DE19932169B4 - Power steering system for motor vehicles - Google Patents

Abstract

Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem Lenkaktuator und mindestens einem Lenkradaktuator (1), der ein Rückwirkungssignal (2) bestehend aus einem Lenkreaktionssignal und einem Informationssignal (4) in Form einer Schwingungsamplitude, erzeugt und auf ein Lenkhandrad (5) überträgt, wobei die Schwingamplitude des Informationssignals (4) mit steigendem Lenkreaktionssignal ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückwirkungssignal (2) aus einem Lenkmomentsignal (3) und einem Informationssignal (4) besteht, wobei die Schwingamplitude des Informationssignals (4) mit steigendem Lenkmomentsignal (3) ansteigt und mit abnehmendem Lenkmomentsignal (3) abnimmt.Auxiliary steering system for motor vehicles with at least one steering actuator and at least one steering wheel actuator (1), which generates a feedback signal (2) consisting of a steering reaction signal and an information signal (4) in the form of an oscillation amplitude and transmits it to a steering handwheel (5), the The oscillation amplitude of the information signal (4) increases with an increasing steering reaction signal, characterized in that the feedback signal (2) consists of a steering torque signal (3) and an information signal (4), the oscillation amplitude of the information signal (4) increasing with an increasing steering torque signal (3) and decreases with decreasing steering torque signal (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a power steering system for motor vehicles according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Hilfskraft-Lenksysteme, die ohne mechanische Kopplung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Fahrzeugrädern arbeiten, werden als steer-by-wire-Lenksysteme bezeichnet Diese Hilfskraft-Lenksysteme weisen einen mit dem Lenkhandrad gekoppelten Lenkradaktuator auf, der sich beispielsweise aus Elektromotor, Lenkwinkel- und/oder Drehmomentsensor zusammensetzt. Dieser Lenkradaktuator ist über eine elektronische Regelung mit einem Lenkaktuator verbunden, der elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten kann. Die Differenz zwischen einem vorgegebenen Soll-Wert und einem gemessenen Ist Wert wird von einer Erfassungseinheit erfaßt und an ein Steuergerät übermittelt. Eine Elektronikeinheit berechnet dann aus diesem Signal und in Abhängigkeit von weiteren Faktoren wie z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Fahrbahnoberfläche und Beladungszustand ein erforderliches Hilfsmoment, das über den Lenkaktuator auf die zu lenkenden Räder des Kraftfahrzeuges übertragen wird. Um dem Fahrer Rückmeldung über den momentanen Fahrzustand übermitteln zu können, wird über den Lenkradaktuator ein entsprechendes Signal auf das Lenkhandrad übertragen, sodaß der Fahrer ein gleiches Lenkgefühl wahrnimmt, wie er es von herkömmlichen, mechanisch gekoppelten Hilfskraft-Lenksystemen gewohnt ist.Power steering systems that operate without mechanical coupling between the steering wheel and steered vehicle wheels are referred to as steer-by-wire steering systems. These power steering systems have a Lenkradaktuator coupled to the steering wheel, which consists for example of electric motor, steering angle and / or torque sensor composed. This Lenkradaktuator is connected via an electronic control with a steering actuator, which can operate electrically, hydraulically or pneumatically. The difference between a predetermined desired value and a measured actual value is detected by a detection unit and transmitted to a control unit. An electronic unit then calculates from this signal and depending on other factors such. As vehicle speed, lateral acceleration, road surface and load condition a required auxiliary torque that is transmitted via the steering actuator to be steered wheels of the motor vehicle. To be able to transmit to the driver feedback about the current driving condition, a corresponding signal is transmitted to the steering wheel via the steering wheel actuator, so that the driver perceives the same steering feel, as he is used to from conventional, mechanically coupled power steering systems.

Mit Hilfe des Lenkhandrades übermittelt der Fahrer einen Lenkradwinkel (Soll-Wert) an das Hilfskraft-Lenksystem. Zwischen Hilfskraft-Lenksystem und Fahrzeug ergibt sich z. B. im Falle einer Zahnstangenlenkung als Lenkaktuator eine Zahnstangenkraft (Ist-Wert). Diese Zahnstangenkraft bewirkt einen Lenkwinkel bzw. einen Zahnstangenweg, der sich als Regelgröße am Lenkgetriebe einstellt. Im Hilfskraft-Lenksystem wird ein Lenkmoment gebildet, das dem Fahrer einen Bezug zum vorgegebenen Lenkradwinkel bzw. zum Verhalten des Fahrzeugs auf diesen Lenkwinkel vermittelt.With the help of the steering wheel, the driver transmits a steering wheel angle (nominal value) to the power steering system. Between power steering system and vehicle results z. B. in the case of a rack and pinion steering as Lenkaktuator a rack power (actual value). This rack force causes a steering angle or a toothed rack path, which adjusts as a control variable on the steering gear. In the power steering system, a steering torque is formed, which gives the driver a relation to the predetermined steering wheel angle or the behavior of the vehicle on this steering angle.

In den VDI-Fortschritt-Berichten (Reihe 12, Nr. 357 „Untersuchungen zur Auswirkung einer aktiven Fahrerbeeinflussung auf die Fahrsicherheit beim Pkw-Fahren im realen Straßenverkehr”) wird die Möglichkeit beschrieben, zusätzliche Informationssignale über das Lenkhandrad an den Fahrer weiterzuleiten. Damit soll dem Fahrer signalisiert werden, daß er ein sicherheitskritisches Fahrerhalten mit seinem Fahrzeug bzw. den Grenzbereich seines Fahrzeugs erreicht hat und die Fahrweise der Situation besser angepaßt werden sollte. Diese Informationssignale wenden dem Lenkmomentsignal als Vibrationen überlagert und so direkt über das Lenkhandrad an den Fahrer weitergegeben. Bei dem beschriebenen hydraulischen Lenksystem werden die Betätigungskräfte am Lenkhandrad durch Umkehrhubmagnete erzeugt und durch eine gezielte Steuerung des Förderstroms des Fluids variiert, ähnlich einer fahrgeschwindigkeits-abhängigen Lenkunterstützungsanpassung durch eine gezielte Drosselung der Hydraulikflüssigkeit.The VDI Progress Reports (Series 12, No. 357 "Investigations on the Impact of Active Driver Impact on Driving Safety in Real-time Car Driving") describe the possibility of passing additional information signals to the driver via the steering wheel. This is to signal to the driver that he has achieved a safety-critical driver's attitude with his vehicle or the border area of his vehicle and the driving style of the situation should be better adapted. These information signals apply the steering torque signal as vibrations superimposed and passed on directly to the driver via the steering wheel. In the described hydraulic steering system, the actuating forces are generated at the steering wheel by Umkehrhubmagnete and varied by a targeted control of the flow rate of the fluid, similar to a driving speed-dependent steering assistance adjustment by a targeted throttling of the hydraulic fluid.

Aus der DE 496 00 139 C1 ist eine Bedienelementanordnung zur Steuerung eines Lenkwinkels eines Fahrzeugs bekannt mit mindestens einem Lenkaktuator und mindestens einem Lenkradaktuator, der ein Rückwirkungssignal, bestehend aus einem Lenkreaktionskraftsignal und einem Informationssignal erzeugt und auf ein Lenkrad überträgt, wobei die Schwingamplitude des Informationssignals mit steigender Lenkreaktionskraft ansteigt.From the DE 496 00 139 C1 An operating arrangement for controlling a steering angle of a vehicle is known with at least one steering actuator and at least one Lenkradaktuator which generates a feedback signal consisting of a steering reaction force signal and an information signal and transmits to a steering wheel, wherein the amplitude of the amplitude of the information signal increases with increasing steering reaction force.

Nachteilig an dem beschriebenen Stand der Technik ist die Tatsache, dass das überlagerte Signal nur oberhalb eines festgelegten Grenzwertes auftritt, d. h. es ist kein Eingriff über den gesamten Lenkvorgang möglich.A disadvantage of the described prior art is the fact that the superimposed signal occurs only above a predetermined limit, d. H. There is no intervention over the entire steering operation possible.

Dadurch kann keine individuelle Anpassung des Lenksystems an verschiedene Fahrsituationen oder Fahrverhaltensweisen durchgeführt werden.As a result, no individual adjustment of the steering system to different driving situations or driving behavior can be performed.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge darzustellen, das es ermöglicht, die speziellen Fahrverhalten der einzelnen Fahrer zu berücksichtigen und das Lenkverhalten an die jeweilige Situation anzupassen.The present invention has for its object to present a power steering system for motor vehicles, which makes it possible to take into account the specific driving behavior of each driver and to adapt the steering behavior to the particular situation.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes Hilfskraft-Lenksystem gelöst.The object underlying the invention is achieved by a, including the characterizing features of the main claim exhibiting, generic power steering system.

Die Signalübertragung auf das Lenkhandrad erfolgt durch Anregung des Lenkstranges, z. B. durch einen mit der Lenksäule verbundenen Elektromotor. Der Elektromotor wird somit zur Erzeugung des überlagerten Signals und des auf das Lenkhandrad zurückwirkenden Lenkdrehmoments verwendet. Der Fahrer ist durch die direkte Verbindung zwischen Elektromotor und Lenkhandrad unmittelbar an die Signalübertragung gekoppelt. Die Anregung des Lenkhandrades erfolgt durch eine Signalüberlagerung des vorhandenen Drehmomentes am Lenkhandrad mit einem Informationssignal. Dieses Informationssignal kann aus Sinus-, Rechteck- oder Dreieckimpulsen bestehen. Die Amplitude des überlagerten Signals wird so gewählt, daß zwischen der Amplitude des am Lenkhandrad anliegenden Drehmomentes und der Signalamplitude des überlagerten Momentes eine feste Abhängigkeit besteht. Diese feste Abhängigkeit ergibt am Lenkhandrad eine Beschleunigung, die bei allen auftretenden Lenkmomenten als konstant betrachtet werden kann.The signal transmission to the steering wheel by excitation of the steering line, z. B. by an electric motor connected to the steering column. The electric motor is thus used to generate the superimposed signal and the steering torque acting on the steering wheel. The driver is directly coupled to the signal transmission through the direct connection between the electric motor and the steering wheel. The excitation of the steering wheel is effected by a signal superposition of the existing torque on the steering wheel with an information signal. This information signal may consist of sinusoidal, rectangular or triangular pulses. The amplitude of the superimposed signal is chosen so that there is a fixed relationship between the amplitude of the torque applied to the steering wheel and the signal amplitude of the superimposed torque. This fixed dependence gives the steering wheel an acceleration that can be considered constant at all occurring steering moments.

Die Voraussetzung für die Anpassung der Beschleunigung am Lenkhandrad ist eine Kennlinie, die die Abhängigkeit der überlagerten Signalamplitude vom Drehmoment am Lenkhandrad definiert. Durch eine Veränderung dieser Kennlinie ist es möglich, eine individuelle Anpassung der effektiven Beschleunigung am Lenkhandrad vorzunehmen, wodurch die Lenkcharakteristik an den jeweiligen Fahrer angepaßt werden kann. Das überlagerte Signal kann zeitlich unterbrochen werden, um den synthetischen Charakter des Signals hervorzuheben. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, zwischen einem Modus mit oder ohne Unterbrechungen zu wählen und die Anzahl und Länge der Unterbrechungen zu variieren.The prerequisite for adjusting the acceleration on the steering wheel is a characteristic curve that defines the dependence of the superimposed signal amplitude on the torque of the steering wheel. By changing this characteristic, it is possible to make an individual adjustment of the effective acceleration on the steering wheel, whereby the steering characteristics can be adapted to the respective driver. The superimposed signal can be interrupted in time to emphasize the synthetic nature of the signal. It is also possible to choose between a mode with or without interrupts and to vary the number and length of interrupts.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.Advantageous and expedient embodiments of the invention are specified in the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims, but rather result for the skilled person further meaningful combination possibilities of claims and individual claim characteristics from the task.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in dem Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispieles eines Lenksystems prinzipgemäß beschrieben.In the following the invention will be described in principle based on an embodiment of a steering system shown in the block diagram.

Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit einem nicht dargestellten Lenkaktuator, z. B. in Form eines Elektromotors mit Kugelumlaufgetriebe oder eines Arbeitskolbens mit Proportionalventil und einem Lenkradaktuator 1, der ein Rückwirkungssignal 2, bestehend aus einem Lenkmomentsignal 3 und einem Informationssignal 4, über ein Lenkhandrad 5 an einen Fahrer 6 weiterleitet. In einer Funktionsschleife 7 wird der Sollwert für das am Lenkhandrad 5 anliegende Drehmoment gebildet uns als Lenkmomentsignal 3 ausgegeben. Zudem wird aus der Funktionsschleife 7 heraus eine weitere Funktionsschleife 8 in Form einer drehmomentabhängigen Vibration erzeugt und als Informationssignal 4 ausgegeben, welches durch eine Funktionsschleife 9, z. B. durch gezielte Erzeugung von Unterbrechungen, verändert werden kann.The single FIGURE shows an inventive power steering system for motor vehicles with a steering actuator, not shown, for. B. in the form of an electric motor with recirculating ball or a working piston with proportional valve and a steering wheel actuator 1 , which is a feedback signal 2 consisting of a steering torque signal 3 and an information signal 4 , via a steering wheel 5 to a driver 6 forwards. In a functional loop 7 becomes the setpoint for the steering wheel 5 applied torque formed us as a steering torque signal 3 output. In addition, from the functional loop 7 out another function loop 8th generated in the form of a torque-dependent vibration and as an information signal 4 issued, which by a function loop 9 , z. B. by targeted generation of interruptions, can be changed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Lenkradaktuatorsteering wheel actuator

22

RückwirkungssignalFeedback signal

33

LenkmomentsignalSteering torque signal

44

Informationssignalinformation signal

55

Lenkhandradsteering wheel

66

Fahrerdriver

77

FunktionsschleifeFollow loop

88th

FunktionsschleifeFollow loop

99

FunktionsschleifeFollow loop

Claims (5)

Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem Lenkaktuator und mindestens einem Lenkradaktuator (1), der ein Rückwirkungssignal (2) bestehend aus einem Lenkreaktionssignal und einem Informationssignal (4) in Form einer Schwingungsamplitude, erzeugt und auf ein Lenkhandrad (5) überträgt, wobei die Schwingamplitude des Informationssignals (4) mit steigendem Lenkreaktionssignal ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückwirkungssignal (2) aus einem Lenkmomentsignal (3) und einem Informationssignal (4) besteht, wobei die Schwingamplitude des Informationssignals (4) mit steigendem Lenkmomentsignal (3) ansteigt und mit abnehmendem Lenkmomentsignal (3) abnimmt.Auxiliary power steering system for motor vehicles with at least one steering actuator and at least one steering wheel actuator ( 1 ), which generates a feedback signal ( 2 ) consisting of a steering reaction signal and an information signal ( 4 ) in the form of a vibration amplitude, generated and on a steering wheel ( 5 ), wherein the oscillation amplitude of the information signal ( 4 ) increases with increasing steering response signal, characterized in that the feedback signal ( 2 ) from a steering torque signal ( 3 ) and an information signal ( 4 ), wherein the oscillation amplitude of the information signal ( 4 ) with increasing steering torque signal ( 3 ) and with decreasing steering torque signal ( 3 ) decreases. Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationssignal (4) aus Sinus-, Rechteck- oder Dreieckimpulsen bestehtAuxiliary power steering system for motor vehicles according to claim 1, characterized in that the information signal ( 4 ) consists of sinusoidal, rectangular or triangular pulses Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationssignal (4) so gebildet ist, dass sich am Lenkhandrad (5) eine konstante Beschleunigung einstellt.Auxiliary power steering system for motor vehicles according to claim 1, characterized in that the information signal ( 4 ) is formed so that at the steering wheel ( 5 ) sets a constant acceleration. Hilfskraft-Lenksystem für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationssignal (4) zeitlich unterbrochen werden kann.Auxiliary power steering system for motor vehicles according to claim 1, characterized in that the information signal ( 4 ) can be interrupted in time. Hilfskraft-Lenksystem für Kranfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Informationssignals (4) in Abhängigkeit des am Lenkhandrad (5) anliegenden Drehmomentes einer definierten Kennlinie folgt.Auxiliary power steering system for crane vehicles according to claim 1, characterized in that the amplitude of the information signal ( 4 ) depending on the steering wheel ( 5 ) applied torque follows a defined characteristic.

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