用於對轉向機構動力加載的裝置和方法
2023-05-07 08:43:36
專利名稱：用於對轉向機構動力加載的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1前序部分所述的、尤其是對汽車的轉向機構動力加載的裝置，以及一種根據權利要求7前序部分所述的相應的方法。
現有技術用於轉向機構、尤其是汽車的轉向機構的動力加載裝置已是眾所周知的。它尤其是在與用於在確定的行車道上汽車導向的行使輔助系統相聯繫下投入使用。此外行車道用傳感系統測量。然後例如藉助於獲得的結果可以發現離開行車道或者外推出汽車在不需要其它的幹涉下離開行車道的時刻。由獲得的數據可以得出這種可能性，用提示或者也通過主動的幹涉支援司機。根據現有技術提示例如通過一個揚聲器或者通過座椅面的振動傳遞給司機。這種方法雖然向司機發出了警告，但是採用何種措施防止可能的危險情況，這種方法對他的通知還不夠快。例如一個陷入瞬間的睡眠、並且駛出了邊界線的司機在警告提示的一瞬間不清楚，要進行多大和沿著哪個方向使汽車退回行車道的轉向運動。為了消除這一缺點，可以使用機械的與轉向機構的轉向柱相連接的伺服電機。例如當傳感器識別出汽車向右離開了行車道，那麼為了向左改變轉向角，藉助於電機在轉向柱上施加一個力或者一個轉矩，並且使汽車重新駛回行車道。然而與此同時它還是有缺點，在電機中的誤差或者在電機控制中的誤差可能以不希望的、可能導致橫向動力危險的誤差力矩加載轉向柱。此外電機以它自身的旋轉質量慣性、尤其是在大的變速比時提供了一個幹擾轉向感覺的變化，這對於汽車司機是不能接受的。所以始終希望有一種裝置，它基本上或者甚至完全不影響轉向的感覺，並且在誤動作時不會出現事故風險。
本發明的優點對於具有分配給轉向機構的操作裝置和布置在轉向機構上或者它附屬的對應元件的用於轉向機構、尤其是汽車轉向機構的動力加載裝置，根據本發明提出，操作裝置具有在對應元件上產生電磁力的感應配置，其中對應元件具有至少一個可電磁影響的區域，因此可產生用於轉向機構的動力加載、相對於操作裝置移動對應元件的力。此外操作裝置布置在相對於轉向機構的可移動部件是位置固定的汽車部件上，而對應元件這樣布置在轉向機構上，使對應元件的空間移位產生對轉向機構的動力加載，這種空間移位可以是沿著直線/曲線的移位或者也可以是圍繞著軸線的旋轉移位。尤其是可以在對應元件和轉向機構之間選擇剛性連接。當操作裝置處在未激活狀態時，即它對對應元件未施加電磁力，對應元件與操作裝置相脫離。這意味著汽車司機在藉助於操縱元件、通常是方向盤進行轉向機構手動操作時不會察覺到裝置的存在。那麼轉向感覺完全或者至少基本上保持不變。當進入一種情況時，在這種情況下汽車的中心監視裝置探測到對轉向機構進行支援幹涉的必要性，那麼操作裝置被激活，即它對對應元件施加電磁力。因為操作裝置相對於汽車基本上是位置固定的，所以產生一個力，該力致力於使對應元件相對於操作裝置移位，並且因此操縱轉向機構。由於在轉向機構內有一定的公差和作用在轉向機構上的一些其它的力和力矩，儘管通過對裝置進行相應的設計和對操作裝置進行控制可以產生足以改變轉向角的電磁力，對轉向機構的動力加載不一定要導致轉向角的變化。操作裝置也可以在不同的控制狀態之間轉換，因此在隨時間的變化過程中動力加載可以用不同大小的量和/或者在不同的方向上進行。由此可以引起轉向機構交替的移位或者部分交替的移位，尤其是在可被汽車司機感覺到的振動、振蕩、搖動、抖動的形式下，特別是當司機通過它操縱方向盤的手感覺到/察覺到這種交替的移位時。此外最後提到的信號傳遞方案具有優點，由裝置發出的報警功能對於其它的汽車乘客基本上察覺不到，因此報警信號例如在汽車司機有意識的離開行車道或者有意識的越線的情況下，不會在汽車乘客中引起不必要的不安全的感覺。這也暗示著交替的移位也可以與有目的用於轉向角變化的加載組合起來。由此司機被暗示可能的危險情況，並且同時為了減少或者防止危險實施轉向角所需要的變化。只要由操作裝置產生的電磁力能導致轉向機構的動力加載，對應元件的布置可以各種各樣的方式進行。如果轉向機構已經具有一個電磁影響的區域(或者多個)，那麼可以放棄附加的對應元件，因為對應元件在本發明的意義下那麼已經可以在轉向機構上實現了，即附屬於轉向機構。
有利的是操作裝置分配給轉向機構的轉向柱，並且對應元件布置在轉向柱上或者附屬於它。由此獲得一個特別有利的裝置布置。那麼操作裝置可以集成到一個現有的開關模塊上。那麼動力加載優選的是作為轉矩作用在轉向柱上。
在本發明優選的技術方案中對感應配置的供電由蓄能器、尤其是由帶有在裝置所希望的最大的作用下確定的容量的電容器進行。因此可以保證裝置、即使在故障的情況下也只可能產生轉向機構的受限制的動力加載。此外尤其是可以設有一個從1秒至5秒，優選的是大約3秒的最大持續時間，和/或者10度到50度，優選的是30度的最大轉向角的變化。
裝置具有監視蓄能器充電狀態的充電控制裝置是具有優點的。它一方面可以監視，對於裝置的優異功能充電狀態是否充分，並且另一方面可以監視，蓄能器是否保持了預先確定的最大電壓電平。如果探測到與額定狀態的偏差，那麼就可以給出誤操作的提示，並且/或者實施裝置的切斷。
根據本發明的改進方案，感應配置具有多個感應元件、尤其是構成線圈的感應元件。尤其是在感應元件處於時間轉換時，它使得作用在對應元件上的動力加載的各種各樣的模式其成為可能。
當感應元件沿著與轉向柱基本上同心的圓弧布置時是有利的。由此在高的效率下同時獲得一個特別緊湊的布置。
此外本發明涉及到一種用於轉向機構動力加載的方法，尤其是帶有根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中根據本發明一個布置在轉向機構上至少具有一個可電磁影響區域的對應元件被產生電磁力的操作裝置移動。
有利的方式是對應元件通過動力加載實施旋轉移位。當對應元件布置在轉向機構的轉向柱上時，那麼對應元件尤其是可以在環形軌道上圍繞著轉向柱的中心軸線移動。與此同時當感應元件沿著第二個環形軌道圍繞著轉向柱的中心軸線、並且徑向至少以微小的間隙與對應元件以一定間隔布置時，與操作裝置獲得一個特別合適的組合間隙。此外旋轉移位的概念可以理解為對應元件在至少大約環形軌道上的一個也是非常小的運動。
在本發明優選的替代方案中旋轉移位沿著交替的方向進行。由此前面描述的振動、振蕩、搖動或者抖動可以很容易實現。
至少一個分配給操作裝置的感應元件，尤其是線圈，被帶有通過時間可變的控制信號的控制單元或者調節單元控制是有利的。由此可以實現在對應元件上動力加載的各種各樣的模式。尤其是可以通過適當的通常多個感應元件的電流產生類似於電機的作用原理的連續的、整流的動力加載，和/或者前面所描述的交替的移位。當使用多個感應元件時，通常是這種情況，那麼每個可以通過一個自身的控制信號控制，或者多個感應元件也可以用分組的方式進行控制。
當至少儲存有一個控制信號的變化過程時是有利的。由此希望的過程可以事先確定或者計算，因此在操作裝置激活時僅僅提取儲存的變化過程。
根據本方法的替代方案至少設置一個這樣的控制信號過程，以致藉助於控制信號引起的多個動力加載的次序產生轉向機構的基本上不變化的轉向角。以這種方式在沒有對轉向機構、尤其是關於轉向角進行有效幹涉下，司機也可以被告知可能的危險情況。
控制信號的至少一種變化過程這樣布置是有利的，使得多個藉助於控制信號引起的動力加載的次序導致轉向機構的變化的轉向角。由此為了使汽車重新沿著希望的行使狀態方向移動，可以實現轉向角的校正或者預校正。而且影響轉向機構的有效力矩給抓著與轉向機構的作用相連的方向盤的司機一個提示，沿著轉向角的哪個方向進行校正。例如當汽車面臨著駛出右側行車道邊界的危險，那麼可以通過一個在方向盤上逆時針作用的轉矩通知司機，他必須繼續向左行使。
有利的方式是基於轉向機構動力加載期待的轉向角與實際的轉向角進行比較。由此可以識別出不期待的運行條件，並且根據需要採取相應的措施。
當在所期待的和實際的轉向角之間的差值超過確定的界限值時，操作裝置切換成無效狀態是優選的。可能會出現一種情況，即在汽車的中心監視裝置探測到轉向角校正的必要性，並且激活裝置，但是司機有意識的想堅持現有的行使情況，例如司機有意識的超越行車道邊界。在這種情況下司機抓緊方向盤，因此它通過裝置對轉向機構的動力加載施加一個對抗力。由此確定的動力加載不會導致應該是被期待的轉向角。因為裝置的功能必須保持在司機意願的次一等級，所以操作裝置在所描述情況下處於無效狀態。
此外充電控制裝置監視分配給操作裝置的蓄能器的充電狀態是有利的，並且在識別出故障情況時關掉操作裝置和/或者排空蓄能器。當蓄能器的充電狀態位於在額定範圍之外，尤其是位於其上時，那麼操作裝置將處於無效狀態。否則在蓄能器太高電壓的情況下，操作裝置可能產生過大的動力加載。
附圖
現在本發明將藉助於一個實施例詳細說明。其中附圖表示了一個用於轉向機構動力加載的裝置。
實施例的說明附圖表示了一個用於對轉向機構10動力加載的裝置1，這裡是通過轉向柱12，具有分配給轉向機構10的操作裝置14和布置在轉向機構10上的對應元件16。對應元件16至少具有一個按照前面一般描述的功能方式構成的、可電磁影響的區域18。這裡帶有由多個感應元件24或者線圈26構成的感應配置22的操作裝置14在相應的驅動控制時對對應元件16施加電磁力，並且因此圍繞著轉向柱12的中心軸線28對轉向柱12施加轉矩。感應元件24沿著與轉向柱12基本上同心的圓弧布置，並且與對應元件16保持一定間距。這裡感應配置22的供電由構成電容器32的蓄能器30通過變頻器34實現。電容器32的充電藉助於接在電壓U上的充電單元36進行。控制單元38，如果有這種情況也作為調節單元來執行，利用來自信息傳遞系統40的信號，藉助於集成的充電控制裝置42監視電容器32的充電狀態和充電單元36的功能，並且在需要的情況下通過控制線路44控制變頻器34。充電單元36具有轉換開關46，它可以在用實線表示的第一位置48和用虛線表示的第二位置50之間轉換。在第一位置48上在電容器32和變頻器34之間形成通電連接，其中電容器32和變頻器34脫離電壓U(為了解釋清楚功能方式的原理，這裡電壓供給又象徵性地表示在充電單元36中)。與此相比在第二位置50上在電容器32和電壓供給之間形成通電連接，其中變頻器34不僅脫離電壓供給也脫離電容器32。這意味著變頻器34總是只由電容器32用受限制的電容供電，並且排除了與在一定程度上表示一個幾乎不受控制的動力源的電壓供給(電壓U)無控制的連接。裝置1的作用方式後面將進行說明。
開始時通過電容器32的充電過程的一個外部信號通過充電單元36推動。與此同時轉換開關46處在第二位置50。隨著預先確定的額定電壓的達到，充電過程結束，並且轉換開關46被移到第一位置48。這時裝置1可以投入使用了。當控制單元38從信息傳遞系統40採集到請求裝置1行動的信號時，控制單元38通過控制線路44控制變頻器34。與此同時藉助於在控制單元38中儲存的過程或者信號順序進行控制。控制單元38也可以用不同的信號順序對不同的情況作出反應。變頻器34的功能是眾所周知的，並且不必進一步說明。在圖示的實施例中，藉助於適當的開關設備，在變頻器34中由直流電壓U＝產生交流電壓，這裡是產生交流電流U≈。由此在轉向柱12上產生振動，它以選擇的方式得到由此產生的、用於轉向角校正的剩餘力矩。只有線圈26的有目的的控制可得到這樣的剩餘力矩，因此例如在偶然控制的錯誤的情況下、或者在信號順序保持在一個固定的電平上時不會出現連續的剩餘力矩。
概括起來說，本發明尤其突出的在於具有以下優點在裝置1未激活時跟沒有裝置1的轉向裝置10相比得到不變化的轉向感覺。
通過對操作裝置14的間接供電最大可能的動力加載保持在確定的範圍內。
因為變頻器34任何時候都不直接與電壓U相連，所以電壓U決不會引起線圈26的直接電流。
充電控制器保證蓄能器30隻被充電到確定的電平上。
對轉向裝置10有效的動力加載只在線圈26目標明確的通電模式下進行。偶然地或者時間上恆定的電流不會導致連續的動力加載。
所以這涉及到一個非常可靠的裝置1，它在不激活時保持不被察覺到。
權利要求
1.用於對尤其是汽車的轉向機構(10)進行動力加載的裝置(1)，其具有分配給轉向機構(10)的操作裝置(14)，和布置在轉向機構(10)上或者附屬於它的對應元件(16)，其特徵在於，操作裝置(14)具有在對應元件(16)上產生電磁力的感應配置(22)，其中對應元件(16)至少具有一個可電磁影響的區域(18)，因此可產生使對應元件(16)相對於操作裝置(14)移動的力，用於對轉向機構(10)進行動力加載。
2.根據權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，操作裝置(14)分配給轉向機構(10)的轉向柱(12)，並且對應元件(16)布置在該轉向柱(12)上或者附屬於它。
3.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，感應配置(22)的供電由蓄能器(30)、尤其是由具有按照裝置(1)的所希望的最大作用確定的容量的電容器(32)進行。
4.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，具有監視蓄能器(30)充電狀態的充電控制裝置(42)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，感應配置(22)具有多個感應元件(24)、尤其是構成線圈(26)的感應元件。
6.根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，感應元件(24)沿著與轉向柱(12)基本上同心的圓弧布置。
7.對轉向機構(10)進行動力加載的方法，尤其是利用根據前述權利要求中任一項所述的裝置(1)，其特徵在於，一個布置在轉向機構(10)上、具有至少一個可電磁影響的區域(18)的對應元件(16)被產生電磁力的操作裝置(14)移動。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，對應元件(16)通過動力加載實施旋轉移位。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，旋轉移位沿著交替的方向進行。
10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，至少一個分配給操作裝置(14)的感應元件(24)，尤其是線圈(26)，被帶有隨時間可變的控制信號的控制單元(38)或者調節單元(38)控制。
11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，儲存有控制信號的至少一種變化過程。
12.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，控制信號的至少一種變化過程是這樣設置的，使得藉助於控制信號引起的多個動力加載的次序產生轉向機構(10)的基本上不變化的轉向角。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，控制信號的至少一種變化過程是這樣設置的，使得藉助於控制信號引起的多個動力加載的次序產生轉向機構(10)的變化的轉向角。
14.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，將基於轉向機構(10)的動力加載所預期的轉向角與實際的轉向角進行比較。
15.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，當在所預期的轉向角和實際的轉向角之間的差值超過一定的界限值時，將操作裝置(14)切換成無效狀態。
16.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，充電控制裝置(42)監視分配給操作裝置(14)的蓄能器(30)的充電狀態，並且在識別出故障情況時關掉操作裝置(14)和/或者排空蓄能器(30)。
全文摘要
用於對尤其是汽車的轉向機構(10)進行動力加載的裝置(1)，其具有分配給轉向機構(10)的操作裝置(14)，和布置在轉向機構(10)上或者附屬於它的對應元件(16)，其特徵在於，操作裝置(14)具有在對應元件(16)上產生電磁力的感應配置(22)，其中對應元件(16)至少具有一個可電磁影響的區域(18)，因此可產生使對應元件(16)相對於操作裝置(14)移動的力，用於對轉向機構(10)進行動力加載。此外本發明涉及一種相應的方法。
文檔編號B62D6/00GK101080344SQ200580043536
公開日2007年11月28日 申請日期2005年12月13日 優先權日2004年12月27日
發明者W·克尼, J·施克, A·武爾茨-韋澤爾, S·斯克特 申請人:羅伯特·博世有限公司