Lenkhandhabe 3 und steuert entsprechend den Stellmotor 7, der das Servoventil 4 fortwährend einstellt, das wiederum den Lenksteller 6 steuert, damit dieser hilft, die Fahrzeugrader 1 zu lenken.
Bei einer elektrischen Störung wird die Schaltkupplung 5 automatisch geschlossen und zumindest der Steilmotor 7 abgeschaltet. Dann wirkt das dargestellte Lenksystem wie eine handelsübliche hydraulische Servolenkung.

Claims

Ansprüche
1. Lenksystem für schwenkbare Fahrzeugrader (1), bei dem in einem mechanischen Drehmoment-Übertragungsstrang (2a, 2b) zwischen einer Lenkhandhabe (3) und einem Servoventil (4) eine Schaltkupplung (5) vorgesehen ist, wobei das Servoventil (4) bei geschlossener Schaltkupplung (5) einen hydraulischen Lenksteller (6) steuert und seinerseits in Abhängigkeit von einem Drehmoment steuerbar ist, das von der Lenkhandhabe (3) ausgehend über den Drehmoment-Übertragungsstrang (2a, 2b) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Stellmotor (7) derart vorgesehen ist, dass durch diesen bei aufgetrennter Schaltkupplung (5) ein Drehmoment zur Steuerung des Servoventils (4) aufbringbar ist.
2. Lenksystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor
(7) mit derjenigen Seite des Servoventils (4) in Wirkverbindung steht, welche von demjenigen Teil (2b) des Drehmoment-Übertragungsstranges mit einem Drehmoment beaufschlagbar ist, das bei geöffneter Schaltkupplung (5) zwar mit dieser, aber nicht mit der Lenkhandhabe (3) verbunden ist.
3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Wirkungsbereich zwischen der Lenkhandhabe (3) und der Schaltkupplung (5) ein Aktuator (8) vorgesehen ist zur Ausübung von Kräften auf die Lenkhandhabe (3).
4. Lenksystem* nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) ein Elektromotor ist.
5. Lenksystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (7) und der Elektromotor (8) im Wesentlichen baugleich sind.
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