DE10060374A1 - Steer-by-wire steering with hydraulic feedback actuator - Google Patents
Steer-by-wire steering with hydraulic feedback actuatorInfo
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Abstract
Es wird ein steer-by-wire-Lenksystem vorgeschlagen, bei dem der Lenkradaktuator als hydraulischer Pumpmotor (7) ausgeführt ist, so dass eine feinfühlige und regelungstechnisch gut beherrschbare Rückmeldung der Fahrbahneinflüsse an das Lenkrad (1) möglich ist. Außerdem ist ein hydraulischer Arbeitszylinder (11) vorgesehen, welcher auf die gelenkten Räder (3) des Fahrzeugs einwirken kann, so dass beim Ausfall des steer-by-wire-Betriebes der Lenkradaktuator als hydraulische Pumpe eingesetzt wird, die in den Arbeitszylinder fördert und somit die Stellung der gelenkten Räder steuert.A steer-by-wire steering system is proposed, in which the steering wheel actuator is designed as a hydraulic pump motor (7), so that sensitive feedback of the roadway influences on the steering wheel (1) that is easy to control is possible. In addition, a hydraulic working cylinder (11) is provided, which can act on the steered wheels (3) of the vehicle, so that if the steer-by-wire operation fails, the steering wheel actuator is used as a hydraulic pump which conveys into the working cylinder and thus controls the position of the steered wheels.
Description
Die Erfindung geht aus von einem steer-by-wire-Lenksystem für Fahrzeuge mit einem auf die gelenkten Räder wirkenden elektronisch geregelten Lenksteller, mit einem Rückwirkungen der Straße auf das Lenkrad übertragenden Feedback-Aktuator und mit einer Rückfallebene, wobei die Rückfallebene bei Ausfall der steer-by-wire-Lenkung den Fahrerlenkwunsch vom Lenkrad direkt auf die gelenkten Räder überträgt.The invention is based on a steer-by-wire steering system for vehicles with one acting on the steered wheels electronically controlled steering actuator, with a Effects of the road on the steering wheel Feedback actuator and with a fallback level, the Fallback level if the steer-by-wire steering fails Driver's steering request from the steering wheel directly to the steered wheels transfers.
Im Gegensatz zu konventionellen Lenksystemen ist bei steer- by-wire-Lenksystemen die Stellung der gelenkten Räder nicht direkt mit dem Lenkrad gekoppelt. Der Fahrerlenkwunsch wird von einem Lenkradsensor abgegriffen, ggf. modifiziert und in Abhängigkeit des modifizierten Fahrerlenkwunsches wird über einen Lenksteller die Stellung der gelenkten Räder geregelt. Bei diesen Lenksystemen können sowohl der Fahrkomfort als auch die Fahrstabilität des Fahrzeugssgegenüber konventionellen Lenksystemen weiter erhöht werden. Allerdings ist in jedem Fall eine Rückfallebene vorzusehen, die bei Ausfall der steer-by- wire-Lenkung eine sichere Übertragung des Fahrerlenkwunsches gewährleistet. Dies wird in der Regel dadurch realisiert, dass zwischen Lenkgetriebe und Lenkrad eine Kupplung vorgesehen wird, die im steer-by-wire-Betrieb geöffnet ist und durch deren Einrücken eine mechanische Lenkung, nachfolgend als Rückfallebene bezeichnet, aktiviert wird.In contrast to conventional steering systems, steer- by-wire steering systems do not change the position of the steered wheels directly coupled to the steering wheel. The driver's steering request is tapped by a steering wheel sensor, modified if necessary and depending on the modified driver's steering request the position of the steered wheels via a steering actuator regulated. With these steering systems both Driving comfort as well as driving stability of the Compared to conventional steering systems increase. However, in any case it is Fallout level to be provided, which in the event of failure of the steer-by wire steering a secure transmission of the Driver's steering request guaranteed. This usually happens realized that between the steering gear and steering wheel a clutch is provided that is in steer-by-wire operation is opened and a mechanical Steering, hereinafter referred to as the fallback level, is activated.
Um im steer-by-wire-Betrieb die Rückmeldungen der Straße auf das Lenkrad zu simulieren, ist es notwendig, am Lenkrad bzw. der Lenksäule einen Feedback-Aktuator vorzusehen. Dieser Feedback-Aktuator besteht in der Regel aus einem Elektromotor, der über ein Untersetzungsgetriebe auf die Lenksäule wirkt. Nachteilig an diesen Lenkradaktuatoren ist, dass ihre Herstellung mit hohen Kosten verbunden ist, der Platzbedarf im Bereich der Lenksäule erheblich ist und außerdem das Spiel des Untersetzungsgetriebes ein unerwünschtes "Knacken" verursachen kann. Schließlich ist die Regelung des vom Lenkradaktuator auf das Lenkrad übertragenen Drehmoments verhältnismäßig aufwendig.To get the feedback from the road in steer-by-wire operation to simulate on the steering wheel, it is necessary on the steering wheel or to provide the steering column with a feedback actuator. This feedback actuator usually consists of one Electric motor on the reduction gear Steering column works. A disadvantage of these steering wheel actuators is that their manufacture is costly the space requirement in the area of the steering column is considerable and also the game of the reduction gear can cause unwanted "cracking". Finally is the regulation of the steering wheel actuator on the steering wheel Torque transmitted is relatively expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein steer-by- wire-System für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, welches einen hohen Lenkkomfort gewährleistet, regelungstechnisch einfacher zu beherrschen ist und außerdem Bauraum im Bereich der Lenksäule und Kosten bei der Herstellung einspart.The invention has for its object a steer-by- provide wire system for motor vehicles, which ensures a high level of steering comfort, in terms of control technology is easier to control and also space in the Steering column area and manufacturing costs saves.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein steer- by-wire-Lenksystem für Fahrzeuge mit einem auf die gelenkten Räder wirkenden elektronisch geregelten Lenksteller, mit einem Rückwirkungen der Straße auf das Lenkrad übertragenden Lenkradaktuator und mit einer Rückfallebene, wobei die Rückfallebene bei Ausfall der steer-by-wire-Lenkung den Fahrerlenkwunsch vom Lenkrad auf die gelenkten Räder überträgt, wobei der Lenkradaktuator als hydraulischer Pumpmotor ausgebildet ist und die Rückfallebene mindestens einen auf die gelenkten Räder wirkenden hydraulischen Arbeitszylinder aufweist, der vom Pumpmotor antreibbar ist.According to the invention, this object is achieved by a by-wire steering system for vehicles with one on the steered wheels acting electronically controlled Steering plate, with an impact of the road on the Steering wheel transmitting steering wheel actuator and with a Fallback level, the fallback level if the steer-by-wire steering the driver's steering request from the steering wheel transmits the steered wheels, the steering wheel actuator is designed as a hydraulic pump motor and Fallback level at least one on the steered wheels acting hydraulic working cylinder, which from Pump motor can be driven.
Durch die Verwendung eines hydraulischen Pumpmotors als Lenkradaktuator kann auf ein Untersetzungsgetriebe verzichtet werden, so dass dessen Herstellungskosten und die bei dessen Betrieb entstehenden Knackgeräusche entfallen. Wegen der hohen Leistungsdichte hydraulischer Aggregate kann der erfindungsgemäße Lenkradaktuator kompakter gebaut werden als ein Elektromotor mit Untersetzungsgetriebe nach dem Stand der Technik, so dass der benötigte Bauraum im Bereich der Lenksäule gegenüber dem Stand der Technik verringert wird. Schließlich ist der hydraulische Pumpmotor regelungstechnisch einfacher zu beherrschen als ein Elektromotor, so dass sich insgesamt die Regelungstechnik des erfindungsgemäßen steer-by-wire- Lenksystems vereinfacht.By using a hydraulic pump motor as Steering wheel actuator can be on a reduction gear to be dispensed with, so that its production costs and the crackling noises that occur during its operation omitted. Because of the high power density hydraulic The steering wheel actuator according to the invention can aggregate be built more compact than an electric motor Reduction gear according to the prior art, so that the space required in the area of the steering column opposite the prior art is reduced. After all, that is hydraulic pump motor easier to control dominate as an electric motor, so that overall the control technology of the steer-by-wire Steering system simplified.
Durch die Ausbildung des Lenkradaktuators als hydraulischer Pumpmotor kann dieser beim Betrieb der Rückfallebene als Pumpe eingesetzt werden und den auf die gelenkten Räder wirkenden hydraulischen Arbeitszylinder antreiben, so dass eine hydraulische Rückfallebene mit geringem Aufwand realisiert werden kann. Hydraulische Lenkungen mit und ohne Hilfskraftunterstützung wie sie bspw. aus dem Landmaschinenbau bekannt sind, sind zuverlässig in der Lage, auch große Lenkkräfte zu übertragen.By designing the steering wheel actuator as a hydraulic one Pump motor this can be used when operating the fallback level Pump are used and on the steered wheels drive hydraulic working cylinder so that a hydraulic fallback level with little effort can be realized. Hydraulic steering with and without Student support such as that from the Agricultural machinery are known to be reliable in the Able to transmit large steering forces.
Bei einer Variante der Erfindung ist der Pumpmotor von einer hydraulischen Druckölpumpe antreibbar, so dass sich im steer-by-wire-Betrieb ein den tatsächlichen Verhältnissen weitestgehend entsprechendes Lenkgefühl einstellt.In a variant of the invention, the pump motor is from a hydraulic pressure oil pump can be driven so that in steer-by-wire operation the actual Steering feeling largely corresponding to conditions established.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass im steer-by-wire-Betrieb der Arbeitszylinder kurzgeschlossen ist und/oder die hydraulische Verbindung zwischen Pumpmotor und Arbeitszylinder unterbrochen ist, so dass der Arbeitszylinder die Übertragung der Rückwirkungen der Straße auf das Lenkrad nicht beeinflusst und außerdem der Lenksteller durch den Arbeitszylinder nicht behindert oder sogar blockiert wird.Further embodiments of the invention provide that in Steer-by-wire operation of the working cylinders short-circuited and / or the hydraulic connection between the pump motor and working cylinder is interrupted so that the Working cylinder the transfer of the repercussions of the Road on the steering wheel is not affected and also the Steering plate not hindered by the working cylinder or is even blocked.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass beim Betrieb der Rückfallebene die hydraulische Verbindung zwischen Pumpmotor und Druckölpumpe unterbrochen ist und/oder dass der Pumpmotor den Arbeitszylinder antreibt. Dadurch wird verhindert, dass die Druckölpumpe die Übertragung der Lenkbewegung vom Pumpmotor auf den Arbeitszylinder und damit auf die gelenkten Räder beeinflusst. Beim Betrieb der Rückfallebene arbeitet der Pumpmotor als Pumpe und treibt den Arbeitszylinder an.Further embodiments of the invention provide that when Operation of the fallback level the hydraulic connection between pump motor and pressure oil pump is interrupted and / or that the pump motor drives the working cylinder. This prevents the pressure oil pump from Transfer of the steering movement from the pump motor to the Working cylinder and thus on the steered wheels affected. The operator works in the operation of the fallback level Pump motor as a pump and drives the working cylinder.
Weitere Ergänzungen der Erfindung sehen vor, dass Pumpmotor, Arbeitszylinder und Druckölpumpe durch hydraulische Leitungen verbunden sind, dass die Umschaltung zwischen steer-by-wire-Betrieb und Rückfallebene durch Ventile erfolgt, sowie dass die Ventile als Schaltventile und/oder Regelventile ausgeführt sind, so dass das erfindungsgemäße steer-by-wire-Lenksystem aus an sich bekannten und bewährten Komponenten zusammengestellt werden kann, eine große Freiheit bei der räumlichen Anordnung der benötigten Bauteile gewährleistet ist und außerdem Herstellungs- und Montagekosten gering sind. Durch das Zusammenfassen mehrerer Ventile zu einer Baugruppe kann die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Lenkanlage weiter erhöht werden.Further additions to the invention provide that Pump motor, working cylinder and pressure oil pump through hydraulic lines are connected that switching between steer-by-wire operation and fallback level Valves are made, as well as the valves as switching valves and / or control valves are designed so that the steer-by-wire steering system according to the invention itself known and proven components are put together can, great freedom in the spatial arrangement of the required components is guaranteed and also Manufacturing and assembly costs are low. By the The combination of several valves into one assembly can Operational safety of the steering system according to the invention increase.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Pumpmotor als sog. Servostat mit einer Dosierpumpe und einem Steuerventil ausgebildet. Ein Servostat ist Teil einer hydraulischen Hilfskraftlenkung mit hydraulischer Übertragung der Lenkkraft auf die gelenkten Räder. Derartige Lenkungen können mit und ohne hydraulische Unterstützung betrieben werden. Die Zahnradfabrik Friedrichshafen vertreibt z. B. unter der Bezeichnung "ZF- Servostat 2" solche hydraulischen Hilfskraftlenkungen.In a further embodiment of the invention, the pump motor is designed as a so-called servostat with a metering pump and a control valve. A servostat is part of a hydraulic power steering system with hydraulic transmission of the steering power to the steered wheels. Such steering can be operated with and without hydraulic support. The Friedrichshafen gear factory sells e.g. B. under the name "ZF Servostat 2 " such hydraulic power steering systems.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Flüssigkeitsbehälter vorhanden, so dass evtl. auftretende Verluste von Hydraulikflüssigkeit ausgeglichen werden können.In a further embodiment of the invention is a Liquid container available so that any Hydraulic fluid losses can be compensated can.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnung, deren Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the Invention are the drawing, its description and the Removable claims.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.One embodiment of the subject of the invention is shown in the drawing and in more detail below described.
Die Zeichnung zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen steer-by-wire- Lenksystems.The drawing shows a simplified representation of a Embodiment of a steer-by-wire Steering system.
Aufgabe jedes Lenksystems ist es, den durch Verdrehen eines Lenkrads 1 geäußerten Fahrerlenkwunsch auf die gelenkten Räder 3 eines nicht dargestellten Fahrzeugs zu übertragen. Bei steer-by-wire-Lenksystemen geschieht diese Übertragung indirekt, indem der Fahrerlenkwunsch von einer drehfest mit dem Lenkrad 1 verbundenen Lenksäule 5 mittels eines nicht dargestellten Lenkraddrehwinkelsensors abgenommen wird. Das Ausgangssignal des Lenkraddrehwinkelsensors wird zusammen mit anderen Größen wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Gier-Rate und anderem mehr in einem ebenfalls nicht dargestellten Steuergerät verarbeitet, welches einen oder mehrere mittelbar oder unmittelbar auf die gelenkten Räder 3 wirkenden Lenksteller ansteuert. Der Lenksteller ist in der Zeichnung nicht dargestellt.The task of each steering system is to transmit the driver's steering request expressed by turning a steering wheel 1 to the steered wheels 3 of a vehicle, not shown. In steer-by-wire steering systems, this transmission takes place indirectly, in that the driver's steering request is removed from a steering column 5, which is connected to the steering wheel 1 in a rotationally fixed manner, by means of a steering wheel angle sensor, not shown. The output signal of the steering wheel angle sensor is processed together with other variables such as vehicle speed, yaw rate and other more in a control unit, also not shown, which controls one or more steering actuators acting directly or indirectly on the steered wheels 3 . The steering actuator is not shown in the drawing.
Um im steer-by-wire-Betrieb eine Rückmeldung von der Fahrbahn auf das Lenkrad 1 zu ermöglichen, ist ein hydraulischer Pumpmotor 7 vorhanden, welcher drehfest mit der Lenksäule 5 und damit auch mit dem Lenkrad 1 verbunden ist.In order to enable feedback from the road to the steering wheel 1 in steer-by-wire operation, a hydraulic pump motor 7 is provided, which is connected to the steering column 5 in a rotationally fixed manner and thus also to the steering wheel 1 .
Im steer-by-wire-Betrieb wird der Pumpmotor 7 von einer hydraulischen Druckölpumpe 9 angetrieben. Beim Betrieb der Rückfallebene wird der Pumpmotor 7 als Pumpe betrieben und betätigt einen auf die gelenkten Räder 3 wirkenden hydraulischen Arbeitszylinder 11.In steer-by-wire mode, the pump motor 7 is driven by a hydraulic pressure oil pump 9 . When operating the fallback level, the pump motor 7 is operated as a pump and actuates a hydraulic working cylinder 11 acting on the steered wheels 3 .
Die Umschaltung vom steer-by-wire-Betrieb auf die Rückfallebene sowie die Regelung des Pumpmotors 7 erfolgt über Ventile V1-V7. Von den Ventilen V2, V3, V5, V6 und V7 können zwei, bspw. V2 und V3, Schaltventile sein, während die anderen zwei Ventile, z. B. V1 und V4, als Regelventile ausgebildet sind. Die Ventile V1 bis v7 werden von dem nicht dargestellten Steuergerät des Lenksystems angesteuert. Ein Flüssigkeitsbehälter 13 stellt sicher, dass auch beim Verlust von Hydraulikflüssigkeit die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Lenksystems gewährleistet ist. Der Pumpmotor 7, Druckölpumpe 9, Arbeitszylinder 11 sowie die Ventile V1 bis V7 sind durch hydraulische Leitungen 15 miteinander verbunden.The switchover from steer-by-wire operation to the fallback level and the regulation of pump motor 7 takes place via valves V1-V7. Valves V2, V3, V5, V6 and V7 can be two, for example V2 and V3, switching valves, while the other two valves, e.g. B. V1 and V4, are designed as control valves. The valves V1 to v7 are controlled by the steering system control unit, not shown. A fluid container 13 ensures that the functionality of the steering system according to the invention is ensured even if hydraulic fluid is lost. The pump motor 7 , pressure oil pump 9 , working cylinder 11 and the valves V1 to V7 are connected to one another by hydraulic lines 15 .
Im steer-by-wire-Betrieb sind die Ventile V5 und V6 geschlossen und das Ventil V7 geöffnet. Dadurch ist der Arbeitszylinder 11 kurzgeschlossen und folgt den Lenkbewegungen des nicht dargestellten elektrischen Lenkstellers. Im steer-by-wire-Betrieb setzt der Arbeitszylinder 11 den Lenkbewegungen der gelenkten Räder nur einen geringen Widerstand entgegen. Außerdem wird durch diese Schaltstellungen eine Entkopplung des Arbeitszylinders 11 von dem übrigen hydraulischen System, insbesondere vom Pumpmotor 7 erreicht.In steer-by-wire operation, valves V5 and V6 are closed and valve V7 is open. As a result, the working cylinder 11 is short-circuited and follows the steering movements of the electric steering actuator, not shown. In steer-by-wire operation, the working cylinder 11 provides only a slight resistance to the steering movements of the steered wheels. In addition, these switching positions decouple the working cylinder 11 from the rest of the hydraulic system, in particular from the pump motor 7 .
Im steer-by-wire-Betrieb fördert die Druckölpumpe 9.In steer-by-wire operation, the pressure oil pump 9 delivers.
Abhängig von der Schaltstellung der Schaltventile und der Öffnung der Regelventile wird der Pumpmotor 7 mit unterschiedlichen Drehmomenten und in verschiedene Drehrichtungen durch die Druckölpumpe 9 angetrieben. Das dabei enstehende Drehmoment am Lenkrad 1 entspricht den Rückwirkungen der Fahrbahn auf die gelenkten Räder 3 des Fahrzeugs.Depending on the switching position of the switching valves and the opening of the control valves, the pump motor 7 is driven by the pressure oil pump 9 with different torques and in different directions of rotation. The resulting torque on the steering wheel 1 corresponds to the effects of the road on the steered wheels 3 of the vehicle.
Für den Fall, dass die steer-by-wire-Lenkung oder dessen Stromversorgung ausfällt, werden die Ventile V1 bis V4 und V7 geschlossen und die Ventile V5 und V6 geöffnet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn diese Ventilstellungen stromlos erreicht werden. In diesem Schaltzustand ist der Pumpmotor 7 mit dem Arbeitszylinder 11 hydraulisch verbunden und ermöglicht so bei Ausfall der steer-by-wire-Lenkung ein Verstellen der gelenkten Räder 3 abhängig vom Fahrerlenkwunsch bzw. dem Lenkraddrehwinkel. Es empfiehlt sich, die Ventile V1 bis V4 und die Ventile V5 bis V7 zu mechanischen Untereinheiten zusammenzufassen und dabei auf bekannte und bewährte Konstruktionen wie bspw. Drehschieberventile zurückzugreifen. Dadurch erhöht sich die Zuverlässigkeit des Systems gegenüber einem aus Einzelventilen aufgebauten Lenkungssystem.In the event that the steer-by-wire steering or its power supply fails, the valves V1 to V4 and V7 are closed and the valves V5 and V6 are opened. It is advantageous if these valve positions are reached without current. In this switching state, the pump motor 7 is hydraulically connected to the working cylinder 11 and thus enables the steered wheels 3 to be adjusted in the event of failure of the steer-by-wire steering, depending on the driver's steering request or the steering wheel rotation angle. It is advisable to combine the valves V1 to V4 and the valves V5 to V7 into mechanical sub-units and to use known and proven designs such as rotary slide valves. This increases the reliability of the system compared to a steering system made up of individual valves.
Durch die hydraulische Übertragung des Fahrerlenkwunsches vom Pumpmotor 7 auf den Arbeitszylinder 11 bzw. die gelenkten Räder 3 ergeben sich große Freiheiten bei der räumlichen Anordnung der Bauteile des erfindungsgemäßen Lenksystems. Dies ist ein weiterer Vorteil der insbesondere bei modernen Kraftfahrzeugen von Bedeutung ist. Außerdem können mit Ausnahme der Leitungen 15 rechtsgelenkte und linksgelenkte Fahzreuge mit identischen Bauteilen realisiert werden.The hydraulic transmission of the driver's steering request from the pump motor 7 to the working cylinder 11 or the steered wheels 3 gives great freedom in the spatial arrangement of the components of the steering system according to the invention. This is another advantage that is particularly important in modern motor vehicles. In addition, with the exception of the lines 15, right-hand drive and left-hand drive vehicle joints can be realized with identical components.
Der Pumpmotor 7 kann auch ein herkömmlicher Servostat mit Speisepumpe und Steuerventil einer hydraulischen Hilfskraftlenkung sein.The pump motor 7 can also be a conventional servostat with a feed pump and control valve of a hydraulic power steering system.
Alle in der Beschreibung, der Zeichnung und deren Beschreibung sowie den Patentansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the drawing and their Description and the claims presented Features can be used individually as well as in any Combination with each other be essential to the invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |