DE1113148B

DE1113148B - Electric storage power steering for motor vehicles

Info

Publication number: DE1113148B
Application number: DET15662A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Fritz Ostwald
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1958-09-20
Filing date: 1958-09-20
Publication date: 1961-08-24

Description

Elektrische Speicher-Servolenkung für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine elektrische Speicher-Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einem von einer Batterie gespeisten Hauptstrom-Servomotor, der über Zahnräder an der mechanischen Lenkanordnung angreift, und einem mit Regelwiderständen versehenen Stromwender.Electric storage power steering for motor vehicles The invention relates to an electric storage power steering for motor vehicles with one of a battery-powered main current servomotor, which is connected to the mechanical via gears Attacks steering arrangement, and a commutator provided with control resistors.

Eine bekannte Servolenkung weist einen Stromwender auf, der den Drehsinn eines elektrischen Hauptstrom-Servomotors mittels zweier mit elektrischen Kontakten an den Zahnflanken versehenen Zahnräderpaare steuert. Die Zahnräderpaare und damit die Steuerkontakte werden durch ein weiteres über die Lenkspindel angetriebenes Zahnräderpaar je nach der Lenkrichtung in wechselnden Drehrichtungen elastisch betätigt, wodurch der elektrische Servomotor in der einen oder anderen Richtung eingeschaltet wird, sobald ein gewisses Lenkdrehmoment am Lenkrad überschritten wird. Mit dieser bekannten Einrichtung ist eine Veränderung der Leistung des Servomotors nach Maßgabe des Lenkdrehmomentes nicht möglich.A known power steering has a commutator that controls the direction of rotation an electrical main current servomotor by means of two with electrical contacts on the tooth flanks provided gear pairs controls. The pairs of gears and with it the control contacts are driven by another via the steering spindle Pair of gears, depending on the steering direction, elastically actuated in alternating directions of rotation, whereby the electric servo motor is switched on in one direction or the other as soon as a certain steering torque is exceeded on the steering wheel. With this known device is a change in the performance of the servomotor according to the requirements of the steering torque is not possible.

Eine andere ähnlich wirkende elektrische Hilfskraftlenkung weist eine geteilte Lenkspindel auf, deren beide Teile über Federn zwei elektrische Kontaktpaare betätigen, derart, daß ein die Lenkwelle betätigender Elektromotor je nach der Drehrichtung des Lenkrades in der einen oder der anderen Drehrichtung eingeschaltet wird. Mit der Statorwicklung des Elektromotors ist ein von Hand verstellbarer Widerstand in Serie geschaltet, mit dem die Leistung des Servomotors je nach Wunsch des Fahrers vor Beginn oder während der Fahrt eingestellt werden kann.Another similarly acting electric power steering system has a split steering spindle, both parts of which have two pairs of electrical contacts via springs operate, such that an electric motor actuating the steering shaft depending on the direction of rotation of the steering wheel is switched on in one or the other direction of rotation. With the stator winding of the electric motor is a manually adjustable resistor in Connected in series, with which the power of the servo motor depending on the driver's wishes can be set before starting or while driving.

Eine weitere Lenkvorrichtung bedient sich eines elektrischen Servomotors, der durch an der Lenkspindel befestigte Dehnungsmeßstreifen über eine Widerstandsbrücke und einen Verstärker nach Drehsinn und Leistung gesteuert wird. Diese bekannte Lenkung arbeitet mit einer dem jeweiligen Lenkmoment angepaßten Hilfskraft. Die Verstärker sind teuer und genügen nicht den an eine Fahrzeuglenkung zu stellenden Sicherheitsanforderungen.Another steering device uses an electric servomotor, the strain gauge attached to the steering spindle via a resistance bridge and an amplifier is controlled according to the direction of rotation and power. This well-known steering works with an auxiliary force adapted to the respective steering torque. The amplifiers are expensive and do not meet the safety requirements for vehicle steering.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, indem der Stromwender in einfachster Weise so angeordnet wird, daß er nicht nur den Drehsinn, sondern auch die Leistung des Servomotors nach Maßgabe des an der Lenkspindel wirksamen Drehmomentes steuert.The object of the invention is to avoid these disadvantages by the commutator is arranged in the simplest way in such a way that it not only reverses the direction of rotation, but also the performance of the servomotor according to the effect on the steering spindle Torque controls.

Die Erfindung besteht darin, daß das den Stromwender betätigende mit der Lenksäule verbundene Zahnrad und das die Hilfskraft übertragende vom Motorritzel angetriebene Zahnrad in an sich bekannter Weise über federnde Mittel miteinander gekuppelt sind. Der Stromwender wird also durch einfache direkte mechanische übertragungsmittel nach Maßgabe der Größe und Richtung des Lenkdrehmomentes verstellt.The invention consists in that the commutator actuating with the gear connected to the steering column and the power transmission from the motor pinion driven gear in a manner known per se via resilient means with each other are coupled. The commutator is thus through simple direct mechanical transmission means adjusted according to the size and direction of the steering torque.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß Stromwender und Servomotor zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind.Another feature of the invention is that commutator and servomotor are combined into one structural unit.

Nach der Erfindung ist der Stromwender als Reaktionsanker dem Motoranker zugeordnet und arbeitet mit mechanischen Zentriereinrichtungen in der Weise zusammen, daß die dadurch am Lenkrad entstehende Kraft dem Lenkwiderstand proportional ist. Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß mit Ausnahme des Kollektors; der als Stromwender arbeitet, alle Kollektoren und Schleifringe, die zur Stromübertragung von der drehenden Welle zum feststehenden Gehäuse erforderlich sind, auf der Motorwelle angeordnet sind. In der Zeichnung zeigt Abb. 1 das elektrische Schaltschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Speicher-Servolenkung für Kraftfahrzeuge und Abb. 2 die konstruktive Ausbildung eines Ausführungsbeispieles, schematisch dargestellt.According to the invention, the commutator is the motor armature as a reaction armature assigned and cooperates with mechanical centering devices in such a way that that the resulting force on the steering wheel is proportional to the steering resistance. Another characteristic of the invention is that, with the exception of the collector; who works as a commutator, all collectors and slip rings that are used to transmit electricity from the rotating shaft to the stationary housing are required on the motor shaft are arranged. In the drawing, Fig. 1 shows the electrical circuit diagram of a according to the invention designed electric storage power steering for motor vehicles and Fig. 2 shows the structural design of an exemplary embodiment, schematically shown.

An den beiden Polen einer Batterie 1, die über bekannte Vorrichtungen, wie Rückstromschalter und Spannungsregler, von einer Lichtmaschine 2 geladen wird, liegt in Reihenschaltung die Statorwicklung 3 eines Hauptschlußmotors, ein Schleifring mit Strombürste 4, ein Stromwender mit Widerstandsregler 5, ein Schalter 7 mit Überbrückungswiderständen 8 und noch ein Schleifring mit Strombürste 9.At the two poles of a battery 1, which via known devices, like reverse current switch and voltage regulator, is charged by an alternator 2, the stator winding 3 of a main circuit motor, a slip ring, is connected in series with current brush 4, a commutator with resistance regulator 5, a switch 7 with bridging resistors 8 and another slip ring with a power brush 9.

Die Brücke 10 mit den über Isolierungen 11 befestigten Stromabnehmern 12 und 13 ist um die Achse 14 drehbar. In der gezeichneten Lage stellt die Brücke 10 den Kontakt mit den Kollektorsegmenten 17 b und 18 b her. Die Segmente sind in der dargestellten Weise so mit den elektrischen Widerständen 20 und 21 verbunden, daß der elektrische Widerstand sich um so mehr verkleinert, je weiter sich die Brücke 10 durch Drehen um die Achse 14 von den Kollektorsegmenten mit dem Index »a« entfernt.The bridge 10 with the pantographs 12 and 13 fastened via insulation 11 can be rotated about the axis 14. In the position shown, the bridge 10 makes contact with the collector segments 17 b and 18 b. The segments are connected to the electrical resistors 20 and 21 in such a way that the electrical resistance decreases the further the bridge 10 is rotated about the axis 14 from the collector segments with the index "a".

Beim Drehen der Brücke 10 aus ihrer Null-Stellung nach -rechts (links) berühren die Stromabnehmer 12 und 13 zunächst die Segmente 17 a und 18 a (16 a und 19 a), bei weiterer Drehung die Segmente 17 b und 18 b (16 b und 19b). Zwischen den Stromabnehmern 12 und 13 liegt daher die Spannung der Batterie 1 bei Drehung der Brücke 10 im Uhrzeigersinn in umgekehrter Richtung wie bei Drehung entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn. Der durch die Widerstände 20 und 21 begrenzte, zwischen den Stromabnehmern 12 und 13 abnehmbare Strom steigt mit zunehmendem Drehwinkel der Brücke 10.When the bridge 10 is rotated from its zero position to the right (left), the current collectors 12 and 13 first touch segments 17 a and 18 a (16 a and 19 a), with further rotation the segments 17 b and 18 b (16 b and 19 b). Between the current collectors 12 and 13, the voltage of the battery 1 is therefore when the bridge 10 is rotated clockwise in the opposite direction as when the bridge 10 is rotated counterclockwise. The current that can be drawn between the current collectors 12 and 13, limited by the resistors 20 and 21, increases as the angle of rotation of the bridge 10 increases.

über die flexiblen Leitungen 24 und 25 sowie die Schleifringe 26 und 27 werden die Stromabnehmer 12 und 13 mit den Bürsten 28 und 29 verbunden, die über den Kollektor 30 den Anker 31 des Hauptschlußmotors mit Strom versorgen.via the flexible lines 24 and 25 and the slip rings 26 and 27, the current collectors 12 and 13 are connected to the brushes 28 and 29, which over the collector 30 to supply the armature 31 of the main circuit motor with power.

An derselben Spannung wie der Anker 31 liegen an den flexiblen Leitungen 32 und 33 die Magnetspulen 34, 35 und 36, die so vom Strom durchflossen werden, daß ihre einander gegenüberstehenden Enden gleichpolig sind und sich demnach abstoßen. Die Magnetspule 34 ist mechanisch mit dem Anker 31, die Magnetspulen 35 und 36 sind mechanisch mit der Brücke 10 verbunden. Die Permanentmagnete 37 und 38 sind ebenfalls mechanisch mit der Brücke 10 und Permanentmagnet 39 ist mechanisch mit dem Anker 31 verbunden. Die Widerstände 20 und 21 mit den Kollektorsegmenten 16, 17, 18 und 19 sind mechanisch mit den Magneten 34 und 39 sowie mit dem Anker 31 verbunden.At the same voltage as the armature 31 are the magnetic coils 34, 35 and 36 on the flexible lines 32 and 33, through which the current flows in such a way that their opposite ends are homopolar and therefore repel one another. The magnet coil 34 is mechanically connected to the armature 31, the magnet coils 35 and 36 are mechanically connected to the bridge 10 . The permanent magnets 37 and 38 are also mechanically connected to the bridge 10 and permanent magnet 39 is mechanically connected to the armature 31. The resistors 20 and 21 with the collector segments 16, 17, 18 and 19 are mechanically connected to the magnets 34 and 39 and to the armature 31.

In Abb. 2 ist die Lenksäule 41 mit einem Zahnrad 42 fest verbunden, das Öffnungen im Körper des Zahnrades 43 durchbricht. Federnde Mittel 44, z. B. Gummipolster, gestalten diese Kupplung federnd in der Art, daß erst ab Einleitung eines bestimmten Momentes in die Lenksäule 41 eine gleichlaufende Drehung der Zahnräder stattfinden kann. Das Zahnrad 43 überträgt dann die mechanische Bewegung auf die Lenkschnecke. Der Ausschlag der Lenksäule 41 wird auf die Welle 14 übertragen, die zentrisch mit der Ankerwelle 45 läuft. Die Zahnräder 42 und 43 können bis zum Einsetzen der festen Lenkverbindung durch die federnden Mittel 44 ebenso wie die Zahnräder 46 und 47 sowie die mit diesen verbundenen Wellen 14 und 45 Relativverdrehungen zueinander ausführen.In Fig. 2 the steering column 41 is firmly connected to a gear 42 which breaks through openings in the body of the gear 43. Resilient means 44, e.g. B. rubber cushions, make this coupling resilient in such a way that a synchronous rotation of the gears can take place only from the introduction of a certain moment in the steering column 41. The gear 43 then transmits the mechanical movement to the steering worm. The deflection of the steering column 41 is transmitted to the shaft 14 , which runs centrally with the armature shaft 45 . The gears 42 and 43 can execute relative rotations with respect to one another up to the onset of the fixed steering connection by the resilient means 44, as can the gears 46 and 47 and the shafts 14 and 45 connected to them.

Die Hilfskraftlenkung arbeitet wie folgt: Solange das auf die Lenksäule 41 ausgeführte Lenkdrehmoment eine gewisse Größe nicht überschreitet und auch wenn die elektrische Anlage ganz ausfällt, wird es vom Zahnrad 42 auf das Zahnrad 43 und damit auf die Schneckenlenkung unmittelbar übertragen. Bei vergrößertem Lenkwiderstand findet eine Relativdrehung zwischen den Zahnrädern 42 und 43 statt, die durch Formveränderung an den Gummipolstern 44 hervorgerufen wird. Das Zahnrad 46 eilt vor und schaltet über die Welle 14 den Stromwender 5 ein, wodurch sich der elektrische Arbeitsmotor dreht und in der gewünschten Richtung und Größe Hilfskraftunterstützung erteilt. Bei steigendem Strom üben die Magnetspulen. 35 und 36 sowie die Permanentmagnete 37 und 38 einen Widerstand gegen die Bewegung der Brücke 10 aus, der nach übertragung über das Getriebe 42, 46 am Lenkrad fühlbar wird. Beim Einschalten: der Widerstände durch Zurückdrehen des Stromwenders in Richtung zur Null-Stellung wird der Anker durch die Magnete 35 und 39 abgebremst, während die Magnete 34, 36, 37 und 3$ ihre hemmende Wirkung auf die Lenkbewegung verlieren.The power steering works as follows: As long as the steering torque applied to the steering column 41 does not exceed a certain level and even if the electrical system fails completely, it is transmitted directly from the gear 42 to the gear 43 and thus to the worm steering. With increased steering resistance, a relative rotation takes place between the gears 42 and 43, which is caused by the change in shape of the rubber cushions 44. The gear 46 rushes ahead and switches on the commutator 5 via the shaft 14 , whereby the electric working motor rotates and provides power assistance in the desired direction and size. When the current rises, the solenoids exercise. 35 and 36 and the permanent magnets 37 and 38 provide a resistance to the movement of the bridge 10 , which can be felt on the steering wheel after transmission via the gear 42, 46. When switching on: the resistors by turning the commutator back towards the zero position, the armature is braked by magnets 35 and 39, while magnets 34, 36, 37 and 3 lose their inhibiting effect on the steering movement.

Beim öffnen des Schalters 7, z. B. von Hand oder durch einen Regler 40, der von der Bewegung des Motors oder der Räder betätigt wird, wird der Maximalstrom entweder durch den L7berbrückungswiderstand 8 begrenzt oder b_ ei Fehlen dieses Widerstandes völlig abgeschaltet. -Aus Abb. 2 ist zu ersehen, daß mit Ausnahme der Kollektoren des Stromwenders 5 alle Kollektoren 4, 9, 26, 27 und 30 auf der Motorwelle 45 angeordnet sind.When you open the switch 7, for. B. by hand or by a controller 40 operated by the movement of the motor or the wheels becomes the maximum current either limited by the bridging resistor 8 or in the absence of this Resistance completely switched off. From Fig. 2 it can be seen that with the exception of the Collectors of commutator 5 all collectors 4, 9, 26, 27 and 30 on the motor shaft 45 are arranged.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electric power steering for motor vehicles with a battery-powered full-current electric servomotor, the engages via gears on the mechanical steering arrangement, and with one of control resistors existing commutator, characterized in that the commutator actuating, with the steering column (41) connected gear (42) and the auxiliary power transmitting, from the motor pinion (47) driven gear (43) in a known manner via resilient Means (44) are coupled to one another.

2. Electric storage power steering according to claim 1, characterized in that the commutator (5) and the working motor (28, 29, 30, 31, 3) are combined to form a structural unit.

3. Electric Accumulated power steering according to Claim 1, characterized in that the commutator (5) is assigned as a reaction anchor to the motor anchor (31) and with centering devices cooperates in such a way that the resulting force on the steering wheel Steering resistance is proportional.

4. Electric storage power steering according to the claims 1 to 3, characterized in that the commutator (5) with springs and / or permanent Magnets (37, 38 and 39) and / or electromagnets (34, 35 and 36) in series or are connected in parallel to the working motor (28, 39, 30, 31, 3) in the manner cooperates that the resulting force on the steering wheel is the steering resistance is proportional.

5. Electric storage power steering according to claims 1 to 4, characterized in that with the exception of the collector, which works as a commutator (5), all collectors and slip rings (4, 9, 26, 27 and 30), which are used to transmit power to fixed housing are required on the motor shaft (45) are arranged. Documents considered: German Patent No. 819 785; German interpretative document No. 1000 700; French Patent No. 936 897; U.S. Patents Nos. 2,356,492, 2,291,199, 2754465.