用于对转向机构动力加载的装置和方法

专利名称：用于对转向机构动力加载的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的、尤其是对汽车的转向机构动力加载的装置，以及一种根据权利要求7前序部分所述的相应的方法。
现有技术用于转向机构、尤其是汽车的转向机构的动力加载装置已是众所周知的。它尤其是在与用于在确定的行车道上汽车导向的行使辅助系统相联系下投入使用。此外行车道用传感系统测量。然后例如借助于获得的结果可以发现离开行车道或者外推出汽车在不需要其它的干涉下离开行车道的时刻。由获得的数据可以得出这种可能性，用提示或者也通过主动的干涉支援司机。根据现有技术提示例如通过一个扬声器或者通过座椅面的振动传递给司机。这种方法虽然向司机发出了警告，但是采用何种措施防止可能的危险情况，这种方法对他的通知还不够快。例如一个陷入瞬间的睡眠、并且驶出了边界线的司机在警告提示的一瞬间不清楚，要进行多大和沿着哪个方向使汽车退回行车道的转向运动。为了消除这一缺点，可以使用机械的与转向机构的转向柱相连接的伺服电机。例如当传感器识别出汽车向右离开了行车道，那么为了向左改变转向角，借助于电机在转向柱上施加一个力或者一个转矩，并且使汽车重新驶回行车道。然而与此同时它还是有缺点，在电机中的误差或者在电机控制中的误差可能以不希望的、可能导致横向动力危险的误差力矩加载转向柱。此外电机以它自身的旋转质量惯性、尤其是在大的变速比时提供了一个干扰转向感觉的变化，这对于汽车司机是不能接受的。所以始终希望有一种装置，它基本上或者甚至完全不影响转向的感觉，并且在误动作时不会出现事故风险。
本发明的优点对于具有分配给转向机构的操作装置和布置在转向机构上或者它附属的对应元件的用于转向机构、尤其是汽车转向机构的动力加载装置，根据本发明提出，操作装置具有在对应元件上产生电磁力的感应配置，其中对应元件具有至少一个可电磁影响的区域，因此可产生用于转向机构的动力加载、相对于操作装置移动对应元件的力。此外操作装置布置在相对于转向机构的可移动部件是位置固定的汽车部件上，而对应元件这样布置在转向机构上，使对应元件的空间移位产生对转向机构的动力加载，这种空间移位可以是沿着直线/曲线的移位或者也可以是围绕着轴线的旋转移位。尤其是可以在对应元件和转向机构之间选择刚性连接。当操作装置处在未激活状态时，即它对对应元件未施加电磁力，对应元件与操作装置相脱离。这意味着汽车司机在借助于操纵元件、通常是方向盘进行转向机构手动操作时不会察觉到装置的存在。那么转向感觉完全或者至少基本上保持不变。当进入一种情况时，在这种情况下汽车的中心监视装置探测到对转向机构进行支援干涉的必要性，那么操作装置被激活，即它对对应元件施加电磁力。因为操作装置相对于汽车基本上是位置固定的，所以产生一个力，该力致力于使对应元件相对于操作装置移位，并且因此操纵转向机构。由于在转向机构内有一定的公差和作用在转向机构上的一些其它的力和力矩，尽管通过对装置进行相应的设计和对操作装置进行控制可以产生足以改变转向角的电磁力，对转向机构的动力加载不一定要导致转向角的变化。操作装置也可以在不同的控制状态之间转换，因此在随时间的变化过程中动力加载可以用不同大小的量和/或者在不同的方向上进行。由此可以引起转向机构交替的移位或者部分交替的移位，尤其是在可被汽车司机感觉到的振动、振荡、摇动、抖动的形式下，特别是当司机通过它操纵方向盘的手感觉到/察觉到这种交替的移位时。此外最后提到的信号传递方案具有优点，由装置发出的报警功能对于其它的汽车乘客基本上察觉不到，因此报警信号例如在汽车司机有意识的离开行车道或者有意识的越线的情况下，不会在汽车乘客中引起不必要的不安全的感觉。这也暗示着交替的移位也可以与有目的用于转向角变化的加载组合起来。由此司机被暗示可能的危险情况，并且同时为了减少或者防止危险实施转向角所需要的变化。只要由操作装置产生的电磁力能导致转向机构的动力加载，对应元件的布置可以各种各样的方式进行。如果转向机构已经具有一个电磁影响的区域(或者多个)，那么可以放弃附加的对应元件，因为对应元件在本发明的意义下那么已经可以在转向机构上实现了，即附属于转向机构。
有利的是操作装置分配给转向机构的转向柱，并且对应元件布置在转向柱上或者附属于它。由此获得一个特别有利的装置布置。那么操作装置可以集成到一个现有的开关模块上。那么动力加载优选的是作为转矩作用在转向柱上。
在本发明优选的技术方案中对感应配置的供电由蓄能器、尤其是由带有在装置所希望的最大的作用下确定的容量的电容器进行。因此可以保证装置、即使在故障的情况下也只可能产生转向机构的受限制的动力加载。此外尤其是可以设有一个从1秒至5秒，优选的是大约3秒的最大持续时间，和/或者10度到50度，优选的是30度的最大转向角的变化。
装置具有监视蓄能器充电状态的充电控制装置是具有优点的。它一方面可以监视，对于装置的优异功能充电状态是否充分，并且另一方面可以监视，蓄能器是否保持了预先确定的最大电压电平。如果探测到与额定状态的偏差，那么就可以给出误操作的提示，并且/或者实施装置的切断。
根据本发明的改进方案，感应配置具有多个感应元件、尤其是构成线圈的感应元件。尤其是在感应元件处于时间转换时，它使得作用在对应元件上的动力加载的各种各样的模式其成为可能。
当感应元件沿着与转向柱基本上同心的圆弧布置时是有利的。由此在高的效率下同时获得一个特别紧凑的布置。
此外本发明涉及到一种用于转向机构动力加载的方法，尤其是带有根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中根据本发明一个布置在转向机构上至少具有一个可电磁影响区域的对应元件被产生电磁力的操作装置移动。
有利的方式是对应元件通过动力加载实施旋转移位。当对应元件布置在转向机构的转向柱上时，那么对应元件尤其是可以在环形轨道上围绕着转向柱的中心轴线移动。与此同时当感应元件沿着第二个环形轨道围绕着转向柱的中心轴线、并且径向至少以微小的间隙与对应元件以一定间隔布置时，与操作装置获得一个特别合适的组合间隙。此外旋转移位的概念可以理解为对应元件在至少大约环形轨道上的一个也是非常小的运动。
在本发明优选的替代方案中旋转移位沿着交替的方向进行。由此前面描述的振动、振荡、摇动或者抖动可以很容易实现。
至少一个分配给操作装置的感应元件，尤其是线圈，被带有通过时间可变的控制信号的控制单元或者调节单元控制是有利的。由此可以实现在对应元件上动力加载的各种各样的模式。尤其是可以通过适当的通常多个感应元件的电流产生类似于电机的作用原理的连续的、整流的动力加载，和/或者前面所描述的交替的移位。当使用多个感应元件时，通常是这种情况，那么每个可以通过一个自身的控制信号控制，或者多个感应元件也可以用分组的方式进行控制。
当至少储存有一个控制信号的变化过程时是有利的。由此希望的过程可以事先确定或者计算，因此在操作装置激活时仅仅提取储存的变化过程。
根据本方法的替代方案至少设置一个这样的控制信号过程，以致借助于控制信号引起的多个动力加载的次序产生转向机构的基本上不变化的转向角。以这种方式在没有对转向机构、尤其是关于转向角进行有效干涉下，司机也可以被告知可能的危险情况。
控制信号的至少一种变化过程这样布置是有利的，使得多个借助于控制信号引起的动力加载的次序导致转向机构的变化的转向角。由此为了使汽车重新沿着希望的行使状态方向移动，可以实现转向角的校正或者预校正。而且影响转向机构的有效力矩给抓着与转向机构的作用相连的方向盘的司机一个提示，沿着转向角的哪个方向进行校正。例如当汽车面临着驶出右侧行车道边界的危险，那么可以通过一个在方向盘上逆时针作用的转矩通知司机，他必须继续向左行使。
有利的方式是基于转向机构动力加载期待的转向角与实际的转向角进行比较。由此可以识别出不期待的运行条件，并且根据需要采取相应的措施。
当在所期待的和实际的转向角之间的差值超过确定的界限值时，操作装置切换成无效状态是优选的。可能会出现一种情况，即在汽车的中心监视装置探测到转向角校正的必要性，并且激活装置，但是司机有意识的想坚持现有的行使情况，例如司机有意识的超越行车道边界。在这种情况下司机抓紧方向盘，因此它通过装置对转向机构的动力加载施加一个对抗力。由此确定的动力加载不会导致应该是被期待的转向角。因为装置的功能必须保持在司机意愿的次一等级，所以操作装置在所描述情况下处于无效状态。
此外充电控制装置监视分配给操作装置的蓄能器的充电状态是有利的，并且在识别出故障情况时关掉操作装置和/或者排空蓄能器。当蓄能器的充电状态位于在额定范围之外，尤其是位于其上时，那么操作装置将处于无效状态。否则在蓄能器太高电压的情况下，操作装置可能产生过大的动力加载。
附图
现在本发明将借助于一个实施例详细说明。其中附图表示了一个用于转向机构动力加载的装置。
实施例的说明附图表示了一个用于对转向机构10动力加载的装置1，这里是通过转向柱12，具有分配给转向机构10的操作装置14和布置在转向机构10上的对应元件16。对应元件16至少具有一个按照前面一般描述的功能方式构成的、可电磁影响的区域18。这里带有由多个感应元件24或者线圈26构成的感应配置22的操作装置14在相应的驱动控制时对对应元件16施加电磁力，并且因此围绕着转向柱12的中心轴线28对转向柱12施加转矩。感应元件24沿着与转向柱12基本上同心的圆弧布置，并且与对应元件16保持一定间距。这里感应配置22的供电由构成电容器32的蓄能器30通过变频器34实现。电容器32的充电借助于接在电压U上的充电单元36进行。控制单元38，如果有这种情况也作为调节单元来执行，利用来自信息传递系统40的信号，借助于集成的充电控制装置42监视电容器32的充电状态和充电单元36的功能，并且在需要的情况下通过控制线路44控制变频器34。充电单元36具有转换开关46，它可以在用实线表示的第一位置48和用虚线表示的第二位置50之间转换。在第一位置48上在电容器32和变频器34之间形成通电连接，其中电容器32和变频器34脱离电压U(为了解释清楚功能方式的原理，这里电压供给又象征性地表示在充电单元36中)。与此相比在第二位置50上在电容器32和电压供给之间形成通电连接，其中变频器34不仅脱离电压供给也脱离电容器32。这意味着变频器34总是只由电容器32用受限制的电容供电，并且排除了与在一定程度上表示一个几乎不受控制的动力源的电压供给(电压U)无控制的连接。装置1的作用方式后面将进行说明。
开始时通过电容器32的充电过程的一个外部信号通过充电单元36推动。与此同时转换开关46处在第二位置50。随着预先确定的额定电压的达到，充电过程结束，并且转换开关46被移到第一位置48。这时装置1可以投入使用了。当控制单元38从信息传递系统40采集到请求装置1行动的信号时，控制单元38通过控制线路44控制变频器34。与此同时借助于在控制单元38中储存的过程或者信号顺序进行控制。控制单元38也可以用不同的信号顺序对不同的情况作出反应。变频器34的功能是众所周知的，并且不必进一步说明。在图示的实施例中，借助于适当的开关设备，在变频器34中由直流电压U＝产生交流电压，这里是产生交流电流U≈。由此在转向柱12上产生振动，它以选择的方式得到由此产生的、用于转向角校正的剩余力矩。只有线圈26的有目的的控制可得到这样的剩余力矩，因此例如在偶然控制的错误的情况下、或者在信号顺序保持在一个固定的电平上时不会出现连续的剩余力矩。
概括起来说，本发明尤其突出的在于具有以下优点在装置1未激活时跟没有装置1的转向装置10相比得到不变化的转向感觉。
通过对操作装置14的间接供电最大可能的动力加载保持在确定的范围内。
因为变频器34任何时候都不直接与电压U相连，所以电压U决不会引起线圈26的直接电流。
充电控制器保证蓄能器30只被充电到确定的电平上。
对转向装置10有效的动力加载只在线圈26目标明确的通电模式下进行。偶然地或者时间上恒定的电流不会导致连续的动力加载。
所以这涉及到一个非常可靠的装置1，它在不激活时保持不被察觉到。
权利要求
1.用于对尤其是汽车的转向机构(10)进行动力加载的装置(1)，其具有分配给转向机构(10)的操作装置(14)，和布置在转向机构(10)上或者附属于它的对应元件(16)，其特征在于，操作装置(14)具有在对应元件(16)上产生电磁力的感应配置(22)，其中对应元件(16)至少具有一个可电磁影响的区域(18)，因此可产生使对应元件(16)相对于操作装置(14)移动的力，用于对转向机构(10)进行动力加载。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，操作装置(14)分配给转向机构(10)的转向柱(12)，并且对应元件(16)布置在该转向柱(12)上或者附属于它。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，感应配置(22)的供电由蓄能器(30)、尤其是由具有按照装置(1)的所希望的最大作用确定的容量的电容器(32)进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，具有监视蓄能器(30)充电状态的充电控制装置(42)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，感应配置(22)具有多个感应元件(24)、尤其是构成线圈(26)的感应元件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，感应元件(24)沿着与转向柱(12)基本上同心的圆弧布置。
7.对转向机构(10)进行动力加载的方法，尤其是利用根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，一个布置在转向机构(10)上、具有至少一个可电磁影响的区域(18)的对应元件(16)被产生电磁力的操作装置(14)移动。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对应元件(16)通过动力加载实施旋转移位。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，旋转移位沿着交替的方向进行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个分配给操作装置(14)的感应元件(24)，尤其是线圈(26)，被带有随时间可变的控制信号的控制单元(38)或者调节单元(38)控制。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，储存有控制信号的至少一种变化过程。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，控制信号的至少一种变化过程是这样设置的，使得借助于控制信号引起的多个动力加载的次序产生转向机构(10)的基本上不变化的转向角。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，控制信号的至少一种变化过程是这样设置的，使得借助于控制信号引起的多个动力加载的次序产生转向机构(10)的变化的转向角。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将基于转向机构(10)的动力加载所预期的转向角与实际的转向角进行比较。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当在所预期的转向角和实际的转向角之间的差值超过一定的界限值时，将操作装置(14)切换成无效状态。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，充电控制装置(42)监视分配给操作装置(14)的蓄能器(30)的充电状态，并且在识别出故障情况时关掉操作装置(14)和/或者排空蓄能器(30)。
全文摘要
用于对尤其是汽车的转向机构(10)进行动力加载的装置(1)，其具有分配给转向机构(10)的操作装置(14)，和布置在转向机构(10)上或者附属于它的对应元件(16)，其特征在于，操作装置(14)具有在对应元件(16)上产生电磁力的感应配置(22)，其中对应元件(16)至少具有一个可电磁影响的区域(18)，因此可产生使对应元件(16)相对于操作装置(14)移动的力，用于对转向机构(10)进行动力加载。此外本发明涉及一种相应的方法。
文档编号B62D6/00GK101080344SQ200580043536
公开日2007年11月28日 申请日期2005年12月13日 优先权日2004年12月27日
发明者W·克尼, J·施克, A·武尔茨-韦泽尔, S·斯克特 申请人:罗伯特·博世有限公司