WO2002060741A1 - Steering system for non-guided vehicles - Google Patents

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WO2002060741A1
WO2002060741A1 PCT/EP2001/015157 EP0115157W WO02060741A1 WO 2002060741 A1 WO2002060741 A1 WO 2002060741A1 EP 0115157 W EP0115157 W EP 0115157W WO 02060741 A1 WO02060741 A1 WO 02060741A1
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WO
WIPO (PCT)
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steering
vehicle wheels
steered vehicle
steering system
manual power
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/015157
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German (de)
French (fr)
Inventor
Reinhold Schneckenburger
Hubert Bohner
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/001Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup
    • B62D5/005Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback
    • B62D5/006Mechanical components or aspects of steer-by-wire systems, not otherwise provided for in this maingroup means for generating torque on steering wheel or input member, e.g. feedback power actuated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Definitions

  • the invention relates to a steering system for non-track-bound vehicles, with
  • a sensor device actuated by a steering handle, in particular a steering handwheel, for a steering angle setpoint
  • a further transmitter device for a steering angle actual value which detects the steering angles of the steered vehicle wheels
  • a manual power actuator which applies forces to the steering handle in order to simulate a forced coupling of the steering handle and the steered vehicle wheels and / or reaction forces caused by the condition of a roadway.
  • Steering systems of this type in which the “steer by wire” concept is implemented, are known in principle. Due to the fact that at least during normal operation there is no forced coupling between the steered vehicle wheels and the steering handle, steering or disturbing forces acting on the steered vehicle wheels cannot easily be noticed by the driver In particular, the driver cannot recognize when the steered vehicle wheels have reached their steering stop, that is to say that they have reached a maximum predetermined steering adjustment in relation to the straight-ahead position.
  • US Pat. No. 5,347,458 discloses a steering system that is intended for non-track-bound vehicles and operates according to the “steer by wire” concept, which has a manual power actuator in order to simulate forces on the steering handle which act on the steered vehicle wheels. In this way, the driver is given a steering feeling which essentially corresponds to the steering feeling which arises in a steering system with a positive coupling between the steering handle and the steered vehicle wheels.
  • the object of the invention is to ensure optimal control of the manual power actuator when the steered vehicle wheels reach a maximum steering adjustment compared to the straight-ahead position.
  • This object is achieved in that the manual power controller simulates a steering stop when reaching such a maximum steering adjustment.
  • the invention is based on the general idea of providing only a “virtual” steering stop for steer-by-wire operation and dispensing with fixed end stops for the steering handle. This also takes into account the fact that changing transmission ratios during steer-by-wire operation can occur between the actuating strokes of the steering handle and the steering angle changes of the steered vehicle wheels and, accordingly, the maximum possible or permissible steering angle of the steered vehicle wheels can be achieved with different positions of the steering handle.
  • the portion of the steering angle setpoint which is dependent on the position of the steering handle is additively and / or multiplicatively superimposed on a setpoint portion which is dependent on the driving state of the vehicle, in particular the driving speed and / or on the state of the roadway.
  • this is largely equivalent to the fact that the transmission ratio between the actuating stroke of the steering handle and the steering angle change caused by the actuating unit can change depending on parameters, in particular depending on the driving speed of the vehicle.
  • the actuating unit is switched off when an end value of the steering adjustment is reached or that it is only allowed to work with a reduced force in the direction exceeding the respective end value.
  • the manual power actuator can be deactivated again when the mechanical and / or hydraulic positive coupling between the steering handle and the steered vehicle wheels is produced.
  • This design makes it possible to dimension the manual power actuator “small”, ie the maximum torque that the manual power actuator must be able to generate can be selected to be low, for example in the range of 8-15 numbers.
  • the driver is then able to apply a higher torque Apply the steering handle so that it could turn the steering handle beyond the steering stop simulated by the manual power actuator Since, in this embodiment of the invention, a continuously mechanical and / or hydraulic connection is established between the steering handle and the steered vehicle wheels, the steering handle cannot be deflected any further when the vehicle wheels have reached their limit stop in terms of design.
  • the manual power actuator can therefore be made compact with low power.
  • the mechanical and / or hydraulic positive coupling between the steering handle and the steered vehicle wheels is expediently produced when a comparison variable correlating with the torque generated by the manual power actuator exceeds a predefinable threshold value.
  • the moment itself can also serve as a comparison variable.
  • the comparison variable can e.g. serve the current consumption of the electric motor or the electrical power consumed by the electric motor.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a steering system of the type specified and Fig. 2 is an exemplary representation of the manual power control.
  • a vehicle (not shown in more detail) has steerable front wheels 1 which are coupled via tie rods 2 to the piston rod 3 of a double-acting hydraulic piston-cylinder unit 4 for joint steering adjustment.
  • the two sides of the piston-cylinder unit 4 are connected via hydraulic lines 5 and 6 to a control valve 7, which is otherwise connected via line 8 to the pressure side of a hydraulic pump 9 and via line 10 to a relatively unpressurized hydraulic reservoir 11 that the suction side of the hydraulic pump 9 is also connected.
  • a normally open shut-off valve 12 is arranged between the hydraulic lines 5 and 6. Otherwise, pressure transmitters 13 and 14 are provided on the hydraulic lines 5 and 6 for detecting the respective hydraulic pressure.
  • a steering handwheel 15 is connected via a steering shaft 16 on the one hand to a rotary angle sensor 17 and on the other hand to a manual power actuator 18.
  • the manual power actuator 18 can be designed as an electric motor, which can oppose a rotatable adjustment of the steering handwheel 15 with an adjustable or controllable torque; the corresponding regulation or control is explained further below.
  • the strength of this torque can be detected by means of a torque meter 19 and set using a control arrangement.
  • An electronic control circuit 20 provided as a control arrangement has a setpoint computer 21 which on the input side with the rotary angle sensor 17 and preferably also with further sensors (not shown) for vehicle-side operating parameters, such as driving speed, lateral acceleration and / or yaw rate, and / or with the driver actuated sensors is connected, for example with command devices, for example in the form of switches, for setting a "sporty” or a "comfort-oriented" operating behavior.
  • the setpoint computer 21 determines from the signals of the rotary angle sensor 17 actuated by the steering handwheel 15 and the other sensors a steering angle setpoint value which is dependent on the rotary position of the rotary angle transmitter 17 and thus on the rotary position of the steering handwheel 15 and which is variable as a function of parameters.
  • Actual value generator 22 is compared, which is assigned to the piston rod 3 in the example shown.
  • the control circuit 20 keeps the shut-off valve 12 closed and controls the electromagnetically actuated control valve 7 as a function of the target / actual value comparison of the steering angle, so that when the pump 9 is operating, a more or less large one between the two sides of the piston-cylinder unit 4 hydraulic pressure difference occurs and the piston-cylinder unit 4 acts on the steerable wheels 1 with controllable steering force.
  • the steered front wheels 1, on the one hand perform steering movements analogous to the rotational movements of the steering handwheel 15 on the driver's side.
  • vehicle dynamics parameters can also be taken into account by the setpoint computer 21, so that automatic steering corrections for stabilizing the vehicle are possible if necessary.
  • the setpoint computer 21 can vary the transmission ratio between the change in the steering angle of the wheels 1 and the change in the angle of rotation of the steering handwheel 15 by taking into account parameters of the driving operation or the driving state, in particular the driving speed and the state of the roadway.
  • control circuit 20 regulates or controls the manual power actuator 18.
  • the manual power actuator 18 is also intended to simulate a steering stop when the steered wheels 1 reach the maximum design steering angle to the left or right.
  • the steered vehicle wheels 1 can reach their maximum steering deflection at fundamentally different rotational positions of the steering handwheel 15, i.e. no fixed rotary stops can be assigned to the steering handwheel 15.
  • the control circuit 20 has a circuit 23, which receives the signals from the actual value transmitter 22 and specifies a moment o, which increases substantially proportionally with small steering angles ⁇ near the straight-ahead position with increasing deviation from the straight-ahead position and with larger steering angles ⁇ in amount remains essentially the same.
  • the signal M 0 is passed on to a summing circuit 24.
  • Another circuit 25 also receives the signals of the actual value transmitter 22 and determines a torque M a therefrom which has the value zero on both sides of the straight-ahead position up to steering angles ⁇ of large magnitude. Only when the steering angles ⁇ reach the proximity of the design limit angles or come close to the limit angles, does M A assume large values.
  • the signal M A is also fed to the summing circuit 24.
  • the signal M A passes through a differentiator 26 and a downstream amplifier 27, which is connected on the output side to the summing circuit 24.
  • the summation circuit 24 can be connected on the input side to further circuits 28 which, for example, receive the signals from the pressure transmitters 13 and 14 and an additional torque M z depending on the size and direction of the Specify pressure transducers 13 and 14 determined pressure difference. This signal M z is also fed to the summing circuit 24.
  • the signals supplied are additively linked by the summing circuit 24.
  • the output signal output by the summing circuit controls a driver circuit 29, which in turn actuates the manual power actuator 18 in such a way that it opposes a driver-side rotary adjustment of the steering handwheel 15 to a resistance analogous to the signal sum of the input signals at the summing circuit 24, a steering stop being simulated when the Wheels 1 reach their maximum steering angle ⁇ to the right or left.
  • the differentiator 26 gives the driver the feeling of a progressively hardening and damped stop.
  • the manual power actuator 18 thus acts similarly to a controllable brake, the resistance felt by the driver also being dependent on the rotational speed of the steering handwheel 15.
  • the driver circuit 29 can be controlled in the sense of a regulation, i.e. the output signal of the summing circuit 24 is processed as a setpoint for the steering resistance which can be felt on the steering handwheel 15, while the output signal of the torque meter 19, when the steering handwheel 15 is actuated, reproduces the actual value of the steering resistance which can be felt on the steering handwheel 15.
  • the driver circuit 29 is then controlled in such a way that the target / actual value deviation is minimized.
  • the signals of the actual value transmitter 22 can also be used for a special control of the control valve 7, such that the piston-cylinder unit 4 can generate no or only reduced forces when in the respective steering direction constructively possible maximum steering deflection is reached.
  • the control valve 7 can be reset to the vicinity of its neutral central position and can only be adjusted from this position to those positions in which the in Forces of the piston-cylinder unit 4 acting in the direction of the aforementioned maximum steering deflection are further reduced or forces are generated in the opposite direction.
  • the output signals of the circuit 25 can optionally be used and fed to a comparator circuit 30. As soon as the output signal M A exceeds a tolerance range T adapted to the maximum possible steering deflections upwards or downwards, the control valve 7 is reset to the neutral central position.
  • the steering handwheel 15 can be rotated by the driver into a position in which the setpoint calculator 21 determines a steering angle setpoint that is greater than the maximum achievable steering angle despite the simulation of a steering stop by the manual power actuator 18.
  • the control circuit 20 can no longer correct the target / actual value deviation of the steering angle.
  • the control circuit 20 would control the control valve 7 without the measures described above such that the piston-cylinder unit 4 attempts to generate very high forces in a direction exceeding the respective maximum steering angle. This would lead to undesirably high loads on the steering system.
  • a mechanical and / or hydraulic positive coupling can be produced between the steering handwheel 15 and the steerable vehicle wheels 1 if the vehicle wheels 1 are in the range of their maximum adjustable steering angle to the left or right.
  • This forced coupling prevents the driver from moving the steering handwheel beyond the simulated steering stop and thereby changing the relative position between the steering handwheel 15 and the steerable vehicle wheels, which would result in a permanent offset. This would have the consequence that when the vehicle is traveling straight ahead, the steering handwheel would not assume its neutral position, but rather the position rotated relative to the neutral position. This problem can be avoided by means of the forced coupling when the steering stop is reached. As soon as the vehicle wheels 1 reach their maximum steering angle, this cannot be deflected any further because of the mechanical and / or hydraulic connection to the steering handwheel 15.
  • the manual force actuator 18 formed by the electric motor can be switched off. This relieves the load on the electric motor and protects it from damage.
  • the mechanical and / or hydraulic positive coupling is produced when a comparison variable correlating with the torque generated by the manual power actuator exceeds a predetermined threshold value.
  • the torque measured by the torque meter 19, which acts between the steering handwheel 15 and the manual force actuator 18, can serve as a comparison variable, for example.
  • the mechanical and / or hydraulic positive coupling is concluded. This can be achieved, for example, by closing a clutch in the steering linkage or switching valves, so that a hydraulic operative connection is created between the steering handwheel 15 and the piston-cylinder unit 4.
  • Steering systems of this type with a mechanical or hydraulic fallback level are known per se.
  • the threshold value can have a constant value, but can in principle be set as desired. For example, it can also depend on parameters such as vehicle speed.
  • the mechanical and / or hydraulic positive coupling is activated when the torque generated by the manual power actuator 18 exceeds a threshold value of approximately 10-15 Nm.
  • the electrical power or current consumption of the electric motor 18 associated with this threshold value can also serve as a comparison signal.
  • hydraulic piston-cylinder unit 4 can also be replaced by other, e.g. electrical or pneumatic actuating units can be replaced, in which case 7 adapted control elements are to be provided instead of the control valve.
  • the shut-off valve 12 is opened automatically.
  • it can additionally or alternatively be provided to determine the torque M A as a function of the signals from the rotary angle sensor 17 and / or as a function of the signals from the setpoint computer 21.
  • the value of M A then increases in terms of amount if the angle of rotation of the steering handwheel 15 and / or the calculated steering angle setpoint exceeds a limit value 2 * in terms of amount.
  • an “emergency level” (not shown) can be automatically switched on, for example an inactive mechanical coupling between steering handwheel 15 and that is ineffective in steer-by-wire operation by opening a clutch steered vehicle wheels, at the same time the shut-off valve 12 falls into its open state in order to avoid undesirable effects of the disturbed steer-by-wire system on the emergency control of the steered vehicle wheels 1 via said positive coupling.

Abstract

The invention relates to a "Steer by wire" steering system which stimulates a steering stop on the steering wheel (15) by means of a manual force actuator (18) when the maximum steering adjustment of the wheel (1) is achieved.

Description

Lenksystem für nicht spurgebundene Fahrzeuge Steering system for non-track vehicles
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für nicht spurgebundene Fahrzeuge, mitThe invention relates to a steering system for non-track-bound vehicles, with
- einer durch eine Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad, betätigten Gebervorrichtung für einen Lenkwinkelsollwert,a sensor device actuated by a steering handle, in particular a steering handwheel, for a steering angle setpoint,
- einem gelenkte Fahrzeugräder steuernden Stellaggregat,- a steering unit controlling the steered vehicle wheels,
- einer die Lenkwinkel der gelenkten Fahrzeugräder erfassenden weiteren Gebervorrichtung für einen Lenkwinkelistwert,a further transmitter device for a steering angle actual value, which detects the steering angles of the steered vehicle wheels,
- einer das Stellaggregat in Abhängigkeit von einem Soll- Istwert-Vergleich des Lenkwinkels regelnden Regelstrecke und- A controlled system regulating the control unit as a function of a target / actual value comparison of the steering angle and
- einem Handkraftsteller, welcher die Lenkhandhabe mit Kräften beaufschlagt, um eine Zwangskopplung von Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern und/oder durch den Zustand einer Fahrbahn verursachte Rückwirkungskräfte zu simulieren.- A manual power actuator, which applies forces to the steering handle in order to simulate a forced coupling of the steering handle and the steered vehicle wheels and / or reaction forces caused by the condition of a roadway.
Derartige Lenksysteme, bei denen das Konzept „Steer by wire" verwirklicht wird, sind grundsätzlich bekannt. Aufgrund der zumindest bei Normalbetrieb fehlenden Zwangskopplung zwischen den gelenkten Fahrzeugrädern und der Lenkhandhabe können an den gelenkten Fahrzeugrädern wirkende Lenk- bzw. Störkräfte vom Fahrer nicht ohne weiteres bemerkt werden. Insbesondere kann der Fahrer nicht erkennen, wann die gelenkten Fahrzeugräder ihren Lenkanschlag, d.h. gegenüber der Geradeausstellung eine konstruktiv vorgegebene maximale Lenkverstellung erreicht haben.Steering systems of this type, in which the “steer by wire” concept is implemented, are known in principle. Due to the fact that at least during normal operation there is no forced coupling between the steered vehicle wheels and the steering handle, steering or disturbing forces acting on the steered vehicle wheels cannot easily be noticed by the driver In particular, the driver cannot recognize when the steered vehicle wheels have reached their steering stop, that is to say that they have reached a maximum predetermined steering adjustment in relation to the straight-ahead position.
Aus der US 5 -347 458 ist ein für nicht spurgebundene Fahrzeuge vorgesehenes, nach dem Konzept „Steer by wire" arbeitendes Lenksystem bekannt, welches einen Handkraftsteller aufweist, um an der Lenkhandhabe Kräfte zu simulieren, welche an den ge- lenkten Fahrzeugrädern wirken. Auf diese Weise wird dem Fahrer ein Lenkgefühl vermittelt, welches im wesentlichen dem Lenkgefühl entspricht, das sich bei einem Lenksystem mit Zwangskopplung zwischen Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern einstellt.US Pat. No. 5,347,458 discloses a steering system that is intended for non-track-bound vehicles and operates according to the “steer by wire” concept, which has a manual power actuator in order to simulate forces on the steering handle which act on the steered vehicle wheels. In this way, the driver is given a steering feeling which essentially corresponds to the steering feeling which arises in a steering system with a positive coupling between the steering handle and the steered vehicle wheels.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optimale Steuerung des Handkraftstellers zu gewährleisten, wenn die gelenkten Fahrzeugräder eine maximale Lenkverstellung gegenüber der Geradeausstellung erreichen.The object of the invention is to ensure optimal control of the manual power actuator when the steered vehicle wheels reach a maximum steering adjustment compared to the straight-ahead position.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Handkraftsteller bei Erreichen einer solchen maximalen Lenkverstellung einen Lenkanschlag simuliert.This object is achieved in that the manual power controller simulates a steering stop when reaching such a maximum steering adjustment.
In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise vorgesehen, die Simulation eines Lenkanschlages durch Signale der Istwertgebervorrichtung auszulösen.In this context, provision is preferably made to trigger the simulation of a steering stop by signals from the actual value transmitter device.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für den Steer-by-wire-Betrieb lediglich einen „virtuellen" Lenkanschlag vorzusehen und auf feste Endanschläge für die Lenkhandhabe zu verzichten. Damit wird gleichzeitig berücksichtigt, daß beim Steer-by-wire-Betrieb wechselnde Übersetzungsverhältnisse zwischen den Stellhüben der Lenkhandhabe und den Lenkwinkeländerungen der gelenkten Fahrzeugräder auftreten können und dementsprechend der maximal mögliche oder zulässige Lenkwinkel der gelenkten Fahrzeugräder bei unterschiedlichen Stellungen der Lenkhandhabe erreicht werden kann.The invention is based on the general idea of providing only a “virtual” steering stop for steer-by-wire operation and dispensing with fixed end stops for the steering handle. This also takes into account the fact that changing transmission ratios during steer-by-wire operation can occur between the actuating strokes of the steering handle and the steering angle changes of the steered vehicle wheels and, accordingly, the maximum possible or permissible steering angle of the steered vehicle wheels can be achieved with different positions of the steering handle.
Durch die vorzugsweise vorgesehene Auslösung der Simulation des Lenkanschlages mittels der Istwertgebervorrichtung, welche das Erreichen eines Lenkwinkel-Endwertes unmittelbar und genau „erkennen" kann, wird auch dann mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine situationsgerechte Simulation des Lenkanschlages gewährleistet, wenn der Lenkwinkelsollwert neben einem von der Stellung der Lenkhandhabe abhängigen Anteil auch einen von Be- triebsparametern des Fahrzeuges abhängigen Anteil umfaßt bzw. umfassen kann, wie es beispielsweise aus der DE 195 46 943 Cl bekannt ist.Due to the preferably provided triggering of the simulation of the steering stop by means of the actual value transmitter device, which can directly and precisely “recognize” the reaching of a final steering angle value, a situation-appropriate simulation of the steering stop is ensured with comparatively simple means even if the steering angle setpoint is next to one of the position portion of the steering handle also depends on the includes drive parameters of the vehicle dependent portion or can include, as is known for example from DE 195 46 943 Cl.
In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dem von der Stellung der Lenkhandhabe abhängigen Anteil des Lenkwinkelsollwertes einen vom Fahrzustand des Fahrzeuges, insbesondere der Fahrgeschwindigkeit, und/oder vom Fahrbahnzustand abhängigen Sollwertanteil additiv und/oder multiplikativ zu ü- berlagern. Dies ist, vereinfacht ausgedrückt, weitestgehend damit gleichwertig, daß sich das Übersetzungsverhältnis zwischen Stellhub der Lenkhandhabe und vom Stellaggregat bewirkter Lenkwinkeländerung parameterabhängig, insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges, ändern kann.In this context, it can be provided in particular that the portion of the steering angle setpoint which is dependent on the position of the steering handle is additively and / or multiplicatively superimposed on a setpoint portion which is dependent on the driving state of the vehicle, in particular the driving speed and / or on the state of the roadway. In simple terms, this is largely equivalent to the fact that the transmission ratio between the actuating stroke of the steering handle and the steering angle change caused by the actuating unit can change depending on parameters, in particular depending on the driving speed of the vehicle.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, das Stellaggregat bei Erreichen eines Endwertes der Lenkverstellung abzuschalten oder nur noch mit verminderter Kraft in den jeweiligen Endwert überschreitender Richtung arbeiten zu lassen.According to a particularly expedient embodiment of the invention, it can be provided that the actuating unit is switched off when an end value of the steering adjustment is reached or that it is only allowed to work with a reduced force in the direction exceeding the respective end value.
Hier wird der Tatsache Rechnung getragen, daß der bei der Erfindung vorgesehen „virtuelle" Lenkanschlag für die Lenkhandhabe eine gewisse Nachgiebigkeit oder Elastizität aufweisen kann und dementsprechend bei extremer Betätigung der Lenkhandhabe ein Lenkwinkelsollwert erzeugt werden könnte, welcher einem Lenkwinkel jenseits des konstruktiv maximal erreichbaren Lenkwinkels der gelenkten Fahrzeugräder entspricht. Dies ist gleichbedeutend damit, daß in einer solchen Betriebsphase eine bleibende Soll-Istwert-Abweichung auftritt, wobei das Stellaggregat zum Abbau der Soll-Istwert-Abweichung mit maximaler Leistung angesteuert wird, ohne daß eine weitere Veränderung des Lenkwinkels möglich wäre.This takes into account the fact that the “virtual” steering stop provided for the steering handle in the invention can have a certain flexibility or elasticity and, accordingly, with extreme actuation of the steering handle, a steering angle setpoint could be generated which corresponds to a steering angle beyond the maximum achievable steering angle This is equivalent to the fact that a permanent setpoint / actual value deviation occurs in such an operating phase, the actuating unit being driven to reduce the setpoint / actual value deviation with maximum power without a further change in the steering angle being possible.
Des weiteren besteht die Möglichkeit eine mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe (15) und den gelenkten Fahrzeugrädern herzustellen, wenn die maximale Lenkverstellung erreicht ist. Insbesondere kann dabei der Handkraftsteller bei hergestellter mechanischer und/oder hydraulischer Zwangkopplung zwischen der Lenkhandhabe und den gelenkten Fahrzeugrädern wieder deaktiviert wird. Diese Ausführung ermöglicht es, den Handkraftsteller „klein" zu dimensionieren, d.h. das Moment, das der Handkraftsteller maximal erzeugen können muß kann niedrig gewählt werden, beispielsweise im Bereich von 8-15 Nrn. Der Fahrer ist dann jedoch in der Lage ein höheres Moment auf die Lenkhandhabe aufbringen, so daß er die Lenkhandhabe über den vom Handkraftsteller simulierten Lenkanschlag hinaus drehen könnte. Da bei dieser Ausgestaltung der Erfindung eine durchgängig mechanische und/oder hydraulische Verbindung zwischen der Lenkhandhabe und den gelenkten Fahrzeugrädern hergestellt wird, kann die Lenkhandhabe nicht weiter ausgelenkt werden, wenn die Fahrzeugräder ihren konstruktiv begrenzten Anschlag erreicht haben. Der Handkraftsteller kann daher kompakt mit geringer Leistung ausgeführt sein.There is also the possibility of a mechanical and / or hydraulic positive coupling between the steering handle (15) and manufacture the steered vehicle wheels when the maximum steering adjustment is reached. In particular, the manual power actuator can be deactivated again when the mechanical and / or hydraulic positive coupling between the steering handle and the steered vehicle wheels is produced. This design makes it possible to dimension the manual power actuator “small”, ie the maximum torque that the manual power actuator must be able to generate can be selected to be low, for example in the range of 8-15 numbers. However, the driver is then able to apply a higher torque Apply the steering handle so that it could turn the steering handle beyond the steering stop simulated by the manual power actuator Since, in this embodiment of the invention, a continuously mechanical and / or hydraulic connection is established between the steering handle and the steered vehicle wheels, the steering handle cannot be deflected any further when the vehicle wheels have reached their limit stop in terms of design. The manual power actuator can therefore be made compact with low power.
Zweckmäßigerweise wird die mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe und den gelenkten Fahrzeugrädern dann hergestellt, wenn eine mit dem vom Handkraftsteller erzeugten Moment korrelierende Vergleichsgröße einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Als Vergleichsgröße kann auch das Moment selbst dienen. Ist der Handkraftsteller von einem Elektromotor gebildet, so kann als Vergleichsgröße z.B. die Stromaufnahme des Elektromotors bzw. die vom Elektromotor aufgenommene elektrische Leistung dienen.The mechanical and / or hydraulic positive coupling between the steering handle and the steered vehicle wheels is expediently produced when a comparison variable correlating with the torque generated by the manual power actuator exceeds a predefinable threshold value. The moment itself can also serve as a comparison variable. If the manual force actuator is formed by an electric motor, the comparison variable can e.g. serve the current consumption of the electric motor or the electrical power consumed by the electric motor.
Im übrigen wird hinsichtlich weiterer bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.Otherwise, with regard to further preferred features of the invention, reference is made to the claims and the following explanation of the drawing, on the basis of which a particularly preferred embodiment of the invention is described in more detail.
Dabei zeigt Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Lenksystems der eingangs angegebenen Art und Fig. 2 eine beispielhafte Darstellung der Handkraftsteuerung.It shows Fig. 1 is a schematic representation of a steering system of the type specified and Fig. 2 is an exemplary representation of the manual power control.
Gemäß Fig. 1 besitzt ein im übrigen nicht näher dargestelltes Fahrzeug lenkbare Vorderräder 1, die über Spurstangen 2 mit der Kolbenstange 3 eines doppeltwirkenden hydraulischen Kol- ' ben-Zylinder-Aggregates 4 zur gemeinsamen Lenkverstellung gekoppelt sind. Die beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 sind über Hydraulikleitungen 5 und 6 mit einem Steuerventil 7 verbunden, welches im übrigen über eine Leitung 8 mit der Druckseite einer Hydraulikpumpe 9 und über eine Leitung 10 mit einem relativ drucklosen Hydraulikreservoir 11 verbunden ist, an das auch die Saugseite der Hydraulikpumpe 9 angeschlossen ist.According to FIG. 1, a vehicle (not shown in more detail) has steerable front wheels 1 which are coupled via tie rods 2 to the piston rod 3 of a double-acting hydraulic piston-cylinder unit 4 for joint steering adjustment. The two sides of the piston-cylinder unit 4 are connected via hydraulic lines 5 and 6 to a control valve 7, which is otherwise connected via line 8 to the pressure side of a hydraulic pump 9 and via line 10 to a relatively unpressurized hydraulic reservoir 11 that the suction side of the hydraulic pump 9 is also connected.
Zwischen den Hydraulikleitungen 5 und 6 ist ein normal offenes Absperrventil 12 angeordnet. Im übrigen sind an den Hydraulikleitungen 5 und 6 Druckgeber 13 und 14 zur Erfassung des jeweiligen Hydraulikdruckes vorgesehen.A normally open shut-off valve 12 is arranged between the hydraulic lines 5 and 6. Otherwise, pressure transmitters 13 and 14 are provided on the hydraulic lines 5 and 6 for detecting the respective hydraulic pressure.
Ein Lenkhandrad 15 ist über eine Lenkwelle 16 einerseits mit einem Drehwinkelgeber 17 und andererseits mit einem Handkraftsteller 18 antriebsmäßig verbunden. Der Handkraftsteller 18 kann als Elektromotor ausgebildet sein, welcher einer Drehverstellung des Lenkhandrades 15 ein regel- bzw. steuerbares Moment entgegensetzen kann; die entsprechende Regelung bzw. Steuerung wird weiter unten erläutert. Die Stärke dieses Drehmomentes läßt sich mittels eines Momentenmessers 19 erfassen und über eine Regelanordnung einstellen.A steering handwheel 15 is connected via a steering shaft 16 on the one hand to a rotary angle sensor 17 and on the other hand to a manual power actuator 18. The manual power actuator 18 can be designed as an electric motor, which can oppose a rotatable adjustment of the steering handwheel 15 with an adjustable or controllable torque; the corresponding regulation or control is explained further below. The strength of this torque can be detected by means of a torque meter 19 and set using a control arrangement.
Eine als Regelanordnung vorgesehene elektronische Regelschaltung 20 besitzt einen Sollwertrechner 21, welcher eingangssei- tig mit dem Drehwinkelgeber 17 und vorzugsweise auch mit weiteren, nicht dargestellten Gebern für fahrzeugseitige Betriebsparameter, wie z.B. Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung und/oder Giergeschwindigkeit, und/oder mit fahrerseitig betätigten Gebern verbunden ist, beispielsweise mit Befehlsgebern, etwa in Form von Schaltern, zur Einstellung eines „sportlichen" oder eines „komfortbetonten" Betriebsverhaltens.An electronic control circuit 20 provided as a control arrangement has a setpoint computer 21 which on the input side with the rotary angle sensor 17 and preferably also with further sensors (not shown) for vehicle-side operating parameters, such as driving speed, lateral acceleration and / or yaw rate, and / or with the driver actuated sensors is connected, for example with command devices, for example in the form of switches, for setting a "sporty" or a "comfort-oriented" operating behavior.
Der Sollwertrechner 21 bestimmt aus den Signalen des vom Lenkhandrad 15 betätigten Drehwinkelgebers 17 sowie der weiteren Geber einen von der Drehstellung des Drehwinkelgebers 17 und damit von der Drehstellung des Lenkhandrades 15 abhängigen, parameterabhängig variierbaren Lenkwinkelsollwert, welcher von der Regelschaltung 20 mit den Signalen eines Lenkwinkel- Istwertgebers 22 verglichen wird, der im dargestellten Beispiel der Kolbenstange 3 zugeordnet ist.The setpoint computer 21 determines from the signals of the rotary angle sensor 17 actuated by the steering handwheel 15 and the other sensors a steering angle setpoint value which is dependent on the rotary position of the rotary angle transmitter 17 and thus on the rotary position of the steering handwheel 15 and which is variable as a function of parameters. Actual value generator 22 is compared, which is assigned to the piston rod 3 in the example shown.
Bei Normalbetrieb hält die Regelschaltung 20 das Absperrventil 12 geschlossen und steuert in Abhängigkeit vom Soll-Istwert- Vergleich des Lenkwinkels das elektromagnetisch betätigbare Steuerventil 7, so daß bei arbeitender Pumpe 9 zwischen den beiden Seiten des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 eine mehr oder weniger große hydraulische Druckdifferenz auftritt und das Kolben-Zylinder-Aggregat 4 die lenkbaren Räder 1 mit steuerbarer Lenkkraft beaufschlagt. Auf diese Weise führen die gelenkten Vorderräder 1 einerseits Lenkbewegungen analog zu den fah- rerseitigen Drehbewegungen des Lenkhandrades 15 aus. Andererseits können vom Sollwertrechner 21 auch fahrdynamische Parameter berücksichtigt werden, so daß gegebenenfalls automatische Lenkkorrekturen zur Stabilisierung des Fahrzeuges möglich sind. In jedem Falle kann der Sollwertrechner 21 durch Berücksichtigung von Parametern des Fahrbetriebes bzw. des Fahrzustandes insbesondere der Fahrgeschwindigkeit, sowie des Fahrbahnzustandes das Übersetzungsverhältnis zwischen der Lenkwinkeländerung der Räder 1 und der Drehwinkeländerung des Lenkhandrades 15 variieren.In normal operation, the control circuit 20 keeps the shut-off valve 12 closed and controls the electromagnetically actuated control valve 7 as a function of the target / actual value comparison of the steering angle, so that when the pump 9 is operating, a more or less large one between the two sides of the piston-cylinder unit 4 hydraulic pressure difference occurs and the piston-cylinder unit 4 acts on the steerable wheels 1 with controllable steering force. In this way, the steered front wheels 1, on the one hand, perform steering movements analogous to the rotational movements of the steering handwheel 15 on the driver's side. On the other hand, vehicle dynamics parameters can also be taken into account by the setpoint computer 21, so that automatic steering corrections for stabilizing the vehicle are possible if necessary. In any case, the setpoint computer 21 can vary the transmission ratio between the change in the steering angle of the wheels 1 and the change in the angle of rotation of the steering handwheel 15 by taking into account parameters of the driving operation or the driving state, in particular the driving speed and the state of the roadway.
Des weiteren regelt bzw. steuert die Regelschaltung 20 den Handkraftsteller 18. Dabei soll der Handkraftsteller 18 auch einen Lenkanschlag simulieren, wenn die gelenkten Räder 1 ih- ren konstruktiv vorgegebenen maximalen Lenkwinkel nach rechts oder links erreichen.Furthermore, the control circuit 20 regulates or controls the manual power actuator 18. The manual power actuator 18 is also intended to simulate a steering stop when the steered wheels 1 reach the maximum design steering angle to the left or right.
Aufgrund der parameterabhängigen Lenkwinkel-Sollwertvorgabe durch den Sollwertrechner 21 können die gelenkten Fahrzeugräder 1 ihren maximalen Lenkausschlag bei prinzipiell unterschiedlichen Drehstellungen des Lenkhandrades 15 erreichen, d.h. dem Lenkhandrad 15 können keine feststehenden Drehanschläge zugeordnet werden.Based on the parameter-dependent steering angle setpoint specification by the setpoint computer 21, the steered vehicle wheels 1 can reach their maximum steering deflection at fundamentally different rotational positions of the steering handwheel 15, i.e. no fixed rotary stops can be assigned to the steering handwheel 15.
Gemäß Fig. 2 besitzt die Regelschaltung 20 einen Kreis 23, welcher die Signale des Istwertgebers 22 erhält und ein Moment o vorgibt, welches bei kleinen Lenkwinkeln α nahe der Geradeausstellung mit zunehmender Abweichung von der Geradeausstellung im wesentlichen proportional ansteigt und bei größeren Lenkwinkeln α betragsmäßig im wesentlichen gleich bleibt.2, the control circuit 20 has a circuit 23, which receives the signals from the actual value transmitter 22 and specifies a moment o, which increases substantially proportionally with small steering angles α near the straight-ahead position with increasing deviation from the straight-ahead position and with larger steering angles α in amount remains essentially the same.
Das Signal M0 wird an eine Summierschaltung 24 weitergegeben.The signal M 0 is passed on to a summing circuit 24.
Ein weiterer Kreis 25 erhält ebenfalls die Signale des Istwertgebers 22 und bestimmt daraus ein Moment Ma, welches beid- seitig der Geradeausstellung bis zu betragsmäßig großen Lenkwinkeln α den Wert Null hat. Erst wenn die Lenkwinkel α die Nähe der konstruktiv vorgegebenen Grenzwinkel erreichen bzw. den Grenzwinkeln nahe kommen, nimmt MA betragsmäßig große Werte an.Another circuit 25 also receives the signals of the actual value transmitter 22 and determines a torque M a therefrom which has the value zero on both sides of the straight-ahead position up to steering angles α of large magnitude. Only when the steering angles α reach the proximity of the design limit angles or come close to the limit angles, does M A assume large values.
Das Signal MA wird ebenfalls der Summierschaltung 24 zugeführt.The signal M A is also fed to the summing circuit 24.
Außerdem durchläuft das Signal MA einen Differenzierer 26 sowie einen nachgeschalteten Verstärker 27, der ausgangsseitig mit der Summierschaltung 24 verbunden ist.In addition, the signal M A passes through a differentiator 26 and a downstream amplifier 27, which is connected on the output side to the summing circuit 24.
Außerdem kann die Summie Schaltung 24 eingangsseitig mit weiteren Schaltkreisen 28 verbunden sein, die beispielsweise die Signale der Druckgeber 13 und 14 erhalten und ein Zusatzmoment Mz in Abhängigkeit von der Größe und Richtung der von den Druckgebern 13 und 14 ermittelten Druckdifferenz vorgeben. Dieses Signal Mz wird ebenfalls der Summierschaltung 24 zugeführt .In addition, the summation circuit 24 can be connected on the input side to further circuits 28 which, for example, receive the signals from the pressure transmitters 13 and 14 and an additional torque M z depending on the size and direction of the Specify pressure transducers 13 and 14 determined pressure difference. This signal M z is also fed to the summing circuit 24.
Die zugeführten Signale werden von der Summierschaltung 24 additiv verknüpft. Das von der Summierschaltung ausgegebene Ausgangssignal steuert eine Treiberschaltung 29, die ihrerseits den Handkraftsteller 18 derart betätigt, daß dieser einer fah- rerseitigen Drehverstellung des Lenkhandrades 15 ein der Signalsumme der Eingangssignale an der Summierschaltung 24 analogen Widerstand entgegensetzt, wobei ein Lenkanschlag simuliert wird, wenn die Räder 1 ihren maximalen Lenkwinkel α nach rechts oder links erreichen. Durch den Differenzierer 26 wird für den Fahrer das Gefühl eines sich progressiv verhärtenden und bedämpften Anschlages bewirkt.The signals supplied are additively linked by the summing circuit 24. The output signal output by the summing circuit controls a driver circuit 29, which in turn actuates the manual power actuator 18 in such a way that it opposes a driver-side rotary adjustment of the steering handwheel 15 to a resistance analogous to the signal sum of the input signals at the summing circuit 24, a steering stop being simulated when the Wheels 1 reach their maximum steering angle α to the right or left. The differentiator 26 gives the driver the feeling of a progressively hardening and damped stop.
Der Handkraftsteller 18 wirkt also ähnlich wie eine steuerbare Bremse, wobei der für den Fahrer fühlbare Widerstand auch von der Drehgeschwindigkeit des Lenkhandrades 15 abhängig ist.The manual power actuator 18 thus acts similarly to a controllable brake, the resistance felt by the driver also being dependent on the rotational speed of the steering handwheel 15.
Wenn zwischen Lenkhandrad 15 und Handkraftsteller 18 ein Momentenmesser 19 angeordnet ist, um das zwischen Lenkhandrad 15 und Handkraftsteller 18 übertragene Ist-Moment zu erfassen, kann die Steuerung der Treiberschaltung 29 im Sinne einer Regelung erfolgen, d.h. das Ausgangssignal der Summierschaltung 24 wird als Sollwert für den am Lenkhandrad 15 fühlbaren Lenkwiderstand verarbeitet, während das Ausgangssignal des Momentenmessers 19 bei Drehbetätigung des Lenkhandrades 15 den Istwert des am Lenkhandrad 15 fühlbaren Lenkwiderstandes wiedergibt. Die Steuerung der Treiberschaltung 29 erfolgt dann derart, daß die Soll-Istwert-Abweichung minimalisiert wird.If a torque meter 19 is arranged between the steering handwheel 15 and the manual power actuator 18 in order to record the actual torque transmitted between the steering handwheel 15 and the manual power actuator 18, the driver circuit 29 can be controlled in the sense of a regulation, i.e. the output signal of the summing circuit 24 is processed as a setpoint for the steering resistance which can be felt on the steering handwheel 15, while the output signal of the torque meter 19, when the steering handwheel 15 is actuated, reproduces the actual value of the steering resistance which can be felt on the steering handwheel 15. The driver circuit 29 is then controlled in such a way that the target / actual value deviation is minimized.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Signale des Istwertgebers 22 auch zu einer besonderen Steuerung des Steuerventiles 7 ausgenutzt werden, derart, daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 4 keine bzw. nur noch verminderte Kräfte erzeugen kann, wenn in der jeweiligen Lenkrichtung der konstruktiv mögliche maximale Lenkausschlag erreicht wird. Sobald der Istwertgeber 22 „meldet", daß der maximale Lenkausschlag in einer Lenkrichtung erreicht oder nahezu erreicht worden ist, kann das Steuerventil 7 in die Nähe seiner neutralen Mittellage zurückgestellt werden und aus dieser Lage nur noch in solche Positionen verstellt werden, in denen die in Richtung des vorgenannten maximalen Lenkausschlages wirkenden Kräfte des Kolben-Zylinder-Aggregates 4 noch weiter vermindert oder Kräfte in entgegengesetzter Richtung erzeugt werden.According to a preferred embodiment of the invention, the signals of the actual value transmitter 22 can also be used for a special control of the control valve 7, such that the piston-cylinder unit 4 can generate no or only reduced forces when in the respective steering direction constructively possible maximum steering deflection is reached. As soon as the actual value transmitter 22 "reports" that the maximum steering deflection in one steering direction has been reached or has almost been reached, the control valve 7 can be reset to the vicinity of its neutral central position and can only be adjusted from this position to those positions in which the in Forces of the piston-cylinder unit 4 acting in the direction of the aforementioned maximum steering deflection are further reduced or forces are generated in the opposite direction.
Zu diesem Zweck können gegebenenfalls die Ausgangssignale des Schaltkreises 25 herangezogen werden und einer Vergleicherschaltung 30 zugeführt werden. Sobald das Ausgangssignal MA einen an die maximal möglichen Lenkausschläge angepaßten Toleranzbereich T nach oben oder unten überschreitet, wird das Steuerventil 7 in die neutrale Mittelstellung zurückgestellt.For this purpose, the output signals of the circuit 25 can optionally be used and fed to a comparator circuit 30. As soon as the output signal M A exceeds a tolerance range T adapted to the maximum possible steering deflections upwards or downwards, the control valve 7 is reset to the neutral central position.
Im Ergebnis wird damit bewirkt, daß das Kolben-Zylinder- Aggregat 4 im Bereich eines maximalen Lenkausschlages keine nennenswerte Kräfte in den maximalen Lenkwinkel überschreitender Richtung auszuüben vermag.The result of this is that the piston-cylinder unit 4 is unable to exert any significant forces in the direction exceeding the maximum steering angle in the region of a maximum steering deflection.
Hier wird der Tatsache Rechnung getragen, daß das Lenkhandrad 15 trotz der Simulation eines Lenkanschlages durch den Handkraftsteller 18 gegebenenfalls vom Fahrer in eine Position gedreht werden kann, in der der Sollwertrechner 21 einen Lenkwinkelsollwert bestimmt, der größer ist als der konstruktiv maximal erreichbare Lenkwinkel. In einem solchen Falle kann die Regelschaltung 20 die Soll-Istwert-Abweichung des Lenkwinkels nicht mehr ausregeln. Andererseits würde die Regelschaltung 20 ohne die vorangehend geschilderten Maßnahmen das Steuerventil 7 derart ansteuern, daß das Kolben-Zylinder-Aggregat 4 sehr hohe Kräfte in einer den jeweiligen maximalen Lenkwinkel überschreitenden Richtung zu erzeugen sucht. Dies würde zu unerwünscht hohen Belastungen des Lenksystems führen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen dem Lenkhandrad 15 und den lenkbaren Fahrzeugrädern 1 hergestellt werden, wenn die Fahrzegräder 1 sich im Bereich ihres maximal einstellbaren Lenkwinkels nach links oder rechts befinden. Durch diese Zwangskopplung kann verhindert werden, dass der Fahrer das Lenkhandrad über den simulierten Lenkanschlag hinaus weiterbewegt und dadurch die Relativstellung zwischen Lenkhandrad 15 und den lenkbaren Fahrzeugrädern verändert, wodurch ein bleibender Offset entstehen würde. Dies hätte zur Folge, daß bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs das Lenkhandrad nicht seine neutrale Stellung, sondern gegenüber der neutralen Stellung verdrehte Stellung einnehmen würde. Mittels der Zwangskopplung bei Erreichen des Lenkanschlages kann dieses Problem vermieden werden. Sobald die Fahrzeugräder 1 ihren maximalen Lenkwinkel erreichen kann wegen der mechanischen und/oder hydraulischen Verbindung zum Lenkhandrad 15 dieses auch nicht weiter ausgelenkt werden.Here, the fact is taken into account that the steering handwheel 15 can be rotated by the driver into a position in which the setpoint calculator 21 determines a steering angle setpoint that is greater than the maximum achievable steering angle despite the simulation of a steering stop by the manual power actuator 18. In such a case, the control circuit 20 can no longer correct the target / actual value deviation of the steering angle. On the other hand, the control circuit 20 would control the control valve 7 without the measures described above such that the piston-cylinder unit 4 attempts to generate very high forces in a direction exceeding the respective maximum steering angle. This would lead to undesirably high loads on the steering system. In a further embodiment, a mechanical and / or hydraulic positive coupling can be produced between the steering handwheel 15 and the steerable vehicle wheels 1 if the vehicle wheels 1 are in the range of their maximum adjustable steering angle to the left or right. This forced coupling prevents the driver from moving the steering handwheel beyond the simulated steering stop and thereby changing the relative position between the steering handwheel 15 and the steerable vehicle wheels, which would result in a permanent offset. This would have the consequence that when the vehicle is traveling straight ahead, the steering handwheel would not assume its neutral position, but rather the position rotated relative to the neutral position. This problem can be avoided by means of the forced coupling when the steering stop is reached. As soon as the vehicle wheels 1 reach their maximum steering angle, this cannot be deflected any further because of the mechanical and / or hydraulic connection to the steering handwheel 15.
Bei hergestellter mechanischen und/oder hydraulischer Zwangskopplung kann der vom Elektromotor gebildete Handkraftsteller 18 abgeschaltet werden. Dadurch wird der Elektromotor entlastet und vor Beschädigungen geschützt.When the mechanical and / or hydraulic positive coupling is produced, the manual force actuator 18 formed by the electric motor can be switched off. This relieves the load on the electric motor and protects it from damage.
Die Herstellung der mechanischen und/oder hydraulischen Zwangskopplung erfolgt dann, wenn eine mit dem vom Handkraftsteller erzeugten Moment korrelierende Vergleichsgröße einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Als Vergleichgröße kann beispielsweise das vom Momentenmesser 19 gemessene Moment dienen, das zwischen dem Lenkhandrad 15 und dem Handkraftsteller 18 wirkt. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, den Motorstrom oder die elektrische Leistung als Vergleichssignal heranzuziehen, der bzw. die dem den Handkraftsteller bildenden Elektromotor zugeführt wird.The mechanical and / or hydraulic positive coupling is produced when a comparison variable correlating with the torque generated by the manual power actuator exceeds a predetermined threshold value. The torque measured by the torque meter 19, which acts between the steering handwheel 15 and the manual force actuator 18, can serve as a comparison variable, for example. As an alternative to this, there is also the possibility of using the motor current or the electrical power as a comparison signal, which is supplied to the electric motor forming the manual power actuator.
Sobald das Vergleichssignal den Schwellenwert überschreitet, wird die mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung ge- schlössen. Dies kann z.B. durch das Schließen einer Kupplung im Lenkgestänge oder das Umschalten von Ventilen realisiert werden, so dass eine hydraulische Wirkverbindung zwischen dem Lenkhandrad 15 und dem Kolben-Zylinder-Aggregat 4 entsteht. Derartige Lenksysteme mit einer mechanischen bzw. hydraulischen Rückfallebene sind an sich bekannt.As soon as the comparison signal exceeds the threshold value, the mechanical and / or hydraulic positive coupling is concluded. This can be achieved, for example, by closing a clutch in the steering linkage or switching valves, so that a hydraulic operative connection is created between the steering handwheel 15 and the piston-cylinder unit 4. Steering systems of this type with a mechanical or hydraulic fallback level are known per se.
Es versteht sich, daß der Schwellenwert zwar einen konstanten Wert aufweisen kann, aber grundsätzlich beliebig vorgegeben werden kann. Er kann beispielsweise auch von Parametern wie der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen.It goes without saying that the threshold value can have a constant value, but can in principle be set as desired. For example, it can also depend on parameters such as vehicle speed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung dann aktiviert, wenn das vom Handkraftsteller 18 erzeugte Moment einen Schwellenwert von etwa 10-15 Nm übersteigt. Hierbei kann auch die zu diesem Schwellenwert zugehörige elektrische Leistungs- oder Stromaufnahme des Elektromotors 18 als Vergleichssignal dienen.In a preferred embodiment, the mechanical and / or hydraulic positive coupling is activated when the torque generated by the manual power actuator 18 exceeds a threshold value of approximately 10-15 Nm. The electrical power or current consumption of the electric motor 18 associated with this threshold value can also serve as a comparison signal.
Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann das hydraulische Kolben-Zylinder-Aggregat 4 auch durch andere, z.B. elektrische oder pneumatische Stellaggregate ersetzt sein, wobei dann an Stelle des Steuerventils 7 angepaßte Steuerorgane vorzusehen sind.In a departure from the illustrated embodiment, the hydraulic piston-cylinder unit 4 can also be replaced by other, e.g. electrical or pneumatic actuating units can be replaced, in which case 7 adapted control elements are to be provided instead of the control valve.
Für den Notfall sind in der Regel nicht dargestellte, bei Normalbetrieb unwirksame weitere Stellaggregate und Regelungen zur Gewährleistung von Redundanzen angeordnet. Gegebenenfalls kann für den Notfall auch eine normal geöffnete mechanische o- der hydraulische Zwangskopplung zwischen Lenkhandrad 15 und gelenkten Rädern 1 vorhanden sein.In the event of an emergency, additional actuating units and controls to ensure redundancies, which are not shown in normal operation, are generally arranged. If necessary, a normally opened mechanical or hydraulic forced coupling between the steering handwheel 15 and the steered wheels 1 can also be present.
Falls bei einem Notfall ein weiteres Stellaggregat oder die Zwangskopplung zur Steuerung der gelenkten Räder 1 eingeschaltet werden, wird das Absperrventil 12 automatisch geöffnet. Bei der oben dargestellten Ausführungsform kann zusätzlich o- der alternativ vorgesehen sein, das Moment MA auch in Abhängigkeit von den Signalen des Drehwinkelgebers 17 und/oder in Abhängigkeit von den Signalen des Sollwertrechners 21 zu bestimmen. Hier steigt dann der Wert von MA betragsmäßig an, wenn der Drehwinkel des Lenkhandrades 15 und/oder der berechnete Lenkwinkel-Sollwert einen Grenzwert 2* betragsmäßig überschreiten.If, in the event of an emergency, a further actuating unit or the forced coupling for controlling the steered wheels 1 are switched on, the shut-off valve 12 is opened automatically. In the embodiment shown above, it can additionally or alternatively be provided to determine the torque M A as a function of the signals from the rotary angle sensor 17 and / or as a function of the signals from the setpoint computer 21. The value of M A then increases in terms of amount if the angle of rotation of the steering handwheel 15 and / or the calculated steering angle setpoint exceeds a limit value 2 * in terms of amount.
Für den Fall, daß beim Steer-by-wire-Betrieb eine Störung auftreten sollte, kann automatisch eine nicht dargestellte „Notfallebene" eingeschaltet werden, z.B. eine beim Steer-by-wire- Betrieb durch Öffnen einer Kupplung unwirksame mechanische Zwangskopplung zwischen Lenkhandrad 15 und gelenkten Fahrzeugrädern, wobei gleichzeitig das Absperrventil 12 in seinen offenen Zustand fällt, um unerwünschte Rückwirkungen des gestörten Steer-by-wire-Systems auf die Notfallsteuerung der gelenkten Fahrzeugräder 1 über die genannte Zwangskopplung zu vermeiden. In the event that a fault should occur during steer-by-wire operation, an “emergency level” (not shown) can be automatically switched on, for example an inactive mechanical coupling between steering handwheel 15 and that is ineffective in steer-by-wire operation by opening a clutch steered vehicle wheels, at the same time the shut-off valve 12 falls into its open state in order to avoid undesirable effects of the disturbed steer-by-wire system on the emergency control of the steered vehicle wheels 1 via said positive coupling.

Claims

Patentansprüche claims
1. Lenksystem für nicht spurgebundene Fahrzeuge, mit1. Steering system for non-track vehicles, with
- einer durch eine Lenkhandhabe, insbesondere Lenkhandrad (15) , betätigten Gebervorrichtung (17,21) für einen Lenkwinkelsollwert,a transmitter device (17, 21) actuated by a steering handle, in particular a steering handwheel (15), for a steering angle setpoint,
- einem gelenkte Fahrzeugräder (1) steuernden Stellaggregat (4),- A steering unit (4) controlling a steered vehicle wheels (1),
- einer die Lenkwinkel der gelenkten Fahrzeugräder (1) erfassenden weiteren Gebervorrichtung (22) für einen Lenkwinkelistwert,- a further transmitter device (22), which detects the steering angle of the steered vehicle wheels (1), for an actual steering angle value,
- einer das Stellaggregat (4) in Abhängigkeit von einem Soll- Istwert-Vergleich des Lenkwinkels regelnden Regelstrecke (20) und- One of the control unit (4) depending on a setpoint-actual value comparison of the steering angle regulating system (20)
- einem Handkraftsteller (18), welcher die Lenkhandhabe (15) mit Kräften beaufschlagt, um eine Zwangskopplung von Lenkhandhabe (15) und gelenkten Fahrzeugrädern (1) und/oder durch den Zustand einer Fahrbahn verursachte Rückwirkungskräfte zu simulieren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Handkraftsteller (18) bei Erreichen einer maximalen Lenkverstellung der lenkbaren Räder (1) einen Lenkanschlag simuliert .- A manual power actuator (18) which applies forces to the steering handle (15) in order to simulate a forced coupling of the steering handle (15) and steered vehicle wheels (1) and / or reaction forces caused by the condition of a roadway, characterized in that the manual power actuator ( 18) simulates a steering stop when a maximum steering adjustment of the steerable wheels (1) is reached.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Signale der Istwertgebervorrichtung (22) direkt oder indirekt ein Signal für die Simulation des Lenkanschlages auslösen.2. Steering system according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that signals of the actual value transmitter device (22) trigger directly or indirectly a signal for the simulation of the steering stop.
3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Signale eines die Lage der Lenkhandhabe (15) erfassenden Gebers (17) und/oder eines Sollwertrechners (21) für den Lenkwinkel direkt oder indirekt ein Signal für die Simulation des Lenkanschlages auslösen.3. Steering system according to claim 1 or 2, characterized in that signals from a sensor (17) detecting the position of the steering handle (15) and / or a setpoint computer (21) for the steering angle trigger a signal for the simulation of the steering stop directly or indirectly.
4. Lenksystem nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Istwertgebervorrichtung (22) Endschalter bzw. gesonderte Signalgeber für Lenkwinkel-Endlagen der gelenkten Fahrzeugräder (1) aufweist.4. Steering system according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the actual value transmitter device (22) limit switch or separate signal transmitter for steering angle end positions of the steered vehicle wheels (1).
5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Stellaggregat (4) bei Erreichen einer maximalen Lenkverstellung der gelenkten Fahrzeugräder (1) abschaltet.5. Steering system according to one of claims 1 to 4, that the control unit (4) switches off when a maximum steering adjustment of the steered vehicle wheels (1) is reached.
6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Stellaggregat (4) bei Erreichen einer maximalen Lenkverstellung der gelenkten Fahrzeugräder (1) nur noch mit verminderter Kraft in die jeweilige maximale Lenkverstellung ü- berschreitender Richtung zu arbeiten vermag.6. Steering system according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the actuator (4) when reaching a maximum steering adjustment of the steered vehicle wheels (1) can only work with reduced force in the respective maximum steering adjustment in the direction exceeding.
7. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe (15) und den gelenkten Fahrzeugrädern (1) hergestellt wird, wenn die maximale Lenkverstellung erreicht ist.7. Steering system according to one of claims 1 to 6, that a mechanical and / or hydraulic positive coupling is produced between the steering handle (15) and the steered vehicle wheels (1) when the maximum steering adjustment is reached.
8. Lenksystem nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die mechanische und/oder hydraulische Zwangskopplung zwischen der Lenkhandhabe (15) und den gelenkten Fahrzeugrädern (1) dann hergestellt wird, wenn eine mit dem vom Handkraft- steller (18) erzeugten Moment korrelierende Vergleichsgröße einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.8. Steering system according to claim 7, characterized in that the mechanical and / or hydraulic positive coupling between the steering handle (15) and the steered vehicle wheels (1) is then produced when one with the hand power adjuster (18) generated torque correlating comparison variable exceeds a predeterminable threshold value.
9. Lenksystem nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Handkraftsteller (18) bei hergestellter mechanischer und/oder hydraulischer Zwangkopplung zwischen der Lenkhandhabe (15) und den gelenkten Fahrzeugrädern (1) deaktiviert wird.9. Steering system according to claim 7 or 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n t that the manual power actuator (18) is deactivated when the mechanical and / or hydraulic positive coupling between the steering handle (15) and the steered vehicle wheels (1).
10. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lenkwinkel-Sollwertgebervorrichtung (17,21) parameterabhängig arbeitet.10. Steering system according to one of claims 1 to 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the steering angle setpoint device (17,21) works parameter-dependent.
11. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Steuerung des Handkraftstellers (18) eine Summierschaltung (24) vorgesehen ist, die zumindest ein erstes Signal (Mo) und ein zweites Signal (MA) additiv verarbeitet, wobei das erste Signal einen vorzugebenden Lenkwiderstand und das zweite Signal Zusatzkräfte bei Erreichen eines maximal möglichen Lenkausschlages der gelenkten Fahrzeugräder (1) repräsentiert.11. Steering system according to one of claims 1 to 10, characterized in that a summing circuit (24) is provided for controlling the manual power actuator (18), which processes at least a first signal (Mo) and a second signal (M A ) additively, the the first signal represents a steering resistance to be specified and the second signal represents additional forces when the maximum possible steering deflection of the steered vehicle wheels (1) is reached.
12. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Regelstrecke (20) den Handkraftsteller (18) und /oder das Stellaggregat (4) parameterabhängig betätigt.12. Steering system according to one of claims 1 to 11, that the control system (20) actuates the manual power actuator (18) and / or the actuating unit (4) as a function of the parameters.
13. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Handkraftsteller (18) zumindest bei Simulation des Lenkanschlages auch in Abhängigkeit der Stellgeschwindigkeit der Lenkhandhabe (15) zur Simulation eines bedämpften Anschlages, steuerbar ist.13. Steering system according to one of claims 1 to 12, so that the manual power actuator (18) can be controlled, at least when simulating the steering stop, also as a function of the actuating speed of the steering handle (15) to simulate a damped stop.
14. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Handkraftsteller (18) in Abhängigkeit von Kräften, die zwischen Stellaggregat (4) und gelenkten Fahrzeugrädern (1) wirksam sind, steuerbar ist.14. Steering system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the manual power actuator (18) can be controlled as a function of forces which are active between the actuating unit (4) and the steered vehicle wheels (1).
15. Lenksystem nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein hydraulisches Stellaggregat (4) vorgesehen ist und die Kräfte zwischen Stellaggregat (4) und gelenkten Fahrzeugrädern (1) mit Druckgebern (13,14) erfaßt werden.15. Steering system according to claim 14, so that a hydraulic actuating unit (4) is provided and the forces between the actuating unit (4) and the steered vehicle wheels (1) are detected with pressure transmitters (13, 14).
16. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Simulation des Lenkanschlages fahrerseitig zwischen „komfortbetont" und „sportlich" umstellbar ist. 16. Steering system according to one of claims 1 to 15, so that the simulation of the steering stop can be switched between “comfort-oriented” and “sporty” on the driver side.
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