SE524689C2 - Styrsystem för motorfordon - Google Patents

Description

»noo- 10 15 20 25 E&D PATENTBYRÅ AB . @ - - ~ . . ~ .- omställaren är anordnade dubblerade. Vid sidan av det därmed förbundna arbetet och de därmed förbundna kostnaderna förligger det vid bestämda fordonstyper även problem med att det inte finns något utrymme tillgängligt för inbyggnad av en kompletterande handmomentomställare.

Denna uppfinning sysslar med problemet att åstadkomma en utföringsform för ett styrsystem av den ovan nämnda typen, som även vid bortfall av hand- momentomställaren i styr-med-vajer-drivning skapar en tillräcklig fordonssäkerhet, varvid styrsystemet speciellt skall vara relativt prisvärt och skall kräva ett relativt ringa inbyggnadsutrymme.

Detta problem löses enligt uppfinningen med hjälp av ett styrsystem med de särdrag som anges i patentkravet 1.

Uppfinningen bygger på den allmänna tanken att åtminstone vid bortfall av handmomentomställaren dämpa de av föraren initierade omställningsrörelserna vid styrningsratten. Anordnandet av dämningsmedel medför en inbesparing av anbringandet av en tillkommande handomställare, varigenom kostnader, montagearbete och inbyggnadsrum kan inbesparas. Uppfinningen utnyttjar kunskapen om att det vid ett bortfall av handmomentomställaren är tillräckligt att dämpa de av föraren åstadkomna omställningsrörelserna i styrningsratten i styrning-med-vajer.drivning för att skapa fordonssäkerhet.

Det är klart att det med uttrycket ett ”bortfall” av handmomentomställaren förstås att därvid ingen blockering uppträder av styrningsratten genom handmomentställaren.

Vid denna uppfinning hänför sig begreppen "dämpning" till följande konvention: medan en fjädring skapar vägberoende motkrafter respektive motmoment påverkar en dämpning hastighetsberoende motkrafter respektive motmoment. Detta betyder i föreliggande fall att relativt snabba omställningsrörelser av ratten från förarens sida vid handhavandet av styrningen motverkas av relativt stora dämpningsmoment, medan relativt långsamma omställningsrörelser från förarens sida motverkas av relativt små . . ~ . ..- »anu- »anna 10 15 20 25 524- 689 '''' n' E&D PATENTBYRÅ AB dämpningsmoment. Medan hastigheten på förarens omställningsrörelser är korrelerat till storleken på det av föraren inledda handmomentet vid handhavande av styrningen beror det motverkande dämpningsmomentet mot omställnings- rörelsen från förarens sida av storleken på det av föraren inledande handmomentet.

Enligt en föredragen utföringsform av denna uppfinning kan handmoment- omställaren vara försedd med en elektromotor eller kan utgöras av en elektro- motor som är förbunden på sådant sätt med styrningsratten att rattens omställ- ningsrörelser leder till relativvridningar mellan en rotor och en stator i elektromotorn. Dämpningsmedlen kan vara försedda med en kopplingsanordning, som är ansluten på sådant sätt till elektromotorns lindningar att de spänningar som induceras genom relativvridningar mellan rotor och stator skapar dämpningsmoment som motverkar relativvridningarna. Kopplingsanordningen åstadkommer därvid att elektromotorn vid bortfall av handmomentomställaren arbetar som generator. Genom detta steg integreras dämpningsfunktionen så att säga i handomställaren respektive i elektromotorn. Därigenom kräver en sådan kopplingsanordning endast ett ringa inbyggnadsutrymme och är som regel prisvärd. Dessutom kan kopplingsanordningen anbringas direkt på handmoment- omställaren respektive på elektromotorn och kan byggas in i elektromotorn redan av tillverkaren. Följaktligen kan en handmomentomställare färdigställas med integrerad dämningsfunktion, som vid motsvarande felfunktion aktiveras för en nödfallsdrift av handmomentomställaren. Genom den integrerade uppbyggnaden erhålls dessutom ett enkelt montage utan att det uppkommer stora ytterligare kostnader för denna nödfallsdrivning av handmomentomställaren.

Kopplingsanordningen kan vid en vidareutveckling av uppfinningen även utformas på sådant sätt att dämpningen blir avhängig av ytterligare parametrar såsom t.ex. fordonshastigheten. Exempelvis bör dämpningen vara större vid högre fordonshastigheter än vid låga fordonshastigheter. Speciellt kan dämpningen vid körning av fordonet i mycket låga farter även ha värdet noll. 10 15 20 25 . . . . a. i* J -lë- çx CD xD E&D PATENTBYRÅ AB 5 " . n » « . . . n ~ ~ - ~ - ~ <- Enligt en annan utföringsform kan dämningsmedlen vara försedda med åtminstone en mekaniskt arbetande dämpningslänk som är sammankopplad med styrningsratten. En sådan dämpningslänk kan t.ex. vara kopplad permanent till styrningsratten, varvid dennas dämpningsverken vid normal påverkan av handmomentomställaren kompenseras av en motsvarande styrning av handmomentomställaren. Vidare är det möjligt att använda en vid behov tillkopplingsbar dämpningslänk, vilken kopplas in endast vid bortfall av handmomentomställaren med styrningsratten. En sådan dämpningslänk kan exempelvis skapa den nödvändiga dämpningen genom mekanisk friktion.

Alternativt kan en sådan dämpningslänk också vara utformad så att en vätska i dämpningslänken pressas in eller trängs ut genom styrningsrattens omställningsrörelser från förarens sida varvid dämpningslänken skapar den önskade dämpningen genom strypning.

Vid en föredragen vidareutveckling av styrsystemet enligt uppfinningen kan det finnas tjäderorgan som förspänner styrratten till ett medelläge. Genom dessa tjäderorgan kan ett återställningsmoment påläggas på styrorganen.

Ytterligare viktiga särdrag och fördelar med anordningen enligt uppfinningen anges i underpatentkraven, på ritningarna och den tillhörande figurbeskrivningen i anslutning till ritningen.

Det är underförstått att de tidigare angivna och de följande särdragen, vilka skall förklaras ytterligare kan användas, inte endast i aktuellt angivna kombina- tionen utan även i andra kombinationer och var för sig utan avsteg från ramarna för denna uppfinning.

Ett föredraget utföringsexempel av uppfinningen visas på bifogade ritning och kommer att beskrivas närmare i den följande beskrivningen.

Den enda figuren 1 visar en schematisk principframställning av styrsystemet enligt uppfinningen.

Styrsystemet för motorfordon, vilket möjliggör en styrning-med-vajer- drivning, är allmänt kända inom teknikens ståndpunkt och skall därför inte uo4vn ana-u 10 15 20 25 . . . . .~ 524 689 5 E&D PATENTBYRÅ AB . ~ - » ~ - . » .n beskrivas närmare. Den här följande figurbeskrivningen avser därför företrädesvis de för uppfinningen relevanta beståndsdelarna hos ett styrsystem enligt uppfinningen vid en speciell utföringsform.

I figur 1 visas styrsystemet 1 bestå av ett styrpåvrkningsorgan 2, vilket här är utformat som en styrratt. Styrratten 2 tjänar till att föraren skall kunna överföra sin önskan om styrning i form av en vridning av styrratten 2. Styrratten 2 är medelst en styraxel 3 drivförbunden med en handmomentskiva 4, vilken här endast är visad symboliskt med ramar av streckade linjer.

Vid den här framställda föredragna utföringsformen är handmoment- omställaren försedd med en elektromotor 5 utformad med en rotor och en stator.

Exempelvis är rotorn förbunden med styraxeln 3, medan statorn är fast förbunden med fordonskarossen. Det är också möjligt med en utföringsform, vid vilkan statorn är kopplad till styraxeln 3, medan rotorn är fast i fordonet. Handmoment- skivan 4 är vidare utformad med en handmomentstyranordning, vilken påverkar elektromotorn 5 parameterberoende. För att värna om olika utföringsformer har denna styranordning inte visats här.

Elektromotorn 5 kan t.ex. vara utformad som en borstlös eller med borstar försedd motor samt som en permanentdriven eller en med främmande medel driven motor. Vid den här visade utföringsformen rör det sig om en treledad, borstlös likströmsmotor, som i motsvarighet därtill innefattar tre motorlindningar.

Elektromotorn 5 har därför tre elektriska anslutningar 6a, 6b, 6c, som i det inre av elektromotorn 5 är förbundna med var sin lindning i elektromotorn 5.

Anslutningarna 6a, 6b, 6c är via motsvarande förbindelseledningar 7a, 7b, 7c förbundna med en trepolig omkopplare 9. Denna omkopplare 9 har första utgångar 10a, 10b, 10c, vilka över anslutningsledningar 11a, 11b, 11c är förbundna med en strömförsörjning 12 hos elektromotorn 5, t.ex. effektelektronik.

Andra utgångar 13a, 13b, 13c hos omkopplarelementet 9 är över var sitt elektriskt motstånd 14a, 14b, 14c förbundna med en stjärnpunkt 15 och bildar därigenom en stjärnkoppling. . . ~ . .- onan- 10 15 20 25 E&D PATENTBYRÅ AB . - . . » Q . - . ~ ~ - - - H Omkopplarelementet 9 innehåller synkront påverkningsbara kopplings- medel 16, som vid ett i figuren visat första kopplingsläge förbinder ingångarna 8a, 8b, 8c med de första utgångarna 10a, 10b, 10c. l ett andra kopplingsläge förbinder kopplingsmedlen 16 ingångarna 8a, 8b, 8c med de andra utgångarna 13a, 13b, 13c.

Under styrning-med-vajer-drivningen av styrsystemet 1 befinner sig omkopplarens 9 kopplingsmedel 16 i sina första kopplingslägen, när handmomentskivan 4 arbetar på vederbörligt sätt. Vid bortfall av handmoment- skivan 4 kopplas kopplingsmedlen 16 om till sina andra arbetslagen.

Styrsystemet 1 enligt uppfinningen arbetar på följande sätt: Vid styrning-med-vajer-drivning av styrsystemet 4 övervakas den vederbörliga funktionen på handmomentskivan 4 permanent. Så länge en motsvarande, här inte visad styrning av styrsystemet eller av handmomentskivan 4 fastställer att handmomentskivan 4 arbetar vederbörligt är kopplingsmedlen 16 i omkopplaren 9 inkopplade i sitt första kopplingsläge. I motsvarighet härtill är anslutningarna 6a, 6b, 6c hos elektromotorn 5 förbundna med strömförsörjningen 12, över vilken påverkningen av elektromotorn 5 sker för att simulera ett styrmotstånd i styrratten 2 och/eller störkrafler.

Så snart som en tillräckligt graverande felfunktion fastställs för handmomentskivan 4 inom ramen för funktionsöverprövning kan detta tolkas som bortfall av handmomentskivan 4, så att en omkoppling av kopplingsmedlet 16 i omkopplaren 9 åstadkoms till deras andra läge. Ett motsvarande styrorgan, som påverkar omkopplaren 9 på motsvarande sätt, visas inte här. Omkopplaren 9 kan exempelvis vara utformad med en solenoid som kopplar in kopplingsorganet 16 i strömsatt säte i sitt första kopplingsläge. Därvid kan det finnas fjäderorgan som vid icke strömsatt solenoid åstadkommer en omkoppling av kopplingsmedlen 16 till dessas första kopplingsläge.

Vid bortfall av handmomentskivan 4 är därefter anslutningarna 6a, 6b, 6c förbundna stjärnformigt med varandra. Eftersom elektromotorn 5 då är skiljt från :nano 10 15 20 25 E&D PATENTBYRÅ AB 5 Al' 6 9 . - . . ~ ~ Q - . . - - 1 » - -v- strömförsörjningen 12 kan den arbeta som generator. Om föraren nu inför ett handmoment i styrratten 2 leder detta till en omställningsrörelse av styrratten 2 och därmed en rotation av styraxeln 3. Över elektromotorns 5 koppling med styraxeln 3 går en från förarsidan åstadkommen omställningsrörelse hos styrratten tvångsmässigt in som en relativomställning mellan rotorn och statorn i elektromotorn 5. En sådan relativomställning mellan rotorn och statorn inducerar en elektrisk spänning i lindningarna i elektromotorn 5. Eftersom anslutningarna 6a, 6b, 6c är förbundna med varandra över motstånden 14a, 14b, 14c kan elektriska strömmar utbildas med den följd att dämpningsmoment alstras i elektromotorn 5, vilka motverkar en relativomställning mellan rotorn och statorn. Till följd härav påverkar detta dämpningsmoment även styrratten 2 visa styraxeln 3. Genom ett lämpligt val av motstånd 14a, 14b, 14c kan måttet på detta dämpningsmoment ställas in till ett önskat värde.

I stället för konstanta motstånd 14a, 14b, 14c kan också variabla eller inställbara motstånd användas. Vidare är det möjligt att kombinera motstånden 14a, 14b, 14c med andra elektriska komponenter för utformning av ett elektriskt nätverk. Ett sådant nätverk kan vara försett med aktiva och/eller passiva, samt linjära och/eller icke linjära komponenter, varigenom dämpningen av styrratten 2 kan utformas på motsvarande sätt linjär eller icke linjär, t.ex. progressiv. Vidare är det därigenom möjligt att skapa ytterligare parametrar för utformning av en önskad dämpningskarakteristik. Exempelvis kan dämpningsverkan varieras i beroende av fordonets framföringshastighet och/eller i beroende av styrvinkeln.

De ovan beskrivna dämpningsmedlen, nämligen omkopplaren 9 och stjärnkopplingen 14, 15 kan tolkas speciellt enkelt i handmomentomställaren 4, varigenom man får en kompakt konstruktion för handmomentomställaren 4 med integrerade nöddriftfunktioner. Dessutom, eller alternativt kan dämpningsmedlen även vara utformade med en mekaniskt arbetande dämpningslänk 17 som är sammankopplad med länkratten. I figuren är dämpningslänken 17 anordnad på sådant sätt att den ingriper med styraxeln 3. Dämpningslänken 17 vidas endast »unna (Il i* J .Lä G\ CO \D E&D PATENTBYRÅ AB n. a..

GJ symboliskt med streckade linjer. Dämpningslänken 17 kan exempelvis skapa en mekanisk friktion mot styraxeln 3 varigenom en viss dämpningsverkan kan uppnås. En sådan dämpningslänk 17 kan också utformas på sådant sätt att en styrningspåverkan av styrratten 2 driver in ett vätska i dämpningslänken 17 och t.ex. förtränger denna från en första kammare till en andra kammare. Därvid är en strypning anordnas i vätskans strömningsväg, varvid den önskade dämpnings- verken av omställningsrörelsen hos styrratten 2 erhålls.

Claims (13)

10 15 20 25 30 E&D PATENTBYRÅ AB . » » n .- PATENTKRAV

1. Styrsystem för ett motorfordon, vilket möjliggör s.k. Steer-by-Wire-drift, varvid en handmomentomställare (4) är förbunden med Steer-by-Wire-systemet för simulering av ett styrningsmoment för ett styrorgan (2), t.ex. en ratt, känne- tecknat av dämpningsmedel (9, 14, 17), som vid bortfall av handmomentomställa- ren (4) dämpar förarens omställningsrörelser av ratten (2).

2. Styrsystem enligt patentkravet 1, kännetecknat av att handmomentom- ställaren (4) är försedd med en elektromotor (5) eller bildas av en elektromotor (5), vilken är förbunden på sådant sätt med ratten (2), att omställningsrörelser av ratten (2) medför relativrörelser mellan en rotor och en stator i elektromotorn (5), och att dämpningsmedlen är försedda med en kopplingsanordning (9, 14, 17), som kopplar om lindningar i elektromotorn (5) på sådant sätt att spänningar, vilka induceras genom relativvridningen mellan rotor och stator, skapar dämpningsmo- ment som motverkar relativvridningarna.

3. Styrsystem enligt patentkravet 2, kännetecknat av att kopplingsanord- ningen är försedd med åtminstone ett elektriskt motstånd (14a, 14b, 14c).

4. Styrsystem enligt patentkravet 2 eller 3, kännetecknat av att kopplingsanordningen är försedd med åtminstone ett omkopplingselement (9), som vid en ordinär drivning av handmomentomställaren (4) förbinder åtminstone en lindning i elektromotorn (5) med en strömförsörjning (12) och vid bortfall av handmomentomställaren (4) skiljs från strömförsörjningen (12) och förbinds med en elektrisk koppling (14, 15) i kopplingsanordningen (14, 15), som med de spän- ningar, som induceras genom relativvridningarna mellan rotor och stator, skapar de dämpningsmoment, som motverkar relativvridningarna.

5. Styrsystem enligt patentkravet 4, kännetecknat av att den elektriska kopplingen förbinder lindningarna i elektromotorn (5) stjärnformigt med varandra över elektriska motstånd (14a, 14b, 14c).

6. Styrsystem enligt något av patentkraven 3 - 5, kännetecknat av att motstànden (14a, 14b, 14c) är inställbara. 10 15 20 Eao PATENTBYRÅ AB (Ii ro .fm CO Ch C j; v) - ~ . - ~ - . ~ » « n . . o o .-

7. Styrsystem enligt något av patentkraven 2 - 6, kännetecknat av att kopplingsanordningen är utformad på sådant sätt att dämpningen är avhängig av ytterligare parametrar, t.ex. fordonshastigheten.

8. Styrsystem enligt något av patentkraven 2 - 7, kännetecknat av att kopplingsanordningen är utformad med ett elektriskt nätverk, som består av ett flertal med varandra förbundna komponenter.

9. Styrsystem enligt patentkravet 8, kännetecknat av att komponenterna är utformade aktivt och/eller passivt och/eller linjärt och/eller icke linjärt.

10. Styrsystem enligt något av patentkraven 1 - 9, kännetecknat av att dämpningsmedlen är utformade med åtminstone ett mekaniskt arbetande dämp- ningsorgan (17) som är kopplat till ratten (2).

11. Styrsystem enligt patentkravet 10, kännetecknat av att dämpningsorganet (17) är anordnat att genom mekanisk friktion skapa dämpning, som motverkar förarens omställningsrörelser i ratten (2).

12. Styrsystem enligt patentkravet 10, kännetecknat av att dämpningsorganet (17) är utformat på sådant sätt, att omställningsrörelser i ratten (2) driver en vätska genom dämpningsorganet (17), varvid dämpningsorganet (17) genom strypning av vätskans flöde skapar den dämpning, som motverkar förarens omställningsrörelser av ratten (2).

13. Styrsystem enligt något av patentkraven 1 - 12, kännetecknat av fjäderorgan, som förspänner ratten till ett mittläge. . . - . .a