DE4207719C2

DE4207719C2 - Power steering system for motor vehicles

Info

Publication number: DE4207719C2
Application number: DE19924207719
Authority: DE
Inventors: Dieter Elser; Thomas Ebenhoech; Werner Tischer; Klaus Rief; Walter Kogel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2012-03-12
Also published as: DE4207719A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fremdkraft-Lenkanlage für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dabei wird die Lenkkraft ausschließlich von einer Energiequelle, ausgenommen die menschliche Muskelkraft, aufgebracht. An eine Lenkspindel ist eine Betätigungseinrichtung angeschlossen, durch die eine Stelleinrichtung für die Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder gesteuert wird. Die Betätigungseinrichtung wird durch eine Rückstelleinrichtung . in ihre Neutralstellung zentriert.The invention relates to a power steering system for Motor vehicles according to the preamble of claim 1 steering power comes from an energy source, except human muscle power. On a steering shaft is an actuator connected through which an actuator for the Adjustment of the steerable vehicle wheels is controlled. The Actuator is operated by a reset device. centered in their neutral position.

Eine derartige Fremdkraft-Lenkanlage ist bekannt aus der DE 36 07 709 C2. Definitionsgemäß hat eine solche Fremdkraft-Lenkanlage keine mechanische Verbindung vom Lenkhandrad zu den gelenkten Fahrzeugrädern. In diesem Fall handelt es sich um eine hydrostatische Lenkanlage. Die Muskelkraft des Fahrers dient lediglich zum Verstellen eines Drehschiebers der Betätigungseinrichtung. Aus diesem Grunde ist das Fahrzeug bei einer Störung der Lenkanlage nicht mehr manövrierfähig. Die Einsatzgebiete einer derartigen Lenkanlage liegen deshalb vorwiegend bei langsam fahrenden Arbeitsmaschinen mit einer Höchstgeschwindigkeit von 30 km/h.Such a power steering system is known from DE 36 07 709 C2. By definition it has one Power steering system no mechanical connection from Steering handwheel to the steered vehicle wheels. In this case it is a hydrostatic steering system. The Muscle strength of the driver is only used to adjust one Rotary valve of the actuator. For this reason the vehicle is no longer in the event of a steering system malfunction manoeuvrable. The areas of application of such Steering systems are therefore mainly slow-moving Working machines with a maximum speed of 30 km / h.

Die zusätzlichen Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch 1 sind bekannt aus DE 40 09 400 A1.The additional features of the preamble of claim 1 are known from DE 40 09 400 A1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fremdkraft-Lenkanlage zu schaffen, bei der bei Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel eine Erhöhung des Rückwirkmomentes erfolgt. The invention has for its object a Power steering system to create when reaching a certain angle of rotation of the steering spindle The reaction torque increases.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Fremdkraft-Lenkanlage gelöst.This object is achieved by the in claim 1 marked external power steering system solved.

Die Betätigungseinrichtung enthält wenigstens einen Lenkwinkelsensor für die durch mehrfache Redundanz sichergestellte Ermittlung eines Soll-Wertes für die Steuerung der Stelleinrichtung. Die Betätigungseinrichtung enthält einen Elektromotor für die Erzeugung eines auf die Lenkspindel wirkenden Rückwirkmomentes. Der Elektromotor und damit das Rückwirkmoment wird in Abhängigkeit von wenigstens einem aus dem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ermittelten Parameter gesteuert.The actuator includes at least one Steering angle sensor for through multiple redundancy ensured determination of a target value for the Control of the actuating device. The actuator contains an electric motor for generating one on the Steering spindle acting reaction torque. The electric motor and so that the reaction moment becomes dependent on at least one determined from the driving state of the motor vehicle Controlled parameters.

Durch einen in sich redundanten Lenkwinkelsensor bzw. durch redundante Anordnung zweier Lenkwinkelsensoren ist die Sicherheit auch bei einer Fehlfunktion eines der beiden Lenkwinkelsensoren gewährleistet. Das erzeugte Rückwirkmoment gibt dem Fahrer ein gutes und sicheres Lenk- und Fahrgefühl, so daß auch höhere Geschwindigkeiten zugelassen werden können.By a redundant steering angle sensor or by The redundant arrangement of two steering angle sensors is the Safety even if one of the two malfunctions Steering angle sensors guaranteed. The generated Reactive torque gives the driver a good and safe steering and driving feel, so that even higher speeds can be approved.

Zwei Lenkwinkelsensoren sind für einen sicheren Antrieb derart angeordnet, daß einer der Lenkwinkelsensoren direkt an der Lenkspindel angeordnet ist, während der andere Lenkwinkelsensor durch eine Stirnrad-Übersetzungsstufe mit der Lenkspindel verbunden ist. Dabei kann einer der Lenkwinkelsensoren für eine Feinauflösung und der andere für eine Grobauflösung ausgelegt sein. Es ist aber auch möglich, beide Auflösungsarten zusammen in den Lenkwinkelsensoren vorzusehen. Für eine Rückmeldung der Stellung der zu lenkenden Fahrzeugräder enthält die Stellvorrichtung wenigstens einen Sensor. Dort werden Parameter ermittelt für die Stellung der Fahrzeugräder. Mit Hilfe beispielsweise dieser Parameter wird der Elektromotor in der Betätigungs einrichtung zur Erzeugung des Rückwirkmomentes gesteuert.Two steering angle sensors are for a safe drive arranged such that one of the steering angle sensors directly is arranged on the steering shaft while the other Steering angle sensor with a spur gear ratio the steering spindle is connected. One of the Steering angle sensors for fine resolution and the other for a rough resolution can be designed. But it is also possible both types of resolution together in the steering angle sensors provided. For feedback on the position of the steering vehicle wheels contains the actuator at least one sensor. There parameters are determined for the position of the vehicle wheels. With help, for example this parameter is the electric motor in the actuation controlled device for generating the reaction torque.

Durch die Verwendung eines Elektromotors in der Betätigungs einrichtung ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß in der Fahrerkabine nur "saubere" Energie verwendet wird. Der Elektromotor kann direkt oder über eine Übersetzungsstufe auf die Lenkspindel einwirken. Dadurch läßt sich die Größe des Elektromotors und die Charakteristik des Rückwirkmomentes in Grenzen frei wählen.By using an electric motor in the actuation device there is the additional advantage that in the Driver cabin only "clean" energy is used. The Electric motor can be directly or through a gear ratio act on the steering spindle. This allows the size of the electric motor and the characteristics of the Freely select the reaction torque within limits.

Zur Lenkwinkelbegrenzung sind in der Betätigungseinrichtung für beide Lenkrichtungen Anschläge vorgesehen. Diese Anschläge sind als "elektronische Anschläge" derart ausgebildet, daß bei Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel dem Elektromotor ein Signal zur Erhöhung des Rückwirkmomentes zugeführt wird.To limit the steering angle are in the actuator stops are provided for both steering directions. This Attacks are such as "electronic attacks" trained that when reaching a certain Angle of rotation of the steering spindle a signal to the electric motor is supplied to increase the reaction torque.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.In the following the invention based on in Illustrations illustrated in the drawings.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Betätigungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Fremdkraft- Lenkanlage; Fig. 1 shows a longitudinal section through the actuator of a Fremdkraft- steering system according to the invention;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Betätigungseinrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels. Fig. 2 shows a longitudinal section through an actuator of another embodiment.

Die Fremdkraft-Lenkanlage besteht gemäß Fig. 1 im wesentlichen aus einer Betätigungseinrichtung 1 und wenigstens einer Stelleinrichtung 2 für die Verstellung der lenkbaren Fahrzeugräder 3.The servo-steering system is shown in FIG. 1 consists essentially of an actuating device 1 and at least one control device 2 for the adjustment of the steerable vehicle wheels 3.

Die Betätigungseinrichtung 1 enthält eine Lenkspindel 4, die in einem Gehäuse 5 drehbar gelagert ist. Die Lenkspindel 4 trägt einen ersten Lenkwinkelsensor 6 und eine Ritzelverzahnung 7. Die Ritzelverzahnung 7 kämmt mit einer Innenverzahnung 8 eines Hohlrades 10. Die Innenverzahnung 8 kämmt mit einer Antriebsverzahnung 11 eines zweiten Lenkwinkelsensors 12.The actuating device 1 contains a steering spindle 4 which is rotatably mounted in a housing 5 . The steering spindle 4 carries a first steering angle sensor 6 and a pinion toothing 7 . The pinion toothing 7 meshes with an internal toothing 8 of a ring gear 10 . The internal toothing 8 meshes with a drive toothing 11 of a second steering angle sensor 12 .

An dem Hohlrad 10 sind zwei Stifte 13 und 14 (nicht sichtbar) angeordnet, die mit zwei mechanischen Anschlägen 15 und 16 (nicht sichtbar) zusammenwirken. Die Anschläge 15 und 16 sind im Gehäuse 1 auf zwei Spindeln 17 und 18 einstellbar.On the ring gear 10 , two pins 13 and 14 (not visible) are arranged, which interact with two mechanical stops 15 and 16 (not visible). The stops 15 and 16 are adjustable in the housing 1 on two spindles 17 and 18 .

Die Betätigungseinrichtung 1 enthält zusätzlich eine Rückstelleinrichtung 20. Die Rückstelleinrichtung 20 besteht aus einem Elektromotor 21, der über eine Abtriebsverzahnung ein Zahnrad 23 antreiben kann, das mit der Lenkspindel 4 drehfest verbunden ist. Die Rückstelleinrichtung 20 ist gleichzeitig eine Rückwirkeinrichtung, die im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert wird.The actuating device 1 additionally contains a reset device 20 . The resetting device 20 consists of an electric motor 21 , which can drive a gearwheel 23 via an output toothing, said gearwheel 23 being connected to the steering spindle 4 in a rotationally fixed manner. The reset device 20 is at the same time a reaction device which will be explained in more detail in the further course of the description.

Von den Lenkwinkelsensoren 6 und 12 führen Signalleitungen 24, 25 bzw. 26, 27 zu einer zentralen Elektronikeinheit 28, die zur Verarbeitung, zur Verstärkung und zur Weiterleitung von Signalen eingerichtet ist. Zwei Signalleitungen 30 und 31 dienen zur Ansteuerung des Elektromotors 21.Signal lines 24 , 25 and 26 , 27 lead from the steering angle sensors 6 and 12 to a central electronics unit 28 , which is set up for processing, amplifying and forwarding signals. Two signal lines 30 and 31 serve to control the electric motor 21 .

Die Stelleinrichtung 2 besteht im wesentlichen aus einem Stellmotor 32, der über ein Proportionalventil 33 von einer Druckmittelquelle 34 beaufschlagt werden kann. Die Steuerung erfolgt über zwei Signalleitungen 35 und 36, die die zentrale Elektronikeinheit 28 mit dem Proportionalventil 33 verbinden. In der Stelleinrichtung 2, zweckmäßigerweise an dem Stellmotor 32, ist ein Sensor 37 angebracht für die Ermittlung eines Parameters für die Stellung der Fahrzeugräder und für dessen Weiterleitung über eine Signalleitung 38 an die zentrale Elektronikeinheit 28 und damit an den Elektromotor 21 der Betätigungseinrichtung 1.The actuating device 2 consists essentially of an actuator 32 which can be acted upon by a pressure medium source 34 via a proportional valve 33 . The control takes place via two signal lines 35 and 36 , which connect the central electronics unit 28 to the proportional valve 33 . A sensor 37 is mounted in the actuating device 2 , expediently on the servomotor 32 , for determining a parameter for the position of the vehicle wheels and for forwarding it via a signal line 38 to the central electronics unit 28 and thus to the electric motor 21 of the actuating device 1 .

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 können die Anschläge 15 (und 16) durch folgende Maßnahmen entfallen:
Die mechanischen Anschläge sind als "elektronische Anschläge" in dem ersten Lenkwinkelsensor 6 derart untergebracht, daß beim Erreichen eines bestimmten Verdrehwinkels der Lenkspindel 4 und damit des Lenkwinkelsensors 6 die zentrale Elektronikeinheit 28 diesen Verdrehwinkel erkennt und ein Signal zur Erhöhung des Rückwirkmomentes des Elektromotors 21 erzeugt. Der zweite Lenkwinkelsensor 12 wird von dem Stirnrad 23 der Rückstelleinrichtung 20 angetrieben.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the stops 15 (and 16 ) can be omitted by the following measures:
The mechanical stops are housed as "electronic stops" in the first steering angle sensor 6 in such a way that when a certain angle of rotation of the steering spindle 4 and thus the steering angle sensor 6 is reached, the central electronics unit 28 detects this angle of rotation and generates a signal for increasing the reaction torque of the electric motor 21 . The second steering angle sensor 12 is driven by the spur gear 23 of the resetting device 20 .

Im folgenden wird die Funktion der erfindungsgemäßen Fremdkraft-Lenkanlage anhand des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 erläutert: Verdreht man über ein nicht dargestelltes Lenkhandrad die Lenkspindel 4, so erzeugen die Lenkwinkel sensoren 6 und 12 Signale, die einem Ist-Wert entsprechen. Diese Signale werden der zentralen Elektronikeinheit 28 zugeführt und nach der entsprechenden Verarbeitung und Verstärkung an das Proportionalventil 33 weitergeleitet. Das Proportionalventil 33 wird entsprechend verstellt, so daß der eine oder andere Druckraum des Stellmotors 32 mit Druckmittel beaufschlagt wird und die Fahrzeugräder 3 entsprechend verstellt werden. Über den Sensor 37 wird die Stellung der Fahrzeugräder 3 an die Elektronikeinheit 28 zurückgemeldet. Entsprechend diesem Signal und gegebenenfalls entsprechend weiterer Signale, die über den Fahrzustand des Fahrzeuges Auskunft geben, wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindikeit, den Beladungszustand, die Fahrbahnbeschaffenheit oder andere, wird der Elektromotor 21 angeregt, ein diesen Zuständen ent sprechendes Rückwirkmoment auf die Lenkspindel 4 zu erzeugen. Zu dem Fahrzustand des Fahrzeugs gehören außerdem noch die Meßgrößen der jeweiligen Lenksituation, wie beispielsweise die Lenkgeschwindigkeit, die Stellung des Lenkhandrades u. a.The function of the power steering system according to the invention is explained below using the exemplary embodiment of FIG. 1: If the steering spindle 4 is rotated via a steering hand wheel (not shown), the steering angle sensors 6 and 12 generate signals which correspond to an actual value. These signals are fed to the central electronics unit 28 and, after the corresponding processing and amplification, are passed on to the proportional valve 33 . The proportional valve 33 is adjusted accordingly, so that one or the other pressure chamber of the servomotor 32 is pressurized and the vehicle wheels 3 are adjusted accordingly. The position of the vehicle wheels 3 is reported back to the electronics unit 28 via the sensor 37 . Corresponding to this signal and, if appropriate, further signals which provide information about the driving state of the vehicle, such as the vehicle speed, the loading state, the road surface or the like, the electric motor 21 is excited to generate a reaction torque corresponding to these states on the steering spindle 4 . The driving state of the vehicle also includes the measured variables of the respective steering situation, such as the steering speed, the position of the steering handwheel and others

Claims

1. power steering system for motor vehicles, in which the steering force is applied exclusively by at least one energy source, with the exception of human muscle power,
with an actuating device ( 1 ) which is connected to a steering spindle ( 4 ) and
with an actuating device ( 2 ) which can be controlled by the actuating device ( 1 ) for the adjustment of the steerable vehicle wheels ( 3 ), the actuating device ( 1 ) containing a resetting device ( 20 ),
The actuating device ( 1 ) contains at least one steering angle sensor ( 6 , 12 ) for determining the setpoint for the control of the actuating device ( 2 ), which is ensured by redundancy,
The measured values of the steering angle sensors ( 6 , 12 ) are fed to the actuating device ( 2 ) via a central electronics unit ( 28 ),
wherein the actuating device ( 1 ) contains an electric motor ( 21 ) for generating a reaction torque acting on the steering spindle ( 4 ) and
the electric motor ( 21 ) and thus the reaction torque being controlled as a function of at least one parameter determined from the driving state of the motor vehicle,
characterized by
that a stop is provided for both steering directions, which is designed in the steering angle sensor ( 6 ) as an electronic stop such that when a certain angle of rotation of the steering spindle ( 4 ) and thus the steering angle sensor ( 6 ) the central electronics unit ( 28 ) this angle of rotation recognizes and generates a signal which is supplied to the electric motor ( 21 ) to increase the reaction torque.

2. power steering system according to claim 1, characterized in
that the actuating device ( 1 ) contains at least two steering angle sensors ( 6 , 12 ),
that one ( 6 ) of the steering angle sensors for direct measurement of the angle of rotation of the steering spindle ( 4 ) on the steering spindle ( 4 ) is arranged and
that the other steering angle sensor ( 12 ) is connected to the steering spindle ( 4 ) by a spur gear ratio stage ( 7 , 8 , 10 ; 23 ).

3. power steering system according to claim 1 or 2, characterized in
that the actuating device ( 2 ) contains at least one servomotor ( 32 ) with a transmission device for the adjustment of the vehicle wheels to be steered ( 3 ) and
that the actuating device ( 2 ) contains at least one sensor ( 37 ) for determining at least one parameter for the position of the vehicle wheels ( 3 ) and for forwarding it to the electric motor ( 21 ) of the actuating device ( 1 ).

4. Power steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electric motor ( 21 ) via a mechanical transmission stage, in particular a spur gear stage ( 22 , 23 ), is connected to the steering spindle ( 4 ).