DE3537024C2

DE3537024C2 -

Info

Publication number: DE3537024C2
Application number: DE3537024A
Authority: DE
Inventors: Saiichiro Oshita; Toyohiko Mouri; Yuji Ohta Gunma Jp Uemura
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1991-01-03
Also published as: US4800975A; JPH0319104B2; DE3537024A1; JPS6198675A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftlenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 31 24 181 ist eine Kraftlenkvorrichtung mit einem Lenkwinkelfühler bekannt, der den an einem Lenkrad eingestellten Lenkeinschlag mißt. Entsprechend dem Aus gangssignal des Lenkwinkelfühlers werden die Räder eines Fahrzeugs gelenkt. Es besteht also keine mechanische Ver bindung zwischen Lenkrad und den zu lenkenden Rädern. Bei dieser Anordnung muß der Fahrer praktisch kein Drehmoment beim Lenken aufbringen. Eine solche Anordnung ist für einen PKW nicht verwendbar, da der Fahrer keinerlei Lenkgefühl entwickeln kann.

Aus der DE-OS 22 37 166 ist eine Kraftlenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Wenn der Fahrer das Lenkrad während der Fahrt einschlägt und danach losläßt, so kehrt die Lenkung zunächst nicht in die Null- Stellung zurück, da einerseits das Getriebe des Servoelek tromotors die Zurückbewegung hemmt, andererseits durch das Loslassen des Lenkrades kein Torsionsdrehmoment mehr wirkt. Der Fahrer muß also ein entsprechendes Rückstellmoment auf das Lenkrad aufbringen, um die Räder wieder in die Null- Stellung zu bringen. Um nun eine selbstätige Rückbewegung der gelenkten Räder in die Null-Stellung zu bewirken, wird vorgeschlagen, den Servomotor samt seinem Getriebe von der Lenkung über eine elektromagnetisch betätigte Kupplung dann abzukuppeln, wenn der Servomotor stromlos ist, also vom Fahrer kein Lenkmoment auf das Lenkrad aufgebracht wird bzw. das Lenkrad losgelassen wird.

Bei dieser Art der Rückstellung wird es als nachteilig an gesehen, daß zum einen ein weiteres, kompliziertes mecha nisches Teil, nämlich die Kupplung, vorgesehen werden muß, um eine selbstätige Rückstellung zu bewirken. Zum anderen kann dieses Umschalten von Servo-unterstützter Lenkung auf Lenkung ohne Lenkhilfe ein unangenehmes Lenkgefühl erzeu gen. Schließlich wirken nicht bei jedem Fahrzeug gleich große Rückstellkräfte, so daß bei manchen Fahrzeugen mit ein- und derselben Servo-Lenkung ein schnelleres Zurück stellen, bei anderen Fahrzeugen ein langsameres Zurückstel len erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftlenk vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter zubilden, daß ein sicheres Zurückstellen der Lenkung in die neutrale Stellung mit einfachen Mitteln erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentan spruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausfüh rungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü chen.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Abbildungen näher beschrieben. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Teile einer Ausführungs form der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Ausgangskennlinie eines Torsionsdrehmomentfühlers,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Grundkennlinie des Hilfssignals iT,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Kennlinie des zusätz lichen Signals Sv,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Änderung der Hilfs signalkennlinie mit der Geschwindigkeit,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Kennlinie des Multi plizierfaktorsignals,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Kennlinie des Rückführ signals iR und

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Kennlinie des zusätz lichen Hilfssignals ia.

Gemäß Fig. 1 ist der Elektromotor zum Erzeugen der Hilfskraft, der die Hilfskraft der Lenkanordnung über eine nicht darge stellte Zahnstangen-Ritzel-Einrichtung zuführt, mit der er durch Untersetzungszahnräder und Gelenke verbunden ist, mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Die Drehrichtung und das Ausgangs drehmoment des Servomotors werden auf der Grundlage eines Regel signals durch eine Antriebsregeleinheit 2 geregelt, die einen Vorzeichendiskriminator 21, eine Absolutwerttransformations einheit 22, einen Tastverhältnisregler 23, einen Rotorstrom detektor 24 und einen Motortreiber 25 enthält. Das Regelsignal wird dem Vorzeichendiskriminator 21 und der Absolutwerttrans formationseinheit 22 zugeführt. Das Ausgangssignal vom Vorzeichendiskriminator 21 wird wiederum dem Motortreiber 25 zugeführt, um die Richtung des Motorstroms entsprechend dem Vorzeichen des Regelsignals zu schalten. Das Ausgangssignal der Absolutwerttransformationseinheit 22 wird dem Tastverhältnis regler 23 zugeführt, um das Tastverhältnis zu bestimmen, mit welchem wiederum der Motortreiber 25 angesteuert wird, um ein Ausgangs drehmoment in Übereinstimmung mit der Größe des Regelsignals zu erzeugen. Das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 1 wird so geregelt, daß es sich dem gewünschten Wert (durch Messen des Rotor stroms des Motors 1 mittels des Rotorstromdetektors 24) annähert.

Der gemessene Wert wird zum Tastverhältnisregler 23 zurück geführt.

Das Regelsignal für die Antriebsregel einheit 2 wird durch eine Hilfsbefehlseinheit 3, eine Rückführ befehlseinheit 4 und eine Phasenkompensationsbefehlseinheit 5 erzeugt.

Die Hilfsbefehlseinheit 3 erzeugt grundsätzlich ein Hilfssignal entsprechend der Größe und Richtung des Torsionsdrehmoments in der Lenkanordnung. Die Einheit besteht aus einem Torsionsdreh momentfühler 31, der an der (nicht dargestellten) Lenkwelle angebracht ist, um die Richtung und die Größe des auftretenden Torsionsdrehmoments zu messen, und einer Hilfsdrehmomentbezeich nungseinrichtung 32, die ein Hilfssignal it der in Fig. 3 gezeigten Kennlinie erzeugt, das vom Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31, dessen Kennlinie in Fig. 2 gezeigt ist, abhängt. Die Kennlinie der Hilfsdrehmomentbezeichnungs einrichtung 32 ist derart, daß dann kein Ausgangssignal auftritt, wenn die Größe des auftretenden Drehmoments unter einem bestimmten Pegel liegt, und die Größe und das Vorzeichen des Ausgangs signals sich in Übereinstimmung mit der Größe und der Richtung des Drehmoments ändern, wenn dieser Wert über schritten wird. Die Hilfsbefehlseinheit 3 enthält auch einen Geschwindigkeitsfühler 33, der die Fahrzeuggeschwindigkeit mißt, einen Zusatzkonstantengenerator 34, der (auf dem Ausgangssignal des Geschwindigkeitsfühlers 33 basierend) ein zusätzliches Signal Sv mit der in Fig. 4 gezeigten Kennlinie erzeugt, dessen Größe mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit abfällt, und einen Addierer 35, der das zusätzliche Signal Sv und das Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31 als Eingänge empfängt und sein Ausgangssignal zu der Hilfs drehmomentbezeichnungseinrichtung 32 sendet. Das zusätzliche Signal Sv wird entweder zu dem Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31 addiert oder von diesem subtra hiert, abhängig vom Vorzeichen des Ausgangssignals, um die in Fig. 3 gezeigte Kennlinie nach links oder nach rechts mit der Fahrzeuggeschwindigkeit als Parameter zu verschieben. Der Absolutwert des Ausgangssignals der Hilfsdrehmomentbezeichnungs einrichtung 32 sinkt somit, wenn die Fahrzeuggeschwin digkeit bei einem gegebenen Drehmoment steigt, und steigt an, wenn der Absolutwert des Eingangsdrehmoments bei gegebener Geschwindigkeit sinkt (siehe Fig. 5). Des weiteren sind ein Multiplizier faktorgenerator 36 und ein Multiplizierer 37 in der Hilfs befehlseinheit vorgesehen, um deren Ausgangssignal entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit zu ändern, wie die gestrichelten Linien in Fig. 5 zeigen. Auf der Grundlage des Ausgangssignals des Geschwindigkeitsfühlers 33 erzeugt der Multiplizierfaktor generator 36 ein Multipliziersignal mit der in Fig. 6 gezeigten Kennlinie, das den Wert 1 bei der Fahrzeuggeschwindigkeit Null annimmt und sich asymptotisch mit ansteigender Fahrzeugge schwindigkeit Null annähert. Der Multiplizierer 37 multipliziert das Ausgangssignal der Hilfsdrehmomentbezeichnungseinrichtung 32 mit dem Multiplizierfaktor, so daß das Ausgangssignal des Multi plizierers 37 entsprechend der Geschwindigkeit die Form annimmt, die in Fig. 5 in gestrichelten Linien gezeigt ist.

Die Rückführbefehlseinheit 4 erzeugt ein Signal entsprechend der Winkelverdrehung des Lenkrads, um dieses in die neutrale Stellung zurückzubewegen. Die Einheit enthält einen Lenkwinkelfühler 41, der die Winkelverdrehung des Lenkrads als seitliche Verschiebung der Zahnstange in einer nicht darge stellten Zahnstangen-Ritzel-Einrichtung mißt, und eine Rückführ drehmomentbezeichnungseinrichtung 42, die ein Rückstellmomentsignal oder Rückführsignal iR auf der Grundlage des Ausgangssignals des Lenkwinkelfühlers 41 mit einer Kennlinie erzeugt, die in Fig. 7 gezeigt ist.

Die Phasenkompensationsbefehlseinheit 5 enthält einen Phasen kompensator 51, der das Ausgangssignal des Torsionsdrehmoment fühlers 31 in ein Ausgangssignal proportional zu dessen Änderung über die Zeit erzeugt, und eine Phasen kompensationsbezeichnungseinrichtung 52, die ein zusätzliches Hilfssignal ia auf der Grundlage des Ausgangssignals des Phasenkompensators 51 mit einer Kennlinie erzeugt, die beispielhaft in Fig. 8 gezeigt ist. Bei der beschiebenen Aus führungsform wird das Ausgangssignal des Phasenkompensators 51 auch zu dem Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31 addiert, das dem Addierer 35 zugeführt wird.

Das Hilfssignal iT der Hilfsbefehlseinheit 3, das Rückführ signal iR der Rückführbefehlseinheit 4 und das zusätzliche Hilfssignal ia der Phasenkompensationsbefehlseinheit 5 werden summiert und der Antriebsregeleinheit 2 als Befehlssignale zuge führt.

Wenn aufgrund dieser Ausbildung ein Torsionsdrehmoment in der Lenkanordnung durch Betätigen des Lenkrads auftritt, stellt der Torsionsdrehmomentfühler 31 dieses Drehmoment fest und erzeugt ein Ausgangssignal, aufgrund dessen ein Hilfssignal durch die Hilfsbefehlseinheit 3 erzeugt wird, um die Drehrichtung und das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 1 über eine Vorzeichen diskriminierung und eine Tastverhältnisregelung entsprechend dem absoluten Wert des Hilfssignals zu regeln. Die Beziehung zwischen dem Torsionsdrehmoment und dem Hilfssignal ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Ansprechend auf ein nach rechts gerichtetes Lenkmoment wird beispielsweise ein positives Hilfssignal erzeugt, dessen Größe mit Erhöhung des Drehmoments ansteigt. Der Elektromotor 1 erzeugt somit ein Ausgangsdrehmoment einer Größe entsprechend dem angelegten Eingangsdrehmoment in der Richtung, welche das Lenken nach rechts unterstützt, um die Lenklast für den Fahrer zu erleichtern. Im Falle einer Linksdrehung wird der Elektromotor 1 geregelt, um die Lenkung nach links aufgrund eines negativen Hilfssignals zu unterstützen.

Gemäß der Erfindung wird die Funktionsbeziehung zwischen dem Torsionsdrehmoment und dem Hilfssignal durch das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsfühlers 33 geändert. Gemäß Fig. 5, die beispielsweise die Kennlinien des Hilfssignals in Abhängigkeit vom (Rechtslenk-)Drehmoment zeigt, wobei der Zustand bei der Geschwindigkeit Null durch M0 bezeichnet ist, verschie ben sich die Kennlinien längs der X-Achse nach rechts zu M1 und M2, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit auf V1 und V2 aufgrund der Zugabe der zusätzlichen Konstanten ansteigt, und verringern ihre Neigungen von M1 nach m1 und von M2 nach m2 aufgrund der Multi plikation durch den Multiplizierfaktor. Bei gegebenem Eingangsdrehmoment fällt somit die Größe des Hilfssignals mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Mit anderen Worten fällt das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 1 mit steigen der Geschwindigkeit ab, so daß eine übermäßige Hilfskraft bei hohen Geschwindigkeiten vermieden wird, während eine ausrei chende Hilfskraft beim Stillstand und bei niedrigen Geschwindig keiten zur Verfügung gestellt wird, wodurch sich ein angenehmes Gefühl beim Lenken ergibt.

Der Lenkwinkelfühler 41 stellt die Winkelverdre hung des Lenkrads fest. Auf der Grundlage dieses Signals erzeugt die Rückführbefehlseinheit 4 ein Rückführsignal iR mit einer Kennlinie, die in Fig. 7 gezeigt ist. Das Signal iR ist proportional zum Lenkwinkel für Lenk winkel innerhalb von ±R 0 um die neutrale Stellung und ist konstant für Lenkwinkel, deren Größe R 0 übersteigt. Das Signal ist negativ für einen Bereich des Rechtslenkwinkels und positiv für einen Bereich des Linkslenkwinkels. Somit wird beispielsweise, bei konstantem Rechtslenkwinkel R 1 der Elektromotor 1 durch die Summe aus positivem Hilfs signal iT (entsprechend dem positiven Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31) und negativem Rückführsignal iR 1 (entsprechend dem Ausgangssignal des Lenkwinkelfühlers 41) geregelt. Gemäß Fig. 3, in der das Hilfssignal it durch die ausgezogene Linie gezeigt ist, wird die Summe der oben erwähnten Signale derart, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn also das Lenkrad beim Rechtslenkwinkel R 1 freigegeben wird, so nimmt die Summe der Signale sofort einen negativen (nach links) Wert längs der gestrichelten Linie an, aufgrund des schnellen Abfalls des Torsionsdrehmoments T. Ein Linksdrehmoment wird somit vom Elektromotor 1 erzeugt, das die Reibung in den Untersetzungs zahnrädern und das Trägheitsmoment des Motors überwindet. Somit wird die Rückführwirkung des Lenkrades verbessert, so daß die Lenkanordnung glatt in die neutrale Stellung zurück geführt wird. Da sich die Größe des Rückführsignals iR mit sinkendem Lenkwinkel R auf Null zu verringert, verschwindet das Drehmoment des Elektromotors 1 vollständig in der oder nahe der neutralen Stellung, womit die Konvergenz des Freihandzustands bei hohen Geschwindigkeiten verbessert wird.

Nachfolgend wird der Lenkvorgang, während sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, beschrieben. Aufgrund eines großen Widerstands wird in diesem Fall das Torsionsdrehmoment beim Lenken sehr schnell aufgebaut, was zu einem sehr schnellen Anstieg des Ausgangssignals des Torsionsdreh momentfühlers 31 proportional zum Torsionsdrehmoment führt. Der sehr schnelle Anstieg des Torsionsdrehmoments wird duch den Phasenkompensator 51 der Phasenkompensationsbefehlseinheit 5 festgestellt, was zu einem Ausgangssignal entsprechend der Änderung des Torsionsdrehmoments, das zu dem Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31 addiert wird, führt. Auch in einem sehr frühen Stadium des Lenkvorgangs, wenn das Torsions drehmoment T eigentlich noch nicht bis zu einem Wert angestiegen ist, der groß genug ist, um ein Hilfssignal iT zu erzeugen, wird dann, wenn der Grad des Anstiegs des Torsionsdrehmoments groß genug ist, dennoch ein Hilfssignal iT abgegeben, so daß der Elektromotor 1 ohne Verzögerung beim Lenken im Stillstand anspricht, wobei selbsterregte Schwingungen vermieden werden.

Das zusätzliche Hilfssignal ia der in Fig. 8 gezeigten Kenn linie wird durch die Phasenkompensationsbezeichnungseinrichtung 52 auf der Basis des Ausgangssignals des Phasenkompensators 51 erzeugt. Das zusätzliche Hilfssignal ist proportional zur zeitlichen Änderung des Torsionsdrehmoments bis zu einer bestimmten Größe, oberhalb welcher es einen konstanten Wert annimmt. In Fällen wiederholter starker Lenkeinschläge abwechselnd nach links und nach rechts kompensiert somit das zusätz liche Hilfssignal ia die Motorträgheit und verbessert das Lenkgefühl.

Der Zusatzkonstantengenerator 34 kann auch so ausgebildet werden, daß er ein zusätzliches konstantes Signal erzeugt, das mit der Geschwindig keit ansteigt, und das von dem Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentfühlers 31 in dem Addierer 35 subtrahiert wird.

Einerseits wird somit eine übermäßige Lenk kraft bei hohen Geschwindigkeiten, die eine Leichtigkeit des Lenkrads und ein Gefühl der Unsicherheit bewirken würde, verhindert, da die Größe des Befehlssignals, das die Dreh richtung und das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors für die Hilfskraft bestimmt, mit ansteigender Geschwindigkeit abnimmt. Andererseits wird die Rückführwirkung des Lenkwinkels auch verbessert, da das Befehlssignal einen Wert annimmt, der den Motor veranlaßt, sich in Rückführrichtung zu drehen, wenn das Torsionsdrehmoment unter einen vorbestimmten Wert fällt, der sich mit der Winkeldrehung des Lenkrads ändert. Des weiteren wird das Ansprechen der Hilfs kraft aufgrund des zusätzlichen Hilfssignals unmittelbar nach Beginn einer Lenkeingabe verbessert, wobei eine selbsterregte Schwingung verhindert wird, wenn sich die Lenkung des Fahrzeugs im Stillstand befindet. Auch wird die Motorträgheit beim abwechselnden Lenken in beide Richtungen kompensiert und dadurch das Lenkgefühl verbessert.

Claims

1. Kraftlenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor (1), der in Wirkverbindung mit einer Lenkanordnung des Fahrzeuges steht, um den Lenkvorgang zu unterstützen, mit einem Torsionsdrehmomentfühler, der das Torsionsdrehmoment abtastet, das beim Lenken auf die Lenksäule aufgebracht wird und der ein ent sprechendes Torsionsdrehmomentsignal abgibt, mit einem Kraftfahrzeug-Geschwindigkeitsfühler, der ein der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit entsprechendes Geschwin digkeitssignal abgibt, mit einer Hilfsbefehlseinheit, die ein Hilfssignal in Abhängigkeit von dem Torsions drehmomentsignal und dem Geschwindigkeitssignal an eine Antriebsregeleinheit abgibt, dessen Absolutbetrag bei einem Steigen des Torsionsdrehmomentsignals an steigt und bei ansteigender Kraftfahrzeuggeschwindig keit abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Vorrichtung (42) vorgesehen ist, die in Abhängig keit vom Ausgangssignal eines Lenkwinkelsensors (41) ein Rückstellmoment-Signal abgibt, um die Rückstellung der gelenkten Räder in ihre Neutralstellung zu bewir ken und
daß das Rückstellmoment-Signal und das Hilfsmoment-Si gnal addiert und an die Antriebsregeleinheit (2) gege ben werden, um den Servomotor (1) zu steuern.

2. Kraftlenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hilfsbefehlseinheit (3) einen Zu satzkonstantengenerator (34), der ein zusätzliches Si gnal (Sv) abhängig vom Ausgangssignal des Geschwindig keitsfühlers (33) erzeugt, und eine Hilfsdrehmomentbe zeichnungseinrichtung (32) aufweist, an welche die Summe der Ausgangssignale des Torsionsdrehmomentfühlers (31) und des Zusatzkonstantengenerators (34) angelegt wird.

3. Kraftlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbefehlseinheit (3) einem Multiplizierfaktorgenerator (36) aufweist, der ein Multiplizierfaktorsignal zum Verringern des Ausgangssignals der Hilfsbefehlseinheit (3) mit stei gender Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. zum Vergrößern dieses Ausgangssignals mit sinkender Fahrzeuggeschwin digkeit erzeugt.

4. Kraftlenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenkom pensationsbefehlseinheit (5) vorgesehen ist, die einen Phasenkompensator (51) umfaßt, der ein Signal propor tional zum Ausmaß der zeitlichen Änderung des Aus gangssignals des Torsionsdrehmomentfühlers (31) er zeugt, und eine Phasenkompensationsbezeichnungsein richtung (52) umfaßt, die ein zusätzliches Hilfssignal (ia) entsprechend dem Ausgangssignal des Phasenkompen sators (51) erzeugt, und daß das Ausgangssignal des Phasenkompensators (51) zum Ausgangssignal des Torsi onsdrehmomentfühlers (31) addiert wird.