DE10048579A1

DE10048579A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektromechanischen Servolenkung an Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10048579A1
Application number: DE2000148579
Authority: DE
Inventors: Egbert Schulze; Marko Hippe
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-09-30
Filing date: 2000-09-30
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2020-10-01
Also published as: DE10048579B4

Abstract

Die Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Servolenkung an Kraftfahrzeugen sowie eine Schaltungsanordnung dazu anzugeben, um in Verbesserung des Standes der Technik die Belastung auf das Lenkgetriebe (2) sowie angeschlossene Aggregate zu minimieren oder gar auszuschließen, wird im wesentlichen dadurch gelöst, dass laufend aktuelle Drehwinkel (15) der Lenksäule (9), das aktuelle Lenkmoment (16) derselben und gegebenenfalls die aktuelle Motordrehzahl (20) des Elektromotors (10) und/oder der Lageistwert (21) desselben erfaßt werden und unter Berücksichtigung eines bestimmten Vorgabewertes (17) betreffend die Auslenkung der Zahnstange (1) des Lenkgetriebes (2) mittels einer speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung (12) ein Korrektursignal (18) für den Antriebssteller (19) des Elektromotors (10) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Servolenkung an Kraftfahrzeugen, die ihrerseits über eine Lenksäule mit einem Lenkrad verbunden ist und aus einem mechanischen Lenkgetriebe mit Zahnstange und gegebenenfalls beidseitig im Bereich der äußersten Auslenkpunkte der Zahnstange angeordneten mechanischen Anschlägen sowie einer dem Lenkgetriebe zugeordneten Servounterstützung in Form eines Elektromotors besteht, wobei der Elektromotor seinerseits von einer speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung angesteuert wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Elektromechanische Servolenkungen sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt (DE 37 13 496 C2; DE 43 38 493 A1; DE 198 11 784 A1).

Im wesentlichen wird dabei über einen an sich bekannten Lenkbetriebssensor, auch als Drehwinkelsensor bezeichnet, ein entsprechendes Signal einer Steuereinrichtung elektrisch zugeführt, die ihrerseits einen Elektromotor so ansteuert, dass dieser ein die Lenkbewegung des Fahrzeugführers unterstützendes Hilfsmoment auf die Zahnstange des Lenkgetriebes bzw. auf die Lenksäule aufbringt.

Ferner ist es aus der DE 43 38 493 A1 bekannt, in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit die Verschwenkgeschwindigkeit der Fahrzeugräder so zu steuern, dass bei hohen Fahrgeschwindigkeiten die Verschwenkgeschwindigkeit reduziert wird und umgekehrt.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass während des Verschwenkens der Fahrzeugräder bis an die maximalen Auslenkpunkte, die Zahnstange bzw. die an dieser befestigten Spurstangen regelmäßig mit erheblicher Kraft auf einen der beidseitig vorhandenen mechanischen Anschläge stößt.

Dieses undefinierte Anstoßen an die besagten mechanischen Anschläge führt nicht nur zu einer erheblichen Belastung der Zahnstange bzw. Spurstangen an sich, sondern wirkt sich insbesondere nachteilig auf das gesamte Lenkgetriebe sowie auf alle weiteren angeschlossenen Aggregate aus.

Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Servolenkung an Kraftfahrzeugen sowie eine Schaltungsanordnung dazu anzugeben, um in Verbesserung des Standes der Technik die Belastung auf das Lenkgetriebe sowie angeschlossene Aggregate zu minimieren oder gar auszuschließen. Insbesondere soll die Spurstange weicher an vorhandene Anschläge anstoßen oder ein solches gänzlich vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit dem Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass

- laufend der aktuelle Drehwinkel der Lenksäule und das aktuelle Lenkmoment derselben erfaßt werden,
- die erfaßten Signale der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung zugeführt werden,
- dort in Auswertung der erfaßten Signale unter Berücksichtigung eines bestimmten Vorgabewertes betreffend die Auslenkung der Zahnstange des Lenkgetriebes eine Korrekturrechnung durchgeführt wird und
- bei Überschreiten dieses bestimmten Vorgabewertes Korrektursignale erzeugt werden, mittels derer ein Antriebssteller des Elektromotors so angesteuert wird, dass die Zahnstange des Lenkgetriebes unmittelbar vor dem Erreichen eines der beiden maximalen Auslenkpunkte gleichförmig abgebremst wird, derart, dass der Elektromotor zum aktuellen Lenkmoment ein definiertes Gegenmoment erzeugt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass neben dem aktuellen Drehwinkel der Lenksäule und dem aktuellen Lenkmoment derselben zur Verfeinerung der Korrekturrechnung der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung die aktuelle Motordrehzahl des Elektromotors und/oder der Lageistwert der Motorwelle desselben erfaßt werden und sämtliche erfaßten Signale der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung zur Auswertung zugeführt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Zahnstange derart gleichförmig abgebremst wird, dass sie bei Erreichen eines der beiden maximalen Auslenkpunkte definiert zum Stillstand kommt.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zahnstange derart gleichförmig abgebremst wird, dass sie mit geringstmöglicher Geschwindigkeit an einen der in den maximalen Auslenkpunkten angeordneten mechanischen Anschläge anstößt.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung mit einem der Lenksäule zugeordneten Drehwinkelsensor und einem Lenkmomentensensor sowie gegebenenfalls einem dem Elektromotor zugeordneten Motordrehzahlsensor und/oder einem Lageistwertgeber für die Motorwelle elektrisch verbunden ist, der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung ein bestimmter Vorgabewert betreffend die Auslenkung der Zahnstange des Lenkgetriebes vorgegeben ist und ferner die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung, gegebenenfalls ein Korrektursignal erzeugend, mit dem Antriebssteller des Elektromotors elektrisch verbunden ist.

Die Vorteile der Erfindung werden insbesondere darin gesehen, dass die Belastungen auf das Lenkgetriebe und angrenzende Aggregate gemindert werden konnten und demgemäß von einer Erhöhung der Funktionsdauer derselben ausgegangen werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Ansicht eines Lenkgetriebes mit Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Lenkgetriebes im Bereich eines maximalen Auslenkpunktes.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist die Zahnstange 1 des Lenkgetriebes 2 in einem Gehäuse 3 gelagert, dessen beide äußeren Stirnseiten gleichzeitig als maximale Auslenkpunkte 4 bzw. mechanische Anschläge 4 fungieren.

Endseitig der Zahnstange 1 ist je ein Axialgelenk 5 für die Aufnahme der Spurstange 6 des jeweiligen Fahrzeugrades 7 angeordnet.

Des Weiteren greift eine dem Lenkrad 8 zugeordnete Lenksäule 9 mit einem nicht näher dargestellten Antriebsritzel in die Zahnstangenzähne der Zahnstange 1 ein.

Fernerhin ist dem Lenkgetriebe 2 zur Realisierung einer elektromechanischen Servolenkung ein Elektromotor 10 zur Erzeugung eines unterstützenden Hilfsmomentes zugeordnet.

Der Elektromotor 10 verfügt über eine Motorwelle 11, die in an sich bekannter Art und Weise auf die Zahnstange 1 einwirkt, beispielsweise derart, dass ein zugeordnetes Antriebsritzel ebenfalls in die Zahnstangenzähne eingreift (nicht näher dargestellt).

Weitere äquivalente Möglichkeiten der Einwirkung des Elektromotors 10 auf die Zahnstange 1 sind aus dem Stand der Technik bekannt, gehören jedoch nicht zum Gegenstand dieser Erfindung.

In einer an sich bekannten Ausführung stößt bei Erreichen einer maximalen Auslenkung die Zahnstange 1 mittels der inneren Stirnseite des Gehäuses eines der Axialgelenke 5 an einem der in den Auslenkpunkten 4 angeordneten mechanischen Anschläge 4' an.

Um die Wucht des Anstoßes der Zahnstange 1 auf die besagten mechanischen Anschläge 4' zu minimieren bzw. gänzlich zu vermeiden, ist dem Lenkgetriebe 2 eine mit der Stromversorgung des Kraftfahrzeugs verbundene speicherprogrammierbare Steuereinrichtung 12 zugeordnet, die ihrerseits mit wenigstens einem der Lenksäule 9 zugeordneten Drehwinkelsensor 13 und einem Lenkmomentensensor 14 elektrisch verbunden ist.

Während des Fahrbetriebes werden laufend der aktuelle Drehwinkel 15 der Lenksäule 9 und das aktuelle Lenkmoment 16 derselben erfaßt und der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung 12 bereitgestellt.

Mittels der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung 12 wird in Auswertung der erfaßten Signale und unter Berücksichtigung eines bestimmten Vorgabewertes 17 betreffend die Auslenkung der Zahnstange 1 eine Korrekturrechnung durchgeführt und bei Überschreiten des Vorgabewertes 17 ein Korrektursignal 18 erzeugt, welches in der Folge den Antriebssteller 19 des Elektromotors 10 so ansteuert, dass die Zahnstange 1 des Lenkgetriebes 2 unmittelbar vor Erreichen eines der beiden maximalen Auslenkpunkte 4 gleichförmig abbremst, derart, dass der Elektromotor 10 zum aktuellen Lenkmoment 16 der Lenksäule 9 ein definiertes Gegenmoment erzeugt.

Zur Verfeinerung der Korrekturrechnung der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung 12 ist es angezeigt, neben dem aktuellen Drehwinkel 15 der Lenksäule 9 und dem aktuellen Lenkmoment 16 derselben die aktuelle Motordrehzahl 20 des Elektromotors 10 und/oder den Lageistwert 21 der Motorwelle 11 desselben zu erfassen und sämtliche erfaßten Signale der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung 12 zur Auswertung zuzuführen.

Zur Erfassung dieser zusätzlichen Signale sind dem Elektromotor 10 ein Motordrehzahlsensor 22 und gegebenenfalls ein Lageistwertgeber 23 für die Motorwelle 11 zuzuordnen.

Es besteht nunmehr die Möglichkeit, die Zahnstange 1 derart gleichmäßig abzubremsen, dass sie mit einer geringstmöglichen Geschwindigkeit an einem der in den maximalen Auslenkpunkten 4 angeordneten mechanischen Anschläge 4' anstößt (Fig. 2).

Ebenso kann die Steuerung auch so eingestellt sein, dass die Zahnstange 1 derart abgebremst wird, dass sie bei Erreichen eines der beiden maximalen Auslenkpunkte 4 definiert zum Stillstand kommt.

Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass in diesem Fall gegebenenfalls auf mechanische Anschläge 4' gänzlich verzichtet werden kann.

Des Weiteren kann das Lenkgetriebe 2 mit einfachen Mitteln auf gegebenenfalls wechselnde Fahrsituationen eingestellt werden, indem der Vorgabewert 17 entsprechend in Grenzen beliebig einstellbar gestaltet ist.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer elektromechanischen Servolenkung an Kraftfahrzeugen, die ihrerseits über eine Lenksäule mit einem Lenkrad verbunden ist und aus einem mechanischen Lenkgetriebe mit Zahnstange und gegebenenfalls beidseitig im Bereich der äußersten Auslenkpunkte der Zahnstange angeordneten mechanischen Anschlägen sowie einer dem Lenkgetriebe zugeordneten Servounterstützung in Form eines Elektromotors besteht, wobei der Elektromotor seinerseits von einer speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
laufend der aktuelle Drehwinkel (15) der Lenksäule (9) und das aktuelle Lenkmoment (16) derselben erfaßt werden,
die erfaßten Signale der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung (12) zugeführt werden,
dort in Auswertung der erfaßten Signale unter Berücksichtigung eines bestimmten Vorgabewertes (17) betreffend die Auslenkung der Zahnstange (1) des Lenkgetriebes (2) eine Korrekturrechnung durchgeführt wird und - bei Überschreiten dieses bestimmten Vorgabewertes (17) Korrektursignale (18) erzeugt werden, mittels derer ein Antriebssteller (19) des Elektromotors (10) so angesteuert wird, dass die Zahnstange (1) des Lenkgetriebes (2) unmittelbar vor dem Erreichen eines der beiden maximalen Auslenkpunkte (4) gleichförmig abgebremst wird, derart, dass der Elektromotor (10) zum aktuellen Lenkmoment (16) ein definiertes Gegenmoment erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem aktuellen Drehwinkel (15) der Lenksäule (9) und dem aktuellen Lenkmoment (16) derselben zur Verfeinerung der Korrekturrechnung der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung (12) die aktuelle Motordrehzahl (20) des Elektromotors (10) und/oder der Lageistwert (21) der Motorwelle (11) desselben erfaßt werden und sämtliche erfaßten Signale der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung (12) zur Auswertung zugeführt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (1) derart gleichförmig abgebremst wird, dass sie bei Erreichen eines der beiden maximalen Auslenkpunkte (4) definiert zum Stillstand kommt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (1) derart gleichförmig abgebremst wird, dass sie mit geringstmöglicher Geschwindigkeit an einen der in den maximalen Auslenkpunkten (4) angeordneten mechanischen Anschläge (4') anstößt.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (12) mit einem der Lenksäule (9) zugeordneten Drehwinkelsensor (13) und einem Lenkmomentensensor (14) sowie gegebenenfalls einem dem Elektromotor (10) zugeordneten Motordrehzahlsensor (22) und/oder einem Lageistwertgeber (21) für die Motorwelle (11) elektrisch verbunden ist, der speicherprogrammierbaren Steuerung (12) ein bestimmter Vorgabewert (17) betreffend die Auslenkung der Zahnstange (1) des Lenkgetriebes (2) vorgegeben ist und ferner die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (12), gegebenenfalls ein Korrektursignal (18) erzeugend, mit dem Antriebssteller (19) des Elektromotors (10) elektrisch verbunden ist.