DE102007038902A1 - Electrical power steering system has torque sensor and control device that is connected with torque sensor, and electro motor is connected with control unit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Lenkhilfesystem.The The invention relates to an electric power steering system.
Derartige elektrische Lenkhilfesysteme sind bereits bekannt. Sie weisen ein Lenkrad auf, welches mit einem Ritzelgetriebe zusammenwirkt. Das Lenkrad ist über einen Eingangsschaft, einen Drehmomentsensor und einen Ausgangsschaft mit dem Ritzelgetriebe verbunden. Das Ritzelgetriebe hat schräg verlaufende Zähne, die mit gerade verlaufenden Zähnen einer Zahnstange zusammenwirken. Die Zahnstange ist mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden. Wird das Lenkrad vom Fahrer gedreht, dann wird diese Drehbewegung umgesetzt in eine lineare Bewegung der Zahnstange, welche wiederum auf die Räder des Fahrzeugs in gewünschter Weise einwirkt. Dieser Vorgang wird durch einen Elektromotor unterstützt, welcher von einem Steuergerät angesteuert wird. Dieses Steuergerät stellt Steuersignale für den Elektromotor bereit, mittels welcher der Motorstrom oder die Motorspannung derart beeinflusst wird, dass der Grad der Lenkhilfe in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Drehmomentsensors, eines Geschwindigkeitssensors und eines Rotorpositionssensors verändert bzw. eingestellt wird.such Electric power steering systems are already known. You assign Steering wheel, which cooperates with a pinion gear. The Steering wheel is via a input shaft, a torque sensor and an output shaft connected to the pinion gear. The pinion gear has oblique teeth that run with straight Interacting teeth of a rack. The rack is connected to the wheels of the vehicle. Will the steering wheel Turned by the driver, then this rotational movement is converted into a linear movement of the rack, which in turn on the wheels the vehicle acts in the desired manner. This process is supported by an electric motor, which of a control unit is controlled. This controller provides control signals for the electric motor, by means of which affects the motor current or the motor voltage in such a way will that the degree of power assistance depends on the Output signals of a torque sensor, a speed sensor and a rotor position sensor changed or adjusted becomes.
Aus
der
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Aus
der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes elektrisches Lenkhilfesystem anzugeben.The The object of the invention is an improved electrical Specify steering assistance system.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Lenkhilfesystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2–13.These Task is by an electric power steering system with the in the claim 1 specified characteristics solved. Advantageous embodiments and Further developments of the invention are the subject of the dependent Claims 2-13.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass aufgrund der direkten Kopplung des Elektromotors über einen Drehmomentwandler mit der Zahnstange eine leistungsoptimierte Auslegung des elektrischen Lenkhilfesystems erfolgen kann. Beispielsweise kann das Übersetzungsverhältnis des Drehmomentwandlers in jeweils notwendiger Weise gewählt werden. Ferner kann die Steifigkeit des Lenkhilfesystems im Hinblick auf jeweils vorliegende Anforderungen optimiert werden. Weiterhin können große Zahnstangenkräfte realisiert werden. Darüber hinaus sind auch niedrige Geräuschpegel erreichbar.The Advantages of the invention are that due to the direct Coupling of the electric motor via a torque converter with the rack a performance-optimized design of the electric Power steering system can be done. For example, the gear ratio the torque converter selected in each case necessary become. Furthermore, the rigidity of the power steering system with regard to be optimized for each existing requirements. Farther can realize large rack forces become. In addition, there are also low noise levels reachable.
Durch die im Anspruch 2 angegebene bauliche Einheit von Elektromotor und Steuergerät wird sowohl Bauraum als auch eine Kabelverbindung zwischen dem Elektromotor und dem Steuergerät eingespart.By the specified in claim 2 structural unit of electric motor and Control unit is both space and a cable connection saved between the electric motor and the control unit.
Im Anspruch 3 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Drehmomentwandlers angegeben, mittels welchem das vom Elektromotor bereitgestellte Hilfsdrehmoment in eine lineare Bewegung der Zahnstange umgesetzt wird. Mittels dieser Ausgestaltung ist ein weiter Bereich von Zahnstangenkräften realisierbar.In claim 3, an advantageous embodiment of the torque converter is specified, by means of which provided by the electric motor auxiliary torque is converted into a linear movement of the rack. By means of this embodiment, a wide range of rack forces can be realized.
Vorzugsweise verläuft die Achse des Elektromotors parallel zur Zahnstangenachse. Dadurch wird weiterer Bauraum eingespart.Preferably the axis of the electric motor is parallel to the rack axis. This saves additional space.
Durch die im Anspruch 5 angegebene Anordnung des Drehmomentsensors innerhalb des Lenkgetriebegehäuses oder am Lenkgetriebegehäuse ist das von der Straße kommende Feedback auf das Lenkhilfesystem verbessert.By specified in claim 5 arrangement of the torque sensor within the steering gear housing or the steering gear housing is the feedback from the road to the power steering system improved.
Durch die im Anspruch 6 angegebene Ausgestaltung des Elektromotors wird in vorteilhafter Weise eine sichere Befestigung der Permanentmagnete im Rotorkörper erreicht. Die mit der Umgebung in Kontakt stehende Oberfläche der Permanentmagnete ist reduziert. Dadurch sind die Permanentmagnete besser vor Korrosion und vor einer Entmagnetisierung geschützt. Des Weiteren ist sichergestellt, dass sich während des Betriebes keine Magnetpartikel von den Permanentmagneten ablösen und in den Raum zwischen dem Rotor und dem Stator gelangen können. Darüber hinaus sind die Anforderungen an die Oberfläche der Permanentmagnete reduziert. Es können sowohl ungeschliffene als auch teilweise geschliffene als auch vollständig geschliffene Blockmagnete verwendet werden.By the specified in claim 6 embodiment of the electric motor is advantageously a secure attachment of the permanent magnets reached in the rotor body. The in contact with the environment standing surface of the permanent magnets is reduced. As a result, the permanent magnets are better from corrosion and from one Degaussing protected. It also ensures that during operation no magnetic particles from the Detach permanent magnets and place them in the space between them Rotor and the stator can get. About that In addition, the requirements for the surface of the permanent magnets reduced. It can be both unpolished and partially ground as well as completely ground block magnets be used.
Durch eine geeignete Gestaltung der Mantelfläche des Rotors, wofür im Anspruch 7 ein Beispiel angegeben ist, kann eine sinusförmige Magnetflussverteilung im Luftspalt erreicht werden. Dies führt zu einer Reduzierung des Rastmomentes und der Drehmomentschwankungen des Elektromotors.By a suitable design of the lateral surface of the rotor, for which an example is given in claim 7, a Sinusoidal magnetic flux distribution achieved in the air gap become. This leads to a reduction of the cogging torque and the torque fluctuations of the electric motor.
Die in den Ansprüchen 8 und 9 angegebenen Flussbrücken zwischen den Permanentmagneten, die klein ausgeführt sein können, dienen der Steigerung der Abgabeleistung des Elektromotors.The in the claims 8 and 9 indicated flow bridges between the permanent magnets, which are made small can serve to increase the power output of the electric motor.
Ist der Elektromotor derart ausgelegt, dass eine Sättigung vermieden wird, dann sind die Drehmomentschwankungen weiter reduziert.is the electric motor designed such that a saturation is avoided, then the torque fluctuations are further reduced.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigtFurther advantageous properties of the invention will become apparent from the exemplary explanation with reference to the figures. It shows
Die
Durch
die genannten Lenkbewegungen des Fahrers wird ein Drehmoment erzeugt.
Dieses wird mittels eines Drehmomentsensors
Das
Steuergerät
Der
Elektromotor
Das
Hilfsdrehmoment des Elektromotors
Der
Elektromotor
Die
Verwendung eines gesonderten Drehmomentwandlers hat den Vorteil,
dass das vom Elektromotor
Die
Der
Rotor
Der
Statur
Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Statur insgesamt
zwölf Statorzähne und demzufolge auch zwölf
Statornuten auf. Die Phasenwicklungen des Stators sind in bestimmter
Weise miteinander verschaltet, beispielsweise sternförmig
oder dreieckförmig. Die Außenkontur bzw. Mantelfläche
des Rotors des in der
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Rotors eines Elektromotors, wie er
bei der Erfindung verwendet werden kann, ist in der
Weiterhin
weist der in der
Die
Durch
diese Flussbrücken
Die
Wie
oben ausgeführt wurde, berechnet das Steuergerät
Die
Um
einen möglichst sinusförmigen Verlauf des von
den Permanentmagneten
Der
Elektromotor
Jeder
Statorzahn
In
der Ausführung des Stators gemäß
Zwischen
dem Rotor
Zur
Reduzierung der Drehmomentwelligkeiten des Elektromotors
Jede
Magnetflusssperre
Die
beiden pro Statorzahn
Zu
weiteren Reduzierung der Drehmomentwelligkeit des Elektromotors
Die
Die
in der
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach alledem ein elektrisches Lenkhilfesystem bereitgestellt, bei welchem der ein Hilfsdrehmoment bereitstellende Elektromotor fest mit dem Lenkgetriebegehäuse verbunden oder integrierter Bestandteil dieses Lenkgetriebegehäuses ist, bei welchem der Elektromotor das vom ihm bereitgestellte Hilfsdrehmoment über einen eigenen Drehmomentwandler an die Zahnstange überträgt und bei welchem vorzugsweise auch der Drehmomentsensor am oder im Lenkgetriebegehäuse positioniert ist. Die Steuersignale für den Elektromotor werden von einem Steuergerät bereitgestellt, welches zur Berechnung der Lenkunterstützung das vom Drehmomentsensor gelieferte Sensorsignal und ein von einem Rotorlagegeber bereitgestelltes Ausgangssignal berücksichtigt und welches vorzugsweise das Ansteuersignal für den Elektromotor derart bereitstellt, dass eine Sättigung des Elektromotors vermieden wird. Bei dem Elektromotor handelt es sich vorzugsweise um eine permanenterregte Synchronmaschine, welche einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei in Aufnahmetaschen des Rotorkörpers Permanentmagnete eingesetzt sind. Insbesondere kann die Mantelfläche des Rotors pilzkopfförmige Erhebungen aufweisen, jeder Statorzahn mit einer Magnetflusssperre versehen sein und auch im Rotorkörper Magnetflusssperren vorgesehen sein. Vorzugsweise ist jeder Statorzahn mit seinem radial inneren Ende mit radial inneren Enden benachbarter Statorzähne verbunden.According to the The present invention, after all, becomes an electric power steering system provided in which the auxiliary torque providing Electric motor firmly connected to the steering gear housing or integrated part of this steering gear housing is, in which the electric motor over the auxiliary torque provided by him over transmits its own torque converter to the rack and in which preferably also the torque sensor on or in Steering gear housing is positioned. The control signals for the electric motor are from a control unit provided for calculating the steering assistance the sensor signal supplied by the torque sensor and one of a Rotor position sensor provided output signal considered and which preferably the drive signal for the electric motor such provides a saturation of the electric motor is avoided. The electric motor is preferably to a permanent magnet synchronous machine, which has a stator and a Rotor, wherein in receiving pockets of the rotor body Permanent magnets are used. In particular, the lateral surface have the rotor mushroom-shaped elevations, each Statorzahn be provided with a magnetic flux barrier and also in Rotor body magnetic flux barriers may be provided. Preferably is each stator tooth with its radially inner end with radially inner Connected ends of adjacent stator teeth.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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