DE3723770C2 - Servolenksystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Servolenksystem gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruchs.
Ein Servolenksystem dieser Art ist in der älteren, nachveröffentlichten
DE 36 04 396 C2 beschrieben. Bei diesem bekannten Servolenksystem wird der
unabhängig von der jeweiligen Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerte Ansteuerstrom
allmählich bis auf den Wert Null herabgesetzt, nachdem der Lenkausschlag einen
vorbestimmten Wert in der Nähe des maximalen Lenkausschlages überschritten
hat. Zur Ermittlung des jeweiligen Lenkausschlags ist auf einem elastisch mit
einer Eingangswelle verbundenen Wellenabschnitt ein den Lichtstrom zwischen
Photokopplern abwechselnd unterbrechender und freigebender Zahnkranz ange
ordnet, dessen Zähne gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die jeweiligen
Lenkausschläge werden dann anhand von den Photokopplern nachgeschalteten
Zählern ermittelt. Die Korrektur des Ansteuerstromes erfolgt durch eine ent
sprechende Korrektur einer für das Lenkdrehmoment repräsentativen Größe, die
zur Steuerung des Ansteuerstromes herangezogen und bei Erreichen des maximalen
Lenkausschlags stets so verändert wird, daß sich ein Ansteuerstrom Null er
gibt.
Herkömmliche elektrische Servolenksysteme enthalten gewöhnlich einen Drehmo
ment-Fühler, der auf die Lenkbelastung anspricht, und einen Geschwindigkeits-
Fühler, der auf die Fahrzeuggeschwindigkeit anspricht. Ferner ist eine elek
tronische Steuerung vorgesehen, die einen Servomotor ansteuert. Die elektroni
sche Steuerung ist derart ausgelegt, daß sie die von dem Drehmoment-Fühler und
dem Geschwindigkeits-Fühler ermittelten Signale aufnimmt und ein Impulssignal
liefert, das pulsdauermoduliert ist und verstärkt wurde. Das Impulssignal
weist eine lenkbelastungsabhängige und eine geschwindigkeitsabhängige Charak
teristik auf, so daß dann, wenn das Lenkrad betätigt wird, das jeweils be
nötigte Maß der Kraftunterstützung erzeugt werden kann. Bei dem genannten
elektrischen Servolenksystem wird der von der Fahrzeug-Batterie erhaltene
Ansteuerstrom für den Servomotor durch die elektronische Steuerung gesteuert.
Wenn das Fahrzeug mit relativ hoher Geschwindigkeit und geringer Lenkbelastung
fährt, wird der Ansteuerstrom sehr klein gehalten. Dagegen steigt er auf einen
größeren Wert an, wenn das Fahrzeug langsam fährt oder steht. Demnach treten
Probleme auf, die darin bestehen, daß bei ständig in der Nähe der Enden des
Zahnstangen-Hubbereiches des Servolenksystems gehaltenem Lenkeinschlag der von
der elektronischen Steuerung und dem Servomotor verursachte Stromverbrauch
derart ansteigt, daß die Fahrzeug-Batterie übermäßig entladen wird und zudem
die Gefahr besteht, daß die Wicklungen des Servomotors überhitzt werden.
Ziel der Erfindung ist es, die zuvor genannten Probleme zu beseitigen und ein
Servolenksystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Stromver
brauch auf ein wirtschaftliches Maß verringert ist und sowohl eine übermäßige
Erwärmung der Wicklungen des Servomotors als auch eine übermäßige Belastung
der Fahrzeug-Batterie zuverlässig ausgeschlossen sind.
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen
Merkmale gelöst.
Somit wird ein elektrisches Servolenksystem vorgeschlagen, das Mittel auf
weist, um den Ansteuerstrom des Servomotors allmählich zu reduzieren, und zwar
in einem Zustand, in dem die Kraftunterstützung bei einer hohen Lenkbelastung
erfolgt und der Lenkeinschlag ständig in der Nähe der Enden des Zahnstangen-
Hubbereiches gehalten wird. Hierbei wird der Ansteuerstrom in Abhängigkeit von
einem Zahnstangenende-Signal eines Annäherungs-Fühlers reduziert.
Erfaßt der Annäherungs-Fühler die Nähe der Endstellungen des Zahnstangen-
Hubbereiches bei einer sehr geringen Fahrzeug-Geschwindigkeit oder bei einem
Lenken im Stand, so bewirkt die die Zeitkonstantenschaltung enthaltende Redu
zier-Vorrichtung, daß die elektronische Steuerung eine mit einer Zeitverzöge
rung behaftete Reduzier-Charakteristik annimmt. Überdies steuert die elektro
nische Steuerung den Ansteuerstrom so, daß dieser bei in der Nähe der Endstel
lungen gehaltenem Lenkeinschlag auf einem relativ geringen Niveau innerhalb
eines optimalen Niveaubereichs gehalten werden kann.
Da der Ansteuerstrom so reduziert werden kann, daß er bei in der Nähe der
Endstellungen des Zahnstangen-Hubbereichs gehaltenem Lenkeinschlag auf einem
relativ geringen Niveau innerhalb des optimalen Niveaubereichs gehalten wird,
wenn das Lenkrad bei einer sehr geringen Fahrzeuggeschwindigkeit oder gar im
Stand betätigt wird, kann die Nennstromgröße für den Leistungsteil der
elektronischen Steuerung und den Servomotor erfindungsgemäß auf ein derart
niedriges Niveau gebracht werden, daß ein wirtschaftlicher Stromverbrauch
erzielt wird und sowohl eine übermäßige Erwärmung des Servomotors als auch
eine übermäßige Entladung der Fahrzeug-Batterie verhindert wird. Durch die
Erfindung werden die beim Stand der Technik angetroffenen Probleme gelöst.
Da der Ansteuerstrom bei Erreichen der Nähe der Enden des Zahnstangen-Hub
bereichs allmählich entsprechend der Charakteristik des Zeitverzögerungs
gliedes reduziert werden kann, kann der Übergang in den Strombegrenzungszu
stand sanft erfolgen, und es können Lenkstöße auf das Lenkrad vermieden
werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und
aus den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen
Servolenksystems mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung, die den Ansteuerstrom
für den Servomotor reduziert;
Fig. 2 ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform
der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung darstellt;
und
Fig. 3 eine Kennlinie, welche die Arbeitsweise der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
In Fig. 1 ist ein Servolenksystem dargestellt, das
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist, um
den Ansteuerstrom für den Servomotor 7
zu reduzieren.
Ein Lenkrad 1 ist mittels einer Lenkwelle 2 mit einem in
einem Getriebegehäuse 3 befindlichen Ritzel 20 (Fig. 2)
verbunden. Eine Drehbewegung des Lenkrades 1 wird von einer
mit dem Ritzel 20 in Kämmeingriff befindlichen Zahnstange
25 (Fig. 2) auf eine Spurstange 4 übertagen. Des weiteren
werden ein Lenkbelastungs-Signal von einem Drehmoment-Fühler
5 in Abhängigkeit von der Lenkbelastung und
ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Signal von einem Geschwindigkeits-Fühler
6 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit
erzeugt. Diese Signale werden einer elektronischen
Steuerung 8 zugeführt, die
den Ansteuerstrom für den Servomotor 7 steuert.
Die grundsätzliche Konstruktion einer elektronischen Steuerung
8 ist bekannt. Die elektronische Steuerung 8 ist
derart ausgelegt, daß das Ausgangs-Frequenzsignal des Ge
schwindigkeits-Fühlers 6 an einen Frequenz-Spannungs-Wandler
angelegt und das umgeformte Spannungs-Signal durch einen
Komparator mit einem Referenz-Signal eines Referenz-Oszil
lators verglichen wird. Ein vom Drehmoment-Fühler 5 erhal
tenes analoges Signal wird von einem Impulsformer umgeformt
und im Komparator mit dem geschwindigkeitsabhängigen Span
nungs-Signal kombiniert. Als Ausgangssignal wird ein puls
dauermoduliertes, verstärktes Impuls-Signal erhalten, das
eine von der Lenkbelastung und der Fahrzeuggeschwindigkeit
abhängige Charakteristik aufweist. Mit 9 sind die Anschluß
klemmen der im Fahrzeug eingebauten Batterie bezeichnet.
Mit dem Ausgangssignal der elektronischen
Steuerung 8 wird dem Servomotor 7 ein Ansteuersignal zugeführt. Die
vom Servomotor 7 erzeugte Drehbewegung erzeugt einen axialen
Schub auf die Zahnstange 25, um mittels eines geeigneten
Übertragungsmechanismus lenken zu können, wodurch eine
Kraftunterstützung erreicht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Getriebegehäuse 3
des weiteren einen Annäherungs-Fühler 10 (s. Fig. 1) auf,
um die an den beiden Enden des Zahnbereichs der Zahnstange
25 angrenzenden Stellungen zu ermitteln. Das ermittelte
Signal wird zur elektronischen Steuerung 8 übertragen.
In Fig. 2 ist in einem Blockschaltbild eine Motorstrom-Absteuer-Vorrichtung
dargestellt, die in der in Fig. 1
gezeigten elektronischen Steuerung 8 enthalten sein kann. Des
weiteren ist in Fig. 2 schematisch ein Strukturdiagramm des
Drehmoment-Fühlers 5 und des Annäherungs-Fühlers 10
dargestellt, die beide im
Getriebegehäuse 3 untergebracht sind.
Innerhalb der elektronischen Steuerung 8 wird das vom
Drehmoment-Fühler 5 erhaltene Ausgangssignal, das von der
Drehung des über die Lenkwelle 2 mit dem Lenkrad 1 verbundenen
Ritzels 20 abhängt, über einen Drehmomentsignal-Verstärker
21 zu einem Ausgangskreis 22 für den Ansteuerstrom
des Servomotors übermittelt. Diesem einen Pulsdauermodulationskreis
enthaltenden Ausgangskreis 22 wird des
weiteren das Fahrzeuggeschwindigkeits-Signal des Geschwindigkeits-Fühlers
6 übermittelt. Dadurch kann die elektronische
Steuerung 8 den Servomotor 7 mit dem Ansteuerstrom
speisen, der die bereits erklärte lenkbelastungsabhängige
und fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Charakteristik aufweist.
Ein in Fig. 2 mit 23 bezeichneter Annäherungs-Fühler
besteht aus einer Kombination einer relativ kleinen elektromagnetischen
Spule oder eines Permanentmagneten, die
jeweils zum Nachweisen eines magnetischen Teiles geeignet sind, mit
einem Schaltelement (z. B. eine Kombination, bestehend
aus einer integrierten Hall-Schaltung (Hall IC) und einem
Leistungsrelais). Dieser Annäherungs-Fühler 23 (Fig. 2) ist
in ein Halterungs-Joch 24 eingebettet, das an die Zahnstange
25 drückt. Die Zahnstange 25 weist Aussparungen 26a
und 26b auf, auf die der Annäherungs-Fühler 23 anspricht.
Die Aussparungen 26a und 26b befinden sich unmittelbar vor
und angrenzend an den Enden des Hubbereiches der Zahnstange
25. Daher kann nach einem Betätigen des Lenkrades 1 mit dem Erreichen
der Enden des Hubbereiches oder dann, wenn die Aussparungen
26a und 26b genau gegenüber dem Annäherungs-Fühler
23 liegen, ein elektrisches Melde- oder Zahnstangenende-Signal erzeugt
werden.
Dieses vom Annäherungs-Fühler 23 gelieferte Zahnstangenende-Signal
aktiviert einen Verarbeitungskreis 27,
wie z. B. einen Schmitt-Trigger.
Dessen Ausgangssignal startet eine
Zeitkonstantenschaltung 28.
Ein Motorstrom-Absteuerkreis 29 ist mit den Ausgängen der
Zeitkonstantenschaltung 28 und des Drehmomentsignal-Verstärkers
21 verbunden. Wenn der Drehmomentsignal-Verstärker 21
auf eine Betätigung des Lenkrades 1 hin
ein Lenkbelastungs-Signal ausgibt,
übermittelt der Motorstrom-Absteuerkreis 29
zum Ausgangskreis 22 ein Motorstrom-Absteuersignal, das
von einem Verzögerungs-Ausgangssignal der Zeitkonstantenschaltung
28 abhängt. Dadurch werden Stromreduzierungscharakteristiken
erhalten, durch die der Ansteuerstrom des Servomotors 7
zeitlich verzögert oder allmählich reduziert wird.
Fig. 3 stellt die Kennlinie des Ansteuerstromes für den Servomotor 7 als
Funktion des Lenkungsausschalges dar.
Wenn z. B., wie dargestellt, eine Lenkbewegung nach rechts
durchgeführt wird, wird bei einem bisher üblichen System
der Ansteuerstrom derart erhöht, daß die Zahnstange 25
des Lenkhilfe-Mechanismus das Ende E des Zahnstangenberei
ches erreicht, wobei, falls diese Lenkstellung weiter bei
behalten wird, eine relativ hohe Lenkkraft aufrechterhalten
wird, was zu einer übermäßigen Entladung der Batterie führt
(siehe auch die gestrichelte Linie in Fig. 3).
Im Gegensatz dazu aktiviert bei der vorliegenden Erfindung
das Zahnstangenende-Signal, das erhalten wird, wenn der Annäherungs-Fühler
10 (Fig. 1) eine Stellung der Zahnstange 25 angrenzend
an einem Ende ihres Hubbereiches, oder z. B. die Stellung
in der Nähe des rechten Endes des Hubbereiches am
Punkt P ermittelt, den Verarbeitungskreis 27 und dann die
Zeitkonstantenschaltung 28 der elektronischen Steuerung
8. Als Folge daraus reduziert der Motorstrom-Absteuerkreis
29 allmählich den Ansteuerstrom für den Servomotor 7 (siehe
die Kurve PQ in Fig. 3).
Die Größe des Ausgangssignals des Motorstrom-Absteuerkrei
ses 29 ist so vorbestimmt, daß die Kraftunterstützung nicht
verlorengeht, wenn der Lenkeinschlag weiter beibehalten
wird. Demgemäß wird danach der Motor-Ansteuerstrom, der
zeitverzögert oder allmählich reduziert worden ist, auf
einem relativ geringen,vorbestimmten Niveau gehalten (also
einem Zustand reduzierter Lenkhilfe).
Claims (1)
1. Servolenksystem für Zahnstangenlenkungen, mit einem
elektrischen Servomotor, einer elektronischen Steuerung zum Steuern des den
Servomotor speisenden Ansteuerstroms in Abhängigkeit von einer Lenkbelastungs-
und/oder Fahrzeuggeschwindigkeits-Charakteristik und Mitteln, um den
Ansteuerstrom entsprechend einer vorgebbaren Charakteristik zu reduzieren,
sobald der Bereich des maximalen Lenkausschlags erreicht ist, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Annäherungs-Fühler (10, 23) vorgesehen ist, um die
Stellungen angrenzend an die Enden des Zahnstangen-Hubbereiches zu ermitteln
und ein Zahnstangenende-Signal zu liefern, daß die auf das Zahnstangenende-
Signal ansprechenden Mittel (27, 28, 29) zur Erzeugung der Reduzier-
Charakteristik einen Verarbeitungskreis (27), eine Zeitkonstantenschaltung
(28) und einen Motorstrom-Absteuerkreis (29) enthalten, durch den der An
steuerstrom auf ein vorbestimmtes Niveau reduzierbar ist, und daß die auf den
Motorstrom-Absteuerkreis (29) einwirkende Zeitkonstantenschaltung (28) dem
Ansteuerstrom nach einer Aktivierung des Verarbeitungskreises (27) durch das
Zahnstangenende-Signal eine Charakteristik aufprägt, die mit einer Zeitver
zögerung behaftet ist.
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