DE3817602C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kraftlenksystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Lenksystem ist aus der DE-OS 35 42 033 bekannt. Bei diesem bekannten Lenksystem besteht aber keine Abhängigkeit zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkungsdämpfung. Dadurch kann es bei höheren Geschwindigkeiten zu einem unsicheren Fahrverhalten kommen.

Aus der US-PS 45 38 698 ist es bekannt, daß man die Lenkkraftverstärkung mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit vermindern kann. Der Grundgedanke hierbei liegt darin, daß bei einem langsam fahrenden oder gar stehenden Fahrzeug eine besonders große Lenkkraftverstärkung benötigt wird, bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten aber aufgrund der verringerten Reibung zwischen Rädern und Straße eine niedrigere Lenkkraftverstärkung ausreicht. Es soll also die Lenkkraftverstärkung nur soweit bereitgestellt werden, wie sie auch wirklich benötigt wird. Dies führt, insbesondere bei schweren Fahrzeugen, zu einem nicht unerheblich Lenkkraftaufwand bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kraftlenksystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß das Konvergenzverhalten der Lenkung in einem weiten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß das Dämpfungssignal seinem Betrag nach in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird. Dadurch werden abrupte und schnelle Lenkbewegungen, die von einem Servolenksystem sonst verstärkt werden könnten, und die bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten Gefahren mit sich bringen, vermieden. Dennoch wird ein niedriger Kraftaufwand auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten sichergestellt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kraft­ lenksystems, das mit der erfindungsgemäßen An­ ordnung ausgestattet werden kann;

Fig. 2a und 2b Blockdiagramme bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Kennlinie ei­ nes Dämpfungssignales; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Dämpfungs­ signal-Korrekturkoeffizienten, der von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit abhängt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das hier gezeigte Lenksystem 1 eine Zahnstangenlenkung und umfaßt ein Lenkrad 2, eine Lenkwelle 3, ein Gelenk 4, ein Getriebe 5, und eine Zahn­ stange 6. Eine weitere Anordnung 11 von Ritzel und Zahn­ stange ist für ein elektrisches Kraftlenksystem vorgesehen. Das Ritzel der Anordnung 11 steht in Eingriff mit der Zahn­ stange 6. Das Ritzel steht in Wirkverbindung mit einer Ausgangswelle 9 eines Untersetzungsgetriebes 8, das an einem Motor 7 sitzt. Ein Torsionsmomentfühler 12 ist am Getriebe 5 vorgesehen, um das Torsionsmoment auf die Lenk­ welle abzutasten. Ein Lenkwinkelfühler 13 ist an der Zahn­ stange 6 so vorgesehen, daß er die Axialbewegung der Zahn­ stange 6 entsprechend dem Lenkwinkel abtastet. Die Aus­ gänge der Fühler 12 und 13 werden einer Reglereinheit 15 zugeführt.

Die Fig. 2a und 2b zeigen die Reglereinheit 15, die einen Unterstützungssignalabschnitt 22, einen Hilfsunter­ stützungssignalabschnitt 23, einen Rückstellsignalabschnitt 24, einen Dämpfungssignalabschnitt 26 und einen Antriebs­ steuerabschnitt 25 umfaßt.

Der Unterstützungssignalabschnitt 22 umfaßt den Torsions­ momentfühler 12 und einen Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 33. Der Torsionsmomentfühler 12 gibt ein Ausgangssignal ab, das dem Torsionsmoment und der Torsionsrichtung der Lenkwelle entspricht. Das Ausgangssignal des Fahrzeugge­ schwindigkeitsfühlers 33 wird einem Additionskoeffizienten­ einstellabschnitt 34 und einem Multiplikationskoeffizien­ teneinstellabschnitt 36 zugeführt. Das Additionskoeffi­ zientensignal vom Abschnitt 34 nimmt mit steigender Fahr­ zeuggeschwindigkeit ab. Die Ausgangssignale des Torsions­ momentfühlers 12 und des Additionskoeffizienteneinstell­ abschnittes 34 werden in einem Summierabschnitt 35 addiert, dessen Ausgangssignal einem Unterstützungssignalerzeu­ gungsabschnitt 32 zugeführt wird. Das vom Abschnitt 32 stammende Unterstützungssignal entsteht dann, wenn das Torsionsmoment über einen vorbestimmten Wert steigt und weist hierbei eine Polarität auf, die von der Richtung des Torsionsmomentes in der Lenkwelle abhängt. Das Multi­ plikationskoeffizientensignal vom Abschnitt 36 nimmt da­ gegen mit wachsender Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Das Unter­ stützungssignal wird mit dem Multiplikationskoeffizienten in einem Multiplizierabschnitt 37 derart multipliziert, daß das Unterstützungssignal hierdurch eine Korrektur er­ fährt.

Der Hilfssignalunterstützungsabschnitt 23 umfaßt einen Phasenkorrekturabschnitt 51, welchem das Ausgangssignal des Torsionsmomentfühlers 12 zugeführt wird und der ein Ausgangssignal abgibt, das proportional zum Differential des Ausgangssignales aus dem Fühler 12 ist. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal des Abschnittes 51 der Änderungs­ geschwindigkeit des Torsionsmomentes entspricht. Der Aus­ gang des Phasenkorrekturabschnittes 51 wird einem Hilfsun­ terstützungssignalerzeugungsabschnitt 52 zugeführt. Wei­ terhin wird das Ausgangssignal des Abschnittes 51 zum Aus­ gangssignal des Torsionsmomentfühlers 12 addiert und dem Summierabschnitt 35 zugeführt, wodurch die Phase des Un­ terstützungssignales zur Anpassung an die Wirkung des Mo­ tors 7 korrigiert wird.

Der Rückstellsignalabschnitt 24 umfaßt den Lenkwinkelfüh­ ler 13, dessen Ausgangssignal einem Rückstellsignalerzeu­ gungsabschnitt 42 zugeleitet wird. Der Abschnitt 22 er­ zeugt ein Rückstellmomentsignal, das vom Lenkwinkel ab­ hängt.

Der Dämpfungssignalabschnitt 26 umfaßt einen Lenkwinkel- Phasenkorrekturabschnitt 61, dem das Signal aus dem Lenk­ winkelfühler 13 zugeführt wird und der ein Ausgangssignal abgibt, das proportional zum Differential des Ausgangs des Fühlers 13 ist. Ein Dämpfungssignalerzeugungsabschnitt 62 ist vorgesehen, dem das Ausgangssignal des Abschnittes 61 zugeführt wird und der ein Dämpfungssignal abgibt. Wie in Fig. 3 gezeigt, entsteht das Dämpfungssignal dann, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit einen vorbestimmten (niedrigen) Wert übersteigt und steigt mit steigender Lenk­ winkelgeschwindigkeit an. Wenn die Lenkwinkelgeschwindig­ keit einen vorbestimmten großen Wert übersteigt, so wird das Dämpfungssignal konstant. Die Polarität (Richtung) des Dämpfungssignales ist entgegengesetzt zur Polarität (Richtung) der Lenkraddrehung.

Das erfindungsgemäße System umfaßt einen Speicher in Form einer Koeffizienten- oder Nachschlagetabelle 63 zum Speichern von Dämpfungs­ signalkorrekturkoeffizienten. Diese Korrekturkoeffizien­ ten sind fest gespeichert. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind diese Koeffizienten so ausgewählt, daß sie eine Kurve bil­ den, deren Betrag ausgehend vom Wert Eins bei niedriger Geschwindigkeit (z. B. 5 km/h) mit steigender Fahrzeugge­ schwindigkeit ebenfalls ansteigt. Das Fahrzeuggeschwindig­ keitssignal vom Geschwindigkeitsfühler 33 wird so der Ta­ belle 63 "zugeführt", daß ein Koeffizient in Übereinstim­ mung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelesen und dem Multiplizierabschnitt 64 zugeleitet werden kann. Im Mul­ tiplizierabschnitt 64 wird das Dämpfungssignal vom Ab­ schnitt 62 mit dem Koeffizienten multipliziert, um so das Dämpfungssignal zu korrigieren. Das korrigierte Dämp­ fungssignal wird zum Rückstellmomentsignal aus dem Ab­ schnitt 42 addiert. Die Summe der beiden Signale wird ei­ nem Fahrzeuggeschwindigkeitsgatter 65 zugeführt, das dann öffnet und das Summensignal durchläßt, wenn die Fahrzeug­ geschwindigkeit einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 5 km/h, übersteigt.

Das Unterstützungssignal, das Hilfsunterstützungssignal, das Rückstellmomentsignal und die Summe des korrigierten Dämpfungssignales mit dem Rückstellmomentsignal werden addiert. Die Summe wird einem Positiv-/Negativ-Unterschei­ dungsabschnitt 16 und einem Absolutwertabschnitt 17 des Antriebssteuerabschnittes 25 zugeführt. Der Ausgang des Positiv-/Negativ-Unterscheidungsabschnittes 16 wird dem Motor 7 über einen Motortreiber 20 zugeführt. Das Ausgangs­ signal des Absolutwertabschnittes 17 wird einem Tastver­ hältnis-Steuerabschnitt 18 zugeführt, der einen Impulszug abgibt. Der Impulszug wird dem Treiber 20 so zugeführt, daß das Ausgangsmoment 7 dem Tastverhältnis des Impulszuges entsprechend gesteuert wird. Das Ausgangsmoment des Motors wird zum Tastverhältnis-Steuerabschnitt 18 über einen Laststromabtastabschnitt 19 zurückgeführt.

Wenn im Betrieb ein Torsionsmoment durch einen Lenkvorgang auftritt, so entsteht im Unterstützungssignalabschnitt 22 ein Unterstützungssignal. Die Polarität und der Absolut­ wert des Unterstützungssignales werden festgestellt. Ein Tastverhältnis wird in Übereinstimmung mit dem Absolutwert durch den Antriebssteuerabschnitt 25 festgelegt, so daß das Ausgangsmoment des Motors 7 derart gesteuert wird, daß die aufzubringende Lenkkraft vermindert wird.

Auf das Ausgangssignal des Phasenkorrekturabschnittes 51 hin erzeugt der Hilfsunterstützungssignalerzeugungsab­ schnitt ein Hilfsunterstützungssignal. Das Hilfsunter­ stützungssignal wird zum Unterstützungssignal addiert.

Der Rückstellsignalabschnitt 24 gibt ein Rückstellmoment­ signal ab. Das Rückstellmomentsignal steigt mit ansteigen­ dem Lenkwinkel bis zu einem vorbestimmten Winkel an, da­ rüber hinaus behält es einen konstanten Betrag. Wenn der Fahrer somit das Lenkrad losläßt, so dreht der Motor 7 das Lenkrad zurück.

Wenn das Lenkrad während der Fahrt schnell gedreht wird, so wird vom Lenkwinkelphasenkorrekturabschnitt 61 die Dreh­ geschwindigkeit des Lenkrades festgestellt. Der Ausgang des Abschnittes 61 wird dem Dämpfungssignalerzeugungsab­ schnitt 62 zugeführt, der ein Dämpfungssignal abgibt, das in Fig. 3 gezeigt ist. Das Dämpfungssignal weist eine zur Drehrichtung des Lenkrades umgekehrte Polarität auf. Das Dämpfungssignal wird mit dem Koeffizienten multipli­ ziert, der in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindig­ keit aus der Tabelle 63 ausgelesen wurde. Das korrigier­ te Dämpfungssignal wird zum Rückstellmomentsignal aus dem Abschnitt 42 addiert. Die Summe gelangt durch das Gatter 65 und wird dem Summenunterstützungssignal zuaddiert. Das Dämpfungssignal wirkt in umgekehrter Richtung zur Dreh­ richtung des Lenkrades, so daß Oszillationen des Lenkra­ des gedämpft werden.

Nachdem der Koeffizient mit ansteigender Fahrzeuggeschwin­ digkeit ebenfalls ansteigt, steigt auch das korrigierte Dämpfungssignal mit der Fahrzeuggeschwindigkeit an. Demzu­ folge wird die Konvergenz des Lenkrades über den gesam­ ten Geschwindigkeitsbereich der Fahrzeuggeschwindigkeit verbessert.

Claims (3)

1. Elektrisches Kraftlenksystem mit einem Motor (7), der in Wirkverbindung mit einem Lenksystem (1) zur Reduktion der aufzubringenden Lenkkraft angeordnet ist, mit einem Fahr­ zeuggeschwindigkeitsfühler (33), der ein Fahrzeuggeschwin­ digkeitssignal abgibt, mit einem Torsionsmomentfühler (12), der das Torsionsmoment abtastet, welches im Lenksystem beim Lenken entsteht, mit Unterstützungsmitteln (32), die auf das Ausgangssignal des Torsionsmomentfühlers (12) hin an­ sprechen und ein Unterstützungssignal abgeben, mit An­ triebsmitteln (25), die auf das Unterstützungssignal hin ein Signal zum Treiben des Motors (7) abgeben, mit einem Lenkwinkelfühler (13), welcher den Lenkwinkel eines Lenk­ rades (2) abtastet und ein Lenkwinkelsignal abgibt, mit Rückstellmitteln (42), die auf das Lenkwinkelsignal hin den Motor (7) so betreiben, daß dieser das Lenkrad (2) zurückstellt, mit Winkelgeschwindigkeits-Abtastmitteln (61), die auf die Drehung des Lenkrades (2) hin ein Winkelgeschwindigkeitssignal abgeben, welches der Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades (2) entspricht, und mit Dämpfungsmitteln (62), die auf das Winkelgeschwindigkeitssignal hin ein Dämfpungssignal abgeben, welches die umgekehrte Polarität zur Drehrichtung des Lenkrades (2) aufweist, gekennzeichnet durch Mittel (63, 64), die auf das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal hin das Dämpfungssignal seinem Betrag nach mit ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigen lassen.

2. Elektrisches Kraftlenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abtasten der Winkelgeschwindigkeit einen Lenkwinkelphasen-Korrekturabschnitt (61) umfassen, der auf das Lenkwinkelsignal hin anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional zum Differential des Lenkwinkelsignals und somit proportional zur Drehgeschwindigkeit ist, mit welcher das Lenkrad (2) gedreht wird.

3. Elektrisches Kraftlenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Koeffiziententabelle (63) umfassen, in welcher eine Vielzahl von Koeffizienten gespeichert sind, und Multiplizierermittel (64) zum Multiplizieren des Dämpfungssignales mit einem Koeffizienten, der aus der Koeffiziententabelle (63) abgeleitet wurde.