DE3819513C2 - - Google Patents

Description

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

Aus der JP 45-41 246 A ist ein elektrisches Kraftlenksystem bekannt, das einen Drehmomentfühler zum Messen des Torsionsmomentes in einer Lenkwelle aufweist. Die Räder werden über einen Elektromotor gelenkt. Die Drehrichtung und das Drehmoment des Motors werden über ein Unterstützungssignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Drehmomentfühlers gesteuert. Das Lenkverhalten des Systems und das Rückstellverhalten des Lenkrades können durch die Trägheit des Motors, die Reibung in einem Untersetzungsgetriebezug im Lenksystem und durch andere Faktoren gestört werden.

Zur Vermeidung der obengenannten Nachteile wurde ein System in der US 46 64 211 vorgeschlagen, das ein Unterstützungssignal abgibt, welches von einem Torsionsmomentsignal aus einem Torsionsmomentfühler und von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Ein Rückstellmomentsignal wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Lenkwinkelfühlers abgegeben, um das Lenkrad in eine neutrale Position zurückzuführen. Die Signale werden zur Steuerung des Motors addiert.

In diesem Lenksystem wird das Rückstellsignal nur über den Lenkfühler bestimmt. Wenn somit das Rückstellsignal so eingestellt ist, daß es ein hinreichendes Rückstellmoment dann abgibt, wenn die Lateralbeschleunigung auf das Fahrzeug beim Fahren durch eine enge Kurve in einem niedrigen Bereich liegt, so wird die Anfangs-Rückstellgeschwindigkeit des Lenkrades unzureichend und damit das Zurückstellen des Lenkrades dann verzögert, wenn eine hohe Lateralbeschleunigung (beispielsweise größer als 0,3 G) beim Durchfahren einer Kurve bei mittleren Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten (z. B. 20- 60 km/h) wirkt.

Aus der US 49 93 358 ist eine Hydrauliklenkung bekannt, deren Ölpumpe von einem Elektromotor getrieben wird. Gemäß dieser Druckschrift soll der momentane Fahrzustand, z. B. "Stadtfahrt", "Landstraßenfahrt", "Bergfahrt" oder "Autobahnfahrt", anhand der mittleren Querbeschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit in Klassen eingeteilt und berücksichtigt werden. Entsprechend diesen Klassen soll die Hydraulikpumpe dann mehr oder weniger Öl liefern. Somit wird also die Rückstelleistung vom Fahrverhalten abhängig gemacht. Dies führt dazu, daß die Hydraulikpumpe bei häufig auftretenden Kurven viel und bei selten auftretenden Kurven wenig Öl liefert. Fährt nun das Fahrzeug längere Zeit geradeaus auf einer Schnellstraße, so liefert die Hydraulikpumpe wenig Öl. Kommt dann eine scharfe Kurve, so kann die Hydraulikpumpe auf diese Querbeschleunigung nur ungenügend reagieren.

Aus der DE-OS 35 25 543 ist es bekannt, daß man aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel die Querbeschleunigung errechnen kann. Gemäß dieser Druckschrift wird der Lenkwinkel nicht direkt entsprechend dem vom Fahrer vorgegebenen Steuerwinkel eingestellt. Vielmehr wird das gesamte Fahrzeugverhalten in einen Übersetzungsfaktor zwischen Lenkrad und gelenkten Rädern einbezogen.

Aus der EP-PS 01 90 678 ist ein System der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die Längsbeschleunigung zur Steuerung der Rückstellkraft herangezogen wird, um die vom Motor erzeugte Rückstellkraft vorzugeben. Bei steigender Beschleunigung soll das Rückstellmoment verstärkt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kraftlenksystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die vom Fahrer bei Kurvenfahrt aufzubringenden Lenkkräfte vermindert werden und dennoch die auf die Vorderräder wirkenden Kräfte vom Fahrer exakt wahrnehmbar bleiben.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kraftlenksystems;

Fig. 2a und 2b Blockdiagramme einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen von Kennlinien der lateralbeschleunigungsabhängigen Rückstellsignale.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt das Lenksystem 1 eine Zahn­ stangenlenkung mit einem Lenkrad 2, einer Lenkwelle 3, einem Gelenk 4, einem Getriebe 5 und einer Zahnstange 6. Eine weitere Zahnstangen-/Ritzelanordnung 11 ist für ein elektrisches Kraftlenksystem vorgesehen. Das Ritzel der An­ ordnung 11 steht in Eingriff mit der Zahnstange 6. Das Ritzel steht in Wirkverbindung mit der Ausgangswelle 9 ei­ nes Untersetzungsgetriebes 8, das am Motor 7 sitzt. Ein Torsionsmomentfühler 12 ist am Getriebe 5 zur Messung des Torsionsmomentes in der Lenkwelle angebracht. Ein Lenk­ winkelfühler 13 ist bei der Zahnstange 6 so angebracht, daß er deren Axialbewegung entsprechend dem Lenkwinkel ab­ tastet. Die Ausgangssignale der Fühler 12 und 13 werden ei­ ner Regeleinheit 15 gemäß der vorliegenden Erfindung zu­ geführt.

Die Fig. 2a und 2b zeigen die Regeleinheit 15, die ei­ nen Unterstützungsbefehlsabschnitt 22, einen Hilfsunter­ stützungsbefehlsabschnitt 23, einen Rückstellbefehlsab­ schnitt 24, einen Dämpfungsbefehlsabschnitt 26 und einen Treibersteuerabschnitt 25 umfassen.

Der Unterstützungsbefehlsabschnitt 22 umfaßt einen Tor­ sionsmomentfühler 12 und einen Fahrzeuggeschwindigkeits­ fühler 33. Der Torsionsmomentfühler 22 gibt ein Ausgangs­ signal ab, welches das Torsionsmoment und dessen Richtung in der Lenkwelle wiedergibt. Das Ausgangssignal des Fahr­ zeuggeschwindigkeitsfühlers 33 wird einem Additionskoeffi­ zientensignalbestimmungsabschnitt 34 und einem Multipli­ kationskoeffizientenbestimmungsabschnitt 36 zugeführt. Das Additionskoeffizientensignal aus dem Abschnitt 34 nimmt mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Der Ausgang des Torsionsmomentfühlers 12 und des Additionskoeffizienten­ bestimmungsabschnittes 34 werden in einem Summierabschnitt 35 aufaddiert, dessen Ausgang einem Unterstützungssignal­ abschnitt 32 zugeführt wird. Das Unterstützungssignal wird im Abschnitt 32 dann generiert, wenn das Torsionsmoment über einen vorbestimmten Betrag ansteigt und weist eine Polarität auf, die von der Richtung des Torsionsmomentes in der Lenkwelle abhängt. Das Multiplikationskoeffizien­ tensignal aus dem Abschnitt 36 nimmt mit ansteigender Fahr­ zeuggeschwindigkeit ab. Das Unterstützungssignal wird mit dem Multiplikationskoeffizienten in einem Multiplizierab­ schnitt 37 multipliziert und zwar derart, daß das Unter­ stützungssignal korrigiert wird.

Der Unterstützungssignalbefehlsabschnitt 23 umfaßt einen Phasenkorrekturabschnitt 51, dem das Ausgangssignal des Torsionsmomentfühlers 12 zugeführt wird und der ein Aus­ gangssignal abgibt, das dem Differential des Ausgangssig­ nales des Fühlers 12 proportional ist. Das Ausgangssignal des Abschnittes 51 stellt somit die Geschwindigkeit der Änderung des Torsionsmomentes dar. Das Ausgangssignal des Phasenkorrekturabschnittes 51 wird einem Hilfsunterstüt­ zungssignalerzeugungsabschnitt 52 zugeleitet. Das Ausgangs­ signal des Abschnittes 51 wird gleichfalls zum Ausgang des Torsionsmomentfühlers 12 addiert und dem Addierabschnitt 35 zugeführt, wodurch die Phase des Unterstützungssigna­ les so korrigiert wird, daß den Gegebenheiten des Motors 7 Rechnung getragen wird.

Der Rückstellbefehlsabschnitt 24 umfaßt den Lenkwinkelfüh­ ler 13, dessen Ausgangssignal einem Rückstellmomentsignal­ erzeugungsabschnitt 42 zugeleitet wird. Der Abschnitt 42 generiert ein Rückstellmomentsignal, das vom Lenkwinkel abhängt.

Der Dämpfungsbefehlsabschnitt 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 Ausgangssig­ nales des Fühlers 13 ist. Weiterhin ist dort ein Dämpfungs­ signalerzeugungsabschnitt 62 vorgesehen, der in Abhängig­ keit vom Ausgangssignal des Abschnittes 61 ein Dämpfungs­ signal erzeugt. Das Dämpfungssignal entsteht dann, wenn die Geschwindigkeit des Lenkwinkels einen vorbestimmten geringen Betrag übersteigt und steigt mit einem Ansteigen der Lenkwinkelgeschwindigkeit an. Wenn die Lenkwinkelge­ schwindigkeit (Änderung des Lenkwinkels pro Zeiteinheit) einen vorbestimmten großen Betrag übersteigt, so wird das Dämpfungssignal konstant. Die Polarität (Richtung) des Dämpfungssignales ist umgekehrt zur Polarität (Richtung) der Drehrichtung des Lenkrades. Das Dämpfungssignal des Abschnittes 26 verbessert die Konvergenzcharakteristik des Lenksystems.

Das erfindungsgemäße System umfaßt einen Lateralbeschleuni­ gungsrechner 63 zum Errechnen einer Lateralbeschleunigung basierend auf der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler 33 und auf dem Lenkwinkel aus dem Lenkwinkelfühler 13. Das Ausgangssignal des Rech­ ners 63 wird in einen Signalgenerator 64 geführt, der ein lateralbeschleunigungsabhängiges Rückstellmomentsignal ab­ gibt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wächst das im Generator 64 erzeugte (lateralbeschleunigungsabhängige) Rückstellsignal mit einem Ansteigen der Lateralbeschleunigung unterhalb einer Lateralbeschleunigung von 0,6 G an und weist über einem Lateralbeschleunigungswert von 0,5 G einen konstan­ ten Wert auf. Das lateralbeschleunigungsabhängige Rück­ stellsignal, das Rückstellmoment und das Dämpfungssignal werden aufaddiert. Die Summe der Signale wird einem Fahr­ zeuggeschwindigkeitsgatter 65 zugeführt, das dann öffnet und das Summensignal durchläßt, wenn die Fahrzeuggeschwin­ digkeit eine vorbestimmte Geschwindigkeit, z.B. 5 km/h übersteigt.

Das Unterstützungssignal, das Hilfsunterstützungssignal und die Summe der Signale werden aufaddiert und diese Summe wird einem Positiv-/Negativ-Entscheidungsabschnitt 16 und einem Absolutbetragabschnitt 17 des Treibersteuerabschnit­ tes 25 zugeführt. Das Ausgangssignal des Positiv-/Negativ­ Entscheidungsabschnittes 16 wird dem Motor 7 über einen Motortreiber 20 zugeführt. Das Ausgangssignal des Absolut­ wertabschnittes 17 wird einem Tastverhältnissteuerabschnitt 18 zugeführt, der einen Impulszug abgibt. Der Impulszug wird dem Treiber 20 so zugeführt, daß das Ausgangsmoment des Motors 7 über das Tastverhältnis des Pulszuges ge­ steuert wird. Das Ausgangsmoment des Motors wird dem Tast­ verhältnissteuerabschnitt 18 über einen Feldstromabtast­ abschnitt 19 (rückgekoppelt) zugeführt.

Im Betrieb entsteht dann aus dem Unterstützungsbefehlsab­ schnitt 2 ein Signal, wenn ein Torsionsmoment durch einen Lenkvorgang entsteht. Die Polarität und der Absolutbetrag des Unterstützungssignales werden abgetastet und ein Tast­ verhältnis wird in Übereinstimmung mit dem Absolutbetrag durch den Treibersteuerabschnitt 25 festgelegt, so daß das Ausgangsmoment des Motors 7 so geregelt wird, daß die aufzubringende Lenkkraft vermindert wird.

In Übereinstimmung mit dem Ausgang des Phasenkorrekturab­ schnittes 51 generiert der Hilfsunterstützungssignalab­ schnitt 52 ein Hilfsunterstützungssignal. Das Hilfsunter­ stützungssignal wird zum Unterstützungssignal addiert.

Der Rückstellbefehlsabschnitt 24 gibt ein Rückstellmoment­ signal ab. Das Rückstellmomentsignal steigt mit einem An­ steigen des Lenkwinkels an, bis ein vorbestimmter Lenk­ winkel erreicht ist. Danach behält es einen konstanten Be­ trag. Wenn der Fahrer somit das Lenkrad losläßt, so dreht der Motor 7 das Lenkrad zurück.

Wenn das Lenkrad beim Fahren schnell gedreht wird, wird die Drehgeschwindigkeit des Lenkrades vom Lenkwinkelphasen­ korrekturabschnitt 61 festgestellt. Der Ausgang des Ab­ schnittes 61 wird dem Dämpfungssignalerzeugungsabschnitt 62 zugeführt, der ein Dämpfungssignal abgibt. Das Dämpfungs­ signal weist eine umgekehrte Polarität zur Drehrichtung des Lenkrades aus.

Der Rückstellsignalgenerator 64 gibt ein Rückstellmoment­ signal in Abhängigkeit von der Lateralbeschleunigung ab, die vom Rechner 63 berechnet wird. Die Charakteristik ist so beschaffen, daß das Lenkrad in die neutrale Position zurückgestellt wird. Nachdem das Rückstellmomentsignal mit ansteigender Lateralbeschleunigung ebenfalls ansteigt, wird das Lenkrad ohne Verzögerung zurückgedreht, selbst dann, wenn das Fahrzeug unter hoher Lateralbeschleunigung um eine Kurve fährt.

Bei der oben gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist ein Rückstellbefehlsabschnitt 24 vorgesehen. Dieser kann jedoch fortgelassen werden, wenn man das Rückstellmoment­ signal nur vom Signalgenerator 64 erzeugen läßt, der von der Lateralbeschleunigung beeinflußt wird. Bei einem sol­ chen System muß man ein hinreichendes Rückstellmoment bei niedrigen Lateralbeschleunigungen sicherstellen. Fig. 4 zeigt eine Rückstellmomentcharakteristik für diese Anfor­ derungen, bei der das Rückstellmoment linear ansteigt. Weiterhin wurde beim oben gezeigten Ausführungsbeispiel die Lateralbeschleunigung basierend auf der Fahrzeugge­ schwindigkeit und dem Lenkwinkel berechnet. Die Lateral­ beschleunigung kann aber auch durch einen Lateralbeschleu­ nigungsfühler abgetastet werden, der im Fahrzeug montiert ist, um so ein Lateralbeschleunigungssignal herzustellen.

Wie sich aus obigem ergibt, betrifft die Erfindung gleich­ falls ein Verfahren zum Betreiben einer Servolenkung.

Claims (3)

1. Elektrisches Kraftlenksystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Motor (7), der in Wirkverbindung mit einem Lenksystem (1) zur Verminderung der aufzubringenden Lenkkraft steht, einen Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler (33) zum Abgeben eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignales, einen Torsionsmomentfühler (12) zum Abtasten eines Torsionsmomentes, das im Lenksystem beim Lenken entsteht, Unterstützungsmittel (22), die auf das Ausgangssignal des Torsionsmomentfühlers (12) ein Unterstützungssignal abgeben, Treibermittel (25), die auf das Unterstützungssignal hin ein Treibersignal für den Motor (7) abgeben, einen Lenkwinkelfühler (13), der den Lenkwinkel des Lenkrades abtastet und ein Lenkwinkelsignal abgibt, gekennzeichnet durch erste Mittel (63), zum Abgeben eines Lateralbeschleunigungssignales, das von der Lateralbeschleunigung abhängt, die auf das Fahrzeug wirkt,
zweite Mittel (64), die auf das Lateralbeschleunigungssignal hin ein erstes Rückstellmomentsignal in Abhängigkeit von der Lateralbeschleunigung abgeben,
dritte Mittel (65, 71), die das erste Rückstellmomentsignal zum Unterstützungssignal addieren.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lateralbeschleunigungssignal basierend auf dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und dem Lenkwinkelsignal errechnet wird.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rückstellmittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit vom Lenkwinkelsignal ein zweites Rückstellmomentsignal abgeben, das zum ersten Rückstellmomentsignal addiert wird.