DE3819513C2 - - Google Patents
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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.
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.
Applications Claiming Priority (1)
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