DE3822171C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Servolenkungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der US-PS 46 64 211 ist ein Servolenkungssystem bekannt, bei welchem ein Unterstützungssignal abhängig vom Torsionsmoment im Lenksystem, von der Fahrzeuggeschwindigkeit und von der Änderungsgeschwindigkeit des Torsionsmomentes erzeugt wird. Ein Rückstellmomentsignal wird abhängig vom Lenkwinkel erzeugt. Ein Dämpfungssignal wird abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit des Lenkwinkelsignals erzeugt. Die Signale werden addiert und steuern den Servo-Elektromotor.

Bei diesem Lenksystem tritt das Problem auf, daß dann, wenn das Rückstellmoment bei niedriger Querbeschleunigung ausreichend groß eingestellt ist, bei höheren Querbeschleunigungen im niedrigen und mittleren Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich die Rückstellgeschwindigkeit des Lenkrades unzureichend wird. Dies führt zu einer Verzögerung der Rückstellung des Lenkrades.

Aus der EP-PS 01 90 678 ist ein Servolenksystem der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem Lenksystem wird die Linearbeschleunigung, also die Beschleunigung in Fahrtrichtung, mitverwendet, um die vom Servosystem aufgebrachten Rückstellkräfte zu modifizieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servolenkungssystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß das Lenkverhalten bei Kurvenfahrten verbessert wird.

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

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Servolenkungssystems;

Fig. 2a und 2b ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Servolenkungssystems;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangs­ charakteristik eines Torsionsdrehmomentsensors;

Fig. 4 ein Diagramm einer Charakteristik von Unter­ stützungssignalen;

Fig. 5 ein Diagramm einer Charakteristik eines Additionskoeffizientensignals;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Änderung des Unterstützungssignals;

Fig. 7 ein Diagramm eines Multiplikationskoeffizienten;

Fig. 8 ein Diagramm einer Charakteristik eines Rück­ stelldrehmomentsignals;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung eines Hilfsunter­ stützungssignals;

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung eines Dämpfungs­ signals;

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung von Charakteristi­ ken von Rückstelldrehmoment-Korrektursignalen;

Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung von Fahrzeuggeschwindigkeits-Korrekturkoeffizienten und

Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Querbeschleunigungs­ rechners.

Im folgenden wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Lenksystem 1 ist vom Zahnradlenkungstyp und weist ein Lenkrad 2, eine Lenkspindel 3, ein Gelenk 4, einen Getriebekasten 5 und eine Zahnstange 6 auf. Eine weitere Zahnstangenlenkeinrichtung 11 ist für ein elektrisches Servolenkungssystem vorgesehen.

Ein Ritzel der Zahnstangenlenkeinrichtung 11 steht mit der Zahn­ stange 6 in Eingriff. Das Ritzel ist betriebsmäßig an eine Abtriebswelle 9 eines Untersetzungsgetriebes 8 angeschlossen, das an einem Motor 7 angebracht ist. Ein Torsionsdrehmoment­ sensor 12 ist am Getriebekasten 5 vorgesehen, um das Torsions­ drehmoment der Lenkspindel 3 zu messen, und ein Lenkwinkel­ sensor 13 ist der Zahnstange 6 benachbart vorgesehen, um die Axialbewegung der Zahnstange 6 zu messen, die dem Lenkwinkel entspricht. Die Ausgangssignale der Sensoren 12 und 13 werden an eine Steuereinheit 15 des erfindungsgemäßen Servolenkungs­ systems angelegt.

Die Fig. 2a und 2b zeigen die Steuereinheit 15, welche eine Unterstützungssteuersektion 22, eine Hilfsunterstützungs­ steuersektion 23, eine Rückstellsteuersektion 24, eine Dämpfungssteuersektion 26, eine Antriebssteuersektion 25 und eine Rückstelldrehmomentkorrektursektion 27 aufweist.

Die Unterstützungssteuersektion 22 umfaßt den Torsionsdrehmoment­ sensor 12 sowie einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33. Der Torsionsdrehmomentsensor 12 erzeugt ein Ausgangssignal, welches das Torsionsdrehmoment und die Richtung der Torsion der Lenkspindel repräsentiert, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Das Ausgangssignal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 33 wird an eine Additionskoeffizienten-Vorgabesektion 34 sowie eine Multiplikationskoeffizienten-Vorgabesektion 36 angelegt.

Das Koeffizientensignal von der Additionskoeffizienten-Vorgabe­ sektion 34 nimmt ab, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Ausgangssignale des Torsionsdrehmomentsensors 12 und der Additionskoeffizienten- Vorgabesektion 34 werden in einer Additionssektion 35 addiert, deren Ausgangssignal an eine Unterstützungssignal-Generator­ sektion 32 angelegt wird.

Von der Unterstützungssignal-Generatorsektion 32 wird ein Unterstützungssignal IT erzeugt, wenn das Torsionsdrehmoment über einen vorgegebenen Wert ansteigt, und es hat eine Polarität in Abhängigkeit von der Torsionsdrehmomentrichtung der Lenk­ spindel, wie es in Fig. 4 mit einer ausgezogenen Linie darge­ stellt ist. In Abhängigkeit von dem Wert des Additions­ koeffizientensignals SV wird das Unterstützungssignal IT längs der X-Achse verschoben, wie es in Fig. 6 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt Unterstützungssignale bei einer Rechtsdrehung. Der Wert des Unterstützungssignals nimmt bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit bei gleichem Torsionsdrehmoment ab, und zwar in Fig. 6 von der Linie M 0 zur Linie M 1 und dann zur Linie M 2, und es nimmt bei zunehmenden Torsionsdrehmoment zu.

Andererseits nimmt das Multiplikationskoeffizientensignal von der Multiplikationskoeffizienten-Vorgabesektion 36 bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ab, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Das Unterstützungssignal IT wird mit dem Multiplikationskoeffizienten in einer Multiplikationssektion 37 multipliziert, so daß das Unterstützungssignal korrigiert wird, wie es mit einer gestrichelten Linie in Fig. 6 dargestellt ist.

Die Hilfsunterstützungssteuersektion 23 umfaßt eine Phasen­ korrektursektion 51, an welche das Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentsensors 12 angelegt wird, um ein Ausgangs­ signal zu erzeugen, das proportional ist zur Differenzierung des Ausgangssignals des Torsionsdrehmomentsensors 12.

Das Ausgangssignal der Phasenkorrektursektion 51 repräsentiert nämlich die Geschwindigkeit der Änderung des Torsionsdreh­ momentes.

Das Ausgangssignal der Phasenkorrektursektion 51 wird an eine Hilfsunterstützungssignal-Generatorsektion 52 angelegt, um ein Hilfsunterstützungssignal IA zu erzeugen, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Das Ausgangssignal der Phasenkorrektur­ sektion 51 wird außerdem mit dem Ausgangssignal des Torsions­ drehmomentsensors 12 addiert und dann einer Additionssektion 35 zugeführt, um dadurch die Phase des Unterstützungssignals zu korrigieren, um dem Betrieb des Motors 7 Rechnung zu tragen.

Die Rückstellsteuersektion 24 umfaßt den Lenkwinkelsensor 13, dessen Ausgangssignal an eine Rückstelldrehmomentsignal- Generatorsektion 42 angelegt wird. Diese Sektion 42 erzeugt ein Rückstelldrehmomentsignal I R, das vom Lenkwinkel abhängt, wie es in Fig. 8 dargestellt ist.

Die Dämpfungssteuersektion 26 hat eine Lenkwinkelphasen­ korrektursektion 61, an die das Signal vom Lenkwinkelsensor 13 angelegt wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional ist zur Differenzierung des Ausgangssignals des Lenkwinkelsensors 13; die Dämpfungssteuersektion 26 umfaßt ferner eine Dämpfungssignalgeneratorsektion 62, die auf das Ausgangssignal der Lenkwinkelphasenkorrektursektion 61 anspricht, um eine Dämpfungssignal I zu erzeugen.

Wie in Fig. 10 dargestellt, wird das Dämpfungssignal dann erzeugt, wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit einen vorgegebenen kleinen Wert überschreitet, und es nimmt bei zunehmender Lenkwinkelgeschwindigkeit zu. Wenn die Lenkwinkelgeschwindigkeit einen vorgegebenen großen Wert überschreitet, wird das Dämpfungssignal konstant. Die Polarität (Richtung) des Dämpfungssignals ist umgekehrt zur Polarität (Richtung) der Drehung des Lenkrades 2.

Die Rückstelldrehmoment-Korrektursektion 27 umfaßt einen Querbeschleunigungsrechner 71 sowie einen von der Querbe­ schleunigung abhängigen Rückstelldrehmomentgenerator 72. Wie in Fig. 13 dargestellt, weist der Querbeschleunigungs­ rechner 71 eine Querbeschleunigungs-Koeffiziententabelle 75 in Form einer eindimensionalen Tabelle sowie einen Multi­ plizierer 76 auf.

Die Querbeschleunigungs-Koeffiziententabelle 75 speichert eine Vielzahl von Koeffizienten K für die Querbeschleunigung G in Abhängigkeit von der Eingangsfahrzeuggeschwindigkeit V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33. Der Multiplizierer 76 multipliziert den Lenkwinkel 8 vom Lenkwinkelsensor 13 und den aus der Querbeschleunigungs-Koeffiziententabelle 75 abgeleiteten Koeffizienten K, um eine Querbeschleunigung G zu erzeugen, und zwar in der nachstehenden Weise:

G = (1/9 · 8) [v²/(1 + AV ²)] (1/l) R = K (V) · R,

wobei

A = Stabilitätsfaktor
l = Radstand des Fahrzeugs.

Der von der Querbeschleunigung abhängige Rückstelldrehmoment­ generator 72 erzeugt ein Rückstelldrehmoment, das von der Querbeschleunigung G abhängt.

Die Rückstelldrehmoment-Korrektursektion 27 umfaßt weiterhin eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Koeffiziententabelle 73 sowie eine Rückstelldrehmoment-Korrektursignalgeneratorsektion 74. Die Fahrzeuggeschwindigkeits-Koeffiziententabelle 73 speichert eine Vielzahl von Koeffizienten in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Wie in Fig. 12 dargestellt, hat der Koeffizient für Geschwindigkeiten von 0 bis 60 km/h den Wert Eins und nimmt dann mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ab.

Die Rückstelldrehmoment-Korrektursignalgeneratorsektion 74 arbeitet in der Weise, daß sie das Rückstelldrehmoment vom Rückstelldrehmomentgenerator 72 mit dem aus der Fahrzeug­ geschwindigkeits-Koeffiziententabelle 73 abgeleiteten Fahrzeug­ geschwindigkeitskoeffizienten multipliziert, um ein Rückstell­ drehmomentkorrektursignal IG zu erzeugen. Die Polarität (Richtung) des Rückstelldrehmomentkorrektursignals IG ist die gleiche wie die des Rückstelldrehmomentsignals I R. Wie in Fig. 11 dargestellt, nimmt der Absolutwert des Rückstelldrehmoment­ korrektursignals IG bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ab.

Das Dämpfungssignal I und das Rückstelldrehmomentkorrektur­ signal IG werden zu dem Rückstelldrehmomentsignal I R von der Rückstelldrehmomentsignal-Generatorsektion 42 addiert. Die Summe dieser Signale wird einem Gatter 65 zugeführt, das dann öffnet, um die Summe durchzulassen, wenn die Fahr­ zeuggeschwindigkeit eine vorgegebene Geschwindigkeit über­ schreitet, beispielsweise einen Wert von 5 km/h.

Das Unterstützungssignal IT, das Hilfsunterstützungssignal IA sowie die Summe der Signale I R, I und IG werden addiert und einerseits an eine Positiv-Negativ-Entscheidungssektion 16 und andererseits an eine Absolutwertsektion 17 der Antriebs­ steuersektion 25 angelegt.

Das Ausgangssignal der Positiv-Negativ-Entscheidungssektion 16 wird über einen Motortreiber 20 an den Motor 7 angelegt. Das Ausgangssignal der Absolutwertsektion 17 wird an eine Tast­ verhältnissteuersektion 18 angelegt, die einen Impulszug er­ zeugt. Der Impulszug wird an den Motortreiber 20 angelegt, so daß das Ausgangsdrehmoment des Motors 7 durch das Tastver­ hältnis des Impulszuges gesteuert wird. Das Ausgangsdrehmoment des Motors 7 wird über eine Ankerstromabtastsektion 19 zu der Tastverhältnissteuersektion 18 zurückgeführt.

Wenn ein Torsionsdrehmoment durch den Lenkbetrieb erzeugt wird, so wird ein Unterstützungssignal IT von der Unter­ stützungssteuersektion 22 erzeugt. Die Polarität und der Absolutwert des Unterstützungssignals IT werden gemessen, und das Tastverhältnis wird in Abhängigkeit vom Absolutwert von der Antriebssteuersektion 25 bestimmt, so daß das Ausgangs­ drehmoment des Motors 7 gesteuert wird, um den Lenkaufwand zu reduzieren. Da das Unterstützungssignal IT mit zunehmendem Torsionsdrehmoment ansteigt, wie es in Fig. 4 mit einer ausge­ zogenen Linie dargestellt ist, wird der Lenkaufwand in Abhängig­ keit von dem Torsionsdrehmoment ordnungsgemäß reduziert.

Wie oben beschrieben, ändert sich das Unterstützungssignal in Abhängigkeit von der Änderung des Ausgangssignals des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 33. Im folgenden wird auf Fig. 6 Bezug genommen. Das Bezugszeichen M 0 bezeichnet ein Unterstützungssignal bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null bei einer Rechtsdrehung des Lenkrades; die Bezugszeichen M 1 und M 2 bezeichnen Unterstützungssignale bei höheren Ge­ schwindigkeiten und verlaufen zumindest teilweise parallel zur X-Achse.

Die Unterstützungssignale M 1 und M 2 ändern sich weiterhin in die Signale m 1 und m 2, die jeweils eine kleine Neigung haben, indem man die entsprechenden Signale mit dem Multiplikations­ koeffizienten multipliziert, der von der Multiplikations­ koeffizienten-Vorgabesektion 36 geliefert wird. Dementsprechend nimmt das Unterstützungssignal IT bei zunehmender Fahrzeug­ geschwindigkeit ab. Somit ist ein adäquater Lenkaufwand erforder­ lich, um das Fahrzeug bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit zu lenken, so daß das Auftreten von Unbequemlichkeiten während der Fahrt verhindert wird.

Die Rückstellsteuersektion 24 erzeugt andererseits ein Rück­ stelldrehmomentsignal I R mit einer Charakteristik, die in Fig. 8 dargestellt ist. Der Absolutwert des Rückstelldrehmoment­ signals I R nimmt bei zunehmendem Lenkwinkel R bis zu einem vorgegebenen Wert von ± R 0 zu, während danach ein konstanter Wert angenommen wird. Wenn beispielsweise der Lenkwinkel bei einem Winkel R 1 für eine Rechtsdrehung gehalten wird, wird der Motor 7 gesteuert durch die Summe eines positiven Unter­ stützungssignals IT der Unterstützungssteuersektion 22 und eines negativen Rückstelldrehmomentsignals I R. Die Summe der beiden Signale ist mit einer gestrichelten Linie in Fig. 4 dargestellt.

Wenn dementsprechend das Lenkrad 2 losgelassen wird, nimmt das Torsionsdrehmoment stark ab, so daß die Summe der beiden Signale einen negativen Wert für die Linksdrehung hat. Infolge­ dessen erzeugt der Motor 7 ein Ausgangsdrehmoment in der Linksdrehrichtung, so daß Reibungen in dem Lenksystem und das Trägheitsmoment des Motors reduziert werden. Somit kann das Lenkrad 2 mit Hilfe des Nachlaufeffektes leicht in die Position für Geradeausfahrt zurückgestellt werden. Da das Rückstelldrehmoment-Korrektursignal IG bei zunehmender Quer­ beschleunigung G zunimmt und bei zunehmender Fahrzeuggeschwindig­ keit abnimmt, wird für ein richtiges Rückstelldrehmoment in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesorgt.

Wenn das Lenkrad 2 im stationären Zustand des Fahrzeugs gedreht wird, nimmt das Torsionsdrehmoment rasch zu, und zwar wegen der hohen Reibung zwischen den Reifen und dem Boden. Die Geschwindigkeit der raschen Zunahme des Drehmomentes wird von der Phasenkorrektursektion 51 festgestellt und deren Ausgangs­ signal wird zum Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentsensors 12 addiert. Dementsprechend wird ein Unterstützungssignal IT sofort an die Antriebssteuersektion 25 angelegt, um den Motor 7 ohne Verzögerung zu betätigen.

In Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Phasenkorrektursektion 51 erzeugt die Hilfsunterstützungssignal-Generatorsektion 52 ein Hilfsunterstützungssignal IA, das in Fig. 9 dargestellt ist. Dieses Hilfsunterstützungssignal IA wird ebenfalls zu dem Unterstützungssignal IT addiert. Dementsprechend unterstützt das Ausgangsdrehmoment des Motors sofort den Lenkaufwand.

Wenn das Lenkrad 2 während der Fahrt des Fahrzeugs rasch um einen kleinen Winkel gedreht wird, wird eine Lenkwinkel-Dreh­ geschwindigkeit von der Lenkwinkel-Phasenkorrektursektion 61 abgetastet. Das Ausgangssignal der Lenkwinkel-Phasenkorrektur­ sektion 61 wird an die Dämpfungssignal-Generatorsektion 62 angelegt, die ein Dämpfungssignal I erzeugt, das in Fig. 10 dargestellt ist. Das Dämpfungssignal I wird zu dem Unter­ stützungssignal IT addiert, um es zu verringern. Dementsprechend wird die Ausgangsleistung des Motors 7 reduziert und dadurch der Lenkaufwand vergrößert. Somit kann das Auftreten von Unbequemlichkeiten bei einer raschen Lenkbetätigung verhindert werden.

Bei Kurvenfahrten berechnet der Querbeschleunigungsrechner 71 die Querbeschleunigung, die bei der Kurvenfahrt des Fahrzeugs erzeugt wird, und zwar auf der Basis des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit, und das Rückstelldrehmoment bzw. das Rückstelldrehmomentsignal wird in Abhängigkeit von der berechneten Querbeschleunigung von dem Rückstelldrehmoment­ generator 72 erzeugt.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit weniger als 60 km/h beträgt, ist der Koeffizient gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeits- Koeffiziententabelle 73 auf dem Wert Eins. Dementsprechend wird ein Rückstelldrehmomentsignal von der Generatorsektion 74 erzeugt, ohne das Rückstelldrehmoment von dem Rückstelldreh­ momentgenerator 72 zu verändert. Der Absolutwert des Rückstell­ drehmomentsignals nimmt bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Somit wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrzeug­ geschwindigkeit ein richtiges Rückstelldrehmoment geliefert.

Claims (3)

1. Servolenkungssystem mit einem Elektromotor, der betriebsmäßig an ein Lenksystem eines Kraftfahrzeuges angeschlossen ist, um die Lenkkraft zu reduzieren,
mit einem Torsionsmomentsensor (12), zur Messung des Torsionsdrehmomentes, das beim Lenkbetrieb im Lenksystem entsteht,
mit einer Unterstützungseinrichtung (22), die abhängig vom Ausgangssignal des Torsionsdrehmomentsensors (12) ein Lenkkraft-Unterstützungssignal (IT) erzeugt,
mit einer Antriebseinrichtung (25), die abhängig vom Lenkkraft-Unterstützungssignal (IT) ein Signal zum Treiben des Elektromotors (7) erzeugt,
mit einem Lenkwinkelsensor (13) zur Messung eines Lenkwinkels des Lenkrades, der ein entsprechendes Lenkwinkelsignal (R) erzeugt,
mit einer Rückstelleinrichtung (24), die abhängig vom Lenkwinkelsignal ein Rückstelldrehmomentsignal (I R) zur Betätigung des Elektromotors (7) erzeugt, um das Lenkrad (2) zurückzustellen,
mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (33) zur Erzeugung eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals (V), und
mit einer Beschleunigungsabtasteinrichtung zur Messung einer auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung und zur Erzeugung eines Signals zur Modifizierung des Rückstelldrehmomentsignals (I R), dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsabtasteinrichtung (71) die Querbeschleunigung (G), die auf das Fahrzeug einwirkt, erfaßt, daß eine Korrektureinrichtung (74) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom Fahrzeuggeschwindigkeitssignal (V) das von der Querbeschleunigung bestimmte Rückstelldrehmomentsignal (I R) mit einem Rückstelldrehmoment-Korrektursignal (IG), dessen Absolutwert bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit (V) abnimmt, dadurch korrigiert, daß das Rückstelldrehmoment-Korrektursignal (IG) zum Rückstelldrehmomentsignal (I R) addiert wird.

2. Servolenkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsabtasteinrichtung (71) die Querbeschleunigung (G) auf der Basis des Lenkwinkelsignals (R) und des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals (V) berechnet.

3. Servolenkungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (73, 74) eine Tabelle (73) aufweist, die Koeffizienten speichert, welche bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner werden.