СПОСОБ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ЛЮФТА В ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕ МЕЖДУ РУЛЕВЫМ КОЛЕСОМ И КЛАПАНОМ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ
METHOD FOR BACKFLASH COMPENSATION IN GEARTRAIN BETWEEN THE STEERING WHEEL AND THE STEERING CONTROL VALVE

Изобретение относится к системе рулевого управления с гидравлическим усилителем и соответствующему способу работы, в котором цилиндр рулевого управления, который прикладывает поддерживающее усилие к зубчатой передаче рулевого управления, интегрирован в гидравлический контур посредством клапана рулевого управления. Поддерживающее усилие, передаваемое клапаном рулевого управления в соответствии с моментом поворота, прикладывается к рулевому колесу посредством зубчатой передачи, имеющей люфт. Система рулевого управления также содержит привод, который действует на зубчатую передачу для того, чтобы осуществлять относительную корректировку зубчатой передачи.
Обычная система рулевого управления с гидравлическим усилителем автотранспортного средства, такого как легковой автомобиль, служит для корректировки рулевого управления колесами, особенно передними колесами, двухколейного автотранспортного средства. Колеса поворачиваются или разворачиваются вокруг их оси поворота посредством зубчатой передачи рулевого управления. Это инициируется водителем автотранспортного средства его рулевым колесом, которое соединено с зубчатой передачей рулевого управления посредством вала рулевого управления, также называемого рулевой колонкой, при помощи промежуточного, так называемого рулевого привода. Поддерживающее усилие может быть приложено к этой зубчатой передаче рулевого управления посредством так называемого цилиндра рулевого управления, образованного как гидравлический синхронизированный цилиндр. Это осуществляется в зависимости от степени поворота левого и правого колеса, сообщаемого водителем посредством клапана рулевого управления, действие которого связано с торсионным валом, или скручивающим моментом, приложенным к нему, соответственно, который, в свою очередь, соответствует моменту поворота, прикладываемому водителем. Таким образом, клапан рулевого управления устанавливает зависимость между моментом поворота и поддерживающим усилием.
Такие обычные системы рулевого управления с гидроусилением или системы рулевого управления с усилителем, соответственно, характеризуются высокой плотностью энергии, высоким максимальным усилием, а также хорошими динамическими характеристиками.
Клапан рулевого управления действует для установления поддерживающего усилия изменением открытия клапана рулевого управления и, таким образом, действует в прямой зависимости от момента поворота, приложенного к рулевому колесу. Кроме того, известны системы рулевого управления, в которых открытие клапана рулевого управления устанавливается посредством зубчатой передачи, например, шестерни зубчатой передачи в сборе между валом шестерни и клапанной втулкой. В частности, такая зубчатая передача предусмотрена в системах рулевого управления, где, кроме того, отношение между открытием клапана рулевого управления и приложенным моментом поворота, т.е. характеристиками клапана (также называемыми кривой наддува) может изменяться приводом. Такие системы рулевого управления раскрыты, например, в патентах DE 102007028529 A1, ЕР 1514766 А1 и DE 102004015991 A1 и были созданы под термином "момента наложения" для расширения функциональности гидравлического рулевого управления с точки зрения автоматической парковки и удержания полосы движения. В то время как в обычных клапанах рулевого управления открытие клапана рулевого управления и, таким образом, инициирование помощи рулевому управлению непосредственно связано с моментом поворота, приложенным к рулевому колесу, в настоящем документе дополнительное наложение включено посредством привода. Например, в традиционной системе рулевого управления, вал шестерни зацепляет зубчатую рейку, неподвижно соединенную с клапанной втулкой, в то время как в клапанах согласно изобретению, например, возможно относительное перемещение, вызванное приводом. Существуют различные технические подходы, известные специалисту в данной области.
Все эти подходы имеют недостаток, что зубчатая передача имеет люфт, и, как следствие, изменение направления поворота, существует диапазон угла поворота управляемых колес, в котором открытие клапана рулевого управления не соответствует моменту поворота и является запаздывающим. Это сильно затрудняет контроль рулевого управления; и в лучшем случае, вызывает весьма косвенное рулевое управление, что воспринимается как недостаток; как правило, водитель будет ощущать этот люфт как неустойчивый момент поворота, особенно при множественных изменениях направления, например, при длительно продолжающихся изгибах. Эта ощущение неустойчивости также называется "дрожанием рук". Такое дрожание рук особенно возникает при высоких перепадах давлений в обеих камерах гидравлического цилиндра и с крутой кривой наддува, так как в этом рабочем диапазоне, небольшой угол перепада из-за люфта действительно вызывает, понятно, более значительные перепады давления.
На фоне недостатков предшествующего уровня техники, задачей настоящего изобретения, поэтому, является улучшение производительности рулевого управления и, в частности, устранение недостатков люфта в зубчатой передаче, которой управляет корректирующий клапан рулевого управления по меньшей мере в особых ситуациях рулевого управления, и для повышения производительности срабатывания системы рулевого управления с гидравлическим усилителем.
Эта задача достигается с помощью способа согласно п.1 формулы изобретения и согласно независимых пунктов формулы изобретения устройства. Предпочтительные варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения. Следует отметить, что отдельные признаки, упомянутые в формуле изобретения, могут быть объединены друг с другом любым технически разумным способом и могут повлечь за собой дополнительные варианты осуществления изобретения. Описание дополнительно характеризует и уточняет изобретение.
Предлагаемый способ работы системы рулевого управления с гидравлическим усилителем предусматривает цилиндр рулевого управления, прикладывающий поддерживающее усилие к зубчатой передаче рулевого управления посредством клапана рулевого управления, при этом открытие клапана рулевого управления определяет поддерживающее усилие, который интегрирован в гидравлический контур. Кроме того, гидравлический контур, например, содержит гидравлический насос, который оказывает давление на гидравлическую жидкость, чтобы вызвать циркуляцию.
Клапан рулевого управления, предусмотренный согласно предлагаемому способу работы, вызывает корректировку поддерживающего усилия изменением отверстия клапана рулевого управления в клапане рулевого управления в прямой зависимости от момента поворота, приложенного к рулевому колесу. Согласно изобретению изменение открытия клапана рулевого управления вызывается посредством зубчатой передачи, имеющей люфт, которая, например, прикладывает движение поворота вала шестерни к клапанной втулке клапана рулевого управления. Кроме того, изобретение предусматривает привод, который действует на зубчатую передачу, чтобы вызвать относительную корректировку зубчатой передачи, т.е., например, поворот клапанной втулки относительно вала шестерни. Согласно изобретению способ работы, таким образом, содержит этап компенсации, в котором, при условии, что изменение направления поворота обнаружено, зубчатая передача относительно корректируется посредством привода в направлении, противоположном направлению предшествующего зацепления зубчатой передачи, в течение заданного времени действия или заданного интервала корректировки. Например, изменение направления зацепления может означать обратное направление вращения шестерни зубчатой передачи. Эта мера может, по меньшей мере, частично компенсировать люфт, то есть зазор, вызванный люфтом. Это, таким образом, не допускает, что при изменении направления поворота открытие клапана рулевого управления не следует моменту поворота. В результате ухудшение ощущения управляемости, такого как так называемое дрожание рук, уменьшается, если не устраняется.
Термин система рулевого управления с гидравлическим усилителем следует интерпретировать в широком смысле, чтобы включить все системы рулевого управления, имеющие гидравлический усилитель рулевого управления, а не ограничиваться системой рулевого управления с механизмом реечной передачи, т.е. механизмом реечной передачи между рулевой колонкой и тягой рулевого управления. Например, это может быть гидравлически помогающий блок системы рулевого управления или гидравлически помогающая система винтореечного рулевого механизма с шариковой гайкой. Предпочтительно система рулевого управления с усилителем содержит механизм реечной передачи, зацепляющийся за зубчатую рейку, а также выходной вал, соединенный с шестерней без поворота, который также называют зубчатым валом, и зубчатая передача предусмотрена между клапаном рулевого управления и выходным валом.
Согласно предпочтительному варианту осуществления соотношение между клапаном рулевого управления и приложенным моментом поворота и, таким образом, характеристиками клапана (также называемыми кривой наддува) может изменяться с помощью привода. Такие клапаны рулевого управления известны, например, из патентов DE 102007028529 A1, ЕР 1514766 А1 и DE 102004015991 A1: они разрабатывались под термином "момента наложения" для расширения функциональности гидроусилителя рулевого управления с точки зрения автоматической парковки и удержания полосы движения. В то время как в обычных клапанах рулевого управления открытие клапана рулевого управления и, таким образом, инициирование помощи рулевому управлению непосредственно связано с моментом поворота, приложенным к рулевому колесу, в настоящем документе дополнительное наложение включено посредством привода. Зубчатая передача предусмотрена между приводом и клапаном рулевого управления. Изготовление зубчатых передач с пониженным люфтом является дорогостоящим и сложным, поскольку компоненты зубчатых передач должны иметь ограниченные производственные допуски. Например, в традиционной системе рулевого управления, вал шестерни, зацепляющийся с зубчатой рейкой, и клапанная втулка прикреплены друг к другу, в то время как в клапанах согласно изобретению привод позволяет относительную корректировку открытия клапана рулевого управления. Имеется много технических подходов для этого, которые знакомы специалистам в данной области.
Согласно одному варианту осуществления изменение характеристик клапана рулевого управления означает поворотную корректировку втулки клапана рулевого управления по отношению к положению, определенному положением вала шестерни. В этом варианте осуществления вал шестерни и входной вал могут быть обратимо поворотными относительно друг к другу посредством торсиона. Положение клапанной втулки относительно входного вала определяет поддерживающее усилие. Таким образом, относительное вращение клапанной втулки также вызывает относительное вращение входного вала, и поддерживающее усилие изменяется при вращении.
В соответствии с несложным вариантом осуществления максимальный интервал корректировки, вызванный приводом, жестко определяется для всех положений рулевого управления как постоянное значение и, таким образом, адаптирован к люфту зубчатой передачи. Хотя эта процедура согласно изобретению сводит к минимуму «дрожание рук», этот «жесткий» порядок не является оптимальным и оказывает вредное воздействие на стабильность для регулирования поддерживающего усилия. Поэтому является предпочтительным, что максимальный интервал корректировки и/или время корректировки и/или скорость корректировки выбираются в соответствии с параметрами рулевого управления, такими как текущий или предшествующий момент поворота и/или текущая скорость поворота, для исправления люфта в зависимости от ситуации рулевого управления. Например, максимальный интервал корректировки зависит от угла поворота и увеличивается, когда угол поворота отличается от движения по прямой.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления интервал корректировки и/или продолжительность и/или скорость корректировки выбирают в зависимости от параметров, таких как текущая скорость транспортного средства или текущая угловая скорость рыскания.
Согласно другому варианту осуществления этап компенсации не предусмотрен, если угол поворота не превышает определенного значения. Например, этап компенсации выполняется, когда угол поворота превышает несколько градусов, например, 1° относительно прямолинейного положения.
Согласно другому варианту осуществления предусмотрено, что люфт зубчатой передачи обнаружен. В одном варианте осуществления люфт обнаруживается посредством датчика крутящего момента между входным валом и клапанной втулкой рулевого управления в соответствующих движущих или рулевых ситуациях. Например, люфт может быть также определен при изготовлении системы рулевого управления.
В другом предпочтительном варианте осуществления угол поворота определяется и сохраняется, в то время как направление поворота изменяется, и на следующем этапе компенсации интервал корректировки от привода выбирается пропорционально разнице между текущим и сохраненным углом поворота.
Согласно одному варианту осуществления предусмотрено, что изменение направления поворота, т.е. изменение направления поворота рулевого колеса, обнаруживается посредством датчика угла поворота на валу шестерни.
Предпочтительно изменение направления поворота обнаруживается датчиком угла поворота, который непосредственно определяет направление вращения входного вала, имеющего подсоединение к рулевому колесу без поворота.
Согласно предпочтительному варианту осуществления клапан рулевого управления имеет планетарную зубчатую передачу для изменения характеристик клапана с помощью привода. Такие клапаны рулевого управления характеризуются их особенно быстрой и точной регулируемостью характеристик клапана. Такие клапаны рулевого управления известны из патента DE 102004049686 A1. Еще более предпочтительным является вариант осуществления, описанный в патенте DE 102009029532, который полностью включен в настоящее описание посредством ссылки.
Предпочтительно, что привод согласно изобретению является электромеханическим приводом, таким как многофазный электродвигатель или серводвигатель.
Согласно другому аспекту варианта осуществления способа по изобретению, предопределенный максимальный интервал корректировки установлен неизменно приводом, например, с постоянным или синусоидальным увеличением к максимальному установленному значению, то есть привод установлен так, чтобы избегать каких-либо резких корректировок. Это предотвращает подрегулировку от акустического распознавания и/или оптического распознавания на рулевом колесе посредством тракта рулевого управления. Постоянное увеличение означает, например, линейно возрастающую корректировку до максимального значения интервала корректировки, который может соответствовать люфту зубчатой передачи. Синусоидальное увеличение означает увеличение, соответствующее синусоидальной форме между 0 и 90°. Предпочтительно, крутизну, то есть скорость, с которой осуществляется устойчивая корректировка, выбирают в зависимости от рулевой ситуации, например, в зависимости от угла поворота, существующего до корректировки и/или текущей скорости поворота. Например, на большой скорости поворота (т.е. быстром изменении угла рыскания), привод изменяет к максимальному значению интервал корректировки всего за несколько микросекунд, в то время как на малой скорости поворота, корректировка может быть осуществлена за 100 мс или более.
Изобретение также относится к системам рулевого управления с гидравлическим усилителем, содержащим: гидравлический контур, цилиндр рулевого управления, интегрированный в гидравлический контур, прилагающий поддерживающее усилие к зубчатой передаче рулевого управления, клапан рулевого управления, интегрированный в гидравлический контур, который устанавливает поддерживающее усилие в соответствии с моментом поворота, прилагаемым к рулевому колесу, посредством зубчатой передачи, имеющей люфт. Система рулевого управления также содержит привод, который действует на зубчатую передачу для того, чтобы вызвать относительную ее корректировку, и блок управления, при этом блок управления образован для выполнения способа работы согласно одного из вариантов осуществления, описанных выше. Изобретение, таким образом, содержит этап компенсации, в котором, при условии, что изменение направления поворота обнаружено, зубчатая передача относительно корректируется посредством привода в направлении, противоположном направлению предшествующего зацепления зубчатой передачи, в течение заданного времени действия или заданного интервала корректировки. Изменение направления зацепления означает, например, изменение в направлении вращения шестерни зубчатой передачи. Эта мера может по меньшей мере частично компенсировать люфт, то есть зазор, вызванный люфтом. Это не допускает, что при изменении направления поворота открытие клапана рулевого управления не следует моменту поворота. В результате ухудшение ощущения управляемости, такое как так называемое дрожание рук, уменьшается или даже устраняется. Системы рулевого управления, которые соответственно оборудованы, могут быть изготовлены более экономически эффективно, так как производственные допуски могут быть уменьшены.