DE4421380A1

DE4421380A1 - Power-assisted vehicle steering servo-system with hydraulic motor

Info

Publication number: DE4421380A1
Application number: DE19944421380
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl Ing Hackl; Wolfgang Dipl Ing Dr Kraemer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-06-18
Filing date: 1994-06-18
Publication date: 1995-12-21

Abstract

A set-point value (delta LR) corresp. to the angle of rotation of the steering wheel (13) is reduced by a transmission ratio (11) and combined (2) with the value (delta M) of the angle of the hydraulic motor (3) reduced by another transmission ratio (12). The sum (delta V) is applied to the steering gear (14) and subtracted (4) from the set-point to obtain an error signal (e) for correction by a pref. electric motor (7) under electrical control (8). A mechanical limiter (5) transmits the corrected signal to the valve (6) supplying the hydraulic motor.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Servolenksystem für ein Fahrzeug nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a power steering system for a vehicle according to the genus of the main claim.

Es ist bereits ein Servolenksystem aus der DE-OS 40 31 316 A1 bekannt, bei dem mittels eines Elektromotors ein überla gerter Eingriff in das Lenksystem vorgenommen wird. Bei diesem bekannten Lenksystem ist als Überlagerungsgetriebe zwischen dem Lenkrad und einem Lenkgetriebe ein Planetenge triebe vorhanden. Hierdurch ist eine gesteuerte Erhöhung der Lenkradleistung zur Unterstützung der vom Fahrer durch geführten Lenkbewegungen möglich. Der Elektromotor wird im wesentlichen über am Lenkrad und am Lenkgetriebe elektrisch erfaßte Größen (Drehwinkel, Drehgeschwindigkeit) derart ge steuert, daß die Fahrsicherheit nicht beeinträchtigt wird. Bei Ausfall des Elektromotors, bzw. der elektrischen Anlage im Fahrzeug, ist die gesamte Lenkleistung jedoch wieder vom Fahrer des Fahrzeugs aufzubringen. It is already a power steering system from DE-OS 40 31 316 A1 known, in which an overlaid by means of an electric motor Intervention in the steering system is made. At this known steering system is as a superposition gear between the steering wheel and a steering gear a planetary cone shoots present. This is a controlled increase the steering wheel power to support the driver by guided steering movements possible. The electric motor is in the essential about the steering wheel and the steering gear electrically Measured quantities (angle of rotation, speed of rotation) ge controls that driving safety is not impaired. In the event of failure of the electric motor or the electrical system in the vehicle, the total steering performance is again from Driver of the vehicle.

Darüberhinaus ist aus der DE-OS 39 24 324 A1 eine Lenkvor richtung mit Lenkgetriebe bekannt, bei der eine mechanische Überlagerung eines zusätzlichen Lenkwinkels, unabhängig vom Lenkradeinschlag, auf den wirksamen Drehwinkel am Lenkge triebe durchgeführt wird.In addition, from DE-OS 39 24 324 A1 is a Lenkvor direction known with steering gear, in which a mechanical Superimposing an additional steering angle, regardless of Steering wheel lock, on the effective angle of rotation on the steering wheel drives is carried out.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Servolenksystem mit den kennzeichnen den Merkmalen des Hauptanspruchs ist insofern vorteilhaft, als durch eine reine mechanisch-hydraulische Servoregelung über einen hydraulischen Stellmotor eine hohe Zuverlässig keit des Systems und ein geringer Überwachungsaufwand er reichbar ist. Die Ausgangsgröße am Überlagerungsgetriebe und die Sollgröße am Lenkrad werden kontinuierlich in Über einstimmung gebracht, ohne daß aufwendige Absolutwinkel- oder -weggeber an der Lenkvorrichtung notwendig sind. Eine Speicherung der erfaßten Größen ist aufgrund der direkten Verarbeitung nicht notwendig.Characterize the power steering system according to the invention the features of the main claim are advantageous in that than through a purely mechanical-hydraulic servo control A high level of reliability thanks to a hydraulic servomotor system and low monitoring effort is reachable. The output variable at the superposition gear and the target size on the steering wheel are continuously in over brought attunement without elaborate absolute or -Director on the steering device are necessary. A Storage of the recorded sizes is due to the direct Processing not necessary.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform, gemäß Unteran spruch 4, ist ein zusätzliches elektrisches Stellglied vor handen, das eine Korrekturgröße δ_k erzeugt. Hiermit ist eine Erhöhung der Genauigkeit der Regelung möglich, wobei jedoch bei einem Ausfall der Elektrik das mechanisch hydraulische Servolenksystem voll funktionsfähig bleibt. Da ein Elektromotor als elektrisches Stellglied nur eine sehr kleine Leistung haben muß, braucht auch keine aufwendige Leistungselektronik installiert werden.In an advantageous embodiment, according to claim 4, an additional electrical actuator is present before, which generates a correction quantity δ _k . This makes it possible to increase the accuracy of the control, but the mechanical-hydraulic power steering system remains fully functional in the event of a failure of the electrical system. Since an electric motor as an electrical actuator only has to have a very low output, no complex power electronics need to be installed.

Der überwiegende Aufbau des Servolenksystems als mecha nisch-hydraulisches System gestattet eine hohe Leistungs dichte bei der Übertragung der Lenkbewegungen vom Fahrer auf das Lenkgetriebe und ermöglicht dadurch eine geringe Baugröße, was insbesondere bei Personenkraftfahrzeugen von steigender Bedeutung ist.The predominant structure of the power steering system as mecha nisch-hydraulic system allows high performance density when transmitting steering movements from the driver on the steering gear and thereby enables a low Size, which is particularly the case for passenger vehicles is of increasing importance.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Servolenksy stems für ein Fahrzeug wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:An embodiment of the power steering system according to the invention Stems for a vehicle is explained using the drawing. Show it:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild mit den re gelungstechnischen Funktionen eines mechanisch-hydrau lischen Servolenksystems und Fig. 1 is a schematic block diagram with the re control engineering functions of a mechanical-hy metallic power steering system and

Fig. 2 eine schematische Darstellung des mechanischen Aufbaus eines Teils des Servolenksystems nach Fig. 1. FIG. 2 shows a schematic illustration of the mechanical structure of part of the power steering system according to FIG. 1.

Description of the embodiment

In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das eine mechanisch-hydraulische Nachlaufregelung für ein Servolenk system darstellt. Als eine erste Eingangsgröße 1 wird ein von einem Lenkrad als Lenkvorrichtung (13) abgegebener Sollwert δ_LR, der einem Drehwinkel des hier nicht dar gestellten Lenkrades entspricht, einer Überlagerungsvor richtung 2 zugeführt. Eine zweite Eingangsgröße der Über lagerungsvorrichtung 2 ist die Stellgröße δ_M eines hydrau lischen Stellmotors 3 (Hydromotor). Die Überlagerungs vorrichtung 2 verknüpft diese beiden Eingangsgrößen δ_LR und δ_M zur Erzeugung einer Ausgangsgröße δ_V nach der Formel:In Fig. 1, a block diagram is shown, which represents a mechanical-hydraulic overrun control for a power steering system. As a first input variable 1 , a setpoint value δ _LR output by a steering wheel as a steering device ( 13 ), which corresponds to an angle of rotation of the steering wheel (not shown here ), is fed to a superimposition device 2 . A second input variable of the overlay device 2 is the manipulated variable δ _{M of} a hydraulic servomotor 3 (hydraulic motor). The superposition device 2 combines these two input variables δ _LR and δ _M to produce an output variable δ _V according to the formula:

δ_V = δ_LR/i₁ + δ_M/i₂, (1)δ _V = δ _LR / i₁ + δ _M / i₂, (1)

wobei δ_LR der Drehwinkel des Lenkrads (13),
δ_V der Drehwinkel eines ausgangsseitigen Überlagerungs getriebes (Lenkgetriebe (14)), δ_M der Drehwinkel des hydraulischen Stellmotors 3 und
i₁, i₂ die Übersetzungsverhältnisse zwischen den jewei ligen Eingangsdrehwinkeln (δ_LR, δ_M) und dem Ausgangs drehwinkel (δ_V) des Überlagerungsgetriebes (mit der Bedingung i₁ < 1) ist. where δ _{LR is} the angle of rotation of the steering wheel ( 13 ),
δ _V the angle of rotation of an output-side superposition gear (steering gear ( 14 )), δ _M the angle of rotation of the hydraulic servomotor 3 and
i₁, i₂ the gear ratios between the respective input rotation angles (δ _LR , δ _M ) and the output rotation angle (δ _V ) of the superposition gear (with the condition i₁ <1).

Das Übersetzungsverhältnis i₁ < 1 zwischen dem Lenkrad (13) und dem Lenkgetriebe, bzw. den lenkbaren Rädern eines Fahr zeuges, ist das Maß für die Reduzierung des am Lenkrad er forderlichen Drehmoments zur Einstellung eines bestimmten, ausgangsseitigen Drehwinkels δ_V am Lenkgetriebe (14) oder den lenkbaren Rädern. Um eine optimale Vergrößerung des ausgangsseitigen Drehmomentes und somit die geforderte Ser vofunktion zu gewährleisten, wird die beschriebene Überla gerung der ersten Eingangsgröße δ_LR mit der zweiten Ein gangsgröße δ_M durchgeführt.The gear ratio i 1 <1 between the steering wheel ( 13 ) and the steering gear, or the steerable wheels of a driving tool, is the measure for the reduction of the torque he requires on the steering wheel for setting a certain output-side angle of rotation δ _V on the steering gear ( 14 ) or the steerable wheels. In order to ensure an optimal increase in the torque on the output side and thus the required servo function, the described superimposition of the first input variable δ _LR with the second input variable δ _{M is} carried out.

Im folgenden wird die genaue Bestimmung der zweiten Ein gangsgröße δ_M (Überlagerungsgröße) beschrieben. Um eine Nachführung des ausgangsseitigen Drehwinkels δ_V bezüglich des eingangsseitigen Sollwerts δ_LR zu erreichen, wird zunächst eine Regelabweichung e (mit e = δ_LR - δ_V) an einem Summationspunkt 4 gebildet. Diese Regelabweichung e liegt, ebenso wie die aktuellen Drehwinkel der Eingangsgrößen δ_LR und δ_M, beim erläuterten Ausführungsbeispiel als mechani sche Größe vor und wird über einen mechanischen Begrenzer 5 auf ein Ventil 6 geführt. Der Begrenzer 5 soll eine nicht betriebsgemäße Funktion und eine Beschädigung des Servo lenksystems bei großen Regelabweichungen e, die beispiels weise bei einer ausgefallenen Hydraulikversorgung des Stellmotors 3 auftreten können, verhindern.The exact determination of the second input variable δ _M (overlay variable) is described below. In order to track the angle of rotation δ _V on the output side with respect to the set point δ _LR on the input side, a control deviation e (with e = δ _LR - δ _V ) is first formed at a summation point 4 . This control deviation e, like the current angle of rotation of the input variables δ _LR and δ _M , is present as a mechanical variable in the exemplary embodiment explained and is guided via a mechanical limiter 5 to a valve 6 . The limiter 5 is intended to prevent a non-operational function and damage to the power steering system in the event of large control deviations e, which can occur, for example, in the event of a failed hydraulic supply to the servomotor 3 .

Mit der Ausgangsgröße Y_V des Begrenzers 5 wird das Ventil 6 gesteuert, das als Hydraulikventil einen Volumenstrom Q zur Hydraulikversorgung des Stellmotors 3 steuert. Die vom Stellmotor 3 erzeugte zweite Eingangsgröße δ_M wird über den somit gebildeten Regelkreis derart eingestellt, daß der ausgangsseitige Drehwinkel δ_V über die Überlagerungsvor richtung dem Sollwert δ_LR am Eingang folgt, indem die Re gelabweichung e ständig gegen Null tendiert.With the output variable Y _{V of} the limiter 5 , the valve 6 is controlled, which, as a hydraulic valve, controls a volume flow Q for the hydraulic supply of the servomotor 3 . The second input variable δ _M generated by the servomotor 3 is set via the control loop thus formed in such a way that the angle of rotation δ _V on the output side follows the setpoint δ _LR at the input via the superimposition device by the control deviation e constantly tending towards zero.

Eine weitere Verbesserung des dargestellten Ausführungsbei spiels wird dadurch erreicht, daß der Regelabweichung e eine Korrekturgröße δ_k aufgeschaltet wird, die von einem zweiten Stellglied 7 erzeugt wird. Dieses zweite Stellglied 7 ist vorzugsweise ein Elektromotor, der von einem elektri schen Steuergerät 8 angesteuert wird. Als Eingangsgrößen 9 erhält dieses Stellglied elektrische Signale, die aus den im Fahrzeug erfaßten Meßgrößen, wie Lenkwinkel, Lenkmomen te, Fahrgeschwindigkeit, Giergeschwindigkeit oder Querbe schleunigung hergeleitet sind. Da es sich hier in erster Linie um die Beaufschlagung mit einer Korrekturgröße han delt und nicht um die hauptsächliche Servofunktion, kann diese elektrische Zusatzanordnung ohne zuverlässigkeitser höhende Maßnahmen, wie zum Beispiel Redundanz, realisiert werden.A further improvement of the exemplary embodiment shown is achieved in that the control deviation e is subjected to a correction variable δ _k , which is generated by a second actuator 7 . This second actuator 7 is preferably an electric motor which is controlled by an electrical control unit 8's . As input variables 9 , this actuator receives electrical signals which are derived from the measured variables recorded in the vehicle, such as steering angle, steering torque, driving speed, yaw rate or transverse acceleration. Since this is primarily the application of a correction variable and not the main servo function, this additional electrical arrangement can be implemented without measures that increase reliability, such as redundancy.

In der Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines me chanischen Aufbaus einer Regelvorrichtung für eine Servo lenkung gemäß Fig. 1 gezeigt. An einer Lenkwelle 10 wird durch Drehung der Sollwert δ_LR vorgegeben und einer, hier nicht dargestellten, mechanischen Überlagerungsvorrichtung zugeführt. Diese Überlagerungsvorrichtung wird außerdem mit der Ausgangsgröße δ_M des hydraulischen Stellmotors 3 beauf schlagt, dessen Hydraulikversorgung über den Volumenstrom Q, bzw. das Hydraulikventil 6, gesteuert wird. Das Steuer signal Y_V ist aus der Regelabweichung e, die der Längsposi tion eines Drehgleitstücks 11 entspricht, und der Korrek turgröße δ_k, beeinflußt von dem Begrenzer 5, hergeleitet. Die Ausgangsgröße der beschriebenen Regeleinrichtung ist der Drehwinkel δ_V, der auf ein mit dem Ausgang des Überlagerungsgetriebes verbundenen Gehäuseteil 12 einwirkt.In FIG. 2 is a schematic representation of a me chanical structure 1 is a control device for a power steering system of FIG. Is. The setpoint value δ _{LR is} predetermined on a steering shaft 10 by rotation and fed to a mechanical superimposition device (not shown here). This superposition device is also struck with the output variable δ _{M of} the hydraulic servomotor 3 , the hydraulic supply of which is controlled via the volume flow Q, or the hydraulic valve 6 . The control signal Y _V is derived from the control deviation e, which corresponds to the longitudinal position of a rotary sliding piece 11 , and the correction size δ _k , influenced by the limiter 5 . The output variable of the control device described is the angle of rotation δ _V , which acts on a housing part 12 connected to the output of the superposition gear.

Claims

1. Power steering system for a vehicle, with

- A superposition device, which is arranged between a steering device and a steering gear, with
at least one actuator, the output variable of which is superimposed on the output variable of the steering device,
characterized in that
- As an actuator ( 3 ) there is a hydraulic servomotor, the output variable (δ _M ) acts on a second input (superposition input) of the superimposition device ( 2 ), wherein
- - A control variable (Q) for the hydraulic servomotor ( 3 ) from the control deviation (e) between the target variable (δ _LR ) on the steering device and the output variable (δ _V ) of the superposition device ( 2 ) is formed such that the output variable (δ _V ) the setpoint (δ _LR ) is tracked to minimize the control deviation (e) and that
- The output variable (δ _V ) is adjusted by means of a mechanical-hydraulic control.

2. Power steering system according to claim 1, characterized in that

- The output variable (δ _V ) of the superimposition device ( 2 ) is formed according to the following relationship: δ _V = δ _LR / i₁ + δ _M / i _M ,
where δ _{LR is} the angle of rotation of the steering device ( 13 ),
δ _V the angle of rotation of an output-side superposition gear ( 14 ),
δ _M the angle of rotation of the hydraulic actuator and
i₁, i₂ are the gear ratios between the respective input rotation angles (δ _LR , (δ _M ) and the output rotation angles (δ _V ) of the superimposed transmission (with the condition i₁ <1).

3. Power steering system according to claim 1 or 2, characterized in that

- The control signal (Q) for the hydraulic servomotor ( 3 ) via a valve ( 6 ) for the hydraulic supply is influenced bar, wherein
- The control deviation (e) is guided as a control variable for the valve ( 6 ) via a limiter ( 5 ).

4. Power steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that

- A second actuator ( 7 ) is present as an electrical actuator, the output variable (δ _k ) (correction variable) of the control deviation (e) can be superimposed and the electrical signals corresponding to the current driving state via an electrical control unit ( 8 ) as input variables ( 9 ) receives.

5. Power steering system according to claim 3 or 4, characterized in that

- The limiter ( 5 ) is formed from a longitudinally displaceable, non-rotatable backdrop.