SE522750C2 - Styranordning - Google Patents

Description

lO 15 20 »25 avkänningsorganet nedsmutsas, så att det inte kan fungera kor- rekt eller överhuvudtaget. Vidare föreligger en risk att av- känningsorganet skadas.

Uppfinningen baseras pà ändamålet att öka pálitligheten hos styranordningen.

I en styranordning av slag som inledningsvis beskrivits, löses detta ändamål genom att avkänningsorganet är förenat med mo- torn via en andra växel.

Härigenom kommer placeringen av avkänningsorganet att vara fri. Det behövs inte längre arrangeras sà att avkänningsorga- net befinner sig intill ratten. Snarare kan det via en andra växel arrangeras i ett läge, i vilket mindre nedsmutsning el- ler minskad risk för skada föreligger. Medelst en andra växel, är det också möjligt att alstra referenssignalen hos referens- läget, dvs. fördelarna som uppnås nu bibehàlles i full ut- sträckning.

I detta sammanhang är det särskilt fördelaktigt att utväx- lingsförhàllandet för den andra växeln är sà högt att dess ut- gàende axel förenad med avkänningsorganet utför ej fler än ett helt varv när det styrda hjulet förflyttar sig från ena ex- tremläget till det andra. Således är exakt ett vinkelläge hos den utgående axeln hos drivningen tilldelad varje vinkelläge för det styrda hjulet, så att referenssignalen endast kan alstras vid referensläget. I själva verket skulle sedan avkän- ningsorganet tillräckligt väl kunna bestämma vinkelläget för det styrda hjulet. Emellertid skulle sedan extremt exakta ar- betsavkännande organ behövas, vilket kan undvikas, om, t.ex., såsom visas i DE 19714786 Cl, ytterligare sensorer användes. 70370,' 01-03-27 u v. lO 15 20 .25 ... ... . » -. ~ ~~_ ~--1 .", ,", * o o. nu nu ons o . '.' ~ “ _ . .. -v vv ~ v I ' ,, , _ , .- ... - » . - . . v - _ _ _ I IOI I I I l Ü . - . 1. ... .. ..

Företrädesvis har den andra växeln samma utväxlingsförhållande som produkten av alla utväxlingsförhållanden mellan motorns utgående axel och det styrda hjulet. Detta resulterar i ett 1:1 förhållande mellan andra växelns utgående axel, på vilken avkänningsorganet för att avkänna referensläget är arrangerat, och det styrda hjulet. En utföringsform av detta slag är sär- skilt fördelaktig, när det styrda hjulet ej har något meka- niskt stopp, utan kan svängas runt mer eller mindre valfritt flera gånger. Också i detta fall, kan alltid ett referensläge ”finnas på", på basis av vilket förändringen av vridningsvin- keln eller utsvängningsvinkeln kan avkännas.

Företrädesvis är den andra växeln och avkänningsorganet integ- rerade i styranordningen. T.ex. betyder detta att den andra växeln och avkänningsanordningen också år omslutna av ett hus arrangerat på drivningen för styrningen. Detta minskar risken för nedsmutsning och risken för skador. Därtill blir den kom- pletta styranordningen kompakt och lättare att montera.

Företrådesvis är avkänningsorganet gjort såsom ett berörings- fritt arbetande avkänningsorgan. Detta reducerar slitage och på lång sikt tillförsäkras en korrekt avkänning av referenslä- get.

I en särskilt föredragen utföringsform är det anordnat så att avkänningsorganet ej utför några reaktionskrafter på andra växelns utgående axel. Följaktligen kan växeln göras mycket billig. Det antages ej att några krafter måste överföras. En- bart måste växelns interna friktion övervinnas. Sådana växlar, kan t.ex. göras av plastmaterial, så att deras vikt förblir låg. Emedan växeln ej har någon lastöverförande funktion kan det också göras relativt billig. Företrädesvis har sensorar- rangemanget en sensor, som avkänner en relativ rörelse hos mo- 70370; 01-03-27 10 15 20 522 750 :u n toraxeln, varvid sensorn alstrar mer än en puls per rotation.

En sensor som avkänner en relativ rörelse av motoraxeln är känd från den ovan nämnda skriften DE 19714786 Cl. I själva verket kan denna sensor så att säga stegvis ökande bestämma antalet rotationer utförda av motoraxeln. Emedan utväxlings- förhållandet mellan motoraxeln och det styrda hjulet är känt, kommer antalet rotationer för motorn att tillåta en slutled- ning med avseende på utslaget hos det styrda hjulet. När nu per varv för motoraxeln, vilket redan växlas av en växel med konstant förhållande fler än en puls alstras, kan utvärde- ringen göras långt mer korrekt.

I detta sammanhang är det särskilt att föredraga att antalet pulser per rotation är en exponent av talet 2. Detta är t.ex. 16, 32, 64 eller 128 pulser per varv. Ju högre antalet pulser är, desto bättre och mer exakt blir lösningen.

Företrädesvis är avkänningsorganet och sensorn förenade med ett reglerorgan, som är en räknare, vilken räknar rotations~ pulserna i en riktning positivt och rotationen i den andra riktningen negativt, varvid en regleranordning är anordnad som alstrar en felsignal, om räknaren överskrider O med viss mängd, när avkänningsorganet visar att referensläget passe- rats. Räkning upp och ner är relativt enkel åtgärd för att be- stämma styrvinkeln för det styrda hjulet. Beroende på mekanisk otillräcklighet kan emellertid i många fall uppträda en skill- nad mellan verkligen räknade pulser och hjulets utstyrnings- vinkel. För att kompensera mot detta fel anordnas referenslä- get. Normalt kommer räknaren att återställas på noll när den når referensläget, så att efterföljande styrrörelser återigen kan avkännas med önskad pålitlighet. Om emellertid vid uppnå- endet av referensläget, det visar sig att felet, är för stort, dvs., överskrider en viss tolerans, kommer ett felmeddelande 70370; 01-03-27 lO 15 20 S22 150 att alstras för att varna fordonets förare eller för att ut- föra en prövning eller ett underhåll av styranordningen.

Företrädesvis göres så att en sektion av motorns utgående axel, på vilken sensorn är arrangerad, passerar den andra väx- eln. Således är sensorn och avkänningsorganet även fysiskt an- ordnade intill varandra. Detta ger flera fördelar. Först spa- ras utrymme. Båda enheterna kan hållas i samma hölje. Båda ar- rangemangen utsättes för samma omgivningsförhållanden. För det andra är risken för olika mätresultat förorsakade av olika förläggning relativt liten.

I det följande kommer uppfinningen att beskrivas i detalj mot en föredragen utföringsform som visas i bifogade ritningsfigu- rer.

Figur l visar därvid schematiskt en vy av en styranordningen enligt uppfinningen.

Figur 2 visar schematiskt en sektion genom del av styrdriv- ningen.

Figur 3 visar schematiskt en vy av ett avkänningsorgan.

Figur 4 visar schematiskt en vy av sensorn.

En styranordning 1 har en förmedlare 2 för styrvinkeln, i fö- religgande uppfinning i form av en ”joystick" 3. Emellertid kan den också ha formen av en vanlig ratt.

Vidare har styranordningen en styrdrivning 4, medelst vilken vinkelläget för ett schematiskt visat styrande hjul 5 kan för- ändras. Mellan styrvinkelförmedlaren 2 och styrhjulet finns i 70370; 01-03-27 10 15 20 522 750 ;::= -'- - u . n u: föreliggande fall ingen mekanisk, aktiv förbindelse, dvs. styrvinkelförmedlaren 2 har ingen mekanisk inverkan på hjulet 5 och hjulet 5 har ingen mekanisk inverkan på styrvinkelför- medlaren 2. Emellertid skulle en elektronisk återkoppling vara möjlig, medelst vilken krafterna från det styrande hjulet fö- res tillbaka till styrvinkelförmedlaren utan mekanisk koppling och således ger föraren en känsla av styrningen.

Istället för visat ett hjul, kan också ett par hjul eller alla hjul för ett styrt fordon styras på visat sätt.

Styrdrivningen 4 har en motor 6, vars utgående axel 7 är för- enad med en växel 8, vilken växlar motorns hastighet 6. Följ- aktligen har utgående axeln hos växeln 8 väsenligt lägre has- tighet än motorns utgående axel 7. växelns 8 utgående axel 9 är förenad med ett kugghjul 10, som är i aktiv förbindelse med ett kugghjul 12 via en kedja 11, varvid kugghjulet 12 opererar hjulet 5. Istället för en kedja, kan en kuggstàng eller annan transmissionslänk användas så länge det försäkras att det finns en unik korrelation mellan vinkelläget för hjulet 5 och hastigheten för axeln 7. Denna korrelation är ett utväxlings- förhållande mellan hastigheten hos axeln 7 och vridningen av hjulet 5. Detta utväxlingsförhållande innefattar inte bara växlingsförhàllandet för växeln 8 utan också tillgängliga väx- lingsförhållanden mellan kugghjulen 10, 12. Om ytterligare transmissionslänkar föreligger, måste också dessa betraktas tillsammans med beräkningen av utväxlingsförhållandet.

Motorn 6 regleras av ett reglerorgan 14, som matar motorn 6 med elektrisk energi via en schematiskt visad kabel 13. Följ- aktligen är motorn 6 en elektrisk motor. Den kan t.ex. vara en växelströmsmotor eller trefasmotor. Om önskas, kan reglerorga- net 14 ha en frekvensomvandlare, som omvandlar likström fràn 70370; 01-03-27 10 15 20 S22 750 nn nn n n ett fordonsbatteri till en enfas eller flerfas växelström el- ler omvandlar frekvensen hos en enfas- eller flerfas växel- ström till en annan frekvens.

Samtidigt tillförsäkrar reglerorganet 14 att styrvinkeln för hjulet 5, dvs., det aktuella värdet för en styrvinkel bestämt av styrvinkelförmedlaren 2, motsvarar önskat värde. I detta sammanhang är det nödvändigt att reglerorganet 14 informeras om verkliga läget för hjulet 5. För detta ändamål är regleror- ganet 14 förenat med ett sensorarrangemang 16, som visas i de- talj i figur 2. Detta sensorarrangemang 16 är anordnat i ett Sensorarrangemanget 16 har en hus 15, som omsluter axeln 7. sensor 17, som avkänner en relativ rörelse eller rotation hos axeln 7. I många fall, är det tillräckligt för sensorn att avge en puls per rotationsvarv för axeln 7. För att förbättra exaktheten är det emellertid lämpligt att avge fler än en puls (se också per varv. För detta ändamål har sensorn en skiva 18 fig. 4). Denna skiva 18 har ett stort antal av optiskt effek- tiva ytor 19, i detta fall åtta stycken. Dessa ytor 19, kan t.ex. ha en reflexionsförmåga, som skiljer sig från resterande ytorna av skivan 18. Motsatt dessa ytor finns två optiska sen- sorer 20, t.ex. riktar en ljusstråle mot skivan, och där- som, igenom kan bestämma medelst reflexionsförmågan, om en yta 19 är riktad under optiska sensorn eller ej. Den optiska sensorn 20 har ett avstånd, som uppgår till 7/8 av en delning mellan de optiska ytorna 19. Följaktligen kan en samverkan hos de ut- gående signalerna för de båda optiska sensorerna ge produktio- nen av totalt 32 pulser per varv för axeln 7. Via en kabel 21 ledes dessa pulser till reglerorganet 14. Reglerorganet 14 kan sedan ”veta” hur långt från ett startläge axeln 7 har vridit sig. Reglerorganet 14 räknar varje puls på rotation i en rikt- ning, t.ex. medurs positivt och i den andra riktningen, dvs. moturs negativt. Således bör resulterande antal pulser ha en 70370; 01-03-27 .n n. nn n o nn n , n _5222 7550:-; para: L".¿ ¿"f¶:."H". ._ n ao nu uu I 0 . . .- n-u.. t-z: :°_ __ , : : :n n U. N H . u | | ø o 1~ direkt korrelation med vinkelläget för det styrda hjulet 5.

Istället för de beskrivna optiska sensorerna kan även andra sensorer användas, t.ex. magnetiska, mekaniska, elektriska el- ler Hal-sensorer. Vidare är också antalet 32 pulser enbart ett 5 exempel. Andra exempel arbetar med 128 pulser per varv. Före- trädesvis är antalet pulser 2“, emedan sådant antal är lätt att bearbeta i en digital räknare. I princip är emellertid också andra antal möjliga. För att definiera en startpunkt, från vilken reglerorganet 14 kan avkänna pulserna från den optiska 10 sensorn 20, har sensorarrangemanget 16 därtill ett avkännings- organ 25, vilket alstrar en referenssignal för åtminstone ett referensläge för axeln 7 eller ratten. Vid detta referensläge, bör räknaren i reglerorganet 14 ha värdet 0. Om så ej är fal- let kommer ej avvikelsen mellan värdet 0 och innehållet hos 15 räknaren att överskrida ett visst värde. Räknaren återställes till värdet O. Om detta begränsningsfel överskrides alstras en felsignal. Avkänningsorganet 25 har en kuggväxel 22 vars in- gång är förenad med axeln 7. Våxelns 22 utgång är utformad som en ringformad skiva 23, såsom visas i figur 3. Även ringfor- 2O miga skivan 23 samverkar med en optisk sensor 24. Såsom fram- går av figur 3, har ena halvan av den ringformiga skivan 23 en större radie än den andra. Denna ökning av radien är vald så att en optisk sensor 24 täckes, när den större radien hos den ringformiga skivan 23 passerar sensorn 24 eller frigives när ßr,25 den mindre radien hos den ringformiga skivan 23 passerar sen- . a v... so.. ~ sorn 24. Detta kan ordnas med relativt hög exakthet, när den ringformiga skivan 23 är i det vridna vinkellåget som visas i 2:2 figur 23. Detta vridna vinkelläge är referensläget för axeln 7, från vilket läge räknaren i reglerorganet 14 räknar. 2-30 Det specifika i detta är att kuggväxeln 22 har ett större för- hållande, som är exakt så stort som växelförhållande mellan motorn 6 och hjulet 5. Således motsvarar varje läge för ring- 70370; 01-03-27 en. a-.o lO 15 formiga skivan 23 exakt ett vinkelläge för hjulet 5. Detta gäller också när hjulet 5 kan vrida sig mer än 360°.

Emedan både sensorn 17 och avkänningsorganet 25 arbetar berö- ringsfritt och utan retroaktiva krafter, kan kuggväxeln 22 ha en relativt svag dimensionering. Den kan, t.ex. vara en plast- växel, som ej kan utföra någon belastningsfunktion utan sna- rare förflytta den ringformiga skivan 23. Den kan därför göras så liten att den kan arrangeras i huset 15 tillsammans med sensorn 17. Följaktligen kan motorn 6 med sensorarrangemanget 16 sà att säga förtillverkas och byggas in i fordonet som en komplett enhet. Således är sensorarrangemanget också relativt väl skyddat mot föroreningar och skada.

Faktum att både sensorn 17 och avkänningsorganet 25 avkànner vinkelläget för axeln 7 i praktiskt taget samma axiella läge gör att fel, som uppträder genom olika utvàxlingsförhàllande, ej behöver förväntas. 70370; 01-03-27

Claims (9)

10 15 20 25 522 750 ; :Hmm 10 PATENTKRAV

1. Styranordning med en styrvinkelförmedlare, en styrdrivning som har en motor och en första växel, åtminstone ett hjul dri- vet av styrdrivningen och ett sensorarrangemang för att av- känna vinkelläget för hjulet med ett avkänningsorgan, vilket avger en referenssignal för åtminstone ett referensläge för styrdrivningen, k ä n n e t e c k n a t a v, att avkän- ningsorganet (25) är förenat med motorn (6) via en andra växel (22), vilken andra växel (22) har samma utväxlingsförhållande som produkten av alla utväxlingsförhållanden mellan utgående axeln (7) hos motorn och det styrda hjulet (5).

2. Styranordning enligt krav l, k å n n e t e c k n a d a v, att utväxlingsförhållandet för andra växeln (22) är så hög att dess utgående axel (23) förenad med avkänningsorganet (25) utför ej mer än ett helt varv, när det styrda hjulet (5) förflyttar sig från ena extremläget till det andra.

3. Styranordning enligt något av kraven 1 till 2, k ä n n e t e c k n a d a v, att den andra växeln (22) och avkänningsorganet (25) är integrerade i styrningens drivning (4).

4. Styranordning enligt något av kraven l till 3, k ä n n e t e c k n a d a v, att avkänningsorganet (25) är utformat såsom ett beröringsfritt arbetsavkännande organ. 703700 .dOC; 02-06-11 10 15 20 25 522 750 ll

5. Styranordning enligt något av kraven 1 till 4, k ä n n e t e c k n a d a v, att avkänningsorganet (25) ej utför nàgra reaktionskrafter på andra växelns (22) utgående axel (23).

6. Styranordning enligt något av kraven l till 5, k å n n e t e c k n a d a v, att sensorarrangemanget (16) har en sensor (17), som avkänner en relativ rörelse hos motoraxeln (7), vilken sensor (17) avger mer än en puls per rotation.

7. Styranordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v, att antalet pulser per rotation är en exponent av talet 2.

8. Styranordning enligt krav 6 eller krav 7, k å n n e - t e c k n a d a v, att avkänningsorganet (25) och sensorn (17) är förenade med ett reglerorgan (14), som har en räknare, räknande rotationspulserna i en riktning positivt och rotatio- ner i den andra riktningen negativt, ett reglerorgan anordnat, som avger en felsignal, om räknaren överskrider 0 med ett visst värde, när avkänningsorganet anvisar passering av refe- rensläget.

9. Styranordning enligt något av kraven 1 till 8, k ä n n e t e c k n a d a v, att en sektion av den utgående axeln (7) hos motorn (6) pà vilken sensorn (17) är arrangerad, passerar den andra växeln (22). 70370C .dOC; 02-06-11