DE3343180A1

DE3343180A1 - Motorbetriebenes servolenksystem

Info

Publication number: DE3343180A1
Application number: DE19833343180
Authority: DE
Inventors: Akio Hashimoto; Tomio Yasuda
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1984-06-28
Also published as: GB8605149D0; JPS59100059A; DE3343180C2; GB2170764A; GB8331820D0; US4574903A; GB2132950A; GB2132950B; GB2170764B

Description

Motorbet.riebenes Servolenksyst.em

Die Erfindung bezieht sich auf ein motorbetriebenes Servolenksystem, bei dem ein von dem Fahrer eines Fahrzeugs aufgebrachtes Drehmoment verstärkt wird.

Zum Drehen des Lenkrads eines Fahrzeugs ist für das Ändern der Richtung der Räder eine große Kraft, erforderlich, wenn das Fahrzeug stillsteht oder sich mit niedriger Geschwindigkeit bewegt.. Insbesondere bei Frontmotor-Frontantrieb-Kraftfahrzeugen, die in der letzten Zeit zunehmend an Beliebtheit gewonnen haben, ist. zum Drehen des Lenkrads eine größere Kraft erforderlich, da bei einem Fahrzeug dieser Art an dem Vorderteil ein großes Gewicht, angreift.

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Bekanntermaßen wird bei einem Servolenksystem das von dem Fahrer an dem Lenkrad ausgeübte Drehmoment verstärkt. Dieses System erzeugt, eine dem von dem Fahrer ausgeübten

Drehmoment entsprechende Antriebs- bzw. Stellkraft und 5

überträgt diese Kraft zu. dem Lenksystem. Die meisten gegenwärtig praktisch eingesetzten Servolenksysteme sind hydraulisch aufgebaut. Im einzelnen ist ein derartiges Servolenksystem mit einem Steuerventil, einem Hydraulikzylinder

usw. ausgestattet und gibt ein HiIfsdrehmoment dadurch 10

ab, daß das Hydrauliköl entsprechend dem von dem Fahrer ausgeübten Drehmoment bewegt wird.

Das Steuerventil, der Hydraulikzylinder und die anderen Bauteile nehmen aber leider qroßen Raum ein. Ferner können

Rohre und gleichartige Komponenten für das Verbinden dieser Bauteile nicht mit einem Krümmungsradius unter einem vorgegebenen Wert gebogen werden, um das Auftreten großer Oruckverluste zu verhindern. Weiterhin muß der Hydraulikaufbau feste und zuverlässige Dichtungen haben, um das

Austreten des Öls zu verhindern, wobei der Hydraulikaufbau schwer zu behandeln ist, wenn er in den zugeordneten Mecharismus eingebaut ist. Es ist daher schwierig, ein solches Servolenksystem in ein Fahrzeug mit kleinem Freiraum wie

in ein Frontmotor-Frontantriebs-Kraft fahrzeug einzubauen. 2b

In der letzten Zeit.nimmt die Anzahl weiblicher Fahrer zu. Für die weiblichen Fahrer ist es zwar anzustreben, ein Fahrzeug mit einem geringen Drehmoment lenken zu kön-

nn ren, jedoch bietet ein solches Fahrzeug einem Mann mit großer Körperkraft kein gutes Lenkgefühl. Ferner erhält bei einer höheren Geschwindigkeit des Fahrzeugs der Fahrer das Empfinden einer zu leichten Lenkung. Falls der Fahrer nicht", an das Fahrzeug gewöhnt ist, kann er das Lenkrad

mehr als erforderlich drehen. Weiterhin ist es auch für einen starken männlichen Fahrer erwünscht, das Fahrzeug

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mit einem geringen Drehmoment lenken zu können, wenn er beispielsweise ermüdet, ist.

Bei einigen herkömmlichen Servölenksystemen kann das Hilfskraftverhältnis, nämlich das Verhältnis des Ausgangsdrehmoments des Servolenksystems zu dem won dem Fahrer aufge* brachten Eingangsdrehmoment entsprechend der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verändert werden. Für die qleiche Geschwindigkeit wird jedoch bei Fahrzeugen dieser Art da? HiI f skraftverhäl t-nis konstant gehali.en. Falls daher die Verhältnis-Kennlinie für Frauen eingestellt ist., ist das System unbequem für Männer und umgekehrt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein motorbetriebenes Servolenksystem zu schaffen, das ein Lenkge^ühl je nach Wunsch des jeweiligen einzelnen Fahrers ergibt.

Ferner soll mit der Erfindung ein Servolenksystem geschaffen werden, dessen Eigenschaften bzw. Kennwerte durch einen einfachen Bedienungsvorgang veränderbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Servolenksystem gelöst, das einen Elektromotor wie einen Gleichstrom-Motor, der als Stellkraftquelle dient, einen Lenkdrehmoment-Fühler, der bewirkt, daß der Motor entsprechend dem von dem Fahrer aufgebrachten Drehmoment ein Drehmoment zur Drehmomentverstärkung abgibt, und eine HiIfskraftverhältnis-/■ Einstellvorrichtung aufweist, die an einer Stelle angeordnet ist, welche der Fahrer während der Fahrt mit der Hand erreichen kann, und mit der das Verhältnis zwischen dem Ausgangspegel des Fühlers und dem Ausgangsdrehmoment des Motors einstellbar ist. Dieses System ermöglicht das Einstellen des entsprechend den Wünschen des jeweiligen einzelnen Fahrers besten HiI f skraftverhäl t.msses , gleich ob der Fahrer ein Mann oder eine Frau ist. Da ferner die

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HiI fs kraft verhält. nis-Einstellvorrichtung an der von dem Fahrer während der Fahrt: von Hand erreirhharen Stelle; nnqeordnet ist, kann das HiI fskraftverhält.nis während der fahrt verändert werden. Daher kann der Fahrer ein erwünschtes Hilfskraftverhältnis während der Fahrt einstellen, ohne daß eine Steuerung des Hilfskraftverhältnisses entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit erforderlich ist. Damit ist es für den Fahrer leicht, ein vorgegebenes HiIfsdrehmoment durch Steigern des HilfskraftVerhältnisses nur dann hervorzurufen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nahe "0" ist, und das HiIfskraftverhältnis zu verringern, wenn die Geschwindigkeit einen vorbestimmten Wert übersteigt. Dies wird erreicht, ohne daß besonders mühsame Bedienungsvorgänge erforderlich sind und ohne daß die eigentliche Funktion

des Servolenksystems beeinträchtigt wird. Hydraulisch gesteuerte Servolenksysteme müssen zu einer Änderung des Hilfs-'<raftverhältnisses ziemlich kompliziert aufgebaut sein, jedoch kann bei dem elektrisch betriebenen Servolenksystem

das Hilfskraftverhältnis auch mit einfacher Gestaltung 20

verändert werden.

Vorzugsweise wird in dem Servolenksystem ein Regelsystem gebildet, das zuverlässig arbeitet und ein gutes Ansprechvermögen hat. Infolgedessen wird bei einer besonderen

Gestaltung des erfindungsgemäßen Servolenksystems ein Ausgangssignal wie ein Motorspeisestrom zu einer vorhergehenden Stufe zurückgeführt, um damit eine Regelung in einem geschlossenen Regelkreis auszuführen. Zwischen einen Ein-

O₀ gengsanschluß, an den das Drehmomentsignal angelegt wird, und einen Lenkdrehmoment-Fühler bei diesem Regelsystem wird eine Verstärker- oder Dämpfungsstufe geschaltet, um das Verhältnis zwisöhen dem Eingangs-Lenkdrehmoment und dem Ausgangs-Drehmoment des Motors, nämlich das Hilfs-

Ot- kraftverhältnis durch Verändern des Verstärkungsfaktors

oder des Dämpfungsmaßes djeser Stufe zu ändern.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbe/-spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Ansicht, die schematisch die Sicht

nach vorne von dem Fahrersitz eines Kraftfahrzeugs zeigt, das mit einem Servol enksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgestattet ^i8t-

Fig. 2 ist eine schematische Blockdarstellung des erfindungsgemäßen Servolenksystems.

if- Fig. 3a ist eine Seitenansicht eines Lenkmechanismos

des in Figur 2 gezeigten Systems.

Fig. 3b ist eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Lenkmechanismus.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der elektrischen

Schaltung des in Fig. 2 gezeigten Servolenksystems.

Fig. 5 ist ein ausführliches Blockschaltbild eines

Teils der in Fig. 4. gezeigten elektrischen Schaltung.

Fig. 6 ist ein ausführliches Blockschaltbild eines weiteren Teils der in Figur 4 gezeigten

. ' elektrischen Schaltung.

Fig. 7 zeigt Schaltbilder der elektrischen Verbindungen mit einem Elektromotor DM bei verschiedenerlei Betriebsarten.

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Fig. 8 ist", ein Ze i t.diagramm, das em Beispiel für

Bet.riebsze'iten veranschaulicht..

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die Kenn-5

linien des Elektromotors DM zeigt.

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die Zusammenhänge zwischen einem Eingangs-Drehmoment T und einem Ausqanqs-Drehmament T des in ^J °

Fig. 2 gezeigten Servolenksystems zeigt.

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild eines Teils der

elektrischen Schaltung des Servolenksystems

gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 15

In der Fig. 1 ist die Umgeb-ung des Fahrersitzes eines Fahr-2eugs gezeigt, das mit. dem motorbetriebenen Servolenksystem als Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestattet ist. Das Servol enksyst em enthält, einen HiI fskra f tverhäl t.nis-

Einstellknopf 30, der an dem Armaturenbrett nahe dem Lenkrad angeordnet, ist. Der Knopf 30 ist fest mit der Drehachse von veränderbaren Widerständen VRl und VR3 verbunden (die im folgenden beschrieben werden).

In der Fig. 2 ist eine allgemeine Aufbau des in dem in ^Fig. 1 gezeigten Fahrzeug eingebauten Servolenksystems gezeigt. An einem Lenkrad 1 ist eine erste Lenkachse 2 anneschlossen, an die über ein erstes Kreuzgelenk 4 eine zwei-

nA te Lenkachse 5 angeschlossen ist. An die zweite Lenkachse 5 ist über ein zweites Kreuzgelenk 6 eine dritte Lenkachse 7 angeschlossen. An dem Kopf der dritten Lenkachse 7 ist ein in Fig. 3a gezeigtes Ritzel 3a befestigt, mit dem eine in Fig. 3b gezeigte Radverstellungs-Zahnstange 3b kämmt.

Der Neigungswinkel oi. der zweiten Lenkachse 5 zu der ersten

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Lenkachse 2 ist gleich dem Neigungswinkel c< der zweiten Lenkachse 5 zu der dritten Lenkachse 7. An der ersten Lenkachse 2 sind Drehmoment-Meßgeber bzw. Drehmoment -Fü'iler 8 befestigt (von denen nur einer gezeigt ist). An die dritte Lenkachse 7 ist über eine Untersetzung 9 ein Gleichstrom-Servomotor DM angeschlossen. Der Ausgang eines jeden Drehmomentfühlers 8 ist mit einer Steuereinheit 40 verbunden, deren Ausgang mit dem Motor DM verbun- IQ den ist. Die vorangehend genannten veränderbaren Widerstände VRl und VR3, an denen der Knopf 30 befestigt ist ₃ sind mit der Steuereinheit 40 verbunden.

Die Fig. 3a und 3b zeigen Einzelheiten des in Fig. 2 ge-.

zeigten Mechanismus. Die Fig. 3a ist eine Querschnittsansicht, die den Teil in der Nähe der Füße des Fahrers zeigt. Bei dieser Darstellung weist die Untersetzung 9 eine Kombination aus vier Zahnrädern auf und überträgt die Eingangskraft zu der dritten Lenkachse 7, wobei sie die Drehzahl des Motors DM um den Faktor "6" herabsetzt. Bei diesem besonderen Beispiel werden als Drehmoment fühler 8 Dehnungsmeßstreifen verwendet, von denen in der Figur nur einer gezeigt ist. Die anderen Drehmoment fühler sind an der Gegenseite der ersten Lenkachse 2 befestigt. D.h., bei diesem Beispiel wird die für das Drehen des Lenkrads aufgebrachte Kraft in der Form der Torsion der Lenkachse 2 erfaßt. Jeder dieser Drehmoment fühler 8 hat. zwei Fühlerelemente, die in unterschiedlichen Richtungen ansprechen. Gemäß der nachstehenden Beschreibung sind bei diesem Beispiel diese vier Fühlerelemente zu einer Brückenschaltung zusammengesetzt, so daß das System von der Temperatur unabhängig wird.

Der in Fig. 3a gezeigte Lenkmechanismus erstreckt, sich über zwei Räume, die durch ein Bodenbrett 10 an der Stelle

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des zweiten Kreuzgelenks 6 getrennt, sind. Der gemäß dieser Figur linke und rechte Raum sind jeweils der Motorraum und der Insassenraum. Mit 11 ist ein Bremspedal bezeichnet..

Gemäß Fig. 3b werden die Drehachsen von Rädern 12a und 12b im vorderen Teil des Fahrzeugs über Stoßdämpfer 13a bzw. 13b von oberen Aufhängungsträgern 14a bzw. 14b gehalten. Zwischen dem Stoßdämpfer 13a und dem Träger 14a ist eine Schraubenfeder 15a angebracht. Gleichermaßen ist /wischen dem Stoßdämpfer 13b und dem Träger 14b eine Schraubenfeder 15b angebracht. An den Lagern für die Räder 12a und 12b sind Achsschenkelarme 16a bzw. 16b angeschlossen, die über Spurstangen 17a bzw. 17b mit der Zahnstange 3b verbunden sind. Gemäß der vorangehenden Beschreibung kämmt.

trit der Zahnstange 3b das Ritzel 3a. Weiterhin sind untere Aufhängungsarme 18a und 18b sowie ein Stabilisator 19 gezeigt.

Anhand der Fiquren 4 bis 6 wird nun die elektrische Schal-20

tung des in Fig. 2 gezeigten motorbetriebenen Servolenk-

systems beschrieben. Es ist anzumerken, daß die in den Blöcken in Fig. 4 gezeigten graphischen Darstellungen die elektrischen Eigenschaften der Blöcke schematisch darstellen, wobei die Abszisse und die Ordinate einer jeder 25

graphischen Darstellung den Eingangspegel bzw. den Ausgangspegel darstellen. Es ist ferner ersichtlich, daß jeweilige Widerstände in der Fig. 5 in der Form schmaler Rechtecke dargestellt sind. Die beiden Drehmomentfühler

_n 8 bilden eine Widerstandsbrücke, von der ein Ausgang mit 30

einem Block BO, d.h. mit einem gewöhnlichen linearen Verstärker verbunden ist. Der Ausgang des Blocks BO ist mit zwei Blöcken Bl und B3 verbunden. Der Block Bl ist eine Absolutwert.schal t ung, die ein Ausgangssignal abgibt, das

linear proportional zu dem Eingangssignal ist und das ο Ο

unabhängig von der Polarität des Eingangssignals immer

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positive Polarität hat. Ein nachgeschalteter Block B2 ist ein Verstärker, der ein Ausgangesignal "0" abgibt, wenr. der Pegel seines Eingangssignals kleiner als Ll ist, und ein zum Eingangssignal linear proportionales Ausgangssignal abgibt, wenn der Eingangssignal-Pegel Ll übersteigt. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers B2 ist einstellbar und wird mittels des veränderbaren Widerstands VRl sowie eines Dämpfungsglieds (bzw. veränderbaren Widerstund») VR2 eingestellt, das das Maß der an einem Rechenverst är.<er OPl hervorgerufenen negativen Rückkopplung bzw. Gegenkopplung bestimmt. Der Pegel Ll kann mittels eines veränderbaren Widerstands VR3 eingestellt werden. Der Widerstand VRl und der Block bzw. Verstärker B2 sind miteinander über

eine verdrillte Leitung TP verbunden. 15

Das Ausgangssignal des Blooks B2 wird einem Addierer B4_: der in Figur 5 als B4a und B4b dargestellt, ist, und einem Block B7 zugeführt. Der Ausgang des Blocks B7 ist mit e^nem

Block B5 verbunden, der ein Verstärker ist, welcher ein 20

zu seinem Eingangssignal linear proportionales Ausgangssignal abgibt, wenn-das Eingangssignal unter einem vorbestimmten Pegel liegt, der durch eine Zenerdiode ZDl bestimmt ist. Wenn das Eingangssignal über dem vorbestimmten Pegnl

liegt, gibt der Verstärker B5 ein Ausgangssignal konstanter 25

Amplitude ab. Der Block B5 wirkt als Fehlerverstärker und ist mit seinem Ausgang an den Modulationseingang eines Blocks B6 angeschlossen, welcher eine Impulsdauer-Modulationsschaltung ist. Die Modulationsschaltung B6, die eine

Stormregeldiode CD hat, setzt die von einem Block B9 eroU

.zeugte Rechteckkurvenform in einen Impuls um, dessen Dauer durch das Steuersignal aus dem Block B5 gesteuert wird. Bei diesem dargestellten Beispiel erzeugt die Rechteckkurvengeneratorschaitung des Blocks B9 Kurven mit der _P- Frequenz 2kHz. Der Ausgang des Blocks B6 ist mit einem Fingang B eines Blocks B16 ve.rbunden, der eine logische Steuerschaltung ist.

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Der mit: dem Ausgang des Blocks BQ verbundene Block B3 stellt, eine Art. Vergleicher dar, der die Polarität seines Eingangssignals erfaßt. Im einzelnen gibt der Block B3

§ ein logisches Signal ab, das sich in Abhängigkeit davon ändert, ob das erfaßte Drehmoment positiv oder negativ ist, und daher in Abhängigkeit von der Richtung, in der das Lenkrad 1 gedreht wird. Der Ausgang des Blocks B3 ist mit einem Eingang A des Blocks B16 verbunden.

Ein Block BIO, der einen linearen Verstärker darstellt, wird mit einem Rückführungssignal entsprechend dem über den Gleichstrom-Servomotor DM fließenden Strom gespeist. Das Ausgangssignal des Blocks BIO wird an eine Absolutwertschaltung BIl angelegt, deren Ausgang mit Blöcken B12 und B13 verbunden ist. Der Block B12 ist ein linearer Verstärker und gibt ein Ausgangssignal positiver oder negativer Polarität an den Block bzw. Addierer B4 ab. Der Block B13 ist ein Vergleicher, der eine Überlastung (einen abnormal hohen Strom) an dem Servomotor DM erfaßt. Der Bezugspegel des Vergleichers B13 wird mittels eines veränderbaren Widerstands VR4 eingestellt. Die Schaltung enthält ferner einen Meßgeber SS für die Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei diesem Beispiel ist der Meßgeber aus einem Magneten und einem Reed-Schalter gebildet. Der Magnet ist .nit der Tachometerwelle verbunden und läuft entsprechend der Drehung einer Radachse des Fahrzeugs um. Entsprechend Hen durch die Drehung des Magneten hervorgerufenen Magnetfeldänderungen wird der Reed-Schalter ein- und ausgeschalt.et, so daß er ein Impulssignal entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit abgibt. Dieses Signal wird an einen Frequenz/ Spannungs- bzw. f/V-Wandler B14 angelegt, dessen Ausgangssignal an einen Eingang F des Blocks B16 über einen Vervjleicher B15 angelegt wird, welcher mit einem veränderbaren Widerstand VR5 zum Ändern des Bezugspegels des Vergleichers

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versehen ist. Bei diesem Beispiel kann der Vergleicher durch Einstellen des v/eränderbaren Widerstands VR5 auf irgendeine erwünschte Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich

won 20 bis 50 km/h eingestellt werden. 5

An jeweilige Ausgangsanschlüsse der logischen Steuerschaltung B16 sind über jeweilige Basistreiberstufen BD Schalt transistoren zur Stromsteuerung angeschlossen. Diese Transistoren Ql, Q2, Q3 und QA dienen zum BoI reiben de» Gleichstrom-Servomotors DM und sind in der Form einer Brücke geschaltet, um die Polarität, zu ändern. Im einzelnen fließt durch Einschalten von zwei diametral gegenüberliegenden Transistoren in dem Motor DM ein Strom einer vorgegebenen Polarität. Der Last st. rom wird mittels eines Stromwandlers CT erfaßt. Eine Gleichstromdrossel L verhindert eine auf der Impulsdauermodul at. ι on beruhende Unterbrechung des Motorstroms.

Nach Fig. 6 besteht die logische Steuerschaltung B16 aus

UND-Gliedern ANl bis AN6, Invertern INI bis IN7 und Treiberstufen DUl bis DV4. Die Treiberstufen DVl bis DV4 haben den gleichen Aufbau und weisen jeweils einen Photokoppler auf, in welchem eine Leuchtdiode optisch mit einer Photodiode

gekoppelt ist. Die Leuchtdiode wird mittels eines Transistors 25

oder dergleichen angesteuert. Die Leuchtdioden und die Zugeordneten Photodioden der Treiberstufen DVl bis DV4 sind in den jeweiligen Basis-Treiberstufen BD für die Ansteuerung der Basen der Transistoren Ql bis Q4 enthalten.

Vor der Beschreibung der Funktionsweise des vorstehend bs-

schriebenen Servolenksystems werden kurz die übrigen Figuren beschrieben. Die Fig. 7 zeigt die Art der Verbindung des Servomotors DM mit jeweils leitenden Transistoren bei jeweiligen Betriebsarten. Die Fig. 8 zeigt ein Beispiel der 35

Betriebszeitsteuerung. Die Fig. 9 zeigt die Zusammenhang-»

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zwischen dem Drehmoment, des bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel verwendeten Motors und einem Strom I, zwischen dem Drehmoment und einer Drehzahl N und zwischen dem Drehmoment und einem Wirkungsgrad A4 . Die Figur 10 zeigt die Zusammenhänge zwischen einem Eingangs-Drehmoment. Ti, das erzeugt, wird, wenn der Fahrer das Lenkrad betätigt, und einem Ausgangs-Drehmoment. To, das an dem Lenkmechanismus ausgeübt wird, wobei das Drehmoment. To das von dem Motor DM hervor-

qerufene HiI fsdrehmoment. enthält.
10

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit, geringer als eine mittels des veränderbaren Widerstands VR5 eingestellte Fahrzeuggeschwindigkeit Vm ist, wird an den Eingang F der logischen Steuerschaltung B16 ein Signal mit dem niedrigen Pe-

gel "L" angelegt.. Wenn bei diesem Zustand der Fahrer das Lenkrad mit einem Drehmoment dreht, das größer als ein vor-Destimmter Wert ist, wird der an den Anschluß A der Steuerschaltung B 16 angelegte Signalpegel entsprechend der Dreh-

__n richtung bestimmt. Danach führt, die Impulsdauer-Modul at. ionsschaltung B6 dem Eingang B der Steuerschaltung B16 einen Impuls einer vorbestimmten Dauer zu. Dementsprechend nimmt der Ausgangspegel entweder der UND-Glieder ANl und AN3 oder dsr UND-Glieder AN2 und AN4 abhängig von der Drehrichtung

2g an dem Lenkrad den logischen Pegel "1" an, wodurch der Photokoppler der Treiberstufe DV4 bzw. DV3 eingeschaltet wird. Zugleich wird der Impuls aus der Modulationsschaltung 36 entweder über das UND-Glied AN5 und den Inverter IN5 oder über das UND-Glied AN6 und den Inverter IN6 an die ireiberstufe DVl oder DV2 angelegt. Falls der Impuls beispielsweise an die Treiberstufe DVl angelegt wird, wird der Transist:or entsprechend dem Impuls ein- oder ausgeschaltet, wodurch der Photokoppler eingeschaltet oder abgeschaltet wird. Diejenigen Treiberstufen, die keinen Impuls erhalten, werden ständig eingeschaltet gehalten, so daß daher ihre jeweiligen Photokoppler abgeschaltet.

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bleiben. Wenn der Photokoppler der Treiberstufe DVl eingeschaltet wird, werden die Transistoren Ql und Q4 durchqeschaltet, so daß daher dann ein Strom gemäß der Darstellung

bei den "Ein"- und "Aus"- Betriebsarten für die Vorwärts-" 5

bewegung in Fig. 7 fließt. Wenn jedoch der Photokoppler abgeschaltet wird, wird der Transistor Ql gesperrt, wodurch der Stromweg unterbrochen wird. Der zu dem Motor fließende Strom wird ständig durch den Impuls geschaltet gesteuert, _ so daß daher die dem Motor zugeführte elektrische Leistung und das Motordrehmoment entsprechend der Impulsdauer verändert werden. Wenn ein Impuls an die Treiberstufe DV2 angelegt wird, wird entsprechend dem Impuls der Transistor Q3 ein- und ausgeschaltet, wobei die elektrische Verbinde dung auf diejenige gemäß der Darstellung der "Ein"- und "Aus"-Betriebsarten bei der Rückwärtsbewegung bzw. Gegenbewegung in Fig. 7 verändert'wird. Der Motorstrom wird mittels des Stromübertragers CT erfaßt, und das sich dabei ergebende Signal zu der Impulsdauer-Modulatlonsschaltung B6 2Q zurückgeführt. Auf diese Weise wird der Servomotor DM ir.it einem Strom betrieben, welcher dem Drehmoment entspricht, das hervorgerufen wird, wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Lenkrad dreht.

nc Der Zusammenhang zwischen dem von dem Fahrer aufgebrachten Lenk-Drehmoment Ti und dem Ausgangs-Drehmoment To für das Lenken ändert sich gemäß der Darstellung in Figur 10. Im einzelnen hat dann, wenn hinsichtlich der Absolutwerte das erfaßte Drehmoment im Bereich von O bis Tl liegt, der durch die Einstellung des veränderbaren Widerstands VR3 bestimmt* wird, das Ausgangssignal des als Funktionsgenerator wirkenden Verstärkers bzw. Blocks B2 den Pegel "0", so daß zu dem Motor DM kein Strom fließt. Infolgedessen ist in diesem Bereich bzw. in dieser Totzone das von dem Fahrer aufgebrachte Lenkungs-Drehmoment Ti gleich dem

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Ausgangs-Lenkungs-Drehmoment. To. Wenn das Drehmoment- den Wert Tl erreicht., ändert" sich der Ausgangspegel des Funktionsgenerators bzw. Verstärkers B2 entsprechend dem Drehmoment.. Daraufhinerzeugt, der Motor ein HiI fs-Drehmoment, daß dem von dem Fahrer aufgebrachten Drehmoment hinzugefügt wird, so daß das Ausgangs-Drehmoment gesteigert wird. Wenn das erfaßte Drehmoment, hinsichtlich des Absolutwerts ein maximales Drehmoment. T2 erreicht, welches der Motor abgeben kann, wird der Ausgangspegel des Blocks B5 auf einem

konstanten Wert f est.gehal t.en. Damit wird auch das Motor-Drehmoment auf diesem Wert festgehalten. Daher nimmt selbst bei einer weiteren Steigerung des erfaßten Drehmoments das Motor-Drehmoment nicht weiter zu.

denn das erfaßte Drehmoment, in den Bereich von Ti bis To liegt, ist der Zusammenhang zwischen dem Eingangs-Drehmoment Ti und dem Ausgangs-Drehmoment To, nämlich das Servo- bzw. HiI fs kraft verhält, nis dTo/dTi durch den Verstärkungsfaktor ' des Funktionsgenerators B2 bestimmt. D.h., wenn der mittels des veränderbaren Widerstands VRl oder VR2 eingestellte Wert verändert wird, wird auch für das gleiche erfaßte Drehmoment der Ausgangssignalpegel des Funktionsgenerators B2 verändert. Infolgedessen wird auch das von dem Motor abgegebene Drehmoment verändert. Die Kennlinie, die erzielt wird, wenn .'Jas Motor- bzw. HiI fs-Drehmoment "0" ist, ist in Figur 10 mit A bezeichnet. (HiI f skra ftverhäl tnis "1"). Wenn das Servolenksystem nach dem mittels des Widerstands VRl eingestellten Wert arbeitet, hat die Kennlinie (für den Servomotor) »-. eine Neigung, die gemäß der Darstellung bei B und C in Figur 10 dem eingestellten Wert entspricht.

übzwar bei. dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Ändern des Hi1fskraftverhältnisses des Servoqc 1enksystems die veränderbaren Widerstände VRl und VR3 verwendet werden, können stattdessen Schalter, veränderbare

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Halbleiter-Widerstandselemente oder Kombinationen hieraus verwendet werden. Beispielsweise kann eine H ι 1 fskra ft ve ;-hältnis-Einstellvorrichtung aus mehreren veränderbaren

Widerständen VRa, VRb und VRC sowie einem Wählschalter 5

SW gebildet werden, wie es in Figur 11 gezeigt ist. Bei dieser Gestaltung ist es einfach, das Hi 1 f skra ft verhäl t.n i s durch Betätigen des Schalters SW zu verändern, wenn die Widerstände vorher auf geeignete Werte eingestellt worden sind. Falls beispielsweise mehrere Personen das gleiche Fahrzeug benutzen, können die veränderbaren Widerstände den einzelnen Benutzern zugeordnet werden. Daher ist es nicht erforderlich, bei einem Fahrerwechsel das Hilfskraft-Verhältnis jedesmal neu einzustellen. Ferner ist es möglich, die veränderbaren Widerstände VRa, VRb und VRc durch i

halbfeste Widerstände zu ersetzen, die für die Kennlinien bei Geschwindigkeiten nahe· "0", Kennlinien für weibliche Fahrer bzw. Kennlinien für männliche Fahrer gewählt werden. Bei dieser Gestaltung kann die Einstellung des Hilfskraft-'

Verhältnisses auf einfache Weise durch Betätigen des Schal-20

ters erfolgen.

Ferner besteht zwar das System gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel aus der logischen Steuerschaltung und dem analogen Schaltungsaufbau, bei dem ge-25

wohnliche logische Elemente genutzt werden, jedoch kann die logische St.euerschaltung durch einen Mikrocomputer ersetzt werden. Weiterhin kann in dem analogen Schaltungsaufbau ein Hochgeschwindigkei ts-Comput.er eingesetzt werden.

_OA Falls ein Mikrocomputer eingesetzt wird, kann die Einstellung des Hilfskraftverhältnisses durch das Auslesen von von dem Fahrer vorgenommenen Tastenbedienungen vorgenommen werden. Alternativ kann das System mit einem im Handel erhältlichen Spracherkennungsgerät ausgestattet

gr werden, um das HiIfskraftverhältnis entsprechend Sprachanweisungen durch den Fahrer einzustellen. Weiterhin ist.

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anzumerken, daß bei dem vorstehend beschriebenen Ausf ührunqsbe j sp iel en der Servol enkvorcjang entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit eingeleitet oder beendet, werden

kann. Dieser Schaltvorgang ist bei dem beschriebenen 5

Servolenksystem nicht wesentlich, da das erfindungsgemäße Servolenksystem eine Änderung des HiIfskraftsverhältnisses erlaubt.

Gamäß der vorstehenden Beschreibung ermöglicht, die Erfindung eine Änderung des Servo- bzw. H ι 1 fskra ft. verhäl t nisses des Servolenksystems. Daher kann jeder Fahrer einzeln für sich ein seinen eigenen Wünschen entsprechendes Lenkgefühl erzielen.

Bei einem Servolenksystem wird ein Elektromotor zum Erzeugen eines HiIfs-Drehmoments verwendet, welches dem i/on dem Fahrer eines Fahrzeugs an dem Lenkrad ausgeübten Drehmoment hinzugefügt wird. Das von dem Fahrer aufge-

2Q brachte Drehmoment wird mittels Fühlern erfaßt. Das System weist eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Motors entsprechend dem Ausgangssignal der Fühler auf. Ferner weist das System einen elektrischen geschlossenen Regelkreis für das Zurückführen eines der Ausgangsleistung des Motors entsprechenden Signals zu dem Eingang der Regel-'jchleife auf. Ein veränderbarer Widerstand wird so geschaltet, daß der Verstärkungsfaktor eines in der Regelschleife enthaltenen Verstärkers durch den Widerstand veränderbar ist. Ein an dem veränderbaren Widerstand angebrachter Knopf wird an dem Armaturenbrett des Fahrzeugs so angeordnet, daß er von dem Fahrer von Hand erreicht werden kann. Dies erlaubt es dem Fahrer, das HiIfskraftverhältnis, näm-J ich das Verhältnis des Ausgangs-Drehmoments des Servolenksystems zu dem von dem Fahrer aufgebrachten Emgangs-Drehmoment während der Fahrt, zu verändern.

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- Leerseite -

Claims

Τ« ο - · 1Λ"" - /O - - ' Patentanwälte und

IEDTKE - DÜHLING * RXlNNE;" ^JIRUI⁵E Vertreter beim EPA

w* f\ .:-- --* β·"- ■"" *" " Dipl.-Ing. H.Tiedtke f

nELLMANN " VaRAMS " OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne 3343180 Dipl.-Ing. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 2024 8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germariiapatent Münch

29. November 1983

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case W - 2

Patentansprüche

( l.J Motorbetriebenes Servolenksystem, gekennzeichnet, durch einen Elektromotor (DM), eine Verbindungsvorrichtung (9) zum unveränderbaren Koppeln des Motors mit einer Lenkachse (7) eines Fahrzeugs, eine Drehmoment fixiervorrichtung (8) zum Erfassen des an dem Lenkrad (1) des Fahrzeugs ausgeübten Drehmoments, eine Steuereinrichtung (40) zum gesteuerten Betreiben des Motors entsprechend dem Ausgangssignal der Drehmomentfühlervorrichtung und eine Hilfskraftverhältnis-Einstellvorrichtung (30; URl; VRa, VRb. VRc, VW) zum Einstellen des· Verhältnisses zwischen dem EingaVigssignalpegel dei\ Steuereinrichtung und einer Größe, nut. der der Motor betrieben wird, wobei die Einstellvorrichtung an einer Stelle angeordnet ist, die durch den Fahrer bej.m Führen des Fahrzeuges'von Hand erreichbar ist..
2. Servolenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (40) ein Roqelsystem mit einem geschlossenen Regelkreis für das Zurückführen eines dem Ausgangssignal entsprechenden Signals von dem Motor zurück zu dem Eingang des Regelkreises aufweist. und daß mit der HiIfskraftverhältnis-Einsteil vorrichtung (VRl; VRa, VRb, VRc, VW) der Verstärkungsfaktor oder

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Dämpfungsfaktor einer Verstärker- oder Dämpfungsstufe (B2) einstellbar ist, die zwischen den mit dem Drehmoment Signal beaufschlagten Eingang des Regelkreises und den Aus.gang der Drehmomentfühlervorrichtung (8) geschaltet ist.
3. Servolenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die HiIfskraftverhältnis-Einstellvorrichtung ein veränderbarer Widerstand (VRl) ist.

h. Servolenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die HiIfskraftverhältnis-Einstellvorrichtung mehrere veränderbare Widerstände (VRa, VRb, VRc) ■jnd einen Wählschalter (SW) aufweist.

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